भौतिक विज्ञान-2
इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक या धनात्मक आवेश कण है
फ्रेंकलिन ने सामग्री की श्रृंखला को रगड़कर विद्युत आवेश की पहचान की। इलेक्ट्रॉन को इच्छानुसार से नकारात्मक ध्रुवता दी गयी है।
जब फ्रेंकलिन ने दो पदार्थों को आपस में रगड़ा, तो उन्होंने पाया कि रगड़ा हुआ पदार्थ छोटे कणों को आकर्षित करता है। लेकिन, जब घिसने वाले पदार्थ को संपर्क में रखा जाता है तो वह छोटे कणों को आकर्षित नहीं करता है।
इसका अर्थ है कि घिसने वाले पदार्थों पर आवेश की प्रकृति विपरीत होती है। इसलिए, वे संपर्क बनाए रखने पर एक दूसरे को रद्द कर देते हैं (जैसे सकारात्मक और धनात्मक संख्या, +5 और -5)
केवल इलेक्ट्रॉन ही आवेश को वहन कर सकता है?
- जानवरों में, विद्युत आवेश वाहक मुख्य रूप से सोडियम, पोटेशियम, कैल्शियम और मैग्नीशियम आयन होते हैं, सभी सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं
- आयनमंडल में, आवेश वाहक इलेक्ट्रॉनों के साथ ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और हीलियम आयन होते हैं
- गैस, डिस्चार्ज साइन में, विद्युत प्रवाह आयनों और इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है
- आकाशीय विद्युत् में, यह आयनित वायु अणु और इलेक्ट्रॉन दोनों ही गतिमान होते हैं
- सौर हवा वास्तव में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों से युक्त सूर्य से विद्युत प्रवाह का एक विस्फोट है
- अर्धचालकों में, जैसे कंप्यूटर चिप्स में उपयोग किया जाता है, चार्ज वाहक छेद और इलेक्ट्रॉन होते हैं
- समुद्र में, यह नमक आयनों की गति है, न कि इलेक्ट्रॉनों की, जो विद्युत प्रवाह को बनाए रखती है।
- धातुओं में, घरेलू विद्युत तार की तरह, आवेश वाहक वास्तव में केवल इलेक्ट्रॉन होते हैं
सुचालक, कुचालक और अर्धचालक
सुचालक
वे तत्व जो वोल्टेज के अनुप्रयोग द्वारा इसके माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह की अनुमति देते हैं
सुचालक ( कंडक्टर )के गुण
अच्छा कंडक्टर। जैसे: कॉपर, मर्करी, सिल्वर, एल्युमिनियम, आयरन, आदि।
- चालन बैंड और संयोजकता बैंड एक दूसरे को ओवरलैप करते हैं।
- इनका तापमान प्रतिरोध का गुणांक धनात्मक होता है
- आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं
- इलेक्ट्रॉनों के कारण धारा प्रवाह।
- आवेश वाहकों की संख्या प्रति घन मीटर 10^28 इलेक्ट्रॉनों का क्रम है।
- चालकता पर तापमान का प्रभाव: चालकता घट जाती है
- बढ़ते तापमान पर: करंट घट जाती है।
- डोपिंग का प्रभाव: प्रतिरोध बढ़ता है।
- निरपेक्ष ठीक तापमान (0 K)पर व्यवहार: अतिचालक (सुपर कंडक्टर ) की तरह व्यवहार करता है।
- बंधन प्रकार: आयनिक बंधन
कुचालक
वे तत्व जो विद्युत आवेश के किसी भी प्रवाह की अनुमति नहीं देते हैं
कुचालक (इन्सुलेटर) के गुण
- खराब कंडक्टर। जैसे: लकड़ी, रबड़, कांच, एबोनाइट, मीका, सल्फर। शुष्क हवा
- कंडक्शन बैंड और वैलेंस बैंड को 6 eV द्वारा अलग किया जाता है।
- इनमें ऋणात्मक तापमान प्रतिरोध का गुणांक होता है
- चार्ज कैरियर न हों।
- वर्तमान प्रवाह लगभग नगण्य।
- चार्ज कैरियर की संख्या नगण्य है
- चालकता पर तापमान का प्रभाव: चालकता बढ़ जाती है
- बढ़ते तापमान पर: करंट कैरी की संख्या बढ़ जाती है।
- डोपिंग का प्रभाव: प्रतिरोध अपरिवर्तित रहता है।
- पूर्ण ठीक तापमान पर व्यवहार: केवल इन्सुलेटर के रूप में व्यवहार करता है।
- बंधन के प्रकार: आयनिक बंधन और सहसंयोजक।
अर्धचालक
वे तत्व जिनकी चालकता इंसुलेटर और कंडक्टर के बीच होती है।
अर्धचालक (सेमीकंडक्टर) के गुण
- ex: सिलिकॉन, जर्मेनियम
- कंडक्शन बैंड और वैलेंस बैंड को 1 eV द्वारा अलग किया जाता है।
- इनमें ऋणात्मक तापमान प्रतिरोध का गुणांक होता है
- आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन और छिद्र होते हैं
- इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों दोनों के कारण धारा प्रवाहित होती है।
- चार्ज कैरियर्स की संख्या कम है
- चालकता पर तापमान का प्रभाव: चालकता बढ़ जाती है
- बढ़ते तापमान पर: करंट कैरी की संख्या बढ़ जाती है।
- डोपिंग का प्रभाव: प्रतिरोध कम हो जाता है।
- पूर्ण ठीक तापमान (0 K)प र व्यवहार: इन्सुलेटर के रूप में व्यवहार करता है।
- संबंध प्रकार: सहसंयोजक।
विद्युत आवेश (इलेक्ट्रिक चार्ज) की अवधारणा
विद्युत आवेश पदार्थ का वह गुण है जिसके द्वारा वह विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में बल का अनुभव करता है।
परमाणु में इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। जहां इलेक्ट्रॉन का ऋणात्मक आवेश होता है, प्रोटॉन का धनात्मक आवेश होता है जबकि न्यूट्रॉन का आवेश उदासीन होता है।
एक परमाणु में, इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है, क्योंकि परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है
आवेश (चार्ज) के गुण
- किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को जोड़ा या हटाया जा सकता है। यह परमाणु को नकारात्मक या सकारात्मक रूप से चार्ज करने का कारण बनता है।
- यदि किसी परमाणु में प्रोटॉन की संख्या से कम इलेक्ट्रॉन होते हैं; यह धनात्मक आयन बन जाता है। जबकि संख्या इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन की संख्या से अधिक है; यह ऋणात्मक आयन बन जाता है।
- आयनित परमाणु वाले पिंड को विद्युत आवेशित कहा जाता है।
- एक इलेक्ट्रॉन में -1.6 x 10^-19 कूलम्ब का आवेश होता है जबकि प्रोटॉन में +1.6 x 10^-19 का आवेश होता है।
- पिंड पर कुल आवेश, इलेक्ट्रॉनिक आवेश का अभिन्न गुणज होता है
q = n.e , जहाँ n = 1,2,3,4,5,6,7,……….. - चार्ज एक अदिश राशि है। आवेश का SI मात्रक कूलम्ब (C) है।
- आवेश को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, केवल इसे एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित किया जा सकता है।
- चार्ज संदर्भ के फ्रेम से स्वतंत्र है।
- स्थैतिक आवेश केवल विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है।
- स्थिर वेग से गतिमान आवेश विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र दोनों उत्पन्न करता है।
- त्वरित आवेश विद्युत क्षेत्र, चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है और ऊर्जा का विकिरण करता है।
- समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं जबकि असमान आवेश आकर्षित करते हैं।
- आवेश हमेशा द्रव्यमान से जुड़ा होता है जबकि द्रव्यमान आवेश के साथ और बिना बाहर निकल सकता है।
- घर्षण, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण और चालन द्वारा एक पिंड को चार्ज किया जा सकता है।
कूलम्ब का नियम
दो विद्युत आवेशित वस्तुओं के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण का बल उनके आवेश के परिमाण के सीधे आनुपातिक और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है
कहाँ पे,
‘F’ दो आवेशित वस्तुओं के बीच प्रतिकर्षण या आकर्षण बल है।
‘Q1’ और ‘Q2’ वस्तुओं के विद्युत आवेशित हैं।
‘d’ दो आवेशित वस्तुओं के केंद्र के बीच की दूरी है।
‘k’ एक स्थिरांक है जो उस माध्यम पर निर्भर करता है जिसमें आवेशित वस्तुएं रखी जाती हैं
.
विद्युत् धारा
विद्युत परिपथ में आवेश के प्रवाह को धारा कहते हैं।
यदि dq आवेश समय dt में प्रवाहित होता है तो चालक के अनुप्रस्थ काट क्षेत्र से प्रवाहित होने वाली औसत विद्युत धारा
- धाराअदिश राशि है और इसका SI मात्रक एम्पीयर (A) है।
- धारा की पारंपरिक दिशा धनात्मक आवेश के प्रवाह की दिशा है या यह ऋणात्मक आवेश (इलेक्ट्रॉनों) के प्रवाह के विपरीत है।
- उच्च वोल्टेज से कम वोल्टेज या विद्युत क्षेत्र की दिशा में करंट प्रवाहित होता है
- किसी दिए गए कंडक्टर के लिए, क्रॉस-सेक्शन में बदलाव के साथ करंट नहीं बदलता है।
