विद्युत प्रवाहासाठी कंडक्टर

सतत विद्युत उपकरणे वापरणाऱ्या प्रत्येक व्यक्तीला खालील समस्यांचा सामना करावा लागतो:

1. विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या तारा;

2. इन्सुलेट गुणधर्मांसह डायलेक्ट्रिक्स;

3. अर्धसंवाहक जे पहिल्या दोन प्रकारच्या पदार्थांची वैशिष्ट्ये एकत्र करतात आणि लागू केलेल्या नियंत्रण सिग्नलवर अवलंबून बदलतात.

या प्रत्येक गटाचे एक विशिष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे विद्युत चालकता.

कंडक्टर म्हणजे काय

कंडक्टरमध्ये ते पदार्थ समाविष्ट असतात ज्यांच्या संरचनेत मोठ्या संख्येने मुक्त, कनेक्ट केलेले नसलेले विद्युत शुल्क असते जे लागू केलेल्या बाह्य शक्तीच्या प्रभावाखाली फिरू शकतात. ते घन, द्रव किंवा वायू असू शकतात.

जर तुम्ही त्यांच्यातील संभाव्य फरक असलेल्या दोन तारा घेतल्या आणि त्यांच्यामध्ये एक धातूची वायर जोडली, तर त्यातून विद्युत प्रवाह येईल. त्याचे वाहक मुक्त इलेक्ट्रॉन असतील जे अणूंच्या बंधांनी रोखले जात नाहीत. ते व्यक्तिचित्रण करतात विद्युत चालकता किंवा कोणत्याही पदार्थाची विद्युत शुल्क स्वतःमधून पार करण्याची क्षमता — विद्युतप्रवाह.

विद्युत चालकतेचे मूल्य पदार्थाच्या प्रतिकारशक्तीच्या व्यस्त प्रमाणात असते आणि ते संबंधित युनिटसह मोजले जाते: सीमेन्स (सेमी).

1 सेमी = 1/1 ओम.

निसर्गात, चार्ज वाहक असू शकतात:

• इलेक्ट्रॉन;

• आयन;

• छिद्र

या तत्त्वानुसार, विद्युत चालकता विभागली गेली आहे:

• इलेक्ट्रॉनिक

• आयनिक;

• छिद्र.

वायरची गुणवत्ता आपल्याला लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या मूल्यावर त्यातील प्रवाहाच्या अवलंबनाचा अंदाज लावू देते. या विद्युत परिमाणांच्या मोजमापाची एकके - व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्य नियुक्त करून त्याला कॉल करण्याची प्रथा आहे.

प्रवाहकीय तारा

या प्रकारचे सर्वात सामान्य प्रतिनिधी धातू आहेत. त्यांचा विद्युत प्रवाह केवळ इलेक्ट्रॉनच्या प्रवाहाला हलवून तयार केला जातो.

धातूंच्या आत, ते दोन अवस्थांमध्ये अस्तित्वात आहेत:

• एकसंध अणू शक्तींशी संबंधित;

• मोफत.

अणूच्या केंद्रकाच्या आकर्षक शक्तींद्वारे कक्षेत ठेवलेले इलेक्ट्रॉन, नियमानुसार, बाह्य इलेक्ट्रोमोटिव्ह शक्तींच्या कृती अंतर्गत विद्युत प्रवाहाच्या निर्मितीमध्ये भाग घेत नाहीत. मुक्त कण वेगळ्या पद्धतीने वागतात.

जर धातूच्या वायरवर EMF लागू नसेल, तर मुक्त इलेक्ट्रॉन कोणत्याही दिशेने यादृच्छिकपणे, यादृच्छिकपणे हलतात. ही हालचाल थर्मल एनर्जीमुळे होते. हे कोणत्याही क्षणी प्रत्येक कणाच्या हालचालीच्या वेग आणि दिशानिर्देशांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे.

जेव्हा E तीव्रतेच्या बाह्य क्षेत्राची उर्जा कंडक्टरवर लागू केली जाते, तेव्हा लागू केलेल्या क्षेत्राच्या विरुद्ध दिशेने निर्देशित केलेले बल सर्व इलेक्ट्रॉनांवर एकत्रितपणे आणि प्रत्येकावर स्वतंत्रपणे कार्य करते. हे इलेक्ट्रॉनची काटेकोरपणे उन्मुख हालचाल किंवा दुसऱ्या शब्दांत, विद्युत प्रवाह तयार करते.

धातूंचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य एक सरळ रेषा आहे जी एका विभागासाठी आणि संपूर्ण सर्किटसाठी ओहमच्या नियमानुसार कार्य करते.

शुद्ध धातूंव्यतिरिक्त, इतर पदार्थांमध्ये देखील इलेक्ट्रॉनिक चालकता असते. ते समाविष्ट आहेत:

• मिश्रधातू;

• कार्बनचे काही बदल (ग्रेफाइट, कोळसा).

वरील सर्व पदार्थ, धातूंसह, प्रथम प्रकारचे कंडक्टर म्हणून वर्गीकृत आहेत. त्यांची विद्युत चालकता कोणत्याही प्रकारे विद्युत प्रवाहाच्या उत्तीर्णतेमुळे पदार्थाच्या वस्तुमानाच्या हस्तांतरणाशी संबंधित नाही, परंतु केवळ इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीमुळे होते.

जर धातू आणि मिश्र धातु अत्यंत कमी तापमान असलेल्या वातावरणात ठेवल्या गेल्या तर ते अतिसंवाहकतेच्या अवस्थेत जातात.

आयन कंडक्टर

या वर्गामध्ये अशा पदार्थांचा समावेश होतो ज्यामध्ये चार्ज केलेल्या आयनच्या हालचालीमुळे विद्युत प्रवाह तयार होतो. ते प्रकार II कंडक्टर म्हणून वर्गीकृत आहेत. ते:

• बेस, ऍसिड लवणांचे उपाय;

• विविध आयनिक संयुगे वितळतात;

• विविध वायू आणि वाफ.

द्रव मध्ये विद्युत प्रवाह

विद्युत प्रवाहकीय द्रव ज्यामध्ये इलेक्ट्रोलिसिस - चार्जेससह पदार्थाचे हस्तांतरण आणि इलेक्ट्रोड्सवर त्याचे जमा होणे याला सामान्यतः इलेक्ट्रोलाइट्स म्हणतात आणि प्रक्रियेलाच इलेक्ट्रोलिसिस म्हणतात.

एनोड इलेक्ट्रोडला सकारात्मक क्षमता आणि कॅथोडसाठी नकारात्मक क्षमता लागू केल्यामुळे हे बाह्य ऊर्जा क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत उद्भवते.

द्रवपदार्थांच्या आत आयन इलेक्ट्रोलाइट पृथक्करणाच्या घटनेमुळे तयार होतात, ज्यामध्ये तटस्थ गुणधर्म असलेल्या पदार्थाच्या काही रेणूंचा समावेश होतो. उदाहरण म्हणजे कॉपर क्लोराईड, जे जलीय द्रावणात त्याचे घटक तांबे आयन (केशन्स) आणि क्लोरीन (आयन) मध्ये विघटित होते.

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

इलेक्ट्रोलाइटवर लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या कृती अंतर्गत, केशन्स कॅथोडकडे कडकपणे हलवण्यास सुरवात करतात, आणि अॅनियन्स एनोडकडे जातात. अशाप्रकारे, अशुद्धता नसलेले रासायनिक शुद्ध तांबे प्राप्त होते, जे कॅथोडवर जमा केले जाते.

द्रवपदार्थांव्यतिरिक्त, निसर्गात घन इलेक्ट्रोलाइट्स देखील आहेत. त्यांना सुपरआयोनिक कंडक्टर (सुपर-आयन) म्हणतात, ज्याची क्रिस्टलीय रचना आणि रासायनिक बंधांचे आयनिक स्वरूप असते, ज्यामुळे समान प्रकारच्या आयनांच्या हालचालीमुळे उच्च विद्युत चालकता निर्माण होते.

इलेक्ट्रोलाइट्सचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य आलेखामध्ये दर्शविले आहे.

वायूंमध्ये विद्युत प्रवाह

सामान्य परिस्थितीत, गॅस माध्यमात इन्सुलेट गुणधर्म असतात आणि विद्युत प्रवाह चालवत नाहीत. परंतु विविध त्रासदायक घटकांच्या प्रभावाखाली, डायलेक्ट्रिक वैशिष्ट्ये झपाट्याने कमी होऊ शकतात आणि माध्यमाच्या आयनीकरणास उत्तेजन देऊ शकतात.

हे इलेक्ट्रॉन हलवून तटस्थ अणूंच्या भडिमारातून उद्भवते. परिणामी, एक किंवा अधिक बांधलेले इलेक्ट्रॉन अणूमधून बाहेर फेकले जातात आणि अणू एक सकारात्मक चार्ज घेतो, आयन बनतो. त्याच वेळी, आयनीकरण प्रक्रिया चालू ठेवून गॅसच्या आत अतिरिक्त प्रमाणात इलेक्ट्रॉन तयार होतात.

अशा प्रकारे, सकारात्मक आणि नकारात्मक कणांच्या एकाचवेळी हालचालींमुळे गॅसच्या आत एक विद्युत प्रवाह तयार होतो.

एक प्रामाणिक डिस्चार्ज

गॅसच्या आत लागू केलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डची ताकद गरम करताना किंवा वाढवताना, प्रथम एक ठिणगी बाहेर पडते. या तत्त्वानुसार, नैसर्गिक वीज तयार होते, ज्यामध्ये चॅनेल, ज्योत आणि एक्झॉस्ट टॉर्च असते.

प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत, इलेक्ट्रोस्कोपच्या इलेक्ट्रोड्समध्ये स्पार्क दिसून येतो.अंतर्गत ज्वलन इंजिनच्या स्पार्क प्लगमध्ये स्पार्क डिस्चार्जची व्यावहारिक अंमलबजावणी प्रत्येक प्रौढ व्यक्तीला माहित आहे.

चाप डिस्चार्ज

स्पार्कचे वैशिष्ट्य असे आहे की बाह्य क्षेत्राची सर्व ऊर्जा त्याद्वारे त्वरित वापरली जाते. जर व्होल्टेज स्त्रोत वायूद्वारे प्रवाह चालू ठेवण्यास सक्षम असेल तर एक चाप उद्भवते.

इलेक्ट्रिक आर्कचे उदाहरण म्हणजे विविध प्रकारे धातूंचे वेल्डिंग. त्याच्या प्रवाहासाठी, कॅथोडच्या पृष्ठभागावरून इलेक्ट्रॉनचे उत्सर्जन वापरले जाते.

कोरोनल इजेक्शन

हे उच्च शक्ती आणि असमान इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डसह गॅस वातावरणात घडते, जे 330 केव्ही आणि अधिक व्होल्टेजसह उच्च-व्होल्टेज ओव्हरहेड पॉवर लाइन्सवर प्रकट होते.

हे कंडक्टर आणि पॉवर लाइनच्या जवळच्या अंतरावरील प्लेन दरम्यान वाहते. कोरोना डिस्चार्जमध्ये, एका इलेक्ट्रोडच्या जवळ इलेक्ट्रॉन प्रभावाच्या पद्धतीद्वारे आयनीकरण होते, ज्याचे क्षेत्र वाढलेले असते.

ग्लो डिस्चार्ज

हे विशेष गॅस डिस्चार्ज दिवे आणि ट्यूब, व्होल्टेज स्टॅबिलायझर्समध्ये वायूंच्या आत वापरले जाते. ते एक्झॉस्ट गॅपमध्ये दाब कमी करून तयार होते.

जेव्हा वायूंमध्ये आयनीकरण प्रक्रिया मोठ्या मूल्यापर्यंत पोहोचते आणि त्यांच्यामध्ये समान संख्येने सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज वाहक तयार होतात, तेव्हा या अवस्थेला प्लाझ्मा म्हणतात. प्लाझ्मा वातावरणात ग्लो डिस्चार्ज दिसून येतो.

वायूंमधील प्रवाहांच्या प्रवाहाचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य चित्रात दर्शविले आहे. यात विभागांचा समावेश आहे:

1. अवलंबित;

2. स्वयं-स्त्राव.

प्रथम बाह्य ionizer च्या प्रभावाखाली काय होते द्वारे दर्शविले जाते आणि जेव्हा ते कार्य करणे थांबवते तेव्हा ते बाहेर जाते. सेल्फ-इजेक्ट सर्व परिस्थितीत सतत वाहत राहते.

भोक तारा

ते समाविष्ट आहेत:

• जर्मेनियम;

• सेलेनियम;

• सिलिकॉन;

• टेल्युरियम, सल्फर, सेलेनियम आणि काही सेंद्रिय पदार्थांसह काही धातूंचे संयुगे.

त्यांना अर्धसंवाहक म्हणतात आणि ते गट क्रमांक 1 चे आहेत, म्हणजेच ते शुल्काच्या प्रवाहादरम्यान पदार्थाचे हस्तांतरण करत नाहीत. त्यांच्या आत मुक्त इलेक्ट्रॉन्सची एकाग्रता वाढवण्यासाठी, बद्ध इलेक्ट्रॉन वेगळे करण्यासाठी अतिरिक्त ऊर्जा खर्च करणे आवश्यक आहे. त्याला आयनीकरण ऊर्जा म्हणतात.

सेमीकंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रॉन-होल जंक्शन कार्य करते. यामुळे, अर्धसंवाहक एका दिशेने विद्युत प्रवाह पास करतो आणि विरुद्ध बाह्य क्षेत्र लागू केल्यावर विरुद्ध दिशेने अवरोधित होतो.

सेमीकंडक्टरमध्ये चालकता आहे:

1. स्वतःचे;

2. अशुद्धता.

पहिला प्रकार अशा रचनांमध्ये अंतर्भूत आहे ज्यामध्ये चार्ज वाहक त्यांच्या पदार्थापासून अणूंच्या आयनीकरण प्रक्रियेत दिसतात: छिद्र आणि इलेक्ट्रॉन. त्यांची एकाग्रता परस्पर संतुलित आहे.

दुस-या प्रकारचा अर्धसंवाहक अशुद्धता चालकता असलेल्या क्रिस्टल्सचा समावेश करून तयार केला जातो. त्यांच्याकडे त्रिसंयोजक किंवा पंचसंवर्धक घटकाचे अणू असतात.

कंडक्टिंग सेमीकंडक्टर आहेत:

• इलेक्ट्रॉनिक एन-प्रकार «नकारात्मक»;

• भोक p-प्रकार «सकारात्मक».

व्होल्ट-अँपिअरचे सामान्य वैशिष्ट्य सेमीकंडक्टर डायोड आलेख मध्ये दर्शविले आहे.

सेमीकंडक्टरच्या आधारावर विविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि उपकरणे कार्य करतात.

सुपरकंडक्टर

अत्यंत कमी तापमानात, धातू आणि मिश्र धातुंच्या विशिष्ट श्रेणीतील पदार्थ सुपरकंडक्टिव्हिटी नावाच्या अवस्थेत जातात. या पदार्थांसाठी, विद्युत् प्रवाहाचा विद्युत प्रतिकार जवळजवळ शून्यावर कमी होतो.

थर्मल गुणधर्मांमधील बदलामुळे संक्रमण होते.चुंबकीय क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत सुपरकंडक्टिंग स्थितीत संक्रमणादरम्यान उष्णता शोषून घेणे किंवा सोडणे या संदर्भात, सुपरकंडक्टर 2 प्रकारांमध्ये विभागले जातात: क्रमांक 1 आणि क्रमांक 2.

जेव्हा दोन शेजारील इलेक्ट्रॉन्ससाठी बंधनकारक स्थिती निर्माण होते तेव्हा कूपर जोड्यांच्या निर्मितीमुळे तारांच्या सुपरकंडक्टिव्हिटीची घटना घडते. तयार केलेल्या जोडीमध्ये दुहेरी इलेक्ट्रॉन चार्ज आहे.

सुपरकंडक्टिंग अवस्थेत धातूमध्ये इलेक्ट्रॉनचे वितरण आलेखामध्ये दर्शविले आहे.

सुपरकंडक्टर्सचे चुंबकीय प्रेरण विद्युत चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्यावर अवलंबून असते आणि नंतरचे मूल्य पदार्थाच्या तापमानामुळे प्रभावित होते.

तारांचे सुपरकंडक्टिंग गुणधर्म त्यांच्यासाठी मर्यादित चुंबकीय क्षेत्र आणि तापमानाच्या गंभीर मूल्यांद्वारे मर्यादित आहेत.

अशा प्रकारे, विद्युत प्रवाहाचे कंडक्टर पूर्णपणे भिन्न पदार्थांचे बनलेले असू शकतात आणि एकमेकांपासून भिन्न वैशिष्ट्ये असू शकतात. ते नेहमीच पर्यावरणीय परिस्थितीमुळे प्रभावित होतात. या कारणास्तव, तारांच्या वैशिष्ट्यांची मर्यादा नेहमी तांत्रिक मानकांद्वारे निर्धारित केली जाते.