धातुओं में विद्युत धारा का उपयोग। विद्युत सर्किट

इस खंड में, हम एक विस्तृत अध्ययन शुरू करते हैं कि विभिन्न प्रवाहकीय मीडिया में विद्युत प्रवाह कैसे पारित किया जाता है। ठोस, तरल पदार्थ और गैसें।

याद करें कि आवश्यक शर्तवर्तमान की घटना पर्यावरण में पर्याप्त उपस्थिति है एक लंबी संख्यानि: शुल्क शुल्क जो कार्रवाई के तहत एक आदेशित आंदोलन शुरू कर सकते हैं बिजली क्षेत्र. ऐसे माध्यमों को केवल विद्युत धारा का सुचालक कहा जाता है।

सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला धातु कंडक्टर। इसलिए, हम धातुओं में विद्युत प्रवाह के प्रसार के प्रश्नों से शुरू करते हैं।

हम कई बार मुक्त इलेक्ट्रॉनों के बारे में बात कर चुके हैं, जो धातुओं में मुक्त आवेशों के वाहक होते हैं। आप अच्छी तरह से जानते हैं कि धातु के चालक में विद्युत धारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति के परिणामस्वरूप बनती है।

3.13.1 मुक्त इलेक्ट्रॉन

ठोस अवस्था में धातुओं की एक क्रिस्टलीय संरचना होती है: अंतरिक्ष में परमाणुओं की व्यवस्था आवधिक दोहराव की विशेषता होती है और क्रिस्टल जाली नामक ज्यामितीय रूप से सही पैटर्न बनाती है।

धातु के परमाणुओं में बाहरी पर स्थित वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की एक छोटी संख्या होती है इलेक्ट्रॉन कवच. ये संयोजकता इलेक्ट्रॉन नाभिक से शिथिल रूप से बंधे होते हैं, और एक परमाणु इन्हें आसानी से खो सकता है।

जब धातु के परमाणु क्रिस्टल जाली में जगह लेते हैं, वैलेंस इलेक्ट्रॉन अपने गोले छोड़ते हैं, वे मुक्त हो जाते हैं और क्रिस्टल के चारों ओर "चलते" जाते हैं। धनात्मक आयन धातु के क्रिस्टल जाली के नोड्स पर बने रहते हैं, जिसके बीच का स्थान मुक्त इलेक्ट्रॉनों की "गैस" से भरा होता है (चित्र। 3.47)।

+ + + ++

चावल। 3.47. मुक्त इलेक्ट्रॉन

मुक्त इलेक्ट्रॉन वास्तव में गैस के कणों की तरह व्यवहार करते हैं, थर्मल गति करते हुए, वे क्रिस्टल जाली के आयनों के बीच अराजक रूप से आगे-पीछे होते हैं। मुक्त इलेक्ट्रॉनों का कुल आवेश परिमाण में बराबर होता है और धनात्मक आयनों के कुल आवेश के विपरीत होता है, इसलिए धातु का चालक समग्र रूप से विद्युत रूप से तटस्थ होता है।

मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गैस "गोंद" है जो कंडक्टर की संपूर्ण क्रिस्टल संरचना को धारण करती है। आखिरकार, सकारात्मक आयन एक-दूसरे को पीछे हटाते हैं, ताकि क्रिस्टल जाली, शक्तिशाली कूलम्ब बलों के साथ अंदर से फट जाए, अलग-अलग दिशाओं में बिखर जाए। हालांकि, एक ही समय में, धातु आयन लिफाफे की ओर आकर्षित होते हैं

18 अर्थात्, मुक्त इलेक्ट्रॉन पड़ोसी परमाणुओं की बाहरी कक्षाओं के साथ गति करते हैं। ये ऑर्बिटल्स क्रिस्टल जालक में परमाणुओं की निकट व्यवस्था के कारण एक दूसरे के साथ ओवरलैप करते हैं, जिससे कि मुक्त इलेक्ट्रॉन पूरे क्रिस्टल की "सामान्य संपत्ति" होते हैं।

19 एक और पर्याप्त छवि इलेक्ट्रॉनिक समुद्र है, जो क्रिस्टल जाली को "धोता" है।

उनके इलेक्ट्रॉन गैस के लिए और, जैसे कि कुछ भी नहीं हुआ था, संतुलन की स्थिति के पास क्रिस्टल जाली के नोड्स पर केवल थर्मल कंपन करते हुए, अपने स्थानों पर बने रहें।

क्या होता है यदि एक धातु कंडक्टर को एक बंद सर्किट में शामिल किया जाता है जिसमें वर्तमान स्रोत होता है? मुक्त इलेक्ट्रॉन अराजक तापीय गति करना जारी रखते हैं, लेकिन अब, एक बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, जो उत्पन्न हुआ है, वे इसके अलावा, एक व्यवस्थित तरीके से चलना शुरू कर देंगे। इलेक्ट्रॉनों की तापीय गति पर आरोपित इलेक्ट्रॉन गैस का यह निर्देशित प्रवाह धातु में विद्युत प्रवाह है। एक धातु चालक में इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति की गति, जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, लगभग 0.1 मिमी/सेकेंड है।

3.13.2 रिक्के अनुभव

हमने यह क्यों तय किया कि धातुओं में करंट मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति से बनता है? क्रिस्टल जाली के सकारात्मक आयन भी बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया का अनुभव करते हैं। हो सकता है कि वे धातु के कंडक्टर के अंदर भी चले जाएं और करंट के निर्माण में भाग लें?

आयनों की क्रमबद्ध गति का अर्थ होगा विद्युत प्रवाह की दिशा में पदार्थ का क्रमिक स्थानांतरण। इसलिए, आपको बस कंडक्टर के माध्यम से बहुत लंबे समय तक करंट पास करने की जरूरत है और देखें कि अंत में क्या होता है। इस तरह के प्रयोग की स्थापना ई. रिक्के ने 1901 में की थी।

एक दूसरे के खिलाफ दबाए गए तीन सिलेंडर विद्युत सर्किट में शामिल थे: किनारों पर दो तांबे और उनके बीच एक एल्यूमीनियम (चित्र। 3.48)। इस परिपथ से एक वर्ष तक विद्युत धारा प्रवाहित की गई।

चावल। 3.48. रिक्के अनुभव

एक साल में तीन लाख से ज्यादा पेंडेंट सिलेंडर से होकर गुजरे। मान लीजिए कि प्रत्येक धातु परमाणु एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन खो देता है, जिससे आयन का आवेश प्रारंभिक आवेश e = 1;6 10 19 C के बराबर हो जाता है। यदि सकारात्मक आयनों की गति से करंट उत्पन्न होता है, तो यह गणना करना आसान है (इसे स्वयं करें!) कि सर्किट के माध्यम से पारित चार्ज की यह मात्रा लगभग 2 किलो तांबे के सर्किट के साथ स्थानांतरण से मेल खाती है।

हालांकि, सिलेंडरों के अलग होने के बाद, उनके परमाणुओं के प्राकृतिक प्रसार (और कुछ नहीं) के कारण, केवल एक-दूसरे में धातुओं का मामूली प्रवेश पाया गया। धातुओं में विद्युत धारा पदार्थ के स्थानांतरण के साथ नहीं होती है, इसलिए धनात्मक धातु आयन धारा के निर्माण में भाग नहीं लेते हैं।

3.13.3 स्टुअर्ट-टॉल्मन प्रयोग

टी. स्टीवर्ट और आर. टॉलमैन (1916) के प्रयोग में प्रत्यक्ष प्रायोगिक साक्ष्य दिया गया था कि मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति से धातुओं में विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है।

20 इसलिए, मुक्त इलेक्ट्रॉनों को चालन इलेक्ट्रॉन भी कहा जाता है।

चावल। 3.49. एक अनुभव स्टुअर्ट-टोलमैन

स्टीवर्ट-टॉल्मन प्रयोग से पहले चार साल पहले रूसी भौतिकविदों एल. उन्होंने तथाकथित विद्युत जड़ता प्रभाव की ओर ध्यान आकर्षित किया: यदि एक गतिमान कंडक्टर को तेजी से ब्रेक दिया जाता है, तो इसमें एक अल्पकालिक वर्तमान नाड़ी उत्पन्न होती है। प्रभाव को इस तथ्य से समझाया जाता है कि कंडक्टर के मंदी के बाद थोड़े समय के लिए, इसके मुक्त प्रभार जड़ता से चलते रहते हैं।

हालांकि, नहीं मात्रात्मक परिणाममंडेलस्टम और पापलेक्सी को प्राप्त नहीं हुआ, और उनकी टिप्पणियों को प्रकाशित नहीं किया गया। प्रयोग का नाम अपने नाम पर रखने का सम्मान स्टुअर्ट और टॉलमैन का है, जिन्होंने न केवल संकेतित विद्युत जड़ता प्रभाव को देखा, बल्कि आवश्यक माप और गणना भी की।

स्टुअर्ट और टॉलमैन सेटअप को अंजीर में दिखाया गया है। 3.49. एक धातु के तार के बड़ी संख्या में फेरों वाली एक कुंडली को अपनी धुरी के चारों ओर तेजी से घुमाया गया। घुमावदार के सिरों को एक विशेष उपकरण, एक बैलिस्टिक गैल्वेनोमीटर से संपर्कों को खिसकाने के माध्यम से जोड़ा गया था, जिससे इससे गुजरने वाले चार्ज को मापना संभव हो जाता है।

कॉइल के तेज ब्रेक लगाने के बाद, सर्किट में एक करंट पल्स दिखाई दिया। धारा की दिशा ने संकेत दिया कि यह ऋणात्मक आवेशों की गति के कारण हुआ था। बैलिस्टिक गैल्वेनोमीटर से मापना कुल शुल्कश्रृंखला से गुजरते हुए, स्टीवर्ट और टॉलमैन ने एक कण के आवेश और उसके द्रव्यमान के अनुपात q=m की गणना की। यह एक इलेक्ट्रॉन के लिए अनुपात ई = एम के बराबर निकला, जो उस समय पहले से ही अच्छी तरह से जाना जाता था।

तो अंत में यह पता चला कि धातुओं में मुक्त आवेशों के वाहक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। जैसा कि आप देख सकते हैं, यह लंबा और प्रसिद्ध है

यह तथ्य आपके लिए अपेक्षाकृत देर से स्थापित किया गया था, यह देखते हुए कि उस समय तक विद्युत चुंबकत्व पर विभिन्न प्रकार के प्रयोगों में एक सदी से भी अधिक समय तक धातु के कंडक्टरों का सक्रिय रूप से उपयोग किया जा चुका था।

3.13.4 प्रतिरोध की तापमान निर्भरता

अनुभव बताता है कि जब किसी धातु के चालक को गर्म किया जाता है तो उसका प्रतिरोध बढ़ जाता है। इसे कैसे समझाएं?

कारण सरल है: बढ़ते तापमान के साथ, क्रिस्टल जाली के आयनों के थर्मल कंपन अधिक तीव्र हो जाते हैं, जिससे आयनों के साथ मुक्त इलेक्ट्रॉनों के टकराव की संख्या बढ़ जाती है। जाली की ऊष्मीय गति जितनी अधिक सक्रिय होती है, इलेक्ट्रॉनों के लिए आयनों के बीच अंतराल से गुजरना उतना ही कठिन होता है। इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति की गति कम हो जाती है, इसलिए, वर्तमान ताकत भी घट जाती है (स्थिर वोल्टेज पर)। इसका मतलब है प्रतिरोध में वृद्धि।

21, उदाहरण के लिए, ओम के नियम, 1826 की खोज की तारीख से तुलना करें। हालाँकि, मुद्दा यह है कि इलेक्ट्रॉन की खोज केवल 1897 में हुई थी।

22 एक घूमने वाले सामने के दरवाजे की कल्पना करो। किस मामले में इसके माध्यम से फिसलना अधिक कठिन है: जब यह धीरे या जल्दी घूमता है? :-)

जैसा कि अनुभव फिर से दिखाता है, प्रतिरोध की निर्भरता
तापमान t पर अच्छे के साथ धातु कंडक्टर का निया आर
सटीकता रैखिक है:
आर = आर0 (1 + टी):
यहाँ R, 0 C पर चालक का प्रतिरोध है।
निर्भरता (3.68) एक सीधी रेखा है (चित्र 3.50)।

गुणक को प्रतिरोध का तापमान गुणांक कहा जाता है। विभिन्न धातुओं और मिश्र धातुओं के लिए इसका मान तालिकाओं में पाया जा सकता है।

कंडक्टर की लंबाई l और उसका क्रॉस-सेक्शनल एरिया S तापमान में बदलाव के साथ महत्वहीन रूप से बदलता है। हम R और R0 को प्रतिरोधकता के रूप में व्यक्त करते हैं:

		; R0

और इन सूत्रों को (3.68) में प्रतिस्थापित करें। हम तापमान पर प्रतिरोधकता की समान निर्भरता प्राप्त करते हैं:

0(1+टी):

गुणांक बहुत छोटा है (तांबे के लिए, उदाहरण के लिए, = 0; 0043), ताकि धातु के प्रतिरोध की तापमान निर्भरता को अक्सर उपेक्षित किया जा सके। हालांकि, कुछ मामलों में इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक प्रकाश बल्ब के टंगस्टन फिलामेंट को इस हद तक गर्म किया जाता है कि इसकी करंट-वोल्टेज विशेषता अनिवार्य रूप से गैर-रैखिक होती है।

चावल। 3.51. एक प्रकाश बल्ब की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता

तो, अंजीर में। 3.51 कार लाइट बल्ब की करंट-वोल्टेज विशेषता को दर्शाता है। यदि प्रकाश बल्ब एक पूर्ण प्रतिरोधक होता, तो इसकी धारा-वोल्टेज विशेषता ओम के नियम के अनुसार एक सीधी रेखा होती। इस रेखा को नीली बिंदीदार रेखा के रूप में दिखाया गया है।

हालाँकि, जैसे-जैसे प्रकाश बल्ब पर लागू वोल्टेज बढ़ता है, ग्राफ इस सीधी रेखा से अधिक से अधिक विचलित होता है। क्यों? तथ्य यह है कि वोल्टेज में वृद्धि के साथ, बल्ब के माध्यम से करंट बढ़ता है और सर्पिल को अधिक गर्म करता है; इसलिए हेलिक्स प्रतिरोध भी बढ़ जाता है। नतीजतन, वर्तमान ताकत, हालांकि यह बढ़ती रहेगी, "बिंदीदार रेखा" द्वारा निर्धारित की तुलना में एक छोटा और छोटा मूल्य होगा। रैखिक निर्भरतावोल्टेज से करंट।

और इलेक्ट्रॉन उनके चारों ओर घूमते हैं। इलेक्ट्रॉनों को नाभिक द्वारा आकर्षित किया जाता है, और "उन्हें फाड़ने" के लिए, कुछ प्रयास की आवश्यकता होती है। इस मामले में, हमारे पास एक धनात्मक आवेशित नाभिक और ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन होंगे।

यह पता चला है कि कंडक्टर में विद्युत प्रवाह दिखाई देने के लिए, परमाणुओं के बंधनों से बहुत सारे इलेक्ट्रॉनों को फाड़ना और वर्तमान के पूरे पथ में उनका साथ देना आवश्यक है ताकि वे नए परमाणुओं द्वारा कब्जा न करें . जाहिर है, इसके लिए काफी अच्छी मात्रा में बल की आवश्यकता होगी। हालाँकि, जब एक विद्युत क्षेत्र होता है, तो धातु के कंडक्टरों में बिना किसी प्रयास के करंट चलना शुरू हो जाता है। यह कैसे काम करता है? धातुओं में विद्युत प्रवाह की प्रकृति क्या है कि वे लगभग बिना किसी नुकसान के स्वतंत्र रूप से धारा प्रवाहित कर सकते हैं?

धातुओं में धारा की प्रकृति

तथ्य यह है कि धातुओं में पदार्थ की संरचना की संरचना ऐसी होती है कि कण सकारात्मक आयनों, यानी परमाणुओं के नाभिक द्वारा निर्मित क्रिस्टल जाली में स्थित होते हैं। और ऋणात्मक आयन, यानी इलेक्ट्रॉन, नाभिक से जुड़े बिना स्वतंत्र रूप से गति करते हैं। एक मौन अवस्था में सभी इलेक्ट्रॉनों का आवेश नाभिक के धनात्मक आवेश की भरपाई करता है। जब इलेक्ट्रॉनों पर कोई क्रिया होती है बिजली क्षेत्र, वे कंडक्टर की पूरी लंबाई के साथ एक ही दिशा में चलना शुरू करते हैं।

इस प्रकार धातुओं में विद्युत धारा का निर्माण होता है। प्रत्येक विशेष इलेक्ट्रॉन की गति की गति छोटी होती है - लगभग कुछ मिलीमीटर प्रति सेकंड। लेकिन विद्युत क्षेत्र के प्रसार की गति प्रकाश की गति के बराबर है, लगभग 300,000 किमी/सेकेंड। विद्युत क्षेत्र अपने पथ में सभी इलेक्ट्रॉनों को गति में सेट करता है, और वर्तमान प्रकाश की गति से धातु के तारों में फैलता है।

विद्युत प्रवाह की क्रिया

धातु में इलेक्ट्रान कितनी तेजी से चलते हैं, हम इसे अपनी आंखों से नहीं देख सकते हैं - वे बहुत छोटे हैं। हम कंडक्टर में करंट की उपस्थिति को उसके द्वारा उत्पन्न क्रिया से ही आंक सकते हैं। विद्युत प्रवाह का प्रभाव बहुत विविध हो सकता है। धारा का ऊष्मीय प्रभाव कंडक्टर के ताप में प्रकट होता है। इस क्रिया का व्यापक रूप से इलेक्ट्रिक हीटर में उपयोग किया जाता है: केतली, हीटर, हेयर ड्रायर।

एक अन्य धारा का रासायनिक प्रभाव होता है। कुछ समाधानों में, जब विद्युत प्रवाह के संपर्क में आते हैं, तो विभिन्न पदार्थ निकलते हैं। इस प्रकार लवण और क्षार से शुद्ध पदार्थ निकाले जाते हैं। करंट का चुंबकीय प्रभाव भी होता है। इसके अलावा, किसी भी कंडक्टर में करंट का चुंबकीय प्रभाव हमेशा प्रकट होता है। करंट का चुंबकीय प्रभाव इस तथ्य में निहित है कि करंट ले जाने वाले कंडक्टर के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनता है। इस क्षेत्र को पकड़ा और मापा जा सकता है। उपयोग के लिए चुंबकीय क्रियाकरंट इंसुलेटेड तारों की सर्पिल वाइंडिंग का निर्माण करता है और उनके माध्यम से करंट पास करता है। इस प्रकार, वे ध्यान केंद्रित करते हैं और वर्तमान के चुंबकीय प्रभाव को बढ़ाते हैं और विद्युत चुम्बक बनाते हैं।

बिजली और चुंबकत्व आम तौर पर एक दूसरे के साथ अटूट रूप से जुड़े हुए हैं। सबसे सरल उदाहरण: विद्युतीकृत हेयरब्रश का आकर्षण एक चुंबकीय क्रिया के अलावा और कुछ नहीं है। आवेश. व्यक्ति सक्रिय रूप से उपयोग कर रहा है चुंबकीय गुणवर्तमान। बिजली उत्पादन से, जो परिवर्तित यांत्रिक ऊर्जाचुम्बक की सहायता से विद्युत में, विशिष्ट विद्युत उपकरणों में जो विद्युत को वापस में परिवर्तित करते हैं यांत्रिक कार्य- हर जगह करंट की चुंबकीय क्रिया का उपयोग किया जाता है।

वर्तमान दिशा

धनात्मक आवेशों की गति की दिशा को परिपथ में विद्युत धारा की दिशा के रूप में लिया जाता है। और चूंकि हम जानते हैं कि यह एक सकारात्मक नहीं है, बल्कि एक नकारात्मक चार्ज है जो चलता है - इलेक्ट्रॉनों, तदनुसार, वर्तमान की दिशा वह दिशा है जिसमें सकारात्मक चार्ज चलते हैं। यह इलेक्ट्रॉनों की गति के विपरीत दिशा है।

उन्होंने यह दिशा क्यों ली? तथ्य यह है कि एक समय में वे नहीं जानते थे कि वास्तव में एक विद्युत आवेश कैसे प्रसारित होता है, लेकिन बिजली का उपयोग किया जाता था, और गणना के लिए नियम और कानून बनाना आवश्यक था। और परंपरागत रूप से उन्होंने धनात्मक आवेशों के संचलन की दिशा को धारा की दिशा के रूप में लिया। और जब उन्होंने इसका पता लगा लिया, तो किसी ने भी कानूनों और नियमों को फिर से लिखना शुरू नहीं किया। इसलिए ऐसा ही रहता है। और जहां वास्तव में इलेक्ट्रॉन चल रहे हैं, यदि आवश्यक हो तो ध्यान में रखा जाता है।

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पाठ का उद्देश्यधातुओं में विद्युत धारा की प्रकृति का अध्ययन जारी रखें, विद्युत धारा के प्रभाव का प्रयोगात्मक अध्ययन करें।

पाठ मकसद:

• शैक्षिक -विद्युत प्रवाह की प्रकृति पर सामान्य विचारों का निर्माण, विद्युत परिपथों के साथ काम करने की क्षमता का निर्माण, विद्युत परिपथों को इकट्ठा करना।
• शिक्षात्मक- ज्ञान को व्यवहार में लागू करते समय त्रुटियों को खोजने और उनसे बचने की क्षमता का गठन, साथ ही तार्किक रूप से नई घटनाओं की व्याख्या करना, उनके ज्ञान को गैर-मानक स्थितियों में लागू करना।
• शैक्षिक -अपनी मातृभूमि के लिए प्यार की भावना पैदा करने के लिए, ध्यान केंद्रित करने की क्षमता का निर्माण, एक संवाद का संचालन करना और किसी की राय का यथोचित बचाव करना।

उपकरण और सामग्री: करंट स्रोत, टॉर्च के लिए बिजली का बल्ब, बिजली की घंटी, स्विच, लेड वायर, कॉपर सल्फेट का घोल, इलेक्ट्रोमैग्नेट, कॉपर और जिंक प्लेट, क्रिस्टल जाली मॉडल, गैल्वेनोमीटर।

टीसीओ: संगणक प्रस्तुतीकरण, मल्टीमीडिया प्रोजेक्टर।

प्रदर्शन:

1. सरलतम विद्युत परिपथों की असेंबली।
2. CuSO4 के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान तांबे का अलगाव।
3. विद्युत धारा के साथ कुंडली की क्रिया विद्युत चुम्बक के समान होती है।
4. एक नींबू और एक तांबे और जस्ता प्लेट का उपयोग करके एक वर्तमान स्रोत प्राप्त करना।

पाठ योजना।

1. बुनियादी ज्ञान का अद्यतन - 10 मिनट।
2. नई सामग्री "धातुओं में विद्युत प्रवाह" का अध्ययन - 10 मिनट।
3. फिक्सिंग - 3 मि.
4. आराम का मिनट - 1 मिनट।
5. नई सामग्री का अध्ययन "विद्युत प्रवाह की क्रियाएं"। 12 मि.
6. फिक्सिंग - 5 मिनट।
7. होम वर्क- दो मिनट।
8. पाठ सारांश - 2 मि.

कक्षाओं के दौरान

1. बुनियादी ज्ञान की प्राप्ति - 10 मिनट।

- नमस्कार दोस्तों आज हम "विद्युत धारा" विषय का अध्ययन जारी रखेंगे।

कवर किए गए विषयों को याद रखने के लिए, आइए निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर दें

1) विद्युत धारा किसे कहते हैं?

नमूना प्रतिक्रिया। कणों की निर्देशित गति का आदेश दिया।

2) परिपथ में विद्युत धारा के अस्तित्व के लिए या परिपथ के तत्वों के नाम के लिए क्या आवश्यक है?

ई. प्रतिक्रिया. वर्तमान स्रोत, कंडक्टर, वर्तमान उपभोक्ता और ये सभी तत्व बंद होने चाहिए।

3) योजनाओं के साथ काम करें।

और अब देखते हैं कि आप विद्युत सर्किट के संकलन में उल्लंघन कैसे देखते हैं।

आपके सामने दो ईमेल हैं। सर्किट, जिनकी योजनाएँ स्क्रीन पर प्रस्तुत की जाती हैं।

1. कुंजी बंद होने पर पहले सर्किट में काम करने योग्य लैंप क्यों नहीं जलता है? (चित्र एक)

छात्रों की प्रतिक्रिया।

नमूना प्रतिक्रिया।विद्युत सर्किट टूट गया है। दीपक के जलने के लिए, सर्किट में एक विद्युत प्रवाह मौजूद होना चाहिए, और यह एक बंद सर्किट के साथ संभव है जिसमें केवल बिजली के कंडक्टर होते हैं।

अध्यापक।कंडक्टर गैर-कंडक्टर या इंसुलेटर से कैसे भिन्न होते हैं?

छात्रों की प्रतिक्रिया।

नमूना प्रतिक्रिया।कंडक्टर वे निकाय होते हैं जिनके माध्यम से विद्युत आवेश आवेशित शरीर से अनावेशित शरीर में जा सकते हैं। लेकिन इंसुलेटर में इस तरह के बदलाव असंभव हैं, और दीपक जलता है।

सही उत्तर देने वाले छात्र को आमंत्रित किया जाता है और वह अंतराल को समाप्त करके सही उत्तर प्रदर्शित करता है। दीपक जलता है।

2. सर्किट बंद होने पर दूसरे सर्किट में घंटी क्यों नहीं बजती? (रेखा चित्र नम्बर 2)

छात्रों की प्रतिक्रिया।

नमूना प्रतिक्रिया।किसी चालक में विद्युत धारा प्राप्त करने के लिए उसमें विद्युत क्षेत्र बनाना आवश्यक है। इस क्षेत्र के प्रभाव में मुक्त आवेशित कण व्यवस्थित रूप से गति करने लगेंगे और यह विद्युत धारा है। कंडक्टरों में एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है और इसे विद्युत क्षेत्र स्रोतों द्वारा लंबे समय तक बनाए रखा जा सकता है। विद्युत सर्किट में एक वर्तमान स्रोत होना चाहिए। हम सर्किट को एक करंट सोर्स से जोड़ते हैं और घंटी बजती है।

सही उत्तर देने वाले छात्र को आमंत्रित किया जाता है, और वह वर्तमान स्रोत को सर्किट से जोड़कर सही उत्तर प्रदर्शित करता है।

अध्यापकदोस्तों, हमने एक वर्किंग सर्किट देखा। बताओ, क्या आप तारों को देखकर बता सकते हैं कि यहां करंट प्रवाहित होता है?

छात्रों की प्रतिक्रिया।

इसका उत्तर नहीं है, क्योंकि हम आरोपों की गति नहीं देखते हैं।

अध्यापकऔर इसलिए, के लिए विस्तृत रसीदइस प्रश्न का उत्तर दें, हम एक नए विषय के अध्ययन के लिए आगे बढ़ेंगे।

2. नई चीजें सीखनासामग्री "धातुओं में विद्युत प्रवाह" - 10 मिनट .

स्लाइड हमारे पाठ का विषय: “धातुओं में विद्युत धारा। विद्युत प्रवाह की क्रियाएं "

दोस्तों, कौन जानता है कि यदि आप गलती से किसी विद्युत उपकरण को छू लेते हैं जो सक्रिय हो गया है, तो विद्युत प्रवाह की क्रिया से कैसे बचा जाए?

नमूना प्रतिक्रिया।इसके लिए ग्राउंडिंग की आवश्यकता होती है, क्योंकि पृथ्वी एक संवाहक है और अपने विशाल आकार के कारण, एक बड़ा आवेश धारण कर सकती है।

अध्यापक।ग्राउंडिंग किस सामग्री से बनी होती है?

छात्रों की प्रतिक्रिया।

नमूना प्रतिक्रिया।ग्राउंडिंग धातु से बना है।

अध्यापक।इन पदार्थों को वास्तव में क्यों पसंद किया जाता है, हम नए विषय "धातुओं में विद्युत प्रवाह" का अध्ययन करने के बाद जवाब देंगे। पाठ का विषय अपनी नोटबुक में लिखें।

तो, हमारी बातचीत धातुओं के बारे में होगी। धातु की प्रारंभिक परिभाषाओं में सबसे प्रसिद्ध 18वीं शताब्दी के मध्य में एम.वी. लोमोनोसोव: "धातु एक हल्का शरीर है जिसे जाली बनाया जा सकता है। ऐसे केवल छह शरीर हैं: सोना, चांदी, तांबा, टिन, लोहा और सीसा। ” ढाई शताब्दियों के बाद धातुओं के बारे में बहुत कुछ ज्ञात हो गया है। डी। आई। मेंडेलीव की तालिका के सभी तत्वों में से 75% से अधिक धातुओं की संख्या से संबंधित हैं, और बिल्कुल उठाते हैं सटीक परिभाषाधातुओं के लिए, यह लगभग निराशाजनक कार्य है।

इसलिए, आज, सामान्य मामले में, पहले रूसी वैज्ञानिक एमवी लोमोनोसोव की परिभाषा का उपयोग कर सकते हैं - विश्व महत्व के एक प्राकृतिक वैज्ञानिक, उनके द्वारा प्रस्तावित पहले दो गुणों में तीन और जोड़ते हैं। आप धातुओं के सभी गुणों को जानेंगे। आइए उनमें से एक से शुरू करें - विद्युत चालकता।

धातुओं की संरचना पर विचार करें। धातु मॉडल एक क्रिस्टल जाली है, जिसके नोड्स में कण यादृच्छिक प्रदर्शन करते हैं दोलन गति. (एक क्रिस्टल जाली का एक मॉडल प्रस्तुत किया गया है, और स्क्रीन पर धातुओं की संरचना के एक मॉडल की एक छवि पेश की गई है)।

ठोस अवस्था में धातुओं की क्रिस्टलीय संरचना होती है। क्रिस्टल में कणों को एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, जिससे एक स्थानिक (क्रिस्टल) जाली बनती है। जैसा कि आप पहले से ही जानते हैं कि किसी भी धातु में कुछ संयोजकता इलेक्ट्रॉन परमाणु में अपना स्थान छोड़ देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप परमाणु धनात्मक आयन में बदल जाता है। धनात्मक आयन धातु के क्रिस्टल जाली के नोड्स पर स्थित होते हैं, और मुक्त इलेक्ट्रॉन (इलेक्ट्रॉन गैस) उनके बीच की जगह में चलते हैं, अर्थात। उनके परमाणुओं के नाभिक से बंधे नहीं हैं।

सभी मुक्त इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश निरपेक्ष मान में जाली के सभी आयनों के धनात्मक आवेश के बराबर होता है। इसलिए, सामान्य परिस्थितियों में, धातु विद्युत रूप से तटस्थ होती है।

धातु के कंडक्टरों में विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत कौन से विद्युत आवेश चलते हैं? हम मान सकते हैं कि एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत मुक्त इलेक्ट्रॉन चलते हैं। लेकिन इस धारणा को साबित करने की जरूरत है।

1899 में, स्टटगार्ट में ट्राम सबस्टेशन पर के. रिक्के को मुख्य तार में शामिल किया गया जो ट्राम लाइनों को खिलाता है, उनके सिरों के साथ श्रृंखला में तीन बारीकी से दबाए गए सिलेंडर; बाहरी दो तांबे के थे, और बीच वाला एल्यूमीनियम था।

एक वर्ष से अधिक समय तक इन सिलेंडरों से विद्युत प्रवाह गुजरा। उस स्थान का गहन विश्लेषण करने के बाद जहां सिलेंडर संपर्क में थे, के। रिक्के को तांबे में एल्यूमीनियम परमाणु नहीं मिला, और एल्यूमीनियम में तांबे के परमाणु, यानी प्रसार नहीं हुआ। इस प्रकार, उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया कि जब विद्युत धारा किसी चालक से होकर गुजरती है, तो आयन गतिमान नहीं होते हैं। नतीजतन, केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन चलते हैं, और वे सभी पदार्थों के लिए समान हैं।

इस तथ्य की अंतिम पुष्टि हमारे देश के भौतिकविदों एल.आई. द्वारा 1913 में किया गया प्रयोग था। मंडेलस्टम और एन.डी. पापालेक्सी, साथ ही अमेरिकी भौतिक विज्ञानी बी। स्टीवर्ट और आर। टोलमैन। स्क्रीन पर चित्र को देखें। फिसल पट्टी

वैज्ञानिकों ने अपनी धुरी के चारों ओर एक बहु-मोड़ कॉइल को बहुत तेज़ घूर्णन में लाया। फिर, कॉइल के तेज मंदी के साथ, इसके सिरों को गैल्वेनोमीटर के लिए बंद कर दिया गया, और डिवाइस ने एक अल्पकालिक विद्युत प्रवाह दर्ज किया। घटना का कारण, जो धातु के क्रिस्टल जाली के नोड्स के बीच मुक्त आवेशित कणों की जड़ता के कारण होता है। चूंकि दिशा अनुभव से जानी जाती है प्रारंभिक गतिऔर प्राप्त धारा की दिशा, तब आप वाहकों के आवेश का संकेत पा सकते हैं: यह नकारात्मक हो जाता है। इसलिए, धातु में मुक्त आवेश वाहक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। गैल्वेनोमीटर सुई के विचलन से, कोई सर्किट में बहने वाले विद्युत आवेश के परिमाण का न्याय कर सकता है। अनुभव ने सिद्धांत की पुष्टि की। विद्युत के शास्त्रीय सिद्धांत की विजय हुई।

धातु के कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की एक क्रमबद्ध गति है

यदि कंडक्टर में कोई विद्युत क्षेत्र नहीं है, तो इलेक्ट्रॉन बेतरतीब ढंग से चलते हैं, जैसे गैस या तरल पदार्थ के अणु कैसे चलते हैं। समय के प्रत्येक क्षण में, विभिन्न इलेक्ट्रॉनों की गति मॉड्यूल और दिशाओं में भिन्न होती है। यदि कंडक्टर में एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन अपनी अराजक गति को बनाए रखते हुए, स्रोत के सकारात्मक ध्रुव की ओर स्थानांतरित होने लगते हैं। इलेक्ट्रॉनों की यादृच्छिक गति के साथ, उनका क्रमबद्ध स्थानांतरण उत्पन्न होता है - बहाव।

एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत एक कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति की गति कुछ मिलीमीटर प्रति सेकंड होती है, और कभी-कभी इससे भी कम। लेकिन जैसे ही चालक में विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, यह अच्छी गति, निर्वात में प्रकाश की गति (300,000 किमी / सेकंड) के करीब, कंडक्टर की पूरी लंबाई के साथ फैलता है।

साथ ही विद्युत क्षेत्र के प्रसार के साथ, सभी इलेक्ट्रॉन कंडक्टर की पूरी लंबाई के साथ एक ही दिशा में चलना शुरू कर देते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, जब एक विद्युत लैंप का सर्किट बंद हो जाता है, तो लैंप सर्पिल में मौजूद इलेक्ट्रॉन भी एक व्यवस्थित तरीके से चलने लगते हैं।

यह पानी की आपूर्ति में पानी के प्रवाह के साथ विद्युत प्रवाह की तुलना करके और पानी के दबाव के प्रसार के साथ विद्युत क्षेत्र के प्रसार की तुलना करके इसे समझने में मदद करेगा। जब पानी पानी के टॉवर में ऊपर उठता है, तो पानी का दबाव (दबाव) पूरे प्लंबिंग सिस्टम में बहुत तेजी से फैलता है। जब हम नल चालू करते हैं, तो पानी पहले से ही दबाव में होता है और बहने लगता है। लेकिन जो पानी उसमें था वह नल से बहता है, और टावर से पानी बहुत बाद में नल तक पहुंच जाएगा, क्योंकि। पानी की गति दबाव के प्रसार की तुलना में कम गति से होती है।

जब वे एक चालक में विद्युत प्रवाह के प्रसार की गति के बारे में बात करते हैं, तो उनका मतलब कंडक्टर के साथ विद्युत क्षेत्र के प्रसार की गति से होता है।

एक विद्युत संकेत भेजा गया, उदाहरण के लिए, मास्को से व्लादिवोस्तोक (s = 8000 किमी) तक तार द्वारा, लगभग 0.03 सेकंड में वहां पहुंचता है।

आराम का एक पल.

दोस्तों, एक बार महान विचारक सुकरात से पूछा गया कि उनकी राय में जीवन में सबसे आसान काम क्या है? उसने उत्तर दिया कि सबसे आसान काम है दूसरों को सिखाना और सबसे कठिन काम है खुद को जानना।

भौतिकी के पाठों में, हम प्रकृति के ज्ञान के बारे में बात करते हैं। लेकिन आज, चलो खुद में गोता लगाएँ। हम कैसे समझते हैं दुनिया? कलाकारों के रूप में या विचारकों के रूप में?

1. खड़े हो जाओ, अपने हाथों को ऊपर उठाओ, खिंचाव करो।
2. अपनी उंगलियों को इंटरलेस करें।
3. देखिए आपके बाएं या दाएं हाथ की कौन सी उंगली सबसे ऊपर है? परिणाम "एल" या "पी" लिखें
4. अपनी बाहों को अपनी छाती के ऊपर से पार करें। ("नेपोलियन पोज़") कौन सा हाथ ऊपर है?
5. तालियाँ। कौनसा हाथ ऊपर है?

आइए संक्षेप करते हैं।

यह देखते हुए कि "एलएलएल" का परिणाम कलात्मक प्रकार के व्यक्तित्व से मेल खाता है, और "पीपीपी" - सोच के प्रकार से।

आपकी कक्षा में किस प्रकार की सोच प्रचलित है?

कई "कलाकार", कई "विचारक", और अधिकांश लोग सामंजस्यपूर्ण रूप से विकसित व्यक्तित्व हैं, जिन्हें तार्किक और आलंकारिक सोच दोनों की विशेषता है।

और अब आप बाहरी दुनिया के ज्ञान की ओर बढ़ सकते हैं।

धातुओं में विद्युत धारा। आइए अगले खंड पर चलते हैं "विद्युत प्रवाह की क्रियाएं"

नई सामग्री का अध्ययन "विद्युत प्रवाह की क्रियाएं"

धात्विक चालक में हम इलेक्ट्रॉनों को गति करते नहीं देख सकते। हम एक विद्युत धारा के कारण होने वाली विभिन्न घटनाओं से एक सर्किट में करंट की उपस्थिति का न्याय कर सकते हैं। ऐसी घटनाओं को करंट की क्रिया कहा जाता है। इनमें से कुछ क्रियाएं व्यवहार में आसानी से देखी जा सकती हैं।

धारा का ऊष्मीय प्रभाव। (फिसल पट्टी)

करंट की रासायनिक क्रिया। रासायनिक क्रिया एल. करंट पहली बार 1800 में खोजा गया था (स्लाइड)

एक अनुभव। हम कॉपर सल्फेट के विलयन के साथ एक प्रयोग करेंगे। हम दो कार्बन इलेक्ट्रोड को आसुत जल में कम करते हैं और सर्किट को बंद कर देते हैं। हम देखते हैं कि एल. प्रकाश बल्ब नहीं जलता है। हम कॉपर सल्फेट का घोल लेते हैं और इसे एक शक्ति स्रोत से जोड़ते हैं। प्रकाश बल्ब जलता है।

आउटपुट रासायनिक धारा का प्रभाव यह है कि अम्ल (लवण, क्षार) के कुछ विलयनों में जब विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो पदार्थों का विमोचन होता है। घोल में निहित पदार्थ इस घोल में डूबे हुए इलेक्ट्रोड पर जमा होते हैं। जब कॉपर सल्फेट (CuSo4) के घोल से करंट प्रवाहित किया जाता है, तो शुद्ध कॉपर (Cu) एक नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोड पर छोड़ा जाएगा। इसका उपयोग शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

एल्युमिनियम इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है (इसे प्राप्त करने का यह एकमात्र औद्योगिक तरीका है), रासायनिक रूप से शुद्ध धातु, निकल चढ़ाना, क्रोमियम चढ़ाना और गिल्डिंग का उत्पादन किया जाता है।

धातुओं को क्षरण से बचाने के लिए, उनकी सतह को अक्सर ऐसी धातुओं से लेपित किया जाता है जिनका ऑक्सीकरण करना मुश्किल होता है, अर्थात निकल या क्रोमियम चढ़ाना होता है। इस प्रक्रिया को इलेक्ट्रोप्लेटिंग कहा जाता है।

धारा की चुंबकीय क्रिया। फिसल पट्टी

एक अनुभव। हम एक सर्किट में एक लोहे की कोर के साथ एक कुंडल शामिल करते हैं और धातु की वस्तुओं के आकर्षण का निरीक्षण करते हैं।

गैल्वेनोमीटर में करंट की चुंबकीय क्रिया का उपयोग।

फिसल पट्टी

गैल्वेनोमीटर। योजनाबद्ध संकेतन

अध्ययन सामग्री का समेकन।

हम V.I द्वारा समस्याओं के संग्रह के अनुसार समस्याओं का समाधान करते हैं। लुकाशिको

1. №1248
2. №1250
3. ? आप अछूता क्यों नहीं छू सकते बिजली की तारेंनंगे हाथों से?

(हाथों पर नमी में हमेशा विभिन्न लवणों का घोल होता है और यह एक इलेक्ट्रोलाइट है। इसलिए, यह तारों और त्वचा के बीच अच्छा संपर्क बनाता है।)

छात्रों के उत्तरों का विश्लेषण करके हम अंक देते हैं।

होमवर्क असाइनमेंट। अनुच्छेद। 34, 35 एल। नंबर 1260, 1261। दो बिंदुओं (दोस्तों) से कॉल नियंत्रण योजना के साथ आओ।

धातुओं में विद्युत धारा।

धातुओं में विद्युत धारा के वाहक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। धातुओं में इलेक्ट्रॉनिक चालकता के आधार पर ओम का नियम प्राप्त किया जा सकता है। मुक्त पथ के अंत में टकराव के क्षण में एक इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा (इलेक्ट्रॉन का मुक्त पथ दो आसन्न प्रभावों के बीच की दूरी है) आइए हम मुक्त पथ समय (वह समय अंतराल जिसके दौरान इलेक्ट्रॉन गुजरता है) को निरूपित करते हैं मुक्त पथ) के माध्यम से टी।सभी चालन इलेक्ट्रॉन जो कंडक्टर के एक खंड में लंबाई के साथ मौजूद होते हैं मैंऔर क्रॉस सेक्शन एस, बराबर ऊर्जा प्राप्त करें

कहाँ पे वी- आयन से टकराने से पहले एक इलेक्ट्रॉन की गति। औसत गतिविद्युत स्थिर क्षेत्र की क्रिया के परिणामस्वरूप निर्देशित गति का G7 बराबर होगा

हम मानते हैं कि प्रभावों के बीच एक इलेक्ट्रॉन की गति समान रूप से त्वरित होती है। सूक्ष्म मात्रा (I = neSv) के संदर्भ में वर्तमान ताकत को व्यक्त करने वाले सूत्र में, हम प्रतिस्थापित करते हैं

हमें मिलता है: 2I = neSv. इस अभिव्यक्ति से हम पाते हैं:

जिसे हम सूत्र (3.18) में प्रतिस्थापित करते हैं और प्राप्त करते हैं:

व्यंजक (3.19) में, I के सामने की सभी मात्राएँ वोल्टेज पर निर्भर नहीं करती हैं और इसलिए:

तो करंट वोल्टेज के समानुपाती होता है। धातुओं के लिए वर्तमान-वोल्टेज विशेषता को अंजीर में दिखाया गया है। 53. धारा I की ताकत, इलेक्ट्रॉन चार्ज ई, कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र और इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता को जानकर, इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति की गति निर्धारित करना संभव है, इसलिए- बहाव वेग कहा जाता है।

प्रयोजन:

विद्युत प्रवाह हर जगह मौजूद है, यह बहता है: हमारे शरीर में, तंत्रिका आवेगों को प्रसारित करना, वातावरण में, बिजली के निर्वहन और इसी तरह, और निश्चित रूप से, बिजली के उपकरणों में, धातु के तारों से बहना।

डिवाइस:

धातुओं में एक विद्युत प्रवाह एक आदेशित धातु क्रिस्टल जाली के सकारात्मक चार्ज आयनों के बीच अंतरिक्ष में एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत नकारात्मक रूप से चार्ज मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति है।

परिचालन सिद्धांत:

ऋणात्मक रूप से आवेशित मुक्त इलेक्ट्रॉन आयनों के बीच के स्थान में अराजक रूप से चलते हैं, लेकिन एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, वे सकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रोड की ओर शिफ्ट होने लगते हैं। इस विस्थापन की गति बहुत कम है, लगभग 1 मिमी प्रति सेकंड। हालांकि, विद्युत क्षेत्र प्रकाश की गति (300,000 किमी/सेकेंड) से कंडक्टर के माध्यम से फैलता है, और चूंकि सभी इलेक्ट्रॉन एक ही समय में आगे बढ़ना शुरू करते हैं, यह पता चलता है कि वर्तमान प्रकाश की गति से चलता है!

अर्धचालकों में विद्युत धारा

अर्धचालक पदार्थों का एक वर्ग है जिसमें बढ़ते तापमान के साथ चालकता बढ़ती है और विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है। यह अर्धचालक मूल रूप से धातुओं से भिन्न होते हैं। विशिष्ट अर्धचालक जर्मेनियम और सिलिकॉन के क्रिस्टल होते हैं, जिसमें परमाणु एक सहसंयोजक बंधन द्वारा एकजुट होते हैं। अर्धचालकों में किसी भी तापमान पर मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत मुक्त इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल में स्थानांतरित हो सकते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनिक चालन चालू हो सकता है। क्रिस्टल जालक के परमाणुओं में से एक के बाहरी आवरण से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने से यह परमाणु एक सकारात्मक आयन में बदल जाता है। पड़ोसी परमाणुओं में से एक से इलेक्ट्रॉन को पकड़कर इस आयन को बेअसर किया जा सकता है। इसके अलावा, परमाणुओं से सकारात्मक आयनों में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के परिणामस्वरूप, लापता इलेक्ट्रॉन के साथ जगह के क्रिस्टल में अराजक गति की प्रक्रिया होती है। बाह्य रूप से, इस प्रक्रिया को एक सकारात्मक विद्युत आवेश की गति के रूप में माना जाता है, जिसे कहा जाता है छेद. जब एक क्रिस्टल को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो छिद्रों की एक क्रमबद्ध गति होती है - एक छिद्र चालन धारा। एक आदर्श अर्धचालक क्रिस्टल में, समान संख्या में ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आवेशित छिद्रों की गति से विद्युत धारा उत्पन्न होती है। आदर्श अर्धचालकों में चालकता को आंतरिक चालकता कहा जाता है। अर्धचालकों के गुण अशुद्धियों की सामग्री पर अत्यधिक निर्भर होते हैं। अशुद्धियाँ दो प्रकार की होती हैं-दाता और स्वीकर्ता। वे अशुद्धियाँ जो इलेक्ट्रॉन दान करती हैं और इलेक्ट्रॉनिक चालकता उत्पन्न करती हैं, कहलाती हैं दाता(अशुद्धियों की संयोजकता मुख्य अर्धचालक से अधिक होती है)। अर्धचालक जिनमें इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता छिद्रों की सांद्रता से अधिक होती है, n-प्रकार के अर्धचालक कहलाते हैं। अशुद्धियाँ जो इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेती हैं और इस तरह चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या को बढ़ाए बिना मोबाइल छिद्र बनाती हैं, कहलाती हैं हुंडी सकारनेवाला(अशुद्धियों की संयोजकता मुख्य अर्धचालक की संयोजकता से कम होती है)। कम तापमान पर, एक स्वीकर्ता अशुद्धता के साथ अर्धचालक क्रिस्टल में छेद मुख्य वर्तमान वाहक होते हैं, और इलेक्ट्रॉन मुख्य वाहक नहीं होते हैं। अर्धचालक जिनमें छिद्रों की सांद्रता चालन इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता से अधिक होती है, छिद्र अर्धचालक या p-प्रकार अर्धचालक कहलाते हैं। विभिन्न प्रकार की चालकता वाले दो अर्धचालकों के संपर्क पर विचार करें। बहुसंख्यक वाहकों का पारस्परिक प्रसार इन अर्धचालकों की सीमा के माध्यम से होता है: इलेक्ट्रॉन एन-सेमीकंडक्टर से पी-सेमीकंडक्टर में फैलते हैं, और पी-सेमीकंडक्टर से एन-सेमीकंडक्टर में छेद करते हैं। नतीजतन, संपर्क से सटे n-अर्धचालक का खंड इलेक्ट्रॉनों में समाप्त हो जाएगा, और नंगे अशुद्धता आयनों की उपस्थिति के कारण इसमें एक अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज बन जाएगा। पी-सेमीकंडक्टर से एन-सेमीकंडक्टर तक छिद्रों की आवाजाही से पी-सेमीकंडक्टर के सीमा क्षेत्र में एक अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज दिखाई देता है। नतीजतन, एक दोहरी विद्युत परत बनती है, और एक संपर्क विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो मुख्य आवेश वाहकों के आगे प्रसार को रोकता है। इस परत को कहा जाता है ताला. एक बाहरी विद्युत क्षेत्र बाधा परत की विद्युत चालकता को प्रभावित करता है। यदि अर्धचालक स्रोत से जुड़े हैं जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 55, फिर बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मुख्य चार्ज वाहक - एन-सेमीकंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉन और पी-सेमीकंडक्टर में छेद - अर्धचालक के इंटरफेस में एक-दूसरे की ओर बढ़ेंगे, जबकि पीएन की मोटाई जंक्शन कम हो जाता है, इसलिए इसका प्रतिरोध कम हो जाता है। इस मामले में, वर्तमान ताकत बाहरी प्रतिरोध द्वारा सीमित है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की इस दिशा को प्रत्यक्ष कहा जाता है। पी-एन-जंक्शन का सीधा कनेक्शन वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर खंड 1 से मेल खाता है (चित्र 57 देखें)। विभिन्न मीडिया में विद्युत प्रवाह वाहक और वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को तालिका में संक्षेपित किया गया है। 1. यदि अर्धचालक स्रोत से जुड़े हैं जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 56 है, तो n-अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन और p-अर्धचालक में छिद्र सीमा से बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत विपरीत दिशाओं में गति करेंगे। बैरियर परत की मोटाई और इसलिए इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की इस दिशा के साथ - रिवर्स (अवरुद्ध) केवल अल्पसंख्यक चार्ज वाहक इंटरफ़ेस से गुजरते हैं, जिनमें से एकाग्रता मुख्य लोगों की तुलना में बहुत कम है, और वर्तमान व्यावहारिक रूप से शून्य है। पीएन जंक्शन का रिवर्स समावेश वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (छवि 57) पर धारा 2 से मेल खाता है। इस प्रकार, पी-एन जंक्शन में एक असममित चालकता है। इस संपत्ति का उपयोग . में किया जाता है अर्धचालक डायोड, जिसमें एक पी-एन-जंक्शन होता है और उदाहरण के लिए, एसी सुधार या पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी में अर्धचालकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। लत विद्युतीय प्रतिरोधविशेष में प्रयुक्त तापमान पर अर्धचालक धातु अर्धचालक उपकरण - thermistors. वे उपकरण जो प्रकाश द्वारा प्रकाशित होने पर अपने विद्युत प्रतिरोध को बदलने के लिए अर्धचालक क्रिस्टल की संपत्ति का उपयोग करते हैं, कहलाते हैं फोटोरेसिस्टर्स.

इलेक्ट्रोलाइट्स में विद्युत प्रवाह

इलेक्ट्रोलाइट्स को प्रवाहकीय मीडिया कहा जाता है जिसमें विद्युत प्रवाह का प्रवाह पदार्थ के स्थानांतरण के साथ होता है। इलेक्ट्रोलाइट्स में मुक्त आवेश के वाहक धनात्मक और ऋणात्मक आवेश वाले आयन होते हैं। इलेक्ट्रोलाइट्स में पिघली हुई अवस्था में धातु के कई यौगिकों के साथ-साथ कुछ ठोस पदार्थ भी शामिल होते हैं। हालांकि, प्रौद्योगिकी में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट्स के मुख्य प्रतिनिधि अकार्बनिक एसिड, लवण और क्षार के जलीय समाधान हैं।

SO4 + Cu = CuSO4।

इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से विद्युत प्रवाह का मार्ग इलेक्ट्रोड पर पदार्थों की रिहाई के साथ होता है। इस घटना का नाम दिया गया है इलेक्ट्रोलीज़. इलेक्ट्रोलाइट्स में विद्युत प्रवाह दोनों संकेतों के आयनों की विपरीत दिशाओं में गति है। धनात्मक आयन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड की ओर गति करते हैं ( कैथोड), नकारात्मक आयन - सकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) के लिए। कुछ तटस्थ अणुओं के विभाजन के परिणामस्वरूप दोनों संकेतों के आयन लवण, अम्ल और क्षार के जलीय घोल में दिखाई देते हैं। इस घटना को कहा जाता है इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण. उदाहरण के लिए, कॉपर क्लोराइड CuCl2 तांबे और क्लोरीन आयनों में एक जलीय घोल में अलग हो जाता है: जब इलेक्ट्रोड एक वर्तमान स्रोत से जुड़े होते हैं, तो आयन एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में एक क्रमबद्ध गति शुरू करते हैं: सकारात्मक कॉपर आयन कैथोड की ओर बढ़ते हैं, और ऋणावेशित क्लोराइड आयन एनोड की ओर गति करते हैं (चित्र 4.15.1)। कैथोड तक पहुंचने के बाद, कॉपर आयन कैथोड के अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा निष्प्रभावी हो जाते हैं और कैथोड पर बसने वाले तटस्थ परमाणुओं में बदल जाते हैं। क्लोरीन आयन, एनोड तक पहुँचकर, एक इलेक्ट्रॉन दान करते हैं। उसके बाद, तटस्थ क्लोरीन परमाणु जोड़े में संयोजित होते हैं और क्लोरीन अणु Cl2 बनाते हैं। एनोड पर बुलबुलों के रूप में क्लोरीन निकलती है। कई मामलों में, इलेक्ट्रोलिसिस के साथ होता है माध्यमिक प्रतिक्रियाएंइलेक्ट्रोड सामग्री या सॉल्वैंट्स के साथ इलेक्ट्रोड पर जारी अपघटन उत्पाद। एक उदाहरण कॉपर सल्फेट CuSO4 (कॉपर सल्फेट) के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस है, जब इलेक्ट्रोलाइट में डूबे इलेक्ट्रोड कॉपर से बने होते हैं। कॉपर सल्फेट अणुओं का पृथक्करण योजना के अनुसार होता है तटस्थ तांबे के परमाणु कैथोड पर ठोस जमा के रूप में जमा होते हैं। इस प्रकार रासायनिक रूप से शुद्ध तांबा प्राप्त किया जा सकता है। आयन दो इलेक्ट्रॉनों को एनोड को दान करता है और एक तटस्थ कट्टरपंथी SO4 में बदल जाता है, कॉपर एनोड के साथ एक माध्यमिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है। परिणामस्वरूप कॉपर सल्फेट अणु घोल में चला जाता है। इस प्रकार, जब विद्युत प्रवाह कॉपर सल्फेट के जलीय घोल से होकर गुजरता है, तो कॉपर एनोड घुल जाता है और कॉपर कैथोड पर जमा हो जाता है। कॉपर सल्फेट के घोल की सांद्रता नहीं बदलती है। इलेक्ट्रोलिसिस का नियम प्रयोगात्मक रूप से अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एम। फैराडे द्वारा 1833 में स्थापित किया गया था। फैराडे का नियमको परिभाषित करता है प्राथमिक उत्पादों की मात्रा,इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोड पर जारी किया गया: इलेक्ट्रोड पर छोड़े गए पदार्थ का द्रव्यमान एम चार्ज क्यू के सीधे आनुपातिक है जो इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरा है:मान k कहा जाता है विद्युत रासायनिक समकक्ष।इलेक्ट्रोड पर छोड़े गए पदार्थ का द्रव्यमान इलेक्ट्रोड में आने वाले सभी आयनों के द्रव्यमान के बराबर होता है:

यहाँ NA अवोगैड्रो स्थिरांक है, M = m0NA पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान है, F = eNA - फैराडे स्थिरांक।

फैराडे स्थिरांक संख्यात्मक रूप से उस आवेश के बराबर होता है जिसे इलेक्ट्रोड पर एक मोनोवैलेंट पदार्थ के एक मोल को छोड़ने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से पारित किया जाना चाहिए। इलेक्ट्रोलिसिस के लिए फैराडे का नियम रूप लेता है:

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना का व्यापक रूप से आधुनिक औद्योगिक उत्पादन में उपयोग किया जाता है।

गैसों में विद्युत धारा

गैसों में, गैर-आत्मनिर्भर और आत्मनिर्भर विद्युत निर्वहन होते हैं।

गैस के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह की घटना, केवल गैस पर किसी बाहरी प्रभाव की स्थिति में देखी जाती है, एक गैर-स्व-निरंतर विद्युत निर्वहन कहा जाता है। एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन के अलग होने की प्रक्रिया को परमाणु का आयनीकरण कहा जाता है। एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए खर्च की जाने वाली न्यूनतम ऊर्जा को आयनीकरण ऊर्जा कहा जाता है। एक आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस, जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व समान होता है, कहलाती है प्लाज्मा.

गैर-स्व-निरंतर निर्वहन में विद्युत प्रवाह के वाहक सकारात्मक आयन और नकारात्मक इलेक्ट्रॉन होते हैं। वर्तमान-वोल्टेज विशेषता को अंजीर में दिखाया गया है। 54. ओएबी के क्षेत्र में - एक गैर आत्मनिर्भर निर्वहन। बीसी क्षेत्र में, निर्वहन स्वतंत्र हो जाता है।

स्व-निर्वहन में, परमाणुओं के आयनीकरण के तरीकों में से एक इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण है। इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा आयनीकरण तब संभव हो जाता है जब इलेक्ट्रॉन माध्य मुक्त पथ A पर गतिज ऊर्जा W k प्राप्त कर लेता है, जो परमाणु से इलेक्ट्रॉन को अलग करने का कार्य करने के लिए पर्याप्त है। गैसों में स्वतंत्र निर्वहन के प्रकार - चिंगारी, कोरोना, चाप और चमक निर्वहन।

स्पार्क डिस्चार्जविभिन्न आवेशों से आवेशित दो इलेक्ट्रोडों के बीच होता है और एक बड़ा संभावित अंतर होता है। विपरीत आवेशित निकायों के बीच वोल्टेज 40,000 V तक पहुँच जाता है। स्पार्क डिस्चार्ज अल्पकालिक होता है, इसका तंत्र इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव होता है। लाइटनिंग एक प्रकार का स्पार्क डिस्चार्ज है। अत्यधिक अमानवीय विद्युत क्षेत्रों में, उदाहरण के लिए, एक टिप और एक विमान के बीच या बिजली लाइन तार और पृथ्वी की सतह के बीच, गैसों में आत्मनिर्भर निर्वहन का एक विशेष रूप होता है, जिसे कहा जाता है कोरोना डिस्चार्ज. इलेक्ट्रिक आर्क डिस्चार्ज 1802 में रूसी वैज्ञानिक वी.वी. पेट्रोव द्वारा खोजा गया था। जब कोयले से बने दो इलेक्ट्रोड 40-50 वी के वोल्टेज पर संपर्क में आते हैं, तो कुछ जगहों पर उच्च विद्युत प्रतिरोध वाले छोटे क्रॉस सेक्शन के क्षेत्र होते हैं। ये क्षेत्र बहुत गर्म हो जाते हैं, इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं जो इलेक्ट्रोड के बीच परमाणुओं और अणुओं को आयनित करते हैं। चाप में विद्युत धारा के वाहक धनावेशित आयन और इलेक्ट्रॉन होते हैं। कम दबाव पर होने वाले डिस्चार्ज को कहा जाता है चमक निर्वहन. दबाव में कमी के साथ, इलेक्ट्रॉन का औसत मुक्त पथ बढ़ता है, और टकराव के बीच के समय में, कम तीव्रता वाले विद्युत क्षेत्र में आयनीकरण के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करने का समय होता है। निर्वहन एक इलेक्ट्रॉन-आयन हिमस्खलन द्वारा किया जाता है।

वैक्यूम में विद्युत प्रवाह

यदि दो इलेक्ट्रोड को एक सीलबंद बर्तन में रखा जाता है और बर्तन से हवा निकाल दी जाती है, तो निर्वात में विद्युत प्रवाह उत्पन्न नहीं होता है - कोई विद्युत प्रवाह वाहक नहीं होते हैं। अमेरिकी वैज्ञानिक टी.ए. एडिसन (1847-1931) ने 1879 में खोज की थी कि एक वैक्यूम ग्लास फ्लास्क में विद्युत प्रवाह हो सकता है यदि इसमें से एक इलेक्ट्रोड को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है। गर्म पिंडों की सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की घटना को थर्मोनिक उत्सर्जन कहा जाता है। शरीर की सतह से एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए जो कार्य करना चाहिए, उसे कार्य कार्य कहा जाता है। ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना को इस तथ्य से समझाया गया है कि शरीर के तापमान में वृद्धि के साथ, पदार्थ में इलेक्ट्रॉनों के एक निश्चित भाग की गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है। यदि किसी इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा कार्य फलन से अधिक हो जाती है, तो वह सकारात्मक आयनों से आकर्षक बलों की क्रिया को दूर कर सकता है और शरीर की सतह को निर्वात में छोड़ सकता है। विभिन्न इलेक्ट्रॉन ट्यूबों का संचालन ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना पर आधारित है।

परिभाषा 1

धातुओं में विद्युत धाराविद्युत क्षेत्र के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति कहलाती है।

प्रयोगों के आधार पर यह देखा जा सकता है कि धातु का चालक पदार्थ को स्थानांतरित नहीं करता है, अर्थात धातु आयन विद्युत आवेश की गति में भाग नहीं लेते हैं।

शोध के दौरान धातुओं में विद्युत धारा के इलेक्ट्रॉनिक स्वरूप के प्रमाण प्राप्त हुए। 1913 में वापस, एल.आई. मंडेलस्टम और एन.डी. पपलेक्सी ने पहला गुणात्मक परिणाम दिया। और 1916 में, आर. टॉलमैन और बी. स्टीवर्ट ने मौजूदा तकनीक को उन्नत किया और मात्रात्मक मापन किया जिससे यह साबित हुआ कि इलेक्ट्रॉनों की गति धातु के कंडक्टरों में करंट के प्रभाव में होती है।

चित्र 1 । 12. 1 टॉलमैन और स्टीवर्ट के आरेख को दर्शाता है। पतली तार के बड़ी संख्या में घुमावों से युक्त कुंडल, अपनी धुरी के चारों ओर घूर्णन द्वारा संचालित होता था। इसके सिरे एक बैलिस्टिक गैल्वेनोमीटर जी से जुड़े हुए थे। कुंडल अचानक टूट गया था, जो चार्ज वाहक की जड़ता के कारण एक अल्पकालिक वर्तमान की उपस्थिति का परिणाम था। गैल्वेनोमीटर की सुइयों को घुमाकर कुल आवेश को मापा गया।

चित्र 1 । 12. एक । टॉलमैन और स्टीवर्ट के प्रयोग की योजना।

घूर्णन कुंडल के ब्रेकिंग के दौरान, बल F = - m d d t, जिसे ब्रेकिंग बल कहा जाता है, प्रत्येक आवेश वाहक पर कार्य करता है e. F ने बाहरी बल की भूमिका निभाई, दूसरे शब्दों में, गैर-विद्युत मूल के। यह वह बल है, जो आवेश की एक इकाई द्वारा विशेषता है, जो कि बाहरी बलों E की t के साथ क्षेत्र की ताकत है:

ई के साथ टी \u003d - एम ई डी υ डी टी।

यही है, जब कॉइल को ब्रेक दिया जाता है, तो एक इलेक्ट्रोमोटिव बल होता है, जो δ \u003d E c t l \u003d m e d υ d t l के बराबर होता है, जहां l कॉइल वायर की लंबाई होती है। कॉइल ब्रेकिंग प्रक्रिया की एक निश्चित अवधि सर्किट के माध्यम से चार्ज क्यू के प्रवाह के कारण होती है:

क्यू = ∫ आई डी टी = 1 आर ∫ δ डी टी = एम ई एल υ 0 आर।

यह सूत्रबताता है कि एल कॉइल में करंट का तात्कालिक मूल्य है, आर सर्किट का प्रतिबाधा है, υ 0 तार की प्रारंभिक रैखिक गति है। यह देखा जा सकता है कि धातुओं में विशिष्ट आवेश e m का निर्धारण सूत्र पर आधारित होता है:

ई एम = एल υ 0 आर क्यू।

दाईं ओर के मूल्यों को मापा जा सकता है। टॉलमैन और स्टीवर्ट के प्रयोगों के परिणामों के आधार पर, यह पाया गया कि मुक्त आवेश वाहकों का एक ऋणात्मक चिन्ह होता है, और इसके द्रव्यमान में वाहक का अनुपात अन्य प्रयोगों में प्राप्त विशिष्ट इलेक्ट्रॉन आवेश के मान के करीब होता है। यह पाया गया कि इलेक्ट्रॉन मुक्त आवेशों के वाहक होते हैं।

आधुनिक डेटा से पता चलता है कि एक इलेक्ट्रॉन के आवेश का मापांक, अर्थात प्राथमिक आवेश, e \u003d 1, 60218 10 - 19 K l के बराबर होता है, और इसके विशिष्ट आवेश का पदनाम em \u003d 1, 75882 10 होता है। 11 के एल / के जी।

मुक्त इलेक्ट्रॉनों की एक उत्कृष्ट सांद्रता की उपस्थिति में, धातुओं की अच्छी विद्युत चालकता के बारे में बात करना समझ में आता है। यह तोलमैन और स्टुअर्ट के प्रयोगों से पहले ही प्रकट हो गया था। 1900 में, P. Drude ने धातुओं में मुक्त इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की परिकल्पना के आधार पर धातुओं की चालकता का इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत बनाया। इसे एच. लोरेंत्ज़ द्वारा विकसित और विस्तारित किया गया था, जिसके बाद इसे शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन सिद्धांत कहा गया। इसके आधार पर, यह समझा गया कि इलेक्ट्रॉन अपनी अवस्था में एक आदर्श गैस के समान एक इलेक्ट्रॉन गैस की तरह व्यवहार करते हैं। चित्र 1 । 12. 2 दिखाता है कि यह उन आयनों के बीच की जगह को कैसे भर सकता है जो पहले से ही धातु के क्रिस्टल जाली का निर्माण कर चुके हैं।

चित्र 1 । 12. 2. किसी धातु के क्रिस्टल जालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गैस। इलेक्ट्रॉनों में से एक का प्रक्षेपवक्र दिखाया गया है।

परिभाषा 2

आयनों के साथ इलेक्ट्रॉनों की बातचीत के बाद, पूर्व केवल संभावित बाधा को पार करते हुए, धातु छोड़ देता है।

ऐसे बैरियर की ऊंचाई कहलाती है समारोह का कार्य.

कमरे के तापमान की उपस्थिति इलेक्ट्रॉनों को इस अवरोध से गुजरने की अनुमति नहीं देती है। क्रिस्टल जालक के साथ अंतःक्रिया के बाद इलेक्ट्रॉन के बाहर निकलने की स्थितिज ऊर्जा उस समय की तुलना में बहुत कम होती है जब इलेक्ट्रॉन को चालक से हटाया जाता है।

परिभाषा 3

स्थान इकंडक्टर में एक संभावित कुएं की उपस्थिति की विशेषता है, जिसकी गहराई को कहा जाता है संभावित बाधा.

जाली बनाने वाले आयन और इलेक्ट्रॉन तापीय गति में भाग लेते हैं। संतुलन की स्थिति के पास आयनों के ऊष्मीय कंपन और मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अराजक गति के कारण, जब पूर्व बाद वाले से टकराता है, तो इलेक्ट्रॉनों और जाली के बीच थर्मोडायनामिक संतुलन मजबूत होता है।

प्रमेय 1

ड्रूड-लोरेंत्ज़ सिद्धांत के अनुसार, हमारे पास इलेक्ट्रॉनों की औसत ऊर्जा समान होती है तापीय गति, साथ ही एक मोनोएटोमिक आदर्श गैस के अणु। इससे आणविक गतिज सिद्धांत का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनों की तापीय गति के औसत वेग υ t का अनुमान लगाना संभव हो जाता है।

कमरे का तापमान 10 5 m / s का मान देता है।

यदि किसी धातु के चालक पर एक बाहरी विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों (विद्युत प्रवाह) की एक तापीय क्रमबद्ध गति होगी, अर्थात एक बहाव। इसकी औसत गति d का निर्धारण उपलब्ध समय t के अंतराल पर इलेक्ट्रॉनों के संवाहक के क्रॉस सेक्शन S के माध्यम से किया जाता है जो कि वॉल्यूम S d t में होते हैं।

ऐसे e की संख्या n S d t के बराबर होती है, जहाँ n मुक्त इलेक्ट्रॉनों की औसत सांद्रता का मान लेता है, जो धात्विक चालक के प्रति इकाई आयतन में परमाणुओं की संख्या के बराबर होता है। उपलब्ध समय के लिए t, एक चार्ज q \u003d e n S υ d ∆ t कंडक्टर सेक्शन से होकर गुजरता है।

तब मैं = q t = e n S υ d या d = मैं e n S ।

धातुओं में परमाणुओं की सांद्रता n 10 28 - 10 29 m - 3 की सीमा में होती है।

सूत्र 1 मिमी 2 के क्रॉस सेक्शन वाले कंडक्टर के लिए 0, 6 - 6 मिमी m / s के मान के साथ इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति की औसत गति υ d का अनुमान लगाना संभव बनाता है। 10:00 पूर्वाह्न।

परिभाषा 4

औसत गतिधातु के कंडक्टरों में इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति का d उनकी तापीय गति d t की गति t से कम परिमाण के कई क्रम हैं।

चित्र 1 । 12. 3 क्रिस्टल जालक में स्थित मुक्त e की गति की प्रकृति को दर्शाता है।

चित्र 1 । 12. 3. क्रिस्टल जाली में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन की गति: a - धातु के क्रिस्टल जाली में एक इलेक्ट्रॉन की अराजक गति; बी - विद्युत क्षेत्र के कारण बहाव के साथ अराजक गति। बहाव का पैमाना d t बहुत अतिरंजित है।

कम बहाव दर की उपस्थिति अनुभव के अनुरूप नहीं होती है जब पूरे डीसी सर्किट की धारा तुरंत स्थापित हो जाती है। समापन एक विद्युत क्षेत्र की गति c = 3 · 10 8 m / s के साथ किया जाता है। जैसे-जैसे समय बीतता है l c (l श्रृंखला की लंबाई है), श्रृंखला के साथ विद्युत क्षेत्र का एक स्थिर वितरण स्थापित होता है। इसमें इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति होती है।

धातुओं का शास्त्रीय इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत मानता है कि उनका आंदोलन न्यूटनियन यांत्रिकी के नियमों के अधीन है। इस सिद्धांत को इस तथ्य की विशेषता है कि एक दूसरे के साथ इलेक्ट्रॉनों की बातचीत की उपेक्षा की जाती है, और सकारात्मक आयनों के साथ बातचीत को टकराव माना जाता है, जिनमें से प्रत्येक के दौरान ई संचित ऊर्जा को जाली में प्रदान करता है। इसलिए, आम तौर पर यह स्वीकार किया जाता है कि टक्कर के बाद एक इलेक्ट्रॉन की गति शून्य बहाव वेग की विशेषता होती है।

बिल्कुल उपरोक्त सभी सुझाई गई धारणाएं अनुमानित हैं। इससे इलेक्ट्रॉनिक शास्त्रीय सिद्धांत के आधार पर धातु के कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह के नियमों की व्याख्या करना संभव हो जाता है।

ओम कानून

परिभाषा 5

टक्करों के बीच के अंतराल में, e E के परिमाण के बराबर एक बल इलेक्ट्रॉन पर कार्य करता है, जिसके परिणामस्वरूप उसे एक त्वरण em m E प्राप्त होता है।

मुक्त पथ का अंत एक इलेक्ट्रॉन के बहाव वेग की विशेषता है, जो सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

डी = υ डी एम ए एक्स = ई ई एम τ।

मुक्त पथ समय को द्वारा निरूपित किया जाता है। यह सभी इलेक्ट्रॉनों के मूल्य को खोजने के लिए गणना को सरल बनाने में मदद करता है। औसत बहाव गति d अधिकतम मान के आधे के बराबर है:

डी = 1 2 υ डी एम ए एक्स = 1 2 ई ई एम τ।

यदि लंबाई के साथ एक कंडक्टर है l, एक इलेक्ट्रॉन एकाग्रता n के साथ क्रॉस सेक्शन S, तो कंडक्टर में करंट के रिकॉर्ड का रूप है:

मैं = ई एन एस υ डी = 1 2 ई 2 एन एस एम ई = ई 2 τ एन एस 2 एम एल यू।

यू = ई एल कंडक्टर के सिरों पर वोल्टेज है। सूत्र धातु के चालक के लिए ओम के नियम को व्यक्त करता है। तब विद्युत प्रतिरोध पाया जाना चाहिए:

आर = 2 एम ई 2 एन τ एल एस।

प्रतिरोधकता और चालकता को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

= 2 एम ई 2 एन τ; = 1 ρ = ई 2 एन τ 2 मीटर।

जूल-लेन्ज़ कानून

क्षेत्र की क्रिया के तहत इलेक्ट्रॉन पथ का अंत गतिज ऊर्जा की विशेषता है

1 2 मीटर (υ डी) एम ए एक्स 2 = 1 2 ई 2 τ 2 एम ई 2।

परिभाषा 6

मान्यताओं के आधार पर, टकराव के दौरान ऊर्जा जाली में स्थानांतरित हो जाती है, और बाद में गर्मी में परिवर्तित हो जाती है।

प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के समय t का अनुभव ∆ t टकरावों द्वारा किया जाता है। क्रॉस सेक्शन S और लंबाई l वाले कंडक्टर में n S l इलेक्ट्रॉन होते हैं। तब t के लिए चालक में निर्मुक्त ऊष्मा के बराबर होती है

क्यू = एन एस एल ∆ टी τ ई 2 2 2 एम ई 2 = एन ई 2 τ 2 एम एस एल यू 2 ∆ टी = यू 2 आर ∆ टी।

यह अनुपात व्यक्त करता है जूल-लेन्ज़ कानून.

शास्त्रीय सिद्धांत के लिए धन्यवाद, धातुओं के विद्युत प्रतिरोध के अस्तित्व की व्याख्या है, अर्थात ओम और जूल-लेन्ज़ के नियम। शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन सिद्धांत सभी सवालों के जवाब देने में सक्षम नहीं है।

यह धातुओं और ढांकता हुआ क्रिस्टल की दाढ़ ताप क्षमता के मूल्य में अंतर की व्याख्या करने में असमर्थ है, 3 R के बराबर, जहां R को एक सार्वभौमिक गैस स्थिरांक के रूप में लिखा जाता है। किसी धातु की ऊष्मा क्षमता मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर निर्भर नहीं करती है।

शास्त्रीय इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत धातुओं की प्रतिरोधकता की तापमान निर्भरता की व्याख्या नहीं करता है। सिद्धांत के अनुसार ~ टी, और प्रयोगों के आधार पर - ~ टी। सिद्धांत और व्यवहार के बीच विसंगति का एक उदाहरण अतिचालकता है।

शास्त्रीय सिद्धांत के आधार पर, धातुओं की प्रतिरोधकता घटते तापमान के साथ धीरे-धीरे कम होनी चाहिए, और किसी भी टी पर सीमित रहती है। यह निर्भरता . के साथ प्रयोगों के लिए विशिष्ट है उच्च तापमान. यदि T पर्याप्त रूप से कम है, तो धातुओं की प्रतिरोधकता तापमान पर अपनी निर्भरता खो देती है और एक सीमित मान तक पहुँच जाती है।

विशेष रुचि अतिचालकता की घटना थी। 1911 में, इसकी खोज एच. केमरलिंग-ओनेस ने की थी।

प्रमेय 2

यदि एक निश्चित तापमान T k p है, जो विभिन्न पदार्थों के लिए भिन्न होता है, तो एक छलांग के साथ प्रतिरोधकता घटकर शून्य हो जाती है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। 12. 4.

उदाहरण 1

पारा के लिए महत्वपूर्ण तापमान 4.1 K, एल्यूमीनियम के लिए - 1.2 K, टिन के लिए - 3.7 K माना जाता है। अतिचालकता की उपस्थिति न केवल तत्वों के लिए हो सकती है, बल्कि इसके लिए भी हो सकती है रासायनिक यौगिकऔर मिश्र। टिन Ni 3 Sn के साथ Niobium में 18 K का एक महत्वपूर्ण तापमान बिंदु होता है। ऐसे पदार्थ होते हैं जो कम तापमान पर अतिचालक अवस्था में चले जाते हैं, जबकि सामान्य परिस्थितियों में वे नहीं होते हैं। चांदी और तांबा चालक हैं, लेकिन जब तापमान कम होता है, तो वे अतिचालक नहीं बनते हैं।

चित्र 1 । 12. 4. कम तापमान पर निरपेक्ष तापमान टी पर प्रतिरोधकता की निर्भरता: ए - सामान्य धातु; b एक अतिचालक है।

अतिचालक अवस्था पदार्थ के असाधारण गुणों की बात करती है। सबसे महत्वपूर्ण में से एक अतिचालक सर्किट में क्षीणन के बिना लंबे समय तक उत्तेजित विद्युत प्रवाह को बनाए रखने की क्षमता है।

शास्त्रीय इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत अतिचालकता की व्याख्या नहीं कर सकता है। क्वांटम यांत्रिक अवधारणाओं के आधार पर उनकी खोज के 60 साल बाद यह संभव हो गया।

में बढ़ रही दिलचस्पी यह घटनाउच्च महत्वपूर्ण तापमान रखने में सक्षम नई सामग्रियों के उद्भव के साथ वृद्धि हुई। 1986 में इसकी खोज की गई थी जटिल संबंधतापमान T k p = 35 K के साथ। अगले वर्ष, वे 98 K के महत्वपूर्ण T के साथ सिरेमिक बनाने में कामयाब रहे, जो कि तरल नाइट्रोजन (77 K) के T से अधिक था।

परिभाषा 7

द्रव नाइट्रोजन के क्वथनांक से अधिक T पर पदार्थों के अतिचालक अवस्था में संक्रमण की घटना कहलाती है उच्च तापमान अतिचालकता.

बाद में 1988 में उन्होंने एक Tl - Ca - Ba - Cu - O कंपाउंड बनाया जिसमें एक महत्वपूर्ण T 125 K तक पहुंच गया। On इस पलवैज्ञानिक सबसे अधिक नए पदार्थों को खोजने में रुचि रखते हैं उच्च मूल्यटी टू रिवर वे एक अतिचालक पदार्थ प्राप्त करने की आशा करते हैं कमरे का तापमान. यदि ऐसा किया जाता है तो विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में क्रांति आ जाएगी। अब तक, सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक सामग्री की संरचना के सभी गुणों और तंत्रों का पूरी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है।

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