धातु चालकों के संचालन के संबंध में, शास्त्रीय चालन सिद्धांत का मानना है कि बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं जो धातु कंडक्टर के अंदर स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। ये मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत प्रवाह बनाने के लिए विद्युत क्षेत्र बल की कार्रवाई के तहत दिशात्मक रूप से चलते हैं।
1 धातु परमाणुओं का बाह्यनाभिकीय इलेक्ट्रॉन
सभी परमाणु नाभिक और नाभिक के चारों ओर घूमने वाले अतिरिक्त परमाणु इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं। नाभिक के बाहर इलेक्ट्रॉनों की गति के लिए आवश्यक अभिकेन्द्रीय बल नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच कूलम्ब विद्युत क्षेत्र बल द्वारा प्रदान किया जाता है। नाभिक के बाहर अनेक बाह्य-परमाणु इलेक्ट्रॉन नाभिक से अलग-अलग दूरी पर होते हैं। नाभिक के निकटतम इलेक्ट्रॉन में सबसे अधिक बल होता है और इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा सबसे कम होती है। नाभिक से सबसे दूर स्थित सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन में नाभिक द्वारा सबसे कम बंधन बल होता है, इलेक्ट्रॉन की संभावित ऊर्जा सबसे बड़ी होती है, और कुल ऊर्जा सबसे बड़ी होती है। इलेक्ट्रॉनों की बाहरी परत के हस्तक्षेप के बाद पारस्परिक घुमावदार गति द्वारा गठित बल के आधार पर धातु परमाणुओं को एक धातु निकाय में संयोजित किया जाता है। बहुत कम बंधन बल के कारण, धातु में गर्म होने पर कोमलता और आसान विरूपण की विशेषताएं होती हैं।
2 लोरेंत्ज़ बल (या प्रेरित विद्युत क्षेत्र बल) की कार्रवाई के तहत धातु कंडक्टर
यदि कोई धातु कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में प्रेरण की चुंबकीय रेखा को काटता है, तो कंडक्टर के अंदर कोर के बाहर के इलेक्ट्रॉन लोरेंत्ज़ बल के अधीन होंगे, और इस क्रिया के तहत परमाणुओं को ध्रुवीकृत किया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप परमाणु ध्रुवीकरण इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न होगा। लेकिन लोरेंत्ज़ बल कितना भी बड़ा क्यों न हो, वह इलेक्ट्रॉन पर कार्य नहीं कर सकता, इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा को नहीं बढ़ा सकता और उसे नाभिक के बंधन से मुक्त नहीं कर सकता। इलेक्ट्रॉन के नाभिक के बंधन से मुक्त होने के बाद, वह उस पर कार्य करना जारी रखेगा, और विद्युत धारा बनाने के लिए बल की दिशा में गति करेगा।
वोल्टेज वितरण और विद्युत क्षेत्र बल के तहत 3 धातु कंडक्टर
यदि कंडक्टर के अंदर वोल्टेज वितरण विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए धातु कंडक्टर के दोनों सिरों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो कंडक्टर के अंदर बाहरी परमाणु परत में इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के चारों ओर घूमने पर वोल्टेज वितरण विद्युत क्षेत्र बल के अधीन किया जाना चाहिए, और विद्युत क्षेत्र बल इलेक्ट्रॉनों पर सकारात्मक कार्य करता है। , इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को बढ़ाने के लिए, और नाभिक के बंधन को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, और नाभिक के बाहर मुक्त इलेक्ट्रॉन बन जाते हैं। क्योंकि बाहरी नाभिक में केवल सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों में सबसे बड़ी ऊर्जा होती है, मुक्त इलेक्ट्रॉनों को बनाने के लिए, परमाणु गुरुत्वाकर्षण पर काबू पाना और कम से कम काम करना आवश्यक होता है, इसलिए सामान्य परिस्थितियों में, जब किसी कंडक्टर के दोनों सिरों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो केवल सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन ही नाभिक छोड़ सकते हैं और मुक्त इलेक्ट्रॉन बन सकते हैं। सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन को नाभिक के बंधन से अलग होने के लिए सबसे कम काम करना पड़ता है। धारा बनाने के बाद मुक्त इलेक्ट्रॉन वास्तव में मुक्त नहीं होते हैं। एक ओर, वे वोल्टेज वितरण और विद्युत क्षेत्र बल की दिशा में गति के विद्युत क्षेत्र बल से प्रभावित होते हैं। दूसरी ओर, आंदोलन के दौरान वे बेरोकटोक नहीं हैं. एक बहुत छोटे इलेक्ट्रॉन के लिए, परमाणु के अंदर और बाहर का स्थान काफी विस्तृत कहा जा सकता है। नाभिक ब्रह्मांडीय अंतरिक्ष में एक तारे की तरह है, जबकि मुक्त इलेक्ट्रॉन ब्रह्मांडीय अंतरिक्ष में उड़ने वाले एक छोटे उल्का की तरह हैं। यह सादृश्य बहुत उपयुक्त नहीं है, क्योंकि अंतरिक्ष में उड़ने वाले उल्कापिंड अन्य वस्तुओं से प्रतिरोध का कारण नहीं बन सकते हैं, लेकिन मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रतिरोध के अधीन हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि नाभिक के बाहर का स्थान कुछ भी नहीं है बल्कि आंतरिक इलेक्ट्रॉनों की भी परिक्रमा करता है, और इन धातुओं के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों की संख्या सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक है जो मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। हम इन परमाणुओं के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्मित अवरोध को इलेक्ट्रॉन क्लाउड गैस भी कह सकते हैं। इलेक्ट्रॉन क्लाउड गैस ऋणात्मक रूप से आवेशित होती है, और मुक्त इलेक्ट्रॉन भी ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं। इसलिए, यदि मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत प्रवाह बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन क्लाउड गैस में शटल करते हैं, तो इसका इलेक्ट्रॉन क्लाउड गैस द्वारा विरोध किया जाना तय है। स्थिर धारा बनने के बाद, यदि कंडक्टर के दोनों सिरों पर वोल्टेज अचानक हटा दिया जाता है, तो कंडक्टर के अंदर विद्युत क्षेत्र गायब हो जाता है, और मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र बल का प्रभाव खो देते हैं। इस पर केवल प्रतिरोध कार्य करता है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों की गति धीमी हो जाती है और गति तेजी से घटकर शून्य हो जाती है। फिर, नाभिक के गुरुत्वाकर्षण बल की कार्रवाई के तहत, यह नाभिक के चारों ओर घूमने के लिए नाभिक की बाहरी परत की संबंधित कक्षा में लौट आता है।
4 ओम का नियम और प्रतिरोध का नियम
धारा प्रवाह की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रॉन बादल गैस के मुक्त इलेक्ट्रॉनों के प्रतिरोध के कारण, यह धारा के प्रवाह में एक निश्चित बाधा उत्पन्न करता है, जो कंडक्टर का प्रतिरोध भी पैदा करता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गति के दौरान मुक्त इलेक्ट्रॉनों का प्रतिरोध कंडक्टर के प्रतिरोध के बराबर नहीं है। मुक्त इलेक्ट्रॉनों के प्रतिरोध का मतलब यह नहीं है कि चालक का प्रतिरोध बड़ा है। इसके विपरीत, कंडक्टर का प्रतिरोध बड़ा है, जिसका मतलब यह नहीं है कि कंडक्टर का प्रतिरोध बड़ा है। दिशात्मक दिशा में आगे बढ़ने पर प्रतिरोध बहुत अच्छा होता है।
5 ऊर्जा रूपांतरण और जूल का नियम
जब कंडक्टर के दोनों सिरों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो विद्युत क्षेत्र बल नाभिक के बंधनकारी बल पर काबू पाने के लिए नाभिक के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों पर सकारात्मक कार्य करता है, लेकिन नाभिक के बंधनकारी बल पर काबू पाने के लिए विद्युत क्षेत्र बल द्वारा किया गया कार्य इलेक्ट्रॉन बादल के प्रतिरोध को दूर करने के लिए दीर्घकालिक धारा प्रवाह द्वारा किए गए कार्य से बहुत कम होता है। इसलिए, नाभिक के बंधन को दूर करने के लिए किया गया कार्य बहुत छोटा है और इसे नजरअंदाज किया जा सकता है।
मुक्त इलेक्ट्रॉनों के त्वरण के दौरान, विद्युत क्षेत्र बल भी उस पर सकारात्मक कार्य करता है, लेकिन क्योंकि इलेक्ट्रॉन का त्वरण समय बहुत कम होता है और गति विस्थापन बहुत छोटा होता है (यहां चर्चा नहीं की गई है), विद्युत क्षेत्र बल भी बहुत छोटा होता है और इसे अनदेखा किया जा सकता है। इसलिए, मुक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा धारा बनाने के बाद, विद्युत क्षेत्र की मुख्य ऊर्जा हानि काम करने के लिए इलेक्ट्रॉन बादल पर काबू पाना है।
6 ऊर्जावान कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में चलता है
उपरोक्त विश्लेषण में, जब करंट कंडक्टर से होकर गुजरता है, तो यह काम करने के लिए केवल इलेक्ट्रॉन क्लाउड गैस पर काबू पाता है। मुक्त इलेक्ट्रॉनों के लिए इलेक्ट्रॉन क्लाउड गैस की बाधा को प्रतिरोध के रूप में दिखाया गया है, इसलिए ऐसे कंडक्टर को शुद्ध प्रतिरोध कंडक्टर कहा जाता है, और सर्किट में केवल शुद्ध प्रतिरोध कंडक्टर वाले सर्किट को शुद्ध प्रतिरोध सर्किट कहा जाता है। उपरोक्त सूत्रों से यह देखा जा सकता है कि शुद्ध प्रतिरोध सर्किट विद्युत कार्य को ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
हालाँकि, ऊर्जावान कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्र के बल (एम्पीयर बल) के अधीन होगा। इस बल के तहत, कंडक्टर तेजी से चलना शुरू कर देता है, प्रेरण की चुंबकीय रेखाओं को काटता है, कंडक्टर में परमाणुओं को ध्रुवीकृत करता है, और एक ध्रुवीकृत इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न करता है। टर्मिनल प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल के गठन से बाहरी कंडक्टर के अन्य हिस्सों में एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होगा, और प्रवाहित होने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉनों के लिए प्रतिरोध उत्पन्न होगा। प्रतिरोध पर काबू पाने के लिए, करंट कंडक्टर में करंट के समान दिशा में एक वोल्टेज वितरण विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है, जिससे विद्युत क्षेत्र और प्रेरण बनता है। इलेक्ट्रोमोटिव बल द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र रद्द हो जाता है, इस प्रकार करंट की स्थिरता बनी रहती है, और कंडक्टर के दोनों सिरों पर एक वोल्टेज भी उत्पन्न होता है। वोल्टेज का परिमाण बिल्कुल प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल के समान है और दिशा विपरीत है।
इस तरह, वोल्टेज वितरण विद्युत क्षेत्र बल को काम करने और विद्युत ऊर्जा का उपभोग करने के लिए प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल द्वारा उत्पन्न प्रतिरोध पर काबू पाना होगा। बाहरी दुनिया पर कार्य करने के लिए यह ऊर्जा एम्पीयर बल में परिवर्तित हो जाती है, जो यांत्रिक ऊर्जा के रूप में प्रकट होती है।
यदि चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया कंडक्टर एक आदर्श कंडक्टर नहीं है, तो विद्युत क्षेत्र बल को काम करने के लिए न केवल प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल पर काबू पाना होगा, बल्कि काम करने के लिए इलेक्ट्रॉन बादल के प्रतिरोध पर भी काबू पाना होगा। इसलिए, विद्युत ऊर्जा का कुछ भाग यांत्रिक ऊर्जा के रूप में और कुछ भाग ऊष्मा ऊर्जा के रूप में परिवर्तित हो जाता है।
7 विद्युत धारा प्रवाह के बाद विद्युत आपूर्ति
करंट प्रवाहित होने के बाद बिजली आपूर्ति के अंदर क्या होता है? चूंकि गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक बल केवल परमाणुओं को ध्रुवीकृत कर सकता है और बिजली आपूर्ति में इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न कर सकता है, गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक बल इलेक्ट्रॉनों पर काम नहीं कर सकता है, न ही यह बाहरी इलेक्ट्रॉनों को परमाणु नाभिक के बंधन को दूर कर मुक्त इलेक्ट्रॉन बना सकता है, विद्युत प्रवाह बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों की प्रत्यक्ष गति की तो बात ही छोड़ दें। , फिर, बिजली आपूर्ति के अंदर करंट कैसे बनता है?
बिजली आपूर्ति में करंट बनाने के लिए, बाहरी इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के बंधन पर काबू पाने के अलावा, कार्य करने के लिए इलेक्ट्रॉन बादल के प्रतिरोध पर काबू पाना भी आवश्यक है। गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में ऐसा कोई कार्य नहीं है। इसलिए, विद्युत आपूर्ति में विद्युत आपूर्ति के ऋणात्मक ध्रुव से धनात्मक ध्रुव तक वोल्टेज वितरण उत्पन्न किया जाना चाहिए। विद्युत क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों की बाहरी परत इस विद्युत क्षेत्र बल की कार्रवाई के तहत एक धारा बनाती है और बिजली आपूर्ति के अंदर एक वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न करती है। वोल्टेज ड्रॉप सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता से अधिक है, अर्थात, दिशा नकारात्मक इलेक्ट्रोड से सकारात्मक इलेक्ट्रोड तक है, और बिजली आपूर्ति के इलेक्ट्रोमोटिव बल की दिशा विपरीत है।
