विद्युत प्रवाह की अवधारणा (Concept of Electric Current)

इस लेख में, हम करंट की अवधारणा, यह कैसे उत्पन्न होता है, और इसके प्रमुख प्रकारों के बारे में अध्ययन करेंगे।

Table of Contents

• विद्युत धारा क्या होती है?
• विद्युत प्रवाह के प्रकार
• विद्युत सेल क्या होता है?

विद्युत धारा क्या होती है?

विद्युत धारा की परिभाषा

विद्युत आवेशों के प्रवाह को विद्युत धारा (electric current) कहते हैं।

• यदि धारा धनात्मक आवेशों से उत्पन्न होती है, तो धारा की दिशा धनात्मक आवेशों के प्रवाह की दिशा के समान होती है। ऐसा करंट उच्च विभव से निम्न विभव की ओर प्रवाहित होता है।
• यदि धारा ऋणात्मक आवेशों से उत्पन्न होती है, तो धारा की दिशा ऋणात्मक आवेशों के प्रवाह की दिशा के विपरीत होती है। ऐसा करंट कम विभव से उच्च विभव की ओर प्रवाहित होता है।

हमारे दैनिक जीवन में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश संवाहक/कंडक्टर धात्विक होते हैं, उदा. ताँबा, चाँदी, आदि। धात्विक पदार्थों में इलेक्ट्रॉन आवेश वाहकों के रूप में कार्य करते हैं। तो, पारंपरिक विद्युत धारा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की दिशा के विपरीत बहती है।

विद्युत धारा का सूत्र

करंट = आवेश/समय

या I = Q/t

• विद्युत धारा का SI मात्रक एम्पीयर (Ampere) होता है।
• करंट को एममीटर (Ammeter) द्वारा मापा जाता है।
• यद्यपि विद्युत धारा में परिमाण और दिशा दोनों होते हैं, फिर भी इसे सदिश राशि नहीं माना जाता है। बल्कि इसे एक अदिश राशि (scalar quantity) माना जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह सदिश योग के त्रिभुज नियम (triangle law of vector addition) या सदिशों के समांतर चतुर्भुज नियम (parallelogram law of vectors) का पालन नहीं करता है।

विभिन्न प्रकार के संवाहक

• ठोस संवाहक (Solid conductors): ठोस संवाहकों (जैसे धातु) में, विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्मित होता है (क्योंकि परमाणु दृढ़ता से एक साथ बंधे होते हैं)। ठोस चालकों में, जैसे कि धातु, कुछ इलेक्ट्रॉन बल्क सामग्री के भीतर गति करने के लिए स्वतंत्र होते हैं। अत: जब उनके सिरों पर विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो उनमें विद्युत धारा उत्पन्न होती है। हालांकि सभी ठोस पदार्थों में ये मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं, और इसलिए विद्युत क्षेत्र लागू करने पर भी उनमें कोई विद्युत प्रवाह उत्पन्न नहीं होता है।
• तरल कंडक्टर (Liquid conductors): तरल कंडक्टर (जैसे इलेक्ट्रोलाइटिक घोल) में, विद्युत प्रवाह आयनों और इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न होता है, अर्थात दोनों आवेश वाहकों के माध्यम से।
• अर्धचालक (Semiconductors): अर्धचालकों में विद्युत धारा छिद्रों (holes) और इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न होती है, अर्थात दोनों आवेश वाहकों के माध्यम से।

ठोस चालकों में इलेक्ट्रिक करंट प्रोडक्शन का मैकेनिज्म

ठोस चालकों में, धारा का वहन ऋणावेशित इलेक्ट्रॉनों द्वारा किया जाता है। जबकि धनात्मक आयन अपनी स्थिति पर स्थिर रहते हैं।

केस 1: कोई विद्युत क्षेत्र लागू नहीं है

एक ठोस चालक में, अपनी सामान्य अवस्था में, मुक्त इलेक्ट्रॉन तापीय गति के कारण बेतरतीब ढंग से चलते हैं। वे आपस में और धनात्मक आयनों से टकराते हैं और अपनी दिशा बदलते रहते हैं। चूंकि ये इलेक्ट्रॉन एक विशिष्ट दिशा में प्रवाहित नहीं होते हैं, चालक/कंडक्टर में कोई शुद्ध विद्युत प्रवाह उत्पन्न नहीं होता है।

केस 2: विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है

अब, एक ठोस चालक के दोनों सिरों पर एक विद्युत क्षेत्र लागू करते हैं। उदाहरण के लिए, एक बेलनाकार ठोस चालक लेते हैं और सिलेंडर की दो सपाट सतहों पर एक ही त्रिज्या के दो पतले गोलाकार डिस्क लगाते हैं - एक पर धनात्मक आवेश +Q वितरित है, और दूसरे पर ऋणात्मक आवेश -Q वितरित है।

यह धनात्मक से ऋणात्मक आवेश की ओर निर्देशित विद्युत क्षेत्र का निर्माण करेगा। जाहिर है, इलेक्ट्रॉन, नकारात्मक रूप से आवेशित होने के कारण, इसे बेअसर करने के लिए धनात्मक आवेश की ओर प्रवाहित होंगे, अर्थात लागू विद्युत क्षेत्र के विपरीत। गतिमान इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशा में विद्युत प्रवाह का निर्माण करेंगे, अर्थात विद्युत क्षेत्र की दिशा में।

यदि बेलन के सिरों को उदासीन कर दिया जाए तो विद्युत धारा रुक जाएगी। हालाँकि, यदि हम इन सिरों को नए सिरे से चार्ज देना जारी रखते हैं, तो चालक/कंडक्टर के अंदर विद्युत प्रवाह स्थिर तरीके से प्रवाहित होता रहेगा। उदाहरण के लिए, सेल और बैटरी एक स्थिर विद्युत क्षेत्र बनाए रखते हैं और यह तंत्र निरंतर विद्युत प्रवाह सुनिश्चित करता है (बजाय थोड़े समय के विद्युत प्रवाह के)।

विद्युत प्रवाह के प्रकार (Types of Electric Current)

विद्युत धाराएं दो प्रकार की होती हैं।

एकदिश धारा (Direct Current DC)

एक विद्युत धारा जिसका परिमाण और दिशा समय के साथ नहीं बदलती है, एकदिश धारा कहलाती है।

प्रत्यावर्ती धारा (Alternating Current, AC)

एक विद्युत धारा जिसका परिमाण लगातार बदलता रहता है और दिशा समय-समय पर बदलती रहती है, प्रत्यावर्ती धारा कहलाती है।

प्रत्यावर्ती धारा वह धारा है जो हमारे घरों और कारखानों में पहुंचाई जाती है। AC की आवृत्ति, जो हम आमतौर पर इस्तेमाल करते हैं, वह 50 हर्ट्ज होती है।

नोट

DC के विपरीत, AC की एक बड़ी खामी यह है कि हम इसे संचायक सेल (accumulator cell) में स्टोर नहीं कर सकते हैं। इसलिए, अक्सर DC को बैटरी में स्टोर किया जाता है और फिर DC को AC में बदलने के लिए इन्वर्टर (Inverter) नामक डिवाइस का उपयोग किया जाता है।

विद्युत सेल क्या होता है?

विद्युत सेल (Electric Cell) एक उपकरण है जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

विद्युत सेल दो प्रकार के होते हैं:

• प्राइमरी सेल (Primary cell): प्राइमरी सेल को चार्ज नहीं किया जा सकता। प्राइमरी सेल के कुछ उदाहरण हैं वोल्टाइक (Voltaic), डेनियल (Daniell), और लेक्लांचे (Leclanche) सेल|

• सेकेंडरी सेल (Secondary cell): सेकेंडरी सेल को बार-बार चार्ज किया जा सकता है। सेकेंडरी सेल के कुछ उदाहरण अम्ल और क्षार संचायक (acid and alkali accumulators) हैं।

इलेक्ट्रिक सेल का ईएमएफ (Emf of an Electric Cell)

विद्युत सेल का Emf (यानी इलेक्ट्रोमोटिव बल / electromotive force), एक सकारात्मक चार्ज को उसके एक टर्मिनल से दूसरे टर्मिनल तक लाने के लिए सेल द्वारा किया गया कार्य है।

इसलिए, Emf में “बल/force” शब्द एक मिथ्या नाम है - Emf कार्य है, बल नहीं।