ધાતુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતાની વિશેષતાઓ શું છે. ધાતુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા - નોલેજ હાઇપરમાર્કેટ

ધાતુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા

20મી સદીની શરૂઆતમાં, ધાતુઓની વાહકતાનો શાસ્ત્રીય ઇલેક્ટ્રોનિક સિદ્ધાંત બનાવવામાં આવ્યો હતો (પી. ડ્રુડ, 1900, એચ. લોરેન્ઝ, 1904), જેણે ધાતુઓના મોટાભાગના વિદ્યુત અને થર્મલ ગુણધર્મોનું સરળ અને દ્રશ્ય સમજૂતી પ્રદાન કરી હતી. ચાલો આ સિદ્ધાંતની કેટલીક જોગવાઈઓ ધ્યાનમાં લઈએ.

મફત ઇલેક્ટ્રોન

મેટલ કંડક્ટરમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

1) સકારાત્મક ચાર્જ આયનો સંતુલન સ્થિતિની આસપાસ ઓસીલેટીંગ, અને

2) કંડક્ટરના સમગ્ર જથ્થામાં ખસેડવા માટે સક્ષમ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન.

આમ, વિદ્યુત ગુણધર્મોધાતુઓ તેમનામાં 1028 m–3 ની સાંદ્રતા સાથે મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હાજરીને કારણે છે, જે લગભગ અણુઓની સાંદ્રતાને અનુરૂપ છે. આ ઇલેક્ટ્રોનને વહન ઇલેક્ટ્રોન કહેવામાં આવે છે. તેઓ ધાતુના અણુઓમાંથી દૂર કરીને રચાય છે વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન. આવા ઈલેક્ટ્રોન કોઈ ચોક્કસ અણુ સાથે જોડાયેલા નથી અને શરીરના સમગ્ર જથ્થામાં ખસેડવામાં સક્ષમ છે. ગેરહાજરીમાં મેટલમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રવહન ઇલેક્ટ્રોન અસ્તવ્યસ્ત રીતે આગળ વધે છે અને અથડાય છે, મોટેભાગે આયનો સાથે સ્ફટિક જાળી(ફિગ. 1). આ ઈલેક્ટ્રોનની સંપૂર્ણતા લગભગ ચોક્કસ ગણી શકાય ઇલેક્ટ્રોન ગેસ, કાયદાને આધીન આદર્શ ગેસ. ઓરડાના તાપમાને ઇલેક્ટ્રોનની થર્મલ ગતિની સરેરાશ ઝડપ આશરે 105 m/s છે.

આકૃતિ 1

ધાતુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ

ધાતુના સ્ફટિક જાળીના આયનો વર્તમાનના નિર્માણમાં ભાગ લેતા નથી. વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરતી વખતે તેમની હિલચાલનો અર્થ કંડક્ટરની સાથે દ્રવ્યનું સ્થાનાંતરણ હશે, જે અવલોકન કરવામાં આવતું નથી. ઉદાહરણ તરીકે, ઇ. રીકે (1901) ના પ્રયોગોમાં સમૂહ અને રાસાયણિક રચનાજ્યારે એક વર્ષ વીતી ગયો ત્યારે કંડક્ટર બદલાયો ન હતો.

પ્રાયોગિક પુરાવોહકીકત એ છે કે ધાતુઓમાં વર્તમાન મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા બનાવવામાં આવે છે તે L.I ના પ્રયોગોમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. મેન્ડેલસ્ટેમ અને એન.ડી. પાપલેક્સી (1912, પરિણામો પ્રકાશિત થયા ન હતા), તેમજ ટી. સ્ટુઅર્ટ અને આર. ટોલમેન (1916). તેઓએ શોધ્યું કે જ્યારે ઝડપથી ફરતી કોઇલ અચાનક બંધ થાય છે, ત્યારે કોઇલના વાહકમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઉભો થાય છે, જે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા કણો - ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા બનાવવામાં આવે છે.

પરિણામે, ધાતુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ એ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની દિશાત્મક હિલચાલ છે.

કારણ કે ધાતુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ રચાય છે મફત ઇલેક્ટ્રોન, પછી મેટાલિક વાહકની વાહકતાને ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા કહેવામાં આવે છે.

ધાતુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ ઉદભવે છે. આ ક્ષેત્રમાં સ્થિત વહન ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા અસર થાય છે ઇલેક્ટ્રિક બળ, તેમને ક્ષેત્ર શક્તિ વેક્ટરની વિરુદ્ધ દિશામાં નિર્દેશિત પ્રવેગક આપે છે. પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોન ચોક્કસ વધારાની ઝડપ મેળવે છે (તેને ડ્રિફ્ટ કહેવામાં આવે છે). મેટલ ક્રિસ્ટલ જાળીમાં ઇલેક્ટ્રોન અણુ સાથે અથડાય ત્યાં સુધી આ ઝડપ વધે છે. આવી અથડામણ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોન તેમની વધારાની ગતિ ઊર્જા ગુમાવે છે, તેને આયનોમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. પછી ઈલેક્ટ્રોન ફરીથી વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા પ્રવેગિત થાય છે, ફરીથી આયનો વગેરે દ્વારા મંદ થાય છે. સરેરાશ ઈલેક્ટ્રોન ડ્રિફ્ટ ઝડપ ખૂબ જ ઓછી હોય છે, લગભગ 10-4 m/s.

વર્તમાન પ્રચાર ગતિ અને ડ્રિફ્ટ ઝડપ એક જ વસ્તુ નથી. વર્તમાન પ્રચારની ગતિ અવકાશમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રસારની ઝડપ જેટલી છે, એટલે કે. 3⋅108 m/s

જ્યારે આયનો સાથે અથડામણ થાય છે, ત્યારે વહન ઇલેક્ટ્રોન ગતિ ઊર્જાના ભાગને આયનોમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, જે સ્ફટિક જાળીના આયનોની ગતિની ઊર્જામાં વધારો તરફ દોરી જાય છે, અને પરિણામે, વાહકને ગરમ કરે છે.

ધાતુઓનો પ્રતિકાર

ધાતુઓનો પ્રતિકાર સ્ફટિક જાળીના આયનો સાથે વહન ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણ દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, દેખીતી રીતે, આવી અથડામણો જેટલી વધુ વખત થાય છે, એટલે કે, અથડામણો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોનનો મફત મુસાફરીનો સમય જેટલો ઓછો હશે, તેટલો વધુ પ્રતિકારકતાધાતુ

બદલામાં, સમય τ જાળી આયનો વચ્ચેનું અંતર, તેમના કંપનનું કંપનવિસ્તાર, આયનો સાથે ઇલેક્ટ્રોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રકૃતિ અને ઇલેક્ટ્રોનની થર્મલ ગતિની ગતિ પર આધાર રાખે છે. જેમ જેમ ધાતુનું તાપમાન વધે છે તેમ, આયન સ્પંદનોનું કંપનવિસ્તાર અને ઇલેક્ટ્રોનની થર્મલ ગતિની ઝડપ વધે છે. સ્ફટિક જાળીની ખામીઓની સંખ્યા પણ વધે છે. આ બધું એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે જેમ જેમ ધાતુનું તાપમાન વધે છે, આયનો સાથે ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણ વધુ વખત થશે, એટલે કે. સમય τ ઘટે છે, અને ધાતુની પ્રતિકારકતા વધે છે.

ઇલેક્ટ્રોનની ગતિને સ્પષ્ટ કરવામાં મેન્ડેલસ્ટેમ અને પાપલેક્ષીનો પ્રયોગ

જો કોઈ ઈલેક્ટ્રોનનું દળ હોય, તો તેનું દળ, અથવા જડતા દ્વારા હલનચલન કરવાની ક્ષમતા, માત્ર વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં જ નહીં, સર્વત્ર પ્રગટ થવી જોઈએ. રશિયન વૈજ્ઞાનિકો L. I. Mandelstam (1879-1949; સ્કૂલ ઑફ રેડિયોફિઝિસિસ્ટના સ્થાપક) અને N. D. Papaleksi (1880 - 1947; સૌથી મોટા સોવિયત ભૌતિકશાસ્ત્રી, એકેડેમીશિયન, યુએસએસઆર એકેડેમી ઓફ સાયન્સમાં રેડિયોફિઝિક્સ અને રેડિયો એન્જિનિયરિંગ પર ઓલ-યુનિયન સાયન્ટિફિક કાઉન્સિલના અધ્યક્ષ)એ 1913 માં એક મૂળ પ્રયોગ હાથ ધર્યો હતો. તેઓએ વાયરની કોઇલ લીધી અને તેને અલગ-અલગ દિશામાં વાળવાનું શરૂ કર્યું.

તેઓ સ્પિન કરશે, ઉદાહરણ તરીકે, ઘડિયાળની દિશામાં, પછી અચાનક બંધ થશે અને પછી પાછા.

તેઓએ આના જેવું કંઈક તર્ક આપ્યો: જો ઈલેક્ટ્રોન્સમાં ખરેખર દળ હોય, તો જ્યારે કોઈલ અચાનક બંધ થઈ જાય, ત્યારે ઈલેક્ટ્રોન થોડા સમય માટે જડતા દ્વારા આગળ વધતા રહેવું જોઈએ. વાયર સાથે ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ એ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ છે. અમે આયોજન કર્યું હતું તેમ થયું. અમે એક ટેલિફોનને વાયરના છેડા સાથે જોડ્યો અને અવાજ સંભળાયો. ફોનમાં અવાજ સંભળાય છે, તેથી તેમાંથી કરંટ વહે છે.

1916 માં અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકો ટોલમેન અને સ્ટુઅર્ટ દ્વારા મેન્ડેલસ્ટેમ અને પાપલેક્સીનો અનુભવ પુનરાવર્તિત થયો હતો. તેઓએ કોઇલને પણ ટ્વિસ્ટ કરી, પરંતુ ટેલિફોનને બદલે, તેઓએ ચાર્જ માપવા માટે એક ઉપકરણને તેના છેડા સાથે જોડ્યું. તેઓ માત્ર ઇલેક્ટ્રોન માસના અસ્તિત્વને સાબિત કરવા માટે જ નહીં, પણ તેને માપવા માટે પણ વ્યવસ્થાપિત હતા. ટોલમેન અને સ્ટુઅર્ટના ડેટાને અન્ય વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા ઘણી વખત તપાસવામાં આવ્યા હતા અને રિફાઇન કરવામાં આવ્યા હતા અને હવે તમે જાણો છો કે ઇલેક્ટ્રોનનું દળ 9.109 10-31 કિલોગ્રામ છે.

આ પ્રયોગો સેટ કરતી વખતે, અમે નીચેના વિચારથી આગળ વધ્યા. જો કોઈ ધાતુમાં સમૂહ હોય, તો તેણે જડતાના નિયમનું પાલન કરવું જોઈએ, ઉદાહરણ તરીકે, ડાબેથી જમણે, આ દિશામાં ફરતા ધાતુના અણુઓનો સંગ્રહ છે, જે મુક્ત ચાર્જ વહન કરે છે. તેમની સાથે. જ્યારે આવા વાહક અચાનક બંધ થાય છે, ત્યારે તેની રચનામાં સમાવિષ્ટ અણુઓ બંધ થાય છે; મુક્ત ચાર્જ, જડતા દ્વારા, વિવિધ અવરોધો (રોકાયેલા અણુઓ સાથે અથડામણ) તેમને રોકે ત્યાં સુધી ડાબેથી જમણે ખસેડવાનું ચાલુ રાખવું જોઈએ. બનતી ઘટના એ જોવા મળે છે કે જ્યારે ટ્રામ અચાનક બંધ થઈ જાય છે, જ્યારે "ઢીલા" પદાર્થો અને કાર સાથે જોડાયેલા ન હોય તેવા લોકો જડતા દ્વારા થોડા સમય માટે આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે.

આમ, ટૂંકા સમયકંડક્ટર બંધ થઈ જાય પછી, તેમાં રહેલા ફ્રી ચાર્જ એક દિશામાં જ જ જોઈએ. પરંતુ ચોક્કસ દિશામાં ચાર્જની હિલચાલ એ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ છે. પરિણામે, જો આપણો તર્ક સાચો હોય, તો વાહકના અચાનક બંધ થયા પછી આપણે તેમાં ટૂંકા ગાળાના પ્રવાહની અપેક્ષા રાખવી જોઈએ. આ પ્રવાહની દિશા આપણને ચિહ્નનો ન્યાય કરવા દેશે. ચાર્જ. જો તેઓ આ દિશામાં આગળ વધે નકારાત્મક શુલ્ક, પછી જમણેથી ડાબે અને ઊલટું દિશામાં પ્રવાહ જોવો જોઈએ. પરિણામી પ્રવાહ ચાર્જ અને તેમના વાહકોની દખલગીરી છતાં, એટલે કે, તેમના સમૂહ પર, વધુ કે ઓછા લાંબા સમય સુધી જડતા દ્વારા તેમની હિલચાલ જાળવવાની ક્ષમતા પર આધાર રાખે છે. આમ, આ પ્રયોગ આપણને માત્ર ના અસ્તિત્વની ધારણાને ચકાસવાની મંજૂરી આપે છે મફત શુલ્ક, પણ પોતાને શુલ્ક, તેમની નિશાની અને તેમના વાહકોના સમૂહ (વધુ સ્પષ્ટ રીતે, ચાર્જ-ટુ-માસ રેશિયો એલએમ) નક્કી કરવા માટે.

પ્રયોગના વ્યવહારિક અમલીકરણમાં તે પ્રગતિશીલ નહીં, પરંતુ ઉપયોગ કરવા માટે વધુ અનુકૂળ હોવાનું બહાર આવ્યું છે. રોટેશનલ ચળવળવાહક આવા પ્રયોગનું ચિત્ર આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

આકૃતિ 2

એક વાયર સર્પાકાર 1 એ કોઇલ પર માઉન્ટ થયેલ છે જેમાં બે અર્ધ-અક્ષ 00 એકબીજાથી અલગ છે અને સર્પાકારના છેડા અક્ષના બંને ભાગોમાં સોલ્ડર કરવામાં આવે છે અને સ્લાઇડિંગ કોન્ટેક્ટ્સ 2 ("બ્રશ") નો ઉપયોગ કરીને જોડાયેલ છે. સંવેદનશીલ ગેલ્વેનોમીટર 3. કોઇલ અંદર ચલાવવામાં આવે છે ઝડપી પરિભ્રમણઅને પછી અચાનક ધીમો પડી ગયો. પ્રયોગમાં ખરેખર જાણવા મળ્યું કે આ કિસ્સામાં ગેલ્વેનોમીટરમાં વિદ્યુત પ્રવાહ ઉભો થયો હતો. આ પ્રવાહની દિશા દર્શાવે છે કે નકારાત્મક શુલ્ક જડતા દ્વારા આગળ વધી રહ્યા છે. આ ટૂંકા ગાળાના પ્રવાહ દ્વારા વહન કરવામાં આવતા ચાર્જને માપવાથી, તેના વાહકના સમૂહ સાથે મુક્ત ચાર્જનો ગુણોત્તર શોધવાનું શક્ય હતું. આ ગુણોત્તર e/m=l.8 1011 C/kg જેટલો બહાર આવ્યો, જે અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા નિર્ધારિત ઇલેક્ટ્રોન માટે આ ગુણોત્તરના મૂલ્ય સાથે સારી રીતે મેળ ખાય છે.

ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતા એ તત્વો અને શરીરની ક્ષમતા છે જે ચોક્કસ માત્રામાં નકારાત્મક ચાર્જ કરેલા કણોને પોતાના દ્વારા સંચાલિત કરે છે. વાસ્તવિક હોલ્ડિંગ વિદ્યુત પ્રવાહતદ્દન સરળ રીતે સમજાવી શકાય છે - પ્રભાવના પરિણામે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રવાહક ધાતુ પર, ઇલેક્ટ્રોન તેની હિલચાલને એટલો વેગ આપે છે કે તે અણુ સાથેનું જોડાણ ગુમાવે છે.

IN આંતરરાષ્ટ્રીય સિસ્ટમમાપન એકમો વિદ્યુત વાહકતા અક્ષર S દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે અને સિમેન્સમાં માપવામાં આવે છે.

ચાર્જ કેરિયર્સના પ્રકાર અને પ્રકૃતિના આધારે, વાહકતા ઇલેક્ટ્રોનિક, આયનીય અને છિદ્ર હોઈ શકે છે. ધાતુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા હોય છે. માં આવી વાહકતા છે ઉપલા સ્તરોવાતાવરણ, જ્યાં પદાર્થની ઘનતા ઓછી હોય છે, જેના કારણે ઇલેક્ટ્રોન સકારાત્મક ચાર્જ આયનો સાથે જોડાયા વિના મુક્તપણે ખસેડી શકે છે. આયનો, જે ચાર્જ કેરિયર્સ છે, જ્યારે ખસેડે છે ત્યારે તે પદાર્થને ખસેડે છે, જેના પરિણામે તે ભંગાણને કારણે એક વહન પદ્ધતિ શક્ય છે વેલેન્સ બોન્ડ, ગુમ થયેલ કનેક્શન સાથે ખાલી જગ્યાના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે. ગુમ થયેલ બોન્ડ ઇલેક્ટ્રોન સાથેના આવા "ખાલી" સ્થાનને છિદ્ર કહેવામાં આવે છે. વાહક સ્ફટિકમાં છિદ્રનો દેખાવ બનાવે છે વધારાની તકચાર્જ ટ્રાન્સફર માટે. આ પ્રક્રિયા, ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ સાથે, છિદ્ર વાહકતા કહેવાય છે.

ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતા. વિદ્યુત વાહકતાના પ્રકાર. ફર્મી સ્તર.

વિદ્યુત વાહકતાના પ્રકાર

ચાર્જ કેરિયર્સના પ્રકાર અને પ્રકૃતિના આધારે, વાહકતા ઇલેક્ટ્રોનિક, આયનીય અને છિદ્ર હોઈ શકે છે.

ધાતુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા હોય છે.

પ્રવાહી પદાર્થોઆયનીય વાહકતા ધરાવે છે. આયનો, જે ચાર્જ કેરિયર્સ છે, જ્યારે ખસેડે છે ત્યારે પદાર્થને ખસેડે છે, પરિણામે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર તેનું પ્રકાશન થાય છે.

સંભવિત વહન મિકેનિઝમ વેલેન્સ બોન્ડના ભંગાણને કારણે થાય છે, જે ગુમ થયેલ બોન્ડ સાથે ખાલી જગ્યાના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે. ગુમ થયેલ બોન્ડ ઇલેક્ટ્રોન સાથેના આવા "ખાલી" સ્થાનને છિદ્ર કહેવામાં આવે છે. કંડક્ટર ક્રિસ્ટલમાં છિદ્રનો દેખાવ ચાર્જ ટ્રાન્સફર માટે વધારાની તક બનાવે છે. આ પ્રક્રિયા, ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ સાથે, છિદ્ર વાહકતા કહેવાય છે.

ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના વાહક તરીકે સેવા આપી શકે છે ઘન, પ્રવાહી, અને યોગ્ય પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, વાયુઓ.

નક્કર વાહકમાં ધાતુઓ, ધાતુના એલોય અને કાર્બનના કેટલાક ફેરફારોનો સમાવેશ થાય છે.

ધાતુઓ એક લાક્ષણિક ચમક સાથે પ્લાસ્ટિક પદાર્થો છે જે વીજળી અને ગરમીનું સંચાલન કરે છે. ઇલેક્ટ્રોનિક સાધનોની સામગ્રીમાં, ધાતુઓ સૌથી મહત્વપૂર્ણ સ્થાનોમાંથી એક ધરાવે છે.

પ્રવાહી વાહકમાં પીગળેલી ધાતુઓ અને વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો સમાવેશ થાય છે. સામાન્ય રીતે, ધાતુનો ગલનબિંદુ ઊંચો હોય છે, પારાના અપવાદ સિવાય (Hg), જેનું ગલનબિંદુ -39°C હોય છે. તેથી, જ્યારે સામાન્ય તાપમાનપ્રવાહી ધાતુના વાહક તરીકે માત્ર પારોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ગેલિયમ (Ga)નું તાપમાન પણ સામાન્ય (29.8°C)ની નજીક છે. અન્ય ધાતુઓ માત્ર એલિવેટેડ અથવા ઊંચા તાપમાને પ્રવાહી વાહક છે.

ઘન અને પ્રવાહી અવસ્થામાં ધાતુઓ દ્વારા પ્રવાહ પસાર કરવાની પદ્ધતિ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. તેથી તેઓ સાથે કંડક્ટર કહેવાય છે ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતાઅથવા પ્રથમ પ્રકારના વાહક.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, અથવા બીજા પ્રકારનાં વાહક, એસિડ, આલ્કલી અને ક્ષાર તેમજ પીગળવાના દ્રાવણ (મુખ્યત્વે જલીય) છે. આયનીય સંયોજનો. આવા વાહક દ્વારા પ્રવાહોનો માર્ગ ટ્રાન્સફર સાથે સંકળાયેલ છે ઇલેક્ટ્રિક શુલ્કપરમાણુઓના ભાગો (આયનો). પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની રચના ધીમે ધીમે બદલાય છે, અને વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ઉત્પાદનો ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર પ્રકાશિત થાય છે.

તમામ વાયુઓ અને વરાળ, જેમાં ધાતુની વરાળનો સમાવેશ થાય છે, નીચા વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિ પર વર્તમાનનું સંચાલન કરતા નથી. જો કે, જો ક્ષેત્રની તાકાત ચોક્કસથી ઉપર છે નિર્ણાયક મૂલ્ય, જે અસર અને ફોટોયોનાઇઝેશનની શરૂઆતને સુનિશ્ચિત કરે છે, પછી ગેસ ઇલેક્ટ્રોનિક અને આયનીય વાહકતા સાથે વાહક બની શકે છે. સમાન સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન સાથેનો ઉચ્ચ આયનાઇઝ્ડ ગેસ અને હકારાત્મક આયનોપ્રતિ યુનિટ વોલ્યુમ એ પ્લાઝ્મા તરીકે ઓળખાતું સંતુલન વાહક માધ્યમ છે.

ક્લાસિક પર આધારિત છે ઇલેક્ટ્રોન સિદ્ધાંતડ્રુડ અને લોરેન્ટ્ઝ દ્વારા વિકસિત ધાતુઓ, મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોન ગેસનો વિચાર ધરાવે છે. આદર્શ ગેસના ગુણધર્મો ઇલેક્ટ્રોન ગેસને આભારી છે, એટલે કે. ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ કાયદાનું પાલન કરે છે શાસ્ત્રીય આંકડા

જો બાહ્ય વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, તો ઇલેક્ટ્રોનને દિશામાં ગતિશીલ ગતિની કેટલીક વધારાની ગતિ પ્રાપ્ત થશે સક્રિય દળોક્ષેત્રો, જેના કારણે વિદ્યુત પ્રવાહ ઊભો થાય છે.

નિર્દેશિત ગતિની પ્રક્રિયામાં, ઇલેક્ટ્રોન જાળીના સ્થળો પર અણુઓ સાથે અથડાય છે. આ કિસ્સામાં, ચળવળની ગતિ ધીમી પડે છે, અને પછી ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ વેગ આપે છે:

મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતાધાતુઓ સતત ગતિમાં હોવાથી, ઇલેક્ટ્રોન સતત આયનો સાથે અથડાય છે અને તેમની સાથે ઊર્જાનું વિનિમય કરે છે. તેથી, ગરમ થવાને કારણે ધાતુના આપેલા ભાગમાં વધેલા આયનોના સ્પંદનો તરત જ પડોશી આયનોમાં પ્રસારિત થાય છે, તેમાંથી બીજામાં, વગેરે, અને ધાતુની થર્મલ સ્થિતિ ઝડપથી સમતળ થઈ જાય છે; ધાતુનો સમગ્ર સમૂહ સમાન તાપમાન ધારે છે.

થર્મલ વાહકતાને તાપમાનના તફાવતના પ્રભાવ હેઠળ ગરમીના પ્રવાહનું સંચાલન (પ્રસારણ) કરવા માટે પદાર્થની મિલકત તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે જે સમય જતાં બદલાતા નથી.

ફર્મી ઊર્જા ઇ એફ - મહત્તમ મૂલ્યઉર્જા કે જે ઇલેક્ટ્રોન તાપમાન પર હોઈ શકે છે સંપૂર્ણ શૂન્ય. ફર્મિઓન ગેસની રાસાયણિક સંભવિતતાના મૂલ્યો સાથે ફર્મી ઊર્જા એકરુપ છે ટી =0 કે, એટલે કે, ઈલેક્ટ્રોન માટેનું ફર્મી સ્તર અનચાર્જ્ડ કણો માટે રાસાયણિક સંભવિત સ્તરની ભૂમિકા ભજવે છે. તેની અનુરૂપ સંભવિતતા j F = E F /eઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સંભવિત કહેવાય છે.

આમ, ધાતુઓમાં ફર્મી સ્તર અથવા ફર્મી ઊર્જા એ ઊર્જા છે જે ઇલેક્ટ્રોન સંપૂર્ણ શૂન્ય તાપમાને ધરાવી શકે છે. જ્યારે ધાતુને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ફર્મી સ્તરની નજીક સ્થિત કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન ઉત્તેજિત થાય છે (થર્મલ ઊર્જાને કારણે, જેનું મૂલ્ય લગભગ kT). પરંતુ ફર્મી સ્તરને અનુરૂપ ઉર્જા સાથેના સ્તર માટે કોઈપણ તાપમાને, ભરવાની સંભાવના 1/2 છે. ફર્મી સ્તરની નીચે સ્થિત તમામ સ્તરો થવાની શક્યતા વધુ છે 1/2 ઇલેક્ટ્રોનથી ભરેલા હોય છે, અને ફર્મી સ્તરથી ઉપર આવેલા તમામ સ્તરો થવાની શક્યતા વધુ હોય છે 1/2 ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત.

ફર્મી ઊર્જાનું અસ્તિત્વ એ પાઉલી સિદ્ધાંતનું પરિણામ છે. ફર્મી ઊર્જાનું મૂલ્ય સિસ્ટમના ગુણધર્મો પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે.

વીજળીના શ્રેષ્ઠ વાહક ધાતુઓ છે. ધાતુઓ ફરીથી તેમની સારી વિદ્યુત વાહકતા મુક્ત ઈલેક્ટ્રોન્સને આભારી છે.

જ્યારે આપણે લાઇટ બલ્બ, ટાઇલ અથવા અન્ય કોઈપણ જોડીએ છીએ વિદ્યુત ઉપકરણવર્તમાન સ્ત્રોત તરફ, વાયરમાં, લાઇટ બલ્બના ફિલામેન્ટમાં, ટાઇલના સર્પાકારમાં, મોટા ફેરફારો તરત જ થાય છે: ઇલેક્ટ્રોન તેમની અગાઉની હિલચાલની સંપૂર્ણ સ્વતંત્રતા ગુમાવે છે અને વર્તમાન સ્ત્રોતના હકારાત્મક ધ્રુવ તરફ ધસી જાય છે. ઇલેક્ટ્રોનનો આ નિર્દેશિત પ્રવાહ એ ધાતુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ છે.

ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ ધાતુમાં અવરોધ વિના આગળ વધતો નથી - તે તેના માર્ગમાં આયનોનો સામનો કરે છે. વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ ધીમી પડે છે. ઇલેક્ટ્રોન તેમની ઉર્જાનો એક ભાગ આયનોમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, જેના કારણે આયનોની કંપન ગતિની ગતિ વધે છે. આનાથી કંડક્ટર ગરમ થાય છે.

વિવિધ ધાતુઓના આયનો ઈલેક્ટ્રોનની હિલચાલ માટે અલગ અલગ પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે. જો પ્રતિકાર નાનો હોય, તો ધાતુ વર્તમાનથી નબળી રીતે ગરમ થાય છે, પરંતુ જો પ્રતિકાર વધારે હોય, તો ધાતુ ગરમ થઈ શકે છે. ઇલેક્ટ્રિક સ્ટોવને કરંટ પૂરો પાડતા તાંબાના વાયરો ભાગ્યે જ ગરમ થાય છે, ત્યારથી વિદ્યુત પ્રતિકારતાંબુ નહિવત છે. અને ટાઇલનો નિક્રોમ સર્પાકાર લાલ-ગરમ બને છે. લાઇટ બલ્બનું ટંગસ્ટન ફિલામેન્ટ વધુ ગરમ થાય છે.

ચાંદી અને તાંબામાં સૌથી વધુ વિદ્યુત વાહકતા હોય છે, ત્યારબાદ સોનું, ક્રોમિયમ, એલ્યુમિનિયમ, મેંગેનીઝ, ટંગસ્ટન વગેરે આવે છે. આયર્ન, પારો અને ટાઈટેનિયમ ખરાબ રીતે પ્રવાહ વહન કરે છે. જો ચાંદીની વિદ્યુત વાહકતા 100 છે, તો તાંબાની વિદ્યુત વાહકતા 94 છે, એલ્યુમિનિયમ 55 છે, આયર્ન અને પારો 2 છે, અને ટાઇટેનિયમ માત્ર 0.3 છે.

ચાંદી એ એક મોંઘી ધાતુ છે અને તેનો ઉપયોગ વિદ્યુત ઈજનેરીમાં ઓછો થાય છે, પરંતુ તાંબાનો ઉપયોગ વાયર, કેબલ, બસ અને અન્ય વિદ્યુત ઉત્પાદનોના ઉત્પાદનમાં મોટી માત્રામાં થાય છે. એલ્યુમિનિયમની વિદ્યુત વાહકતા તાંબા કરતાં 1.7 ગણી ઓછી છે, અને તેથી એલ્યુમિનિયમનો ઉપયોગ તાંબા કરતાં ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં ઓછી વાર થાય છે.

ચાંદી, તાંબુ, સોનું, ક્રોમ, એલ્યુમિનિયમ, ..., સીસું, પારો. અમે જોયું છે કે ધીમે ધીમે ઘટતી થર્મલ વાહકતા સાથે શ્રેણીમાં ધાતુઓ લગભગ સમાન ક્રમમાં ઊભી રહે છે (જુઓ પૃષ્ઠ 33).

વિદ્યુત પ્રવાહના શ્રેષ્ઠ વાહક, નિયમ તરીકે, ગરમીના શ્રેષ્ઠ વાહક પણ છે. ધાતુઓની થર્મલ વાહકતા અને વિદ્યુત વાહકતા વચ્ચે ચોક્કસ સંબંધ છે અને ધાતુની વિદ્યુત વાહકતા જેટલી ઊંચી હોય છે, સામાન્ય રીતે તેની થર્મલ વાહકતા જેટલી વધારે હોય છે.

શુદ્ધ ધાતુઓ હંમેશા તેમના એલોય કરતાં વધુ સારી રીતે વીજળીનું સંચાલન કરે છે. આ નીચે મુજબ સમજાવાયેલ છે. તત્વોના અણુઓ જે અશુદ્ધિઓ બનાવે છે તે ધાતુની સ્ફટિક જાળીમાં પોતાને જોડે છે અને તેની નિયમિતતામાં વિક્ષેપ પાડે છે. પરિણામે, જાળી ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહ માટે વધુ ગંભીર અવરોધ બની જાય છે.

જો તાંબામાં નજીવી માત્રામાં અશુદ્ધિઓ હોય છે - ટકાનો દસમો અને સોમો ભાગ પણ - તેની વિદ્યુત વાહકતા પહેલાથી જ ઘણી ઓછી થઈ ગઈ છે. તેથી, વિદ્યુત ઇજનેરીમાં, અત્યંત શુદ્ધ તાંબાનો મુખ્યત્વે ઉપયોગ થાય છે, જેમાં માત્ર 0.05% અશુદ્ધિઓ હોય છે. અને ઊલટું, એવા કિસ્સાઓમાં કે જ્યાં ઉચ્ચ પ્રતિકાર ધરાવતી સામગ્રીની જરૂર હોય - રિઓસ્ટેટ્સ માટે), વિવિધ હીટિંગ ઉપકરણો માટે, એલોયનો ઉપયોગ થાય છે - નિક્રોમ, નિકલ, કોન્સ્ટેન્ટન અને અન્ય.

ધાતુની વિદ્યુત વાહકતા તેની પ્રક્રિયાની પ્રકૃતિ પર પણ આધાર રાખે છે. રોલિંગ, ડ્રોઇંગ અને કટીંગ પછી, મેટલની વિદ્યુત વાહકતા ઘટે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ક્રિસ્ટલ જાળીના વિકૃતિને કારણે છે, તેમાં ખામીઓની રચના સાથે જે મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને અવરોધે છે.

તાપમાન પર ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતાની અવલંબન ખૂબ જ રસપ્રદ છે. આપણે પહેલેથી જ જાણીએ છીએ કે જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે ધાતુની સ્ફટિક જાળીમાં આયનોના સ્પંદનોની શ્રેણી અને ઝડપ વધે છે. આ સંદર્ભે, ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહ માટે આયન પ્રતિકાર પણ વધવો જોઈએ. ખરેખર, તાપમાન જેટલું ઊંચું છે, વાહકનો પ્રવાહનો પ્રતિકાર વધારે છે. ગલન તાપમાનમાં, મોટાભાગની ધાતુઓનો પ્રતિકાર દોઢથી બે ગણો વધે છે.

જ્યારે ઠંડુ થાય છે, ત્યારે વિપરીત ઘટના થાય છે: અવ્યવસ્થિત ઓસીલેટરી ગતિજાળીના સ્થળો પર આયનો ઘટે છે, ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહનો પ્રતિકાર ઘટે છે અને વિદ્યુત વાહકતા વધે છે.

ઊંડા (ખૂબ જ મજબૂત) ઠંડક દરમિયાન ધાતુઓના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરતી વખતે, વૈજ્ઞાનિકોએ એક નોંધપાત્ર ઘટના શોધી કાઢી: સંપૂર્ણ શૂન્યની નજીક, એટલે કે, માઈનસ 273.16°ની આસપાસના તાપમાને, ધાતુઓ સંપૂર્ણપણે વિદ્યુત પ્રતિકાર ગુમાવે છે. તેઓ "આદર્શ વાહક" ​​બની જાય છે: બંધ મેટલ રિંગમાં વર્તમાન નબળો પડતો નથી લાંબા સમય સુધી, જો કે રીંગ હવે વર્તમાન સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલ નથી! આ ઘટનાને સુપરકન્ડક્ટિવિટી કહેવામાં આવે છે. તે એલ્યુમિનિયમ, જસત, ટીન, સીસું અને કેટલીક અન્ય ધાતુઓમાં જોવા મળે છે. આ ધાતુઓ માઈનસ 263° થી નીચેના તાપમાને સુપરકન્ડક્ટર બની જાય છે.

સુપરકન્ડક્ટિવિટી કેવી રીતે સમજાવવી? શા માટે કેટલીક ધાતુઓ સંપૂર્ણ વાહકતા પ્રાપ્ત કરે છે જ્યારે અન્ય નથી? આ પ્રશ્નોના હજુ સુધી કોઈ જવાબ નથી. ધાતુઓની રચનાના સિદ્ધાંત માટે સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટના ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે, અને હાલમાં સોવિયેત વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા તેનો અભ્યાસ કરવામાં આવી રહ્યો છે. આ ક્ષેત્રમાં એકેડેમીશિયન એલ.ડી. લેન્ડૌ અને યુએસએસઆર એકેડેમી ઓફ સાયન્સના અનુરૂપ સભ્ય એ.આઈ. શાલ્નિકોવના કાર્યોને સ્ટાલિન પુરસ્કારોથી નવાજવામાં આવ્યા હતા.

>> ભૌતિકશાસ્ત્ર: ધાતુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા

ચાલો મેટલ કંડક્ટર સાથે પ્રારંભ કરીએ. અમે આ વાહકની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા જાણીએ છીએ, પરંતુ હજુ સુધી મોલેક્યુલર ગતિ સિદ્ધાંતના દૃષ્ટિકોણથી તેના સમજૂતી વિશે કશું કહેવામાં આવ્યું નથી.
ધાતુઓમાં મુક્ત શુલ્કના વાહકો ઇલેક્ટ્રોન છે. તેમની સાંદ્રતા વધારે છે - લગભગ 10 28 1/m 3. આ ઇલેક્ટ્રોન રેન્ડમ થર્મલ ગતિમાં ભાગ લે છે. ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડના પ્રભાવ હેઠળ, તેઓ 10 -4 m/s ની સરેરાશ ગતિ સાથે વ્યવસ્થિત રીતે આગળ વધવાનું શરૂ કરે છે.
ધાતુઓમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનના અસ્તિત્વનો પ્રાયોગિક પુરાવો. L.I. મેન્ડેલસ્ટેમ અને N.D. Papaleksi (1913), B. Stewart અને R. Tolman (1916) ના પ્રયોગોમાં ધાતુઓની વાહકતા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને કારણે છે તેનો પ્રાયોગિક પુરાવો આપવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રયોગોની યોજના નીચે મુજબ છે.
વાયરને કોઇલ પર ઘા કરવામાં આવે છે, જેના છેડા એકબીજાથી અલગ બે મેટલ ડિસ્કમાં સોલ્ડર કરવામાં આવે છે ( ફિગ.16.1). એક ગેલ્વેનોમીટર સ્લાઇડિંગ સંપર્કોનો ઉપયોગ કરીને ડિસ્કના છેડા સાથે જોડાયેલ છે.

રીલને ઝડપી પરિભ્રમણમાં લાવવામાં આવે છે અને પછી અચાનક બંધ થઈ જાય છે. કોઇલના અચાનક બંધ થયા પછી, મુક્ત ચાર્જ કણો જડતા દ્વારા વાહકની તુલનામાં થોડા સમય માટે ખસે છે અને તેથી, કોઇલમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઉભો થાય છે. વર્તમાન ટૂંકા સમય માટે અસ્તિત્વમાં છે, કારણ કે વાહકના પ્રતિકારને લીધે, ચાર્જ કરેલા કણો ધીમા થાય છે અને કણોની ક્રમબદ્ધ હિલચાલ જે વર્તમાન બનાવે છે તે અટકી જાય છે.
આ પ્રયોગમાં વર્તમાનની દિશા સૂચવે છે કે તે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા કણોની હિલચાલ દ્વારા બનાવવામાં આવી છે. આ કિસ્સામાં સ્થાનાંતરિત ચાર્જ કણોના ચાર્જના ગુણોત્તર સાથે પ્રમાણસર છે જે તેમના સમૂહમાં વર્તમાન બનાવે છે, એટલે કે. |q|/m. તેથી, સર્કિટમાં વર્તમાનના અસ્તિત્વ દરમિયાન ગેલ્વેનોમીટરમાંથી પસાર થતા ચાર્જને માપવાથી, આ ગુણોત્તર નક્કી કરવાનું શક્ય હતું. તે 1.8 10 11 C/kg બરાબર હોવાનું બહાર આવ્યું. આ મૂલ્ય ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જના તેના સમૂહના ગુણોત્તર સાથે એકરુપ છે e/m, અન્ય પ્રયોગોમાંથી અગાઉ જોવા મળે છે.
ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ.ઈલેક્ટ્રોન્સ, ઈલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાંથી તેમના પર કામ કરતા બળના પ્રભાવ હેઠળ, ક્રમબદ્ધ ગતિની ચોક્કસ ગતિ પ્રાપ્ત કરે છે. આ ગતિ સમય સાથે વધુ વધતી નથી, કારણ કે, સ્ફટિક જાળીના આયનો સાથે અથડાઈને, ઇલેક્ટ્રોન દિશાત્મક હિલચાલ ગુમાવે છે, અને પછી ફરીથી, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, દિશામાં આગળ વધવાનું શરૂ કરે છે. પરિણામે, ઈલેક્ટ્રોનની આદેશિત હિલચાલની સરેરાશ ગતિ કંડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિના પ્રમાણસર હોવાનું બહાર આવ્યું છે. v~Eઅને, પરિણામે, કંડક્ટરના છેડે સંભવિત તફાવત, ત્યારથી , ક્યાં l- કંડક્ટરની લંબાઈ.
કંડક્ટરમાં વર્તમાન તાકાત કણોની આદેશિત હિલચાલની ગતિના પ્રમાણસર છે (સૂત્ર (15.2) જુઓ). તેથી, આપણે કહી શકીએ કે વર્તમાન તાકાત વાહકના છેડે સંભવિત તફાવતના પ્રમાણસર છે: આઈ~યુ. આ છે ઓહ્મના કાયદાનું ગુણાત્મક સમજૂતીમેટલ વાહકતાના ઇલેક્ટ્રોનિક સિદ્ધાંત પર આધારિત.
ક્લાસિકલ મિકેનિક્સના નિયમોના આધારે મેટલમાં ઇલેક્ટ્રોનની ગતિના સંતોષકારક માત્રાત્મક સિદ્ધાંતનું નિર્માણ કરવું અશક્ય છે. હકીકત એ છે કે ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ માટેની શરતો એવી છે કે શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સઆ ચળવળનું વર્ણન કરવા માટે ન્યૂટન લાગુ પડતું નથી.
આ સૌથી સ્પષ્ટ રીતે જોવા મળે છે નીચેના ઉદાહરણ. જો આપણે પ્રાયોગિક ધોરણે ઓરડાના તાપમાને ધાતુમાં ઈલેક્ટ્રોનની થર્મલ ગતિની સરેરાશ ગતિ ઊર્જા નક્કી કરીએ અને આ ઊર્જાને અનુરૂપ તાપમાન શોધીએ, તો આપણે 10 5 -10 6 K ના ક્રમનું તાપમાન મેળવીશું. આવું તાપમાન અંદર અસ્તિત્વ ધરાવે છે. તારાઓ ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ કાયદાનું પાલન કરે છે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ.
તે પ્રાયોગિક રીતે સાબિત થયું છે કે ઇલેક્ટ્રોન ધાતુઓમાં મુક્ત શુલ્કના વાહક છે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન સતત સાથે આગળ વધે છે સરેરાશ ઝડપ, સ્ફટિક જાળીના અવરોધક પ્રભાવનો અનુભવ કરવો. ઇલેક્ટ્રોનની ક્રમબદ્ધ હિલચાલની ગતિ વાહકમાં ક્ષેત્રની શક્તિના સીધા પ્રમાણસર છે.

???
1. કોઇલ (જુઓ. ફિગ. 16.1) ઘડિયાળની દિશામાં ફરતી હતી અને પછી તે ઝડપથી ધીમી પડી હતી. બ્રેકિંગની ક્ષણે કોઇલમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની દિશા શું છે?
2. ધાતુના વાહકમાં ઈલેક્ટ્રોનની ક્રમબદ્ધ હિલચાલની ઝડપ વાહકના છેડા પરના વોલ્ટેજ પર કેવી રીતે નિર્ભર છે?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, ભૌતિકશાસ્ત્ર 10મો ગ્રેડ

જો તમારી પાસે આ પાઠ માટે સુધારા અથવા સૂચનો હોય,

આજે કોઈને આશ્ચર્ય થતું નથી કે જ્યારે આપણે સ્વીચ બટનને ટચ કરીએ છીએ, ત્યારે આપણને એક લાઇટ બલ્બ આવતો દેખાય છે. ઘણીવાર આપણે એવું પણ વિચારતા નથી કે આવી બધી ક્રિયાઓ આખી શ્રેણી પર આધારિત છે આ અત્યંત વિચિત્ર ઘટનાઓમાંની એક ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતા છે, જે વિદ્યુત પ્રવાહના પ્રવાહને સુનિશ્ચિત કરે છે.

શરૂ કરવા માટે, તમારે કદાચ નક્કી કરવું જોઈએ કે તે શું છે. અમે વાત કરી રહ્યા છીએ. તેથી, વિદ્યુત વાહકતા એ પદાર્થની પ્રસારિત કરવાની ક્ષમતા છે વિવિધ પદાર્થોમાં આ ક્ષમતા છે વિવિધ ડિગ્રીઓ. વિદ્યુત વાહકતાની ડિગ્રીના આધારે, પદાર્થોને વાહક, સેમિકન્ડક્ટર અને ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.

જો તમે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના અભ્યાસ દરમિયાન સંશોધકો દ્વારા મેળવેલા પ્રાયોગિક ડેટાને જુઓ, તો તે સ્પષ્ટ થાય છે કે ધાતુઓની વાહકતા સૌથી વધુ છે. રોજિંદા પ્રેક્ટિસ દ્વારા પણ આની પુષ્ટિ થાય છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહને પ્રસારિત કરવા માટે મેટલ વાયરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ધાતુઓ મુખ્યત્વે વિદ્યુત પ્રવાહના વાહક છે. અને આ માટેનો ખુલાસો ધાતુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક સિદ્ધાંતમાં મળી શકે છે.

બાદમાં અનુસાર, વાહક એક સ્ફટિક જાળી છે, જેનાં ગાંઠો અણુઓ દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે. તેઓ ખૂબ જ ગીચ સ્થિત છે અને પડોશી સમાન અણુઓ સાથે જોડાયેલા છે, તેથી તેઓ ક્રિસ્ટલ જાળીના ગાંઠો પર વ્યવહારીક રીતે રહે છે. અણુઓના બાહ્ય શેલ પર સ્થિત ઇલેક્ટ્રોન વિશે પણ એવું કહી શકાય નહીં. આ ઇલેક્ટ્રોન અવ્યવસ્થિત રીતે ખસેડવા માટે મુક્ત છે, જેને "ઇલેક્ટ્રોન ગેસ" કહેવામાં આવે છે. ધાતુઓની ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા આવા ઇલેક્ટ્રોન પર આધારિત છે.

વિદ્યુત પ્રવાહની પ્રકૃતિ ઇલેક્ટ્રોનને કારણે છે તેના પુરાવા તરીકે, આપણે જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી રિક્કેના પ્રયોગને યાદ કરી શકીએ છીએ, જે 1901 માં હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો. તેણે બે તાંબા અને એક એલ્યુમિનિયમ સિલિન્ડરને કાળજીપૂર્વક પોલિશ્ડ છેડા સાથે લીધા, એકને બીજાની ઉપર મૂક્યો અને તેમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કર્યો. પ્રયોગકર્તાના મતે, જો ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતા અણુઓને કારણે હોય, તો દ્રવ્યનું સ્થાનાંતરણ થશે. જો કે, એક વર્ષ સુધી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કર્યા પછી, સિલિન્ડરનો સમૂહ બદલાયો નથી.

આ પરિણામ પરથી એવું તારણ કાઢવામાં આવ્યું હતું કે ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતા તમામ વાહકોમાં રહેલા કેટલાક કણોને કારણે થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન, જે તે ક્ષણ સુધીમાં પહેલેથી જ શોધાયેલું હતું, તે આ ભૂમિકા માટે ચોક્કસપણે અનુકૂળ હતું. ત્યારબાદ, ઘણા વધુ બુદ્ધિશાળી પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા, અને તે બધાએ પુષ્ટિ કરી હતી કે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને કારણે થાય છે.

અનુસાર આધુનિક વિચારોધાતુઓ વિશે, આયનો તેના ગાંઠો પર સ્થિત છે, અને ઇલેક્ટ્રોન તેમની વચ્ચે પ્રમાણમાં મુક્તપણે ફરે છે. બરાબર મોટી સંખ્યામાંઆવા ઇલેક્ટ્રોન ધાતુઓની ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા પૂરી પાડે છે. જ્યારે કંડક્ટરના છેડા પર થોડી માત્રા હોય છે, ત્યારે આ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન ખસેડવાનું શરૂ કરે છે, જે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના પ્રવાહનું કારણ બને છે.

અહીં એ નોંધવું જોઇએ કે વાહકતા તાપમાન પર ખૂબ આધાર રાખે છે. આમ, વધતા તાપમાન સાથે, ધાતુઓની વાહકતા ઘટે છે, અને તેનાથી વિપરીત, તે ઘટતા તાપમાન સાથે વધે છે, તે જ સમયે, તે યાદ રાખવું જોઈએ કે તમામ ધાતુઓમાં વાહકતા હોવા છતાં, તેનું મૂલ્ય તે દરેક માટે અલગ છે. વિદ્યુત ઈજનેરીમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ધાતુઓમાં, તાંબામાં શ્રેષ્ઠ વાહકતા હોય છે.

તેથી, ઉપરોક્ત સામગ્રી ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતા શું છે તેનો ખ્યાલ આપે છે, વિદ્યુત પ્રવાહની પ્રકૃતિ સમજાવે છે અને તેનું કારણ શું છે તે સમજાવે છે. ધાતુઓની સ્ફટિક જાળી અને કેટલાકના પ્રભાવનું વર્ણન આપવામાં આવ્યું છે બાહ્ય પરિબળોવાહકતા માટે.