વાહક પ્રતિકારનું કારણ શું છે. વાહકનો વિદ્યુત પ્રતિકાર

સહિત ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટકોઈપણ વર્તમાન સ્ત્રોત, વિવિધ વાહક અને એમ્મીટર, તમે નોંધ કરી શકો છો કે વિવિધ વાહક માટે એમ્મીટર રીડિંગ્સ અલગ છે, એટલે કે આપેલ સર્કિટમાં વર્તમાન શક્તિ અલગ છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, જો લોખંડના વાયર એબી (ફિગ. 70) ને બદલે તમે સમાન લંબાઈ અને ક્રોસ-સેક્શનના સર્કિટમાં નિકલ વાયર સીડીનો સમાવેશ કરો છો, તો સર્કિટમાં વર્તમાન તાકાત ઘટશે, અને જો તમે કોપર EF, વર્તમાન તાકાત નોંધપાત્ર રીતે વધશે.

ચોખા. 70. વાહકના ગુણધર્મો પર વર્તમાન તાકાતની અવલંબન

આ વાહકના છેડા સાથે વૈકલ્પિક રીતે જોડાયેલ વોલ્ટમીટર સમાન વોલ્ટેજ દર્શાવે છે. આનો અર્થ એ છે કે સર્કિટમાં વર્તમાન શક્તિ માત્ર વોલ્ટેજ પર જ નહીં, પરંતુ સર્કિટમાં સમાવિષ્ટ કંડક્ટરના ગુણધર્મો પર પણ આધારિત છે. કંડક્ટરના ગુણધર્મો પર વર્તમાન તાકાતની અવલંબન એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે વિવિધ વાહક અલગ અલગ હોય છે વિદ્યુત પ્રતિકાર.

વિદ્યુત પ્રતિકાર - ભૌતિક જથ્થો. તે અક્ષર આર દ્વારા નિયુક્ત કરવામાં આવે છે.

પ્રતિકારનું એકમ 1 ઓહ્મ માનવામાં આવે છે - વાહકનો પ્રતિકાર જેમાં, 1 વોલ્ટના છેડે વોલ્ટેજ પર, વર્તમાન તાકાત 1 એમ્પીયર છે.. સંક્ષિપ્તમાં તે આ રીતે લખ્યું છે:

1 ઓહ્મ = 1 વી / 1 એ

પ્રતિકારના અન્ય એકમોનો પણ ઉપયોગ થાય છે: મિલિઓહમ (mOhm), કિલોહોમ (kOhm), megaohm (MOhm).

1 mOhm = 0.001 ઓહ્મ;
1 kOhm = 1000 ઓહ્મ;
1MOhm = 1000,000 ઓહ્મ.

પ્રતિકારનું કારણ શું છે? જો કંડક્ટરમાંના ઇલેક્ટ્રોનને તેમની હિલચાલમાં કોઈ દખલગીરીનો અનુભવ ન થયો હોય, તો તેઓ, ક્રમબદ્ધ ગતિમાં લાવવામાં આવતા, અમર્યાદિત સમય માટે જડતા દ્વારા ખસેડશે. વાસ્તવમાં, ઇલેક્ટ્રોન આયનો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે સ્ફટિક જાળીધાતુ તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોનની આદેશિત હિલચાલ ધીમી પડી જાય છે ક્રોસ વિભાગકંડક્ટર તેમની સંખ્યા કરતા 1 સે ઓછા સમયમાં પસાર થાય છે. તદનુસાર, 1 s માં ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા સ્થાનાંતરિત ચાર્જ ઘટે છે, એટલે કે, વર્તમાન તાકાત ઘટે છે. આમ, દરેક વાહક, જેમ કે તે હતા, ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનો પ્રતિકાર કરે છે અને તેને પ્રતિકાર પૂરો પાડે છે.

પ્રતિકારનું કારણ ક્રિસ્ટલ જાળીના આયનો સાથે ફરતા ઇલેક્ટ્રોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે.

વિવિધ વાહક હોય છે વિવિધ પ્રતિકારતેમની સ્ફટિક જાળીની રચનામાં તફાવતને કારણે, વિવિધ લંબાઈ અને ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તારોને કારણે.

પ્રશ્નો

1. પ્રાયોગિક રીતે કેવી રીતે બતાવવું કે સર્કિટમાં વર્તમાન શક્તિ વાહકના ગુણધર્મો પર આધારિત છે?
2. વાહક પ્રતિકારનું એકમ શું છે? તેણીનું નામ શું છે?
3. ઓહ્મ સિવાયના પ્રતિકારના કયા એકમોનો ઉપયોગ થાય છે?
4. પ્રતિકારનું કારણ શું છે?

વ્યાયામ 28

1. આકૃતિ 70 માં બતાવેલ સર્કિટનો આકૃતિ દોરો અને આ ડ્રોઇંગ પર કરવામાં આવેલ પ્રયોગ સમજાવો.
2. નીચેના પ્રતિકારના મૂલ્યોને ઓહ્મમાં વ્યક્ત કરો: 100 mOhm; 0.7 kOhm; 20 MOhm.
3. ઇલેક્ટ્રિક લેમ્પના સર્પાકારમાં પ્રવાહ 0.5 A હોય છે જ્યારે તેના છેડે વોલ્ટેજ 1 V હોય છે. સર્પાકારનો પ્રતિકાર નક્કી કરો.

હવે આપણે સમજી શકીએ છીએ કે શા માટે ધાતુઓ વિદ્યુત પ્રવાહનો પ્રતિકાર કરે છે, એટલે કે લાંબા સમય સુધી ચાલતા પ્રવાહને જાળવવા માટે ધાતુના વાહકના છેડે સંભવિત તફાવતને હંમેશા જાળવી રાખવો જરૂરી છે. જો ઈલેક્ટ્રોન્સને તેમની હિલચાલમાં કોઈ દખલગીરીનો અનુભવ ન થયો હોય, તો પછી, ક્રમબદ્ધ ગતિમાં લાવવામાં આવે તો, તેઓ ક્રિયા વિના જડતાથી આગળ વધશે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર, અનિશ્ચિતપણે. જો કે, વાસ્તવમાં, ઇલેક્ટ્રોન આયનો સાથે અથડામણ અનુભવે છે. આ કિસ્સામાં, અથડામણ પહેલા ઈલેક્ટ્રોન, જેની ચોક્કસ ગતિ ક્રમબદ્ધ ગતિ હતી, તે અથડામણ પછી મનસ્વી, રેન્ડમ દિશાઓમાં ફરી વળશે અને ઈલેક્ટ્રોનની ક્રમબદ્ધ ગતિ ( વિદ્યુત પ્રવાહ) રેન્ડમ (થર્મલ) ગતિમાં ફેરવાશે: ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડને દૂર કર્યા પછી, પ્રવાહ ખૂબ જ ટૂંક સમયમાં અદૃશ્ય થઈ જશે. લાંબો સમય ચાલતો પ્રવાહ મેળવવા માટે, દરેક અથડામણ પછી ઇલેક્ટ્રોનને ફરીથી અને ફરીથી ચોક્કસ દિશામાં ચલાવવું જરૂરી છે, અને આ માટે તે જરૂરી છે કે એક બળ ઇલેક્ટ્રોન પર હંમેશા કાર્ય કરે, એટલે કે, ત્યાં ધાતુની અંદરનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર છે.

ધાતુના વાહકના છેડે જાળવવામાં આવેલ સંભવિત તફાવત જેટલો વધારે છે, તેની અંદરનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર જેટલું મજબૂત છે, તેટલું જ વાહકમાં વિદ્યુતપ્રવાહ વધારે છે. ગણતરી, જે આપણે રજૂ કરતા નથી, તે દર્શાવે છે કે સંભવિત તફાવત અને વર્તમાન તાકાત એકબીજા (ઓહ્મનો કાયદો) માટે સખત પ્રમાણસર હોવી જોઈએ.

વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ આગળ વધીને, ઇલેક્ટ્રોન કેટલીક ગતિ ઊર્જા મેળવે છે. અથડામણ દરમિયાન, આ ઊર્જા આંશિક રીતે જાળી આયનોમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, જેના કારણે તેઓ વધુ તીવ્ર થર્મલ ગતિમાંથી પસાર થાય છે. આમ, વર્તમાનની હાજરીમાં, ઇલેક્ટ્રોન (વર્તમાન) ની ક્રમબદ્ધ ચળવળની ઊર્જા સતત આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનની અસ્તવ્યસ્ત હિલચાલની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે શરીરની આંતરિક ઊર્જાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે; જેનો અર્થ થાય છે આંતરિક ઊર્જામેટલ વધે છે. આ જૌલ ગરમીના પ્રકાશનને સમજાવે છે.

સારાંશ માટે, આપણે કહી શકીએ કે વિદ્યુત પ્રતિકારનું કારણ એ છે કે ઇલેક્ટ્રોન, તેમની હિલચાલ દરમિયાન, મેટલ આયનો સાથે અથડામણનો અનુભવ કરે છે. આ અથડામણો કેટલાક સતત ઘર્ષણ બળની ક્રિયા જેવું જ પરિણામ આપે છે, જે ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને ધીમું કરે છે.

વાહકતા તફાવત વિવિધ ધાતુઓસંખ્યાના કેટલાક તફાવતોને કારણે મફત ઇલેક્ટ્રોનધાતુના એકમ જથ્થા દીઠ અને ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલની સ્થિતિમાં, જે માં તફાવત સુધી નીચે આવે છે મધ્યમ લંબાઈમુક્ત પાથ, એટલે કે, મેટલ આયનો સાથેની બે અથડામણ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા સરેરાશ મુસાફરી કરે છે. જો કે, આ તફાવતો ખૂબ નોંધપાત્ર નથી, જેના પરિણામે કેટલીક ધાતુઓની વાહકતા અલગ પડે છે, જેમ કે કોષ્ટક બતાવે છે. 2 (§ 47), અન્યની વાહકતામાંથી માત્ર થોડાક દસ વખત; તે જ સમયે, સૌથી ખરાબ ધાતુના વાહકની વાહકતા સારા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની વાહકતા કરતાં હજારો ગણી વધારે છે અને સેમિકન્ડક્ટરની વાહકતા કરતાં અબજો ગણી વધારે છે.

સુપરકન્ડક્ટિવિટી (§ 49) ની ઘટનાનો અર્થ એ છે કે ધાતુમાં એવી પરિસ્થિતિઓ ઊભી થઈ છે કે જેના હેઠળ ઇલેક્ટ્રોન તેમની હિલચાલ સામે પ્રતિકાર અનુભવતા નથી. તેથી, સુપરકન્ડક્ટરમાં લાંબો પ્રવાહ જાળવવા માટે, સંભવિત તફાવતની જરૂર નથી. અમુક પ્રકારના દબાણ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોનને ગતિમાં સેટ કરવા માટે તે પૂરતું છે, અને પછી સંભવિત તફાવત દૂર થયા પછી પણ સુપરકન્ડક્ટરમાં વર્તમાન અસ્તિત્વમાં રહેશે. અમે પહેલાથી જ § 49 માં આ પ્રયોગ વિશે વાત કરી છે.

હવે આપણે સમજી શકીએ છીએ કે શા માટે ધાતુઓ વિદ્યુત પ્રવાહનો પ્રતિકાર કરે છે, એટલે કે લાંબા સમય સુધી ચાલતા પ્રવાહને જાળવવા માટે ધાતુના વાહકના છેડે સંભવિત તફાવતને હંમેશા જાળવી રાખવો જરૂરી છે. જો ઈલેક્ટ્રોન્સને તેમની હિલચાલમાં કોઈ દખલગીરીનો અનુભવ ન થયો હોય, તો પછી, ક્રમબદ્ધ ગતિમાં લાવવામાં આવે તો, તેઓ અમર્યાદિત સમય માટે, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયા વિના, જડતા દ્વારા આગળ વધશે. જો કે, વાસ્તવમાં, ઇલેક્ટ્રોન આયનો સાથે અથડામણ અનુભવે છે. આ કિસ્સામાં, અથડામણ પહેલાં ક્રમબદ્ધ ગતિની ચોક્કસ ગતિ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોન મનસ્વી, અવ્યવસ્થિત દિશાઓમાં અથડામણ પછી ફરી વળશે અને ઇલેક્ટ્રોનની આદેશિત ગતિ (ઇલેક્ટ્રિક કરંટ) અવ્યવસ્થિત (થર્મલ) ગતિમાં ફેરવાશે: ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડને દૂર કર્યા પછી, વર્તમાન ખૂબ જ ટૂંક સમયમાં અદૃશ્ય થઈ જશે. લાંબો સમય ચાલતો પ્રવાહ મેળવવા માટે, દરેક અથડામણ પછી ઇલેક્ટ્રોનને ફરીથી અને ફરીથી ચોક્કસ દિશામાં ચલાવવું જરૂરી છે, અને આ માટે તે જરૂરી છે કે એક બળ ઇલેક્ટ્રોન પર હંમેશા કાર્ય કરે, એટલે કે, ત્યાં ધાતુની અંદરનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર છે.

ધાતુના વાહકના છેડે જાળવવામાં આવેલ સંભવિત તફાવત જેટલો વધારે છે, તેની અંદરનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર જેટલું મજબૂત છે, તેટલું જ વાહકમાં વિદ્યુતપ્રવાહ વધારે છે. ગણતરી, જે આપણે રજૂ કરતા નથી, તે દર્શાવે છે કે સંભવિત તફાવત અને વર્તમાન તાકાત એકબીજા (ઓહ્મનો કાયદો) માટે સખત પ્રમાણસર હોવી જોઈએ.

વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ આગળ વધતા, ઇલેક્ટ્રોન કેટલાક મેળવે છે ગતિ ઊર્જા. અથડામણ દરમિયાન, આ ઊર્જા આંશિક રીતે જાળી આયનોમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, જેના કારણે તેઓ વધુ તીવ્ર થર્મલ ગતિમાંથી પસાર થાય છે. આમ, વર્તમાનની હાજરીમાં, ઇલેક્ટ્રોન (વર્તમાન) ની ક્રમબદ્ધ ચળવળની ઊર્જા સતત આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનની અસ્તવ્યસ્ત હિલચાલની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે શરીરની આંતરિક ઊર્જાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે; જેનો અર્થ છે કે ધાતુની આંતરિક ઉર્જા વધે છે. આ જૌલ ગરમીના પ્રકાશનને સમજાવે છે.

સારાંશ માટે, આપણે કહી શકીએ કે વિદ્યુત પ્રતિકારનું કારણ એ છે કે ઇલેક્ટ્રોન, તેમની હિલચાલ દરમિયાન, મેટલ આયનો સાથે અથડામણનો અનુભવ કરે છે. આ અથડામણો કેટલાકની ક્રિયા જેવું જ પરિણામ આપે છે સતત બળઘર્ષણ, જે ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને ધીમું કરે છે.

વિવિધ ધાતુઓની વાહકતામાં તફાવત ધાતુના એકમ જથ્થા દીઠ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યામાં અને ઇલેક્ટ્રોનની ગતિની સ્થિતિમાં કેટલાક તફાવતોને કારણે છે, જે સરેરાશ મુક્ત માર્ગમાં તફાવત પર આવે છે, એટલે કે, પાથ મુસાફરી કરે છે. મેટલ આયનો સાથે બે અથડામણ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા સરેરાશ. જો કે, આ તફાવતો ખૂબ નોંધપાત્ર નથી, જેના પરિણામે કેટલીક ધાતુઓની વાહકતા અલગ પડે છે, જેમ કે કોષ્ટક બતાવે છે. 2 (§ 47), અન્યની વાહકતામાંથી માત્ર થોડાક દસ વખત; તે જ સમયે, સૌથી ખરાબ ધાતુના વાહકની પણ વાહકતા વાહકતા કરતા હજારો ગણી વધારે છે. સારા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સઅને સેમિકન્ડક્ટરની વાહકતા કરતાં અબજો ગણી વધારે છે.

સુપરકન્ડક્ટિવિટી (§ 49) ની ઘટનાનો અર્થ એ છે કે ધાતુમાં એવી પરિસ્થિતિઓ ઊભી થઈ છે કે જેના હેઠળ ઇલેક્ટ્રોન તેમની હિલચાલ સામે પ્રતિકાર અનુભવતા નથી. તેથી, સુપરકન્ડક્ટરમાં લાંબો પ્રવાહ જાળવવા માટે, સંભવિત તફાવતની જરૂર નથી. અમુક પ્રકારના દબાણ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોનને ગતિમાં સેટ કરવા માટે તે પૂરતું છે, અને પછી સંભવિત તફાવત દૂર થયા પછી પણ સુપરકન્ડક્ટરમાં વર્તમાન અસ્તિત્વમાં રહેશે. અમે પહેલાથી જ § 49 માં આ પ્રયોગ વિશે વાત કરી છે.