رابطے کی صلاحیت میں فرق

اگر دو مختلف دھاتوں سے بنے دو نمونوں کو ایک ساتھ مضبوطی سے دبایا جائے تو ان کے درمیان رابطہ ممکنہ فرق پیدا ہو جائے گا۔ اطالوی ماہر طبیعیات، کیمیا دان اور ماہر طبیعیات الیسنڈرو وولٹا نے 1797 میں دھاتوں کی برقی خصوصیات کا مطالعہ کرتے ہوئے اس رجحان کو دریافت کیا۔

پھر وولٹا نے پایا کہ اگر آپ دھاتوں کو ایک زنجیر میں اس ترتیب سے جوڑتے ہیں: Al, Zn, Sn, Pb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd، تو نتیجے میں آنے والی زنجیر میں آنے والی ہر دھات حاصل کرے گی۔ کی صلاحیت - پچھلے ایک سے کم۔ مزید برآں، سائنسدان نے پایا کہ اس طرح مل کر کئی دھاتیں تشکیل پانے والے سرکٹ کے سروں کے درمیان ایک ہی ممکنہ فرق فراہم کریں گی، قطع نظر اس سرکٹ میں ان دھاتوں کی ترتیب کی ترتیب - اس پوزیشن کو اب وولٹا کے سلسلہ رابطوں کے قانون کے نام سے جانا جاتا ہے۔ .

یہاں یہ سمجھنا انتہائی ضروری ہے کہ رابطے کی ترتیب کے قانون کے عین مطابق عمل درآمد کے لیے ضروری ہے کہ تمام دھاتی سرکٹ ایک ہی درجہ حرارت پر ہو۔

اگر یہ سرکٹ اب اپنے سروں سے بند ہے، تو یہ اس قانون کی پیروی کرتا ہے کہ سرکٹ میں EMF صفر ہوگا۔لیکن صرف اس صورت میں جب یہ سب (دھاتی 1، دھات 2، دھات 3) ایک ہی درجہ حرارت پر ہوں، ورنہ فطرت کے بنیادی قانون — توانائی کے تحفظ کے قانون — کی خلاف ورزی ہوگی۔

دھاتوں کے مختلف جوڑوں کے لیے، رابطہ ممکنہ فرق اس کا اپنا ہو گا، جو ایک وولٹ کے دسویں اور سوویں حصے سے لے کر چند وولٹ تک ہوگا۔

رابطے کے ممکنہ فرق کے ظاہر ہونے کی وجہ کو سمجھنے کے لیے، مفت الیکٹران ماڈل کا استعمال کرنا آسان ہے۔

جوڑے کی دونوں دھاتوں کو مطلق صفر درجہ حرارت پر رہنے دیں، پھر تمام توانائی کی سطحیں، بشمول فرمی حد، الیکٹرانوں سے بھر جائیں گی۔ فرمی انرجی (حد) کی قدر دھات میں ترسیل الیکٹران کے ارتکاز سے متعلق ہے:

m الیکٹران کا باقی ماس ہے، h پلانک کا مستقل ہے، n ترسیل الیکٹران کا ارتکاز ہے

اس تناسب کو مدنظر رکھتے ہوئے، ہم دو دھاتوں کو مختلف فرمی توانائیوں کے ساتھ قریبی رابطہ میں لاتے ہیں اور اس وجہ سے ترسیل کے الیکٹرانوں کے مختلف ارتکاز کے ساتھ۔

آئیے ہم اپنی مثال کے طور پر فرض کرتے ہیں کہ دوسری دھات میں ترسیل کے الیکٹرانوں کا زیادہ ارتکاز ہے اور اس کے مطابق دوسری دھات کی فرمی سطح پہلی سے زیادہ ہے۔

پھر، جب دھاتیں ایک دوسرے کے ساتھ رابطے میں آتی ہیں، الیکٹران کا ایک پھیلاؤ (ایک دھات سے دوسری دھات میں داخل ہونا) دھات 2 سے دھات 1 تک شروع ہو جائے گا، کیونکہ دھات 2 میں توانائی کی سطح بھری ہوئی ہے جو پہلی دھات کی فرمی سطح سے اوپر ہے۔ ، جس کا مطلب ہے کہ ان سطحوں سے الیکٹران دھات 1 کی خالی جگہوں کو پُر کریں گے۔

ایسی صورت حال میں الیکٹرانوں کی الٹ حرکت توانائی کے لحاظ سے ناممکن ہے، کیونکہ دوسری دھات میں توانائی کی تمام نچلی سطحیں پہلے ہی مکمل طور پر بھری ہوئی ہیں۔بالآخر، دھات 2 مثبت طور پر چارج ہو جائے گی اور دھات 1 منفی چارج ہو جائے گی، جب کہ پہلی دھات کی فرمی سطح اس سے زیادہ ہو جائے گی، اور دوسری دھات کی سطح کم ہو جائے گی۔ یہ تبدیلی اس طرح ہوگی:

نتیجے کے طور پر، رابطہ کرنے والی دھاتوں اور متعلقہ برقی میدان کے درمیان ممکنہ فرق پیدا ہو جائے گا، جو اب الیکٹرانوں کے مزید پھیلاؤ کو روکے گا۔

اس کا عمل مکمل طور پر رک جائے گا جب ممکنہ فرق ایک خاص قدر تک پہنچ جائے گا جو دو دھاتوں کی فرمی سطحوں کی مساوات کے مطابق ہو گا، جس میں دھات 2 سے نئے آنے والے الیکٹرانوں کے لیے دھات 1 میں کوئی آزاد سطح نہیں ہوگی، اور دھات 2 میں۔ دھات 1 سے الیکٹران کی منتقلی کے امکان پر کوئی سطح آزاد نہیں کی جائے گی۔ توانائی کا توازن آئے گا:

چونکہ الیکٹران کا چارج منفی ہے، اس لیے ہمارے پاس پوٹینشل کے نسبت درج ذیل پوزیشن ہوگی:

اگرچہ ہم نے اصل میں دھاتوں کے درجہ حرارت کو مطلق صفر تصور کیا ہے، پھر بھی اسی طرح کسی بھی درجہ حرارت پر توازن قائم ہوگا۔

برقی میدان کی موجودگی میں فرمی توانائی ایک الیکٹران گیس میں واحد الیکٹران کی کیمیائی پوٹینشل سے زیادہ کچھ نہیں ہوگی جس کو اس واحد الیکٹران کے چارج کا حوالہ دیا جاتا ہے، اور چونکہ توازن کے حالات میں دونوں دھاتوں کی الیکٹران گیسوں کی کیمیائی صلاحیت برابر ہو جائے گا، یہ صرف درجہ حرارت پر کیمیائی صلاحیت کے انحصار کو شامل کرنے کے لئے ضروری ہے.

لہذا، ہمارے ذریعہ سمجھا جانے والا ممکنہ فرق اندرونی رابطہ پوٹینشل فرق کہلاتا ہے اور سیریز کے رابطوں کے لیے وولٹا کے قانون سے مطابقت رکھتا ہے۔

آئیے اس ممکنہ فرق کا اندازہ لگاتے ہیں، اس کے لیے ہم فرمی توانائی کا اظہار کنڈکشن الیکٹران کے ارتکاز کے لحاظ سے کرتے ہیں، پھر مستقل کی عددی قدروں کو بدل دیتے ہیں:

اس طرح، مفت الیکٹران ماڈل کی بنیاد پر، دھاتوں کے لیے اندرونی رابطے کا امکانی فرق ایک وولٹ کے سوویں حصے سے کئی وولٹ تک شدت کے حکم پر ہے۔