برقی رو کی رفتار

آئیے اس سوچ کا تجربہ کرتے ہیں۔ تصور کریں کہ شہر سے 100 کلومیٹر کے فاصلے پر ایک گاؤں ہے اور شہر سے اس گاؤں تک تقریباً 100 کلومیٹر لمبی تار کی سگنل لائن بچھائی گئی ہے جس کے آخر میں بلب لگا ہوا ہے۔ ایک ڈھال والی دو کور لائن، یہ سڑک کے ساتھ سپورٹ پر بچھائی گئی ہے۔ اور اگر اب ہم اس لائن پر ایک شہر سے گاؤں تک سگنل بھیجیں تو وہاں اسے موصول ہونے میں کتنا وقت لگے گا؟

حساب اور تجربہ ہمیں بتاتا ہے کہ روشنی کے بلب کی شکل میں ایک سگنل دوسرے سرے پر کم از کم 100/300000 سیکنڈز میں ظاہر ہوگا، یعنی کم از کم 333.3 μs میں (تار کے انڈکٹنس کو مدنظر رکھے بغیر) گاؤں میں روشنی آئے گی، جس کا مطلب ہے کہ تار میں کرنٹ قائم ہو جائے گا (مثال کے طور پر، ہم براہ راست کرنٹ استعمال کرتے ہیں چارج شدہ کیپسیٹر). 

100 کلومیٹر میں ہمارے تار میں ہر رگ کی لمبائی ہے، اور 300،000 کلومیٹر فی سیکنڈ روشنی کی رفتار ہے - پھیلاؤ کی رفتار برقی مقناطیسی لہر ایک خلا میں. جی ہاں، "الیکٹران کی حرکت" تار کے ساتھ روشنی کی رفتار سے پھیلے گی۔

لیکن حقیقت یہ ہے کہ الیکٹران روشنی کی رفتار سے یکے بعد دیگرے حرکت کرنے لگتے ہیں اس کا یہ مطلب ہر گز نہیں ہے کہ الیکٹران خود تار میں اتنی زبردست رفتار سے حرکت کر رہے ہیں۔ دھاتی موصل میں الیکٹران یا آئن، الیکٹرولائٹ میں، یا کسی دوسرے کنڈکٹیو میڈیم میں اتنی تیزی سے حرکت نہیں کر سکتے، یعنی چارج کیرئیر روشنی کی رفتار سے ایک دوسرے کے نسبت حرکت نہیں کرتے۔

اس معاملے میں روشنی کی رفتار وہ رفتار ہے جس سے تار میں چارج کیریئر ایک کے بعد ایک حرکت کرنا شروع کر دیتے ہیں، یعنی یہ چارج کیریئرز کی ٹرانسلشنل حرکت کے پھیلاؤ کی رفتار ہے۔ خود چارج کیریئرز کے پاس براہ راست کرنٹ پر "بڑھائی کی رفتار" ہوتی ہے، کہتے ہیں کہ تانبے کے تار میں، صرف چند ملی میٹر فی سیکنڈ!

آئیے اس نکتے کو واضح کرتے ہیں۔ ہم کہتے ہیں کہ ہمارے پاس ایک چارج شدہ کپیسیٹر ہے اور اس کے ساتھ ہم کپیسیٹر سے 100 کلومیٹر کے فاصلے پر ایک گاؤں میں نصب اپنے لائٹ بلب سے لمبی تاریں لگاتے ہیں۔ تاروں کو جوڑنا، یعنی سرکٹ کو بند کرنا، ایک سوئچ کے ذریعے دستی طور پر کیا جاتا ہے۔

کیا ہو گا؟ جب سوئچ بند ہو جاتا ہے، چارج شدہ ذرات تاروں کے ان حصوں میں حرکت کرنا شروع کر دیتے ہیں جو کیپسیٹر سے جڑے ہوتے ہیں۔ الیکٹران کیپسیٹر کی منفی پلیٹ کو چھوڑ دیتے ہیں، کیپسیٹر کے ڈائی الیکٹرک میں برقی فیلڈ کم ہو جاتی ہے، مخالف (مثبت) پلیٹ کا مثبت چارج کم ہو جاتا ہے — الیکٹران منسلک تار سے اس میں بہتے ہیں۔

اس طرح، پلیٹوں کے درمیان ممکنہ فرق کم ہو جاتا ہے۔اور جب سے کپیسیٹر سے ملحق تاروں میں الیکٹران حرکت کرنے لگے ہیں، تار پر دور دراز جگہوں سے دوسرے الیکٹران اپنی جگہ پر آجاتے ہیں، دوسرے لفظوں میں، برقی میدان کے عمل کی وجہ سے تار میں الیکٹرانوں کی دوبارہ تقسیم کا عمل شروع ہوتا ہے۔ ایک بند سرکٹ میں. یہ عمل تار کے ساتھ ساتھ مزید پھیلتا ہے اور آخر میں سگنل لیمپ فلیمنٹ تک پہنچ جاتا ہے۔

لہذا برقی میدان میں تبدیلی تار کے ساتھ روشنی کی رفتار سے پھیلتی ہے، سرکٹ میں الیکٹرانوں کو متحرک کرتی ہے۔ لیکن الیکٹران خود بہت زیادہ آہستہ حرکت کرتے ہیں۔

اس سے پہلے کہ ہم مزید آگے بڑھیں، ایک ہائیڈرولک تشبیہ پر غور کریں۔ منرل واٹر کو پائپ کے ذریعے گاؤں سے شہر تک جانے دیں۔ صبح کے وقت گاؤں میں ایک پمپ شروع کیا گیا اور اس نے پائپ میں پانی کا دباؤ بڑھانا شروع کر دیا تاکہ گاؤں کے ذریعہ سے پانی شہر کی طرف جانے پر مجبور کیا جا سکے۔ تقریباً 1400 کلومیٹر فی سیکنڈ (یہ پانی کی کثافت، اس کے درجہ حرارت، دباؤ کی شدت سے منحصر ہے)۔

گاؤں میں پمپ آن ہونے کے ایک سیکنڈ کے بعد پانی شہر میں آنے لگا۔ لیکن کیا یہ وہی پانی ہے جو اس وقت گاؤں میں بہہ رہا ہے؟ نہیں! ہماری مثال میں پانی کے مالیکیول ایک دوسرے کو دھکیلتے ہیں اور وہ خود بہت زیادہ آہستہ حرکت کرتے ہیں، کیونکہ ان کے انحراف کی رفتار دباؤ کی شدت پر منحصر ہے۔ مالیکیولز کا ایک دوسرے کے خلاف کچلنا ٹیوب کے ساتھ مالیکیولز کی حرکت سے زیادہ شدت کے بہت سے آرڈرز کو پھیلاتا ہے۔

تو یہ ایک برقی رو کے ساتھ ہے: برقی میدان کے پھیلاؤ کی رفتار دباؤ کے پھیلاؤ کی طرح ہے، اور الیکٹرانوں کی حرکت کی رفتار جو کرنٹ بناتے ہیں پانی کے مالیکیولز کی براہ راست حرکت کی طرح ہے۔

اب آئیے براہ راست الیکٹران کی طرف واپس جائیں۔ الیکٹران (یا دیگر چارج کیریئرز) کی منظم حرکت کی شرح کو بڑھے ہوئے کی شرح کہا جاتا ہے۔ اس کے الیکٹران عمل کے ذریعے حاصل کرتے ہیں۔ بیرونی برقی میدان. 

اگر کوئی بیرونی برقی میدان نہیں ہے، تو الیکٹران صرف تھرمل حرکت کے ذریعے کنڈکٹر کے اندر افراتفری کے ساتھ حرکت کرتے ہیں، لیکن کوئی ڈائریکٹ کرنٹ نہیں ہوتا ہے، اور اس وجہ سے اوسطاً بڑھنے کی رفتار صفر ہوجاتی ہے۔

اگر کسی کنڈکٹر پر بیرونی برقی فیلڈ کا اطلاق ہوتا ہے، تو کنڈکٹر کے مواد پر منحصر ہے، چارج کیریئرز کے ماس اور چارج پر، درجہ حرارت پر، ممکنہ فرق پر، چارج کیریئر حرکت کرنا شروع کر دیں گے، لیکن رفتار اس حرکت کی روشنی کی رفتار سے نمایاں طور پر کم ہوگی، تقریباً 0.5 ملی میٹر فی سیکنڈ (1 ملی میٹر 2 کے کراس سیکشن کے ساتھ تانبے کے تار کے لیے، جس کے ذریعے 10 A کا کرنٹ بہتا ہے، الیکٹران کے بڑھنے کی اوسط رفتار 0.6– ہو گی۔ 6 ملی میٹر / سیکنڈ)۔

اس رفتار کا انحصار کنڈکٹر n میں مفت چارج کیریئرز کے ارتکاز پر، کنڈکٹر S کے کراس سیکشنل ایریا پر، پارٹیکل ای کے چارج پر، کرنٹ I کی شدت پر ہے۔ جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، اس کے باوجود حقیقت یہ ہے کہ برقی رو (برقی مقناطیسی لہر کا اگلا حصہ) تار کے ساتھ روشنی کی رفتار سے پھیلتا ہے، الیکٹران خود بہت زیادہ آہستہ حرکت کرتے ہیں۔ معلوم ہوا کہ کرنٹ کی رفتار بہت کم ہے۔