بجلی کی بنیادی باتیں

قدیم یونانیوں نے بجلی کا مطالعہ شروع ہونے سے بہت پہلے برقی مظاہر کا مشاہدہ کیا۔ نیم قیمتی امبر پتھر کو اون یا کھال سے رگڑنا کافی ہے، کیونکہ یہ خشک بھوسے، کاغذ یا فلف اور پنکھوں کے ٹکڑوں کو اپنی طرف متوجہ کرنا شروع کر دیتا ہے۔

اسکول کے جدید تجربات میں شیشے اور ایبونائٹ کی سلاخوں کو ریشم یا اون سے رگڑا جاتا ہے۔ اس معاملے میں، یہ سمجھا جاتا ہے کہ شیشے کی چھڑی پر مثبت چارج رہتا ہے، اور ایبونائٹ چھڑی پر منفی چارج رہتا ہے۔ یہ سلاخیں کاغذ کے چھوٹے چھوٹے ٹکڑوں کو بھی اپنی طرف کھینچ سکتی ہیں۔ چھوٹی اشیاء. یہ وہ کشش ہے جو برقی میدان کا اثر ہے جس کا مطالعہ چارلس کولمب نے کیا تھا۔

یونانی میں عنبر کو الیکٹران کہا جاتا ہے، لہٰذا ایسی پرکشش قوت کو بیان کرنے کے لیے ولیم ہلبرٹ (1540 - 1603) نے "الیکٹران" کی اصطلاح تجویز کی۔

1891 میں، انگریز سائنسدان سٹونی جارج جانسٹن نے مادوں میں برقی ذرات کی موجودگی کا قیاس کیا، جسے اس نے الیکٹران کہا۔ اس بیان نے تاروں میں برقی عمل کو سمجھنا بہت آسان بنا دیا۔

دھاتوں میں الیکٹران بالکل آزاد اور آسانی سے اپنے ایٹموں سے الگ ہوتے ہیں، اور برقی میدان کے عمل کے تحت، زیادہ واضح طور پر، دھاتی ایٹموں کے درمیان ممکنہ فرق منتقل ہوتے ہیں، بجلی… اس طرح، تانبے کے تار میں برقی رو بہاؤ الیکٹران کا بہاؤ ہے جو تار کے ساتھ ایک سرے سے دوسرے سرے تک بہتا ہے۔

نہ صرف دھاتیں بجلی چلانے کی صلاحیت رکھتی ہیں۔ کچھ شرائط کے تحت، مائعات، گیسیں اور سیمی کنڈکٹر برقی طور پر موصل ہوتے ہیں۔ ان ماحول میں، چارج کیریئر آئن، الیکٹران، اور سوراخ ہیں. لیکن ابھی ہم صرف دھاتوں کے بارے میں بات کر رہے ہیں، کیونکہ ان میں بھی سب کچھ اتنا آسان نہیں ہے۔

ابھی کے لئے، ہم براہ راست کرنٹ کے بارے میں بات کر رہے ہیں، جس کی سمت اور وسعت تبدیل نہیں ہوتی ہے۔ لہذا، برقی خاکوں پر تیروں سے اشارہ کرنا ممکن ہے جہاں کرنٹ بہتا ہے۔ خیال کیا جاتا ہے کہ کرنٹ مثبت قطب سے منفی قطب کی طرف بہتا ہے، یہ ایک نتیجہ بجلی کے مطالعہ میں ابتدائی طور پر پہنچا ہے۔

بعد میں پتہ چلا کہ الیکٹران دراصل بالکل مخالف سمت میں حرکت کرتے ہیں — مائنس سے پلس تک۔ لیکن اس کے باوجود انہوں نے "غلط" سمت کو ترک نہیں کیا، مزید یہ کہ اسی سمت کو کرنٹ کی تکنیکی سمت کہا جاتا ہے۔ چراغ جلنے سے کیا فرق پڑتا ہے الیکٹران کی حرکت کی سمت کو سچ کہا جاتا ہے اور اکثر سائنسی تحقیق میں استعمال ہوتا ہے۔

یہ تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر 1۔

اگر سوئچ کو کچھ دیر کے لیے بیٹری پر "پھینک دیا" جائے تو الیکٹرولائٹک کپیسیٹر C چارج ہو جائے گا اور اس پر کچھ چارج جمع ہو جائے گا۔ کیپسیٹر کو چارج کرنے کے بعد، سوئچ بلب کی طرف موڑ دیا گیا تھا۔ چراغ ٹمٹماتا ہے اور باہر چلا جاتا ہے - کپیسیٹر خارج ہوتا ہے۔ یہ بالکل واضح ہے کہ فلیش کا دورانیہ کپیسیٹر میں ذخیرہ شدہ برقی چارج کی مقدار پر منحصر ہے۔

ایک galvanic بیٹری الیکٹرک چارج بھی ذخیرہ کرتی ہے، لیکن ایک کپیسیٹر سے کہیں زیادہ۔ لہذا، فلیش کا وقت کافی لمبا ہے - لیمپ کئی گھنٹوں تک جل سکتا ہے۔

الیکٹرک چارج، کرنٹ، مزاحمت اور وولٹیج

برقی چارجز کا مطالعہ فرانسیسی سائنس دان C. Coulomb نے کیا، جس نے 1785 میں اپنے نام سے منسوب قانون کو دریافت کیا۔

فارمولوں میں، برقی چارج کو Q یا q کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے۔ اس مقدار کے جسمانی معنی چارج شدہ جسموں کی برقی مقناطیسی تعاملات میں داخل ہونے کی صلاحیت ہے: جیسے جیسے چارجز پیچھے ہٹتے ہیں، مختلف اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں۔ انکے درمیان. اگر یہ فارمولے کی شکل میں ہے، تو یہ اس طرح لگتا ہے:

F = q1 * q2 / r2

الیکٹران کا برقی چارج بہت چھوٹا ہے، اس لیے عملی طور پر وہ کولمب نامی چارج کی شدت کو استعمال کرتے ہیں... یہی قدر بین الاقوامی نظام SI (C) میں استعمال ہوتی ہے۔ ایک لاکٹ میں 6.24151*1018 (دس سے اٹھارہویں طاقت) سے کم الیکٹران نہیں ہوتے۔ اگر اس چارج سے 1 ملین الیکٹران فی سیکنڈ خارج ہوتے ہیں، تو یہ عمل 200 ہزار سال تک جاری رہے گا!

ایس آئی سسٹم میں کرنٹ کی پیمائش کی اکائی ایمپیئر (A) ہے، جس کا نام فرانسیسی سائنسدان آندرے میری ایمپیئر (1775-1836) کے نام پر رکھا گیا ہے۔ 1A کے کرنٹ پر، بالکل 1 C کا چارج 1 سیکنڈ میں تار کے کراس سیکشن سے گزرتا ہے۔ اس معاملے میں ریاضی کا فارمولا اس طرح ہے: I = Q/t.

اس فارمولے میں کرنٹ ایمپیئرز میں ہے، چارج کولمبس میں ہے، اور وقت سیکنڈوں میں ہے۔ تمام آلات کو SI سسٹم کے مطابق ہونا چاہیے۔

دوسرے الفاظ میں، ایک لٹکن فی سیکنڈ جاری کیا جاتا ہے. کلومیٹر فی گھنٹہ میں کار کی رفتار سے بہت ملتی جلتی ہے۔لہذا، برقی رو کی طاقت برقی چارج کے بہاؤ کی شرح سے زیادہ کچھ نہیں ہے۔

زیادہ کثرت سے روزمرہ کی زندگی میں، آف سسٹم یونٹ ایمپیئر * گھنٹہ استعمال کیا جاتا ہے۔ کار کی بیٹریاں یاد کرنے کے لیے یہ کافی ہے، جس کی صلاحیت صرف ایمپیئر گھنٹے میں بتائی جاتی ہے۔ اور ہر کوئی اس کو جانتا اور سمجھتا ہے، حالانکہ آٹو پارٹس کی دکانوں میں کسی کو کوئی لاکٹ یاد نہیں ہے۔ لیکن ایک ہی وقت میں اب بھی ایک تناسب ہے: 1 C = 1 * / 3600 amperes * گھنٹہ۔ ایسی مقدار کو ایمپیئر * سیکنڈ کہنا ممکن ہے۔

ایک اور تعریف میں، 1 A کا کرنٹ 1 Ω پر مزاحمت کے موصل میں بہتا ہے۔ ممکنہ فرق (وولٹیج) تار کے سرے پر 1 V۔ ان اقدار کے درمیان تناسب کا تعین کیا جاتا ہے۔ اوہ کے قانون... یہ شاید سب سے اہم برقی قانون ہے، یہ اتفاقی طور پر نہیں ہے کہ لوک حکمت کہتی ہے: «اگر آپ اوہم کے قانون کو نہیں جانتے تو گھر پر ہی رہیں!»

اوہم کا قانون ٹیسٹ

یہ قانون اب سب کو معلوم ہے: "سرکٹ میں کرنٹ براہ راست وولٹیج کے متناسب ہے اور مزاحمت کے الٹا متناسب ہے۔" ایسا لگتا ہے کہ صرف تین حروف ہیں — I = U/R، ہر طالب علم کہے گا: «تو کیا؟»۔ لیکن درحقیقت اس مختصر فارمولے کا راستہ کافی کانٹا اور طویل تھا۔

اوہم کے قانون کو جانچنے کے لیے، آپ شکل 2 میں دکھائے گئے سادہ ترین سرکٹ کو جمع کر سکتے ہیں۔

تصویر 2۔

تفتیش کافی آسان ہے - کاغذ پر سپلائی وولٹیج پوائنٹ کو بڑھا کر، شکل 3 میں دکھایا گیا گراف بنائیں۔

تصویر 3۔

ایسا لگتا ہے کہ گراف کو بالکل سیدھی لکیر بننا چاہیے، کیونکہ تعلق I = U/R کو U = I * R کے طور پر دکھایا جا سکتا ہے، اور ریاضی میں یہ ایک سیدھی لکیر ہے۔ درحقیقت، دائیں جانب، لائن نیچے کی طرف مڑتی ہے۔ شاید زیادہ نہیں، لیکن یہ جھکتا ہے اور کسی وجہ سے بہت ورسٹائل ہے۔اس صورت میں، موڑنے کا انحصار آزمائشی مزاحمت کو گرم کرنے کے طریقہ پر ہوگا۔ یہ کچھ بھی نہیں ہے کہ یہ ایک لمبی تانبے کی تار سے بنا ہے: آپ ایک کنڈلی کو مضبوطی سے سمیٹ سکتے ہیں، آپ اسے ایسبیسٹوس کی ایک تہہ سے بند کر سکتے ہیں، شاید آج کمرے کا درجہ حرارت ایک جیسا ہو، لیکن کل ایسا ہی تھا۔ مختلف، یا کمرے میں ایک مسودہ ہے۔

اس کی وجہ یہ ہے کہ درجہ حرارت مزاحمت کو اسی طرح متاثر کرتا ہے جس طرح گرم ہونے پر جسمانی اجسام کے لکیری طول و عرض۔ ہر دھات کا اپنا درجہ حرارت کی مزاحمت کا گتانک (TCR) ہوتا ہے۔ لیکن توسیع کے بارے میں تقریباً ہر کوئی جانتا اور یاد رکھتا ہے، لیکن برقی خصوصیات (مزاحمت، اہلیت، انڈکٹنس) میں تبدیلی کو بھول جائیں۔ لیکن ان تجربات میں درجہ حرارت عدم استحکام کا سب سے مستحکم ذریعہ ہے۔

ایک ادبی نقطہ نظر سے، یہ ایک خوبصورت ٹاٹولوجی نکلی، لیکن اس معاملے میں یہ بہت درست طریقے سے مسئلہ کے جوہر کا اظہار کرتا ہے.

19ویں صدی کے وسط میں بہت سے سائنس دانوں نے اس انحصار کو دریافت کرنے کی کوشش کی لیکن تجربات کی عدم استحکام نے مداخلت کی اور حاصل شدہ نتائج کی سچائی کے بارے میں شکوک و شبہات کو جنم دیا۔ تمام ضمنی اثرات یا، جیسا کہ وہ کہتے ہیں، درختوں کے لیے جنگل دیکھنا۔ 1 اوہم مزاحمت اب بھی اس شاندار سائنسدان کا نام رکھتی ہے۔

ہر جزو کا اظہار اوہم کے قانون سے کیا جا سکتا ہے: I = U/R، U = I * R، R = U/I۔

ان رشتوں کو فراموش نہ کرنے کے لیے، نام نہاد اوہم کا مثلث ہے، یا کچھ ایسا ہی، شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر 4. اوہم کا مثلث

اسے استعمال کرنا بہت آسان ہے: صرف اپنی انگلی سے مطلوبہ قدر بند کریں اور باقی دو حروف آپ کو دکھائیں گے کہ ان کے ساتھ کیا کرنا ہے۔

یہ یاد کرنا باقی ہے کہ تناؤ ان تمام فارمولوں میں کیا کردار ادا کرتا ہے، اس کے جسمانی معنی کیا ہیں۔ وولٹیج کو عام طور پر برقی میدان میں دو پوائنٹس پر ممکنہ فرق کے طور پر سمجھا جاتا ہے۔ آسان سمجھنے کے لیے، وہ ایک اصول کے طور پر، ایک ٹینک، پانی اور پائپ کے ساتھ تشبیہات استعمال کرتے ہیں۔

اس "پلمبنگ" اسکیم میں، پائپ میں پانی کی کھپت (لیٹر/سیکنڈ) صرف کرنٹ (کولمب/سیکنڈ) ہے، اور ٹینک میں اوپری سطح اور کھلے نل کے درمیان فرق ممکنہ فرق (وولٹیج) ہے۔ . اس کے علاوہ، اگر والو کھلا ہے، تو آؤٹ لیٹ پریشر ماحول کے برابر ہے، جسے مشروط صفر سطح کے طور پر لیا جا سکتا ہے۔

برقی سرکٹس میں، یہ کنونشن ایک مشترکہ کنڈکٹر ("گراؤنڈ") کے لیے ایک نقطہ لینا ممکن بناتا ہے جس کے خلاف تمام پیمائشیں اور ایڈجسٹمنٹ کی جاتی ہیں۔ زیادہ تر اکثر، بجلی کی فراہمی کے منفی ٹرمینل کو یہ تار سمجھا جاتا ہے، حالانکہ ایسا ہمیشہ نہیں ہوتا ہے۔

ممکنہ فرق وولٹ (V) میں ماپا جاتا ہے، جس کا نام اطالوی ماہر طبیعیات الیسینڈرو وولٹا (1745-1827) کے نام پر رکھا گیا ہے۔ جدید تعریف کے مطابق، 1 V کے ممکنہ فرق کے ساتھ، 1 C کے چارج کو منتقل کرنے کے لیے 1 J کی توانائی خرچ کی جاتی ہے۔ استعمال شدہ توانائی کو پاور سورس کے ذریعے بھر دیا جاتا ہے، ایک «پلمبنگ» سرکٹ سے مشابہت کے ساتھ، یہ ایک پمپ بنیں جو ٹینک میں پانی کی سطح کو سپورٹ کرتا ہے۔