مادوں کی برقی چالکتا

اس مضمون میں، ہم برقی چالکتا کے موضوع کو ظاہر کریں گے، ہم یاد کریں گے کہ برقی کرنٹ کیا ہے، یہ کنڈکٹر کی مزاحمت اور اس کے مطابق، اس کی برقی چالکتا سے کیسے متعلق ہے۔ آئیے موضوع کو چھوتے ہوئے، ان مقداروں کو شمار کرنے کے اہم فارمولوں کو نوٹ کرتے ہیں۔ موجودہ رفتار اور اس کا برقی میدان کی طاقت سے تعلق۔ ہم برقی مزاحمت اور درجہ حرارت کے درمیان تعلق کو بھی چھوئیں گے۔

شروع کرنے کے لیے، آئیے یاد کرتے ہیں کہ برقی رو کیا ہے؟ اگر آپ کسی مادے کو کسی بیرونی برقی میدان میں رکھتے ہیں، تو اس فیلڈ کی قوتوں کے عمل کے تحت، مادہ میں ابتدائی چارج کیریئرز — آئنوں یا الیکٹران — کی حرکت شروع ہو جائے گی۔ یہ برقی جھٹکا ہوگا۔ کرنٹ I کو ایمپیئر میں ماپا جاتا ہے، اور ایک ایمپیئر وہ کرنٹ ہے جس پر ایک کولمب کے برابر چارج تار کے کراس سیکشن سے فی سیکنڈ بہتا ہے۔

کرنٹ براہ راست، باری باری، پلسٹنگ ہے۔براہ راست کرنٹ کسی لمحے اپنی وسعت اور سمت کو تبدیل نہیں کرتا ہے، متبادل کرنٹ وقت کے ساتھ اس کی وسعت اور سمت کو تبدیل کرتا ہے (AC جنریٹر اور ٹرانسفارمر بالکل متبادل کرنٹ دیتے ہیں)، دھڑکن والا کرنٹ اس کی شدت کو تبدیل کرتا ہے لیکن سمت نہیں بدلتا (مثلاً اصلاح شدہ الٹرنیٹنگ کرنٹ) . موجودہ دالیں)۔

مادہ ایک برقی میدان کے عمل کے تحت برقی کرنٹ چلاتے ہیں، اور اس خاصیت کو برقی چالکتا کہا جاتا ہے، جو مختلف مادوں کے لیے مختلف ہوتی ہے۔ مادوں کی برقی چالکتا ان میں آزاد چارج شدہ ذرات کے ارتکاز پر منحصر ہوتی ہے، یعنی آئنز۔ اور الیکٹران جو نہ تو کرسٹل کی ساخت کے ساتھ، نہ مالیکیولز کے ساتھ، اور نہ ہی دیے گئے مادے کے ایٹموں کے ساتھ پابند ہیں۔ لہذا، کسی مادہ میں مفت چارج کیریئرز کے ارتکاز پر منحصر ہے، مادہ کو برقی چالکتا کی ڈگری کے لحاظ سے تقسیم کیا جاتا ہے: کنڈکٹرز، ڈائی الیکٹرکس اور سیمی کنڈکٹرز۔

اس میں سب سے زیادہ برقی چالکتا ہے۔ بجلی کی تاریں، اور فطرت میں جسمانی فطرت کے کنڈکٹرز کی نمائندگی دو قسموں سے کی جاتی ہے: دھاتیں اور الیکٹرولائٹس۔ دھاتوں میں، کرنٹ مفت الیکٹرانوں کی حرکت کی وجہ سے ہوتا ہے، یعنی ان میں برقی چالکتا ہوتا ہے، اور الیکٹرولائٹس میں (تیزاب، نمکیات، بنیادوں کے محلول میں) - آئنوں کی حرکت سے - مالیکیولز کے وہ حصے جن میں مثبت اور منفی چارج، یعنی الیکٹرولائٹس کی چالکتا آئنک ہے۔ آئنائزڈ بخارات اور گیسیں مخلوط چالکتا کی خصوصیت رکھتی ہیں، جہاں کرنٹ الیکٹران اور آئنوں دونوں کی حرکت کی وجہ سے ہوتا ہے۔

الیکٹران نظریہ دھاتوں کی اعلیٰ برقی چالکتا کی بالکل وضاحت کرتا ہے۔دھاتوں میں ان کے نیوکللی کے ساتھ والینس الیکٹران کا بانڈ کمزور ہے، اس لیے یہ الیکٹران موصل کے پورے حجم میں ایٹم سے ایٹم تک آزادانہ طور پر حرکت کرتے ہیں۔

یہ پتہ چلتا ہے کہ دھاتوں میں مفت الیکٹران گیس، ایک الیکٹران گیس جیسے ایٹموں کے درمیان خلا کو بھرتے ہیں، اور افراتفری میں ہیں. لیکن جب دھاتی تار کو برقی میدان میں داخل کیا جائے گا، تو آزاد الیکٹران منظم انداز میں حرکت کریں گے، وہ مثبت قطب کی طرف بڑھیں گے، ایک کرنٹ بنائیں گے۔ اس طرح دھاتی موصل میں آزاد الیکٹرانوں کی ترتیب شدہ حرکت کو برقی کرنٹ کہتے ہیں۔

یہ معلوم ہے کہ خلا میں برقی میدان کے پھیلاؤ کی رفتار تقریباً 300,000,000 m/s، یعنی روشنی کی رفتار کے برابر ہے۔ یہ وہی رفتار ہے جس پر تار سے کرنٹ بہتا ہے۔

اس کا کیا مطلب ہے؟ اس کا مطلب یہ نہیں ہے کہ دھات میں موجود ہر الیکٹران اتنی بڑی رفتار سے حرکت کرتا ہے، بلکہ ایک تار میں موجود الیکٹران کی رفتار چند ملی میٹر فی سیکنڈ سے چند سینٹی میٹر فی سیکنڈ تک ہوتی ہے۔ برقی میدان کی طاقت، لیکن تار کے ساتھ برقی رو کے پھیلاؤ کی رفتار روشنی کی رفتار کے بالکل برابر ہے۔

بات یہ ہے کہ ہر آزاد الیکٹران اسی "الیکٹران گیس" کے عام الیکٹران بہاؤ میں نکلتا ہے، اور کرنٹ کے گزرنے کے دوران، برقی میدان اس پورے بہاؤ پر عمل کرتا ہے، جس کے نتیجے میں الیکٹران مسلسل منتقل ہوتے رہتے ہیں۔ ایک دوسرے کے لیے یہ فیلڈ ایکشن - پڑوسی سے پڑوسی تک۔

لیکن الیکٹران اپنی جگہوں پر بہت آہستہ سے حرکت کرتے ہیں، اس حقیقت کے باوجود کہ تار کے ساتھ برقی توانائی کے پھیلاؤ کی رفتار بہت زیادہ ہے۔لہٰذا جب پاور پلانٹ میں سوئچ آن ہوتا ہے تو پورے نیٹ ورک میں فوری طور پر کرنٹ پیدا ہوتا ہے اور الیکٹران عملی طور پر ساکت رہتے ہیں۔

تاہم، جب آزاد الیکٹران ایک تار کے ساتھ حرکت کرتے ہیں، تو وہ اپنے راستے میں بہت سے تصادم کا تجربہ کرتے ہیں، وہ ایٹموں، آئنوں، مالیکیولز سے ٹکراتے ہیں، اپنی کچھ توانائی ان میں منتقل کرتے ہیں۔ حرکت پذیر الیکٹرانوں کی توانائی جو اس مزاحمت پر قابو پاتی ہے جزوی طور پر حرارت کے طور پر ختم ہو جاتی ہے اور کنڈکٹر گرم ہو جاتا ہے۔

یہ تصادم الیکٹرانوں کی حرکت کے خلاف مزاحمت کا کام کرتے ہیں، یہی وجہ ہے کہ چارج شدہ ذرات کی حرکت کو روکنے کے لیے موصل کی خاصیت کو برقی مزاحمت کہا جاتا ہے۔ تار کی کم مزاحمت کے ساتھ، تار کو کرنٹ سے قدرے گرم کیا جاتا ہے، جس میں ایک اہم — زیادہ مضبوط اور حتیٰ کہ سفید تک، یہ اثر حرارتی آلات اور تاپدیپت لیمپوں میں استعمال ہوتا ہے۔

مزاحمتی تبدیلی کی اکائی اوہم ہے۔ مزاحمت R = 1 اوہم ایسی تار کی مزاحمت ہے، جب 1 ایمپیئر کا براہ راست کرنٹ اس سے گزرتا ہے، تو تار کے سروں پر ممکنہ فرق 1 وولٹ ہوتا ہے۔ 1 اوہم میں مزاحمت کا معیار مرکری کا ایک کالم ہے جو 1063 ملی میٹر اونچا ہے، 0 ° C کے درجہ حرارت پر کراس سیکشن 1 مربع ملی میٹر ہے۔

چونکہ تاروں کی خصوصیت برقی مزاحمت سے ہوتی ہے، اس لیے ہم کہہ سکتے ہیں کہ کسی حد تک تار برقی رو کو چلانے کی صلاحیت رکھتی ہے۔ اس سلسلے میں، ایک قدر متعارف کرائی جاتی ہے جسے چالکتا یا برقی چالکتا کہتے ہیں۔ برقی چالکتا ایک کنڈکٹر کی برقی رو کو چلانے کی صلاحیت ہے، یعنی برقی مزاحمت کا باہمی تعلق۔

برقی چالکتا G (کندکٹیویٹی) کی اکائی سیمنز (S) اور 1 S = 1 / (1 Ohm) ہے۔ G = 1 / R.

چونکہ مختلف مادوں کے ایٹم مختلف ڈگریوں تک برقی رو کے گزرنے میں مداخلت کرتے ہیں، اس لیے مختلف مادوں کی برقی مزاحمت مختلف ہوتی ہے۔ اس وجہ سے، تصور متعارف کرایا گیا تھا برقی مزاحمت, جس کی قدر «p» اس یا اس مادہ کی conductive خصوصیات کو نمایاں کرتی ہے۔

مخصوص برقی مزاحمت کو Ohm * m میں ماپا جاتا ہے، یعنی 1 میٹر کے کنارے والے مادے کے مکعب کی مزاحمت۔ اسی طرح، کسی مادہ کی برقی چالکتا مخصوص برقی چالکتا سے ہوتی ہے، جس کی پیمائش S/m میں کی جاتی ہے، یعنی 1 میٹر کے کنارے والے مادے کے مکعب کی چالکتا۔

آج، الیکٹریکل انجینئرنگ میں کنڈکٹیو مواد بنیادی طور پر ربن، ٹائر، تاروں کی شکل میں استعمال ہوتے ہیں، ایک مخصوص کراس سیکشنل ایریا اور ایک خاص لمبائی کے ساتھ، لیکن میٹر کیوبز کی شکل میں نہیں۔ اور مخصوص سائز کے تاروں کی برقی مزاحمت اور برقی چالکتا کے زیادہ آسان حسابات کے لیے، برقی مزاحمت اور برقی چالکتا دونوں کے لیے پیمائش کی زیادہ قابل قبول اکائیاں متعارف کرائی گئیں۔ Ohm * mm2/m — مزاحمت کے لیے، اور Cm * m/mm2 — برقی چالکتا کے لیے۔

اب ہم کہہ سکتے ہیں کہ برقی مزاحمت اور برقی چالکتا 20 ° C کے درجہ حرارت پر 1 میٹر لمبے 1 مربع ملی میٹر کے کراس سیکشنل ایریا کے ساتھ تار کی کنڈکٹیو خصوصیات کی خصوصیت رکھتی ہے، یہ زیادہ آسان ہے۔

سونا، تانبا، چاندی، کرومیم اور ایلومینیم جیسی دھاتوں میں بہترین برقی چالکتا ہے۔ اسٹیل اور آئرن کم موصل ہیں۔ خالص دھاتیں ہمیشہ اپنے مرکب دھاتوں سے بہتر برقی چالکتا رکھتی ہیں، لہذا الیکٹریکل انجینئرنگ میں خالص تانبے کو ترجیح دی جاتی ہے۔اگر آپ کو خاص طور پر اعلی مزاحمت کی ضرورت ہے، تو ٹنگسٹن، نیکروم، کنسٹنٹن استعمال کیا جاتا ہے.

مخصوص برقی مزاحمت یا برقی چالکتا کی قدر کو جانتے ہوئے، کوئی بھی اس تار کی لمبائی l اور کراس سیکشنل ایریا S کو مدنظر رکھتے ہوئے، کسی مخصوص مواد سے بنے کسی خاص تار کی مزاحمت یا برقی چالکتا کا آسانی سے حساب لگا سکتا ہے۔

تمام مواد کی برقی چالکتا اور برقی مزاحمت کا دارومدار درجہ حرارت پر ہے، کیونکہ کرسٹل جالی کے ایٹموں کے تھرمل کمپن کی فریکوئنسی اور طول و عرض بھی بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ بڑھتے ہیں، برقی رو کی مزاحمت اور الیکٹران کے بہاؤ میں بھی اسی حساب سے اضافہ ہوتا ہے۔

جیسے جیسے درجہ حرارت کم ہوتا ہے، اس کے برعکس، کرسٹل جالی کے ایٹموں کی کمپن چھوٹی ہو جاتی ہے، مزاحمت کم ہو جاتی ہے (برقی چالکتا بڑھ جاتی ہے)۔ کچھ مادوں میں، درجہ حرارت پر مزاحمت کا انحصار کم واضح ہوتا ہے، دوسروں میں یہ زیادہ مضبوط ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، کنسٹنٹان، فیچرل اور مینگنین جیسے مرکب درجہ حرارت کی ایک مخصوص حد میں مزاحمت کو قدرے تبدیل کرتے ہیں، یہی وجہ ہے کہ ان سے تھرموسٹیبل ریزسٹرس بنائے جاتے ہیں۔

مزاحمت کا درجہ حرارت گتانک؟ آپ کو کسی مخصوص مواد کے لیے ایک خاص درجہ حرارت پر اس کی مزاحمت میں اضافے کا حساب لگانے کی اجازت دیتا ہے اور درجہ حرارت میں 1 ° C کے اضافے کے ساتھ مزاحمت میں نسبتہ اضافے کو عددی طور پر نمایاں کرتا ہے۔

مزاحمت کے درجہ حرارت کے گتانک اور درجہ حرارت میں اضافے کو جانتے ہوئے، کسی مخصوص درجہ حرارت پر کسی مادے کی مزاحمت کا حساب لگانا آسان ہے۔

ہم امید کرتے ہیں کہ ہمارا مضمون آپ کے لیے مفید تھا اور اب آپ آسانی سے کسی بھی درجہ حرارت پر کسی بھی تار کی مزاحمت اور چالکتا کا حساب لگا سکتے ہیں۔