परमाणु, आवेश और धारा

कण और तत्व से शुरुआत करें

परमाणु के नाभिक में धन प्रोटॉन और सामान्यतः अनावेशित न्यूट्रॉन होते हैं; उसके आसपास ऋण इलेक्ट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन की संख्या तत्व तय करती है। उदासीन परमाणु में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन बराबर होते हैं। इलेक्ट्रॉन का चित्र मॉडल है: छोटे गोले ग्रहों जैसी कक्षा में घूमती गेंदें नहीं बताते।

स्रोत: OpenStax: परमाणु संरचना और आयन ↗

सिलिकॉन का परमाणु क्रमांक 14 है, इसलिए उसके नाभिक में 14 प्रोटॉन हैं। उदासीन सिलिकॉन में 14 इलेक्ट्रॉन भी होते हैं। सिलिकॉन के समस्थानिकों में न्यूट्रॉन की संख्या अलग होती है। इलेक्ट्रॉन की संख्या बदलने से कुल आवेश बदलता है; तत्व कोई दूसरा तत्व नहीं बनता।

स्रोत: Royal Society of Chemistry: सिलिकॉन ↗ · OpenStax: परमाणु संरचना और आयन ↗

धन और ऋण आवेश गिनें

प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के आवेश का परिमाण बराबर और चिह्न उलटे होते हैं। समान आवेश दूर धकेलते और विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं। वस्तु इलेक्ट्रॉन लेती या छोड़ती है तो आवेश स्थानांतरित होता है: अलग-थलग तंत्र का कुल आवेश संरक्षित रहता है। “धन” और “ऋण” भौतिक गुण के नाम हैं, अच्छी और बुरी बिजली नहीं।

स्रोत: OpenStax: आवेश और संरक्षण ↗

गिनती के उदाहरण में 14 प्रोटॉन रखें और 14 में से एक इलेक्ट्रॉन हटाएँ। चौदह धन इकाइयों और तेरह ऋण इकाइयों से एक धन इकाई बचती है: +e। यह धन सिलिकॉन आयन है। एक इलेक्ट्रॉन जोड़ते तो −e बचता। यहाँ e एक मूल आवेश का परिमाण है, इलेक्ट्रॉन का ऋण चिह्न नहीं।

धारा की दिशा के लिए परंपरा है

धातु चालक में कुछ इलेक्ट्रॉन पदार्थ में चल सकते हैं। धारा बहने के लिए पूरी धातु पर बहुत अधिक कुल आवेश होना आवश्यक नहीं। कुचालक में आवेश का ऐसा आसान चलना नहीं होता। सर्किट पदार्थ और जोड़, दोनों पर निर्भर है।

स्रोत: OpenStax: चालक और कुचालक ↗

परंपरागत धारा उस दिशा में होती है जिसमें धन आवेश चलेगा। DC धातु तार में ऋण इलेक्ट्रॉन उलटी दिशा में बहते हैं। चित्र मिलाने से पहले वाहक और तीर का नाम देखें। कोई परंपरा गलत नहीं है।

स्रोत: OpenStax: विद्युत धारा और उसकी दिशा ↗

अर्धचालक में होल का वर्णन भी उपयोग होता है: इलेक्ट्रॉन की कमी धन वाहक जैसा व्यवहार करती है। इलेक्ट्रॉन और होल, दोनों धारा में योगदान दे सकते हैं। होल क्रिस्टल में चलता प्रोटॉन नहीं है। डोपिंग वाहक की मात्रा नियंत्रित करती है; n-type और p-type का अर्थ पूरे पदार्थ पर बड़ा कुल आवेश नहीं है।

स्रोत: OpenStax: इलेक्ट्रॉन, होल और डोपिंग ↗

हर सेकंड गुज़रने वाला आवेश मापें

औसत धारा किसी काट से गुज़रे आवेश को बीते समय से भाग देने पर मिलती है: I = ΔQ ÷ Δt। एक ऐम्पियर एक कूलॉम प्रति सेकंड है। यहाँ C कूलॉम की इकाई है, कार्बन का रासायनिक चिह्न नहीं। धारा का माप चुनी जगह से प्रवाह बताता है, पूरे तार में बैठा आवेश नहीं।

स्रोत: OpenStax: विद्युत धारा और उसकी दिशा ↗

मानें 3 s में 0.060 C गुज़रता है। I = 0.060 ÷ 3 = 0.020 A = 20 mA। यही औसत 5 s तक रहे तो स्थानांतरित आवेश Q = I × t = 0.020 × 5 = 0.100 C है। हर पंक्ति में इकाई लिखें ताकि मिलीऐम्पियर गलती से ऐम्पियर न बन जाएँ।

ये गणना के दिए मान हैं। ये बैटरी, घटक की सीमा या जोड़ने वाला प्रयोग तय नहीं करते। पहले नोटबुक में अनुमान का अभ्यास करें: आवेश, समय, धारा और दिशा अलग पहचानें।

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स्रोत और आगे पढ़ें

• OpenStax: परमाणु संरचना और आयन ↗
• Royal Society of Chemistry: सिलिकॉन ↗
• OpenStax: आवेश और संरक्षण ↗
• OpenStax: चालक और कुचालक ↗
• OpenStax: विद्युत धारा और उसकी दिशा ↗
• OpenStax: इलेक्ट्रॉन, होल और डोपिंग ↗

मूल चित्र, उदाहरण और स्वयं जाँच के प्रश्न। हर मॉडल अपनी धारणाएँ बताता है; दिए स्रोत पाठ आगे का विस्तार देते हैं।