विद्युत स्रोत के प्रभाव में खुले सर्किट में कंडक्टर से इलेक्ट्रॉनों को बाहर क्यों नहीं निकाला जाता है?

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अक्सर, विद्युत प्रवाह की तुलना जल प्रवाह के साथ की जाती है। उदाहरण के लिए, अगर मैं पानी की टंकी में छेद करता हूं, तो पानी टैंक के दबाव तक बह जाएगा और वायुमंडलीय नहीं के बराबर हो जाता है या टैंक खाली हो जाता है। बिजली के साथ ऐसा क्यों नहीं होता है?

basic physics

— user3131972
स्रोत

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यह तब होता है जब वोल्टेज खुली हवा के इन्सुलेट प्रभाव को तोड़ने के लिए पर्याप्त होता है। इसे बिजली कहा जाता है;)

— मेज़ेंको सेप

क्योंकि वह एक ओपन सर्किट की परिभाषा है।

— user207421

इसके बारे में सोचने का एक तरीका ऊर्जा को ध्यान में रखना है। जब पानी का प्रवाह एक खुले पाइप से बाहर निकलता है, तो यह एक निम्न ऊर्जा की ओर जाता है। दूसरी ओर, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की तुलना में, एक सर्किट में इलेक्ट्रॉन एक कम ऊर्जा की स्थिति में होते हैं। इसलिए जब एक पाइप से पानी टपकता है तो ऊर्जा (गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा) खो देता है, इलेक्ट्रॉनों को मुक्त होने के लिए ऊर्जा प्राप्त करने की आवश्यकता होगी - एक पहाड़ी के खिलाफ जल प्रवाह की कल्पना करें। बात यह है कि, पहाड़ी "ओपन सर्किट" मामले में

— गिन्नीस है

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आप इस तरह दिखने के लिए एक खुले सर्किट की कल्पना कर रहे हैं:

लीक टंकी

एक बेहतर सादृश्य यह होगा:

सील टंकी

सर्किट में पाइप पानी के प्रवाह के लिए खाली जगह से घिरे नहीं हैं - वे एक चट्टान के माध्यम से ट्यून किए जाते हैं। जहां पाइप नहीं है, वहां सिर्फ चट्टान है और पानी नहीं बहता है।

— ओवेन
स्रोत

अच्छा दृश्य। अधिक चिंताजनक: "लीक" के लिए इलेक्ट्रॉनों के लिए ऊर्जा अवरोध बहुत अधिक है, और केवल तब होता है जब "दबाव" (वोल्टेज) चरम होते हैं या जब वे होते हैं (अब रूपक खींच रहे हैं) फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के माध्यम से आने वाले फोटॉन द्वारा "उबला हुआ"। ।

— निक टी

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यदि आप पानी का उपयोग कल्पना करने के लिए करते हैं कि बिजली कैसे काम करती है, तो यह याद रखना भी महत्वपूर्ण है कि "सर्किट" (पाइपवर्क) या तो सपाट है, या अंतरिक्ष में है जहाँ कोई गुरुत्वाकर्षण नहीं है।

— रोमन स्टार्कोव

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पानी सादृश्य बहुत सीमित है और जिस तरह से इलेक्ट्रॉनों को एक तार में स्थानांतरित करने का तरीका मॉडल नहीं करता है । इसे हमेशा बहुत सावधानी से इस्तेमाल किया जाना चाहिए।

परमाणु से परमाणु में छलांग लगाकर इलेक्ट्रॉन्स बहुत धीरे (लगभग 1 मी / घंटा) बहते हैं। वर्तमान एक पूर्ण सर्किट में तुरंत प्रवाहित होता है, लेकिन एक अधूरे सर्किट में प्रवाहित नहीं होगा (इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए कोई विद्युत क्षेत्र नहीं)।

एक तार के अंदर चालकता अधिक होती है (बेतरतीब ढंग से गूंजने वाले बहुत सारे 'मुक्त' इलेक्ट्रॉन) और एक छोटा विद्युत क्षेत्र (तार के प्रत्येक छोर पर एक वोल्टेज अंतर) एक करंट पैदा कर सकता है। तार के बाहर चालकता बहुत कम है और तार में धनात्मक आवेशित धातु आयनों के आकर्षण को दूर करने के लिए कोई विद्युत क्षेत्र नहीं है, एक इलेक्ट्रॉन को तार की सतह को छोड़ देना चाहिए।

दूसरी ओर पानी (अणु) बस पाइप के अंत से बाहर निकल जाएगा क्योंकि खुले सिरे पर पानी को धकेलने वाला बल (वायुदाब के कारण) पानी को सिस्टम से बाहर धकेलने वाले बल से कम होता है (वायुदाब) + गुरुत्वाकर्षण + पंप?)।

पानी बच सकता है क्योंकि पाइप के अंदर और बाहर अनिवार्य रूप से एक ही माध्यम है और अणुओं पर दबाव (वायु और पंप) और गुरुत्वाकर्षण (पाइप के अंदर) और गुरुत्वाकर्षण (पाइप के बाहर) द्वारा कार्य किया जाता है।

क्या इलेक्ट्रॉनों के लिए तार से बचना संभव है?

हाँ।

इलेक्ट्रॉनों को अपने 'मेटल कंटेनर' से बचने के लिए उन बॉन्ड को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा की आपूर्ति करनी चाहिए जो उन्हें धातु आयनों से बाँधते हैं। यह उच्च ऊर्जा फोटॉनों (फोटो इलेक्ट्रिक इफेक्ट और वर्क फंक्शन देखें) या धातु को गर्म करने (थर्मिओनिक उत्सर्जन) के साथ किया जा सकता है। बेशक अगर यह हवा में किया जाता है तो इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित होने से पहले बहुत दूर नहीं किया जा सकता है, इसलिए इसे वैक्यूम में किया जाना चाहिए।

यदि विद्युत क्षेत्र बहुत अधिक है (आवेशित बादलों के रूप में) तो परिणामस्वरूप चिंगारी बिजली से चमकती है।

— जेआईएम डियरडन
स्रोत

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हाय जिम, सिर्फ बाहरी ई क्षेत्रों के कारण एक धातु में इलेक्ट्रॉनों के बहाव को साफ करने के लिए धीमा हो सकता है। लेकिन थर्मल गति बहुत तेज है। (कुछ ऐसा ही 1 / 2mv ^ 2 = 3/2 kT का कहना है v ^ 2 = kT / m मुझे मिलता है ~ 2x10 ^ 5 m / s एक प्रभावी द्रव्यमान का मान 1)

— जॉर्ज हेरोल्ड

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@GeorgeHerold बिल्कुल सही और स्पष्ट करने के लिए धन्यवाद (+1)। मैंने थर्मल मोशन (सभी दिशाओं में तेज, यादृच्छिक आंदोलनों लेकिन अनिवार्य रूप से शुद्ध शून्य आंदोलन) बनाम बहाव वेग (लागू क्षेत्र की सामान्य दिशा में हॉप्स में धीमा प्रवास) पर गणित के विवरण में आने से बचने की कोशिश की है।

— JIm डियरडन

मेरा एक प्रश्न है - यदि इलेक्ट्रॉन इतने धीरे-धीरे चलते हैं तो उनमें से कितने (6241,509,324,000,000,000 प्रति सेकंड प्रति?) करंट पैदा करते हैं?

— asawyer

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@asawyer आपको लहर के बारे में सोचने की ज़रूरत है, न कि केवल व्यक्तिगत कणों की। जब आप एक छड़ी पर धक्का देते हैं, (लगभग) आपके धक्का की पूरी ऊर्जा दूसरी तरफ स्थानांतरित हो जाएगी, भले ही एक तरफ के परमाणु सभी तरफ दूसरी तरफ नहीं चले गए - ऊर्जा एक लहर में फैल गई थी अधिक इलेक्ट्रॉनों और परमाणुओं, उन्हें बहुत ज्यादा स्थानांतरित किए बिना। एक बुरा लेकिन फिटिंग सादृश्य न्यूटन का पालना होगा।

— लुआण

@ लुआण अह ओके जो एकदम सही समझ में आता है।

— 14

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पानी की टंकी में एक छेद बनाना ताकि पानी बच सके इलेक्ट्रॉनिक्स में शॉर्ट सर्किट के समान है। एक पानी के पाइप को अवरुद्ध करना एक कनेक्शन को खोलने वाले खुले सर्किट के समान है।

याद रखें, पानी की टंकी एक "जल प्रवाह इन्सुलेटर" है और अवरुद्ध पाइप के समान है।

— एंडी उर्फ
स्रोत

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यह सब दबाव बराबरी का सवाल है।

पानी के साथ यह पानी का दबाव नहीं है जो बराबर हो रहा है, बल्कि वायुमंडलीय दबाव पानी पर काम कर रहा है। हवा पानी से नीचे धक्का देती है और छेद से बाहर धक्का देती है जब तक कि अंदर और बाहर दबाव बराबर नहीं हो जाते।

बैटरी के दो ध्रुवों के बीच एक तार कनेक्ट करें और दो ध्रुवों के बीच दबाव बराबर हो सकता है।

टैंक के छेद में एक गोबर चिपकाएं और पानी अब नहीं बह सकता है - अंदर और बाहर के बीच दबाव अंतर अब तय हो गया है। एक बैटरी के दो ध्रुवों के बीच एक बहुत ही उच्च प्रतिरोध जोड़ें और करंट प्रवाहित नहीं हो सकता (या बहुत धीरे-धीरे प्रवाहित होता है - गोबर में टपकता है)। प्रतिरोध जितना धीमा होगा प्रवाह उतना ही अधिक होगा।

$1.30×10^{16}\Omega/m$ $3.30×10^{16}\Omega/m$

— Majenko
स्रोत

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पानी और बिजली एक ही तरह से काम नहीं करते हैं। कभी-कभी पाइपों में पानी का उपयोग तारों में करंट के लिए एक सादृश्य के रूप में किया जाता है, लेकिन यह सादृश्य उस मामले में टूट जाता है जिसके बारे में आप पूछ रहे हैं।

वास्तव में सादृश्य अभी भी मान्य है यदि आपको याद है कि हवा बिजली का संचालन नहीं करती है, लेकिन हवा आसानी से जल प्रवाह का संचालन करती है। पानी के प्रवाह को अधिक सटीक बनाने के लिए, आपको कुछ ठोस पदार्थों से बने पाइपों के इंटीरियर को छोड़कर सब कुछ कल्पना करना होगा। उदाहरण के लिए, वास्तव में कुछ कठोर रबर होने वाली हवा की कल्पना करें। पानी एक खुले हुए पाइप से नहीं बहेगा क्योंकि यह कहीं भी नहीं जा सकता है।

— ओलिन लेट्रोप
स्रोत

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उर्जा स्तर

यह प्रभाव आमतौर पर ऊर्जा स्तरों की अवधारणा द्वारा समझाया गया है । सामग्री को तीन समूहों में विभाजित किया गया है: इन्सुलेटर, कंडक्टर और अर्धचालक।

कंडक्टरों के लिए ...

ऊर्जा का स्तर (परमाणु) की दृष्टि से, कंडक्टर के लिए, वहाँ के बीच कोई ऊर्जा की खाई है संयोजक बैंड और चालन बैंड । फिर, बहुत कम ऊर्जा के साथ, इलेक्ट्रॉनों को गति में सेट किया जा सकता है।

इंसुलेटर के लिए ...।

इन्सुलेटर के लिए, वैलेंस और कंडक्शन बैंड के बीच ऊर्जा अंतर बहुत बड़ा है, जिसका अर्थ है कि कंडक्शन बैंड में एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

फिर, एक खुले सर्किट में ...

एक खुले सर्किट में, कंडक्टर के आसपास के इन्सुलेशन में इनकी तुलना में ऊर्जा का स्तर अधिक होता है। सामान्य परिस्थितियों में, इन्सुलेट कंडक्टर से इलेक्ट्रॉनों में इतनी ऊर्जा नहीं होती है कि वे इन्सुलेटर के प्रवाहकत्त्व बैंड तक पहुंच सकें।

परंतु...

हालांकि, यदि कंडक्टर पर लागू ऊर्जा में काफी वृद्धि हुई है, तो यह इन्सुलेट सामग्री पर एक छलांग प्राप्त कर सकता है; यह प्रभाव विद्युत निर्वहन या ढांकता हुआ टूटना है।

— मार्टिन पेट्रेई
स्रोत

धन्यवाद। बहुत बढ़िया जवाब। फिर भी, इससे मुझे मदद नहीं मिली। मुझे समझ में आ रहा है कि क्यों मरने वालों में कोई करंट नहीं है। इलेक्ट्रिक करंट के मेरे विचार के अनुसार कंडक्टर के बाहरी दुनिया में धकेल दिया जाना चाहिए। लेकिन वे बाधा के रूप में तार के अंत के खिलाफ घृणा करते हैं। जब इलेक्ट्रोमोटिव बल कंडक्टर पर कार्य करता है तो सामग्री के अंदर इलेक्ट्रॉनों को क्या रखता है?

— user3131972 14

@ user3131972 इसके बारे में सोचें: कैसे इलेक्ट्रॉनों एक प्रकार के कंडक्टर से दूसरे प्रकार में स्थानांतरित होते हैं, जैसे तांबे से एल्यूमीनियम तक? वे स्थानांतरित कर सकते हैं क्योंकि तांबे में इलेक्ट्रॉनों का ऊर्जा स्तर एल्यूमीनियम (एनप्रॉक्स) से मेल खाता है। कंडक्टर से लेकर इन्सुलेटर तक, ऊर्जा का स्तर बहुत अधिक भिन्न होता है, फिर इलेक्ट्रॉनों को इन्सुलेटर में जाने के लिए, हमें बहुत अधिक ऊर्जा प्रदान करनी चाहिए।

— बजे मार्टिन पेट्रेई

@ user3131972: प्रति se "बाहर की दुनिया" नहीं है, केवल "कुछ और" है। इस मामले में "कुछ और" "हवा" नामक इन्सुलेटर है।

— इग्नासियो वाज़क्वेज़-अब्राम्स

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उस धातु के कार्य कार्य के कारण इलेक्ट्रॉन एक धातु में फंस जाते हैं। कार्य फ़ंक्शन धातु में इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा का एक उपाय है जो मुक्त स्थान में ऊर्जा है। (या निर्वात में .. हवा की उपस्थिति सिर्फ एक अतिरिक्त जटिलता है।) एक धातु में इलेक्ट्रॉन हमेशा वैक्यूम राज्य की तुलना में कम ऊर्जा की स्थिति में होते हैं। यदि धातु के लिए एक मजबूत पर्याप्त विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन कार्य कार्य पर आ सकते हैं और धातु छोड़ सकते हैं। (एक वैक्यूम ट्यूब कैथोड के बारे में सोचें।) एक पानी सादृश्य काफी आसान है। पानी एक बाल्टी या गर्त में होता है जिसमें लम्बे किनारे होते हैं। (लेकिन वास्तविक इलेक्ट्रॉनों के बारे में सोचना बेहतर है।)

— जॉर्ज हेरोल्ड
स्रोत

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किसी विशेष क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की संख्या और उस क्षेत्र में प्रोटॉन की संख्या के बीच कोई अंतर होने से पास के इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित किया जा सकता है या संख्याओं को बराबर करने के लिए आवश्यकतानुसार पुन: प्रसारित किया जा सकता है। एक क्षेत्र को छोड़ने के लिए केवल यही कारण होगा कि इलेक्ट्रॉनों की संख्या के सापेक्ष इस क्षेत्र में बहुत सारे इलेक्ट्रॉन थे, या यह कि पास के क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों (प्रोटॉन के सापेक्ष) की कमी थी। एक "परिपूर्ण" एक-एम्पी बिजली की आपूर्ति इलेक्ट्रॉनों के एक कप्लोम को स्थानांतरित करेगी (जो कि एक बड़ा बाल्टी भार है) एक टर्मिनल से दूसरे में हर दूसरे। यदि कोई इलेक्ट्रान उस टर्मिनल को नहीं छोड़ता है जो आपूर्ति से उन सभी इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त कर रहा है, तो यह बहुत पहले नहीं होगा जब इलेक्ट्रॉनों को इतना अधिक भीड़ हो जाती है कि वे जगह छोड़ना शुरू कर देंगे, भले ही वह जगह का मतलब होगा ' फिर से जाना कुछ अधिक भीड़भाड़ वाला होगा (क्योंकि यह उस जगह से कम भीड़भाड़ होगी जहां वे जा रहे हैं)। इसी तरह, यदि कोई टर्मिनल टर्मिनल में प्रवेश नहीं करता है, जहां से आपूर्ति इलेक्ट्रॉनों को ले जा रही है, तो इसकी इलेक्ट्रॉन की कमी जल्दी से गंभीर हो जाएगी, जिससे यह पास के किसी भी चीज से इलेक्ट्रॉनों को हथियाना शुरू कर सकता है, भले ही वह पास में इलेक्ट्रॉन की कमी का कारण हो (क्योंकि यह होगा) उस टर्मिनल की तुलना में कम गंभीर है जो इलेक्ट्रॉनों को पकड़ रहा है)।

चूंकि इलेक्ट्रॉन एक टर्मिनल को छोड़ते हैं और दूसरे में प्रवेश करते हैं, इससे उस तात्कालिकता में कमी आएगी जिसके साथ उन टर्मिनलों को इलेक्ट्रॉनों को निष्कासित या अधिग्रहित करना होगा। ध्यान दें कि सापेक्ष शब्दों में, यह अनिवार्य रूप से अप्रतिरोध्य बल बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों की एक अद्भुत छोटी अधिशेष या कमी लेता है। एक चालक में इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान काफी असंगत के रूप में नहीं देखा जा सकता है, लेकिन यह बहुत करीब है। बहुत मोटे सापेक्ष शब्दों में, यदि किसी विशिष्ट सामग्री में स्विमिंग पूल के इलेक्ट्रॉनों की कीमत होती है, तो एक गंभीर कमी और गंभीर भीड़भाड़ के बीच का अंतर एक बूंद से कम होगा।

— supercat
स्रोत

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इसकी कल्पना करें:

बिजली के लिए, पाइप खुद को ठीक करता है। दीवार की मोटाई निकटतम अन्य कंडक्टर की दूरी है। एक ठोस पाइप की दीवार के माध्यम से हवा की तरह तार के माध्यम से चीजों को स्थानांतरित करने के बारे में सोचना अजीब लग सकता है, लेकिन अगर आप भौतिकी के उस हिस्से को अनदेखा करते हैं, तो सादृश्य काम करता है।

यदि "दीवार" दबाव को पकड़ने के लिए बहुत पतली है, तो यह छिद्रित होता है, जिसे हम एक चाप कहते हैं। यह बहुत छोटे पैमानों पर भी काम करता है, जैसे 5V चिप 12V के साथ संचालित होने पर आंतरिक रूप से उत्पन्न होता है।

— AaronD
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