अपवाह वेग: Difference between revisions

Revision as of 12:11, 13 March 2023

भौतिकी में, प्रवाह वेग विद्युत क्षेत्र के कारण पदार्थ में आवेशित कणों, जैसे इलेक्ट्रोनों द्वारा प्राप्त औसत वेग है। सामान्यतः, विद्युत सुचालक में इलेक्ट्रॉन अव्यवस्थित रूप से फर्मी वेग से विस्तारित होगा, जिसके परिणामस्वरूप औसत वेग शून्य होगा। विद्युत क्षेत्र को प्रारम्भ करने से इस यादृच्छिक गति की दिशा में छोटा शुद्ध प्रवाह जुड़ जाता है; यह प्रवाह है।

इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह वेग

प्रवाह वेग वर्तमान (विद्युत्) के समानुपाती होता है। प्रतिरोध (विद्युत्) सामग्री में, यह बाहरी विद्युत क्षेत्र के परिमाण के समानुपाती भी होता है। इस प्रकार ओम के नियम को प्रवाह वेग के संदर्भ में अध्यन किया जा सकता है। नियम की सबसे प्रारंभिक अभिव्यक्ति है:

u=\mu E,

जहाँ $u$ प्रवाह वेग है, $μ$ सामग्री की इलेक्ट्रॉन गतिशीलता है, और $E$ विद्युत क्षेत्र है। इकाइयों की एमकेएस प्रणाली में, इन मात्राओं की इकाइयां क्रमशः m/s, m2/(V·s), और V/m हैं।

जब सुचालक में संभावित अंतर प्रारम्भ किया जाता है, मुक्त इलेक्ट्रॉन दिशा में वेग प्राप्त करते हैं, निरंतर टकरावों के मध्य विद्युत क्षेत्र के विपरीत और क्षेत्र की दिशा में यात्रा करते समय वेग विलुप्त हो जाता हैं, इस प्रकार उस दिशा में वेग घटक प्राप्त करने के अतिरिक्त इसके यादृच्छिक तापीय वेग के लिए। नतीजतन, इलेक्ट्रॉनों का निश्चित छोटा प्रवाह वेग होता है, जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों की यादृच्छिक गति पर आरोपित होता है। इस प्रवाह वेग के कारण क्षेत्र की दिशा के विपरीत इलेक्ट्रॉनों का शुद्ध प्रवाह होता है।

प्रायोगिक माप

निरंतर क्रॉस-सेक्शन (ज्यामिति) क्षेत्र की सामग्री में आवेश वाहकों के प्रवाह वेग के मूल्यांकन के लिए सूत्र दिया गया है:^[1]

u={j \over nq},

जहाँ $u$ इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह वेग है, $j$ सामग्री के माध्यम से प्रवाहित होने वाला वर्तमान घनत्व है, $n$ आवेश-वाहक संख्या घनत्व है, और $q$ आवेश-वाहक पर विद्युत आवेश है।

इसे इस प्रकार भी लिखा जा सकता है:

j=nqu

परन्तु वर्तमान घनत्व और प्रवाह वेग, $j$ और $u$ वास्तव में वैक्टर हैं, इसलिए इस संबंध को प्रायः इस प्रकार लिखा जाता है:

\mathbf {J} =\rho \mathbf {u} \,

जहाँ

\rho =nq

आवेश घनत्व है, जिसकी SI इकाई कूलम्ब प्रति घन मीटर है। सही-बेलनाकार विद्युत प्रवाह-वाहक धातु विद्युत कंडक्टर के मूल गुणों के संदर्भ में, जहां चार्ज-वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, इस अभिव्यक्ति को पुनः लिखा जा सकता है:

u={m\;\sigma \Delta V \over \rho ef\ell },

जहाँ

$u$ इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह वेग(m⋅s⁻¹) है।
$m$ (किग्रा में) धातु का आणविक द्रव्यमान है।
$σ$ , S/m में निर्धारित तापमान पर माध्यम की विद्युत चालकता है।
$Δ V$ वोल्ट में कंडक्टर पर प्रारम्भ वोल्टेज है।
ρ, kg⋅m⁻³ में कंडक्टर का घनत्व (द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन) है।
$e$ कूलम्ब (इकाई) में प्राथमिक आवेश है।
$f$ प्रति परमाणु इलेक्ट्रॉन की संख्या है।
$ℓ$ मीटर में कंडक्टर की लंबाई है।

संख्यात्मक उदाहरण

बिजली सामान्यतः एवं तांबे के तारों के माध्यम से आयोजित की जाती है। ताँबा का घनत्व 8.94 g/cm³ होता है और परमाणु भार 63.546 g/mol हैं, इसलिए 140685.5 mol/m³ हैं। किसी भी तत्व के मोल (इकाई) में 6.022×10²³ परमाणु (अवोगाद्रो संख्या) होते हैं। इसलिए, तांबे के 1 m3 में लगभग 8.5×1028 परमाणु (6.022×1023 × 140685.5 mol/m3) होते हैं। कॉपर में प्रति परमाणु मुक्त 1 इलेक्ट्रॉन होता है, इसलिए n 8.5×1028 इलेक्ट्रॉन प्रति घन मीटर के समान है।

करंट $I$ = 1 एम्पीयर(ampere), एवं तार 2 mm व्यास (त्रिज्या = 0.001 m) मान लीजिए, इस तार का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल π × (0.001 m)² = 3.14×10⁻⁶ m² = 3.14 mm² है। इलेक्ट्रॉन का आवेश होता है $q$ = −1.6×10⁻¹⁹ C होता है, इसलिए प्रवाह वेग की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

{\begin{aligned}u&={I \over nAq}\\&={\frac {1{\text{C}}/{\text{s}}}{\left(8.5\times 10^{28}{\text{m}}^{-3}\right)\left(3.14\times 10^{-6}{\text{m}}^{2}\right)\left(1.6\times 10^{-19}{\text{C}}\right)}}\\&=2.3\times 10^{-5}{\text{m}}/{\text{s}}\end{aligned}}

आयामी विश्लेषण:

u={\dfrac {\text{A}}{{\dfrac {\text{electron}}{{\text{m}}^{3}}}{\cdot }{\text{m}}^{2}\cdot {\dfrac {\text{C}}{\text{electron}}}}}={\dfrac {\dfrac {\text{C}}{\text{s}}}{{\dfrac {1}{\text{m}}}{\cdot }{\text{C}}}}={\dfrac {\text{m}}{\text{s}}}

अत: इस तार में इलेक्ट्रॉन 23 μm/s की दर से प्रवाहित हो रहे हैं | 60 Hz प्रत्यावर्ती धारा पर, इसका मतलब है कि, आधे चक्र के अंदर, औसतन इलेक्ट्रॉन 0.2 माइक्रोन से कम प्रवाह करते हैं। संदर्भ में, एम्पीयर पर लगभग 3×10¹⁶ इलेक्ट्रॉन प्रति चक्र दो बार संपर्क बिंदु पर प्रवाहित होंगे। परन्तु तार के प्रति मीटर लगभग 1×10²² चल इलेक्ट्रॉनों में से, यह नगण्य अंश है।

तुलनात्मक रूप से, इन इलेक्ट्रॉनों का फर्मी प्रवाह वेग (जो, कमरे के तापमान पर, विद्युत प्रवाह की अनुपस्थिति में उनके अनुमानित वेग के रूप में माना जा सकता है) लगभग 1570 km/s है।^[2]

यह भी देखें

संदर्भ

↑ Griffiths, David (1999). इलेक्ट्रोडायनामिक्स का परिचय (3 ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. p. 289. ISBN 9780138053260.
↑ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ohmmic.html Ohm's Law, Microscopic View, retrieved 2015-11-16

बाहरी संबंध

Ohm's Law: Microscopic View at Hyperphysics

[1] Griffiths, David (1999). इलेक्ट्रोडायनामिक्स का परिचय (3 ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. p. 289. ISBN 9780138053260.

[2] ttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ohmmic.html Ohm's Law, Microscopic View, retrieved 2015-11-16

[1]

[2]

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 {{Short description|Average velocity of particles mainly moving randomly}}
-भौतिकी में, बहाव वेग [[विद्युत क्षेत्र]] के कारण पदार्थ में आवेशित कणों, जैसे [[इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रोनों]] द्वारा प्राप्त [[औसत वेग]] है। सामान्यतः, [[विद्युत कंडक्टर|विद्युत सुचालक]] में इलेक्ट्रॉन अव्यवस्थित रूप से [[फर्मी वेग]] से विस्तारित होगा, जिसके परिणामस्वरूप औसत वेग शून्य होगा। विद्युत क्षेत्र को प्रारम्भ करने से इस यादृच्छिक गति की दिशा में छोटा शुद्ध प्रवाह जुड़ जाता है; यह बहाव है।[[File:Drift velocity of electrons.jpg|thumb|इलेक्ट्रॉनों का बहाव वेग]]बहाव वेग वर्तमान (विद्युत्) के समानुपाती होता है। [[प्रतिरोध (बिजली)|प्रतिरोध (विद्युत्)]] सामग्री में, यह बाहरी विद्युत क्षेत्र के परिमाण के समानुपाती भी होता है। इस प्रकार ओम के नियम को बहाव वेग के संदर्भ में समझाया जा सकता है। नियम की सबसे प्रारंभिक अभिव्यक्ति है:
+भौतिकी में, प्रवाह वेग [[विद्युत क्षेत्र]] के कारण पदार्थ में आवेशित कणों, जैसे [[इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रोनों]] द्वारा प्राप्त [[औसत वेग]] है। सामान्यतः, [[विद्युत कंडक्टर|विद्युत सुचालक]] में इलेक्ट्रॉन अव्यवस्थित रूप से [[फर्मी वेग]] से विस्तारित होगा, जिसके परिणामस्वरूप औसत वेग शून्य होगा। विद्युत क्षेत्र को प्रारम्भ करने से इस यादृच्छिक गति की दिशा में छोटा शुद्ध प्रवाह जुड़ जाता है; यह प्रवाह है।[[File:Drift velocity of electrons.jpg|thumb|इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह  वेग]]प्रवाह वेग वर्तमान (विद्युत्) के समानुपाती होता है। [[प्रतिरोध (बिजली)|प्रतिरोध (विद्युत्)]] सामग्री में, यह बाहरी विद्युत क्षेत्र के परिमाण के समानुपाती भी होता है। इस प्रकार ओम के नियम को प्रवाह  वेग के संदर्भ में अध्यन किया जा सकता है। नियम की सबसे प्रारंभिक अभिव्यक्ति है:
 :<math>  u= \mu E ,</math>
-जहाँ {{math|''u''}} बहाव वेग है, {{math|''μ''}} सामग्री की [[इलेक्ट्रॉन गतिशीलता]] है, और {{math|''E''}} विद्युत क्षेत्र है। [[इकाइयों की एमकेएस प्रणाली]] में, इन मात्राओं की इकाइयां क्रमशः m/s, m2/(V·s), और V/m हैं।
+जहाँ {{math|''u''}} प्रवाह वेग है, {{math|''μ''}} सामग्री की [[इलेक्ट्रॉन गतिशीलता]] है, और {{math|''E''}} विद्युत क्षेत्र है। [[इकाइयों की एमकेएस प्रणाली]] में, इन मात्राओं की इकाइयां क्रमशः m/s, m2/(V·s), और V/m हैं।
-जब सुचालक में संभावित अंतर प्रारम्भ किया जाता है, मुक्त इलेक्ट्रॉन दिशा में वेग प्राप्त करते हैं, निरंतर टकरावों के मध्य विद्युत क्षेत्र के विपरीत और क्षेत्र की दिशा में यात्रा करते समय वेग खो देते हैं, इस प्रकार उस दिशा में वेग घटक प्राप्त करने के अतिरिक्त  इसके यादृच्छिक तापीय वेग के लिए। नतीजतन, इलेक्ट्रॉनों का निश्चित छोटा बहाव वेग होता है, जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों की यादृच्छिक गति पर आरोपित होता है। इस बहाव वेग के कारण क्षेत्र की दिशा के विपरीत इलेक्ट्रॉनों का शुद्ध प्रवाह होता है।
+जब सुचालक में संभावित अंतर प्रारम्भ किया जाता है, मुक्त इलेक्ट्रॉन दिशा में वेग प्राप्त करते हैं, निरंतर टकरावों के मध्य विद्युत क्षेत्र के विपरीत और क्षेत्र की दिशा में यात्रा करते समय वेग विलुप्त हो जाता हैं, इस प्रकार उस दिशा में वेग घटक प्राप्त करने के अतिरिक्त  इसके यादृच्छिक तापीय वेग के लिए। नतीजतन, इलेक्ट्रॉनों का निश्चित छोटा प्रवाह वेग होता है, जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों की यादृच्छिक गति पर आरोपित होता है। इस प्रवाह वेग के कारण क्षेत्र की दिशा के विपरीत इलेक्ट्रॉनों का शुद्ध प्रवाह होता है।
 == प्रायोगिक माप ==
-निरंतर [[क्रॉस-सेक्शन (ज्यामिति)]] क्षेत्र की सामग्री में आवेश वाहकों के बहाव वेग के मूल्यांकन के लिए सूत्र दिया गया है:<ref>{{cite book|last=Griffiths|first=David|title=इलेक्ट्रोडायनामिक्स का परिचय|url=https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0|url-access=registration|year=1999|publisher=Prentice-Hall|location=Upper Saddle River, NJ|page=[https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0/page/289 289]|isbn=9780138053260|edition=3}}</ref>
+निरंतर [[क्रॉस-सेक्शन (ज्यामिति)]] क्षेत्र की सामग्री में आवेश वाहकों के प्रवाह  वेग के मूल्यांकन के लिए सूत्र दिया गया है:<ref>{{cite book|last=Griffiths|first=David|title=इलेक्ट्रोडायनामिक्स का परिचय|url=https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0|url-access=registration|year=1999|publisher=Prentice-Hall|location=Upper Saddle River, NJ|page=[https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0/page/289 289]|isbn=9780138053260|edition=3}}</ref>
 :<math>u = {j \over n q} ,</math>
-जहाँ {{math|''u''}} इलेक्ट्रॉनों का बहाव वेग है, {{math|''j''}} सामग्री के माध्यम से प्रवाहित होने वाला [[वर्तमान घनत्व]] है, {{math|''n''}} आवेश-वाहक [[संख्या घनत्व]] है, और {{math|''q''}} आवेश-वाहक पर विद्युत आवेश है।
+जहाँ {{math|''u''}} इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह वेग है, {{math|''j''}} सामग्री के माध्यम से प्रवाहित होने वाला [[वर्तमान घनत्व]] है, {{math|''n''}} आवेश-वाहक [[संख्या घनत्व]] है, और {{math|''q''}} आवेश-वाहक पर विद्युत आवेश है।
 इसे इस प्रकार भी लिखा जा सकता है:
 :<math>j = nqu</math>
-परन्तु वर्तमान घनत्व और बहाव वेग,  {{math|''j''}} और {{math|''u''}} वास्तव में वैक्टर हैं, इसलिए इस संबंध को प्रायः इस प्रकार लिखा जाता है:
+परन्तु वर्तमान घनत्व और प्रवाह वेग,  {{math|''j''}} और {{math|''u''}} वास्तव में वैक्टर हैं, इसलिए इस संबंध को प्रायः इस प्रकार लिखा जाता है:
 :<math>\mathbf{J} = \rho \mathbf{u} \,</math>
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 :<math>u = {m \; \sigma \Delta V \over \rho e f \ell} ,</math>
 जहाँ
-* {{math|''u''}} इलेक्ट्रॉनों का बहाव वेग([[मीटर|m⋅s<sup>−1</sup>]]) है।
+* {{math|''u''}} इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह वेग([[मीटर|m⋅s<sup>−1</sup>]]) है।
 *{{math|''m''}} (किग्रा में) धातु का आणविक द्रव्यमान है।
 *{{math|''σ''}}, S/m में निर्धारित तापमान पर माध्यम की [[विद्युत चालकता]] है।
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 बिजली सामान्यतः एवं तांबे के तारों के माध्यम से आयोजित की जाती है।[[ ताँबा |  ताँबा]] का घनत्व {{val|8.94|u=g/cm<sup>3</sup>}} होता है और परमाणु भार {{val|63.546|u=g/mol}} हैं, इसलिए {{val|140685.5|u=mol/m<sup>3</sup>}} हैं। किसी भी तत्व के मोल (इकाई) में  {{val|6.022|e=23}} परमाणु ([[अवोगाद्रो संख्या]]) होते हैं। इसलिए, तांबे के 1 m3 में लगभग 8.5×1028 परमाणु (6.022×1023 × 140685.5 mol/m3) होते हैं। कॉपर में प्रति परमाणु मुक्त 1 इलेक्ट्रॉन होता है, इसलिए n 8.5×1028 इलेक्ट्रॉन प्रति घन मीटर के समान है।
-करंट  {{nowrap|1={{math|''I''}} = 1 एम्पीयर(ampere)}}, एवं तार {{val|2|u=mm}} व्यास (त्रिज्या = {{val|0.001|u=m}}) मान लीजिए, इस तार का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल  π × (0.001 m)<sup>2</sup> = 3.14×10<sup>−6</sup> m<sup>2</sup> = 3.14 mm<sup>2</sup> है। इलेक्ट्रॉन का आवेश होता है {{nowrap|1={{math|''q''}} = {{val|-1.6|e=-19|u=C}}}} होता है, इसलिए बहाव वेग की गणना इस प्रकार की जा सकती है:
+करंट  {{nowrap|1={{math|''I''}} = 1 एम्पीयर(ampere)}}, एवं तार {{val|2|u=mm}} व्यास (त्रिज्या = {{val|0.001|u=m}}) मान लीजिए, इस तार का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल  π × (0.001 m)<sup>2</sup> = 3.14×10<sup>−6</sup> m<sup>2</sup> = 3.14 mm<sup>2</sup> है। इलेक्ट्रॉन का आवेश होता है {{nowrap|1={{math|''q''}} = {{val|-1.6|e=-19|u=C}}}} होता है, इसलिए प्रवाह वेग की गणना इस प्रकार की जा सकती है:
 <math display="block">\begin{align}
    u &= {I \over nAq}\\
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      = \dfrac{\text{m}}{\text{s}}
 </math>
-अत: इस तार में इलेक्ट्रॉन  {{val|23|u=μm/s}} की दर से प्रवाहित हो रहे हैं | 60 Hz प्रत्यावर्ती धारा पर, इसका मतलब है कि, आधे चक्र के अंदर, औसतन इलेक्ट्रॉन 0.2 माइक्रोन से कम बहाव करते हैं। संदर्भ में, एम्पीयर पर लगभग {{val|3|e=16}} इलेक्ट्रॉन प्रति चक्र दो बार संपर्क बिंदु पर प्रवाहित होंगे। परन्तु तार के प्रति मीटर लगभग {{val|1|e=22}} चल इलेक्ट्रॉनों में से, यह नगण्य अंश है।
+अत: इस तार में इलेक्ट्रॉन  {{val|23|u=μm/s}} की दर से प्रवाहित हो रहे हैं | 60 Hz प्रत्यावर्ती धारा पर, इसका मतलब है कि, आधे चक्र के अंदर, औसतन इलेक्ट्रॉन 0.2 माइक्रोन से कम प्रवाह  करते हैं। संदर्भ में, एम्पीयर पर लगभग {{val|3|e=16}} इलेक्ट्रॉन प्रति चक्र दो बार संपर्क बिंदु पर प्रवाहित होंगे। परन्तु तार के प्रति मीटर लगभग {{val|1|e=22}} चल इलेक्ट्रॉनों में से, यह नगण्य अंश है।
 तुलनात्मक रूप से, इन इलेक्ट्रॉनों का फर्मी प्रवाह वेग (जो, कमरे के तापमान पर, विद्युत प्रवाह की अनुपस्थिति में उनके अनुमानित वेग के रूप में माना जा सकता है) लगभग {{val|1570|u=km/s}} है।<ref>http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ohmmic.html Ohm's Law, Microscopic View, retrieved 2015-11-16</ref>
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 * इलेक्ट्रॉन गतिशीलता
 * [[बिजली की गति]]
-* [[बहाव कक्ष]]
+* [[बहाव कक्ष|प्रवाह  कक्ष]]
 * [[मार्गदर्शक केंद्र]]

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