विद्युत चालक

ओवरहेड कंडक्टर ग्राहकों को स्टेशनों को उत्पन्न करने से इलेक्ट्रिक पावर ले जाते हैं।

भौतिकी और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, एक कंडक्टर एक वस्तु या प्रकार की सामग्री है जो एक या अधिक दिशाओं में चार्ज (विद्युत प्रवाह) के प्रवाह की अनुमति देता है। धातु से बने सामग्री आम विद्युत कंडक्टर हैं। (विद्युत प्रवाह) कुछ मामलों में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए छेद और सकारात्मक या नकारात्मक आयनों के प्रवाह से उत्पन्न होता है।

एक बंद विद्युत परिपथ के भीतर प्रवाह करने के लिए वर्तमान के लिए, एक आवेशित कण के लिए वर्तमान (वर्तमान स्रोत) का उत्पादन करने वाले घटक से यात्रा करने वाले घटक से यात्रा करने के लिए आवश्यक नहीं है (भार)। इसके बजाय, चार्ज किए गए कण को ​​बस अपने नज़दीक की को एक परिमित राशि का सामना करने की आवश्यकता होती है, जो 'सहवासी होना' है। अनिवार्य रूप से जो हो रहा है वह मोबाइल चार्ज वाहक के बीच गति हस्तांतरण की एक लंबी श्रृंखला है; चालन के ड्रूड मॉडल ने इस प्रक्रिया का अधिक कठोरता से वर्णन किया है। यह गति हस्तांतरण मॉडल धातु एक कंडक्टर के लिए एक आदर्श विकल्प बनाता है; धातुओं, विशेषता से, इलेक्ट्रॉनों का एक डिलोकलाइज्ड समुद्र के पास होता है जो इलेक्ट्रॉनों को टकराने के लिए पर्याप्त गतिशीलता देता है और इस प्रकार एक गति हस्तांतरण को प्रभावित करता है।

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, इलेक्ट्रॉन धातुओं में प्राथमिक प्रस्तावक हैं; हालांकि, अन्य उपकरण जैसे कि बैटरी के धनायनित इलेक्ट्रोलाइट (O), या ईंधन सेल के प्रोटॉन कंडक्टर के मोबाइल प्रोटॉन सकारात्मक चार्ज वाहक पर निर्भर करते हैं। इंसुलेटर कुछ मोबाइल शुल्क के साथ गैर-संचालन सामग्री हैं जो केवल महत्वहीन विद्युत धाराओं का समर्थन करते हैं।

प्रतिरोध और चालन

दोनों छोरों पर विद्युत संपर्कों के साथ प्रतिरोधक सामग्री का एक टुकड़ा।

Main article: विद्युत प्रतिरोध और चालकता

किसी दिए गए कंडक्टर का प्रतिरोध उस सामग्री पर निर्भर करता है, जो इससे बना है, और उसके आयामों पर। किसी दिए गए सामग्री के लिए, प्रतिरोध क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के विपरीत आनुपातिक है।उदाहरण के लिए, एक मोटी तांबे के तार में अन्यथा-समान पतले तांबे के तार की तुलना में कम प्रतिरोध होता है। इसके अलावा, किसी दिए गए सामग्री के लिए, प्रतिरोध लंबाई के लिए आनुपातिक है;उदाहरण के लिए, एक लंबे तांबे के तार में एक अन्यथा-समान छोटे तांबे के तार की तुलना में अधिक प्रतिरोध होता है। प्रतिरोध R और चालकता G वर्दी क्रॉस सेक्शन के एक कंडक्टर के रूप में, के रूप में गणना की जा सकती है

${\begin{aligned}R&=\rho {\frac {\ell }{A}},\\[6pt]G&=\sigma {\frac {A}{\ell }}.\end{aligned}}$

कहाँ पे $\ell$ कंडक्टर की लंबाई है, मीटर में मापा जाता है [एम], ए वर्ग मीटर में मापा गया कंडक्टर का क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र है [एम²], σ (सिग्मा) विद्युत चालकता है जिसे सीमेंस प्रति मीटर में मापा जाता है (एस·एम⁻¹), और पी (आरएचओह) सामग्री का विद्युत प्रतिरोधकता (जिसे विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध भी कहा जाता है) है, जो ओम-मीटर (ऑफ़ · एम) में मापा जाता है। प्रतिरोधकता और चालकता आनुपातिक स्थिरांक हैं, और इसलिए केवल उस सामग्री पर निर्भर करती है जो तार से बना होता है, न कि तार की ज्यामिति। प्रतिरोधकता और चालकता पारस्परिक हैं: $\rho =1/\sigma$।प्रतिरोधकता विद्युत प्रवाह का विरोध करने के लिए सामग्री की क्षमता का एक उपाय है।

यह सूत्र सटीक नहीं है: यह मानता है कि वर्तमान घनत्व कंडक्टर में पूरी तरह से समान है, जो व्यावहारिक स्थिति में हमेशा सच नहीं होता है। हालांकि, यह सूत्र अभी भी तारों जैसे लंबे पतले कंडक्टरों के लिए एक अच्छा सन्निकटन प्रदान करता है।

एक और स्थिति यह सूत्र वैकल्पिक वर्तमान (एसी) के साथ सटीक नहीं है, क्योंकि त्वचा का प्रभाव कंडक्टर के केंद्र के पास वर्तमान प्रवाह को रोकता है। फिर, ज्यामितीय क्रॉस-सेक्शन प्रभावी क्रॉस-सेक्शन से अलग होता है जिसमें वर्तमान वास्तव में बहता है, इसलिए प्रतिरोध अपेक्षा से अधिक है। इसी तरह, यदि दो कंडक्टर एसी करंट ले जाने वाले एक -दूसरे के पास हैं, तो निकटता प्रभाव के कारण उनके प्रतिरोध बढ़ते हैं। वाणिज्यिक शक्ति आवृत्ति पर, ये प्रभाव बड़ी धाराओं को ले जाने वाले बड़े कंडक्टरों के लिए महत्वपूर्ण हैं, जैसे कि एक विद्युत सबस्टेशन में बसबार,या कुछ सौ से अधिक एम्पीयर ले जाने वाले बड़े पावर केबल।

तार की ज्यामिति के अलावा, तापमान का कंडक्टरों की प्रभावकारिता पर भी महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। तापमान दो मुख्य तरीकों से कंडक्टरों को प्रभावित करता है, पहला यह है कि सामग्री गर्मी के आवेदन के तहत विस्तार कर सकती है। सामग्री का विस्तार करने वाली राशि सामग्री के लिए विशिष्ट थर्मल विस्तार गुणांक द्वारा नियंत्रित होती है। इस तरह के एक विस्तार (या संकुचन) कंडक्टर की ज्यामिति को बदल देंगे और इसलिए इसकी विशेषता प्रतिरोध। हालांकि, यह प्रभाव आम तौर पर 10 के आदेश पर छोटा होता है⁻⁶ तापमान में वृद्धि से सामग्री के भीतर उत्पन्न फोनन की संख्या भी बढ़ेगी। एक फोनन अनिवार्य रूप से एक जाली कंपन है, या सामग्री के परमाणुओं का एक छोटा, हार्मोनिक गतिज गति है। एक पिनबॉल मशीन के झटकों की तरह, फोनन इलेक्ट्रॉनों के मार्ग को बाधित करने के लिए काम करते हैं, जिससे बिखरने के लिए एम। यह इलेक्ट्रॉन बिखरने से इलेक्ट्रॉन टकराव की संख्या में कमी आएगी और इसलिए वर्तमान हस्तांतरित की कुल मात्रा में कमी आएगी।

कंडक्टर सामग्री

Main article: विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता

Further information: कॉपर कंडक्टर and एल्युमिनियम बिल्डिंग वायरिंग

सामग्री	ρ [Ω·m] at 20°C	σ [S/m] at 20°C
सिल्वर, एजी	1.59 × 10−8	6.30 × 107
कॉपर, घन	1.68 × 10−8	5.96 × 107
एल्युमिनियम, अल	2.82 × 10−8	3.50 × 107

चालन सामग्री में धातु, इलेक्ट्रोलाइट्स, सुपरकंडक्टर्स, सेमीकंडक्टर्स, प्लास्मा और कुछ नॉनमेटालिक कंडक्टर जैसे ग्रेफाइट और प्रवाहकीय पॉलिमर शामिल हैं।

कॉपर में एक उच्च चालकता है। एनील्ड कॉपर अंतर्राष्ट्रीय मानक है जिसमें अन्य सभी विद्युत कंडक्टरों की तुलना की जाती है; अंतर्राष्ट्रीय एनील्ड कॉपर मानक चालकता है 58 एमएस/एम, हालांकि अल्ट्रा-प्यूर कॉपर 101% आईएसीएस से थोड़ा अधिक हो सकता है। विद्युत अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले तांबे का मुख्य ग्रेड, जैसे कि निर्माण तार, मोटर वाइंडिंग, केबल और बसबार, ऑक्सीजन मुक्त तांबा विनिर्देश है। इलेक्ट्रोलाइटिक-टफ पिच (ईटीपी) कॉपर (सीडब्ल्यू004ए या एएसटीएम पदनाम सी100140)। यदि उच्च चालकता तांबे को वेल्डेड या ब्रेज़्ड या कम करने वाले वातावरण में उपयोग किया जाना चाहिए, तो ऑक्सीजन मुक्त तांबा | ऑक्सीजन मुक्त उच्च चालकता तांबा (सीडब्ल्यू008ए या एएसटीएम पदनाम सी10100) का उपयोग किया जा सकता है।टांका लगाने या क्लैंपिंग द्वारा कनेक्शन में आसानी के कारण, तांबा अभी भी अधिकांश हल्के-गेज तारों के लिए सबसे आम विकल्प है।

चांदी तांबे की तुलना में 6% अधिक प्रवाहकीय है, लेकिन लागत के कारण यह ज्यादातर मामलों में व्यावहारिक नहीं है। हालांकि, इसका उपयोग विशेष उपकरणों में किया जाता है, जैसे कि उपग्रह, और उच्च आवृत्तियों पर त्वचा के प्रभाव के नुकसान को कम करने के लिए एक पतली चढ़ाना के रूप में। पारिवारिक रूप से, 14,700 short tons (13,300 t) संयुक्त राज्य अमेरिका के ट्रेजरी से ऋण पर चांदी का उपयोग द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान कैलुट्रोन मैग्नेट बनाने में इस्तेमाल किया गया था, जो तांबे की युद्धकालीन कमी के कारण था।

एल्यूमीनियम तार इलेक्ट्रिक पावर ट्रांसमिशन और वितरण में सबसे आम धातु है । यद्यपि क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र द्वारा तांबे की चालकता का केवल 61%, इसका निचला घनत्व इसे द्रव्यमान द्वारा प्रवाहकीय के रूप में दोगुना बनाता है। चूंकि एल्यूमीनियम वजन से तांबे की लागत लगभग एक-तिहाई है, इसलिए बड़े कंडक्टर की आवश्यकता होने पर आर्थिक लाभ काफी हैं।

एल्यूमीनियम वायरिंग के नुकसान इसके यांत्रिक और रासायनिक गुणों में निहित हैं। यह आसानी से एक इन्सुलेट ऑक्साइड बनाता है, जिससे कनेक्शन गर्म हो जाता है। कनेक्टर्स के लिए उपयोग की जाने वाली पीतल की सामग्री की तुलना में थर्मल विस्तार का इसका बड़ा गुणांक कनेक्शन को ढीला करने का कारण बनता है। एल्यूमीनियम भी रेंग सकता है, धीरे -धीरे लोड के तहत विकृत हो सकता है, जो कनेक्शन को भी ढीला करता है। इन प्रभावों को उपयुक्त रूप से डिज़ाइन किए गए कनेक्टर्स और इंस्टॉलेशन में अतिरिक्त देखभाल के साथ कम किया जा सकता है, लेकिन उन्होंने एल्यूमीनियम बिल्डिंग वायरिंग को अलोकप्रिय सेवा ड्रॉप के अतीत में बनाया है।

ऑक्टेन जैसे कार्बनिक यौगिक, जिसमें 8 कार्बन परमाणु और 18 हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, बिजली का संचालन नहीं कर सकते। तेल हाइड्रोकार्बन होते हैं, क्योंकि कार्बन में टेट्रैकोवेलेंसी की संपत्ति होती है और हाइड्रोजन जैसे अन्य तत्वों के साथ सहसंयोजक बांड बनाते हैं, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों को नहीं खोता है या प्राप्त नहीं करता है, इस प्रकार आयनों का निर्माण नहीं करता है। सहसंयोजक बॉन्ड केवल इलेक्ट्रॉनों का साझाकरण हैं। इसलिए, जब बिजली इसके माध्यम से पारित हो जाती है तो आयनों का कोई पृथक्करण नहीं होता है। केवल सहसंयोजक बॉन्ड के साथ यौगिकों से बने तरल पदार्थ बिजली का संचालन नहीं कर सकते। कुछ कार्बनिक आयनिक तरल पदार्थ, इसके विपरीत, एक आचरण कर सकते हैंविद्युत प्रवाह।

जबकि शुद्ध पानी एक विद्युत कंडक्टर नहीं है, यहां तक कि आयनिक अशुद्धियों का एक छोटा सा हिस्सा, जैसे कि नमक, तेजी से इसे एक कंडक्टर में बदल सकता है।

तार का आकार

तारों को उनके क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र द्वारा मापा जाता है। कई देशों में, आकार वर्ग मिलीमीटर में व्यक्त किया जाता है। उत्तरी अमेरिका में, कंडक्टरों को छोटे लोगों के लिए अमेरिकी तार गेज द्वारा मापा जाता है, और बड़े लोगों के लिए परिपत्र मिल्स।

कंडक्टर वर्तमान

एक कंडक्टर की स्पष्टीकरण, अर्थात्, वर्तमान की मात्रा वह ले जा सकती है, इसके विद्युत प्रतिरोध से संबंधित है: एक कम-प्रतिरोध कंडक्टर वर्तमान का एक बड़ा मूल्य ले जा सकता है। प्रतिरोध, बदले में, कंडक्टर द्वारा निर्धारित सामग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है (जैसा कि ऊपर वर्णित है) और कंडक्टर के आकार। किसी दिए गए सामग्री के लिए, एक बड़े क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र वाले कंडक्टरों में छोटे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र वाले कंडक्टरों की तुलना में कम प्रतिरोध होता है।

केवल कंडक्टरों के लिए, अंतिम सीमा वह बिंदु है जिस पर प्रतिरोध के लिए खो गई शक्ति कंडक्टर को पिघलाने का कारण बनती है। फ़्यूज़ के अलावा, वास्तविक दुनिया में अधिकांश कंडक्टर इस सीमा से बहुत नीचे संचालित होते हैं। उदाहरण के लिए, घरेलू वायरिंग आमतौर पर पीवीसी इन्सुलेशन के साथ अछूता है जो केवल लगभग 60 और एनबीएसपी; ° सी तक संचालित करने के लिए रेट किया जाता है, इसलिए, इस तरह के तारों में वर्तमान को सीमित किया जाना चाहिए ताकि यह कभी भी 60 और एनबीएसपी से ऊपर तांबे के कंडक्टर को गर्म न करे; आग का जोखिम। अन्य, अधिक महंगे इन्सुलेशन जैसे टेफ्लॉन या फाइबर ग्लास बहुत अधिक तापमान पर ऑपरेशन की अनुमति दे सकते हैं।

आइसोट्रॉपी

यदि किसी विद्युत क्षेत्र को किसी सामग्री पर लागू किया जाता है, और परिणामस्वरूप प्रेरित विद्युत प्रवाह एक ही दिशा में होता है, तो सामग्री को एक आइसोट्रोपिक इलेक्ट्रिकल कंडक्टर कहा जाता है। यदि परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह लागू विद्युत क्षेत्र से एक अलग दिशा में है, तो सामग्री को एनिसोट्रोपिक विद्युत कंडक्टर कहा जाता है।

यह भी देखें

Classification of materials based on permittivity

εr″/εr′	Current conduction	Field propagation
0		perfect dielectric lossless medium
≪ 1	low-conductivity material poor conductor	low-loss medium good dielectric
≈ 1	lossy conducting material	lossy propagation medium
≫ 1	high-conductivity material good conductor	high-loss medium poor dielectric
∞	perfect conductor

• बंडल कंडक्टर
• चार्ज ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स
• विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता
• चौथा रेल
• अतिरिक्त रेखा
• स्टीफन ग्रे, पहले विद्युत कंडक्टर और इंसुलेटर की पहचान करने के लिए
• सुपरकंडक्टिविटी
• तीसरी रेल

अग्रिम पठन

अग्रणी और ऐतिहासिक पुस्तकें

• विलियम हेनरी प्रीस।विद्युत कंडक्टरों पर।1883।
• ओलिवर हेविसाइड।बिजली के कागजात।मैकमिलन, 1894।

संदर्भ पुस्तकें

• एएसटीएम मानकों की वार्षिक पुस्तक: इलेक्ट्रिकल कंडक्टर। अमेरिकन सोसाइटी फार टेस्टिंग एंड मैटरियल्स।(प्रत्येक वर्ष)
• आईईटी वायरिंग नियम। इंजीनियरिंग और प्रौद्योगिकी के लिए संस्थान।]

बाहरी संबंध

• BBC: Key Stage 2 Bitesize: Electrical Conductors
• The discovery of conductors and insulators by Gray, Dufay and Franklin.