மின்சார இயற்பியல்

கடத்திகள், மின்கடத்திகள் மற்றும் குறைக்கடத்திகள்

பொருட்கள் அவற்றின் மின்சார கடத்துத்திறனுக்கு ஏற்ப கடத்திகள், மின்கடத்திகள் அல்லது குறைக்கடத்திகள் என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. வகைப்பாடுகளை அணு அடிப்படையில் புரிந்து கொள்ள முடியும். ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் சில நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட ஆற்றல்களை மட்டுமே கொண்டிருக்க முடியும், மேலும் அவற்றின் ஆற்றல்களைப் பொறுத்து எலக்ட்ரான்கள் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மட்டங்களை ஆக்கிரமிப்பதாகக் கூறப்படுகிறது. பல எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட ஒரு பொதுவான அணுவில், குறைந்த ஆற்றல் அளவுகள் நிரப்பப்படுகின்றன, ஒவ்வொன்றும் பவுலி விலக்கு கொள்கை எனப்படும் குவாண்டம் இயந்திர விதியால் அனுமதிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையுடன் உள்ளன. உறுப்பைப் பொறுத்து, எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட மிக உயர்ந்த ஆற்றல் நிலை அல்லது முழுமையாக நிரம்பாமல் இருக்கலாம். ஏதேனும் ஒரு தனிமத்தின் இரண்டு அணுக்கள் ஒன்றிணைந்தால் அவை ஒன்றிணைந்தால், இரண்டு அணு அமைப்பு ஒற்றை அணுவின் ஒவ்வொரு நிலைக்கும் இரண்டு நெருக்கமான இடைவெளிகளைக் கொண்டுள்ளது. 10 அணுக்கள் தொடர்பு கொண்டால், 10-அணு அமைப்பு ஒரு தனிப்பட்ட அணுவின் ஒவ்வொரு ஒற்றை நிலைக்கும் ஒத்த 10 நிலைகளைக் கொண்ட ஒரு கிளஸ்டரைக் கொண்டிருக்கும். ஒரு திடப்பொருளில், அணுக்களின் எண்ணிக்கை, எனவே நிலைகளின் எண்ணிக்கை மிகப் பெரியது; எந்த அளவிலான நிலைகளும் இல்லாத சில ஆற்றல்களைத் தவிர பெரும்பாலான உயர் ஆற்றல் நிலைகள் தொடர்ச்சியான பாணியில் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைகின்றன. அளவுகளைக் கொண்ட ஆற்றல் பகுதிகள் ஆற்றல் பட்டைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன, மேலும் நிலைகள் இல்லாத பகுதிகள் பேண்ட் இடைவெளிகளாக குறிப்பிடப்படுகின்றன.

வினாடி வினா

மின்சாரம்: குறுகிய சுற்றுகள் மற்றும் நேரடி நீரோட்டங்கள்

மின்னாற்பகுப்பின் சட்டத்தை கண்டுபிடித்தவர் யார்?

எலக்ட்ரான்களால் ஆக்கிரமிக்கப்பட்ட மிக உயர்ந்த ஆற்றல் இசைக்குழு வேலன்ஸ் பேண்ட் ஆகும். ஒரு கடத்தியில், வேலன்ஸ் பேண்ட் ஓரளவு நிரப்பப்படுகிறது, மேலும் ஏராளமான வெற்று நிலைகள் இருப்பதால், எலக்ட்ரான்கள் மின்சார புலத்தின் செல்வாக்கின் கீழ் செல்ல இலவசம்; எனவே, ஒரு உலோகத்தில் வேலன்ஸ் பேண்ட் கடத்தல் இசைக்குழு ஆகும். ஒரு இன்சுலேட்டரில், எலக்ட்ரான்கள் வேலன்ஸ் பேண்டை முழுமையாக நிரப்புகின்றன; அதற்கும் அடுத்த இசைக்குழுவிற்கும் இடையிலான இடைவெளி, இது கடத்தல் இசைக்குழு ஆகும். கடத்துக் குழுவிற்கு பெரிய ஆற்றல் இடைவெளியைக் கடக்க போதுமான ஆற்றல் வழங்கப்படாவிட்டால் எலக்ட்ரான்கள் மின்சார புலத்தின் செல்வாக்கின் கீழ் நகர முடியாது. ஒரு குறைக்கடத்தியில், கடத்துக் குழுவிற்கான இடைவெளி ஒரு இன்சுலேட்டரைக் காட்டிலும் சிறியது. அறை வெப்பநிலையில், வேலன்ஸ் பேண்ட் கிட்டத்தட்ட முழுமையாக நிரப்பப்படுகிறது. ஒரு சில எலக்ட்ரான்கள் வேலன்ஸ் பேண்டிலிருந்து காணவில்லை, ஏனெனில் அவை பேண்ட் இடைவெளியை கடத்தல் இசைக்குழுவுக்கு கடக்க போதுமான வெப்ப ஆற்றலைப் பெற்றுள்ளன; இதன் விளைவாக, அவை வெளிப்புற மின்சார புலத்தின் செல்வாக்கின் கீழ் செல்ல முடியும். வேலன்ஸ் பேண்டில் எஞ்சியிருக்கும் “துளைகள்” மொபைல் சார்ஜ் கேரியர்கள் ஆனால் நேர்மறை சார்ஜ் கேரியர்களைப் போல செயல்படுகின்றன.

உலோகங்கள் உட்பட பல பொருட்களுக்கு, சார்ஜ் ஓட்டத்திற்கு எதிர்ப்பு வெப்பநிலையுடன் அதிகரிக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, 5 ° C (9 ° F) அதிகரிப்பு தாமிரத்தின் எதிர்ப்பை 2 சதவீதம் அதிகரிக்கிறது. இதற்கு மாறாக, மின்கடத்திகள் மற்றும் குறிப்பாக சிலிக்கான் மற்றும் ஜெர்மானியம் போன்ற குறைக்கடத்திகளின் எதிர்ப்பானது வெப்பநிலையுடன் வேகமாக குறைகிறது; அதிகரித்த வெப்ப ஆற்றல் சில எலக்ட்ரான்கள் கடத்தல் குழுவில் நிலைகளை விரிவுபடுத்துகிறது, அங்கு வெளிப்புற மின்சார புலத்தால் பாதிக்கப்படுகிறது, அவை நகர இலவசம். வேலன்ஸ் நிலைகளுக்கும் கடத்துக் குழுவிற்கும் இடையிலான ஆற்றல் வேறுபாடு இந்த பொருட்களின் கடத்துத்திறனில் வலுவான செல்வாக்கைக் கொண்டுள்ளது, சிறிய இடைவெளியுடன் இதன் விளைவாக குறைந்த வெப்பநிலையில் அதிக கடத்துதல் ஏற்படுகிறது.

அட்டவணை 2 இல் பட்டியலிடப்பட்டுள்ள மின்சார எதிர்ப்பின் மதிப்புகள் மின்சாரத்தை நடத்துவதற்கான வெவ்வேறு பொருட்களின் திறனில் மிகப் பெரிய மாறுபாட்டைக் காட்டுகின்றன. பெரிய மாறுபாட்டிற்கான முக்கிய காரணம், பொருட்களுக்குள் சார்ஜ் கேரியர்களின் கிடைக்கும் தன்மை மற்றும் இயக்கம் ஆகியவற்றின் பரவலானது. படம் 12 இல் உள்ள செப்பு கம்பி, எடுத்துக்காட்டாக, பல மொபைல் கேரியர்களைக் கொண்டுள்ளது; ஒவ்வொரு செப்பு அணுவிலும் ஏறக்குறைய ஒரு இலவச எலக்ட்ரான் உள்ளது, இது அதன் சிறிய வெகுஜனத்தின் காரணமாக மிகவும் மொபைல். ஒரு உப்புநீரைக் கரைசல் போன்ற ஒரு எலக்ட்ரோலைட், தாமிரத்தைப் போல ஒரு கடத்தி அல்ல. கரைசலில் உள்ள சோடியம் மற்றும் குளோரின் அயனிகள் சார்ஜ் கேரியர்களை வழங்குகின்றன. ஒவ்வொரு சோடியம் மற்றும் குளோரின் அயனியின் பெரிய வெகுஜனமும் அவற்றைச் சுற்றியுள்ள மற்ற ஈர்க்கப்பட்ட அயனிகள் கிளஸ்டராக அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, சோடியம் மற்றும் குளோரின் அயனிகள் தாமிரத்தில் உள்ள இலவச எலக்ட்ரான்களை விட நகர்த்துவது மிகவும் கடினம். தூய்மையான நீரும் ஒரு நடத்துனராகும், இது ஒரு ஏழை என்றாலும், நீர் மூலக்கூறுகளில் மிகச் சிறிய பகுதியே அயனிகளாகப் பிரிக்கப்படுகிறது. வளிமண்டலத்தை உருவாக்கும் ஆக்ஸிஜன், நைட்ரஜன் மற்றும் ஆர்கான் வாயுக்கள் ஓரளவு கடத்தும் தன்மை கொண்டவை, ஏனென்றால் பூமியில் உள்ள கதிரியக்கக் கூறுகள் மற்றும் வேற்று கிரக அண்டக் கதிர்கள் (அதாவது அதிவேக அணுக்கருக்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள்). எலக்ட்ரோபோரேசிஸ் என்பது ஒரு மின்னாற்பகுப்பு கரைசலில் இடைநீக்கம் செய்யப்பட்ட துகள்களின் இயக்கம் அடிப்படையில் ஒரு சுவாரஸ்யமான பயன்பாடு ஆகும். வெவ்வேறு துகள்கள் (புரதங்கள், எடுத்துக்காட்டாக) ஒரே மின்சார புலத்தில் வெவ்வேறு வேகத்தில் நகரும்; இடைநீக்கத்தின் உள்ளடக்கங்களை பிரிக்க வேகத்தில் உள்ள வேறுபாடு பயன்படுத்தப்படலாம்.

ஒரு கம்பி வழியாக பாயும் ஒரு மின்னோட்டம் அதை வெப்பப்படுத்துகிறது. இந்த பழக்கமான நிகழ்வு மின்சார வரம்பின் வெப்ப சுருள்களில் அல்லது மின்சார விளக்கின் சூடான டங்ஸ்டன் இழைகளில் நிகழ்கிறது. இந்த ஓமிக் வெப்பமாக்கல் மின்சார சுற்றுகளைப் பாதுகாக்கவும், தீயைத் தடுக்கவும் பயன்படுத்தப்படும் உருகிகளுக்கு அடிப்படையாகும்; மின்னோட்டம் ஒரு குறிப்பிட்ட மதிப்பை மீறினால், குறைந்த உருகும் புள்ளியுடன் கூடிய அலாய் மூலம் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு உருகி, உருகி மின்னோட்டத்தின் ஓட்டத்தை குறுக்கிடுகிறது. சக்தி P ஒரு எதிர்ப்பு R இல் சிதறடிக்கப்படுகிறது, இதன் மூலம் தற்போதைய i பாய்கிறது

பி வாட்களில் உள்ளது (ஒரு வாட் ஒரு வினாடிக்கு ஒரு ஜூலுக்கு சமம்), நான் ஆம்பியர்களில் இருக்கிறேன், ஆர் ஓம்ஸில் உள்ளது. ஓமின் சட்டத்தின்படி, மின்தடையின் இரு முனைகளுக்கும் இடையிலான சாத்தியமான வேறுபாடு V = iR ஆல் வழங்கப்படுகிறது, எனவே சக்தி P ஐ சமமாக வெளிப்படுத்தலாம்

இருப்பினும், சில பொருட்களில், கடத்தி மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் குளிரூட்டப்பட்டால் வெப்பமாக தன்னை வெளிப்படுத்தும் சக்தி சிதறல் திடீரென மறைந்துவிடும். அனைத்து எதிர்ப்பும் காணாமல் போவது சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி எனப்படும் ஒரு நிகழ்வு ஆகும். முன்னர் குறிப்பிட்டபடி, எலக்ட்ரான்கள் ஒரு கம்பியில் மின்சார புலத்தின் செல்வாக்கின் கீழ் சில சராசரி சறுக்கல் வேகம் v ஐப் பெறுகின்றன. பொதுவாக எலக்ட்ரான்கள், மின்சார புலத்தின் காரணமாக ஒரு சக்திக்கு உட்பட்டு, வேகத்தை அதிகரிக்கின்றன மற்றும் படிப்படியாக அதிக வேகத்தை பெறுகின்றன. இருப்பினும், அவற்றின் வேகம் ஒரு கம்பியில் மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது, ஏனென்றால் அவை மற்ற எலக்ட்ரான்களுடன் மோதல்களிலும் கம்பியில் உள்ள அணுக்களுடன் மோதல்களிலும் கம்பிக்கு அவர்கள் வாங்கிய ஆற்றலை இழக்கின்றன. இழந்த ஆற்றல் மற்ற எலக்ட்ரான்களுக்கு மாற்றப்படுகிறது, பின்னர் அவை கதிர்வீச்சு செய்கின்றன, அல்லது ஃபோனான்கள் என குறிப்பிடப்படும் சிறிய இயந்திர அதிர்வுகளால் கம்பி உற்சாகமாகிறது. இரண்டு செயல்முறைகளும் பொருளை வெப்பப்படுத்துகின்றன. ஃபோனான் என்ற சொல் இந்த அதிர்வுகளின் உறவை மற்றொரு இயந்திர அதிர்வுக்கு வலியுறுத்துகிறது-அதாவது ஒலி. ஒரு சூப்பர் கண்டக்டரில், ஒரு சிக்கலான குவாண்டம் இயந்திர விளைவு நடுத்தரத்திற்கு இந்த சிறிய ஆற்றல் இழப்புகளைத் தடுக்கிறது. இதன் விளைவு எலக்ட்ரான்களுக்கும் எலக்ட்ரான்களுக்கும் மீதமுள்ள பொருட்களுக்கும் இடையிலான தொடர்புகளை உள்ளடக்கியது. எலக்ட்ரான்களை ஜோடிகளாக எதிர் வேகத்துடன் இணைப்பதைக் கருத்தில் கொண்டு இதைக் காணலாம்; இணைக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் இயக்கம் என்பது மீள் மோதல்கள் அல்லது ஃபோனான் தூண்டுதல்களில் நடுத்தரத்திற்கு எந்த சக்தியும் வழங்கப்படுவதில்லை. ஒரு எலக்ட்ரான் "மோதிக்கொண்டு" ஊடகத்திற்கு ஆற்றலை இழக்க நேரிடும் என்று ஒருவர் கற்பனை செய்யலாம், அதற்கு பதிலாக அதன் கூட்டாளருடன் மோதுவதால் அவை நடுத்தரத்திற்கு எதையும் வழங்காமல் வேகத்தை பரிமாறிக்கொள்ளும்.

மின்காந்தங்களின் கட்டுமானத்தில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருள் நியோபியம் மற்றும் டைட்டானியத்தின் கலவையாகும். சூப்பர் கண்டக்டிங் சொத்தை வெளிப்படுத்த, இந்த பொருள் முழுமையான பூஜ்ஜிய வெப்பநிலையான −263.66 (C (அல்லது 9.5 K) க்கு மேல் சில டிகிரிகளுக்கு குளிர்விக்கப்பட வேண்டும். இத்தகைய குளிரூட்டலுக்கு திரவமாக்கப்பட்ட ஹீலியத்தின் பயன்பாடு தேவைப்படுகிறது, இது மிகவும் விலை உயர்ந்தது. 1980 களின் பிற்பகுதியில், அதிக வெப்பநிலையில் சூப்பர் கண்டக்டிங் பண்புகளை வெளிப்படுத்தும் பொருட்கள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. இந்த வெப்பநிலை திரவ நைட்ரஜனின் −196 ° C ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, இதனால் திரவ ஹீலியத்திற்கு பதிலாக பிந்தையதைப் பயன்படுத்த முடியும். திரவ நைட்ரஜன் ஏராளமாகவும் மலிவாகவும் இருப்பதால், இதுபோன்ற பொருட்கள் மின்சார சக்தி பரிமாற்றம் முதல் அதிவேக கணினி வரை பலவகையான பயன்பாடுகளில் பெரும் நன்மைகளை அளிக்கக்கூடும்.

மின் சக்தி

12-வோல்ட் ஆட்டோமொபைல் பேட்டரி ஒரு கார் ரேடியோ போன்ற ஒரு சுற்றுக்கு கணிசமான காலத்திற்கு மின்னோட்டத்தை வழங்க முடியும், இதன் போது பேட்டரியின் முனையங்களுக்கிடையேயான சாத்தியமான வேறுபாடு 12 வோல்ட்டுகளுக்கு அருகில் உள்ளது. அந்தந்த டெர்மினல்களில் அமைந்துள்ள அதிகப்படியான நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை கட்டணங்களை தொடர்ச்சியாக நிரப்புவதற்கான வழிமுறையை பேட்டரி கொண்டிருக்க வேண்டும் மற்றும் அவை டெர்மினல்களுக்கு இடையிலான 12 வோல்ட் சாத்தியமான வேறுபாட்டிற்கு காரணமாகின்றன. கட்டணங்கள் ஒரு முனையத்திலிருந்து மற்றொன்றுக்கு முனையங்களுக்கிடையேயான கட்டணங்கள் மீது மின்சக்திக்கு எதிர் திசையில் கொண்டு செல்லப்பட வேண்டும். இந்த கட்டண போக்குவரத்தை நிறைவேற்றும் எந்த சாதனமும் எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியின் மூலமாகும். ஒரு கார் பேட்டரி, எடுத்துக்காட்டாக, எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியை உருவாக்க இரசாயன எதிர்வினைகளைப் பயன்படுத்துகிறது. படம் 13 இல் காட்டப்பட்டுள்ள வான் டி கிராஃப் ஜெனரேட்டர் என்பது ஒரு இயந்திர சாதனமாகும், இது ஒரு மின்னோட்ட சக்தியை உருவாக்குகிறது. 1930 களில் அமெரிக்க இயற்பியலாளர் ராபர்ட் ஜே. வான் டி கிராஃப் கண்டுபிடித்தார், இந்த வகை துகள் முடுக்கி துணைத் துகள்களைப் படிக்க பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியின் வேதியியல் மூலத்தை விட இது கருத்தியல் ரீதியாக எளிமையானது என்பதால், வான் டி கிராஃப் ஜெனரேட்டர் முதலில் விவாதிக்கப்படும்.

ஒரு இன்சுலேடிங் கன்வேயர் பெல்ட் வான் டி கிராஃப் இயந்திரத்தின் அடிப்பகுதியில் இருந்து ஒரு பெரிய நடத்தும் குவிமாடத்தின் உட்புறத்திற்கு நேர்மறையான கட்டணத்தை கொண்டு செல்கிறது. சார்ஜ் ரிமூவர் புள்ளிகள் எனப்படும் கூர்மையான உலோக மின்முனைகளின் அருகாமையில் இருந்து கட்டணம் பெல்ட்டிலிருந்து அகற்றப்படுகிறது. கட்டணம் பின்னர் நடத்தும் குவிமாடத்தின் வெளிப்புறத்திற்கு வேகமாக நகரும். நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட குவிமாடம் ஒரு மின்சார புலத்தை உருவாக்குகிறது, இது குவிமாடத்திலிருந்து விலகி, குவிமாடம் நோக்கி பெல்ட்டில் கொண்டு செல்லப்படும் கூடுதல் நேர்மறை கட்டணங்கள் மீது விரட்டும் செயலை வழங்குகிறது. இதனால், கன்வேயர் பெல்ட்டைத் திருப்புவதற்கான பணிகள் செய்யப்படுகின்றன. ஒரு மின்னோட்டம் குவிமாடத்திலிருந்து தரையில் பாய்வதற்கு அனுமதிக்கப்பட்டால் மற்றும் இன்சுலேடிங் பெல்ட்டில் கட்டணம் செலுத்துவதன் மூலம் சமமான மின்னோட்டம் வழங்கப்பட்டால், சமநிலை நிறுவப்பட்டு, குவிமாடத்தின் ஆற்றல் நிலையான நேர்மறை மதிப்பில் இருக்கும். இந்த எடுத்துக்காட்டில், குவிமாடத்திலிருந்து தரையில் உள்ள மின்னோட்டம் துரிதப்படுத்தும் குழாயின் உள்ளே நேர்மறை அயனிகளின் நீரோட்டத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது மின்சார புலத்தின் திசையில் நகரும். பெல்ட்டில் உள்ள கட்டணத்தின் இயக்கம், குவிமாடத்தின் மின்சார புலம் சார்ஜ் மீது செலுத்தும் சக்திக்கு எதிர் திசையில் உள்ளது. மின்சார புலத்திற்கு எதிரே உள்ள ஒரு திசையில் இந்த சார்ஜ் இயக்கம் எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியின் அனைத்து மூலங்களுக்கும் பொதுவான ஒரு அம்சமாகும்.

வேதியியல் ரீதியாக உருவாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியின் விஷயத்தில், வேதியியல் எதிர்வினைகள் ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன. இந்த எதிர்வினைகள் ஒருவருக்கொருவர் அருகாமையில் உள்ள வேதிப்பொருட்களுடன் நடந்தால் (எ.கா., அவை கலந்தால்), வெளியிடப்பட்ட ஆற்றல் கலவையை வெப்பப்படுத்துகிறது. ஒரு வால்டாயிக் கலத்தை உருவாக்க, இந்த எதிர்வினைகள் தனி இடங்களில் ஏற்பட வேண்டும். ஒரு செப்பு கம்பி மற்றும் ஒரு துத்தநாக கம்பி எலுமிச்சையில் குத்தப்பட்டிருப்பது ஒரு எளிய வால்டாயிக் கலத்தை உருவாக்குகிறது. தாமிரம் மற்றும் துத்தநாக கம்பிகளுக்கு இடையிலான சாத்தியமான வேறுபாட்டை எளிதில் அளவிட முடியும் மற்றும் இது 1.1 வோல்ட் என்று கண்டறியப்படுகிறது; செப்பு கம்பி நேர்மறை முனையமாக செயல்படுகிறது. அத்தகைய "எலுமிச்சை பேட்டரி" என்பது ஒரு சிறிய அளவிலான மின்சக்தியை மட்டுமே வழங்கக்கூடிய ஒரு மோசமான வால்டாயிக் கலமாகும். மற்றொரு வகையான 1.1 வோல்ட் பேட்டரி அடிப்படையில் அதே பொருட்களால் கட்டப்பட்டுள்ளது அதிக மின்சாரத்தை வழங்க முடியும். இந்த வழக்கில், ஒரு செப்பு கம்பி தாமிர சல்பேட் கரைசலில் மற்றும் துத்தநாக கம்பி துத்தநாக சல்பேட் கரைசலில் வைக்கப்படுகிறது; இரண்டு தீர்வுகளும் பொட்டாசியம் குளோரைடு உப்பு பாலம் மூலம் மின்சாரத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. (ஒரு உப்பு பாலம் என்பது அயனிகளை சார்ஜ் கேரியர்களாகக் கொண்ட ஒரு கடத்தி ஆகும்.) இரண்டு வகையான பேட்டரிகளிலும், தாமிரத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்களுக்கும் துத்தநாகத்திலும் உள்ள பிணைப்பின் அளவின் வித்தியாசத்திலிருந்து ஆற்றல் வருகிறது. செப்பு சல்பேட் கரைசலில் இருந்து செப்பு அயனிகள் செப்பு மின்முனையில் நடுநிலை செப்பு அயனிகளாக வைக்கப்படும் போது ஆற்றல் பெறப்படுகிறது, இதனால் செப்பு கம்பியிலிருந்து இலவச எலக்ட்ரான்களை நீக்குகிறது. அதே நேரத்தில், துத்தநாக கம்பியிலிருந்து துத்தநாக அணுக்கள் நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துத்தநாக அயனிகளாக கரைசலில் சென்று, துத்தநாக கம்பியை அதிகப்படியான இலவச எலக்ட்ரான்களுடன் விட்டுவிடுகின்றன. இதன் விளைவாக நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட செப்பு கம்பி மற்றும் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துத்தநாக கம்பி உள்ளது. இரண்டு எதிர்வினைகளும் உடல் ரீதியாக பிரிக்கப்படுகின்றன, உப்பு பாலம் உள் சுற்றுகளை நிறைவு செய்கிறது.

படம் 14 ஒரு 12-வோல்ட் ஈய-அமில பேட்டரியை விளக்குகிறது, ஒரு சுற்றில் பேட்டரிகளை சித்தரிப்பதற்கான நிலையான சின்னங்களைப் பயன்படுத்துகிறது. பேட்டரி ஆறு வால்டாயிக் செல்களைக் கொண்டுள்ளது, ஒவ்வொன்றும் ஏறக்குறைய இரண்டு வோல்ட் எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியைக் கொண்டுள்ளன; செல்கள் தொடரில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன, இதனால் ஆறு தனிப்பட்ட மின்னழுத்தங்கள் சுமார் 12 வோல்ட் வரை சேர்க்கின்றன (படம் 14 ஏ). படம் 14 பி இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒவ்வொரு இரண்டு வோல்ட் கலமும் இணையாக மின்சாரம் இணைக்கப்பட்ட பல நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளைக் கொண்டுள்ளது. மின் இணைப்புகளின் பெரிய பரப்பளவை வழங்க இணையான இணைப்பு செய்யப்படுகிறது, அதில் ரசாயன எதிர்வினைகள் நடைபெறலாம். மின்முனைகளின் பொருட்கள் வேதியியல் மாற்றங்களுக்கு உட்படுத்தக்கூடிய அதிக விகிதம் பேட்டரி ஒரு பெரிய மின்னோட்டத்தை வழங்க அனுமதிக்கிறது.

லீட்-ஆசிட் பேட்டரியில், ஒவ்வொரு வால்டாயிக் கலமும் தூய்மையான, பஞ்சுபோன்ற ஈயத்தின் (பிபி) எதிர்மறை மின்முனை மற்றும் ஈய ஆக்சைட்டின் நேர்மறை மின்முனை (பிபிஓ ₂) ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. ஈயம் மற்றும் ஈயம் ஆக்சைடு இரண்டும் கந்தக அமிலம் (H ₂ SO ₄) மற்றும் நீர் (H ₂ O) ஆகியவற்றின் கரைசலில் உள்ளன. நேர்மறை மின்முனையில், வேதியியல் எதிர்வினை PbO ₂ + SO ^- / ₄ ^- + 4H ⁺ + 2e ^- → PbSO ₄ + 2H ₂ O + (1.68 V) ஆகும். எதிர்மறை முனையத்தில், எதிர்வினை Pb + SO ^- / ₄ ^- → PbSO ₄ + 2e ^- + (0.36 V) ஆகும். செல் திறன் 1.68 + 0.36 = 2.04 வோல்ட் ஆகும். மேற்கண்ட சமன்பாடுகளில் உள்ள 1.68 மற்றும் 0.36 வோல்ட் முறையே குறைப்பு மற்றும் ஆக்ஸிஜனேற்ற ஆற்றல்கள்; அவை வேதிப்பொருட்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் பிணைப்புடன் தொடர்புடையவை. பேட்டரி ரீசார்ஜ் செய்யப்படும்போது, ​​கார் ஜெனரேட்டர் மூலமாகவோ அல்லது வெளிப்புற சக்தி மூலமாகவோ, இரண்டு வேதியியல் எதிர்வினைகளும் தலைகீழாக மாறும்.

நேரடி-தற்போதைய சுற்றுகள்

எளிமையான நேரடி-மின்னோட்ட (டி.சி) சுற்று மின்னாற்பகுப்பு சக்தியின் மூலமாக இணைக்கப்பட்ட ஒரு மின்தடையத்தைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு மின்தடையின் சின்னம் படம் 15 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது; இங்கே R, 60Ω இன் மதிப்பு சின்னத்திற்கு அருகிலுள்ள எண் மதிப்பால் வழங்கப்படுகிறது. எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியின் மூலத்திற்கான குறியீடு, மின், மின்னழுத்தத்தின் தொடர்புடைய மதிப்புடன் காட்டப்பட்டுள்ளது. மாநாடு குறுகிய கோடுடன் முனையத்தை விட நீண்ட கோடுடன் முனையத்தை அதிக (அதாவது, அதிக நேர்மறை) ஆற்றலை வழங்குகிறது. ஒரு சுற்றுவட்டத்தின் பல்வேறு கூறுகளை இணைக்கும் நேரான கோடுகள் மிகக் குறைவான எதிர்ப்பைக் கொண்டிருப்பதாகக் கருதப்படுகிறது, இதனால் இந்த இணைப்புகளில் சாத்தியத்தில் எந்த மாற்றமும் இல்லை. சுற்று 60Ω மின்தடையுடன் இணைக்கப்பட்ட 12 வோல்ட் எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியைக் காட்டுகிறது. வரைபடத்தில் a, b, c, d ஆகிய எழுத்துக்கள் குறிப்பு புள்ளிகள்.

எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியின் மூலத்தின் செயல்பாடு புள்ளி d ஐ விட சாத்தியமான 12 வோல்ட் புள்ளியில் ஒரு புள்ளியை பராமரிப்பதாகும். இதனால், சாத்தியமான வேறுபாடு V _a - V _d என்பது 12 வோல்ட் ஆகும். எதிர்ப்பில் சாத்தியமான வேறுபாடு V _b - V _{c ஆகும்}. ஓமின் சட்டத்திலிருந்து, மின்தடையின் வழியாக நான் பாயும் மின்னோட்டமாகும்

A மற்றும் b புள்ளிகள் மிகக் குறைவான எதிர்ப்பின் கடத்தியால் இணைக்கப்பட்டுள்ளதால், அவை ஒரே ஆற்றலில் உள்ளன. அதே காரணத்திற்காக, c மற்றும் d ஆகியவை ஒரே ஆற்றலில் உள்ளன. எனவே, V _b - V _c = V _a - V _d = 12 வோல்ட். சுற்று உள்ள மின்னோட்டம் சமன்பாடு (24) மூலம் வழங்கப்படுகிறது. இவ்வாறு, நான் = 12/60 = 0.2 ஆம்பியர். சமன்பாடு (22) ஐப் பயன்படுத்தி வெப்பம் எளிதில் கணக்கிடப்படுவதால் மின்தடையில் சிதறடிக்கப்படும் சக்தி:

மின்தடையில் வெப்பமாக சிதறடிக்கப்படும் ஆற்றல் எங்கிருந்து வருகிறது? இது எலக்ட்ரோமோட்டிவ் சக்தியின் மூலத்தால் வழங்கப்படுகிறது (எ.கா., ஒரு முன்னணி-அமில பேட்டரி). அத்தகைய ஒரு மூலத்திற்குள், dQ இன் குறைந்த ஆற்றலிலிருந்து அதிக திறன் கொண்ட ஒவ்வொரு கட்டண dQ க்கும், ஒரு அளவு dW = dQ (V _a - V _d) க்கு சமமாக செய்யப்படுகிறது. இந்த வேலை நேர இடைவெளியில் டி.டி.யில் செய்யப்பட்டால், பேட்டரியால் வழங்கப்படும் சக்தி dW ஐ dt ஆல் வகுப்பதன் மூலம் பெறப்படுகிறது. இதனால், பேட்டரி மூலம் வழங்கப்படும் சக்தி (வாட்களில்)

I = 0.2 ஆம்பியர் மற்றும் V _a - V _d = 12 வோல்ட் மதிப்புகளைப் பயன்படுத்தி dW / dt = 2.4 வாட்களை உருவாக்குகிறது. எதிர்பார்த்தபடி, பேட்டரி மூலம் வழங்கப்படும் சக்தி மின்தடையில் வெப்பமாக சிதறடிக்கப்படும் சக்திக்கு சமம்.