برقی کرنٹ

برقی رو کی تعریف

تانبے جیسے موصل کے اندر، ایسے الیکٹران ہوتے ہیں جو آزادانہ اور بے ترتیب طور پر تیز رفتاری سے حرکت کرتے ہیں لیکن دھات سے نہیں بچتے۔ الیکٹران جو آزادانہ حرکت کر سکتے ہیں انہیں آزاد الیکٹران کہتے ہیں۔ اگرچہ الیکٹران تمام سمتوں میں آزادانہ طور پر حرکت کرتے ہیں، لیکن کسی خاص سمت میں الیکٹران کا کوئی خالص بہاؤ نہیں ہے۔ یہ حالت اس وقت ہوتی ہے جب تانبے کے تار کے دونوں سروں کے درمیان کوئی ممکنہ فرق نہ ہو۔

جب تار کسی برقی منبع سے منسلک ہوتا ہے، تو تانبے کے تار کے دونوں سروں کے درمیان ممکنہ فرق پیدا ہوتا ہے، اس طرح تانبے کے تار میں برقی میدان پیدا ہوتا ہے۔ برقی میدان کی موجودگی مفت الیکٹرانوں کو برقی قوت کا تجربہ کرنے کا سبب بنتی ہے F = q E = e E، جہاں F = برقی قوت، e = الیکٹران چارج، E = الیکٹرک فیلڈ ۔ برقی قوت تمام آزادانہ حرکت پذیر الیکٹرانوں کو برقی قوت کی طرح ایک ہی سمت میں ایک عام سرعت کا تجربہ کرنے کا سبب بنتی ہے۔

یہ آزاد الیکٹران، ایک ساتھ حرکت کرتے ہوئے، تانبے کے تار میں ساکن ایٹموں کے درمیان واقع ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے تمام الیکٹران ان ایٹموں سے ٹکرا جاتے ہیں۔ یہ تصادم آزاد الیکٹرانوں کو اپنی حرکت کی سمت تبدیل کرنے کا سبب بنتا ہے۔ یہ تمام الیکٹران مسلسل برقی قوت کے تابع ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ برقی قوت کی طرح ہی سمت میں تیز ہوتے ہیں۔ ایک لمحے کے لیے حرکت کرنے کے بعد، آزاد الیکٹران دوبارہ تانبے کے تار میں موجود ایٹموں سے ٹکرا جاتے ہیں۔ تاہم، مفت الیکٹران ہمیشہ برقی قوت کے تابع ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے تمام الیکٹران دوبارہ تیز ہوجاتے ہیں۔

لہذا، مختلف سمتوں میں تصادفی طور پر حرکت کرنے کے علاوہ، تمام آزاد الیکٹران بھی برقی قوت کی سمت اور برقی میدان کی مخالف سمت میں آہستہ آہستہ ایک ساتھ حرکت کرتے ہیں۔ برقی میدان کی سمت ہائی الیکٹرک پوٹینشل سے کم برقی پوٹینشل کی طرف ہے، جبکہ الیکٹران کم پوٹینشل سے ہائی پوٹینشل کی طرف جاتے ہیں۔ ہر آزاد الیکٹران کی بے ترتیب حرکت کی رفتار بہت تیز ہوتی ہے، جب کہ برقی قوت کی سمت میں آزاد الیکٹران کی اجتماعی حرکت کی رفتار بہت سست ہوتی ہے۔ برقی قوت کی سمت میں آزاد الیکٹرانوں کی اس اجتماعی حرکت کو بہاؤ کی رفتار بھی کہا جاتا ہے۔

برقی کرنٹ کی تعریف ایک مخصوص وقت کے وقفے کے دوران کنڈکٹر کے کراس سیکشن کے ذریعے برقی چارج کے بہاؤ کے طور پر کی جاتی ہے ۔ کنونشن کے مطابق، برقی رو کی سمت مثبت چارجز کی حرکت کی سمت کے برابر ہے۔ یہ معاہدہ اس سے پہلے کیا گیا تھا کہ یہ معلوم ہو جائے کہ موصل میں اصل میں جو حرکت ہوتی ہے وہ آزاد، منفی چارج شدہ الیکٹران ہیں۔ موصل میں الیکٹران کی حرکت کی سمت برقی رو کی سمت کے مخالف ہے۔ لہذا، جب موصل میں بہنے والے کرنٹ پر بحث کرتے ہیں، تو اس کا مطلب مثبت چارجز کا بہاؤ ہے، جسے روایتی کرنٹ بھی کہا جاتا ہے کیونکہ یہ اس معاہدے کا نتیجہ ہے۔

برقی کرنٹ کا فارمولا

ریاضیاتی طور پر، برقی رو کا اظہار مساوات سے کیا جاتا ہے:
I = ΔQ / Δt
فارمولہ کی تفصیل: I = برقی رو، ΔQ = برقی چارج کی مقدار، Δt = وقت کا وقفہ۔

برقی رو کی اکائی

برقی چارج کی اکائی کولمب ہے، وقت کی اکائی دوسری ہے، تو برقی رو کی اکائی کولمب/سیکنڈ ہے۔ کولمب/سیکنڈ کو ایمپیئر بھی کہا جاتا ہے ، جس کا نام فرانسیسی ماہر طبیعیات آندرے میری ایمپیئر (1775-1836) کے نام پر رکھا گیا ہے۔ 1 ایمپیئر = 1 کولمب/سیکنڈ (1 A = 1 C/s)۔ دوسرے الفاظ میں، 1 ایمپیئر کا برقی کرنٹ 1 سیکنڈ کے لیے تار کے کراس سیکشنل ایریا سے گزرنے والے 1 کولمب کے برقی چارج کے برابر ہے۔ ایمپیئرز میں ظاہر کیے جانے کے علاوہ، برقی رو کا اظہار ملی ایمپیئرز (1 ایم اے = 10 ^-3 اے)، مائیکرو ایمپیرز (1 μA = 10 ^-6 اے)، نانو ایمپیرز (1 nA = 10 ^-9 A) یا picoamperes (1 pA = 10 ^-12 A) میں بھی ہوتا ہے۔

مثال سوال 1:

2 ایمپیئر کا کرنٹ ایک تار سے 8 سیکنڈ تک بہتا ہے۔ ایک پوائنٹ سے گزرنے والے چارج کی شدت اور اس چارج میں الیکٹران کی تعداد کا تعین کریں!
بحث
معلوم ہوا ہے کہ:
برقی کرنٹ (I) = 1 ایمپیئر
وقت کا وقفہ (t) = 2 سیکنڈ
پوچھا: چارج (Q) اور الیکٹران کی تعداد (e)
جواب:
برقی کرنٹ فارمولا:
I = Q/t
فارمولہ کی تفصیل: I = برقی رو، Q = برقی چارج، t = وقت کا وقفہ
الیکٹرک چارج:
Q = I t = (2 ایمپیئر) (8 سیکنڈ) = 16 کولمبس۔

ایک الیکٹران کا چارج 1,6 x 10 ^{-19 کولمبس ہے لہذا 16 کولمبس کے چارج میں 16 C / 1,6 x 10 -19} کولمب = 10 x 10 ¹⁹ الیکٹران جتنے الیکٹران ہوتے ہیں ۔

برقی کرنٹ، بڑھے ہوئے رفتار اور کرنٹ کثافت

کراس سیکشنل ایریا والے کنڈکٹر میں الیکٹرک فیلڈ E کی سمت میں بڑھنے کی رفتار v کے ساتھ دائیں طرف بڑھنے والے مثبت چارج پر غور کریں۔

اگر چارج شدہ ذرات کی تعداد فی حجم (چارجڈ پارٹیکل ڈینسٹی) n ہے اور کنڈکٹر کا حجم A s = A vt ہے، تو کنڈکٹر والیوم میں چارج شدہ ذرات کی تعداد n A v t ہے۔ اگر ہر چارج شدہ ذرہ کا چارج q ہے تو چارج کی مقدار جو وقت کے وقفے کے دوران موصل کے اختتام سے گزرتی ہے Q = nq A v t ہے۔ تو کنڈکٹر کے سرے سے بہنے والا برقی رو I = Q/t = nq A v ہے۔ جب کہ کرنٹ کی کثافت یا کرنٹ فی کراس سیکشنل ایریا A ہے J = I/A = nq v۔ یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ موصل میں بہنے والا کرنٹ چارج شدہ ذرات کی کثافت کی ضرب کا نتیجہ ہے، چارج شدہ ذرات کی ضرب کا نتیجہ ہے۔ کنڈکٹر کا کراس سیکشنل ایریا (A) اور چارج شدہ ذرات (v) کے بڑھنے کی رفتار۔

ہر چارج شدہ ذرات کی رفتار اور تمام چارج شدہ ذرات کی بڑھی ہوئی رفتار کے درمیان فرق کو سمجھنے کے لیے درج ذیل مثال کے مسئلے کا مطالعہ کریں۔

مثال سوال 2:

3 x 10 کے کراس سیکشنل ایریا کے ساتھ تانبے کے تار میں 10 ایمپیئر کا مستقل کرنٹ بہتا ہے۔^-6 m². مفت الیکٹران کثافت 8,4 x 10 ہے۔²⁸ الیکٹران/م³. مفت الیکٹرانوں کے بڑھنے کی رفتار کا تعین کریں!
بحث
معلوم ہوا ہے کہ:
برقی کرنٹ (I) = 10 ایمپیئر
وائر کراس سیکشنل ایریا (A) = 3 x 10^-6 m²
مفت الیکٹران کثافت (n) = 8,4 x 10²⁸ m^-3
الیکٹران چارج (q) = 1,6 x 10^19- C
پوچھا: مفت الیکٹران بڑھنے کی رفتار (v)
جواب:
الیکٹران کی رفتار کا حساب پہلے سے اخذ کردہ فارمولے سے کیا جاتا ہے:

تفصیل: I = برقی کرنٹ، n = چارج شدہ ذرات کی کثافت = مفت الیکٹرانوں کی کثافت، q = ایک الیکٹران کا چارج، A = موصل کا کراس سیکشنل علاقہ، v = الیکٹران کے بڑھنے کی رفتار

الیکٹران کے بڑھنے کی رفتار 0,248 x 10 ^-3 میٹر/سیکنڈ = 0,248 ملی میٹر/سیکنڈ ہے۔

مفت الیکٹران ایک تار میں 0,248 ملی میٹر فی سیکنڈ کی رفتار سے ایک ساتھ حرکت کرتے ہیں۔ دوسرے الفاظ میں، ہر سیکنڈ میں تمام آزاد الیکٹران 0,248 ملی میٹر حرکت کرتے ہیں۔ یہ بہت سست رفتار ہے۔ اگر مفت الیکٹران کی حرکت اتنی سست ہے، تو سوئچ آن ہونے کے فوراً بعد برقی روشنی کیوں آن ہو جاتی ہے؟

اس کو سمجھنے کے لیے، ایک موصل میں الیکٹران کے بہاؤ کو ایک نلی میں پانی کے بہاؤ کی طرح سمجھیں۔ اگر نلی پانی سے بھری ہوئی ہے، تو اگر نلی کا ایک سرا ٹونٹی سے جڑا ہوا ہے، تو فوراً دوسرے سرے سے پانی نکل جائے گا۔ اسی طرح، تانبے کے تار اور روشنی کے بلب کے تار میں مفت الیکٹران ہوتے ہیں۔ جب سوئچ آن ہوتا ہے تو، روشنی کی رفتار (روشنی کی رفتار = 3 x 108 ^میٹر /سیکنڈ) کے قریب آنے والی رفتار کے ساتھ ایک برقی میدان پیدا ہوتا ہے، جس کی وجہ سے آزاد الیکٹران فوری طور پر ایک ساتھ حرکت کرنا شروع کر دیتے ہیں۔ لائٹ بلب کے تار میں پہلے سے ہی مفت الیکٹران موجود ہیں، اس لیے لائٹ بلب فوراً آن ہو جاتا ہے۔