برقی بہاؤ

برقی کرنٹ کی تعریف

تانبے جیسے موصل میں، ایسے الیکٹران ہوتے ہیں جو بے ترتیب طور پر تیز رفتاری سے آزادانہ طور پر 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 الیکٹرانوں کا کل 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 ماخذ سے منسلک ہوتا ہے، تو تانبے کے تار کے دونوں سروں کے درمیان ممکنہ فرق پیدا ہوتا ہے، تاکہ تانبے کے تار کے اندر ایک برقی میدان ظاہر ہو۔ برقی میدان کا وجود مفت الیکٹرانوں کو برقی قوت F = q E = e E کا تجربہ کرنے کا سبب بنتا ہے، جہاں F = برقی قوت ، e = الیکٹران چارج، E = برقی میدان ۔ یہ برقی قوت ان تمام الیکٹرانوں کو جو آزادانہ طور پر حرکت کر رہے ہیں کو ایک ساتھ تیز کرنے کا سبب بنتی ہے، جو کہ برقی قوت کی ایک ہی سمت ہے۔

آزاد الیکٹران جو ایک ساتھ حرکت کرتے ہیں وہ ایٹموں کے درمیان ہوتے ہیں جو تانبے کے تار میں رہتے ہیں تاکہ تمام الیکٹران ایٹموں سے ٹکرا جائیں۔ تصادم کی وجہ سے آزاد الیکٹران کی سمت بدل جاتی ہے۔ یہ تمام الیکٹران ہمیشہ برقی قوت کا تجربہ کرتے ہیں تاکہ تمام الیکٹران اسی سمت میں تیز ہو جائیں جس سمت برقی قوت کی سمت ہے۔ ایک لمحے کے لیے حرکت کرنے کے بعد، مفت الیکٹران تانبے کے تار میں موجود ایٹموں سے ٹکرا جاتے ہیں۔ لیکن مفت الیکٹران ہمیشہ برقی قوت کا تجربہ کرتے ہیں تاکہ تمام الیکٹران دوبارہ تیز ہوجائیں۔ لہٰذا مختلف سمتوں میں تصادفی طور پر حرکت کرنے کے علاوہ، تمام آزاد الیکٹران برقی قوت کی سمت اور برقی میدان کی مخالف سمت میں بھی آہستہ آہستہ ایک ساتھ حرکت کرتے ہیں۔ برقی میدان کی سمت ایک اعلی برقی 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 کے ساتھ چلنے والی حرکت کی رفتار بہت سست ہوتی ہے۔ برقی قوت کی سمت میں مفت الیکٹران کے ساتھ اس حرکت کو بڑھے ہوئے رفتار بھی کہا جاتا ہے ۔

برقی رو 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۔ معاہدے کے مطابق، برقی رو کی سمت مثبت چارج کی سمت کے طور پر ایک ہی ہے. یہ معاہدہ اس سے پہلے کیا گیا تھا کہ یہ معلوم ہو جائے کہ موصل میں اصل میں جو حرکت ہوتی ہے وہ منفی چارج شدہ مفت الیکٹران ہے۔ موصل میں الیکٹران کی حرکت کی سمت برقی رو کی سمت کے مخالف ہے۔ لہٰذا اگر ہم موصل میں بہنے والے کرنٹ پر بحث کریں، تو اس کا مطلب مثبت چارج کا بہاؤ ہے، جسے روایتی کرنٹ بھی کہا جاتا ہے کیونکہ یہ ایک معاہدے کا نتیجہ ہے۔

برقی رو کی مساوات

ریاضیاتی طور پر، برقی رو کا اظہار مساوات سے کیا جاتا ہے:

I = Δ Q / Δt

I = برقی کرنٹ، ΔQ = برقی چارج کی مقدار، Δt = وقت کا وقفہ۔

برقی رو کی اکائی

برقی چارج کی اکائی کولمب ہے، وقت کی اکائی سیکنڈ ہے، تو برقی رو کی اکائی کولمب/سیکنڈ ہے۔ کولمب/سیکنڈ کو ایمپیئر بھی کہا جاتا ہے، جو فرانسیسی ماہر طبیعیات آندرے میری ایمپیئر (1775-1836) کا نام ہے۔ 1 ایمپیئر = 1 کولمب/سیکنڈ (1 A = 1 C/s)۔ دوسرے لفظوں میں، 1 ایمپیئر کا برقی کرنٹ 1 کولمب کے برقی چارج کے برابر ہے جو 1 سیکنڈ کے لیے تار کے کراس سیکشنل ایریا سے گزرتا ہے۔ ایمپیئرز میں ظاہر ہونے کے علاوہ، برقی رو کا اظہار ملی ایمپیئرز (1 ایم اے = 10 ^-3 اے)، مائکرو ایمپیئرز (1 μA = 10 ^-6 اے)، نینو ایمپیئرز (1 nA = 10-9 A) یا picoamperes (1 pA = 10 ^-12 A) میں بھی کیا جاتا ہے۔

نمونہ کا مسئلہ 1:

2 ایمپیئر کا کرنٹ 8 سیکنڈ کے لیے تار سے گزرتا ہے۔ ایک پوائنٹ سے گزرنے والے چارج کی مقدار اور اس چارج میں الیکٹران کی تعداد کا تعین کریں!

معروف:

برقی کرنٹ (I) = 1 ایمپیئر

وقت کا وقفہ (t) = 2 سیکنڈ

مطلوب: چارج (Q) اور الیکٹران کی تعداد (e)

حل:

برقی رو کی مساوات:

I = Q/t

I = برقی کرنٹ، Q = برقی چارج، t = وقت کا وقفہ

الیکٹرک چارج:

Q = I t = (2 ایمپیئر) (8 سیکنڈ) = 16 سی۔

ایک الیکٹران کا چارج 1.6 x 10 ^{-19 کولمب ہے، لہذا 16 کولمب کے چارج میں 16 C / 1.6 x 10 -19} کولمب = 10 x 10 ¹⁹ الیکٹران جتنے الیکٹران ہیں ۔

برقی کرنٹ، بڑھے ہوئے رفتار، اور کرنٹ کثافت

مثبت چارج کا جائزہ لیں جو رفتار کے ساتھ دائیں طرف بڑھ رہا ہے، الیکٹرک فیلڈ E کی سمت میں بہتا ہوا v

ایک کنڈکٹر پر جس کا کراس سیکشنل ایریا ہوتا ہے A۔ مثبت چارج وقت کے وقفہ کے دوران s = vt تک منتقل ہوتا ہے۔

اگر چارج شدہ ذرات کی تعداد فی حجم (چارج شدہ ذرات کی کثافت) n ہے اور موصل کا حجم A s = A vt ہے،

پھر موصل کے حجم میں چارج شدہ ذرات کی تعداد n A v t ہے۔ اگر ہر چارج شدہ ذرہ کا چارج q ہے تو وقفہ t کے دوران موصل کے سرے سے گزرنے والے چارج کی مقدار Q = nq A v t ہے۔ لہذا، کنڈکٹر کے سرے سے بہنے والا برقی رو I = Q / t = nq A v ہے۔ جبکہ کرنٹ کی کثافت یا کرنٹ فی کراس سیکشنل ایریا A J = I / A = nq v ہے۔

یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ موصل میں بہنے والا کرنٹ چارج شدہ ذرات (n) کی کثافت کی ضرب کا نتیجہ ہے۔

ہر ذرہ (q) کے چارج کی مقدار، موصل کا رقبہ (A) اور چارج شدہ ذرات (v) کی رفتار۔

مندرجہ ذیل مثال کے سوالات کا مطالعہ کریں۔

نمونہ کا مسئلہ 2:

تانبے کے تار میں 10 ایمپیئر کا مستقل کرنٹ بہتا ہے جس کا کراس سیکشن رقبہ 3 x 10 ^-6 m ² ہے ۔ مفت الیکٹران کی کثافت 8.4 x 10 ²⁸ الیکٹران/m ³ ہے ۔ مفت الیکٹران بہاؤ کی رفتار کا تعین کریں!

معروف:

برقی کرنٹ (I) = 10 ایمپیئر

وائر کراس سیکشنل ایریا (A) = 3 x 10 ^-6 m ²

مفت الیکٹران کثافت (n) = 8.4 x 10 ²⁸ m ^-3

الیکٹران چارج (q) = 1.6 x 10 ^-19 C

مطلوب: مفت الیکٹران بڑھے کی رفتار (v)

حل:

الیکٹران کی رفتار کا حساب اس فارمولے سے کیا جاتا ہے جو پہلے اخذ کیا جا چکا ہے:

I = برقی کرنٹ، n = چارج شدہ ذرات کی کثافت = الیکٹران کی کثافت، q = ایک الیکٹران 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 ایک سیکنڈ، تمام فری الیکٹران 0.248 ملی میٹر تک حرکت کرتے ہیں۔ یہ بہت سست رفتار ہے۔ اگر مفت الیکٹران کی حرکت بہت سست ہے، تو سوئچ آن ہونے کے فوراً بعد برقی روشنی کیوں آن ہو جاتی ہے؟

اس کو سمجھنے کے لیے موصل میں الیکٹران اس طرح بہتے ہیں جیسے نلی کے اندر پانی کا بہاؤ۔ اگر نلی پانی سے بھری ہو تو اگر نلی کا ایک سرا نل سے جڑا ہو تو دوسری نلی کے ایک سرے سے فوراً پانی نکل جاتا ہے۔ 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 10 ⁸ میٹر/سیکنڈ) کے قریب آنے والی رفتار کے ساتھ ایک برقی میدان پیدا ہوتا ہے، جس کی وجہ سے اس وقت آزاد الیکٹران ایک ساتھ حرکت کرنا شروع کر دیتے ہیں۔ روشنی کے بلب کے تار میں پہلے سے ہی مفت الیکٹران موجود ہیں تاکہ روشنی اسی لمحے آن ہو۔

مسائل اور حل

1. ایک تار میں 10 A کا مستحکم کرنٹ 2 منٹ تک موجود رہتا ہے۔ چارج کی کتنی مقدار کسی بھی مقام پر کنڈکٹر سے گزرتی ہے۔

جانا جاتا ہے:

برقی کرنٹ (I) = 10 A

وقت کا وقفہ (t) = 2 منٹ = 2 x 60 سیکنڈ = 120 سیکنڈ

مطلوب: چارج (Q)

حل:

برقی رو کی مساوات:

I = q/t

I = برقی رو، q = برقی چارج، t = وقت کا وقفہ

برقی چارج:

Q = I t = (10) (120) = 1200 C

2. 60 C چارج سرکٹ میں 5 منٹ کے لیے ایک پوائنٹ سے گزرتا ہے۔ برقی رو کیا ہے؟

جانا جاتا ہے:

وقت کا وقفہ (t) = 5 منٹ = 5 x 60 سیکنڈ = 300 سیکنڈ

برقی چارج (Q) = 60 C

مطلوبہ: برقی کرنٹ (I)

حل:

برقی رو:

I = Q/t

I = 60 / 300

I = 0.2 کولمب/سیکنڈ

I = 0.2 ایمپیئر

3. SI نظام میں برقی رو کی اکائی ہے…

حل

کولمبس/سیکنڈ

کولمبس/سیکنڈز، جسے ایک خاص نام دیا گیا ہے، ایمپیئر۔