बिजली की गति

बिजली शब्द आमतौर पर एक विद्युत कंडक्टर के माध्यम से एक संभावित अंतर या एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में इलेक्ट्रॉनों (या अन्य चार्ज वाहक) के आंदोलन को संदर्भित करता है। इस प्रवाह की गति के कई अर्थ हैं। रोजमर्रा के विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, संकेत विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में यात्रा करते हैं, आमतौर पर वेग कारक # विशिष्ट वेग कारकों पर। निर्वात में प्रकाश की गति का 50%-99%, जबकि इलेक्ट्रॉन स्वयं बहुत धीमी गति से चलते हैं; बहाव वेग और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता देखें।

विद्युत चुम्बकीय तरंगें

जिस गति से ऊर्जा या संकेत एक केबल के नीचे यात्रा करते हैं, वह वास्तव में केबल के साथ (निर्देशित) यात्रा करने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग की गति होती है। यानी, एक केबल वेवगाइड का एक रूप है। विद्युत आवेश वाहकों (विद्युत क्षेत्र घटक के साथ परस्पर क्रिया) और चुंबकीय द्विध्रुव (चुंबकीय क्षेत्र घटक के साथ परस्पर क्रिया) की उपस्थिति के कारण केबल के अंदर और आसपास की सामग्री के साथ बातचीत से लहर का प्रसार प्रभावित होता है। इन इंटरैक्शन को आम तौर पर पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) और शामिल सामग्रियों की पारगम्यता द्वारा माध्य क्षेत्र सिद्धांत का उपयोग करके वर्णित किया जाता है। ऊर्जा/संकेत आमतौर पर एक केबल के विद्युत कंडक्टर के बाहर अत्यधिक प्रवाहित होते हैं; कंडक्टर का उद्देश्य इस प्रकार ऊर्जा का संचालन करना नहीं है, बल्कि ऊर्जा-वाहक तरंग का मार्गदर्शन करना है।^[1]^: 360

अच्छे डाइलेक्ट्रिक्स में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का वेग

कम हानि वाले परावैद्युत में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का वेग किसके द्वारा दिया जाता है^[1]^: 346

v={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon \mu }}}={\frac {c}{\sqrt {\varepsilon _{r}\mu _{r}}}}.

कहाँ

$c$ = निर्वात में प्रकाश की गति।
$\mu _{0}$ = मुक्त स्थान की पारगम्यता = 4π x 10⁻⁷ एच/एम.
$\mu _{r}$ = सामग्री की सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता। आमतौर पर अच्छे डाइलेक्ट्रिक्स में, उदाहरण के लिए। निर्वात, वायु, टेफ्लॉन, $\mu _{r}=1$ .
$\mu =\mu _{r}\mu _{0}$ .
$\varepsilon _{0}$ = मुक्त स्थान की पारगम्यता = 8.854 x 10⁻¹² एफ/एम.
$\varepsilon _{r}$ = सामग्री की सापेक्ष पारगम्यता। आमतौर पर अच्छे कंडक्टर जैसे। तांबा, चांदी, सोना, $\varepsilon _{r}=1$ .
$\varepsilon =\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}$ .

अच्छे कंडक्टरों में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का वेग

एक अच्छे कंडक्टर में अनुप्रस्थ इलेक्ट्रोमैग्नेटिक (टीईएम) मोड तरंगों का वेग किसके द्वारा दिया जाता है^[1]^: 360 ^[2]^: 142 ^[3]^: 50–52

v={\sqrt {\frac {2\omega }{\sigma \mu }}}={\sqrt {\frac {4\pi }{\sigma _{c}\mu _{0}}}}{\sqrt {\frac {f}{\sigma _{r}\mu _{r}}}}\approx \left(0.41~\mathrm {m/s} \right){\sqrt {\frac {f/(1~\mathrm {Hz} )}{\sigma _{r}\mu _{r}}}}.

कहाँ

$f$ = आवृत्ति।
$\omega$ = कोणीय आवृत्ति = 2 $π$ एफ।
$\sigma _{c}$ = annealed तांबे की विद्युत चालकता = 5.96×10⁷ S/m.
$\sigma _{r}$ = तांबे की चालकता के सापेक्ष सामग्री की चालकता। कड़ी मेहनत वाले तांबे के लिए $\sigma _{r}$ 0.97 जितना कम हो सकता है।
$\sigma =\sigma _{r}\sigma _{c}$ .

और पारगम्यता को ऊपर के रूप में परिभाषित किया गया है § Speed of electromagnetic waves in good dielectrics

$\mu _{0}$ = मुक्त स्थान की पारगम्यता = 4π x 10⁻⁷ एच/एम.
$\mu _{r}$ = सामग्री की सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता। तांबे जैसे चुंबकीय रूप से प्रवाहकीय सामग्री में आमतौर पर होता है $\mu _{r}$ करीब 1.
$\mu =\mu _{r}\mu _{0}$ .

यह वेग वह गति है जिसके साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगें कंडक्टर में प्रवेश करती हैं और चालन इलेक्ट्रॉनों का बहाव वेग नहीं है। तांबे में 60 पर{{nbsp}हर्ट्ज, $v\approx$ 3.2 एमएस। स्नेल के नियम और बेहद कम गति के परिणामस्वरूप, विद्युत चुम्बकीय तरंगें हमेशा एक दिशा में अच्छे कंडक्टरों में प्रवेश करती हैं जो कि सतह के सामान्य के एक मिलीराडियन के भीतर होती है, भले ही घटना के कोण की परवाह किए बिना।

सर्किट में विद्युत चुम्बकीय तरंगें

विद्युत परिपथों की सैद्धांतिक जांच में, अंतरिक्ष के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रसार की गति को आमतौर पर नहीं माना जाता है; क्षेत्र को एक पूर्व शर्त के रूप में माना जाता है, जो पूरे अंतरिक्ष में मौजूद है। क्षेत्र के चुंबकीय घटक को धारा के चरण में माना जाता है, और विद्युत घटक को वोल्टेज के साथ चरण में माना जाता है। विद्युत क्षेत्र कंडक्टर पर शुरू होता है, और प्रकाश के वेग से अंतरिक्ष के माध्यम से फैलता है (जो उस सामग्री पर निर्भर करता है जिसके माध्यम से वह यात्रा कर रहा है)। ध्यान दें कि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र अंतरिक्ष के माध्यम से नहीं चलते हैं। यह विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा है जो चलती है; संबंधित क्षेत्र ऊर्जा के प्रवाह के जवाब में अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में बस बढ़ते और घटते हैं। अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर, विद्युत क्षेत्र उस क्षण विद्युत ऊर्जा प्रवाह की स्थिति के अनुरूप नहीं होता है, बल्कि एक क्षण पहले प्रवाह के अनुरूप होता है। विलंबता को कंडक्टर से विचाराधीन बिंदु तक प्रचारित करने के लिए आवश्यक समय से निर्धारित किया जाता है। दूसरे शब्दों में, कंडक्टर से दूरी जितनी अधिक होगी, विद्युत क्षेत्र उतना ही अधिक पिछड़ जाएगा।^[4]

चूंकि प्रसार का वेग बहुत अधिक है - लगभग 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंड - एक प्रत्यावर्ती या दोलन धारा की लहर, यहां तक कि उच्च आवृत्ति की भी, काफी लंबाई की होती है। प्रति सेकंड 60 चक्रों पर, तरंग दैर्ध्य 5,000 किलोमीटर है, और 100,000 हर्ट्ज पर भी तरंग दैर्ध्य 3 किलोमीटर है। क्षेत्र मापन और अनुप्रयोग में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली दूरी की तुलना में यह बहुत बड़ी दूरी है।^[4]

एक कंडक्टर के विद्युत क्षेत्र का महत्वपूर्ण हिस्सा रिटर्न कंडक्टर तक फैला होता है, जो आमतौर पर केवल कुछ फीट की दूरी पर होता है। अधिक दूरी पर, कुल क्षेत्र को कंडक्टर और रिटर्न कंडक्टर के बीच के अंतर क्षेत्र द्वारा अनुमानित किया जा सकता है, जो रद्द करने की प्रवृत्ति रखते हैं। इसलिए, विद्युत क्षेत्र की तीव्रता आमतौर पर उस दूरी पर अनुमेय होती है जो तरंग दैर्ध्य की तुलना में अभी भी छोटी है। उस सीमा के भीतर जिसमें एक प्रशंसनीय क्षेत्र मौजूद है, यह क्षेत्र व्यावहारिक रूप से कंडक्टर में ऊर्जा के प्रवाह के चरण में है। यही है, प्रसार के वेग का कोई सराहनीय प्रभाव नहीं होता है जब तक कि रिटर्न कंडक्टर बहुत दूर न हो, या पूरी तरह से अनुपस्थित हो, या आवृत्ति इतनी अधिक हो कि रिटर्न कंडक्टर की दूरी तरंग दैर्ध्य का एक सराहनीय हिस्सा हो।^[4]

इलेक्ट्रिक ड्रिफ्ट

बहाव वेग विद्युत क्षेत्र के कारण इलेक्ट्रॉन जैसे कण के औसत वेग से संबंधित है। सामान्य तौर पर, एक इलेक्ट्रॉन फर्मी ऊर्जा # संबंधित मात्रा में एक कंडक्टर में बेतरतीब ढंग से प्रचार करेगा।^[5] एक कंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉन एक यादृच्छिक पथ का अनुसरण करते हैं। विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति के बिना, इलेक्ट्रॉनों का कोई शुद्ध वेग नहीं होता है। जब एक प्रत्यक्ष धारा लागू की जाती है, तो इलेक्ट्रॉन बहाव वेग विद्युत क्षेत्र की ताकत के अनुपात में गति में वृद्धि करेगा। 1 एम्पीयर करंट में 2 मिमी व्यास वाले तांबे के तार में बहाव का वेग लगभग 8 सेमी प्रति घंटा है। प्रत्यावर्ती धाराएँ कोई शुद्ध गति नहीं करती हैं; वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र (कुछ माइक्रोमीटर की दूरी पर - बहाव वेग # संख्यात्मक उदाहरण देखें) के जवाब में इलेक्ट्रॉन आगे और पीछे दोलन करते हैं।

यह भी देखें

संदर्भ

↑ ^1.0 ^1.1 ^1.2 Hayt, William H. (1989), Engineering Electromagnetics (5th ed.), McGraw-Hill, ISBN 0070274061
↑ Balanis, Constantine A. (2012), Engineering Electromagnetics (2nd ed.), Wiley, ISBN 978-0-470-58948-9
↑ Harrington, Roger F. (1961), Time-Harmonic Electromagnetic Fields, McGraw-Hill, ISBN 0-07-026745-6
↑ ^4.0 ^4.1 ^4.2 Theory and calculation of transient electric phenomena and oscillations By Charles Proteus Steinmetz
↑ Academic Press dictionary of science and technology By Christopher G. Morris, Academic Press.

अग्रिम पठन

Alfvén, H. (1950). Cosmical electrodynamics. Oxford: Clarendon Press
Alfvén, H. (1981). Cosmic plasma. Taylor & Francis US.
"Velocity of Propagation of Electric Field", Theory and Calculation of Transient Electric Phenomena and Oscillations by Charles Proteus Steinmetz, Chapter VIII, p. 394-, McGraw-Hill, 1920.
Fleming, J. A. (1911). Propagation of electric currents in telephone & telegraph conductors. New York: Van Nostrand

बाहरी संबंध

Propagation Times

[Hayt_5-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 Hayt, William H. (1989), Engineering Electromagnetics (5th ed.), McGraw-Hill, ISBN 0070274061

[Balanis_AEE_2-2] Balanis, Constantine A. (2012), Engineering Electromagnetics (2nd ed.), Wiley, ISBN 978-0-470-58948-9

[Harrington_THEF-3] Harrington, Roger F. (1961), Time-Harmonic Electromagnetic Fields, McGraw-Hill, ISBN 0-07-026745-6

[Theoryandcalculationoftransients-4] 4.0 ^4.1 ^4.2 Theory and calculation of transient electric phenomena and oscillations By Charles Proteus Steinmetz

[5] Academic Press dictionary of science and technology By Christopher G. Morris, Academic Press.

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