चालकता: परिभाषा|समीकरण|मापन|अनुप्रयोग
इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटीयह एक अमूर्त अवधारणा से कहीं अधिक है; यह हमारी परस्पर जुड़ी दुनिया की मूलभूत रीढ़ है, जो आपके हाथ में मौजूद नवीनतम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से लेकर हमारे शहरों को रोशन करने वाले विशाल विद्युत वितरण ग्रिडों तक, हर चीज को चुपचाप शक्ति प्रदान करती है।
इंजीनियरों, भौतिकविदों, पदार्थ वैज्ञानिकों, या पदार्थ के व्यवहार को वास्तविक रूप से समझने के इच्छुक किसी भी व्यक्ति के लिए, चालकता में महारत हासिल करना अनिवार्य है। यह गहन मार्गदर्शिका न केवल चालकता की सटीक परिभाषा प्रदान करती है, बल्कि इसके महत्वपूर्ण महत्व को भी उजागर करती है, इसे प्रभावित करने वाले कारकों की पड़ताल करती है, और अर्धचालक, पदार्थ विज्ञान और नवीकरणीय ऊर्जा जैसे विविध क्षेत्रों में इसके अत्याधुनिक अनुप्रयोगों पर प्रकाश डालती है। इस आवश्यक गुण को समझने से विद्युत जगत के बारे में आपके ज्ञान में कैसे क्रांति आ सकती है, यह जानने के लिए बस क्लिक करें।
विषयसूची:
2. चालकता को प्रभावित करने वाले कारक
5. चालकता मापने के लिए प्रयुक्त उपकरण
7. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
चालकता क्या है?
विद्युत चालकता (σ) एक मौलिक भौतिक गुण है जो किसी पदार्थ की विद्युत धारा के प्रवाह को सहन करने की क्षमता को मापता हैमूलतः, यह निर्धारित करता है कि आवेश वाहक, मुख्यतः धातुओं में मुक्त इलेक्ट्रॉन, किसी पदार्थ को कितनी आसानी से पार कर सकते हैं। यह आवश्यक विशेषता माइक्रोप्रोसेसरों से लेकर नगरपालिका विद्युत अवसंरचना तक अनगिनत अनुप्रयोगों का ठोस आधार है।
चालकता के पारस्परिक भाग के रूप में, विद्युत प्रतिरोधकता (ρ) धारा प्रवाह का विरोध है। इसलिए,कम प्रतिरोध सीधे उच्च चालकता से मेल खाता हैइस माप के लिए मानक अंतरराष्ट्रीय इकाई सीमेंस प्रति मीटर (एस/एम), हालांकि मिलीसीमेन प्रति सेंटीमीटर (एमएस/सेमी) का प्रयोग सामान्यतः रासायनिक और पर्यावरणीय विश्लेषण में किया जाता है।
चालकता बनाम प्रतिरोधकता: चालक बनाम कुचालक
असाधारण चालकता (σ) पदार्थों को चालक बनाती है, जबकि स्पष्ट प्रतिरोधकता (ρ) उन्हें आदर्श कुचालक बनाती है। मूलतः, पदार्थों की चालकता में यह तीव्र अंतर गतिशील आवेश वाहकों की विभेदक उपलब्धता से उत्पन्न होता है।
उच्च चालकता (कंडक्टर)
तांबा और एल्युमीनियम जैसी धातुएँ अत्यधिक उच्च चालकता प्रदर्शित करती हैं। यह उनकी परमाणु संरचना के कारण है, जिसमें आसानी से गतिशील संयोजकता इलेक्ट्रॉनों का एक विशाल 'समुद्र' होता है जो किसी भी परमाणु से दृढ़ता से बंधे नहीं होते। यह गुण उन्हें विद्युत तारों, विद्युत पारेषण लाइनों और उच्च-आवृत्ति परिपथों के लिए अपरिहार्य बनाता है।
यदि आप अधिक पदार्थों की विद्युत चालकता के बारे में जानने के लिए उत्सुक हैं, तो कृपया अपने जीवन में सभी पदार्थों की विद्युत चालकता पर केंद्रित पोस्ट को पढ़ें।
कम चालकता (इंसुलेटर)
रबर, काँच और सिरेमिक जैसी सामग्रियों को विद्युतरोधी कहा जाता है। इनमें मुक्त इलेक्ट्रॉन बहुत कम या बिलकुल नहीं होते, जो विद्युत धारा के प्रवाह का प्रबल प्रतिरोध करते हैं। यह विशेषता इन्हें सभी विद्युत प्रणालियों में सुरक्षा, पृथक्करण और शॉर्ट सर्किट की रोकथाम के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण बनाती है।
चालकता को प्रभावित करने वाले कारक
विद्युत चालकता एक मूलभूत पदार्थ गुण है, लेकिन एक आम भ्रांति के विपरीत, यह कोई निश्चित स्थिरांक नहीं है। किसी पदार्थ की विद्युत धारा का संचालन करने की क्षमता बाहरी पर्यावरणीय कारकों और सटीक संरचनात्मक इंजीनियरिंग से गहराई से और पूर्वानुमानित रूप से प्रभावित हो सकती है। इन कारकों को समझना आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स, संवेदन और ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का आधार है:
1. बाहरी कारक चालकता को कैसे प्रभावित करते हैं
पदार्थ का तात्कालिक वातावरण उसके आवेश वाहकों (आमतौर पर इलेक्ट्रॉन या छिद्र) की गतिशीलता पर महत्वपूर्ण नियंत्रण रखता है। आइए, इनके बारे में विस्तार से जानें:
1. तापीय प्रभाव: तापमान का प्रभाव
तापमान संभवतः विद्युत प्रतिरोध और चालकता का सबसे सार्वभौमिक संशोधक है।
अधिकांश शुद्ध धातुओं के लिए,तापमान बढ़ने पर चालकता कम हो जाती हैतापीय ऊर्जा धातु के परमाणुओं (क्रिस्टल जालक) को अधिक आयाम के साथ कंपन करने का कारण बनती है, और परिणामस्वरूप, ये तीव्र जालक कंपन (या फ़ोनॉन) प्रकीर्णन की आवृत्ति को बढ़ा देते हैं, जिससे संयोजकता इलेक्ट्रॉनों का सुचारू प्रवाह प्रभावी रूप से बाधित हो जाता है। यह घटना बताती है कि अत्यधिक गर्म तारों के कारण विद्युत हानि क्यों होती है।
इसके विपरीत, अर्धचालकों और कुचालकों में, तापमान बढ़ने के साथ चालकता नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। अतिरिक्त तापीय ऊर्जा, संयोजकता बैंड से इलेक्ट्रॉनों को बैंड अंतराल के पार और चालन बैंड में उत्तेजित करती है, जिससे अधिक संख्या में गतिशील आवेश वाहक बनते हैं और प्रतिरोधकता काफ़ी कम हो जाती है।
2. यांत्रिक तनाव: दबाव और विकृति की भूमिका
यांत्रिक दबाव लागू करने से किसी पदार्थ के परमाण्विक अंतराल और क्रिस्टल संरचना में परिवर्तन हो सकता है, जो बदले में चालकता को प्रभावित करता है, और यह पीजोरेसिस्टिव सेंसरों में एक महत्वपूर्ण घटना है।
कुछ पदार्थों में, संपीडन दबाव परमाणुओं को एक दूसरे के करीब लाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन कक्षाओं का अतिव्यापन बढ़ जाता है और आवेश वाहकों की गति आसान हो जाती है, जिससे चालकता बढ़ जाती है।
सिलिकॉन जैसे पदार्थों में, खिंचाव (तनाव विकृति) या दबाव (संपीड़न विकृति) इलेक्ट्रॉन ऊर्जा बैंडों को पुनर्व्यवस्थित कर सकता है, जिससे आवेश वाहकों का प्रभावी द्रव्यमान और गतिशीलता बदल जाती है। यह सटीक प्रभाव विकृति मापकों और दाब ट्रांसड्यूसरों में उपयोगी होता है।
2. अशुद्धता चालकता को कैसे प्रभावित करती है
ठोस अवस्था भौतिकी और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में, विद्युत गुणों पर अंतिम नियंत्रण संरचनागत इंजीनियरिंग के माध्यम से, मुख्यतः डोपिंग के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।
डोपिंग, विशिष्ट अशुद्धता परमाणुओं की सूक्ष्म मात्रा (आमतौर पर प्रति मिलियन भागों में मापी गई) को अत्यधिक नियंत्रित रूप से अत्यधिक शुद्ध, आंतरिक आधार सामग्री, जैसे सिलिकॉन या जर्मेनियम में मिलाना है।
यह प्रक्रिया केवल चालकता में ही परिवर्तन नहीं करती; यह मूलतः पदार्थ के वाहक प्रकार और सान्द्रता को इस प्रकार समायोजित करती है कि कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक पूर्वानुमान योग्य, असममित विद्युत व्यवहार निर्मित हो सके:
एन-टाइप डोपिंग (नकारात्मक)
किसी ऐसे तत्व का परिचय जिसमें मेज़बान पदार्थ (जैसे, सिलिकॉन, जिसमें 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं) की तुलना में अधिक संयोजकता इलेक्ट्रॉन हों (जैसे, फॉस्फोरस या आर्सेनिक, जिनमें 5 इलेक्ट्रॉन होते हैं)। अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन आसानी से चालन बैंड में चला जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन प्राथमिक आवेश वाहक बन जाता है।
पी-टाइप डोपिंग (सकारात्मक)
कम संयोजकता इलेक्ट्रॉन वाले तत्व (जैसे, बोरॉन या गैलियम, जिनमें 3 होते हैं) को शामिल करने से एक इलेक्ट्रॉन रिक्ति, या 'छिद्र' बनता है, जो धनात्मक आवेश वाहक के रूप में कार्य करता है।
डोपिंग के माध्यम से चालकता को सटीक रूप से नियंत्रित करने की क्षमता डिजिटल युग का इंजन है:
अर्धचालक उपकरणों के लिए, इसका उपयोग बनाने के लिए किया जाता हैp-nजंक्शन, डायोड और ट्रांजिस्टर के सक्रिय क्षेत्र, जो केवल एक दिशा में धारा प्रवाह की अनुमति देते हैं और एकीकृत सर्किट (आईसी) में मुख्य स्विचिंग तत्वों के रूप में कार्य करते हैं।
तापविद्युत उपकरणों के लिए, विद्युत उत्पादन और शीतलन के लिए प्रयुक्त सामग्रियों में खराब तापीय चालकता (तापमान प्रवणता बनाए रखने के लिए) के विरुद्ध अच्छे विद्युत चालकता (आवेश को स्थानांतरित करने के लिए) की आवश्यकता को संतुलित करने के लिए चालकता नियंत्रण महत्वपूर्ण है।
उन्नत संवेदन के परिप्रेक्ष्य से, पदार्थों को डोप किया जा सकता है या रासायनिक रूप से संशोधित करके केमिरेसिस्टर बनाए जा सकते हैं, जिनकी चालकता विशिष्ट गैसों या अणुओं से बंधने पर नाटकीय रूप से बदल जाती है, जो अत्यधिक संवेदनशील रासायनिक सेंसरों का आधार बनती है।
अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों को विकसित करने, इष्टतम प्रदर्शन सुनिश्चित करने, तथा विज्ञान और इंजीनियरिंग के लगभग हर क्षेत्र में दक्षता को अधिकतम करने के लिए चालकता को समझना और सटीक रूप से नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है।
चालकता इकाइयाँ
चालकता की मानक SI इकाई सीमेंस प्रति मीटर (S/m) है। हालाँकि, अधिकांश औद्योगिक और प्रयोगशालाओं में, सीमेंस प्रति सेंटीमीटर (S/cm) अधिक प्रचलित आधार इकाई है। चूँकि चालकता के मान कई क्रमों के परिमाण में फैले हो सकते हैं, इसलिए मापन आमतौर पर उपसर्गों का उपयोग करके व्यक्त किए जाते हैं:
1. माइक्रोसीमेन्स प्रति सेंटीमीटर (एमएस/सेमी) का उपयोग विआयनीकृत या रिवर्स ऑस्मोसिस (आरओ) जल जैसे कम चालकता वाले तरल पदार्थों के लिए किया जाता है।
2. मिलीसीमेंस प्रति सेंटीमीटर (mS/cm) नल के पानी, प्रक्रिया जल या खारे घोल के लिए सामान्य है(1 एमएस/सेमी = 1,000 μS/सेमी).
3. डेसीसीमेन्स प्रति मीटर (dS/m) का उपयोग अक्सर कृषि में किया जाता है और यह mS/cm (1 dS/m = 1 mS/cm) के बराबर होता है।
चालकता कैसे मापें: समीकरण
Aचालकता मीटरचालकता को सीधे नहीं मापता। इसके बजाय, यह चालकता (सीमेंस में) मापता है और फिर सेंसर-विशिष्ट सेल स्थिरांक (K) का उपयोग करके चालकता की गणना करता है। यह स्थिरांक (सेमी की इकाइयों के साथ)-1) सेंसर की ज्यामिति का एक भौतिक गुण है। उपकरण की मुख्य गणना इस प्रकार है:
चालकता (एस/सेमी) = मापी गई चालकता (एस) × सेल स्थिरांक (के, सेमी⁻¹ में)
इस माप को प्राप्त करने के लिए प्रयुक्त विधि अनुप्रयोग पर निर्भर करती है। सबसे सामान्य विधि संपर्क (पोटेंशियोमेट्रिक) सेंसर है, जिसमें इलेक्ट्रोड (अक्सर ग्रेफाइट या स्टेनलेस स्टील) का उपयोग किया जाता है जो द्रव के सीधे संपर्क में होते हैं। शुद्ध जल जैसे कम चालकता वाले अनुप्रयोगों के लिए एक साधारण 2-इलेक्ट्रोड डिज़ाइन प्रभावी होता है। अधिक उन्नत 4-इलेक्ट्रोड डिज़ाइन,इलेक्ट्रोडसेंसरउपलब्ध करवानाबहुत व्यापक रेंज में उच्च सटीकता और मध्यम इलेक्ट्रोड फाउलिंग से होने वाली त्रुटियों के प्रति कम संवेदनशील होते हैं।
कठोर, संक्षारक, या अत्यधिक चालक विलयनों के लिए, जहाँ इलेक्ट्रोड खराब हो सकते हैं या संक्षारित हो सकते हैं, प्रेरणिक (टोरॉइडल) सेंसर उपयोगी होते हैं। इन गैर-संपर्क सेंसरों में दो तार-घुमावदार कुंडलियाँ होती हैं जो एक टिकाऊ बहुलक में लिपटी होती हैं। एक कुंडली विलयन में एक विद्युत धारा प्रवाहित करती है, और दूसरी कुंडली इस धारा के परिमाण को मापती है, जो द्रव की चालकता के समानुपाती होती है। यह डिज़ाइन अत्यंत मज़बूत है क्योंकि इस प्रक्रिया में कोई भी धातु का भाग उजागर नहीं होता है।
चालकता और तापमान का मापन
चालकता माप तापमान पर अत्यधिक निर्भर होते हैं। जैसे-जैसे किसी द्रव का तापमान बढ़ता है, उसके आयन अधिक गतिशील हो जाते हैं, जिससे मापी गई चालकता बढ़ जाती है (अक्सर प्रति °C लगभग 2% तक)। मापों की सटीकता और तुलनीयता सुनिश्चित करने के लिए, उन्हें एक मानक संदर्भ तापमान पर सामान्यीकृत किया जाना चाहिए, जो सार्वभौमिक रूप से25° सेल्सियस.
आधुनिक चालकता मीटर स्वचालित रूप से इस सुधार को करते हैंएकीकृततापमानसेंसरयह प्रक्रिया, जिसे स्वचालित तापमान क्षतिपूर्ति (एटीसी) के रूप में जाना जाता है, एक सुधार एल्गोरिथ्म (जैसे रैखिक सूत्र) लागू करती हैजी 25 = जी_टी/[1+α(टी-25)]) चालकता की रिपोर्ट इस प्रकार करें जैसे कि इसे 25°C पर मापा गया हो।
कहाँ:
जी₂₅= 25°C पर सही चालकता;
जी_टी= प्रक्रिया तापमान पर मापी गई कच्ची चालकताT;
T= मापा गया प्रक्रिया तापमान (°C में);
α (अल्फा)= विलयन का तापमान गुणांक (उदाहरण के लिए, NaCl विलयन के लिए 0.0191 या 1.91%/°C)।
ओम के नियम से चालकता मापें
विद्युत विज्ञान की आधारशिला, ओम का नियम, किसी पदार्थ की विद्युत चालकता (σ) को मापने के लिए एक व्यावहारिक ढाँचा प्रदान करता है। यह सिद्धांतवोल्टेज (V), धारा (I) और प्रतिरोध (R) के बीच सीधा संबंध स्थापित करता हैइस नियम को किसी पदार्थ की भौतिक ज्यामिति को शामिल करने के लिए विस्तारित करके, उसकी आंतरिक चालकता प्राप्त की जा सकती है।
पहला चरण किसी विशिष्ट पदार्थ के नमूने पर ओम का नियम (R = V/I) लागू करना है। इसके लिए दो सटीक माप लेने होंगे: नमूने पर लगाया गया वोल्टेज और परिणामस्वरूप उसमें प्रवाहित होने वाली धारा। इन दोनों मानों के अनुपात से नमूने का कुल विद्युत प्रतिरोध प्राप्त होता है। हालाँकि, यह परिकलित प्रतिरोध उस नमूने के आकार और आकृति के अनुसार विशिष्ट होता है। इस मान को सामान्यीकृत करने और पदार्थ की अंतर्निहित चालकता निर्धारित करने के लिए, उसके भौतिक आयामों को ध्यान में रखना आवश्यक है।
दो महत्वपूर्ण ज्यामितीय कारक नमूने की लंबाई (L) और उसका अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल (A) हैं। इन तत्वों को एक ही सूत्र में एकीकृत किया गया है: σ = L / (R^A)।
यह समीकरण प्रतिरोध के मापनीय, बाह्य गुण को चालकता के मूलभूत, आंतरिक गुण में प्रभावी रूप से परिवर्तित करता है। यह समझना महत्वपूर्ण है कि अंतिम गणना की सटीकता प्रारंभिक आँकड़ों की गुणवत्ता पर सीधे निर्भर करती है। V, I, L, या A को मापने में कोई भी प्रायोगिक त्रुटि, परिकलित चालकता की वैधता को प्रभावित करेगी।
चालकता मापने के लिए प्रयुक्त उपकरण
औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण, जल उपचार और रासायनिक निर्माण में, विद्युत चालकता केवल एक निष्क्रिय माप नहीं है; यह एक महत्वपूर्ण नियंत्रण पैरामीटर है। सटीक, दोहराए जाने योग्य डेटा प्राप्त करना किसी एक, सर्व-उद्देश्यीय उपकरण से संभव नहीं है। इसके बजाय, इसके लिए एक संपूर्ण, सुसंगत प्रणाली का निर्माण आवश्यक है जहाँ प्रत्येक घटक को एक विशिष्ट कार्य के लिए चुना जाता है।
एक मजबूत चालकता प्रणाली में दो प्राथमिक भाग होते हैं: नियंत्रक (मस्तिष्क) और संवेदक (इंद्रियां), दोनों को उचित अंशांकन और क्षतिपूर्ति द्वारा समर्थित होना चाहिए।
1. कोर: चालकता नियंत्रक
प्रणाली का केंद्रीय केंद्र हैऑनलाइनचालकता नियंत्रक, जो केवल मान प्रदर्शित करने से कहीं अधिक कार्य करता है। यह नियंत्रक "मस्तिष्क" की तरह कार्य करता है, सेंसर को शक्ति प्रदान करता है, अपरिष्कृत सिग्नल को संसाधित करता है, और डेटा को उपयोगी बनाता है। इसके प्रमुख कार्यों में निम्नलिखित शामिल हैं:
① स्वचालित तापमान क्षतिपूर्ति (एटीसी)
चालकता तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है। एक औद्योगिक नियंत्रक, जैसेएसयूपी-टीडीएस210-बीयाउच्चा परिशुद्धिएसयूपी-ईसी8.0, एक एकीकृत तापमान तत्व का उपयोग करके प्रत्येक रीडिंग को स्वचालित रूप से 25°C मानक पर वापस सही करता है। सटीकता के लिए यह आवश्यक है।
② आउटपुट और अलार्म
ये इकाइयां माप को PLC के लिए 4-20mA सिग्नल में परिवर्तित करती हैं, या अलार्म और डोजिंग पंप नियंत्रण के लिए रिले को ट्रिगर करती हैं।
③ अंशांकन इंटरफ़ेस
नियंत्रक को नियमित, सरल अंशांकन करने के लिए एक सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है।
2. सही सेंसर का चयन
सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा सेंसर (या जांच) के बारे में आपका चुनाव है, क्योंकि इसकी तकनीक आपके तरल के गुणों से मेल खानी चाहिए। गलत सेंसर का इस्तेमाल माप विफलता का सबसे बड़ा कारण है।
शुद्ध जल और आरओ सिस्टम (कम चालकता) के लिए
रिवर्स ऑस्मोसिस, विआयनीकृत जल, या बॉयलर फीडवाटर जैसे अनुप्रयोगों के लिए, द्रव में बहुत कम आयन होते हैं। यहाँ, एक दो-इलेक्ट्रोड चालकता सेंसर (जैसेएसयूपी-टीडीएस7001) आदर्श विकल्प हैtoउपायपानी की चालकताइसका डिज़ाइन इन कम चालकता स्तरों पर उच्च संवेदनशीलता और सटीकता प्रदान करता है।
सामान्य प्रयोजन और अपशिष्ट जल के लिए (मध्यम से उच्च चालकता)
गंदे घोलों में, जिनमें निलंबित ठोस पदार्थ होते हैं या जिनकी माप सीमा व्यापक होती है (जैसे अपशिष्ट जल, नल का पानी, या पर्यावरण निगरानी), सेंसर के दूषित होने की संभावना होती है। ऐसे में, चार-इलेक्ट्रोड चालकता सेंसर जैसेएसयूपी-टीडीएस7002 यह एक बेहतर समाधान है। यह डिज़ाइन इलेक्ट्रोड सतहों पर जमाव से कम प्रभावित होता है, और परिवर्तनशील परिस्थितियों में अधिक व्यापक, अधिक स्थिर और अधिक विश्वसनीय रीडिंग प्रदान करता है।
कठोर रसायनों और स्लरी (आक्रामक और उच्च चालकता) के लिए
अम्ल, क्षार या अपघर्षक घोल जैसे आक्रामक माध्यमों को मापते समय, पारंपरिक धातु इलेक्ट्रोड जल्दी ही संक्षारित होकर खराब हो जाएँगे। इसका समाधान एक गैर-संपर्क प्रेरक (टोरॉइडल) चालकता सेंसर है, जैसेएसयूपी-टीडीएस6012लाइनअप। यह सेंसर दो कैप्सुलेटेड कॉइल का उपयोग करके तरल में धारा प्रेरित और मापता है, सेंसर के किसी भी हिस्से को छुए बिना। यह इसे जंग, गंदगी और घिसाव से लगभग मुक्त बनाता है।
3. प्रक्रिया: दीर्घकालिक सटीकता सुनिश्चित करना
सिस्टम की विश्वसनीयता एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया के माध्यम से बनाए रखी जाती है: अंशांकन। नियंत्रक और सेंसर, चाहे कितने भी उन्नत क्यों न हों, उनकी जाँच एक निश्चित सीमा तक की जानी चाहिए।ज्ञातसंदर्भसमाधान(एक चालकता मानक) सटीकता सुनिश्चित करने के लिए। यह प्रक्रिया समय के साथ किसी भी मामूली सेंसर विचलन या गड़बड़ी की भरपाई करती है। एक अच्छा नियंत्रक, जैसेएसयूपी-टीडीएस210-सी, यह एक सरल, मेनू-संचालित प्रक्रिया बनाता है।
सटीक चालकता माप प्राप्त करना एक स्मार्ट सिस्टम डिज़ाइन का मामला है। इसके लिए एक बुद्धिमान नियंत्रक को आपके विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए निर्मित सेंसर तकनीक से मेल खाना आवश्यक है।
विद्युत का संचालन करने के लिए सबसे अच्छी सामग्री कौन सी है?
विद्युत चालन के लिए सबसे अच्छा पदार्थ शुद्ध चाँदी (Ag) है, जिसमें किसी भी तत्व की तुलना में सबसे अधिक विद्युत चालकता होती है। हालाँकि, इसकी ऊँची कीमत और मलिन (ऑक्सीकरण) होने की प्रवृत्ति इसके व्यापक उपयोग को सीमित करती है। अधिकांश व्यावहारिक उपयोगों के लिए, तांबा (Cu) मानक है, क्योंकि यह बहुत कम लागत पर दूसरी सबसे अच्छी चालकता प्रदान करता है और अत्यधिक तन्य होता है, जिससे यह तारों, मोटरों और ट्रांसफार्मरों के लिए आदर्श होता है।
इसके विपरीत, सोना (Au), चांदी और तांबे दोनों की तुलना में कम सुचालक होने के बावजूद, संवेदनशील, कम वोल्टेज संपर्कों के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण है क्योंकि इसमें बेहतर संक्षारण प्रतिरोध (रासायनिक निष्क्रियता) होता है, जो समय के साथ सिग्नल के क्षरण को रोकता है।
अंत में, एल्युमीनियम (Al) का उपयोग लंबी दूरी की, उच्च-वोल्टेज संचरण लाइनों के लिए किया जाता है, क्योंकि तांबे की तुलना में इसकी चालकता कम होने के बावजूद, इसका हल्का वजन और कम लागत महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है।
चालकता के अनुप्रयोग
विद्युत धारा संचारित करने की किसी पदार्थ की अंतर्निहित क्षमता के रूप में, विद्युत चालकता एक मूलभूत गुण है जो प्रौद्योगिकी को संचालित करता है। इसका अनुप्रयोग बड़े पैमाने के विद्युत अवसंरचना से लेकर सूक्ष्म-स्तरीय इलेक्ट्रॉनिक्स और पर्यावरण निगरानी तक, हर जगह फैला हुआ है। नीचे इसके प्रमुख अनुप्रयोग दिए गए हैं जहाँ यह गुण आवश्यक है:
बिजली, इलेक्ट्रॉनिक्स और विनिर्माण
उच्च चालकता हमारी विद्युत दुनिया का आधार है, जबकि नियंत्रित चालकता औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण है।
पावर ट्रांसमिशन और वायरिंग
तांबा और एल्युमीनियम जैसी उच्च चालकता वाली सामग्रियाँ विद्युत तारों और लंबी दूरी की विद्युत लाइनों के लिए मानक हैं। इनका कम प्रतिरोध I को न्यूनतम करता है।2आर (जूल) तापन हानि, कुशल ऊर्जा संचरण सुनिश्चित करना।
इलेक्ट्रॉनिक्स और अर्धचालक
सूक्ष्म स्तर पर, मुद्रित परिपथ बोर्डों (पीसीबी) और कनेक्टर्स पर चालक निशान संकेतों के लिए मार्ग बनाते हैं। अर्धचालकों में, सिलिकॉन की चालकता को सटीक रूप से परिवर्तित (डोप) करके ट्रांजिस्टर बनाए जाते हैं, जो सभी आधुनिक एकीकृत परिपथों का आधार हैं।
इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री
यह क्षेत्र इलेक्ट्रोलाइट्स की आयनिक चालकता पर निर्भर करता है। यह सिद्धांत बैटरियों, ईंधन कोशिकाओं और इलेक्ट्रोप्लेटिंग, धातु शोधन और क्लोरीन उत्पादन जैसी औद्योगिक प्रक्रियाओं का इंजन है।
कंपोजिट मटेरियल
विशिष्ट विद्युत गुणों वाले कंपोजिट बनाने के लिए पॉलिमर में चालक भराव (जैसे कार्बन या धातु के रेशे) मिलाए जाते हैं। इनका उपयोग संवेदनशील उपकरणों की सुरक्षा के लिए विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण (EMI) और विनिर्माण में इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ESD) सुरक्षा के लिए किया जाता है।
निगरानी, मापन और निदान
चालकता का मापन उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि स्वयं इसका गुणधर्म, तथा यह एक शक्तिशाली विश्लेषणात्मक उपकरण के रूप में कार्य करता है।
जल गुणवत्ता और पर्यावरण निगरानी
चालकता माप जल की शुद्धता और लवणता का आकलन करने की एक प्राथमिक विधि है। चूँकि घुले हुए आयनिक ठोस (टीडीएस) चालकता को सीधे बढ़ाते हैं, सेंसर का उपयोग पीने के पानी की निगरानी के लिए किया जाता है,प्रबंधित करनाअपशिष्टइलाज, और कृषि में मृदा स्वास्थ्य का आकलन करें।
चिकित्सा निदान
मानव शरीर जैव-विद्युत संकेतों पर कार्य करता है। इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी (ईसीजी) और इलेक्ट्रोएन्सेफेलोग्राफी (ईईजी) जैसी चिकित्सा प्रौद्योगिकियाँ शरीर में आयनों द्वारा प्रवाहित सूक्ष्म विद्युत धाराओं को मापकर काम करती हैं, जिससे हृदय और तंत्रिका संबंधी स्थितियों का निदान संभव होता है।
प्रक्रिया नियंत्रण सेंसर
रसायन मेंऔरखानाउत्पादनचालकता सेंसर का उपयोग वास्तविक समय में प्रक्रियाओं की निगरानी के लिए किया जाता है। ये सांद्रता में परिवर्तन का पता लगा सकते हैं, विभिन्न तरल पदार्थों के बीच इंटरफेस की पहचान कर सकते हैं (जैसे, क्लीन-इन-प्लेस सिस्टम में), या अशुद्धियों और संदूषण के बारे में चेतावनी दे सकते हैं।
पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न 1: चालकता और प्रतिरोधकता में क्या अंतर है?
उत्तर: चालकता (σ) किसी पदार्थ की विद्युत धारा को अनुमति देने की क्षमता है, जिसे सीमेंस प्रति मीटर (S/m) में मापा जाता है। प्रतिरोधकता (ρ) धारा का प्रतिरोध करने की क्षमता है, जिसे ओम-मीटर (Ω⋅m) में मापा जाता है। ये प्रत्यक्ष गणितीय व्युत्क्रम (σ=1/ρ) हैं।
प्रश्न 2: धातुओं में उच्च चालकता क्यों होती है?
उत्तर: धातुएँ धात्विक बंधन का उपयोग करती हैं, जहाँ संयोजकता इलेक्ट्रॉन किसी एक परमाणु से बंधे नहीं होते। इससे एक विस्थानीकृत "इलेक्ट्रॉनों का समुद्र" बनता है जो पदार्थ में स्वतंत्र रूप से घूमता है, और वोल्टेज लगाने पर आसानी से धारा उत्पन्न करता है।
प्रश्न 3: क्या चालकता को बदला जा सकता है?
उत्तर: हाँ, चालकता बाहरी परिस्थितियों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है। सबसे आम कारक तापमान (बढ़ते तापमान से धातुओं में चालकता कम हो जाती है लेकिन पानी में बढ़ जाती है) और अशुद्धियों की उपस्थिति (जो धातुओं में इलेक्ट्रॉन प्रवाह को बाधित करती हैं या पानी में आयन मिलाती हैं) हैं।
प्रश्न 4: रबर और कांच जैसी सामग्री को अच्छा इन्सुलेटर क्या बनाता है?
उत्तर: इन पदार्थों में मज़बूत सहसंयोजक या आयनिक बंध होते हैं जहाँ सभी संयोजकता इलेक्ट्रॉन आपस में कसकर जुड़े होते हैं। गति करने के लिए मुक्त इलेक्ट्रॉन न होने के कारण, ये विद्युत धारा को सहन नहीं कर सकते। इसे बहुत बड़ा "ऊर्जा बैंड गैप" कहा जाता है।
प्रश्न 5: जल में चालकता कैसे मापी जाती है?
उत्तर: एक मीटर घुले हुए लवणों से आयनिक चालकता मापता है। इसका प्रोब पानी पर एक प्रत्यावर्ती वोल्टेज लगाता है, जिससे घुले हुए आयन (जैसे Na+ या Cl−) गति करते हैं और धारा उत्पन्न करते हैं। मीटर इस धारा को मापता है, तापमान को स्वचालित रूप से समायोजित करता है, और अंतिम मान (आमतौर पर μS/cm में) बताने के लिए सेंसर के "सेल स्थिरांक" का उपयोग करता है।
पोस्ट करने का समय: 24-अक्टूबर-2025