MP Board Class 12 Physics Conductors and Insulators :
1.3 चालक तथा विद्युतरोधी (Conductors and Insulators)
1.3.1 परिचय (Introduction)
MP Board Class 12 Physics Conductors and Insulators : पदार्थों में विद्युत आवेशों (electric charges) को अपने में से होकर प्रवाहित होने देने की क्षमता के आधार पर उन्हें मुख्य रूप से दो श्रेणियों में बांटा जाता है: चालक और विद्युतरोधी (Conductors and Insulators) । यह गुण पदार्थों की आंतरिक संरचना पर निर्भर करता है।
1.3.2 चालक (Conductors)
- परिभाषा: वे पदार्थ जो आसानी से अपने में से होकर विद्युत को प्रवाहित होने देते हैं, उन्हें चालक (Conductors) कहते हैं।
- विशेषता: चालकों में ऐसे वैद्युत आवेश (मुख्यतः इलेक्ट्रॉन) होते हैं जो पदार्थ के भीतर गति के लिए अपेक्षाकृत स्वतंत्र (relatively free to move) होते हैं। ये मुक्त इलेक्ट्रॉन ही विद्युत धारा के प्रवाह का कारण बनते हैं।
- उदाहरण: धातुएँ (जैसे तांबा, एल्युमिनियम, लोहा), मानव तथा जंतु शरीर और पृथ्वी (जो एक विशाल चालक है)।
1.3.3 विद्युतरोधी (Insulators / Dielectrics)
- परिभाषा: वे पदार्थ जो अपने से होकर प्रवाहित होने वाली विद्युत पर उच्च प्रतिरोध (high resistance) लगाते हैं और आसानी से विद्युत को प्रवाहित नहीं होने देते, उन्हें विद्युतरोधी (Insulators) कहते हैं। इन्हें कुचालक भी कहा जाता है।
- विशेषता: विद्युतरोधियों में आवेश (इलेक्ट्रॉन) पदार्थ के भीतर गति करने के लिए स्वतंत्र नहीं होते, वे अपने परमाणुओं से कसकर बंधे होते हैं।
- उदाहरण: काँच (Glass), पॉर्सेलेन (Porcelain), प्लास्टिक (Plastic), नॉयलोन (Nylon), लकड़ी (Wood) जैसी अधिकांश अधातुएँ।
1.3.4 आवेशों का व्यवहार तथा प्रेक्षण (Behavior and Observations of Charges)
- चालकों में: जब कुछ आवेश किसी चालक पर स्थानांतरित होता है, तो वह तुरंत ही उस चालक के समस्त पृष्ठ पर फैल जाता है। इसका कारण मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता है जो आवेश को पूरे पृष्ठ पर वितरित कर देती है ताकि प्रतिकर्षण न्यूनतम हो।
- विद्युतरोधियों में: इसके विपरीत, यदि कुछ आवेश किसी विद्युतरोधी को दें, तो वह आवेश वहीं पर रहता है जहाँ उसे दिया गया था। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि विद्युतरोधियों में आवेशों को गति करने की स्वतंत्रता नहीं होती।
- दैनिक जीवन के प्रेक्षणों का स्पष्टीकरण:
- पदार्थों का यह गुण हमें बताता है कि सूखे बालों में कंघी करने अथवा रगड़ने पर नॉयलोन या प्लास्टिक की कंघी क्यों आवेशित हो जाती है। चूंकि नायलॉन/प्लास्टिक विद्युतरोधी होते हैं, उत्पन्न आवेश वहीं रहता है और संचित हो जाता है।
- इसके विपरीत, धातु की वस्तुएँ जैसे चम्मच आवेशित क्यों नहीं होतीं? इसका कारण यह है कि धातु तथा हमारा शरीर दोनों ही विद्युत के अच्छे चालक हैं। यदि आवेश धातु के चम्मच पर उत्पन्न होता है, तो वह तुरंत हमारे शरीर से होकर धरती में (अर्थिंग) चला जाता है, जिससे चम्मच आवेशित प्रतीत नहीं होता।
- परंतु यदि धातु की छड़ पर लकड़ी अथवा प्लास्टिक का हैंडिल लगा है और उसके धातु के भाग को सीधे स्पर्श नहीं किया गया है (अर्थात आवेश को धरती में जाने का मार्ग नहीं मिलता), तो वह छड़ आवेशित होने का संकेत दे देती है।
1.3.5 अर्धचालक (Semiconductors) – एक तीसरी श्रेणी
- परिचय: चालकों और विद्युतरोधियों के अतिरिक्त एक तीसरी श्रेणी भी होती है, जिसे अर्धचालक (Semiconductors) कहते हैं।
- विशेषता: ये आवेशों की गति में अवरोध उत्पन्न करते हैं। इस अवरोध का परिमाण चालकों तथा विद्युतरोधियों के मध्यवर्ती (intermediate) होता है।
- महत्व: अर्धचालक आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स (जैसे कंप्यूटर चिप्स, ट्रांजिस्टर) के आधार स्तंभ हैं।
अधिकांश पदार्थ उपरोक्त दो मुख्य वर्गों (चालक या विद्युतरोधी) में से किसी एक में आते हैं, जबकि अर्धचालक एक विशिष्ट श्रेणी बनाते हैं।
चालक तथा विद्युतरोधी पर आधारित बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)
वे पदार्थ जो आसानी से अपने में से होकर विद्युत को प्रवाहित होने देते हैं, क्या कहलाते हैं?
a) विद्युतरोधी
b) अर्धचालक
c) चालक
d) सुचालक
उत्तर: c) चालक
चालकों में वैद्युत आवेश (इलेक्ट्रॉन) की गतिशीलता की प्रकृति कैसी होती है?
a) वे पदार्थ के भीतर स्थिर होते हैं
b) वे गति के लिए अपेक्षाकृत स्वतंत्र होते हैं
c) वे केवल एक दिशा में गति करते हैं
d) वे केवल बाहरी बल लगाने पर गति करते हैं
उत्तर: b) वे गति के लिए अपेक्षाकृत स्वतंत्र होते हैं
निम्नलिखित में से कौन-सा पदार्थ चालक का उदाहरण नहीं है?
a) तांबा
b) मानव शरीर
c) प्लास्टिक
d) पृथ्वी
उत्तर: c) प्लास्टिक
वे पदार्थ जो अपने से होकर प्रवाहित होने वाली विद्युत पर उच्च प्रतिरोध लगाते हैं, क्या कहलाते हैं?
a) चालक
b) अर्धचालक
c) विद्युतरोधी
d) सुपरकंडक्टर
उत्तर: c) विद्युतरोधी
विद्युतरोधियों में आवेश (इलेक्ट्रॉन) की विशेषता क्या होती है?
a) वे पदार्थ के भीतर स्वतंत्र रूप से गति करते हैं
b) वे अपने परमाणुओं से कसकर बंधे होते हैं
c) वे केवल उच्च तापमान पर गति करते हैं
d) वे विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं
उत्तर: b) वे अपने परमाणुओं से कसकर बंधे होते हैं
निम्नलिखित में से कौन-सा पदार्थ विद्युतरोधी का उदाहरण है?
a) एल्युमिनियम
b) लोहा
c) काँच
d) मानव शरीर
उत्तर: c) काँच
जब कुछ आवेश किसी चालक पर स्थानांतरित होता है, तो वह कहाँ फैलता है?
a) केवल उस बिंदु पर जहाँ उसे दिया गया था
b) चालक के समस्त पृष्ठ पर
c) चालक के अंदरूनी हिस्से में
d) चालक के एक कोने में
उत्तर: b) चालक के समस्त पृष्ठ पर
विद्युतरोधियों में आवेश वहीं क्यों रहता है जहाँ उसे दिया गया था?
a) क्योंकि वे ठंडे होते हैं
b) क्योंकि आवेशों को गति करने की स्वतंत्रता नहीं होती
c) क्योंकि वे भारी होते हैं
d) क्योंकि वे पारदर्शी होते हैं
उत्तर: b) क्योंकि आवेशों को गति करने की स्वतंत्रता नहीं होती
सूखे बालों में कंघी करने पर नायलॉन या प्लास्टिक की कंघी क्यों आवेशित हो जाती है?
a) क्योंकि नायलॉन/प्लास्टिक चालक होते हैं
b) क्योंकि नायलॉन/प्लास्टिक विद्युतरोधी होते हैं और आवेश को संचित करते हैं
c) क्योंकि कंघी गर्म हो जाती है
d) क्योंकि कंघी में धातु होती है
उत्तर: b) क्योंकि नायलॉन/प्लास्टिक विद्युतरोधी होते हैं और आवेश को संचित करते हैं
धातु की वस्तुएँ जैसे चम्मच आवेशित क्यों नहीं होतीं जब हम उन्हें रगड़ते हैं और स्पर्श करते हैं?
a) क्योंकि धातुओं में आवेश उत्पन्न नहीं होता
b) क्योंकि धातुएँ विद्युतरोधी होती हैं
c) क्योंकि आवेश हमारे शरीर से होकर धरती में चला जाता है
d) क्योंकि धातुएँ आवेश को आकर्षित नहीं करतीं
उत्तर: c) क्योंकि आवेश हमारे शरीर से होकर धरती में चला जाता है
धातु तथा हमारा शरीर दोनों ही विद्युत के कैसे माध्यम हैं?
a) कुचालक
b) अर्धचालक
c) अच्छे चालक
d) उच्च प्रतिरोधक
उत्तर: c) अच्छे चालक
यदि धातु की छड़ पर लकड़ी या प्लास्टिक का हैंडिल लगा हो और धातु भाग को स्पर्श न किया गया हो, तो वह आवेशित होने का संकेत क्यों दे देती है?
a) क्योंकि लकड़ी/प्लास्टिक आवेशित होते हैं
b) क्योंकि आवेश को धरती में जाने का मार्ग नहीं मिलता
c) क्योंकि छड़ गर्म हो जाती है
d) क्योंकि हैंडिल आवेश उत्पन्न करता है
उत्तर: b) क्योंकि आवेश को धरती में जाने का मार्ग नहीं मिलता
चालकों और विद्युतरोधियों के अतिरिक्त आवेशों की गति में अवरोध उत्पन्न करने वाली तीसरी श्रेणी क्या कहलाती है?
a) सुपरकंडक्टर
b) अर्धचालक
c) परावैद्युत
d) अर्ध-विद्युतरोधी
उत्तर: b) अर्धचालक
अर्धचालकों में आवेशों की गति में अवरोध का परिमाण किसके मध्यवर्ती होता है?
a) केवल चालकों के
b) केवल विद्युतरोधियों के
c) चालकों तथा विद्युतरोधियों के
d) किसी के नहीं
उत्तर: c) चालकों तथा विद्युतरोधियों के
आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे कंप्यूटर चिप्स और ट्रांजिस्टर के आधार स्तंभ क्या हैं?
a) चालक
b) विद्युतरोधी
c) अर्धचालक
d) उपरोक्त सभी
उत्तर: c) अर्धचालक
निम्नलिखित में से कौन-सा विद्युतरोधी का उदाहरण नहीं है?
a) पॉर्सेलेन
b) लकड़ी
c) नायलॉन
d) एल्युमिनियम
उत्तर: d) एल्युमिनियम
विद्युत धारा का प्रवाह चालकों में किसके कारण होता है?
a) प्रोटॉन
b) न्यूट्रॉन
c) मुक्त इलेक्ट्रॉन
d) परमाणु
उत्तर: c) मुक्त इलेक्ट्रॉन
‘कुचालक’ शब्द का अन्य नाम क्या है?
a) चालक
b) अर्धचालक
c) विद्युतरोधी
d) सुपरकंडक्टर
उत्तर: c) विद्युतरोधी
पदार्थों में विद्युत आवेशों को प्रवाहित होने देने की क्षमता किस पर निर्भर करती है?
a) उनके रंग पर
b) उनकी आंतरिक संरचना पर
c) उनके आकार पर
d) उनके भार पर
उत्तर: b) उनकी आंतरिक संरचना पर
जब एक चालक को आवेश दिया जाता है, तो वह पूरे पृष्ठ पर फैल जाता है, इस प्रक्रिया का कारण क्या है?
a) आवेशों का आकर्षण
b) मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता
c) पदार्थ का गलनांक
d) तापमान में वृद्धि
उत्तर: b) मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता