સુવાહકો અને અવાહકો

બ્રહ્માંડના બધા જ પદાર્થને બે વિભાગમાં વિભાજીત કરવું ઉપયોગી છે એક વિધુતના અવાહકો અને બીજું વિધુતના સુહવાહકો પરંતુ તે સંપૂર્ણ રીતે સાચું નથી કારણકે તેમના કેટલાક અર્ધ વાહક પણ હોય શકે અથવા કેટલાક સુપર કંડક્ટ પણ હોય શકે પરંતુ ભૌતિક વિજ્ઞાનના સરુવાતનાં ક્લાસમાં અથવા મોટા ભાગના પરીક્ષાનામ આપણે એવુજ ધારીએ છીએ કે ક્યાં તો એ વિધુતના અવાહકો છે અથવા કે વિધુતના સુવાહક છે અને આપણે તેના વિશે વાત કરવાનું સારું કરીયે તે પહેલા મારી પાસે અહીં બે ધન નાનકાર છે ક્યાં તો તે અવાહક પદાર્થોનો બનેલો છે અથવા તે સુવાહક પદાર્થનો બનેલો છે જો આપણે તેમની વચ્ચેની સામ્યતાની વાત કરીયે તો આ બંને અવાહક અને સુવાહક પદાર્થો ઘણા બધા પરમાણુઓ અને અણુના બનેલા છે અને જો આપણે ઘણા બધા અણુઓ અને પરમાણુઓની વાત કરીયે પછી તે અવાહક હોય કે સુવાહક તો તેવો ન્યુક્લિયસના બનેલા હોય છે ન્યુક્લિયસના કેદ્રમાં ધન વિઘુતભર હોય છે અને ઋણ વિઘુતભર ન્યુક્લિયસની કક્ષામાં પરિભ્રમણ કરતા હોય છે હવે જો આપણે બીજી સામ્યતાની વાત કરીયે તો આ ધન વિધુતભારિત ન્યુક્લિયસ ગતિ કરી શકતો નથી પછી તે સુવાહક હોય કે અવાહક તે પોતાની જગ્યા પાર કપ્પન ચોક્કસ અનુભવે પરંતુ તે આ આખા પાસાર્થમાં મુક્ત રીતે કરી શકતો નથી જો આપણે ધન પસારથી વાત કરીયે પછી તે અવાહક હોય કે સુવાહક ધન ભારિત ન્યુક્લિયસ મુક્ત રીતે પદાર્થમાં ગતિ કરી શકતો નથી જો આપણે તારલની વાત કરીયે તો આ ન્યુક્લિયસ આસપાસ ગતિ કરી શકે પરંતુ જો આપણે ધન પાદરથી વાત કરીયે તો ધન વિધુતભારિત ન્યુક્લિયસનું સ્થાન નિચ્છીત હોય છે અને જો કોઈ કણ ગતિ કરે શકે તો તે ઋણ વિઘુતભરી ઇલેક્ટ્રોન છે અને અહીં જ તફાવત છે સુવાહકમાં રહેલા ઋણ વિધુતભારિત ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત રીતે ગતિ કરી શકે તેવો લગભગ કોઈપણ જાતના અવરોધ વગર મુક્ત રીતે ગતિ કરી શકે પરંતુ જો આપણે અવાહક પદાર્થની વાત કરીયે તો ન્યુક્લિયસમાં રહેલા ઋણ વિધુતભારિત ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત રીતે ગતિ કરી સકતા નથી ઇલેક્ટ્રોન તેની આસપાસ ગતિ કરી શકે તે માટે અવાહક પદાર્થની પાસે સાચા ઉર્જાના સ્તર અને બેન્ડ હોતા નથી જો આપણે અવાહક પાદરથીની વાત કરીયે તો લગભગ બાધાનુંજ સ્થાન નિચ્છીત હોય છે આ ઇલેક્ટ્રોન કદાચ પોતાનાજ એલેકટ્રોનની આસપાસ કુદકા મારી શકે અથવા તે નજીકના પરમાણુની સાથે જોડાય શકે પરંતુ તેવો એક પરમાણુથી બીજા પરમાણુ તરફ જાય શકતા નથી તેવો અવાહક પદાર્થમાં મુક્ત રીતે વહન કરી શકતા નથી સુવાહક પદાર્થમાં એલેકટ્રોન્સ આ બધુજ કરી શકે છે આ બંને વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત આજ છે હવે ઇલેક્ટ્રોન આ બધું પોતાની જાતે કરતા નથી જયારે પદાર્થને બેટરી સાથે જોડવામાં આવે અથવા ત્યાં કોઈક પ્રકારનું વિધુત ક્ષેત્ર અથવા બળ ઉત્પન્ન કરવામાં આવે ત્યારે આ ઇલેક્ટ્રોન ગતિ કરવાની સરુવાત કરે છે જો આ પ્રકારનું કંઈક થાય તો સુવાહકમાં રહેલ ઇલેક્ટ્રોન એક દિશામાં ગતિ કરવાનું સરુવાત કરે પરંતુ અવાહક પદાર્થોમાં તેમનું સ્થાન નિચ્છીત હોય છે હવે તમે કહેશો કે આપણે વિધુતના પદાર્થોમાં ફક્ત સુવાહકો પરજ ધ્યાન આપીયે છીએ જો આપણે ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચેની આંતર ક્રિયા ના જોયતી હોય તોજ આપણે અવાહક પદાર્થોનો ઉઅપ્યોગિ કરીયે છીએ તો તે કૅઇક અંશે સાચું છે પરંતુ સંપૂર્ણ રીતે સાચું નથી જો આપણે આ અવાહક પદાર્થને બેટરી સાથે જોડીએ અથવા ત્યાં કોઈક પ્રકારનું વિધુત ક્ષેત્ર કે બળ ઉત્ત્પન કરીયે તો આ એક ઇલેક્ટ્રોન એક પરમાણુથી બીજા પરમાણુ તરફ ગતિ કરી શકતા નથી તો હવે આ વચ્ચે રહેલો ન્યુક્લિયસ અને ઇલેક્ટ્રોન કદાચ ખાંસી શકે આ ન્યુક્લિયસ કદાચ આ આબાજુ જાય શકે અને બાકીના બધાં જેલેકટ્રોન આ બાજુ જશે પરિણામે પરમાણુની આ બાજુ વધુ ઋણ બને અને અહીં આબાજુ વધુ ધન બને જો આવું ઘણા બધા પરમાણુઓ સાથે થાય તો આ અવાહક વિધુતની અસર ઉત્ત્પન કરી શકે હવે આ અવાહક નજીકમાં રહેલા વિઘુતભર સાથે આંતર ક્રિયાકારી શકે અને તેના પાર બળ લગાડી શકે આમ અવાહકની અંદર રહેલા વિઘુતભરો વહન કરતા નથી તો પણ તેવો એકબીજા સાથે વિધુતીય રીતે આંતર ક્રિયા કરી શકે હવે જો આપણે આ અવાહકો અને સુવાહકોમાં વધારાના વિઘુતભર ઉમેરીએ તો શું થાય તે જોયીયે આપણે પાસે અહીં આવાહક અને સુવાહક બંનેમાં ધન વિધુતભારિત ન્યુક્લિયસ વચ્ચે છે અને તેની આજુ બાજુ ઋણ વિધુતભારિત ઇલેક્ટ્રોન પરિભ્રમણ કરી રહ્યા છે હવે જો આપણે તેમાં બીજા વિઘુતભરો ઉમેરીએ તો શું થાય આપણેઅહીં કદાચ ઋણ વિઘુતભર ઉમેરીશું જો આપણે બધાજ પરમાણુઓ સાથે દોરવાનું પ્રયત્ન કરીશું તો તે ખુબજ જટિલ બની જશે આ બધાજ પોતાનું પરિણામી વિઘુતભર કેન્સલ કરે છે તેથી હું દરેક એનું અને પરમાણુઓને દોરીશું નહિ હું ધરી લાઈટ્સ કે તે બધાજ એકે બીજાને કેન્સલ કરે છે અને હું અહીં ફક્ત વધારણ વિઘુતભર જ દોરીશ હવે આપણે આ અવાહકમાં વધારાના ઋણ વિઘુતભર ઉમેરીએ તો શું થાય આપણે આવાહક પદાર્થમાં ઘણા બધા ઋણ વિધુતભારોને ઉમેરી રહ્યા છે તો અહીં શું થાય આપણે અહીં ઋણ વિધુતભારોને ઉમેરીએ છીએ આપણે જાણીયે છીએ કે આ ઋણ વિઘુતભરો ગતિ કરી સકતા નથી અવાહકમાં વિઘુતભરો વહન પામી સકતા નથી તેથી તેવો પોતાના સ્થાનેજ રહે જો હું અવાહક પદાર્થોની વાત કરીયે તો હું વિધુતભારોને નિયમિતિ રીતે મૂકી શકું અથવા આ વિધુતભારોને આખા નળાકારમાં નિયમિત રીતે ફેલાવી શકું અથવા જો હું ઈચ્છું તો તેમને હું એકજ બાજુએ મૂકી શકું આ પ્રમાણે તે બધાને એક જ બાજુએ મૂકી શકું પરંતુ તેમના સ્થાન નિચ્છીત રહે હવે જો આપણે સુવાહક પદાર્થની વાત કરીયે આપણે એક વિઘુતભરને અહીં મુકીયે અને બીજા રન વિઘુતભરને અહીં મુકીયે તો શું થાય તો આ અબ્ન્ને રન વિઘુતભરો વચ્ચે અપાકર્ષણ થાય જેની રીતે અસમાન વિઘુતભરો વચ્ચે આકર્ષણ થાય છે તો હવે અહીં શું થાય તેમની વચ્ચે અપાકર્ષણ થવાનું કારણ આ ઇલેક્ટ્રોન આ એલેકટ્રોનથી દૂર જવાનો પ્રયત્ન કરે તે લગભગ અહીં જાય તેવીજ રીતે આ ઇલેક્ટ્રોન પણ શક્ય એટલો દૂર જશે આ ઇલેક્ટ્રોન સુવાહકની બહાર જાય શકે નહિ કારણકે તેના માટે ઘણી ઉર્જા જોયીયે પરંતુ તે કદાચ આ સુવાહકની ઘરની એકદમ નજીક જાય સુવાહક પદાર્થોને માટે વિઘુતભર આજ પ્રમાણે કરે છે જો તમે સુવાહક પદાર્થ પર વધારાના રન વિધુત ભાર મુકો તો તે ભધજ રન વિઘુતભર આ પ્રમાણે નળાકારની સપાટી પર ગોઢાવાય જશે આમ તમે સુવાહક પદાર્થોને માટે ફક્ત પાદરથી ધાર પરજ વિઘુતભરને ઉમેરી શકો અને જો તમે તેને પાદરથી ધાર પર ન ઉમેરો તો તે ઝડપથી પદાર્થની ધાર પર જઈને ગોઠવાય જશે કારણકે કદાચ રન વિઘુતભરો એક બીજા તરફ અપાકર્ષણ પામે છે અને આ ઋણ અથવા ધન વિઘુતભર બંને માટે સાચું છે હવે તમે કહેશો કે આપણે ધન વિધુતભારેને કઈ રીતે ઉમેરી શકો તમે ઋણ વિઘુતભરને દૂર કરીને ધન વિઘુતભર ઉમેર શકો જો તમે કોઈ એવો પદાર્થો લો જેની પાસે ધન વિઘુતભર અને ઋણ વિઘુતભર સમાન છે પરંતુ જો તમે તેમાંથી ઋણ વિઘુતભરને દૂર કરો તો તે ધન વિઘુતભરને ઉમેરવા સમાન થશે પરંતુ ફરીથી પરિણામી ધન વિઘુતભર અથવા પરિણામી ઋણ વિઘુતભર હંમેશા પદાર્થઈ ધાર પર જ હશે કારણકે આ બધા વિઘુતભરો શક્ય હોય તેટલા એક બીજાથી દૂર જવા માંગે છે હવે જો આપણે પદાર્થોની વાત કરીયે તો કાયા પદાર્થો આ પ્રમાણે કરે છે કાચ એ અવાહક પદાર્થ છે લાકડું એ અવાહક પદાર્થ છે અને મૉટે ભાગે પ્લાસ્ટિક પણ અવાહક પદાર્થ છે આ બધાજ પદાર્થો આ પ્રકારની વાર્તાલો દર્શાવે છે આપણે આ પદાર્થોમાં વિઘુતભરોનું વિતરણ કરી શકે પરંતુ તેમાંથી વિઘુતભર પસાર થશે નહીં આમ આ બધા અવાહકો એટલકે ઇન્સ્યુલેટર છે હવે જો આપણે અમુક ધાતુઓની વાત કરીયે જેમકે સોનુ ત્યાર બાદ કોપર એટલકે તાંબું ચાંદી તો આ બધાજ પદાર્થો સારા સુવાહકો છે કારણકે તેમાં ઇલેકટ્રોનનું વાહન મુક્ત રીતે થાય છે આમ આપણે જોય ગયા કે આવાહકો અને સુવાહકો કઈ રીતે કામ કરે છે તો હવે આપણે એકે ઉદાહરણ જોઈશું ધારોકે તમારી પાસે બે સુવાહ સાલિયાઓ છે આ પ્રમાણે અને તે બંને ધાતુઓના બનેલા છે તેના પરના એક પર પરિણામી વિઘુતભરનો જથ્થો ઋણ છે જે તે સાલિયાની ધાર આગળ જોવા મળે છે કારણકે આપણે જોય ગયા કે જયારે સુવાહક પદાર્થ પર કોઈપણ પ્રકારનો વિઘુતભર ઉમેરવામાં આવે ત્યારે તે હંમેશા ધાર પર રહે છે પરંતુ આ બીજા સળિયા પર કોઈપણ પ્રકારનો પરિણામી વિઘુતભર નથી હવે જો હું આ પ્રથમ સાલિયાને લવ અને તેને આ બીજા સળિયા સાથે સંપર્કમાં મુકું તો તેમાં રહેલા વિઘુતભરો એકબીજાથી શક્ય હોય તેટલા દૂર જવા માંગે જો એમના કેટલાક વિઘુતભર આ સાલિયામાં જાય અને કેટલાક વિઘુતભર અહીજ રહે તો આપણે તેને હજુ વધારે દૂર મુકેલી શકીયે અને અહીં તેજ પ્રમાણે થાય જો આ સળીયાની લંબાઈ આને સમાન હોય તો હવે આ બંને પર વિધુતભારોની સંખ્યા સમાન હશે જો આ બીજા સાણીયાની લંબાઈ આના કરતા વધારે હોય તો મોટા ભાગના ઋણ વિધુત ભાર આના પર જશે કારણકે બીજા સાણીયા પર તે હજુ દૂર ફેલાય શકે અને તેમના કેટલા વિદ્યથિભાર આ નાના સાણીયા પર રહે જયારે સાનિયાને એકબીજાના સંપર્કમાં મુકીયે ત્યારે કંઈક આવું થાય ત્યારે તમે કંઈકને વિધુતભારિત કરી શકો અને અપને તેને પ્રેરણ દ્વારા વિધુતભારિત કરવું એમ કહીશું પ્રેરણ દ્વારા વિધુતભારિત કરવું એટલેકે ચારેગિંગ બાઈટ ઇન્ડકશન કહીશું હવે તેનો અર્થ શું થાય સૌપ્રથમ અનુમાન લગાવો કે હું આ પ્રથમ સાનિયાને બીજા સાણીયાની નજીક લાવું છું પરંતુ હું તેને સ્પષ્ટ કરાવતી નથી તો શું થાય આ સાનિયામમાં પણ ઋણ વિધુતભારિત અને ધન વિધુતભારિત કણ હોય છે મેં તેને દર્શાવ્યા નથી પરંતુ આની નાદાર રહેલા ઋણ વિધુતભારિત કણો શું કરે શું તેવો ગતિ કરશે હા તેવો ગતિ કરશે અહીં રહેલા ઋણ વિધુતભાર શક્ય હોય તેટલા એકબીજાથી દૂર જાય છે જો આમ કૅઇક સંખ્યામાં ઋણ વિધુતભારિત કણો આવેલા હોય તો તે આ રીતે સાણીયાની બીજી બાજુ જશે આ સણીયો જયારે દૂર હતો ત્યારે આ ઋણ વિધુતભારિત કણો અહીં પણ હોય શકે પરંતુ આ સળીયો નજીક આવ્યો આ ઋણ વિધુતભાર એકબીજાથી શક્ય તેટલા દૂર જાય છે માટે અહીં રહેલા વિધુતભાર પણ આ બાજુએ જશે જેના કારણે ધન વિઘુતભરનો જથ્થો અહીં આ બાજુએ આવે માટે હવે આ બાજુ ધન વિધુતભારિત બનશે શું અહીં બીજું કૅઇક થશે હવે આ ઋણ વિધુતભારોની સરખામણીમાં આ દહન વિધુતભારિત કણો આ પ્રથમ સાનિયાના ઋણ વિઘુતભરો કરતા નજીક છે જેથી આ બંનેની વચ્ચે આકર્ષણ થાય આ સાનિયાના રન વિઘુતભરો આ સાનિયાના ધન વિધુતભારોને આકર્ષિત કરે કારણકે આસમાન વિધુતભારિત કણોની વચ્ચે આકર્ષણ થાય છે તેમજ આ સાણીયાના ઋણ વિધુતભારિત કણો આ સાનિયાના ઋણ વિધુતભારિત કણોને દૂર કરે કારણકે સમાન વિધુતભારિત કણોની વચ્ચે અપાકર્ષણ થાયછે શું આ બલો એક બીજાને કેન્સલ કરશે ના તેવો કરતા નથી કારણકે જેમ તમે વિઘુતભરની નજીક હોવ તેમ બળ વધારે હોય આના કારણે આ સણીયો આ સાણીયા તરફ આકર્ષાય છે જો તમે વિધુતભારિત સણીયો લો અને તેને ખાલી સોદાની બોટલની નજીક લાવો ધારોકે તે બોટલ ટેબલ ઉપર છે જો તમે સાનિયાને બોટલની નજીક લાવો તો બોટલ તેની તરફ ગતિ કરે પરંતુ આ પ્રેરણ દ્વારા વિધુતભારિત કરવું નથી હવે આ સુવાહક ધાતુનો દુકડો લો અને તેન ગ્રાઉન્ડ સાથે જોડો ગ્રાઉન્ડનો અર્થ શું થાય તમે ધાતુની કોઈક એક મોટી પાઇપ લો અને પછી તેને જમીનમાં ડાટો અથવા કંઈક એવું લો જેની પાસે મોટા પ્રમાણમાં ઇલેક્ટ્રોન હોય જેથી તમે અનંત સંખ્યાના ઇલેક્ટ્રોન લઈ શકો અને અનંત સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન જમીનની નાદાર દાખલ કરી શકો તો તે આ ગ્રાઉન્ડ માટે મહત્વનું નથી માટે તમારા કારની ફ્રેમ જે એક ધાતુ છે તે એક ગ્રાઉન્ડ છે કારણકે તે ઘણા બધા ઇલેક્ટ્રોન લાય શકે અને તેને આપી શકે હવે જો આપણે આ સાનિયાને આ સાણીયાની નજીક લાવીએ તો શું થાય આની પાસે પ્રારંભમાં કોઈ પરિણામી વિધુતભાર ન હતો તો અહીં આ બધા ઇલેક્ટ્રોન આરીતે જમીનમાં જાય શકે આ બધા ઇલેક્ટ્રોન અહીં જમીનમાં જાય શકે અને જયારે કંઈક આ પ્રમાણેનું થાય જયારે અહીં રહેલા બધાજ ઋણ વિધુતભારિત કણો આ રીતે જમીનમાં જશે ત્યારે તમારો આ સણીયો વિધુતભારિત રહશે નહિ અહીંના બધાજ ઇલેક્ટ્રો અહીં જતા રહશે એવું નથી ત્યાં કોઈક ઇલેક્ટ્રોન બાકી રહે પરંતુ તેનો અર્થ એ થાય કે આ સણીયો જે પહેલા વિધુતભારિત ન હતો તે હવે ધન વિધુતભારિત થાય આમ મેં આ સાનિયાને આ સાણીયા સાથે સંપર્કમાં લાવ્યા સિવાય તેને ધન વિધુતભારિત કર્યું કારણકે અહીંથી મેં આ બધા ઇલેકટ્રોનને જમીનમાં પ્રવેશ કરી દીધા હવે હું અહીંથી આ વાયને કાપી લખીશ અને પછી આ સાનિયાને આનાથી દૂર લાય જઈશ તો હવે આ ઋણ વિધુતભારિત શું કરશે તે ફરીથી આ ધન વિધુતભાર તાંફર આકષાય અને આ ફરીથી આ વિધુતભારિત બને પરંતુ આવું થશે નહિ કારણે તમે અહીંથી વાયરને કાપી નાખ્યો છે આ ઇલેક્ટ્રોન હંમેશ અહીજ રહે અને આ ધાતુનો દુકાળો કાયમ માટે ધન વિધુતભારિત થશે તેને આપણે પ્રેરણ દ્વારા વિધુતભારિત કરવું કહીયે છીએ હવે હું તમને એક બીજું એક ઉદાહરણ બતાવીશ તમે આ પ્રમાણે એક ફંગાને લો હવે તમે આને વિધુતભારિત કઈ રીતે કરશો તમે તેને તામર માથાના વૅલ સાથે ઘસો તે તમારા માથાના વૅલ માંથી ઇલેક્ટ્રોન લઈ લે સે અને હવે આ ફુગ્ગો રન વિધુતભારિત થાય હવે તમે તેની સાથે શું કારસો તમે હવે આ ફુગ્ગાને છતની નજીક લાય જાસો આ પ્રમાણે તે કેઈ રીતે કામ કરે યાદ રાખો કે આ ફુગ્ગો તે અવાહક પદાર્થમાંથી બનેલો છે તે રબરનો બનેલો છે અને આ છત પણ અવાહક પદાર્થમાંથી બનેલી છે માટે વિઘુતભરોનું વાહન થાય શકે નહિ માટે એલેકટ્રોનની આપણે થશે નહિ પરંતુ અવાહક પદાર્થમાં પણ ન્યુક્લિયસ કૅઇક આ રીતે શિફ્ટ થાય શકે ધન વિઘુતભર એકે તરફ આવે અને રન વિઘુતભરો બીજી તરફ કૅઇક આ પ્રમાણે થશે અને તેના કારણે આ છત અને ફુગ્ગાની વચ્ચે પરિણામી બાલ ઉત્ત્પન થાય કારણકે આ બધા ધન વિઘુતભરો આની નજીક છે આ રન વિઘુતભરો આ રન વિઘુતભર સાથે જેટલા બળથી અપાકર્ષણ પામે છે તેના કરતા આ દહન વિઘુતભરો આ રન વિઘુતભર સાથે વધુ બળ વડે આકર્ષણ પામે દીવાલ આ ફુગ્ગાને અને ફુગ્ગો આ દીવાલને વધુ બળથી આકર્ષે છે તેથી આ ફુગ્ગો દીવાલની સાથે ચોંટી રહશે કારણકે ધ્રુવી કારણ અને એલેકટ્રોનનું આકર્ષણ એ બંને અવાહક પદાર્થોની સમતા છે મેં અગાઉ કહ્યું તે પ્રમાણે આ બંને અલગ હોવા છતાં તેમની વચ્ચે આંતર ક્રિયા થાય શકે કારણકે આ ન્યુક્લિયસનું ધ્રુવી કારણ થાય શકે અને તે આ રીતે શિફ્ટ થાય શકે