कौन सा तत्व विद्युत का सबसे अच्छा सुचालक है?

बिजली का संचालन करने की क्षमता के संदर्भ में, सामग्री को मोटे तौर पर संचालन, अर्धचालक और इन्सुलेट या ढांकता हुआ सामग्री में विभाजित किया जा सकता है। जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, एक विद्युत कंडक्टर कोई भी सामग्री है जो संभावित अंतर से जुड़े होने पर या विद्युत क्षेत्र की क्रिया के अधीन होने पर बिजली का संचालन करने में सक्षम होता है।

विद्युत संचालन की क्षमता धातुओं का एक विशिष्ट गुण है। वास्तव में, सबसे अच्छे कंडक्टरों में से अधिकांश धात्विक तत्व हैं। हालांकि, कार्बन का एक बहुत ही विशेष आवंटन संपूर्ण आवर्त सारणी पर सबसे अधिक प्रवाहकीय धातु के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम है।

बिजली का संचालन करने के लिए किसी सामग्री की क्षमता कैसे मापी जाती है?

बिजली का संचालन करने के लिए सामग्री की क्षमता विद्युत चालकता द्वारा मापी जाती है। यह पदार्थ की एक गहन संपत्ति है जो इकाई लंबाई और क्रॉस सेक्शन के कंडक्टर के संचालन का प्रतिनिधित्व करती है। एक गहन संपत्ति होने के नाते, यह कंडक्टर के आयाम या आकार पर निर्भर नहीं करता बल्कि केवल उस सामग्री पर निर्भर करता है जिससे इसे बनाया जाता है। इस कारण से, यदि हम विद्युत संचालन की क्षमता के आधार पर तत्वों की तुलना करना चाहते हैं, तो यह उनकी चालकता की तुलना करने के लिए पर्याप्त है।

किसी सामग्री की चालकता के आधार पर, इसे कंडक्टर, अर्धचालक और इन्सुलेटर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। निम्न तालिका प्रत्येक प्रकार की सामग्री के लिए चालकता श्रेणी दिखाती है:

यह जानने के लिए कि चालकता मूल्य कंडक्टरों की विशेषता क्या है, निम्न तालिका आवर्त सारणी के 50 तत्वों की चालकता की एक क्रमबद्ध सूची दिखाती है जो बिजली का सबसे अच्छा संचालन करती है। ये मान आयतन में तत्वों की चालकता के अनुरूप हैं, अर्थात् स्थूल मात्रा में।

जैसा कि हम देख सकते हैं, जो तत्व बिजली का सबसे अच्छा संचालन करता है वह सिल्वर (Ag) है और इसकी चालकता 6.30.10 ⁷ S/m है । ^{इसका मतलब यह है कि 1 मीटर 2} के क्रॉस सेक्शन और 1 मीटर की लंबाई वाले शुद्ध चांदी के ब्लॉक में 6.30.10 ⁷ सीमेंस या ए/वी की चालकता होगी। ^{बदले में, इसका अर्थ है कि यदि हम कंडक्टर के दो चेहरों के बीच 1 V का निरंतर विद्युत संभावित अंतर लागू करते हैं, तो 6.30.10 7} एम्पीयर का विद्युत प्रवाह उत्पन्न होगा।

^{इस तरह से अभिव्यक्त चालकता की कल्पना करना मुश्किल है, क्योंकि शुद्ध चांदी का 1 मीटर 3} ब्लॉक लेना और इसे विद्युत चालक के रूप में उपयोग करना आम बात नहीं है। ^{इसके बजाय, चालकता को Sm/mm 2} के रूप में व्यक्त करना अधिक सुविधाजनक है । इन इकाइयों में, चाँदी की चालकता 63.0 Sm/mm2 होती ^है । इसका तात्पर्य यह है कि यदि हम 1 मीटर लंबे और 1 मिमी 2 के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र वाले चांदी के कंडक्टर में 1 वी का वोल्टेज लगाते हैं, तो 63.0 एम्पीयर ^का करंट उत्पन्न होगा।

चांदी, तांबा, सोना और एल्यूमीनियम बिजली के कंडक्टर के रूप में

उपरोक्त तालिका में डेटा से एक सरल गणना से पता चलता है कि चांदी की चालकता तांबे की तुलना में 5.7% अधिक है, सोने की तुलना में 39.4% अधिक है , और एल्यूमीनियम की तुलना में 67.1% अधिक है। हालांकि, चांदी की तुलना में इन तीन तत्वों का विद्युत अनुप्रयोगों में अधिक बार उपयोग किया जाता है। वास्तव में, बिजली का सबसे अच्छा संचालन करने वाला तत्व होने के बावजूद, चांदी का विद्युत कंडक्टर के रूप में शायद ही कभी उपयोग किया जाता है।

इसके पीछे कारण सरल हैं। एक के लिए, तांबा चांदी की तुलना में बहुत सस्ती धातु है, जबकि यह केवल थोड़ा कम प्रवाहकीय है। इस कारण से, चांदी के बजाय इलेक्ट्रॉनिक्स और बिल्डिंग वायरिंग में तांबे का उपयोग करना अधिक समझ में आता है, क्योंकि चालकता में वृद्धि मूल्य में प्रभावशाली वृद्धि को उचित नहीं ठहराती है।

यह एल्यूमीनियम के मामले में और भी सच है, जो तांबे की तुलना में अधिक बार और अधिक मात्रा में उपयोग किया जाता है, खासकर किलोमीटर-लंबी हाई-वोल्टेज लाइनों में। एल्युमीनियम तांबे की तुलना में बहुत सस्ता और आसान है, और हल्का और जंग के लिए अधिक प्रतिरोधी भी है। यदि हम एक तांबे के कंडक्टर की तुलना एक एल्यूमीनियम कंडक्टर के साथ क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के दोगुने के साथ करते हैं, तो एल्यूमीनियम कंडक्टर का प्रवाह तांबे के एक से दोगुने से अधिक है (यह बिजली का बेहतर संचालन करता है), इसकी कीमत अभी भी कम है (लगभग एक 40% सस्ता) और, इसके अलावा, यह 40% हल्का है। चालकता में चौथे स्थान पर होने के बावजूद, ये सभी विशेषताएं एल्युमीनियम को कई अनुप्रयोगों में चांदी और तांबे की तुलना में अधिक उपयुक्त कंडक्टर बनाती हैं।

दूसरी ओर, चांदी की तुलना में सोना बहुत अधिक महंगी कीमती धातु है , यह एक बदतर विद्युत चालक है, और यह बहुत अधिक सघन या भारी है। यह अपने आप से पूछने लायक है, फिर, चांदी की तुलना में सोने का विद्युत चालक के रूप में अधिक बार उपयोग क्यों किया जाता है? इसका कारण सोने के रासायनिक गुणों से है। सोना कीमती धातु होने के साथ-साथ एक उत्कृष्ट धातु भी है।जंग के लिए बहुत प्रतिरोधी। यह इसे कंप्यूटर उपकरण, मोबाइल डिवाइस इत्यादि जैसे अनुप्रयोगों में विद्युत संपर्कों के निर्माण के लिए एकदम सही सामग्री बनाता है। दूसरी ओर, चांदी, सतह के परमाणुओं के ऑक्सीकरण के कारण, हवा के संपर्क में आने पर जल्दी से अपनी सतह पर एक पेटीना प्राप्त कर लेती है। यह इस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए इस धातु को अनुपयुक्त बनाने वाली इसकी चालकता को कम करता है।

ग्रेफीन चांदी की तुलना में बेहतर चालक है

यदि हम शुद्ध तत्वों की चालकता के बारे में बात करते हैं, तो एक ऐसा तत्व है जो अन्य सभी को मात देता है और दिलचस्प बात यह है कि यह चांदी नहीं है। यह कार्बन के बारे में है। हालाँकि, हम केवल किसी कार्बन के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, जैसा कि हम स्वाभाविक रूप से पा सकते हैं, लेकिन कार्बन के एक बहुत ही विशेष रूप के बारे में जिसे ग्राफीन कहा जाता है।

ग्रैफेन कार्बन का एक बहुत ही विशेष आवंटन है। ^{यह एसपी 2} -संकरित कार्बन परमाणुओं का एक परमाणु मोटा हेक्सागोनल जाली है । इसमें कार्बन परमाणुओं की केवल एक परत होती है जो ग्रेफाइट अलॉट्रोप बनाती है। केवल एक परमाणु मोटा होने के कारण, इस प्रकार की सामग्री को द्वि-आयामी क्रिस्टल कहा जाता है और इसमें उच्चतम ज्ञात विद्युत चालकता सहित अद्वितीय भौतिक गुण होते हैं।

^{कुछ प्रयोगशालाओं में, ग्राफीन के लिए 8.0.10 7} S/m के क्रम की चालकता की सूचना दी गई है, जो चांदी की चालकता से 27% अधिक है, जो ग्राफीन बनाती है, और इसलिए कार्बन, वह तत्व जो बिजली का सबसे अच्छा संचालन करता है ।

उपर्युक्त के बावजूद, तथ्य यह है कि यह चालकता तत्व के मैक्रोस्कोपिक वॉल्यूम के बजाय सामग्री के नैनोमेट्रिक नमूने से मेल खाती है, इस चालकता की तुलना अन्य धातुओं के साथ करना अनुचित हो सकता है, जिन्हें मैक्रोस्कोपिक नमूने में प्रत्येक तत्व के लिए मापा गया था। इस पैमाने पर, किसी अन्य तत्व का कोई नया रूप ग्रैफेन से भी बेहतर कंडक्टर बन सकता है। इस वजह से फिलहाल हम गोल्ड मेडल को सिल्वर पर छोड़ सकते हैं।

संदर्भ

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