विद्युत धारा: Difference between revisions

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{{short description|Flow of electric charge}}
{{pp-vandalism|small=yes}}
{{Infobox physical quantity
{{Infobox physical quantity
| name = Electric current
| name = विद्युत धारा
| image = Ohm's Law with Voltage source TeX.svg
| image = Ohm's Law with Voltage source TeX.svg
| caption = A simple electric circuit, where current is represented by the letter ''i''. The relationship between the voltage (V), resistance (R), and current (I) is V=IR; this is known as [[Ohm's law]].
| caption = एक साधारण विद्युत परिपथ, जहाँ धारा को अक्षर ''i'' से निरूपित किया जाता है। वोल्टेज (V), प्रतिरोध (R), और धारा (I) के बीच संबंध V = IR है; इसे [[ओम का नियम]] के रूप में जाना जाता है।
| unit = [[ampere]]
| unit = [[एम्पियर]]
| otherunits =
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| symbols = ''I''
| symbols = ''I''
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== प्रतीक ==
== प्रतीक ==
विद्युत् धारा का पारंपरिक प्रतीक {{math|''I''}} है, जिसकी उत्पत्ति फ्रांसीसी वाक्यांश ''इंटेन्सिटे डू कूरेंट'' (धारा तीव्रता) से हुई है।<ref>T. L. Lowe, John Rounce, ''Calculations for A-level Physics'', p. 2, Nelson Thornes, 2002 {{ISBN|0-7487-6748-7}}.</ref><ref>Howard M. Berlin, Frank C. Getz, ''Principles of Electronic Instrumentation and Measurement'', p. 37, Merrill Pub. Co., 1988 {{ISBN|0-675-20449-6}}.</ref> धारा तीव्रता को प्रायः केवल धारा के रूप में संदर्भित किया जाता है।<ref>K. S. Suresh Kumar, ''Electric Circuit Analysis'', Pearson Education India, 2013, {{ISBN|9332514100}}, section 1.2.3 "'Current intensity' is usually referred to as 'current' itself."</ref> प्रतीक {{math|''I''}} का उपयोग आंद्रे-मैरी एम्पियर द्वारा किया गया था, जिसके बाद एम्पियर के बल नियम (1820) को तैयार करने में विद्युत प्रवाह की इकाई को एम्पियर द्वारा निरूपित किया गया था।<ref>A-M Ampère, [http://www.ampere.cnrs.fr/textes/recueil/pdf/recueilobservationsd.pdf ''Recueil d'Observations Électro-dynamiques''], p. 56, Paris: Chez Crochard Libraire 1822 (in French).</ref> यह संकेतन फ्रांस से ग्रेट ब्रिटेन तक गया, जहाँ इसे मानक के रूप में निर्धारित कर दिया गया, हालांकि कम से कम एक पत्रिका ने वर्ष 1896 तक धारा के संकेत को {{math|''C''}} से {{math|''I''}} में परिवर्तित नहीं किया।<ref>[https://books.google.com/books?id=BCZLAAAAYAAJ ''Electric Power''], vol. 6, p. 411, 1894.</ref>
विद्युत् धारा का पारंपरिक प्रतीक {{math|''I''}} है, जिसकी उत्पत्ति फ्रांसीसी वाक्यांश ''इंटेन्सिटे डू कूरेंट'' (धारा तीव्रता) से हुई है।<ref>T. L. Lowe, John Rounce, ''Calculations for A-level Physics'', p. 2, Nelson Thornes, 2002 {{ISBN|0-7487-6748-7}}.</ref><ref>Howard M. Berlin, Frank C. Getz, ''Principles of Electronic Instrumentation and Measurement'', p. 37, Merrill Pub. Co., 1988 {{ISBN|0-675-20449-6}}.</ref> धारा तीव्रता को प्रायः केवल धारा के रूप में संदर्भित किया जाता है।<ref>K. S. Suresh Kumar, ''Electric Circuit Analysis'', Pearson Education India, 2013, {{ISBN|9332514100}}, section 1.2.3 "'Current intensity' is usually referred to as 'current' itself."</ref> प्रतीक {{math|''I''}} का उपयोग आंद्रे-मैरी एम्पियर द्वारा किया गया था, जिसके बाद एम्पियर के बल नियम (1820) को तैयार करने में विद्युत प्रवाह की इकाई को एम्पियर द्वारा निरूपित किया गया था।<ref>A-M Ampère, [http://www.ampere.cnrs.fr/textes/recueil/pdf/recueilobservationsd.pdf ''Recueil d'Observations Électro-dynamiques''], p. 56, Paris: Chez Crochard Libraire 1822 (in French).</ref> यह संकेतन फ्रांस से ग्रेट ब्रिटेन तक गया, जहाँ इसे मानक के रूप में निर्धारित कर दिया गया, हालांकि कम से कम एक पत्रिका ने वर्ष 1896 तक धारा के संकेत को {{math|''C''}} से {{math|''I''}} में परिवर्तित नहीं किया।<ref>[https://books.google.com/books?id=BCZLAAAAYAAJ ''Electric Power''], vol. 6, p. 411, 1894.</ref>
==परम्परा ==
==पद्धति ==
[[Image:Current notation.svg|thumb|left|230px|विद्युत परिपथ में आवेश वाहक, इलेक्ट्रॉन, पारंपरिक विद्युत प्रवाह की विपरीत दिशा में प्रवाहित होते हैं।]]
[[Image:Current notation.svg|thumb|left|230px|विद्युत परिपथ में आवेश वाहक, इलेक्ट्रॉन, पारंपरिक विद्युत प्रवाह की विपरीत दिशा में प्रवाहित होते हैं।]]
[[File:Battery symbol2.svg|thumb|right|100px|[[ सर्किट आरेख ]] में बैटरी के लिए [[ इलेक्ट्रॉनिक प्रतीक ]]।]]
[[File:Battery symbol2.svg|thumb|right|173x173px|[[ सर्किट आरेख |परिपथ आरेख]] में बैटरी के लिए [[ इलेक्ट्रॉनिक प्रतीक |प्रतीक]]।]]
एक प्रवाहकीय सामग्री में, विद्युत प्रवाह का निर्माण करने वाले गतिमान आवेशित कणों को आवेश वाहक कहते हैं। अधिकांश विद्युत परिपथों में तार और अन्य संवाहक बनाने वाली धातुओं में परमाणुओं के धनावेशित [[ परमाणु नाभिक |परमाणु नाभिक]] एक निश्चित स्थिति में होते हैं, और ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक होते हैं, जो धातु में भ्रमण के लिए स्वतंत्र होते हैं। आवेश वाहक, विशेष रूप से अर्धचालक जैसी अन्य सामग्रियों में धनात्मक या ऋणात्मक हो सकते हैं, जो प्रयुक्त मिश्रक (डोपेंट) पर निर्भर करता है। धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेश वाहक एक ही समय में मौजूद हो सकते हैं, जैसा कि [[ विद्युत रासायनिक सेल |विद्युत रासायनिक सेल]] में [[ इलेक्ट्रोलाइट |विद्युत्-अपघट्य]] में होता है।
एक प्रवाहकीय सामग्री में, विद्युत प्रवाह का निर्माण करने वाले गतिमान आवेशित कणों को आवेश वाहक कहते हैं। अधिकांश विद्युत परिपथों में तार और अन्य संवाहक बनाने वाली धातुओं में परमाणुओं के धनावेशित [[ परमाणु नाभिक |परमाणु नाभिक]] एक निश्चित स्थिति में होते हैं, और ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक होते हैं, जो धातु में भ्रमण के लिए स्वतंत्र होते हैं। आवेश वाहक, विशेष रूप से अर्धचालक जैसी अन्य सामग्रियों में धनात्मक या ऋणात्मक हो सकते हैं, जो प्रयुक्त मिश्रक (डोपेंट) पर निर्भर करता है। धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेश वाहक एक ही समय में मौजूद हो सकते हैं, जैसा कि [[ विद्युत रासायनिक सेल |विद्युत रासायनिक सेल]] में [[ इलेक्ट्रोलाइट |विद्युत्-अपघट्य]] में होता है।


धनात्मक आवेशों का प्रवाह समान विद्युत धारा प्रदान करता है, और परिपथ में विपरीत दिशा में प्रवाहित ऋणात्मक आवेशों के समान ही प्रभाव डालता है। चूँकि विद्युत् धारा, धनात्मक या ऋणात्मक या दोनों आवेशों का प्रवाह हो सकता है, अतः विद्युत धारा की दिशा के लिए एक परिपाटी की आवश्यकता होती है जो आवेश वाहकों के प्रकार से मुक्त होती है। पारंपरिक धारा की दिशा को स्वेच्छा से धनात्मक आवेशों के प्रवाह की दिशा के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसलिए इलेक्ट्रॉन (धातु के तारों और कई अन्य इलेक्ट्रॉनिक [[ विद्युत सर्किट |परिपथ]] घटकों में आवेश वाहक) जैसे ऋणावेशित वाहक, विद्युत परिपथ में पारंपरिक धारा प्रवाह की विपरीत दिशा में प्रवाहित होते हैं।
धनात्मक आवेशों का प्रवाह समान विद्युत धारा प्रदान करता है, और परिपथ में विपरीत दिशा में प्रवाहित ऋणात्मक आवेशों के समान ही प्रभाव डालता है। चूँकि विद्युत् धारा, धनात्मक या ऋणात्मक या दोनों आवेशों का प्रवाह हो सकता है, अतः विद्युत धारा की दिशा के लिए एक परिपाटी की आवश्यकता होती है जो आवेश वाहकों के प्रकार से मुक्त होती है। पारंपरिक धारा की दिशा को स्वेच्छा से धनात्मक आवेशों के प्रवाह की दिशा के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसलिए इलेक्ट्रॉन (धातु के तारों और कई अन्य इलेक्ट्रॉनिक [[ विद्युत सर्किट |परिपथ]] घटकों में आवेश वाहक) जैसे ऋणावेशित वाहक, विद्युत परिपथ में पारंपरिक धारा प्रवाह की विपरीत दिशा में प्रवाहित होते हैं।


=== संदर्भ दिशा ===
=== संदर्भ निर्देशन ===
विद्युत् धारा, एक तार या [[ सर्किट तत्व |परिपथ तत्व]] में दो दिशाओं में प्रवाहित हो सकती है। धारा को निरूपित करने के लिए एक [[ चर (गणित) |चर]] <math>I</math> को परिभाषित करते समय धनात्मक धारा का निरूपण करने वाली दिशा को सामान्यतः [[ योजनाबद्ध आरेख |परिपथ योजनाबद्ध आरेख]] पर एक तीर द्वारा निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।{{efn|The arrow is a fundamental part of the definition of a current.<ref name="Hayt5">{{Cite book |last=Hayt |first= William |year= 1989 |title= Engineering Electromagnetics |edition= 5th |publisher= McGraw-Hill |isbn= 0070274061}}</ref>}} {{rp|13}} इसे धारा <math>I</math> की संदर्भ दिशा कहा जाता हैI [[ सर्किट विश्लेषण |परिपथ विश्लेषण]] करते समय एक विशिष्ट परिपथ तत्व के माध्यम से धारा की वास्तविक दिशा सामान्यतः विश्लेषण के पूरा हो जाने तक अज्ञात होती है। परिणामस्वरूप, धाराओं के संदर्भ निर्देश को प्रायः स्वैच्छिक रूप से निरूपित किया जाता है। जब परिपथ हल हो जाता है, तो धारा के लिए एक नकारात्मक मान का अर्थ है कि परिपथ तत्व के माध्यम से धारा की वास्तविक दिशा चयनित संदर्भ दिशा के विपरीत है।{{efn| Our first step in the analysis is the assumption of reference directions for the unknown currents.<ref name="Hayt5"></ref>}}{{rp|29}}
विद्युत् धारा, एक तार या [[ सर्किट तत्व |परिपथ तत्व]] में दो दिशाओं में प्रवाहित हो सकती है। धारा को निरूपित करने के लिए एक [[ चर (गणित) |चर]] <math>I</math> को परिभाषित करते समय धनात्मक धारा का निरूपण करने वाली दिशा को सामान्यतः [[ योजनाबद्ध आरेख |परिपथ योजनाबद्ध आरेख]] पर एक तीर द्वारा निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।{{efn|The arrow is a fundamental part of the definition of a current.<ref name="Hayt5">{{Cite book |last=Hayt |first= William |year= 1989 |title= Engineering Electromagnetics |edition= 5th |publisher= McGraw-Hill |isbn= 0070274061}}</ref>}} {{rp|13}} इसे धारा <math>I</math> की संदर्भ दिशा कहा जाता हैI [[ सर्किट विश्लेषण |परिपथ विश्लेषण]] करते समय एक विशिष्ट परिपथ तत्व के माध्यम से धारा की वास्तविक दिशा सामान्यतः विश्लेषण के पूरा हो जाने तक अज्ञात होती है। परिणामस्वरूप, धाराओं के संदर्भ निर्देश को प्रायः स्वैच्छिक रूप से निरूपित किया जाता है। जब परिपथ हल हो जाता है, तो धारा के लिए एक नकारात्मक मान का अर्थ है कि परिपथ तत्व के माध्यम से धारा की वास्तविक दिशा चयनित संदर्भ दिशा के विपरीत है।{{efn| Our first step in the analysis is the assumption of reference directions for the unknown currents.<ref name="Hayt5"></ref>}}{{rp|29}}
==ओम का नियम==
==ओम का नियम==
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=== विद्युत-चुम्बकीय प्रेरण ===
=== विद्युत-चुम्बकीय प्रेरण ===
{{Main|विद्युत्-चुम्बकीय प्रेरण}}
{{Main|विद्युत्-चुम्बकीय प्रेरण}}
[[File:Electromagnetic induction - solenoid to loop - animation.gif|thumb|Alternating electric current flows through the solenoid, producing a changing magnetic field. यह क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा वायर लूप में विद्युत प्रवाह का कारण बनता है।]]
[[File:Electromagnetic induction - solenoid to loop - animation.gif|thumb|एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करते हुए, वैकल्पिक विद्युत प्रवाह सोलनॉइड के माध्यम से बहता है। यह क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा वायर लूप में विद्युत प्रवाह का कारण बनता है।]]
चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग विद्युत धाराओं के निर्माण के लिए भी किया जा सकता है। जब एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र को चालक पर प्रयुक्त किया जाता है, तो एक [[विद्युत प्रभावन बल|विद्युतवाहक बल (ईएमएफ)]] प्रेरित होता है,<ref name="SerwayJewett2004" /> {{rp|1004}} जो एक पथ के उपयुक्त होने पर विद्युत प्रवाह प्रारंभ करता है।
चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग विद्युत धाराओं के निर्माण के लिए भी किया जा सकता है। जब एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र को चालक पर प्रयुक्त किया जाता है, तो एक [[विद्युत प्रभावन बल|विद्युतवाहक बल (ईएमएफ)]] प्रेरित होता है,<ref name="SerwayJewett2004" /> {{rp|1004}} जो एक पथ के उपयुक्त होने पर विद्युत प्रवाह प्रारंभ करता है।


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{{Further|रेडियो-आवृत्ति धारा}}
{{Further|रेडियो-आवृत्ति धारा}}
एक [[ एंटीना (रेडियो) |उपयुक्त आकार के चालक (एंटीना)]] में [[ रेडियो फ्रीक्वेंसी |रेडियो आवृत्ति]] पर विद्युत प्रवाहित होने पर [[ रेडियो तरंगें |रेडियो तरंगें]] उत्पन्न हो सकती हैं। ये प्रकाश की गति से चलती हैं और दूरस्थ चालकों में विद्युत धाराएँ उत्पन्न कर सकती हैं।
एक [[ एंटीना (रेडियो) |उपयुक्त आकार के चालक (एंटीना)]] में [[ रेडियो फ्रीक्वेंसी |रेडियो आवृत्ति]] पर विद्युत प्रवाहित होने पर [[ रेडियो तरंगें |रेडियो तरंगें]] उत्पन्न हो सकती हैं। ये प्रकाश की गति से चलती हैं और दूरस्थ चालकों में विद्युत धाराएँ उत्पन्न कर सकती हैं।
==विभिन्न मीडिया में चालन तंत्र ==
==विभिन्न माध्यमों में चालन तंत्र ==
{{Main|विद्युत चालकता|आवेश परिवहन तंत्र}}
{{Main|विद्युत चालकता|आवेश परिवहन तंत्र}}
विद्युत आवेश धात्विक ठोसों में निम्न से उच्च [[ विद्युत क्षमता |विद्युत विभव]] की ओर इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से प्रवाहित होता है। अन्य माध्यमों में, आवेशित वस्तुओं (उदाहरण के लिए, आयन) की कोई भी धारा एक विद्युत प्रवाह का निर्माण कर सकती है। आवेश वाहक के प्रकारों से स्वतंत्र धारा की परिभाषा प्रदान करने के लिए, पारंपरिक धारा को धनात्मक आवेश प्रवाह के समान दिशा में आगे बढ़ने के रूप में परिभाषित किया गया है। इसलिए, धातुओं में जहाँ आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन) ऋणात्मक होते हैं, वहां पारंपरिक धारा समग्र इलेक्ट्रॉन गति के विपरीत दिशा में प्रवाहित होती है। चालकों में जहाँ आवेश वाहक धनात्मक होते हैं, वहां पारंपरिक धारा आवेश वाहक की दिशा में ही प्रवाहित होती है।
विद्युत आवेश धात्विक ठोसों में निम्न से उच्च [[ विद्युत क्षमता |विद्युत विभव]] की ओर इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से प्रवाहित होता है। अन्य माध्यमों में, आवेशित वस्तुओं (उदाहरण के लिए, आयन) की कोई भी धारा एक विद्युत प्रवाह का निर्माण कर सकती है। आवेश वाहक के प्रकारों से स्वतंत्र धारा की परिभाषा प्रदान करने के लिए, पारंपरिक धारा को धनात्मक आवेश प्रवाह के समान दिशा में आगे बढ़ने के रूप में परिभाषित किया गया है। इसलिए, धातुओं में जहाँ आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन) ऋणात्मक होते हैं, वहां पारंपरिक धारा समग्र इलेक्ट्रॉन गति के विपरीत दिशा में प्रवाहित होती है। चालकों में जहाँ आवेश वाहक धनात्मक होते हैं, वहां पारंपरिक धारा आवेश वाहक की दिशा में ही प्रवाहित होती है।
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=== विद्युत्-अपघट्य ===
=== विद्युत्-अपघट्य ===
{{Main|चालकता (विद्युत्-अपघटनीय)}}
{{Main|चालकता (विद्युत्-अपघटनीय)}}
[[File:Superionic ice conducting.svg|thumb|एक स्थिर विद्युत क्षेत्र में एक प्रोटॉन कंडक्टर।]]
[[File:Superionic ice conducting.svg|thumb|एक स्थिर विद्युत क्षेत्र में एक प्रोटॉन चालक।|256x256px]]
विद्युत्-अपघट्यों में विद्युत धाराएँ विद्युत आवेशित कणों (आयनों) का प्रवाह होती हैं। उदाहरण के लिए, यदि [[ सोडियम |Na]]<sup>+</sup> और[[ क्लोरीन | Cl<sup>−</sup>]] के विलयन में एक विद्युत क्षेत्र स्थापित किया जाता है (और स्थितियां सही हैं) तो सोडियम आयन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) की ओर, जबकि क्लोराइड आयन धनात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) की ओर बढ़ते हैं। दोनों इलेक्ट्रोड सतहों पर अभिक्रियाएँ होती हैं, जो प्रत्येक आयन को उदासीन करती हैं।
विद्युत्-अपघट्यों में विद्युत धाराएँ विद्युत आवेशित कणों (आयनों) का प्रवाह होती हैं। उदाहरण के लिए, यदि [[ सोडियम |Na]]<sup>+</sup> और[[ क्लोरीन | Cl<sup>−</sup>]] के विलयन में एक विद्युत क्षेत्र स्थापित किया जाता है (और स्थितियां सही हैं) तो सोडियम आयन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) की ओर, जबकि क्लोराइड आयन धनात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) की ओर बढ़ते हैं। दोनों इलेक्ट्रोड सतहों पर अभिक्रियाएँ होती हैं, जो प्रत्येक आयन को उदासीन करती हैं।


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=== निर्वात ===
=== निर्वात ===
चूंकि एक "पूर्ण निर्वात" में कोई आवेशित कण नहीं होता है, यह सामान्य रूप से एक आदर्श इन्सुलेटर के रूप में व्यवहार करता है। हालांकि, धातु इलेक्ट्रोड सतह [[ क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन |क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन]] या थर्मोनिक उत्सर्जन के माध्यम से मुक्त इलेक्ट्रॉनों या आयनों को इंजेक्ट करके निर्वात के क्षेत्र को प्रवाहकीय बनने का कारण बन सकती है। ऊष्मीय उत्सर्जन तब होता है जब तापीय ऊर्जा धातु के कार्य कार्य से अधिक हो जाती है, जबकि क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन तब होता है जब धातु की सतह पर विद्युत क्षेत्र [[ क्वांटम टनलिंग |क्वांटम टनलिंग]] का कारण बनने के लिए पर्याप्त होता है, जिसके परिणामस्वरूप धातु से मुक्त इलेक्ट्रॉनों को निर्वात में निकाल दिया जाता है। बाह्य रूप से गर्म किए गए इलेक्ट्रोड का उपयोग अक्सर एक [[ इलेक्ट्रॉन बादल |इलेक्ट्रॉन बादल]] उत्पन्न करने के लिए किया जाता है जैसे कि [[ विद्युत फिलामेंट |विद्युत फिलामेंट]] या वैक्यूम ट्यूबों के अप्रत्यक्ष रूप से [[ गर्म कैथोड |गर्म कैथोड]] में। जब छोटे तापदीप्त क्षेत्रों (कैथोड स्पॉट या एनोड स्पॉट कहा जाता है) बनते हैं, तो [[ ठंडा कैथोड |ठंडा इलेक्ट्रोड]] स्वचालित रूप से थर्मिओनिक उत्सर्जन के माध्यम से इलेक्ट्रॉन बादलों का उत्पादन कर सकते हैं। ये इलेक्ट्रोड सतह के गरमागरम क्षेत्र हैं जो स्थानीयकृत उच्च धारा द्वारा बनाए जाते हैं। इन क्षेत्रों को क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन द्वारा शुरू किया जा सकता है, लेकिन एक बार वैक्यूम चाप बनने के बाद स्थानीयकृत थर्मोनिक उत्सर्जन द्वारा बनाए रखा जाता है। ये छोटे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक क्षेत्र उच्च विद्युत क्षेत्र के अधीन धातु की सतह पर काफी तेजी से, यहां तक ​​कि विस्फोटक रूप से भी बना सकते हैं। वैक्यूम ट्यूब और स्प्राइट्रॉन वैक्यूम चालकता पर आधारित कुछ इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग और एम्पलीफाइंग डिवाइस हैं।
एक "पूर्ण निर्वात" में किसी आवेशित कण के न होने के कारण यह सामान्य रूप से एक आदर्श विसंवाहक के रूप में व्यवहार करता है। हालांकि, धातु इलेक्ट्रोड सतहें [[ क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन |क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन]] या ऊष्मीय उत्सर्जन के माध्यम से मुक्त इलेक्ट्रॉनों या आयनों को अन्तःक्षेपित करके निर्वात के क्षेत्र के प्रवाहकीय होने का कारण बन सकती है। तापीय ऊर्जा के धातु के न्यूनतम कार्य से अधिक हो जाने पर ऊष्मीय उत्सर्जन होता है, जबकि धातु की सतह पर विद्युत क्षेत्र के [[ क्वांटम टनलिंग |क्वांटम टनलिंग]] के लिए पर्याप्त होने पर क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है, जिसके परिणामस्वरूप धातु से मुक्त इलेक्ट्रॉनों को निर्वात में अन्तःक्षेपित दिया जाता है। बाह्यतः तप्त इलेक्ट्रोड का उपयोग प्रायः एक [[ विद्युत फिलामेंट |तंतु]] या निर्वात नलियों के अप्रत्यक्ष रूप से [[ गर्म कैथोड |गर्म कैथोड]] में एक [[ इलेक्ट्रॉन बादल |परमाणु कक्षा (इलेक्ट्रॉन बादल)]] उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। जब छोटे तापदीप्त क्षेत्रों (कैथोड स्पॉट या एनोड स्पॉट) का निर्माण होता है, तो ऊष्मीय उत्सर्जन के माध्यम से [[ ठंडा कैथोड |ठंडे इलेक्ट्रोड]] स्वचालित रूप से इलेक्ट्रॉन बादलों का उत्पादन कर सकते हैं। ये स्थानीयकृत उच्च धारा द्वारा निर्मित इलेक्ट्रोड सतह के उद्दीप्त क्षेत्र होते हैं। इन क्षेत्रों को क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन द्वारा प्रारंभ किया जा सकता है, लेकिन एक बार निर्वात चाप बनने के बाद स्थानीयकृत ऊष्मीय उत्सर्जन द्वारा स्थापित रखा जाता है। ये छोटे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक क्षेत्र उच्च विद्युत क्षेत्र के अधीन धातु की सतह पर काफी तीव्रता से, यहाँ तक ​​कि विस्फोटक रूप के भी सकते हैं। निर्वात नली और स्प्राइट्रॉन, निर्वात चालकता पर आधारित कुछ इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग और प्रवर्धित उपकरण हैं।


=== अतिचालकता ===
=== अतिचालकता ===
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=== अर्धचालक ===
=== अर्धचालक ===
{{Main|Semiconductor}}
{{Main|अर्धचालक}}
एक अर्धचालक में कभी-कभी सकारात्मक "छेद" के प्रवाह के कारण वर्तमान के बारे में सोचना उपयोगी होता है (मोबाइल सकारात्मक चार्ज वाहक जो ऐसे स्थान होते हैं जहां अर्धचालक क्रिस्टल में वैलेंस इलेक्ट्रॉन गुम होता है)। पी-टाइप सेमीकंडक्टर में यही स्थिति है। एक अर्धचालक में एक चालक और एक [[ इन्सुलेटर (विद्युत) |विसंवाहक]] के बीच परिमाण में विद्युत चालकता मध्यवर्ती होती है। इसका मतलब है कि चालकता मोटे तौर पर 10<sup>−2</sup> से 10<sup>4</sup> [[ सीमेंस (इकाई) |सीमेंस]] प्रति सेंटीमीटर (S⋅cm .)<sup>-1</sup> की सीमा में है।
एक अर्धचालक में कभी-कभी धनात्मक "छिद्र" (अस्थिर धनात्मक आवेश वाहक जो ऐसे स्थान होते हैं जहाँ अर्धचालक क्रिस्टल में संयोजी इलेक्ट्रॉन अनुपस्थित होता है) के प्रवाह के कारण धारा का विश्लेषण उपयोगी होता है । p-टाइप अर्धचालक में यही स्थिति है। एक अर्धचालक में विद्युत चालकता, एक चालक और एक [[ इन्सुलेटर (विद्युत) |विसंवाहक]] के बीच परिमाण में मध्यवर्ती होती है। इसका अर्थ है कि चालकता साधारण तौर पर 10<sup>−2</sup> से 10<sup>4</sup> [[ सीमेंस (इकाई) |सीमेंस]] प्रति सेंटीमीटर (S⋅cm<sup>-1</sup>) की सीमा में होती है।


क्लासिक क्रिस्टलीय अर्धचालकों में, इलेक्ट्रॉनों में केवल कुछ बैंड (यानी ऊर्जा के स्तर की सीमा) के भीतर ही ऊर्जा हो सकती है। ऊर्जावान रूप से, ये बैंड जमीनी अवस्था की ऊर्जा के बीच स्थित होते हैं, वह अवस्था जिसमें इलेक्ट्रॉन पदार्थ के परमाणु नाभिक से कसकर बंधे होते हैं, और मुक्त इलेक्ट्रॉन ऊर्जा, बाद में एक इलेक्ट्रॉन के लिए पूरी तरह से बचने के लिए आवश्यक ऊर्जा का वर्णन करता है। सामग्री। ऊर्जा बैंड प्रत्येक इलेक्ट्रॉनों के कई असतत क्वांटम राज्यों के अनुरूप होते हैं, और कम ऊर्जा वाले अधिकांश राज्यों (नाभिक के करीब) पर कब्जा कर लिया जाता है, एक विशेष बैंड तक जिसे [[ संयोजी बंध |संयोजी बंध]] कहा जाता है। सेमीकंडक्टर्स और इंसुलेटर [[ धातुओं |धातुओं]] से अलग होते हैं क्योंकि किसी भी धातु में वैलेंस बैंड सामान्य परिचालन स्थितियों के तहत लगभग इलेक्ट्रॉनों से भरा होता है, जबकि उनमें से बहुत कम (सेमीकंडक्टर) या वस्तुतः कोई भी (इन्सुलेटर) कंडक्शन बैंड में उपलब्ध नहीं होता है, बैंड तुरंत ऊपर वैलेंस बैंड।
प्रारम्भिक क्रिस्टलीय अर्धचालकों में, इलेक्ट्रॉनों में ऊर्जा केवल कुछ बैंडों (ऊर्जा के स्तर की सीमा) के भीतर ही हो सकती है। ऊर्जावान रूप से ये बैंड जमीनी अवस्था की ऊर्जा के मध्य स्थित होते हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉन पदार्थ के परमाणु नाभिक से दृढ़ता से बंधे होते हैं, और बाद में मुक्त इलेक्ट्रॉन ऊर्जा, एक इलेक्ट्रॉन के सामग्री से पूर्णतः पलायन के लिए आवश्यक ऊर्जा का वर्णन करती है। प्रत्येक ऊर्जा बैंड इलेक्ट्रॉनों के कई असतत क्वांटम अवस्थाओं के अनुरूप होते हैं, और कम ऊर्जा वाली अधिकांश अवस्थाएँ (नाभिक के समीप), एक विशेष बैंड ([[ संयोजी बंध |संयोजी बंध]]) तक अधिवासित कर ली जाती हैं। अर्धचालक और विसंवाहक [[ धातुओं |धातुओं]] से भिन्न होते हैं क्योंकि किसी भी धातु में संयोजी बंध सामान्य परिचालन स्थितियों के तहत लगभग इलेक्ट्रॉनों से भरा होता है, जबकि उनमें से बहुत कम अर्धचालक या वस्तुतः कोई भी विसंवाहक चालन बैंड (संयोजी बांध के ठीक ऊपर) में उपलब्ध नहीं होता है।


संयोजकता बैंड से चालन बैंड तक अर्धचालक में रोमांचक इलेक्ट्रॉनों की आसानी बैंड के बीच [[ ऊर्जा अंतराल |ऊर्जा अंतराल]] पर निर्भर करती है। इस ऊर्जा बैंड अंतराल का आकार अर्धचालक और इन्सुलेटर के बीच एक मनमानी विभाजन रेखा (लगभग 4 [[ इलेक्ट्रॉनवोल्ट |इलेक्ट्रॉनवोल्ट]]) के रूप में कार्य करता है।
अर्धचालक में संयोजकता बैंड से चालन बैंड तक उत्तेजक इलेक्ट्रॉनों की सरलता [[ ऊर्जा अंतराल |बैंड-अंतराल]] पर निर्भर करती है। इस ऊर्जा बैंड अंतराल का आकार अर्धचालक और विसंवाहक के बीच एक स्वैच्छिक विभाजन रेखा (लगभग 4 [[ इलेक्ट्रॉनवोल्ट |इलेक्ट्रॉनवोल्ट]]) के रूप में कार्य करता है।


सहसंयोजक बंधों के साथ, एक इलेक्ट्रॉन एक पड़ोसी बंधन में कूदकर चलता है। [[ पाउली अपवर्जन सिद्धांत |पाउली अपवर्जन सिद्धांत]] की आवश्यकता है कि इलेक्ट्रॉन को उस बंधन की उच्च विरोधी बंधन अवस्था में उठा लिया जाए। निरूपित अवस्थाओं के लिए, उदाहरण के लिए एक आयाम में - जो कि एक [[ नैनोवायर |नैनोवायर]] में है, प्रत्येक ऊर्जा के लिए एक अवस्था होती है जिसमें एक दिशा में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है और दूसरी अवस्था में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है। एक शुद्ध धारा के प्रवाह के लिए, एक दिशा के लिए दूसरी दिशा की तुलना में अधिक राज्यों पर कब्जा किया जाना चाहिए। ऐसा होने के लिए, ऊर्जा की आवश्यकता होती है, क्योंकि अर्धचालक में अगले उच्च राज्य बैंड गैप से ऊपर होते हैं। अक्सर इसे इस प्रकार कहा जाता है: पूर्ण बैंड विद्युत चालकता में योगदान नहीं करते हैं। हालांकि, जैसे ही अर्धचालक का तापमान पूर्ण शून्य से ऊपर उठता है, अर्धचालक में जाली कंपन पर और कंडक्शन बैंड में रोमांचक इलेक्ट्रॉनों पर खर्च करने के लिए अधिक ऊर्जा होती है। चालन बैंड में वर्तमान-वाहक इलेक्ट्रॉनों को मुक्त इलेक्ट्रॉनों के रूप में जाना जाता है, हालांकि उन्हें अक्सर इलेक्ट्रॉन कहा जाता है यदि यह संदर्भ में स्पष्ट है।
सहसंयोजक बंधों के साथ, इलेक्ट्रॉन एक निकट बैंड में छलांग लगाते हुए आगे बढ़ता है। [[ पाउली अपवर्जन सिद्धांत |पाउली के अपवर्जन सिद्धांत]] की आवश्यकता है कि इलेक्ट्रॉन को उस बैंड की उच्च विरोधी बंधन अवस्था में उठना चाहिए। निरूपित अवस्थाओं के लिए, उदाहरण के लिए एक आयाम में - जो कि एक [[ नैनोवायर |नैनोवायर]] में है, प्रत्येक ऊर्जा के लिए एक अवस्था होती है, जिसमें इलेक्ट्रॉन एक दिशा में और दूसरी अवस्था में इलेक्ट्रॉन दूसरी दिशा में प्रवाहित होते हैं। एक शुद्ध धारा प्रवाह के लिए, एक दिशा के लिए दूसरी दिशा की तुलना में अधिक अवस्थाओं को अधिवासित किया जाना चाहिए। इसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, क्योंकि अर्धचालक में अगली उच्च अवस्थाएँ बैंड अंतराल से ऊपर होती हैं। प्रायः इसे इस प्रकार कहा जाता है: पूर्ण बैंड विद्युत चालकता में योगदान नहीं देते हैं। हालांकि, जैसे ही अर्धचालक का तापमान पूर्ण शून्य से ऊपर उठता है, अर्धचालक में जाली कंपन पर और चालन बैंड में उत्तेजक इलेक्ट्रॉनों पर व्यय करने के लिए अधिक ऊर्जा होती है। चालन बैंड में धारावाही इलेक्ट्रॉनों को ''मुक्त इलेक्ट्रॉनों''  के रूप में जाना जाता है, हालांकि उन्हें प्रायः ''इलेक्ट्रॉन'' भी कहा जाता है यदि यह संदर्भ में स्पष्ट है।


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