සන්නායක (conductors) සහ පරිවාරක(insulators) කියන්නේ මොනවද? මොකක්ද මේකේ වෙනස ? electrical conductivity සහ electrical resistivity කියන්සනේ මොනවද? සන්නායක කියන්නේ විදුලිය සන්නයනය(ගමන් කළහැකි) කිරීමට ඇති හැකියාවයි. පරිවාරක කියන්නේ විදුලිය සන්නයනය නොවීමට(ගමන් නොකරන) ඇති හැකියාවයි. මේ විදිහට අර්ධ සන්නායක(semiconductors) සහ සුපිරි සන්නායක(superconductors) විදිහට තවත් කොටස් 2 ක්ම තියනවා, සන්නායක සහ පරිවාරක වල අතරමැදි ගුණයක් දැක්වීම අර්ධ සන්නායක විදිහට හඳුන්වන්න පුලුවන්. ඒ වගේම කාමර උෂ්ණත්වයටත් වඩා අඩු මට්ටමකදී ඉතා හොදින් (සුපිරියටම 😅) විදුලිය සන්නයනය කිරීමට ඇති හැකියාව සුපිරි සන්නායක කියල හඳුන්වන්න පුලුවන්.
Electrical conductors
සන්නායකයක් කියන්නේ ඇයි? මොකක්ද ඒකෙ විශේශත්වේ? සරලවම සන්නායකයක් කියන්නේ නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන (free electrons) පවතින වස්තු වලට. විදුලිය ගමන් කරන්නේ මේ නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන නිසා. ලෝහක බන්ධන(metallic bond) සමග සමාකාර පිහීටීමකින් යුතුව ස්ඵටික දැලිසක්(crystal lattice) විදිහට ලෝහ වල පරමණු බැදිල තියනවා. විවිධ හැඩවලට තියන මේ දැලිස නිසාම ලෝහ වල සන්නායක ගුණ වෙනස් වෙනවා. කොපර්(copper) වල අවසන් ඉලෙක්ට්‍රෝන න්‍යෂ්ටියට දුරින් පවතින නිසා සහ විකර්ශණ බල නිසා නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉතා සක්‍රීයව පවතී, තඹ එ නිසාම හොද සන්නායකයක් වෙනවා. අපි ලෝහයකට විභව අන්තරයක් ලබා දුන්නොත් මේ නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ලෝහයේ විද්‍යුත් ක්ශේත්‍රය හට ගන්න දිශාවට (+ න් - ට) විරුද්ධව drift වෙන්න (ප්ලවනය) පෙළඹෙනවා. මේ drift වෙන නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන, සන්නායක ඉලෙක්ට්‍රෝන(conduction electrons) කියල හදුන්වනවා. මේ conduction electrons පරමාණුක න්‍යශ්ටි වල ගැටීම් සිද්ද වෙනවා. ඒ ගැටීම් වලදී හැදෙන කම්පන චාලක ශක්තිය අමතර ශක්තියක් විදිහට න්‍යශ්ටි ලබා ගන්නව විතරක් නෙමේ ඒ ශක්තිය කම්පන ශක්තිය තාපය විදිහට ලෝහයෙන් පිට කරනවා. (තාප සන්නයනයෙත් වෙන්නේ මේ දේ ඒ කියන්නේ න්‍යශ්ටි කම්පනය වීමෙන් තමයි තාපය සන්නයනය වෙන්නේ). මේ තාපය වැඩි වශයෙන් නිපදවීම විද්‍යුත් සන්නයනයට හොදද නැද්ද ? ඒවගේම හේතුවත් පහලින් comment කරන්න.
Equations for Elecrical conductivity
උඩ රූපෙ සලකමු. ඉතිං මේකට අනුව ප්‍රතිරෝධය R= V/I. ඒවගේම ඒකක වර්ගඵලයක් හරහා යන ධාරාව හෙවත් ධාරා ඝනත්වය (current density) - J එක ගන්නේ
J = I/A ---------- (1)
කියල. මේකෙ ඒකක වෙන්නේ Am-2. විද්‍යුත් ක්ශේත්‍ර තීව්‍රතාව (electrical intensity) සන්නායකය දෙපස විභව අනුක්‍රමණයට (potential gradient) සමාන වෙන්න ඕන. ඒ අනුව E=V/ɭ ------------ (2)
වෙනවා. සන්නායක කම්බිය හදල තියන ද්‍රව්‍යයේ ප්‍රතිරෝධකතාව
ρ=E/J ------------- (3)
කියල ලියන්න (electrical intensity / current density) පුලුවන්. ඒ අනුව, (1), (2) සමීකරණ ආදේශ කරල අපිට
ρ=RA/ɭ
කියල ලියන්නත් පුලුවන්. ඉතිං මේ ρ, ohm meters (Ωm) වලින් ගන්න පුලුවන්. ඒ වගේම ප්‍රතිරෝධකතාව හෝ ප්‍රතිරෝධය ද්‍රව්‍යයේ පවතින උශ්නත්වය කියන බාහිර සාධකය මත වෙනස් වෙනවා. ඉලෙක්ටෝන න්‍යශ්ටිය සමග ඇති බැදීම මතද මේ ප්‍රතිරෝධකතාව වෙනස් වෙන්න පුලුවන්. මේ ප්‍රතිරෝධකතාවයේ පරස්පරය විද්‍යුත් සන්නායකතාව (electrical conductivity) ලෙස හදුන්වන්න පුලුවන්. σ= 1/ρ ----------- (4)
විදිහට අර්ථ දක්වනවා. (3) ට අනුව
J=Eσ
ලෙස සමීකරණය නැවත ලේසියෙන්ම ලියන්න පුලුවන්. ඒවගේම ඒකක වෙන්නේ මීටරයට ඕමයට හෙවත් (Ω-1m-1) කියලයි. සන්නායකයක ඒකක පරිමාවක ඇති නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාව , ඒකෙ වාහක ඝනත්වය (carrier density) - n (electrons in per m3) ලෙස හදුන්වනවා. Vd ප්ලාවිත ප්‍රවේගය (drift velocity) නම්, සන්නායකයක හරස්කඩක් හරහා තත්පරයට ගලා යන ආරෝපණ ප්‍රමාණය විද්‍යුත් ධාරාවට සමාන විය යුතු නිසා,
I = (ne) Vd A -------- (5)
මේ අනුව ධාරා ඝනත්වය,
J = neVd -------- (6) විදිහට ලියන්න පුලුවන්.
Electron Mobility μe
සන්නායක ඉලෙක්ට්‍රොනයක සචලතාව (electron mobility) μe අර්ථ දක්වන්නේ, ඒකක විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර තීව්‍රතාවකට අනුරූප වන මධ්‍යන්‍ය ප්ලාවිත ප්‍රවේගය(drift velocity) විදිහටයි. μe, ඒ කියන්නේ කොහොම වේගයකින් ලෝහයක් හරහා ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ගමන් කරනවද කියලයි.
μe = Vd/E -------- (7)
සචලතාව ඒකක වෙන්නේ m2V-1s-1 .
(6) සහ (7) සමීකරණ වලට අනුව,
J = neμeE -------- (8)
J=Eσ මගින් විද්‍යුත් සන්නායකතාව දැක්වෙන අලුත්ම සමීකරණය විදිහට,
σ = μene ---------- (9)
ඒ අනුව, වාහක වල සචලතාවයත් (mobility), වාහක ඝනත්වයත්, වාහක සතු ආරෝපණයත් යන රාශීන් තුන මත ද්‍රව්‍යයේ විද්‍යුත් සන්නායකතාව රදා පවතී.
ඉතිං මේ ගොඩක් කරුණු AL වල ඉගෙන ගත්ත දේවල්. ඉතිං උදාහරනයක් විදිහට ඒ කාලෙ ගානක් දාන්නම් උත්තරේත් එක්කම ඒක බලල කරන්න. මෙතන ගොඩක් හැඳින්වීම් තියනවා ඒව තියන්නේ සිංහලෙන් ඉතිං ප්‍රශ්නයකදි ඇහුවොත් lectures වල උගන්නපු english derivation එක මතකත් තියා ගන්න. නැත්තම් සිංහල හැඳින්වීම පාඩම් කරගෙන english වලට translate කරල දාන්න.
ALවලින් පොඩ්ඩක් එහාට ගිහින් විද්‍යුත් ප්‍රතිරෝධකතාව (electrical resistivity) සහ Matthiessen's Rule එකගැන කතා කරමු.
Electrical Resistivity එක කරුණු 3 ක් මත රදා පවතිනවා.
1. තාප කම්පනයන් මත (thermal vibrations)
2. Defects/impurities (ලෝහයේ පවතින දෝශ- පරිපුර්ණ නොවීම මේ ගැන ලොකු විස්තරයක් තියනවා. දැනට හිතගන්න පිරිසිදු ලෝහයකට එම අපද්‍රව්‍ය එකතු කිරීමක් කියලා.)
3. Plastic deformation (විරූපණය)
Electrons වල ගමනට බාධා ඇති කරන මේ කරුණු නිසා ප්‍රතිරෝධය ඇති වෙනවා.
Matthiessen's Rule:
ρtotal = ρt + ρi + ρd
ρt – resistivity due to thermal vibrations
ρi – resistivity due to impurities/defects
ρd – resistivity due to deformation
matthiessen's rule එක හැදිල තියන්නේ මේ විදිහටයි. ප්‍රතිරෝධකතාවයට බලපාන කරුණු වලින් තමයි මේ සමීකරණය හැදිල තියන්නෙ. (මෙතනින් වැඩිදුර කියවන්න )
සමීකරණ අංක (2)(5)(7) සහ V=IR මගින් අපිට විශේශ සමීකරණයක් විදිහට,
R= ɭ /neAμe ----------- (10)
ලබා ගන්න පුලුවන්. මේක ගන්න විදිහ හදල බලන්න.
ρ= RA/ɭ සහ (10) සමීකරණය මගින් අපිට ව්ද්‍යුත් ප්‍රතිරෝධකතාව (electrical resistivity) සදහා සමීකරණයක් ගොඩනගන්න පුලුවන්.
ρ= 1/ neμe------------ (11)
සමීකරණය තොගයක් වගේ නේද? හරියටම බැලුවොත් මූලික සමීකරණ එකිනෙකට ආදේශ වෙලා තමයි මේ සමීකරණ තොගේ හැදිල තියන්නේ. මූලික සමීකරණ විදිහට, (1), (3), (4), (5) විදිහට මතක තියාගන්න. මේ (10), (11) සමීකරණ ටික උඩ සමීකරණ වලින් තවත් විදි වලට ගන්න පුලුවන්. ඒව උත්සහ කරල බලන්න. මේ සමීකරණ නැවත නැවත ලියන්න. මතක තියාගන්න ලේසි වෙන්න. මේ සමීකරණ වලින් ගනන් ටිකක් පහල tute එකේ ඇති ඒව කරල බලන්න. ආයි මේ වගේම ලිපියකින් හම්බවෙමු. හැමෝටම ජය.!!
.png)
0 Comments