विद्युत् संवहन

विद्युत् संवहन : घनरूप, द्रवरूप व वायूरूप पदार्थातील एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी वीज जाण्याच्या क्रियेला विद्युत् संवहन म्हणतात. वरील पदार्थातून विद्युत् संवहन कशा आणि कोणत्या पद्धतीने होते या  संबंधीचे विवेचन प्रस्तुत नोंदीत केलेले आहे.

इतिहास : स्थिर विद्युत् संबंधीची माहिती पुरातन कालापासून उपलब्ध आहे, पण अठराव्या शतकाच्या पूर्वार्धात धन व ऋण अशी दोन प्रकारची वीज असते. हे प्रयोगान्ती सिद्ध झाले. याच शतकाच्या उत्तरार्धात विजेचा प्रवाह मिळू शकतो. हे कळून आले, तरी पाणी जसे नळ्यांतून वाहते. तसेच धातूच्या तारेमधून वीजरूपी प्रवाही पदार्थ जातो. अशी समजूत होती. एकोणिसाव्या शतकाच्या सुरूवातीस विजेच्या प्रवाहामुळे त्याच्या सभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होतो. हा महत्त्वाचा शओध लागला. द्रव पदार्थाचे विजेच्या प्रवाहामुळे विच्छेदन होते. (घटक अलग होतात) याचाही शोध लागला. ⇨विद्युत् विच्छेदन कसे होते, यासंबंधीची उपपत्ती प्रथमतः मायकेल फॅराडे यांनी १८३३ मध्ये मांडली. विद्युत्  भाराचा ओघ म्हणजेच विद्युत् प्रवाह होय हा विचार रूढ झाला.

कोणत्याही अवस्थेतील पदार्थात धन व ऋण अशा दोन प्रकारचे सममूल्य विद्युत् भार असतात व त्यामुळे पदार्थ विद्युत् दृष्ट्या उदासीन असतो. विद्युत् विच्छेदननात विद्रावाचे धन वऋण प्रकारच्या आयनांमध्ये (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट यांमध्ये) रूपांतर होते व वर्चोभेदामुळे (विद्युत् दाबामुळे) त्यांच्यात परस्परविरूद्ध दिशेत गती उत्पन्न होते.

निरनिराळ्या वायूंमधूनही विद्युत् प्रवाह सोडण्याचे अनेक प्रयोग झाले आणि एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस अणुमय उपपत्तीप्रमाणेच विद्युत्ही अणुमय (कणमय) असते, हे निश्चित होऊन ऋण कणाचा किंवा इलेक्ट्रॉनाचा शोध लागला.

विद्युत् क्षेत्राच्या प्रभावामुळे होणाऱ्या कणांच्या वहनाला विद्युत् संवहन असे नाव असून प्रवाह वाहून नेण्याची संवाहकाची  क्षमता मोजण्याचे ते साधन आहे. संवाहकाच्या काटच्छेदाच्या एकक क्षेत्रफळातून दर सेकंदाला वहनारा विद्युत् भार भागिले विद्युत् क्षेत्राची तीव्रता म्हणजे संवाहकता होय.

संवाहकता दोन गोष्टींवरून ठरते. पहिली म्हणजे मुक्त विद्युत् भारांची संख्यात्मक घनता(n) आणि दुसरी म्हणजे त्यांना गतिशील करण्याची विद्युत् क्षेत्राची सहजता. विद्युत् क्षेत्रामुळे विद्युत् भार प्रवेगित होतात तर रोषामुळे त्यांना अडथळा होतो. या दोहोंच्या एकत्रित परिणामामुळे विद्युत् भार स्थिर वेगाने प्रेरणेच्या दिशेत ढकलला जातो. ही स्थिर वेग व त्यामागील विद्युत् क्षेत्र यांचे   गुणोत्तर म्हणजे चलनशीलता (m) . यावरून संवाहकतेचे पुढीलप्रमाणे  समीकरण मिळते.  

s= ne m …   …   …  (१)  

येथे sही विशिष्ट संवाहकता आणि e हा इलेक्ट्रॉनावरील विद्युत् भार होय.

घन पदार्थातील विद्युत् संवहन : अगदी नीच तापमानाची अवस्था सोडल्यास जवळजवळ सर्वच पदार्थांतून कमीजास्त प्रमाणात विद्युत् प्रवाह जाऊ शकतो. पदार्थाचा विद्युत् रोध, त्यावरील वर्चोभेद आणि त्यातून वहनारा विद्युत् प्रवाह यासंबंधी यांचे एक सूत्र आहे ते असे: V/I=R   …   …   …   (२)

येथे V- वर्चोभेद (व्होल्टमध्ये(, I- विद्युत् प्रवाह (अँपिअरमध्ये) व R- रोध (ओहममध्ये). संवाहकाच्या विशिष्ट रोधाची किंवा रोधकतेची (p) व्याख्या खालीलप्रमाणे  केली आहे. 

P = RA/I …   …  …   (३)

 

येथे R- दिलेल्या संवाहकांचा रोध, A- संवाहकाचे काटच्छेद क्षेत्रफळ (चौ. सेंमी. मध्ये), i- संवाहकाची लांबी (सेंमी. मध्ये). संवाहकाच्या कमीजास्त लांबीमुळे, तसेच भिन्न काटच्छेद क्षेत्रफळामुळे एकूण रोध निरनिराळ्या  आला, तरी त्याचा  विशिष्ट रोध बदलत नाही. तो कोवळ संवाहकाच्या स्वाभाविक रचनेवर अवलंबून असतो. विशिष्ट रोध हा गुणधर्म  विशिष्ट संवाहक-दर्शक आहे. रोधाच्या (R) व्यस्तांकाला संवाहकता (c) म्हणतात. तसेच विशिष्ट रोधाच्या (p) व्यस्तांकाला विशिष्ट संवाहकता (s) म्हणतात. रोधाच्या किंवा संवाहकतेच्या भाषेत पदार्थाचे विद्युत् गुणधर्म वर्णन करण्यापेक्षा p किंवा s यांच्या भाषेत वर्णन करणे सोयीस्कर जाते.

धातूंच्या विशिष्ट संवाहकता (s) सर्वसाधारण तापमानात १०४ ते १०६ (ओहम-सेंमी.)^-१ पर्यंत असतात[(ओहम)^-१ या एककला पूर्वी म्हो असेही नाव होते]. तापमान कमी करत गेल्यास त्या वाढतात आणि ०^० के. निरपेक्ष तापमानाच्या जवळपास काही धातूंत (शिसे, जस्त, ॲल्युमिनियम वगैरे) त्या बेसुमार वाढतात. अशा धातूंनाअतिसंवाहक धातू म्हणतात [⟶ अतिसंवाहकता]. तापमान कमी करत गेल्यास रोध कमी कमी होतो, तथापि अतिसंवाहक धातू वगळल्यास अगदी नीच तापमानात रोध शून्य होत नाही. अशा धातूत दोन प्रकारांचे रोध असतात असे मानून त्यांचा संबंध दाखविणारे समीकरण खाली दिले आहे. 

R = R_α + R_t …   …   …   (४) 

या समीकरणात धातूचा पूर्ण रोध R हा  शेष  रोध (R_α) आणि तापमानानुसार बदलणारा रोध (R_t) यांच्या बेरजेबरोबर असतो, हे दाखवले आहे. व तसे प्रयोगान्ती आढळले आहे. R_α मात्र धातूतील अशुद्धता व तीवर पूर्वी झालेली औष्णिक संस्करणे यांवर अवलंबून असतो. जवळजवळ सर्वच धातूंत (कॉन्स्टन्टनसारख्या मिश्रधातू वगळल्यास) R_t चा तापमानानुसार संबंध खालीलप्रमाणे  दाखविता येतो.  

R_t= R₀ (1+at+bt²)       …     …     …    (५)  

येथे R_t-t⁰ सें. तापमानाला असलेला रोध, R₀-०^० से. तापमानाला असलेला रोध, a, b- दिलेल्या विशिष्ट धातूंचे स्थिरांक, t- सेल्सिअस तापमान तापमान २००^० से. च्या वर नसल्यास b अगदीच उपेक्षणीय होतो, त्या वेळेस a ला रोधाचा तापमान गुणक म्हणतात पण ०^० के. निरपेक्ष तापमानाच्या जवळपास काही  धातूंत रोधाची वाढ खाली दाखविल्याप्रमाणेही असते. 

R: : T⁵ …   …   …   (६)  

येथे T- केल्व्हिन निरपेक्ष तापमान.

ज्या पदार्थाची संवाहकता जास्त असते त्यांना सुवाहक म्हणतात व ज्यांची  फारच कमी (यात जवळजवळ सर्वच अधातू मोडतात) असते. त्यांना निरोधक म्हणतात [⟶ निरोधक, विद्युत्]. या दरम्यानचे गुणधर्म असणाऱ्या पदार्थांना अर्धसंवाहक म्हणतात [⟶ अर्धसंवाहक]. 

---

 धातू व अर्धसंवाहक मुक्त इलेक्ट्रॉन व पोकळ्या यांच्या मार्फत विद्युत् संवहन होते. पोकळी म्हणजे इलेक्ट्रॉनाची रिक्त जागा होय, धन भारित असल्याप्रमाणे पोकळी कार्य करते. इलेक्ट्रॉन व पोकळी विशिष्ट अणूंशी बांधलेले नसल्याने विद्युत् क्षेत्राच्या प्रभावाखाली ते संचार करू शकतात. इलेक्ट्रॉन परवाहामुळे होणाऱ्या संवहनाला n-प्रकारतचे संवहन आणि पोकळ्यांच्या प्रवाहामुळे होणाऱ्या संवाहनाला P- प्रकारचे संवहन अशी नावे आहेत. हे संवहन प्रकार असणाऱ्या अर्धसंवाहक पदार्थाना n- प्रकारचा किंवा p- प्रकारचा अर्धसंवाहक म्हटले जाते.

अर्धसंवाहकापेक्षा धातूची संवाहकता खूप जास्त असते कारण त्यांच्यात मुक्त इलेक्ट्रॉन व पोकळ्या खूप संख्येने असतात. अर्धसंवाहकात मुक्त इलेक्ट्रॉन व पोकळ्या यांचे उद्दीपन करून निषिद्ध ऊर्जापट्टापलीकडील रिक्त अनुमत ऊर्जापट्टात त्यांना आणावे लागत असल्यामुळे त्यांची संख्या मर्यीदित राहते. अर्धसंवाहकाचे तापमान वाढविल्याने उद्दीपन होत असल्यामुळे संवाहकता जलद गतीने वाढते. धातूंमध्ये मात्र प्रवाह वाहक मुक्त भारांची संख्या तापमान वाढविल्याने वाढत नाही, परंतु जालक अणूंची  कंपने तीव्र झाल्याने मुक्त भारांच्या गतीला अवरोध होऊन संवाहकता घटते. ही प्रक्रीया अर्धसंवाहकात देखील होते, परंतु वाढत्या तापमानाला मुक्त भारांच्या संख्येतील वाढ खूपच जास्त असते. त्यामुळे एकंदरीने संवाहकता वाढते.

नीच तापमानाला औष्णिक कंपने क्षीण असतात. अशा वेळी स्फटिकरचनेतील अपूर्णता आणि अपद्रव्यांचा  प्रवाह वहनाला अडथळा होतो. शून्य निरपेक्ष तापमानाच्या जवळपासच्या तापमानाला काही धातूंची संवाहकता अपरिमित वाढून ते अतिसंवाहक होतात. [⟶ अतिसंवाहकता].

विद्युत् विच्छेद्यामध्ये धन व ऋण आयनांद्वारा विद्युत् संवहन होते. आयनी स्फटिकांत देखील आयनांच्या गतीमुळे विद्युत् संवहन होते. जालकातील आंतरकोशिकीय अणू (स्फटिक जालकातच असंतुलित स्थानी विस्थापित होण्यास भाग पडलेले अणू), रिक्त जागा, अपद्रव्य, इ. त्रुटींचा मोठा अडथळा  या संवाहनाला होतो.

वायूंमध्ये तीव्र विद्युत् क्षेत्राचा उपयोग करून वायूतील अणू/रेणूंचे आयनीकरण करून संवाहकता उत्पन्न करता येते. आयन पुरेशा संख्येत तयार झाल्यास स्फुल्लिंग(ठिणगी) पडण्याचीही  शक्यता राहते.

बंदिस्त निर्वात भागात इलेक्ट्रॉन व आयन सोडून विद्युत् संवहन करता येते. निर्वात केलेल्या नळीमध्ये तप्त तंतूमधून उत्सर्जित झालेल्या इलेक्ट्रॉनांकरवी विद्युत् संवहन होते. यात थोडेच इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होत असल्याने विद्युत् प्रवाहाचे मान कमी राहते.

धातूंमधील संवहन: सर्व धातू विद्युत् संवाहक आहेत. काही अपवाद सोडल्यास तापमान वाढविले असता धातूंच्या संवाहकतेत घट होते. संवाहकतेची परिमाणात्मक पुढील समीकरणात मांडली आहे. 

J = sE अँपिअर/मी.^२ …   …   …   (७)  

येथे J ही विद्युत् प्रवाह घनता, sही विशिष्ट संवाहकता आणि E हे विद्युत् क्षेत्र  (व्होल्ट/मीटर) आहे. संवाहकता अँपिअर/व्होल्ट-मीटरअगर मीटरमध्ये मोजतात.

विषमदिक् (निरनिराळ्या दिशांत विविध गुणधर्मांच्या बाबतीत बदल दर्शविणाऱ्या) पदार्थाची संवाहकता विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेवर अवलबूंन असल्याने प्रदिश राशी [⟶ प्रदिश] असते. समदिक् पदार्थाची संवाहकता अदिश राशी असते. आणि ती रोधकतेच्या व्यस्तांकाइतकी असते. प्रस्तुत  विवेचन समदिक् पदार्थांपुरते आहे.

विद्युत् मंडलाच्या प्रचलांच्या (विशिष्ट दिलेल्या परिस्थितीत स्थिर असणाऱ्या राशींच्या) भाषेत समी. (१) आशय समी. (२) मधील ओहम नियमातून व्यक्त होतो. 

I = V/R = XV आणि X = s A / I …   …   …  (८)

येथे c ही संवाहकता, V व्होल्ट हा वर्चोभेद व R हा रोध आहे. A व I अनुक्रमे पदार्थाचे काटच्छेद क्षेत्रफळ व लांबी आहेत.

धातूंमधील संवाहकतेसंबंधीच्या दोन सिद्धांतंचे येथे विवेचन केले आहे. धातूंमधील संयुजी इलेक्ट्रॉन (अणूच्या सर्वांत बाहेरच्या कवचातील इलेक्ट्रॉन) धातूंमध्ये मुक्तपणे फिरू शकतात, हे या दोन्हींमध्ये गृहीत धरले आहे. 

मुक्त इलेक्ट्रॉन सिद्धांत : (यातील सज्ञांच्या स्पष्टीकरणासाठी ‘पुजयामिकी’ व ‘पुंज सिद्धांत’ या नोंदी पहाव्यात). या सिद्धांतामध्ये धातूतील धन भारित आयनांमुळे आवर्ती वर्चस् कूप तयार होऊन त्यामध्ये इलेक्ट्रॉन-वायू स्वतंत्रपणे फिरत राहतो, अशा कल्पना मांडली आहे, पुंज सिद्धांतानुसार मिळणाऱ्या उत्तरान्वये या इलेक्ट्रॉन वायूच्या अखंडवत् ऊर्जा पातळ्या असून प्रत्येक पातळीचा अभिलक्षण संयोग P=ħk इतका असतो. यातील २πħहा प्लांक स्थिरांक असून k= 2πλ .यातीलλही प्रत्येक पातळीशी संबद्ध असणारी द ब्रॉग्ली तरंगलांबी आहे. या पातळ्यांची ऊर्जा समी. (९) प्रमाणे मांडता येते.  

E =  ħ²k²/ 2m   …   …   …   (९)

येथे m हे इलेक्ट्रॉनाचे द्रव्यमान आहे. 

 शून्य निरपेक्ष तापमानाला ठराविक ऊर्जामूल्याखालील (फेर्मी ऊर्जामूल्य, E_f &gt E) ऊर्जा पातळ्या इलेक्ट्रॉनांनी भरलेल्या असून फेर्मी ऊर्जामूल्यावरील पातळ्या (E_f &gt E) रिक्त असतात. उच्च तापमानाला  फेर्मी पातळीखालच्या ऊर्जा पातळ्या रिक्त होतात आणि तितक्याच संख्येच्या Ef वरील ऊर्जा पातळ्या इलेक्ट्रॉनांनी भरतात. विद्युत् क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत, प्रत्येक पातळीत- ħkसंवेग (द्रव्यमान X वेग ही राशी) असणाऱ्या आणि + ħk संवेग असणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या सारखी असून समतोल असतो. त्यामुळे कोणत्याही पातळीत विद्युत् प्रवाह नसतो.  

ε विद्युत् क्षेत्र लावल्यावर न्यूटन यांच्या दुसऱ्या नियमाच्या समधर्मी असणाऱ्या पुंजयामिकी नियमाप्रमाणे प्रत्येक इलेक्ट्रॉनाला पुढील समीकरण लागू पडते :  

ε e = ħ dk/dt   …   …   …   (१०)

---

 फेर्मी ऊर्जा पातळीतील -ħk संवेग असलेल्या इलेक्ट्रॉनांना विद्युत् क्षेत्राकडून ऊर्जा मिळून ते वरच्या रिक्त रऊर्जा पातळीत जातात आणि समतोल ढळून विद्युत् प्रवाह वाहू लागतो . फक्त हीच प्रक्रीया चालू राहिली, तर समतोल अधिकाअधिक ढासळून खूप मोठा प्रवाह होईल परंतु हे घडत नाही कारण प्रवाहातील इलेक्ट्रॉनांचे प्रफीर्णन (विखुरण्याची क्रीया) होऊन समतोल प्रस्थापित होण्यास मदत होते. पुंजयामिकी विश्लेषणावरून असे दिसते की, आदर्शवत स्फटिक जालकातून जाताना इलेक्ट्रॉनांचा प्रवाह क्षीण होत नाही, परंतु जालकातील अपूर्णतेपाशी इलेक्ट्रॉनांचे प्रकीर्णन समतोलाच्या दिशेने होते. जालकातील अपूर्णता, त्यातील रिक्त जागा, आंतरकोशिकीय आयन, स्थानभ्रश इ. अनेक कारणांमुळे इलेक्ट्रॉनांचे प्रकीर्णन होते. या सिद्धांताप्रमाणे संवाहकता पुढील समीकरणाने मांडता येते.  

s= ne²Ƭ / m   …   …   …   (११) 

येथे n ही संयुजी इलेक्ट्रॉनांची घनता, e व m अनुक्रमे इलेक्ट्रॉन भार व द्रव्यमान असून, Ƭहा त्यांचा शौथिल्यकाल आहे. इलेक्ट्रॉन विचलीत झाल्यानंतर परत समतोल स्थितीत येण्यासाठी लागणारा कालावधी Ƭही राशी दाखविते. हा कालावधी कमी असल्यास तीव्र प्रकीर्णन, म्हणजे विद्युत् प्रवाहाला मोठा अढथळा , कमी संवाहकता आणि जास्त रोध असा अर्थ आहे. 

प्रत्येक प्रकीर्णन घटनेत इलेक्ट्रॉनाच्या ऊर्जेचा क्षय होऊन ती स्फटिक जालकाला मिळते. यातच जूल तापनाचा (विद्युत् रोधाचा समावेश असलेल्या माध्यमातून विद्युत् प्रवाह वाहत असताना निर्माण होणाऱ्या उष्णतेच्या) उगम असतो. या सिद्धांताप्रमाणे तापमान वाढविले असता आयन आंदोलित होऊन इलेक्ट्रॉनांचे प्रकीर्णन जास्त तीव्रतेने झाल्याने संवाहकता कमी होते.  

मुक्त इलेक्ट्रॉन सिद्धांताचा उपयोग संवाहक प्रचलांचा महत्ताक्रम ठरविण्यासाठी आणि संवहन प्रक्रियांचे वर्णन करण्यासाठी होतो. परंतु संवाहक व निरोधक यांच्यातील फरकाचा उलगडा होत नाही. त्याचप्रमाणे स्फटिक जालकातील आवर्ती विद्युत् वर्चसाचा विचार या सिद्धांतात होत नाही. [⟶ घन अवस्था भौतिकी].

  

धातूंचा घट्ट सिद्धांत : धांतूच्या स्फटिकांतील आयनांमधील अंतर अनंतापासून समतोल मूल्यापर्यंत कमी केल्यावर ऊर्जापट्ट कसेविकसित होतात, हे आ. १ व २ मध्ये दाखविले आहे. आकृत्यांमध्ये क्ष-अक्षावर आयनांतर असून य-अक्षावर ऊर्जा पातळी मूल्य दिले आहे. स्फटिक जालक खूप ताणून पसरविले, तर आ.१ च्या अगदी उजवीकडील भागात दाखविल्याप्रमाणे, आयनांमधील अंतर खूप जास्त केल्यावर परिणामी ते स्वतंत्र व मुक्त असताना अणूंच्या पृथक् ऊर्जा पातळ्या दाखविल्या आहेत. जालकाचे हळूहळू आकुंचन होऊ दिल्यावर, आकृतीच्या डाव्या भागात दाखविल्याप्रमाणे आयन जवळ आल्यावर, शेजारील अणूंशी निगडीत असलेले इलेक्ट्रॉन-मेघ एकमेकांना अंशतःआच्छादित करू लागल्यावर ऊर्जा पातळ्या रूंदावून त्यांचे अनुमत पट्ट तयार होतात. यांची संख्या पूर्वीच्या विभक्त ऊर्जा पातळ्यां इतकीच राहते. आयनांवर r_Eया समतोल अंतराइतके असताना अनुमत व निषिद्ध ऊर्जापट्टांचा वर्णपट निर्माण झालेला आ. १ व २ मध्ये दिसत आहे. जालकातील धन आयनांच्या  जागा  बाणांनी दाखविल्या आहेत.  

पदार्थाच्या ऊर्जा वर्णपटातील अनुमत पट्ट कितपत भरले आहेत यावर तो पदार्थ संवाहक का निरोधक आहे हे ठरते. पट्ट पूर्ण भरलेला असला, तरी विद्युत् क्षेत्राच्या अनुपरिस्थीत प्रवाह वाहत नाही. विद्युत् क्षेत्र उपयोजित केल्यावर जे इलेक्ट्रॉन ऊर्जा मिळाल्याने वरच्या रिक्त अनुमत पट्ट्यात जातात, त्यांच्यामुळे समतोल ढासळून प्रवाह वाहू लागतो.

  

मुक्त इलेक्ट्रॉन सिद्धांतानुसार शेजारील रिक्त ऊर्जा पातळीत जाण्यासाठी लागणारी थोडी ऊर्जा विद्युत् क्षेत्राकडून इलेक्ट्रॉनाला पुरविली जाते व हे घडू शकते, परंतु पट्ट सिद्धांताप्रमाणे शेजारील अनुमत पट्ट्यात जाण्यासाठी इलेक्ट्रॉनाला निषिद्ध ऊर्जा पट्ट ओलांडावा लागत असल्याने बरीच मोठी ऊर्जा लागते. व उपयोजित विद्युत् क्षेत्राकडून इतक्या मोठ्या ऊर्जेचा पुरवठा होऊ शकत नाही. त्यामुळे विद्युत् क्षेत्र लावल्यावर देखील पूर्ण भरलेला अनुमत पट्ट विद्युत् प्रवाहाला अंशदान करू शकत नाही. याउलट अर्धवट भरलेला अनुमत  पट्ट मात्र विद्युत् प्रवाहाला अंशदान करू शकतो. पुष्कळदा असेही घडते की, काही थोडे ऊर्जापट्ट पूर्णपणे भरतील इतकेच इलेक्ट्रॉन असतात. अशा पदार्थांना निरोधक म्हणतात. 

अर्धसंवाहक : विद्युत् संवाहकता धातू व निरोधक यांच्या दरम्यान असलेला घन स्फटिक पदार्थ. याचे संवहन गुणधर्म तापमानावर अवलंबून असतात. त्यामुळे याचा ⇨थर्मिस्टर म्हणून उपयोग होतो. हा संयुग अगर मूलद्रव्य स्वरूपातही असू शकतो. याची विद्युत् संवाहकता १०^३ ते १०^-९ (ओहम-सेंमी.)^-१ या पल्ल्यात असते. सुवाहक धातूची महत्तम संवहकता १०^७ते (ओहम-सेमी.)^-१ आणि निरोधकाची १०^-१७ (ओहम-सेमी.)^-१ असते. 

---

 स्फटिक जालकातील अणू परस्परांजवळ आल्याने त्यांच्या इलेक्ट्रॉनांच्या कक्षा परस्परव्याप्त होऊन अणूंच्या पृथंक् ऊर्जा पातळ्या रूंदावतात आणि ऊर्जापट्टांचा विकास होतो (आ. २ पहा). अगदी निकट असलेल्या ऊर्जा पातळ्यांच्या अखंडवत समूहाचा ऊर्जापट्ट बनलेला असतो.

  

अर्धसंवाहकातील विद्युत् प्रवाह सामान्यपणे इलेक्ट्रॉनांमुळे असतो. शून्य निरपेक्ष तापमानाला, हे इलेक्ट्रॉन अर्धसंवाहकातील कमी ऊर्जेचे म्हणजे खालचे पट्ट व्यापतात. प्रत्येक ऊर्जा पातळीत दोन इलेक्ट्रॉन याप्रमाणे पट्टातील ऊर्जा पातळ्या भरल्या जातात. थोड्या संख्येचे ऊर्जापट्ट पूर्णपणे भरतील इतकेच इलेक्ट्रॉन अर्धसंवाहकात (अगर निरोधकात) असतात (आ. ३). उरलेले वरचे पट्ट रिक्त असतात. पूर्ण भरलेल्या सर्वांत वरच्या पट्टाला संयुजी ऊर्जापट्ट म्हणतात. त्याच्या वरच्या रिक्त पट्टाला संवाहक ऊर्जापट्ट म्हणतात. संयुजी पट्ट व संवाहक पट्ट हे निषिद्ध ऊर्जापट्टाने अलग झालेले असतात. अलग करणारा निषिद्ध ऊर्जापट्ट हे अर्धसंवाहकाचे वैशिष्ट्य असते. विद्युत् संवहनासाठी संयुजी पट्टातील इलेक्ट्रॉनांना निषिद्ध ऊर्जापट्ट ओलांडण्यासाठी ऊर्जा पुरवून त्यांना संवाहक पट्टात आणणे आवश्यक असते. उपयोजित विद्युत् क्षेत्र इतकी मोठी ऊर्जा पुरवू शकत नाही, त्यामुळे नुसते. विद्युत् क्षेत्र लावून प्रवाह वाहू शकत नाही. 

अर्धसंवाहकाचे तापमान वाढवून, इलेक्ट्रॉनांना औष्णिक ऊर्जा मिळून पुष्कळ मोठ्या संख्येने ते संयुजी पट्टातून संवाहक पट्टात पट्टात  येऊ शकतात आणि प्रवाह वाहू शकतो. तितक्याच संख्येच्या इलेक्ट्रॉनांची संयुजी पट्टातअनुपस्थिती राहते. या अनुपस्थित इलेक्ट्रॉनांना पोकळी म्हणतात व या पोकळ्या धन भारित असल्याप्रमाणे परिणाम मिळतो. त्यांच्या वहनातून संयुजी पट्ट प्रवाह वहनाला अंशदान करू शकतो.  

धातूंमध्ये इलेक्ट्रॉनांनी भरलेला सर्वांत वरचा पट्ट अर्धाच भरलेला असतो. (आ.३). उपलब्ध इलेक्ट्रॉनांची मर्यादित संख्या अगर संयुजी व संवाहक पट्ट एकमेकांत मिसळून त्यांमधील निषिद्ध पट्ट नाहीसा झाल्याने असे घडणे शक्य असते. या अर्ध्या भरलेल्या पट्टामुळे विद्युत् क्षेत्र लावल्यावर धातूंमध्ये विद्युत् प्रवाह सुरू होतो. धातू व अर्धसंवाहक यांच्या विद्युत् संवहनातील फरक अशा प्रकारे इलेक्ट्रॉनांनी  भरलेल्या ऊर्जापट्टाच्या स्थितीवरून सांगता येतो.

अर्धलसंवाहकातील विद्युत् संवहनात इलेक्ट्रॉन अगर पोकळी यांच्या पैकी संख्येने जे जास्त असतील त्यांना  बहुसंख्य वाहक आणि दुसऱ्यांना  ‘अल्पसंख्य वाहक’ असे म्हणतात. पदार्थाच्या संवाहन गुणधर्माला बहुसंख्य वाहक हेच मुख्यतः जबाबदार असतात. अल्पसंख्य वाहक जरी विद्युत् संवहनात लहानशी भूमिका वठवत असले, तरी अर्धसंवाहकाच्या प्रवाह एकदिशीकरण व ट्रँझिस्टर या क्रियांमध्ये त्यांना महत्त्व असते. [⟶ अर्धसंवाहक]. 

अतिसंवाहकता : हा आविष्कार बऱ्याच विद्युत् संवाहकांत(धातू व मिश्रधातू यांत) अतिनीच तापमान असताना निर्माण होतो. [⟶ अतिसंवाहकता]. याचा शोध १९११ मध्ये एच्. कामलिंग–ऑनेस यांनी लावला. विद्युत् संवाहकामधील शोष रोधाचा अभ्यास करीत असताना पाऱ्यावरील प्रयोगात त्यांना एक आश्चर्यकारक गोष्ट दिसून आली. पाऱ्याचे तापमान ४·२^० के च्या खाली गेल्यावर पाऱ्याचा विद्युत् रोध नाहीसा झाला. रोधामधील संक्रमण इतक्या वेगाने जाले की त्यावरून परीक्षणाखालील पाऱ्याचे अवस्थांतर झाले आहे, हे त्यांच्या लक्षात येऊन नव्या अवस्थेला त्यांनी अतिसंवाहक अवस्था असे नाव दिले. या आविष्कारात विद्युत् रोध अत्यल्प होतो, मोठ्या प्रमाणात प्रतिचुंबकीयता निर्माण होते. व इतर क्वचित् आढळणारे चुंबकीय परिणाम दिसून येतात. त्याशिवाय आणवीय व उपआणवीय स्तरांवर आढळणारे पुंज परिणाम [⟶ पुंज सिद्धांत] या आविष्कारात दिसून येतात. 

संवाहकातील अपद्रव्य, रचनेतील अपूर्णता, अणूंचे कंपन (यांना फोनॉन अगर ध्वनिकण असे नाव आहे) इत्यादींमुळे त्याच्यातील संवाहक इलेक्ट्रॉनांचे प्रकीर्णन होत असण्यामध्ये त्याच्या विद्युत् रोधाचा उगम असल्याने केवळ संक्रमण तापमानाखाली थंड केल्यामुळे हे प्रकीर्णन परिणाम शून्य कसे होते. हे एक मोठे कोडे होते. आणि हे उलगडण्यास पुढील ५० वर्षाxचा काळ जावा लागला. हे प्रयत्न चालू असताना या ५० वर्षात काही महत्त्वाचे प्रायोगिक व सैद्धांतिक शोध लावले गेले.  

---

 मारईसनर परिणाम : १९३३ मध्ये डब्ल्यू माईसनर व आर्. ओख्सेनफेल्ड यांच्या असे लक्षात आले की, संक्रमण तापमाना (T_c) पेक्षा खालच्या तापमानाला ठेवलेली प्रणाली संक्रमण क्षेत्राहून कमी तीव्रतेचे चुंबकीय क्षेत्र स्वतः बाहेर थोपवून ठेवते. या आविष्काराला माईसनर परिणाम असे नाव आहे. या परिणामाचे दृश्य स्वरूप इतके नाट्यपूर्ण असते. की, चुंबकाच्या वरील बाजूस तबकडीच्या आकारातील अतिसंवाहक अधांतरी ठेवल्यास तो तरंगत राहतो. याचा अर्थ अतिसंवाहक पदार्थ प्रतिचुंबकीय गुणधर्म दाखवितो. अतिसंवाहक सिद्ध करण्यासाठी या परिणामाचा उपयोग करतात.  

माईसनर व ओख्सेनफेल्ड यांनी लावलेल्या शोधावरून कळले की धातू थंड करून ती अतिसंवाहकतेच्या स्थितीपर्यंत आणली आणि चुंबकीय क्षेत्र मोठे नसले, तर धातूच्या आतील चुंबकीय क्षेत्र बाहेर फेकले जाते. अतिसंवाहकता निर्माण करण्यासाठी धातूंचे तापमान विशिष्ट मर्यादेच्या खाली आणावे लागते. या मर्यादा निरनिराळ्या धातूंसाठी निरनिराळ्या आहेत. २३ शुद्ध रूपातील धातूंचे  तापमान ०·५^० ते ११^० के या पातळीवर आणले म्हणजे या धातू अतिसंवाहक स्थितीस पोहोचतात. यांतील काही धातू टिटॅनियम, हाफ्नियम, निओबियम व टेक्नेशियम अशा आहेत. बऱ्याच मिश्रधातू व रासायनिक संयुगे यांतही हा आविष्कार आढळून येतो. याच्या उलट चांदी, तांबे व क्षार (अल्कली) यांचे तापमान ०·१^० के पर्यंत आणले. तरी अतिसंवाहकता निर्माण होत नाही.  

माईसनर परिणामावरून असे दिसून आले की अतिसंवाहकातील विद्युत् भार वाहकांच्या अशा प्रकारे जोड्या जमतात की, जोडीचे परिवलन आणि चुंबकीय संवेग शून्य असतो. अतिसंवाहकाच्या प्रतिचुबंकीय गुणधर्मावरून त्यातील इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जा वर्णपटात खंड पडत असावा हे फ्रिट्झ लंडन यांनी १९३५ मध्ये काढलेले अनुमान खरे आहे असे पुढे दिसून आले. १९५७ मध्ये जे. बारडीन, एल्. एन्. कूपर आणि जे. आर्. स्क्रीफर यांनी अतिसंवाहकतेचा पहिला यशस्वी सिद्धांत (बीसीएस सिद्धांत) मांडला. एखाद्या संवाहकातील इलेक्ट्रॉन का व कशा रीतीने अतिसंवाहकतेची स्थिती घडवून आणतात, हे त्यांनी समजावून दिले. 

भौतिक विश्वातील मूलभूत घटकांचे फेर्मिऑन व बोसॉन अशा दोन गटांत वर्गीकरण करता येते. [⟶ मूलकण]. इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन हे फेर्मिऑन गटात असून फोटॉन, फोनॉन, मेसॉन इ. बोसॉन प्रकारात येतात. फेर्मिऑनांना विवर्जन तत्त्व लागू होत असल्याने ते एकमेकांच्या संपर्क टाळतात. बोसॉनांना हे तत्त्व लागू पडत नसल्याने ते एकाच पुंज पातळीत राहण्याचा प्रयत्न करतात. यातच बोस-आइन्स्टाइन संघननाचा उगम आहे. 

बीसीएस सिद्धांतामध्ये अतिसंवाहकातील सर्व इलेक्ट्रॉनांची युग्मस्थिती गृहीत धरतात. ही युग्मे थोसॉनाचे गुणधर्म दाखवितात. युग्म  होताना त्यातील इलेक्ट्रॉनांच्या परिवलन दिशा अशा निवडल्या जातात की, युग्माचे परिवलन शून्य होते. इलेक्ट्रॉन-फोनॉन आंतरक्रियेमुळे जेव्हा युग्मातील एक इलेक्ट्रॉन फोनॉनाचे उत्सर्जन करतो तेव्हा दुसरा त्याचे शोषण करतो. व यामुळे त्यांच्यात आकर्षण निर्माण होऊनयुग्म बनते. फोनॉनाचे उत्सर्जन (अथवा शोषण) करणाऱ्या इलेक्ट्रॉनाच्या उर्जेतील बदल फोनॉनाच्या ऊर्जेपेक्षा कमी असतो तोपर्यंत ही आंतरक्रिया  आकर्षण उत्पन्न करून युग्म तयार होण्यास अनुकूल राहते. शिवाय या आंतरक्रियेची ऊर्जा इलेक्ट्रॉनांमधील कुलंब (विद्युत् स्थितिक) प्रतिसारणाच्या ऊर्जेहून जास्त असणे आवश्यक राहते. युग्म स्वरूपातील संरचनेमुळे निम्नतल ऊर्जा पातळी निर्माण होऊन तीतील युग्माचे परिवलन व संवेग शून्य असतो. अशा प्रकारे बीसीएस सिद्धांतामुळे अतिसंवाहकाची प्रतिचुंबकीय स्थिती (माईसनर परिणाम), ऊर्जावर्णपटांतील खंड, समस्थानिक परिणाम (अतिसंवाहक मूलद्रव्यांच्या समस्थानिकांच्या संक्रमण तापमानात होणारा बदल आणवीय द्रव्यमानाच्या वर्गमूळाशी व्यस्त प्रमाणात असतो) इ. गुणधर्माचा उलघडा होतो. त्याचप्रमाणे युग्मांच्या संवेगातील अनिश्चितता शून्य असल्याने त्यातील इलेक्ट्रॉनांच्या स्थानातील अनिश्चितता खूप जास्त राहिल्याने अतिप्रवाहितेचा हितेचा गुणधर्म दिसून येतो. येथे ‘प्रवाह’ याचा अर्थ ‘इलेक्ट्रॉनांचा प्रवाह’ हा अर्थ अभिप्रेत आहे.  

अतिसंवाहकता निर्माण झाली म्हणजे संवाहकातील चुंबकीय स्त्रोत नाहीसा होतो. आणि त्यामुळे चुंबकीय ऊर्जा कमी होते. जोपर्यंत चुंबकीय ऊर्जेची कमतरता संवाहकाच्या सर्वसाधारण स्थितीतून अतिसंवाहक स्थिती झाल्यामुळे प्राप्त होणाऱ्या ऊर्जेपेक्षा कमी असते. तोपर्यंत उपयोगात आणलेल्या चुंबकीय क्षेत्रात संवाहक अतिसंवाहक राहतो. पण उपयोगात आणलेले चुंबकीय क्षेत्र बरेच मोठे झाले, तर चुंबकीय ऊर्जेची कमतरता अतिसंवाहक स्थिती निर्माण झाल्यामुळे प्राप्त होणाऱ्या ऊर्जेपेक्षा जास्त राहील आणि अतिसंवाहक अगदी सर्वसाधारण अथवा अर्धवट सर्वसाधारण स्थितीत येईल, म्हणजे संवाहक अतिसंवाहक राहणार नाही. हे कोणत्या पदार्थाचा बनलेला आहे, यावर अवलंबून असते. सोप्या भूमितीचा संवाहक विचारात घेऊ. संवाहक पुष्कळ लांब असलेला दंडगोल आहे आणि चुंबकीय क्षेत्र दंडगोलाच्या अक्षाला समांतर आहे असे समजू. दोन वेगळ्या प्रकारचे  परिणाम दिसून येतात. हे परिणाम संवाहकाच्या प्रकारावर अवलंबून असतात. 

अतिसंवाहक प्रकार पहिला : T_c या संक्रमण तापमानावर H_c हे संक्रमण चुबंकीय क्षेत्र असेल. तर जसे तापमान T_c पेक्षा कमी होत जाते तसे H_c वाढत जाते आणि चुंबकीय स्त्रोत ह्या प्रकाराच्या अतिसंवाहकातून नाहीसा होतो. आणि अतिसंवाहक प्रतिचुंबकीय होतो. पण उपयोगात आणलेले चुंबकीय क्षेत्र Hc पेक्षा जास्त केले, तर अतिसंवाहकाची सर्वसाधारण स्थिती होते आणि चुंबकीय क्षेत्र पूर्णपणे संवाहकात शिरते. निओबियम वगळून माहीत असलेले सर्व अतिसंवाहक  पहिल्या प्रकारात मोडतात. 

अतिसंवाहक प्रकार दुसरा : यात H_c1 व H_c2 अशी दोन संक्रमणी चुंबकीय क्षेत्रे असतात. H_c1 हे H_c2 पेक्षा कमी असते. H_c1 पेक्षा कमी असलेले  चुंबकीय क्षेत्र उपयोगात आणले, तर हा अतिसंवाहक पहिल्या प्रकारचा अतिसंवाहकच राहतो. चुंबकीय क्षेत्र H_c1 पेक्षा जास्त झाल्याबरोबर चुंबकीय स्त्रोत अतिसंवाहककात शिरू लागतो. हा स्त्रोत अतिसूक्ष्म तंतूच्या रूपात असतो. तंतूत चुंबकीय क्षेत्र मोठे असून त्याभोवती एक अतिसंवाहक भाग असून ह्या भागात अति विद्युत् प्रवाह असतो. असे अनेक सूक्ष्म तंतू असतात, तंतूचा व्यास सु. १०^–७ मी. एवढा असतो. जर चुंबकीय क्षेत्र H_c2 पेक्षा जास्त झाले, तर अतिसंवाहकता नाहीशी होते.

---

अतिसंवाहक ऑक्साइड प्रणालीचा शोध : बीसीएस सिद्धांत प्रस्थापित झाल्यापासून पुष्कळ प्रकारच्या अतिसंवाहक प्रणाली-धातू, मिश्रधातू, आंतरधातवीय संयुगे, कार्बनी साखळी प्रणाली, विशिष्ट ऑक्साइडे-अभ्यासिल्या गेल्या आहेत. या सर्व अभ्यसाचा रोख उच्च संक्रमण तापमान असलेली प्रणाली विकसित करणे हा होय. कारण यामुळे तंत्रज्ञानात विलक्षण क्रांती घडेल. हे संशोधन खूप कष्टाचे गहिलेले यामुळे तंत्रज्ञानात विलक्षण क्रांती घडेल. हे संशोधन खूप कष्टाचे गहिलेले आहे. या संशोधनातील कालानुसार झालेल्या प्रगतीचा आलेख आ. ५ मध्ये दाखविला आहे. १९८५ खालापर्यंत वार्षिक प्रगती सरळ रेषेनुसारी राहिली होती. त्यावेळी संक्रमण तापमान (T_c) २८^० केच्या पलीकडे जाणार नाही अशा स्वरूपाचे अनुमान सैद्धांतिक पद्धतीने काढले गेले होते.

अशा परिस्थितीत इ. स. १९८६ मध्ये T_c= ३५^० के असणाऱ्या La_2-x Ba_x CuO₄ ऑक्साइड प्रणालीच्या शोधामुळे संशोधकांत खूप खळबळ उडाली. पुढील काही महिन्यांत  त्याहून सुधारित Tc = ४०^० के असणाऱ्या La_1.85 Sr_0.15 CuO₄ प्रणालीचा शोध लागला. फेब्रुवारीमध्ये तर Y-Ba-Cu-O प्रणालीचा शोध लावून Tc = ९०^० के पर्यंत नेण्याची मोठी मजल मारण्यात आली (आ.४ पहा). वरील क्युपरेट समूहातील अतिसंवाहकांचे संक्रमण तापमान उच्च असल्याचे आढळले आहे. असेही दिसून आले आहे. की, या संयुगातील ऑक्सीजनाचे प्रमाण बदलते असू शकते आणि कमी ऑक्सीजन असलेली संयुगे विद्युत् निरोधक असतात. उदा., Y-Ba-Cu-O या प्रणालीमधील YBa₂ Cu₃O_6+X संयुगात x चे मूल्य ०.५ पेक्षा कमी (+ &lt ०·५) असताना हे संयुग अधातू विद्युत् निरोधक आणि प्रतिलोह चुंबकीय असते. परंतु ऑक्सिजनाचे प्रमाण वाढवून ते ०·५-१·० यामध्ये ठेवल्यास त्यामध्ये धातूचे गुणधर्म येऊन संक्रमण तापमानाखाली ते अतिसंवाहक बनते. शिवाय ऑक्सिजनाचे प्रमाण जसे जसे वरील मर्यादित वाढेल तसे तसे संक्रमण तापमान वाढते. या प्रकारचे अतिसंवाहक नेहमीच्या (शून्य रोध, माईसनर परिणाम, जोसेफसन सुरंग परिणाम इ.) गुणधर्माव्यतिरिक्त काही विरूद्ध गुणधर्मही दाखविते (उदा., समस्थानिक परिणाम क्षीण असतो.)

फोनॉन प्रेरित प्रचलित युग्म पद्धतीमुळे युग्मांची संख्या मर्यादित राहते. त्यामुळे उच्च संक्रमण तापमान असणाऱ्या क्युपरेटांमध्ये युग्म होण्याच्या  बीसीएस पद्धती व्यतिरिक्त आणखी काही पद्धती असाव्यात असे संशोधकांना वाटते. [⟶ अतिसंवाहकता]. 

द्रवपदार्थातील विद्युत् संवहन किंवा विद्युत् विच्छेदनीय संवहन : द्रवरूप धातू वगळल्यास काही शुद्धा थोडे शुद्ध द्रवसुद्धा (विशेषतः वितळलेली लवणे) विद्युत् संवहन करू शकतात. यात विद्युत् प्रवाहाबरोबरच बहुधा करासायनिक बदल घडून येतो. या प्रकारचे सर्वांत महत्त्वाचे विद्युत् संवहन मात्र जलीय (पाण्यातील) विद्रवांत घडून येते. अतिशुद्ध पाण्याची विद्युत् संवाहकता काहीशी कमी म्हणजे १०^-६ (ओहम -सेंमी.)^-१ आहे. या संवाहकतेची तुलना धातूच्या संवाहकतेशी [त्याचे मूल्य १०^४ ते १०^७ (ओहम -सेंमी.)^-१ या पल्ल्यात असते]  करता येईल. पाण्यापासून विद्युत् संवहन होण्याबरोबर सामान्यतः ऋणाग्रापाशी हायड्रोजन व धनाग्रापाशी ऑक्सिजन बाहेर पडतो. पोटॅशियम क्लोराइडासारखे लवण पाण्यात घातल्याने त्याची संवाहकता वाढते. अशा प्रकारे सममूल्य विद्रावाची (७४·६ ग्रॅ. प्रती लिटर) संवाहकता १० (ओहम-सेंमी.)^-१ असते.  

विद्युत् विच्छेदनीय संवहन विद्युत् भारित आयनांच्या गतीने घडून येते. अशी आयनांची काही उदाहरणे म्हणजे हायड्रोजन आयन (H⁺) किंवा नुसते. हायड्रोजन अणुकेंद्र, धन विद्युत् भारित पोटॅशियम आयन (K⁺) म्हणजे ज्यातील एकटा संयुजी इलेक्ट्रॉन गेलेला आहे. असा  उदासीन पोटॅशियम अणू, ऋण विद्युत् भारित क्लोरिन आयन (CI^–) म्हणजे ज्यात एक संयुजी इलेक्ट्रॉन आहे असा अणू, फॉस्फेट आयनासारखा (PO₄^3-) जटिल आयन. संवाहकता कमी असण्याची अनेक कारणे आहेत. पहिले म्हणजे आयनांची संहती (घ. सेंमी. मधील प्रमाण) कमी असते. धातूंतील इलेक्ट्रॉनांच्या संहतीशी (सु. १०^२३ प्रती घ. सेंमी.) तुलना करता ही आयन संहती (सामान्यतः १०^२० प्रती घ. सेंमी.) कमी असते. दुसरे म्हणजे आयन विस्कळीत पार्श्वभूमीतून गतिमान होतात व या  पार्श्वभूमीशी त्यांची तीव्रपणे परस्परक्रिया होत असल्यामुळे आयनीय विद्युत् भाराच्या प्रवाहाचा वेग कमी होतो. तिसरे म्हणजे इलेक्ट्रॉनांशी तुलना करता आयन वजनदार असतात व त्यामुळे त्यांची  एकमेकांशी टक्कर होण्यादरम्यान  विद्युत् क्षेत्राद्वारे त्यांना फारसा  वेग प्राप्त होत नाही.  

विद्युत् विच्छेदनांच्या रासायनिक स्वरूपासंबंधी व उपयोगासंबंधी ‘विद्युत् विच्छेदन’ या नोंदित विवरण केले आहे. येथे विद्युत् विच्छेदनीय विद्युत् संवहन प्रक्रियेच्या मूलभूत वैशिष्टयांवरच भर दिलेला आहे.

---

 अलग केलेल्या पाण्याच्या रेणूतील (H₂O) अणू विद्युत् स्थितिक प्रेरणांनी एकत्र धरून ठेवलेले असतात. या रेणूची ऊर्जा दोन हायड्रोजन (H) अणू व एक ऑक्सीजन (O) अणू यांच्यापेक्षा कमी असते कारण रेणूमध्ये H अणूंचे दोन संयुजी इलेक्ट्रॉन व O अणूचे सहा संयुजी इलेक्ट्रॉन हे तीन धन भारित अणुकेंद्राचे आकर्षण वर्चस् वाटून घेऊ शकतात. अणूकेंद्रामधील व इलेक्ट्रॉनांमधील अपसरण आणि पुंजयामिकीय गतिज परिणाम यांच्यामुळे बंधन ऊर्जा काहीशी कमी होते व रेणूचा आकारही निर्धारित होतो. मात्र बंधन ऊर्जा इतकी मोठी असते की, सामान्य तापमानांना पाण्याच्या वाफेत क्वचितच काही रेणूंचे औष्णिक रीत्या विदलन (तुकडे पडण्याची क्रिया) होते.

पाण्याच्या रेणूतून एक धन आयन काढून H⁺ व OH^– आयन तयार करण्यास e²/ 4π∊_or या कोटीचे कार्य करणे आवश्यक असते. यात e – इलेक्ट्रॉनाचा विद्युत् भार, ∊₀– मुक्त अवकाशाचा विद्युत् अपार्यता स्थिरांक [⟶ विद्युत् अपारक पदार्थ] व r हे पाण्याच्या रेणूचे नमुनेदार रेषीय परिणाम आहे. जर r हे २ अँगस्ट्रॉम (२X१०^-१० मी. घेतले, तर ऊर्जा (W) ही सु. पाच इलेक्ट्रॉनव्होल्ट होईल व T या तापमानाला रेणूचे  विदलन होईल  याची संभाव्यता e^{– W/ kT} (k हा बोल्टसमान स्थिरांक व e हा स्वाभाविक लॉगरिथमाचा पाया) ही नगण्य असते. १२७^० से. (४००^० के.) तापमानाला ही संभाव्यता सु. १०^-५० असते. वाढत्या तापमानाबरोबर पाण्याची श्यानता (दाटपणा) त्वरेने कमी होत जाते. यामुळे त्यातून आयनांचे मार्गक्रमण होण्यास कमी रोध होतो. यामुळे आयनांची चलनशीलता आणि म्हणून संवाहकता वाढते. सु. २०^० से. तापमानाला ही वाढ सु. २% प्रती अंश तापमान वाढीस होते.  

द्रव पाण्यात आवश्यक असणारे कार्य पूर्णपणे वेगळेच असते. एकदा हायड्रोजन आयन थोड्याशा अंतरातून स्थानांतरित केला म्हणजे तो उच्च विद्युत् अपार्यता स्थिरांक (∊ = ८०) असलेल्या माध्यमात असतो. व तो पूर्णपणे काढून टाकण्यासाठी आवश्यक असणारे कार्य १/ε याच्याशी संबंधित असलेल्या घटकाने कमी होते. 

खरे म्हणजे शुद्ध पाण्यात कोठी तापमानाला साधारण १०^९ इतक्या रेणूंपैकी एक रेणू  विदलित होतो म्हणजेच विद्युत् अपार्यता परिणामामुळे कार्य (W) ०·५ इलेक्ट्रॉन-व्होल्टपर्यंत कमी झालेले असले पाहिजे.  

पोटॅशियम क्लोराइडाच्या स्फटिकात अगोदरच पोटॅशियम अणु K⁺ आयन म्हणून व क्लोरीन अणू Cl^– आयन म्हणून उपस्थित असतात. पोटॅशियम अणूपासून एक इलेक्ट्रॉन काढून घेऊन तो क्लोरीन अणूला बद्ध करण्यासाठी लागणारी ऊर्जा धन असते परंतु ती स्फटिक जालकातील परिणत आयनांमधील तीव्र आकर्षणानेच आधिक्याने प्रतिसंतुलित केली जाते. जेव्हा पोटॅशियम क्लोराइड (KCI) पाण्यात विरघळते तेव्हा आयनांमधील आकर्षक प्रेरणा पाण्याच्या उच्च विद्युत् अपार्यता स्थिरांकामुळे कमी होते आणि लवण K⁺व CI^–अशा मुक्त रूपात विद्रावात जाते. सामान्यतः आयनीय स्फटिक उच्च विद्युत् अपार्यता स्थिरांक असलेल्या विद्रावकांतच (विरघळविणाऱ्या पदार्थातच) उल्लेखनीय इतक्या प्रमाणात विरघळतात.  

विद्रावातील मुक्त आयनांच्या उपस्थितीमुळे त्यातील विद्युत् संवहनाची यंत्रणा स्पष्ट होते. विद्युत् क्षेत्रात धन आयन ऋणाग्राकडे मार्गक्रमण करतात. तर ऋण आयन, धनाग्राकडे जातात. दोन्ही प्रक्रियांमुळे धन अग्राकडून ऋण अग्राकडे विद्युत् संवहन होते. एका आयनाची चलनशीलता दुसऱ्यापेक्षा जास्त असणे शक्य असते आणि या बाबतीत विद्युत् भार वहनाचे श्रेय प्रामुख्याने अधिक चलनशील आयनाला देता येते. जेव्हा H⁺ आयन उपस्थित असतात तेव्हा त्यांच्या बाबतीत हे विशेषत्वाने लागू पडते, कारण त्यांची चलनशीलता इतर सर्वसाधारण आयनांपेक्षा सहापट असते.  

एक विद्युत् संवहन प्रक्रिया या दृष्टीने विद्युत् विच्छेदनीय संवहन हे फारसे लक्षवेधी नाही. त्यात कोणतेही अपूर्व वा उपयुक्त सुद्धा असलेले संबंधित आविष्कार नाहीत. त्याचे महत्त्व जवळजवळ पूर्णपणे रसायनशास्त्र व जीवविज्ञान क्षेत्रांतच आहे.  [⟶ विद्युत् विच्छेदन].  

 वायूंतील विद्युत् संवहन : सर्वसाधारण वातावरणीय दाबात व तापमानात वायूची विद्युत् संवाहकता अत्यअल्प असते. हवा व इतर वायू कोरडे असताना लहान विद्युत् दाबाला उत्तम निरोधक असतात. तथापि योग्य विद्युत् दाबामुळे विद्युत् प्रवाह निर्माण होऊ शकतो असे दाखविता येते. विद्युत् दाब खूप वाढविला, तर विद्युत् प्रवाहही मोठ्या प्रमाणावर वाढतो. वायूचा दाब कमीकमी करीत गेल्यास त्या मानाने लहान विद्युत् दाबातही विद्युत् प्रवाह निर्माण होतो. जर पुरेसा मोठा विद्युत् दाब लावला, तर मोठा प्रवाह ठिणगी अथवा प्रभा (किंवा द्युती) विसर्जन या स्वरूपात लवाहतो. ठिणगी निर्माण करण्यास लाहगणारा विद्युत् दाब  हा वायूचे स्वरूप व त्याचा दाब तसेच विद्युत् अग्रांमधील अंतर यांवर अवलंबून असतो.  

---

 वायूतील विद्युत् प्रवाह इलेक्ट्रॉनांद्वारे व वायूत तयार होणाऱ्या आयनांद्वारे नेला जातो. वायूतील काही रेणूंमधून (वा अणूंमधून) इलेक्ट्रॉन बाहेर गेल्याने त्यांचे धन आयनांत, तर काही रेणूंना (वा अणूंना) इलेक्ट्रॉन मिळाल्याने त्यांचे ऋण आयनांत रूपांतर होते. या क्रियेला आयनीभवन म्हणतात. विद्युत् क्षेत्रामुळे हे आयन विरूद्ध चिन्हाच्या विद्युत् अग्राकडे जाऊन त्यांना  आपला विद्युत् भार देतात. इलेक्ट्रॉन व आयन यांच्या गतीमुळे वायूतील विद्युत् प्रवाह मिळतो. वायूतील विद्युत् प्रवाह विद्युत् भारित कणांच्या स्थालांतरामुळे मिळत असल्याने विद्युत् विच्छेद्यातील प्रवाहाशी त्याचे साम्य आहे.  

रेणूवर इलेक्ट्रॉन अगर आयन आपटल्यास ते प्रक्षोभित होतात व थोडी अधिक शक्ती पुरविल्यावर  त्यांचे आयनांत रूपांतर होऊ शकते. धन व ऋण आयन हे त्यांच्यातील स्वाभाविक आकर्षणामुळे एकमेकांस जोडले जाऊन आरंभीच्या विद्युत् उदासोन अवस्थेत जातात. परस्परांतील आकर्षणामुळे आयनांचा झालेला नाश, तसेच विद्युत् अग्रावर पडून झालेला नाश भरून काढून व त्यांची सतत निर्मिती करीत राहिले, तरच वायूतून अखंड प्रवाह मिळणे शक्य होते. 

⇨विश्वकिरण (बाह्या अवकाशातून पृथ्वीवर चोहोबाजूंनी येणारे अतिशय भेदक किरण), किरणोत्सर्गी द्रव्यातून पडणारी प्रारणे [⟶ किरणोत्सर्ग], ⇨क्ष- किरण यांना उघड्या असलेल्या वायूचे आयनीभवन होते आणि अशा वायूला उल्लेखनीय विद्युत् संवाहकता प्राप्त होते. 

वायूतील विद्युत् संवाहनासाठी (विद्युत् विसर्जनासाठी) दोन गोष्टी आवश्यक असतात. एक म्हणजे मुक्त विद्युत् भारांचा (इलेक्ट्रॉन व आयन) उद्गम व दुसरी म्हणजे त्यांना योग्य दिशेत गती देण्यासाठी विद्युत् क्षेत्र. भारांची निर्मिती व त्यांचे निरसन यांवर त्यांची वायूतील संख्या अवलंबून असते. वायू संवहनाचा उपयोग करणाऱ्या पुष्कळ साधनांत भारांचे तापायनिक (औष्णिक) उत्सर्जन करणाऱ्या ऋणाग्राची योजना भारांचा (इलेक्ट्रॉनांचा) उद्गम म्हणून केलेली असते. इतर काही साधनांमध्ये  मक्त भारांच्या उद्गामासाठी क्षेत्रीय उत्सर्जन (विद्युत् क्षेत्र प्रेरित अथवा शीत उत्सर्जन) वापरतात. यामध्ये धातूचा पृष्ठभाग तीव्र विद्युत् क्षेत्रात ठेवून उत्सर्जनाविरूद्ध असलेला त्याचा अवरोध कमी करून पृष्ठभागापासून होणारे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन वाढवितात. [⟶ इलेकट्रॉनीय प्रयुक्ति तापायनिक उत्सर्जन].  

घन अगर द्रव पदार्थांतील विद्युत् संवहनापासून वायूतील संवहनाचे वेगळे वैशिष्ट्ये म्हणजे त्यात संवहन प्रक्रियेमध्ये माध्यम सक्रिय भाग घेते. वायूमध्ये मुक्त विद्युत् भाराचे एका विद्युत् अग्राकडून दुसऱ्या अग्राकडे स्थालांतर होण्याबरोबरच खुद्द नायूचे आयनीभवन करून इतर भार निर्माण करता येतात. व हे भार विद्युत् अंग्राशी परस्परक्रिया करून आणखी विद्युत् भार मुक्त करू शकतात.

विद्युत् विसर्जक नलिका: निम्न दाबात वायूतून होणाऱ्या विद्युत् विसर्जनातील विविध टप्प्यांचे निरीक्षण करण्यासाठी उपयुक्त असणारे एक उपकरण आ. ६ मध्ये दाखविले आहे. विसर्जक नलिका (१) ही सु. १२ सेंमी. लांबीची व ३ सेंमी. व्यासाची असून तीत ॲल्युमिनियमाची विद्युत् अग्रे बसविलेली असतात. ही विद्युत् अग्रे ⇨प्रवर्तन वेटोळ्याच्या द्वितीयक वेटोळ्याला जोडलेली असतात (यामुळे उच्च विद्युत् दाबाचा एकाच दिशेने वहनारा, मधून मधून खंडित होणारा प्रवाह मिळतो). यामुळे (२) व (३) हे अनुक्रमेधनाग्र व ऋणाग्र  होतात. नलिका (४) या काचेच्या तोटीद्वारे (५) या पाऱ्याच्या वायूदाबमापकाला जोडलेली असते. आणि मग साध्या दट्ट्याच्या निर्वात पंपाला जोडलेली असते. या पंपाने एक मिमी. पाऱ्यापेक्षा काहीसा कमी इतक्यापर्यंत दाब कमी करता येतो. दाब आणखी कमी करण्यासाठी जास्त शक्तिमान निर्वात पंप वापरावा लागतो.

संवहनाची प्रक्रिया: वायूमधील संवहनामध्ये एका टोकाला वायूचा  १०^-४ वातावरण दाब व एक मायक्रोअँपिअरचा काही अंश इतका अल्प प्रवाह असलेल्या टाऊनझेंड विरसर्जनापासून(जे. एस्. टाउनझेंड या शास्त्रज्ञांच्या नावाने ओळखण्यात येणाऱ्या विसर्जनपासून) ते दुसऱ्या टोकाच्या एक वातावरण-दाबापेक्षा जास्त दाब व हजारो अँपिअर विद्युत् प्रवाह असणाऱ्या प्रज्योत विसर्जनापर्यंत निरनिराळे परिणाम व वेगवेगळे विद्युत् विसर्जन प्रकार समाविष्ट होतात. वायूतील विद्युत् विसर्जनाचे दोन मूलतः भिन्न प्रकार ओळखता येतात. एक म्हणजे स्वयंपोषी विसर्जन:यात एकदा विसर्जनाचा आरंभ झाला म्हणजे ते चालू राहण्यासाठी पुरेसे इलेक्ट्रॉन व आयन त्या प्रक्रियेतच निर्माण होतात. दुसरा म्हणजे अ-स्वयंपोषी विसर्जन: यात इलेक्ट्रॉन वा आयन बाहेरून सतत पुरवावे लागतात. पर्यावेश-मर्यादित द्विप्रस्थ [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति] हे अ-स्वयंपोषी विसर्जनाचे नमुनेदार उदाहरण आहे. या इलेक्ट्रॉन नलिकेत ऋणाग्राने उत्सर्जित केलेले कोणतेही जादा इलेक्ट्रॉन ऋणाग्राकडेच  परत पाठविले जातात व एकूण विद्युत् प्रवाह पर्यावेशाने नियंत्रित होतो.

धनाग्र-ते-ऋणाग्र विद्युत् दाब कमी असेल, तर वायूतील अणूंमधील टकरींमुळे विद्युत् प्रवाह कमी होतो. आणि त्यामुळे इलेक्ट्रॉनांची गती मंद होऊन दिलेल्या प्रवाहाकरिता पर्यावेशात वाढ होते. धनाग्राचा विद्युत् दाब वाढविल्यास मात्र इलेक्ट्रॉनांना पुरेशी गतिज ऊर्जा मिळून ते वायूतील अंणूवर आघात करून त्यांचे आयनीभवन करतात. या आयनीभवनामुळे उपलंब्ध इलेक्ट्रॉनांची संख्या वाढते व धन आयन तयार होऊन ते इलेकेट्रॉनीय पर्यावेशाचे उदासिनीकरण करण्यास प्रवृत्त होतात. हे कार्य  आयन जास्त परिणामकारकपणे करू शकतात, कारण त्यांचे द्रव्यमान बरेच जास्त असल्याने ते इलेक्ट्रॉनांपेक्षा मंद गतीने मार्गक्रमक करतात.  

या टप्प्यात विद्युत् दाबाबरोबर विद्युत् प्रवाह त्वरेने वाढण्यास प्रारंभ  होतो. शेवटी अशी एक अवस्था येते की, ऋणाग्र व धनाग्र यांच्या दरम्यानच्या अवकाशातील इलेक्ट्रॉनीय पर्यावेशाचे जवळजवळ पूर्णपणे उदासिनीकरण होते. मात्र ऋणाग्राच्या जवळ इलेक्ट्रॉनांची गती काहीशी मंद असल्याने व ऋणाग्राकडे आयन झपाट्याने जात असल्याने तेथे हे उदासिनीकरण होऊ शकत नाही. जर विद्युत् दाब आणखी वाढविला, तर प्रवाह प्रचंड प्रमाणात वाढतो आणि टकरींची संख्या इतकी मोठी होते. की, अणूंची अनेक इलेक्ट्रॉनांच्या टकरींमुळे आयनीभवन होऊ शकते. या वेळी एकाच टकरीत आयन निर्माण करण्याइतकी पुरेशी गतिज ऊर्जा इलेक्ट्रॉनांना प्राप्त होणे आवश्यक नसते. अशा प्रकारे कमी  विद्युत् दाबाच्या प्रज्योत अवस्थेचा एकदा प्रारंभ झाला म्हणजे विद्युत् विसर्जन व थांबविता लावलेला विद्युत् दाबकमी करता येतो. या परिणामाचा उपयोग पाऱ्याच्याबाष्पाच्या तापायनिक एकदिशकारकात [⟶ एकदिशकारक] करण्यात येतो. कारण यामुळेधनाग्र-ते-ऋणाग्र विद्युत् दाब फक्त १० व्होल्ट वा त्याच्या जवळपास ठेवून सुद्धा कित्येक अँपिअरचा उच्च प्रवाह वाहू देणे शक्य होते. साधारण अशाच स्वरूपाचे परिणाम पारा व टंगस्टन प्रज्योत दिव्यांत [⟶ विद्युत् दिवे], कार्बन प्रज्योतीत व पाऱ्याच्या कुंडाच्या एकदिशकारकात घडून येतात. यांत इलेक्ट्रॉनांचा पुरवठा प्रज्योतीत ऱ्हास होणाऱ्या ऊर्जेने तापविलेल्या विद्युत् अग्रांपासून मिळणाऱ्या तापायुनिक उत्सर्जनाने किंवा ऋणाग्राच्या  पृष्ठभागावर निर्माण होणाऱ्या उच्च वर्चस् प्रवणतांमुळे क्षेत्रीय उत्सर्जनामुळे होतो. 

---

 सर्वांत साधे स्वयंपोषी विसर्जन म्हणजे कदाचित धातूच्या दोन समांतर पट्टामधील वायूतून होणारे टाऊनझेंड विसर्जन हे म्हणता येईल. हे कमी दाबाच्या वायूतील साधारण उच्च विद्युत् दाबाला होणारे निम्न प्रवाहाचे (काही थोडे अंश मायक्रोअँपिअरचे) विसर्जन आहे. या प्रकारच्या विसर्जनाचे वर्णन करण्यापुर्वी वायूतील विद्युत् विसर्जनांच्या स्थिरसंबंधी एक स४वसाधारण विधान करणे आवश्यक आहे. बहुतेक सर्व विसर्जनांच्या बाबतीत विसर्जनाचा प्रारंभ करण्यासाठी लागणारा विद्युत् दाब हा ते विसर्जन टिकवून धरण्यासाठी लागणाऱ्या विद्युत् दाबापेक्षा जास्त असतो आणि याखेरिज वाढत्या प्रवाहाबरोबर विसर्जन टिकवून धरण्यासाठी लागणारा  विद्युत् दाब कमी होत जातो. यामुळे टाउनझेंड विसर्जनाचे निरीक्षण करण्यासाठी विसर्जक नलिकेला एकसरीत एक रोध (R) जोडून प्रवाह मर्यादित ठेवावा लागतो.  

टाउनझेंड विसर्जनात प्राथमिक आयनीभवन घटना आकस्मित असते आणि तिचा संबंध तुरळक क्ष-किरण, विश्वकिरण व यासारख्या इतर कारणांशी जोडता येतो. या घटनेत तयार होणाऱ्या इलेक्ट्रॉन-आयन जोडीतील घटक विद्युत् क्षेत्रामुळे अलग होतात आणि वायू रेणूंशी इलेक्ट्रॉनाची टक्कर होऊन आणखी आयन व इलेक्ट्रॉन निर्माण होतात. या ओघामध्ये निर्माण होणाऱ्या इलेक्ट्रॉन-आयन जोड्यांची संख्या विद्युत् दाब व वायूचा दाब यांवर अवलंबून असते. जितका विद्युत्  दाब जास्त तितकी अधिक ऊर्जा इलेक्ट्रॉन दरम्यान मिळवितात आणि तितके आयनीभवन अधिक होते. दुसऱ्या बाजूस वायूचा दाब जितका जास्त तितकी एकक घनफळातील अणूंची संख्या जास्त आणि यामुळे टकरी अधिक वारंवार होतील व टकरींच्या दरम्यान इलेक्ट्रॉनाला कमी ऊर्जा प्राप्त होईल. जर विसर्जन प्रक्रिया  फक्त अशा प्रकारे घडून येत असती, तर एकदा इलेक्ट्रॉन -आयन जोड्या निर्माण होण्याचा ओघ थांबला म्हणजे विसर्जन थांबले तथापि विसर्जनात  निर्माण झालेले आयन ऋणाग्रावर आपटून आणखी इलेक्ट्रॉन मुक्त होतात. जर एकाच ओघात तयार होणाऱ्या आयनांनी सरासरीने एकापेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन मुक्त केले, तर विसर्जन प्रक्रिया स्वयंपोषी होते.  

m इतक्या द्रव्यमानाचे इलेक्ट्रॉन आणि M इतक्या द्रव्यमानाचे अणू अथवा आयन यांच्यात होणाऱ्या स्थितिस्थापक (ज्यात एकूण स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जेमध्ये बदल होत नाही अशा) टकरींची संख्या आसन्नपणे (जवळजवळ) १०^४ m इतकी असते. अशा प्रत्येक टकरीमध्ये होणारा इलेक्ट्रॉनाचा सरासरी ऊर्जाव्यय २m/M या अल्प अपूर्णाकाहतका असून तो आसन्नपणे २×१०^-४ इतका असतो. यामुळे ऋणाग्रापाशी तयार झालेल्या इलेक्ट्रॉनांचे धनाग्राकडे वहन होते. आणि त्यात त्यांना विद्युत् क्षेत्राकडून ऊर्जा प्राप्त होते व टकरींमध्ये अल्प ऊर्जाव्यय होतो. इलेक्ट्रॉनांची ही ऊर्जा अणूंना उद्दीपित वा आयनीभूत करण्याइतकी होईपर्यंत (१०-२० इलेक्ट्रॉ-व्होल्ट)वाढत जाते. उद्दीपित अणू त्यांचा ऊर्जाव्यय होत असताना प्रकाश उत्सर्जित करतात आणि ऋणाग्रापासून थोड्या अंतरावर एक दीप्तिमान स्तर तयार होते. इलेक्ट्रॉन आपली बहुतांश गतिज ऊर्जा या स्तरात अस्थितिस्थापक टकरींमुळे गमावतात आणि मग अणूंना उद्दिपित करण्यास पुरेशी ऊर्जा मिळेपर्यत धनाग्राकडे मार्गक्रमण करीत जातात व दुसरा दीप्तिमान स्तर तयार होतो. होल्स्ट व उस्टरह्यूइस या नावांनी  ओळखले जाणारे हे स्तर ऋणाग्रापासून ते धनाग्रापर्यंत पसरलेले असतात.

निम्न विद्युत् प्रवाहासाठी पर्यावंश दुर्लक्षणीय असतो. परंतु जर बाह्य रोध (R) कमी करून प्रवाह काही थोड्या मायक्रोअँपिअरपासून काही थोड्या मिलिअँपिअपर्यंत वाढविला, तर पर्यावेश महत्त्वाचा ठरू लागतो. आणि तापायनिक प्रज्योतीप्रमाणे विसर्जनातील वर्चस् पात ऋणाग्राजवळच्या भागांत संक्रेद्रित होण्यास सुरूवात होते. या आविष्काराला प्रभा विसर्जन (मंद प्रकाश निर्माण करणारे विसर्जन) म्हणतात (पहाआ. ७). ऋणाग्राजवळच्या एका भागातील (सर विल्यम क्रुक्स या इंग्लिश भौतिकीविज्ञांच्यानावावरून ओळखण्यात येणारे क्रुक्स गडद वा अदीप्त अवकाश) इलेक्ट्रॉन अणूंना उद्दीपित व आयनीभूत करू शकतील इतकी ऊर्जा विद्युत् क्षेत्रापासून मिळवितात व दीप्तिमान स्तर तयार करतात. याला ऋण प्रभा म्हणतात. टाउनझेंड विसर्जनाशी  तुलना करता, धनाग्रापर्यंत विसर्जन नलिका भरून टाकेल इतका (निम्न वेगाच्या इलेक्ट्रॉन व आयन यांनी बनलेला) विद्युत् दृष्ट्या उदासीन असलेला आयनद्रायू [⟶ आयनद्रायु भौतिक] पुराव्यासाठी पुरेसे आयनीभवन या भागात झालेले असते. होल्स्ट व उस्टरह्यूइस स्तर नाहीसे होतात आणि ऋण प्रभेच्या पलीकडे धनाग्रापर्यंत पसरलेले गडद अवकाश असते.

जर धनाग्र ऋणाग्रापासून दूर हालविले, तर धनाग्रासमोर एक नवीन दीप्तिमान भाग तयार होतो. त्याला धन स्तंभ म्हणतात. या भागात विद्युत् क्षेत्र अल्प असते परंतु त्याची जर पुरेशा दीर्घ अंतरावर होत असेल, तर अणूंचे उद्दोपन व आयनीभवन करण्यासाठी व दीप्तिमान भाग निर्माण करण्यास पुरेशी गतिज ऊर्जा ते इलेक्ट्रॉनांना देऊ शकते. धन स्तंभात तयार झालेले जादा इलेक्ट्रॉनव आयन विसर्जनाच्या पृष्ठभागावरून नलिकेच्या भित्तीकडे जातात व तेथे त्यांचा पुनःसंयोग झाल्याने व्यय होतो.  

वर वर्णन केलेला विसर्जनाचा विन्यास (भागांची सापेक्ष मांडणी) फक्त विशिष्ट विद्युत् प्रवाह घनतेसाठी स्थिर असतो. ही प्रवाह घनता वायूचे स्वरूप, याचा दाय व विद्युत् अग्रांचा विन्यास आणि त्यांचे द्रव्य यांवर अवलंबून असते. अशा प्रकारे प्रवाहात केलेल्या बदलामुळे विसर्जनाने विद्युत् अग्रांच्या व्यापलेल्या क्षेत्रफळात बदल होतो. पण प्रवाहाच्या घनतेत वा वर्चस् वितरणात बदल होत नाही. जोपर्यंत संपूर्णऋणाग्र विसर्जनाने व्यापलेले नसते तोपर्यंत नलिकेच्या पार असणारा विद्युत् दाब प्रवाहापासून जवळजवळ स्वतंत्र असतो. प्रभा विसर्जनाचा हा गुणधर्म इलेक्ट्रॉनिकीमध्ये वापरण्यात येणाऱ्या विद्युत् दाब नियामक नलिकांमध्ये महत्त्वाचा आहे. [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति].  

विसर्जनाने संपूर्ण ऋणाग्र व्यापलेले आहे अशी अवस्था जेव्हा प्रवाहाच्या बाबतीत येते तेव्हा प्रवाहात केलेल्या कोणत्याही अधिक वाढीचा परिणाम विसर्जनातील वर्चस् वितरणात बदल घडून येण्यात होतो. ऋणाग्राजवळच्या विद्युत् क्षेत्रात वाढ होते. आणि सरते शेवटी या भागातील घन आयन ऋणाग्राच्या पृष्ठभागाजवळील अणूंना उद्दीपित करण्याइतकी ऊर्जा मिळवितात. तेव्हा ऋणाग्र पृष्ठभागावर एक दीप्तिमान भाग दिसून येतो. जर ऋणाग्रामध्ये एक छिद्र पाडले, तर त्यातून पार जाणारे आयन ऋणाग्र प्रमेचा ऋणाग्राच्या पाठीमागे विस्तार करतात.  [⟶ धन किरण].  

---

जसजसा विद्युत् प्रवाह आणखी वाढविला जाईल व ऋणाग्र वर्चस् वाढींच्या बाबतीत कमी पडेल, तसतसे धन आयनांच्या टकरींमुळे होणारे आयनीभवन महत्त्वाचे बनते. याखेरीज अधिक ऊर्जायुक्त आयनांच्या ऋणाग्रावरील आघातांमुळे इलेक्ट्रॉनच नव्हे तर ऋणाग्र द्रव्याचे अणूही उत्क्षेपित होणे शक्य असते. यातील शेवटच्या आविष्काराला तडतडविणे असे म्हणतात. ऋणाग्र धातूद्रव्याचा एखाद्या वस्तूच्या पृष्ठावर मुलामा देण्यासाठी या आविष्काराचा उपयोग करतात [⟶धातूंचे मुलामे]. उत्क्षेपित अणू स्वतःच आयनीभूत होतात आणि ऋणाग्र प्रभेमध्ये असलेल्या वायूच्या वर्णरेषांबरोबरच ऋणाग्र द्रव्याच्या वैशिष्ट्यपूर्ण रेषाही आढळतात. शेवटी जसजसा प्रवाह आणखी वाढत जाईल, तसतशी आयन भडिमारामुळे होणाऱ्या ऋणाग्राच्या तापनाची परिणती तापायनिक उत्सर्जनात होते. आणि विसर्जन अधिकाधिक प्रज्योतीचे रूप धारण करते. विद्युत् अग्रांच्या पार असणारा विद्युत् दाब निम्न मूल्यात लय पावतो आणि सरतेशेवटी नमुनेदार निम्न विद्युत् दाबाची प्रज्योत तयार होते.  

कोणत्याही विशिष्ट प्रत्यक्ष उदाहरणात विसर्जन धारण करीत असलेले रूप हे वायूचे व विद्युत् अग्रांचे स्वरूप लावलेला विद्युत् दाब व प्रवाह घनता यांच्यावर अवलंबून असते. ते वायूच्या दाबावरही अवलंबून असते. तापमानाचा  स्वतःचा  फारसा प्रत्यक्ष परिणाम दिसून येत नाही पण त्याच्यामुळे वायूचा दाब बदलतो व कदाचित त्यामुळे तापायनिक उत्सर्जन सुकर होत असावे. वायूच्या दाबातील बदलांचे परिणाम काहीसे अधिक स्पष्ट असतात. प्रवाह निग्न असताना व त्यामुळे विसर्जनाच्या प्राथमिक नियंत्रक प्रचल हा वायूच्या आयनीभवन 

वर्चसाशी (f) तुलाना करता, इलेक्ट्रॉनांना टकरींच्या दरम्यान प्राप्त झालेली ऊर्जा हाच असतो. E हे विद्युत् क्षेत्र व λ हा इलेक्ट्रॉनांचा माध्य मुक्त पथ (दोन अनुक्रमी टकरींमध्ये इलेक्ट्रॉनाने कापलेले सरासरी अंतर) असेल तर, Eλ/f हे गुणोत्तर एक महत्त्वाचा परिमाणरहित प्रचल (जिला एकके नाहीत अशी राशी) असतो. λ

हा वायूच्या दाबाशी (P) व्यस्त प्रमाणात E/pहे गुणोत्तर साधारणपणे स्थिर असते. जर  विद्युत्  अग्रांमधील दिलेल्या अंतरासाठी वायूचा दाब दुप्पट केला, तर विभंजन विद्युत् (ज्या विशिष्ट विद्युत् दाबाला, त्यातील अल्पशा वाढीच्या प्रस्तुतीने प्रवाहात मोठी व सामान्यतः आकस्मिक वाढ होते, तो दाब) जवळजवळ दुप्पट होतो. उच्च विद्युत् क्षेत्रात उच्च वायू दाबाला  मात्र एकदा विसर्जन चालू झाले म्हणजे ऊर्जा घनता खूप उच्चतर असते. व विसर्जन सर्वथा अधिक जोरदार होण्यास प्रवृत्त होते. साधी व सहजपणे नियंत्रित करता येणारी विसर्जन एकंदरीत वातावरणीय दाबाच्या बऱ्याच खाली दाब असलेल्या वायूंच्या बाबतीत मर्यादित आहेत. 

वायूंतील वरील सर्वसाधारण प्रकारच्या विद्युत् विसर्जनांखेरीज किरीट (कोरोना) विसर्जन, रेडिओ कंप्रता किंवा विद्युत् अग्ररहित विसर्जन, उष्ण ऋणाग्र विसर्जन, चुंबकीय क्षेत्राच्या उपस्थितीतील विद्युत् विसर्जन वगैंरे विशेष प्रकारची विद्युत् विसर्जन आहे.  

वायूंतील विद्युत् विसर्जंनाचे विविध व्यापारी व वैज्ञानिक उपयोग आहेत. थायरेट्रॉन, वायूयुक्त एकदिशकारक, इग्निट्रॉन, प्रभा नलिका व वायूभारित प्रकाशविद्युत् नलिका हे काही व्यापारी उपयोग आहेत [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति]. या नलिकांचा उपयोग विद्युत् शक्ती पुरवठा, नियत्रंण मंडले, विद्युत् स्पंद निर्मिती, विद्युत् दाब नियामक व वितळजोडकाम यंत्रासारखे अवजड अनुप्रयोग यांमुळे करतात. यांखेरीज वायवीज विद्युत् संवहन प्रयुक्ती विविध वैज्ञानिक संशोधन समस्यांत विस्तृत प्रमाणात वापरतात. यांपैकी काही म्हणजे द्रव्यमान वर्णपटमापकांत [⟶ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान]व अणुकेंद्रीय विक्रीयकांत (अणुभट्ट्यांत) आयन उद् गम आयनीभवन निर्वातमापके, प्रारण अभिज्ञापक (अस्तित्व ओळखणारी) व मापक उपकरणे आणि शक्तिनिर्मितीसाठीस औष्णिक-अणुकेंद्रीय प्रयुक्ती या होत.  

वायूंतील विद्युत् विसर्जनाचा अभ्यास हो आधुनिक भौतिकीची एक महत्त्वाची व भरभराटीस येत असलेली शाखा आहे. या शाखेचा सर्वसाधारणपणे व ⇨आयनद्रायू  भौतिकी या शीर्षकाखाली विचार केला जातो.  

निर्वातातील विद्युत् संवाहन : निर्वातातील दोन विद्युत् अग्रांपैकी जर किमान अग्र विद्युत् भारित कण उत्सर्जित करीत असेल, तरच त्या दोन उग्रांच्या दरम्यान विद्युत् प्रवाह वाहू शकतो. जरी किरणोत्सर्गी  द्रव्ये पॉझिट्रॉन (धन विद्युत् भारित इलेक्ट्रॉन) किंवा आल्फा कण (धन विद्युत् भारित हीलियम अणुकेंद्रे) उत्सर्जित करीत असली, तरी हे उत्सर्जन प्रवाहाच्या रूपात व्यक्त केल्यास दुर्लक्षणीय असते. (एक क्यूरी किरणोत्सर्ग सु. ५× १०^-९ अँपिअर प्रवाह देतो). निर्वातातील विद्युत् संवहनाच्या दृष्टीने इलेक्ट्रॉनांचे प्रकाशविद्युत् तापयनिक व क्षेत्रीय उत्सर्जन याच गोष्टी महत्त्वाच्या आहेत. इलेक्ट्रॉन गे ऋण विद्युत् भारित असल्याने जेव्हा उत्सर्जक ऋणाग्र असेल तेव्हांच प्रवाह वाहील. जर इलेक्ट्रॉनांच्या उत्सर्जनाचा दर (प्रमाण) कमी असेल व धनाग्राचे उच्च धन वर्चस् असेल आणि तो ऋणाग्राच्या जवळ असेल, तर सर्व उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन धनाग्र गोळा करील व प्रवाह उत्सर्जनाच्या दराने नियंत्रित केला जाईल. जर उत्सर्जनप्रकाशविद्युत् परिणामाने झालेले असेल,तर प्रवाह प्रकाशाच्या तीव्रतेवर अवलंबून राहील आणि जर उत्सर्जन तापायनिक असेल, तर प्रवाहाचे नियत्रंण ऋणाग्राच्या तापमानाने होईल. जेव्हा प्रवाह ऋणाग्र तापमानाने नियंत्रित केला जातो तेव्हा तापायनिक उत्सर्जनावर कार्य करणाऱ्या द्विप्रस्थाला तापमान-मर्यादित म्हणतात. क्षेत्रीय उत्सर्जन हे ऋणाग्राच्या पृष्ठभागावर तीव्र (बहुधा प्रती मीटर १०^४ व्होल्टपेक्षा जास्त) विद्युत् क्षेत्र असेल तेव्हाच आढळून येते. या बाबतीत उत्सर्जन विद्युत् क्षेत्रावर अतिशय अवलंबून असते. ते धनाग्राच्या वर्चसाने नियंत्रित होते. प्रकाशविद्युत् उत्सर्जन व क्षेत्रीय उत्सर्जन या दोन्ही प्रकारांची बहुधा विद्युत् अग्रांच्या दरम्यानच्या निर्वात अवकाशात उल्लेखनीय विद्युत् भार घनतेत अथवा पर्यावेशात परिणती होऊ शकत नाही. प्रकाशविद्युत् उत्सर्जनाच्या बाबतीत उत्सर्जन प्रवाह बहुधा अल्प असल्याने असे घडते. क्षेत्रीय उत्सर्जनाच्या बाबतीत उत्सर्जन निर्माण होण्यासाठी लागणारे विद्युत् क्षेत्र ऋणाग्रापासून इलेक्ट्रॉन धनाग्राकडे त्वरेने दूर लोटते. तापायनिक उत्सर्जनाची बाब मात्र भिन्न असते. जर ऋणाग्राचे तापमान पुरेसे उच्च असेल, तर उत्सर्जन सहजपणे १०^४ अँपिअर प्रती चौरस मीटरपेक्षा (एक अँपिअर प्रती चौ. सेंमी. पेक्षा) अदिक होऊ शकते आणि धनाग्र ते ऋणाग्र वर्चोभेद फार मोठा नसेल, तर धनाग्र व ऋणाग्र यांच्या दरम्यान उल्लेखनीय इतका ऋण इलेक्ट्रॉनीय पर्यावेश साठू शकतो. पर्यावेश ऋण असल्याने तो ऋणाग्राच्या पृष्ठभागापाशी असलेले विद्युत् क्षेत्र कमी करतो व शेवटी क्षेत्र शून्यापर्यंत खाली येते.  

ऋणाग्राने उत्सर्जित केलेले कोणतेही ज्यादा इलेक्ट्रॉन मग ऋणाग्राकडेच परत जातात व एकूण विद्युत् प्रवाह पर्यावेशाने नियंत्रित केला जातो. येथे द्विप्रस्थ पर्यावेश-मर्यादित असल्याचे म्हटले जाते. तापायनिक द्विप्रस्थ किंवा त्रिप्रस्थ यांसारख्या व्यावहारिक प्रयुक्तींमध्ये बहुधा हीच बाब घडून येते.  

निर्वातातील दोन विद्युत् अग्रांच्या दरम्यान वहनारा प्रवाह इलेक्ट्रॉनांद्वारे नेला जातो. निर्वात अवकाशात इलेक्ट्रॉन संक्रमण करीत असताना विद्युत् जोडलेल्या बाह्य मंडलात वहनारा प्रवाहही विचारात घेणे लक्षवेधक ठरते. दोन विद्युत् अग्रांपैकी एकाचे शून्य वर्चस् व दुसऱ्याचे विद्युत् घटमालेने V इतके ठेवले असेल तर यामुळे विद्युत् अग्रांच्या दरम्यानच्या अवकाशात E इतके विद्युत् क्षेत्र निर्माण होईल. जर या अवकाशात q = –e इतका विद्युत् भार असलेला व v वेग असलेला इलेक्ट्रॉन असेल, तर विद्युत् क्षेत्र त्यावर qE·v या दराने कार्य करील. हे कार्य विद्युत् घटमालेनेच केले पाहिजे आणि यामुळे इलेक्ट्रॉन संक्रमणाअवस्थेत असताना घटमालेच्या अग्रातील प्रवाह [I] हा VI = qv·E किंवा I = (q-v)v.Eया समीकरणाची पूर्तता करील. जर एखाद्या  इलेक्ट्रॉनाने शून्य वर्चसाच्या अग्रापासून सुरूवात केली वतो धनाग्राकडे पुढे गेला, तर इलेक्ट्रॉन संक्रमणावस्थेत असतानाच बाह्य मंडलात विद्युत् भार वाहील आणि ते ऋणाग्र सोडून जात असतानाच्या क्षणी अगर ते धनाग्रापाशी पोहोचण्याच्या क्षणी तो वाहत नाही. उदा., जर ऋणाग्र व धनाग्र यांच्यातील अंतर एक सेंमी. असेल व वर्चोभेद २५ व्होल्ट असेल, तर इलेक्ट्रॉनाच्या या अंतरातून होणाऱ्याउड्डाणाचा काल आसन्नपणे १०^-८ सेंकद असतो आणि प्रत्येक इलेक्ट्रॉनाचे संक्रमण बाह्य मंडलात १०^-८ सेंकद टिकणारा स्पंद निर्माण करते. 

ही फलनिष्पत्ती तापायनिक प्रयुक्तींमधील उच्च कंप्रता परिणामांच्या विवरणात मूलभूत महत्त्वाची असून अर्धसंवाहक प्रयुक्तींच्या बाबतीतही तिचे अनुप्रयोग आहेत. काही प्रणालीमध्ये (उदा. ऋण किरण नलिका अथवा इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक) विद्युत् प्रवाहपेक्षा इलेक्ट्रॉनांचा  गतिमार्ग जास्त महत्त्वाचा असतो. [⟶ऋण किरण नलिका इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक].  

 पहा: अतिसंवाहकता अर्धसंवाहक इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ती धन अवस्था भौतिकी तापायनिक उत्सर्जन प्रकाशविद्युत् दिवे विद्युत् विच्छेदन विद्युत् संवाहक. 

संदर्भ:1. Beynon, J. Conduction of Electricity Through Gases, London, 1972.

         2. Dugdale, J. S. The Electrical Properties of Metals and Alloys, London, 1965.

        3. Inokuchi, H. Electrica Conduetion in Solids, London, 1965.

        4. Kittel, C. Introduction to Solid state Physics, New York, 1986.

        5. Rose-Innes, A. C. Rhoderick, E.H. Introduction to Superconductivity, Oxford, 1978.

टोळे, मा. ग. आगाशे, वसंत वा. मुळे, दि. आ. भदे, व. ग.

“