अध्याय:03
विद्युत धारा [Electric Current]
विद्युत धारा:
विद्युत धारा को किसी भी प्रणाली में आवेशों के प्रवाह की दर के रूप में परिभाषित किया जाता है। स्थिर दृष्टिकोण के लिए, यह सुनिश्चित किया जाता है कि आवेशों का प्रवाह एक बंद लूप में हो। आवेशों का प्रवाह एक बाहरी बल से प्रभावित होता है और इसे हमेशा समय के संबंध में माना जाता है।
कुछ महत्वपूर्ण गुण :
- विद्युत धारा को ‘I’ से दर्शाया जाता है।
- यह उच्च स्थितिज ऊर्जा से निम्न स्थितिज ऊर्जा की ओर प्रवाहित होता है।
- विद्युत धारा ‘I’ को I = dQ/dt के रूप में भी लिखा जा सकता है, जहाँ dQ आवेश में परिवर्तन है और dt समय में परिवर्तन है।
- विद्युत धारा की SI इकाई एम्पीयर है, जिसे A द्वारा दर्शाया जाता है।
धारा घनत्व:
धारा घनत्व प्रति इकाई क्षेत्र में प्रवाहित विद्युत आवेश है। यह एक सदिश राशि है।
धारा घनत्व के कुछ महत्वपूर्ण गुण :
- धारा घनत्व को J से दर्शाया जाता है।
- J = I/A जहाँ I = विद्युत धारा, A = अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल।
- धारा घनत्व की SI इकाई एम्पीयर m-2 है।
- विमीय सूत्र [ A T-2 ] है।
अपवहन/अपवाह/अनुगमन वेग:
इलेक्ट्रॉन का अपवाह वेग वह वेग है जिसके साथ मुक्त इलेक्ट्रॉन किसी चालक में विद्युत क्षेत्र के विपरीत दिशा में गति करते हैं, जब उसके सिरों पर विभवान्तर लगाया जाता है।
कुछ महत्वपूर्ण गुण :
- बहाव वेग को vd = eE?/m = eV?/ml द्वारा दर्शाया जाता है।
- जहाँ ? = विश्राम समय, e = इलेक्ट्रॉन पर आवेश, E = विद्युत क्षेत्र की तीव्रता, l = चालक की लम्बाई, V = सिरों पर लगाया गया विभवान्तर, m = इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान।
ओम नियम:
ओम के नियम के अनुसार, किसी भी चालक से प्रवाहित विद्युत धारा उसके सिरों पर लगाए गए वोल्टेज के समानुपाती होती है।
यदि I चालक में प्रवाहित धारा है, और V दो बिंदुओं के बीच विभवांतर है, तो ओम के नियम के अनुसार,
V ∝ I
V=RI
R=V/R
ओम का नियम एक मौलिक अवधारणा है जिसे बादमें कई उन्नत स्तरों पर लागू किया जाएगा। इसलिए, हम छात्रों को प्रत्येक विषय का अच्छा ज्ञान रखने और रटने से बचने के लिए प्रोत्साहित करते हैं। हम छात्रों को हमारे कक्षा 12 भौतिकी अध्याय 3 के नोट्स से अध्ययन करने की सलाह देते हैं जहाँ हमारे भौतिकी संकाय विशेषज्ञों ने ओम के नियम को अधिक विस्तार से समझाया है।
किरचॉफ का नियम:
इसके अंतर्गत दो कानून हैं:
- किरचॉफ का धारा नियम.
- किरचॉफ का वोल्टेज नियम.
किरचॉफ का धारा नियम :
- यह नियम विद्युत आवेशों के संरक्षण को बताता है।
- इस नियम के अनुसार, विद्युत परिपथ में किसी भी नोड पर जंक्शन में प्रवेश करने वाली धाराओं का योग जंक्शन से निकलने वाली धाराओं के योग के बराबर होता है।
उदाहरण के लिए:
निम्नलिखित चित्र में पाँच धाराएँ हैं।
किरचॉफ के वर्तमान नियम के अनुसार ,
I1 + I3 = I2 + I4 + I5
किरचॉफ का वोल्टेज नियम :
- किरचॉफ के वोल्टेज नियम के अनुसार, किसी भी बंद नेटवर्क के चारों ओर वोल्टेज का निर्देशित योग (विद्युत विभवांतर) हमेशा शून्य होता है।
विद्युत प्रतिरोध:
प्रतिरोध किसी भी चालक द्वारा धारा के प्रवाह में उत्पन्न अवरोध है। इसे R से दर्शाया जाता है।
ओम के नियम के अनुसार,
वी ∝ आई,
इसलिए, V = IR
R किसी पदार्थ का प्रतिरोध है।
कुछ महत्वपूर्ण गुण :
- इसे ‘R’ से दर्शाया जाता है।
- प्रतिरोध की SI इकाई ओम/Ω है।
विद्युत प्रतिरोध को इस रूप में भी जाना जाता है,
R = ⍴l/A जहाँ, ⍴ = पदार्थ की प्रतिरोधकता, l = चालक की लम्बाई, तथा A = चालक का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल।
प्रतिरोधकता:
प्रतिरोधकता चालक का विद्युत प्रतिरोध है, जिसमें इकाई अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और इकाई लम्बाई को ध्यान में रखा जाता है।
प्रतिरोधकता के बारे में कुछ महत्वपूर्ण गुण:
- यह कंडक्टर की सामग्री पर निर्भर है।
- तापमान में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
- उच्च प्रतिरोधकता खराब चालकों को दर्शाती है।
- प्रतिरोधकता धातुओं के लिए कम, अर्धचालकों के लिए अधिक तथा निक्रोम जैसी मिश्रधातुओं के लिए बहुत अधिक होती है।
इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी:
विद्युत चालकता प्रतिरोधकता का व्युत्क्रम है।
कुछ महत्वपूर्ण गुण :
- इसे σ = 1/⍴ = l/RA द्वारा दर्शाया जाता है।
- विद्युत चालकता की एसआई इकाई ओम-1 मी-1 या एमएचओ मी-1 है।
- J = σ E, जहाँ J = धारा घनत्व, σ= विद्युत चालकता, तथा E = विद्युत क्षेत्र तीव्रता।
अतिचालकता:
अतिचालकता तब होती है जब पदार्थ का विद्युत प्रतिरोध शून्य हो जाता है, एक विशिष्ट महत्वपूर्ण तापमान से नीचे। उदाहरणों में एल्युमिनियम, नियोबियम आदि शामिल हैं।
कार्बन प्रतिरोधकों के लिए रंग कोडिंग:
कार्बन प्रतिरोधकों में प्रतिरोध का मान उनकी सतह पर अंकित चार रंगीन पट्टियों द्वारा दर्शाया जाता है। किसी भी कार्बन प्रतिरोधक का प्रतिरोध निम्नलिखित रंग योजना द्वारा निर्धारित किया जा सकता है।
संख्याओं के लिए रंग-कोडिंग प्रणाली नीचे सूचीबद्ध है: .
| रंग | संख्या |
| काला | 0 |
| भूरा | 1 |
| लाल | 2 |
| नारंगी | 3 |
| पीला | 4 |
| हरा | 5 |
| नीला | 6 |
| बैंगनी | 7 |
| स्लेटी | 8 |
| सफ़ेद | 9 |
निम्नलिखित वाक्यांश हमारे कक्षा 12 भौतिकी अध्याय 3 के नोट्स में दिया गया है। इससे छात्रों को उपरोक्त रंग-कोडिंग योजना को याद रखने में मदद मिल सकती है: “BB ROY Great Briten Very Good Wife”
सहनशीलता प्रतिशत:
| रंग | सहनशीलता प्रतिशत |
| सोना | 5% |
| चाँदी | 10% |
| कोई रंग नहीं | 20% |
नीचे दिए गए चित्र में, कई छल्लों वाला एक कार्बन कंडक्टर दर्शाया गया है। चार बैंड हैं, जिनका उपयोग प्रतिरोध की गणना करने के लिए किया जाता है। पहले दो बैंड महत्वपूर्ण अंक प्रदान करते हैं। तीसरा बैंड गुणक मान देता है, और चौथा/अंतिम बैंड सहनशीलता प्रतिशत देता है। प्रतिरोध मान पहले तीन बैंड a,b,c द्वारा निर्धारित किया जाता है, और प्रतिरोध सहनशीलता चौथे बैंड d द्वारा निर्धारित की जाती है।
प्रतिरोधकों का संयोजन:
प्रतिरोधक वे वस्तुएँ हैं जिनका उपयोग किसी चालक में आवेशों के प्रवाह को रोकने के लिए किया जाता है। हालाँकि, इन अलग-अलग प्रतिरोधकों को अलग-अलग पैटर्न में व्यवस्थित करके अलग-अलग परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं।
प्रतिरोधकों को दो मुख्य तरीकों से जोड़ा जा सकता है:
- शृंखला में
- समानांतर में
श्रेणीक्रम में प्रतिरोधक :
श्रेणीक्रम में प्रतिरोधक का अर्थ है कि सभी प्रतिरोधक एक के बाद एक, क्रमिक रूप से जुड़े हुए हैं।
उपरोक्त चित्र दर्शाता है कि प्रतिरोधक R1, R2, और R3 श्रृंखला में जुड़े हुए हैं।
कुछ महत्वपूर्ण गुण :
- प्रभावी प्रतिरोध व्यक्तिगत प्रतिरोध का योग है
आर = आर1 + आर2 + आर3.
- प्रत्येक प्रतिरोधक से प्रवाहित धारा समान होती है।
- लागू कुल विभवान्तर प्रत्येक प्रतिरोधक पर विभवान्तर के योग के बराबर होता है।
समान्तर में प्रतिरोधक :
समानांतर प्रतिरोधकों का मतलब है जब प्रतिरोधक एक दूसरे के नीचे जुड़े होते हैं। सभी छोर एक सामान्य जंक्शन से जुड़े होते हैं।
उपरोक्त छवि दर्शाती है कि चार प्रतिरोधक, R 1 , R 2 , R 3 , और R 4 , समानांतर में जुड़े हुए हैं। इसके सिरों पर एक विभवांतर V लगाया गया है।
कुछ महत्वपूर्ण गुण :
- समतुल्य प्रतिरोध R है
1/आर = 1/आर 1 + 1/आर 2 + 1/आर 3 + 1/आर 4
- प्रत्येक प्रतिरोधक में विभवान्तर समान होता है।
- स्रोत से खींची गई विद्युत धारा ‘I’ व्यक्तिगत धाराओं के माध्यम से प्रवाहित धाराओं के योग के बराबर होती है।
कक्ष:
सेल या इलेक्ट्रिक सेल एक ऐसा उपकरण है जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलने में मदद करता है। सेल दो प्रकार के होते हैं:
- प्राथमिक सेल
- द्वितीयक सेल
प्राथमिक सेल :
इन सेलों को दोबारा चार्ज नहीं किया जा सकता। और इनका इस्तेमाल सिर्फ़ एक बार ही किया जा सकता है। जैसे, वोल्टिक, डैनियल सेल्स।
द्वितीयक सेल :
इन कोशिकाओं को कई बार रिचार्ज किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एसिड और क्षार संचायक।
पोटेंशियोमीटर:
यह एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग विभवांतरों की तुलना करने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग सेल के आंतरिक प्रतिरोध की गणना करने के लिए भी किया जा सकता है।
पोटेंशियोमीटर का निर्माण :
पोटेंशियोमीटर में एक लम्बा प्रतिरोध तार AB होता है, जिसका अनुप्रस्थ काट क्षेत्र एकसमान होता है, जहां एक स्थिर धारा बैटरी सेटअप के माध्यम से प्रवाहित होती है।
ऊपर दिया गया चित्र एक तार AB और एक जुड़े हुए सेल और कुंजी के साथ एक पोटेंशियोमीटर को दर्शाता है। इसमें एक रिओस्टेट भी है।
यदि R, l लम्बाई वाले पोटेंशियोमीटर तार का कुल प्रतिरोध है, तो विभव प्रवणता होगी,
के = वी/एल = आईआर/एल
के = ई ओ आर / (आर ओ + आर)एल
जहाँ Eo = बैटरी का emf, RO = रिओस्टेट Rh का प्रतिरोध
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