बिजली की मूल बातें

बिजली का अध्ययन शुरू होने से बहुत पहले प्राचीन यूनानियों ने बिजली की घटनाओं को देखा था। अर्द्ध कीमती एम्बर पत्थर को ऊन या फर के साथ रगड़ना पर्याप्त है, क्योंकि यह सूखे पुआल, कागज या फुल और पंखों के टुकड़ों को आकर्षित करना शुरू कर देता है।

आधुनिक स्कूल प्रयोगों में रेशम या ऊन से घिसे हुए कांच और एबोनाइट की छड़ों का उपयोग किया जाता है। इस मामले में, यह माना जाता है कि कांच की छड़ पर एक सकारात्मक चार्ज रहता है, और इबोनाइट रॉड पर एक नकारात्मक चार्ज होता है। ये छड़ें कागज के छोटे-छोटे टुकड़ों आदि को भी आकर्षित कर सकती हैं। छोटी वस्तुएँ। यह वह आकर्षण है जो विद्युत क्षेत्र प्रभाव है जिसका अध्ययन चार्ल्स कूलम्ब ने किया था।

ग्रीक में, एम्बर को इलेक्ट्रॉन कहा जाता है, इसलिए इस तरह के आकर्षक बल का वर्णन करने के लिए, विलियम हिल्बर्ट (1540 - 1603) ने "इलेक्ट्रिक" शब्द का प्रस्ताव रखा।

1891 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक स्टोनी जॉर्ज जॉनसन ने पदार्थों में विद्युत कणों के अस्तित्व की परिकल्पना की, जिसे उन्होंने इलेक्ट्रॉन कहा। इस कथन ने तारों में विद्युतीय प्रक्रियाओं को समझना बहुत आसान बना दिया।

धातुओं में इलेक्ट्रॉन काफी मुक्त होते हैं और आसानी से उनके परमाणुओं से अलग हो जाते हैं, और एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, अधिक सटीक रूप से, धातु के परमाणुओं के बीच संभावित अंतर चलते हैं, जिससे बिजली… इस प्रकार, तांबे के तार में विद्युत धारा एक छोर से दूसरे छोर तक तार के साथ बहने वाले इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह है।

न केवल धातुएं बिजली का संचालन करने में सक्षम हैं। कुछ शर्तों के तहत, तरल पदार्थ, गैसें और अर्धचालक विद्युत प्रवाहकीय होते हैं। इन वातावरणों में आवेश वाहक आयन, इलेक्ट्रॉन और छिद्र होते हैं। लेकिन अभी हम केवल धातुओं के बारे में बात कर रहे हैं, क्योंकि उनमें भी सब कुछ इतना सरल नहीं है।

अभी के लिए, हम प्रत्यक्ष धारा के बारे में बात कर रहे हैं, जिसकी दिशा और परिमाण नहीं बदलते हैं। इसलिए, विद्युत आरेखों पर यह इंगित करना संभव है कि तीर कहाँ प्रवाहित होता है। ऐसा माना जाता है कि धारा धनात्मक ध्रुव से ऋणात्मक ध्रुव की ओर प्रवाहित होती है, विद्युत के अध्ययन के प्रारंभ में एक निष्कर्ष पर पहुंचा।

बाद में यह पता चला कि इलेक्ट्रॉन वास्तव में विपरीत दिशा में चलते हैं - माइनस से प्लस तक। लेकिन इसके बावजूद, उन्होंने "गलत" दिशा नहीं छोड़ी, इसके अलावा, इस दिशा को वर्तमान की तकनीकी दिशा कहा जाता है। दिया फिर भी जले तो क्या फर्क पड़ता है। इलेक्ट्रॉनों की गति की दिशा को सत्य कहा जाता है और वैज्ञानिक अनुसंधान में इसका सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

इसे एक चित्र में व्याख्यायित किया गया है।

चित्र 1।

यदि स्विच को कुछ समय के लिए बैटरी में "फेंक" दिया जाता है, तो इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर C चार्ज हो जाएगा और उस पर कुछ चार्ज जमा हो जाएगा। कैपेसिटर को चार्ज करने के बाद, स्विच को बल्ब में बदल दिया गया। दीपक झपकाता है और बाहर जाता है - संधारित्र निर्वहन करता है। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि फ्लैश की अवधि संधारित्र में संग्रहीत विद्युत आवेश की मात्रा पर निर्भर करती है।

एक गैल्वेनिक बैटरी भी इलेक्ट्रिक चार्ज को स्टोर करती है, लेकिन कैपेसिटर से कहीं ज्यादा। इसलिए, फ्लैश का समय काफी लंबा है - दीपक कई घंटों तक जल सकता है।

इलेक्ट्रिक चार्ज, करंट, प्रतिरोध और वोल्टेज

विद्युत आवेशों का अध्ययन फ्रांसीसी वैज्ञानिक सी. कूलम्ब द्वारा किया गया, जिन्होंने 1785 में अपने नाम के कानून की खोज की।

सूत्रों में, विद्युत आवेश को Q या q के रूप में निरूपित किया जाता है। इस मात्रा का भौतिक अर्थ आवेशित पिंडों की विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं में प्रवेश करने की क्षमता है: आवेशों के प्रतिकर्षण के रूप में, अलग-अलग आकर्षित होते हैं। आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का बल आवेशों के आकार के सीधे आनुपातिक होता है और दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। उन दोनों के बीच। यदि यह सूत्र के रूप में है, तो यह इस तरह दिखता है:

एफ = क्यू 1 * क्यू 2 / आर 2

इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश बहुत छोटा होता है, इसलिए व्यवहार में वे आवेश के परिमाण का उपयोग करते हैं जिसे कूलम्ब कहा जाता है... यह वह मान है जो अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली SI (C) में उपयोग किया जाता है। एक लटकन में 6.24151 * 1018 (दस से अठारहवीं शक्ति) इलेक्ट्रॉनों से कम नहीं होता है। यदि इस आवेश से प्रति सेकंड 10 लाख इलेक्ट्रॉन छोड़े जाएँ तो यह प्रक्रिया 200 हज़ार वर्षों तक चलेगी!

एसआई प्रणाली में करंट मापने की इकाई एम्पीयर (ए) है, जिसका नाम फ्रांसीसी वैज्ञानिक आंद्रे मैरी एम्पीयर (1775-1836) के नाम पर रखा गया है। 1A के करंट पर, 1 सेकंड में ठीक 1 C का चार्ज तार के क्रॉस सेक्शन से होकर गुजरता है। इस मामले में गणितीय सूत्र इस प्रकार है: I = Q / t।

इस फॉर्मूले में, करंट एम्पीयर में है, चार्ज कूलम्ब में है, और समय सेकंड में है। सभी उपकरणों को एसआई प्रणाली के अनुरूप होना चाहिए।

दूसरे शब्दों में, प्रति सेकेंड एक लटकन जारी किया जाता है। किलोमीटर प्रति घंटे में कार की गति के समान।इसलिए, विद्युत प्रवाह की शक्ति विद्युत आवेश के प्रवाह की दर से अधिक कुछ नहीं है।

रोजमर्रा की जिंदगी में अधिक बार, ऑफ-सिस्टम यूनिट एम्पीयर * घंटे का उपयोग किया जाता है। यह कार बैटरी को वापस बुलाने के लिए पर्याप्त है, जिसकी क्षमता केवल एम्पीयर-घंटे में इंगित की जाती है। और हर कोई इसे जानता और समझता है, हालांकि ऑटो पार्ट्स स्टोर्स में किसी भी लटकन को याद नहीं किया जाता है। लेकिन एक ही समय में अभी भी एक अनुपात है: 1 C = 1 * / 3600 एम्पीयर * घंटा। ऐसी मात्रा को एम्पीयर * सेकंड कहना संभव है।

एक अन्य परिभाषा में, 1 Ω प्रतिरोध के एक चालक में 1 A की धारा प्रवाहित होती है संभावित अंतर (वोल्टेज) तार के सिरों पर 1 वी। इन मूल्यों के बीच का अनुपात किसके द्वारा निर्धारित किया जाता है ओम कानून... यह शायद सबसे महत्वपूर्ण विद्युत नियम है, यह संयोग से नहीं है कि लोक ज्ञान कहता है: «यदि आप ओम का नियम नहीं जानते हैं, तो घर पर रहें!»

ओम का नियम परीक्षण

यह कानून अब हर किसी के लिए जाना जाता है: "सर्किट में वर्तमान वोल्टेज के सीधे आनुपातिक है और प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती है।" ऐसा लगता है कि केवल तीन अक्षर हैं - I = U / R, प्रत्येक छात्र कहेगा: "तो क्या?"। लेकिन असल में इस छोटे फॉर्मूले की राह काफी कांटेदार और लंबी थी।

ओम के नियम का परीक्षण करने के लिए, आप चित्र 2 में दिखाए गए सरलतम परिपथ को जोड़ सकते हैं।

चित्र 2।

जांच काफी सरल है - कागज पर आपूर्ति वोल्टेज बिंदु को बढ़ाकर, चित्र 3 में दिखाए गए ग्राफ का निर्माण करें।

चित्र तीन।

ऐसा लगता है कि ग्राफ पूरी तरह से सीधी रेखा बन जाना चाहिए, क्योंकि संबंध I = U / R को U = I * R के रूप में दर्शाया जा सकता है, और गणित में यह एक सीधी रेखा है। वास्तव में दायीं ओर रेखा नीचे की ओर झुकती है। शायद ज्यादा नहीं, लेकिन यह झुकता है और किसी कारण से बहुत बहुमुखी है।इस मामले में, झुकना परीक्षण किए गए प्रतिरोध को गर्म करने की विधि पर निर्भर करेगा। यह कुछ भी नहीं है कि यह एक लंबे तांबे के तार से बना है: आप कॉइल को कॉइल से कसकर लपेट सकते हैं, आप इसे एस्बेस्टस की एक परत के साथ बंद कर सकते हैं, शायद आज कमरे में तापमान समान है, लेकिन कल यह था अलग, या कमरे में एक मसौदा है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि तापमान प्रतिरोध को उसी तरह प्रभावित करता है जैसे गर्म होने पर भौतिक पिंडों के रैखिक आयाम। प्रत्येक धातु का प्रतिरोध का अपना तापमान गुणांक (TCR) होता है। लेकिन विस्तार के बारे में लगभग सभी जानते हैं और याद करते हैं, लेकिन विद्युत गुणों (प्रतिरोध, समाई, अधिष्ठापन) में परिवर्तन के बारे में भूल जाते हैं। लेकिन इन प्रयोगों में तापमान अस्थिरता का सबसे स्थिर स्रोत है।

साहित्यिक दृष्टिकोण से, यह एक सुंदर पुनरुक्ति निकला, लेकिन इस मामले में यह समस्या के सार को बहुत सटीक रूप से व्यक्त करता है।

19वीं सदी के मध्य में कई वैज्ञानिकों ने इस निर्भरता को खोजने की कोशिश की, लेकिन प्रयोगों की अस्थिरता ने हस्तक्षेप किया और प्राप्त परिणामों की सच्चाई के बारे में संदेह पैदा किया। केवल जॉर्ज साइमन ओम (1787-1854) इसमें सफल रहे, जो अस्वीकार करने में कामयाब रहे। सभी दुष्प्रभाव या, जैसा कि वे कहते हैं, पेड़ों के लिए जंगल देखने के लिए। 1 ओम प्रतिरोध अभी भी इस शानदार वैज्ञानिक का नाम रखता है।

प्रत्येक अवयव को ओम के नियम द्वारा व्यक्त किया जा सकता है: I = U / R, U = I * R, R = U / I।

इन संबंधों को न भूलने के लिए, तथाकथित ओम का त्रिभुज, या ऐसा ही कुछ, चित्र 4 में दिखाया गया है।

चित्र 4. ओम का त्रिभुज

इसका उपयोग करना बहुत सरल है: बस वांछित मान को अपनी उंगली से बंद करें और अन्य दो अक्षर आपको दिखाएंगे कि उनके साथ क्या करना है।

यह याद रखना बाकी है कि तनाव इन सभी सूत्रों में क्या भूमिका निभाता है, इसका भौतिक अर्थ क्या है। वोल्टेज को आमतौर पर विद्युत क्षेत्र में दो बिंदुओं पर संभावित अंतर के रूप में समझा जाता है। आसान समझ के लिए, वे एक टैंक, पानी और पाइप के साथ, एक नियम के रूप में, उपमाओं का उपयोग करते हैं।

इस "नलसाजी" योजना में, पाइप में पानी की खपत (लीटर/सेकंड) केवल करंट (कूलम्ब/सेकंड) है, और टैंक में ऊपरी स्तर और खुले नल के बीच का अंतर संभावित अंतर (वोल्टेज) है। . इसके अलावा, यदि वाल्व खुला है, तो आउटलेट का दबाव वायुमंडलीय के बराबर है, जिसे सशर्त शून्य स्तर के रूप में लिया जा सकता है।

विद्युत परिपथों में, यह सम्मेलन एक सामान्य कंडक्टर ("जमीन") के लिए एक बिंदु लेना संभव बनाता है जिसके विरुद्ध सभी माप और समायोजन किए जाते हैं। अक्सर, बिजली आपूर्ति का नकारात्मक टर्मिनल यह तार माना जाता है, हालांकि यह हमेशा ऐसा नहीं होता है।

संभावित अंतर को वोल्ट (V) में मापा जाता है, जिसका नाम इतालवी भौतिक विज्ञानी एलेसेंड्रो वोल्टा (1745-1827) के नाम पर रखा गया है। आधुनिक परिभाषा के अनुसार, 1 वी के संभावित अंतर के साथ, 1 सी के चार्ज को स्थानांतरित करने के लिए 1 जे की ऊर्जा खर्च की जाती है। उपभोग की गई ऊर्जा को "नलसाजी" सर्किट के अनुरूप बिजली स्रोत द्वारा भर दिया जाता है, यह होगा एक पंप बनें जो टैंक में जल स्तर का समर्थन करता है।