विद्युत धारा की क्रियाएं: ऊष्मीय, रासायनिक, चुंबकीय, प्रकाश और यांत्रिक

एक सर्किट में विद्युत प्रवाह हमेशा किसी न किसी प्रकार की क्रिया के माध्यम से स्वयं को प्रकट करता है। यह एक निश्चित भार और वर्तमान के सहवर्ती प्रभाव दोनों पर संचालन हो सकता है। इस प्रकार, करंट की क्रिया से, किसी दिए गए सर्किट में इसकी उपस्थिति या अनुपस्थिति का अंदाजा लगाया जा सकता है: यदि लोड काम कर रहा है, तो करंट है। यदि करंट के साथ होने वाली एक विशिष्ट घटना देखी जाती है, तो सर्किट आदि में करंट होता है।

सिद्धांत रूप में, विद्युत धारा विभिन्न क्रियाएं करने में सक्षम है: थर्मल, रासायनिक, चुंबकीय (विद्युत चुम्बकीय), प्रकाश या यांत्रिक, और विभिन्न प्रकार की वर्तमान क्रियाएं अक्सर एक साथ होती हैं। इस लेख में इन वर्तमान घटनाओं और कार्यों पर चर्चा की जाएगी।

विद्युत प्रवाह का ऊष्मीय प्रभाव

जब किसी तार में प्रत्यक्ष या प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होती है, तो तार गर्म हो जाता है। विभिन्न स्थितियों और अनुप्रयोगों के तहत ऐसे ताप तार हो सकते हैं: धातु, इलेक्ट्रोलाइट्स, प्लाज्मा, पिघला हुआ धातु, अर्धचालक, सेमीमेटल।

सबसे सरल मामले में, मान लीजिए, एक विद्युत प्रवाह एक निक्रोम तार से गुजरता है, तो यह गर्म हो जाएगा। इस घटना का उपयोग हीटिंग उपकरणों में किया जाता है: इलेक्ट्रिक केटल्स में, बॉयलरों में, हीटरों में, इलेक्ट्रिक स्टोव आदि में। इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंग में, इलेक्ट्रिक आर्क का तापमान आमतौर पर 7000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है, और धातु आसानी से पिघल जाती है, यह भी करंट का हीट इफेक्ट है।

सर्किट के खंड में जारी गर्मी की मात्रा इस खंड पर लागू वोल्टेज पर निर्भर करती है, वर्तमान प्रवाह का मूल्य और इसके प्रवाह का समय (जूल-लेनज़ कानून).

एक बार जब आप सर्किट के एक खंड के लिए ओम के नियम को परिवर्तित कर लेते हैं, तो आप गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए या तो वोल्टेज या करंट का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन तब आपको सर्किट के प्रतिरोध को जानना चाहिए क्योंकि यह करंट को सीमित करता है और वास्तव में हीटिंग का कारण बनता है। या, एक सर्किट में करंट और वोल्टेज को जानकर, आप उतनी ही आसानी से उत्पन्न गर्मी की मात्रा का पता लगा सकते हैं।

विद्युत धारा की रासायनिक क्रिया

प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह द्वारा आयन युक्त इलेक्ट्रोलाइट्स इलेक्ट्रोलाइज्ड — यह धारा की रासायनिक क्रिया है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान नकारात्मक आयन (आयन) सकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) की ओर आकर्षित होते हैं, और सकारात्मक आयन (उद्धरण) नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) की ओर आकर्षित होते हैं। अर्थात्, इलेक्ट्रोलाइट में निहित पदार्थ इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान वर्तमान स्रोत के इलेक्ट्रोड पर जारी किए जाते हैं।

उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी को एक निश्चित एसिड, क्षार, या नमक के घोल में डुबोया जाता है, और जब एक विद्युत प्रवाह सर्किट से गुजरता है, तो एक इलेक्ट्रोड पर सकारात्मक चार्ज होता है और दूसरे पर नकारात्मक चार्ज होता है। समाधान में निहित आयन रिवर्स चार्ज के साथ इलेक्ट्रोड पर जमा होने लगते हैं।

उदाहरण के लिए, कॉपर सल्फेट (CuSO4) के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, तांबे के धनायन Cu2 + एक धनात्मक आवेश के साथ ऋणात्मक रूप से आवेशित कैथोड में चले जाते हैं, जहाँ वे लापता आवेश प्राप्त करते हैं, और इलेक्ट्रोड की सतह पर बसने वाले तटस्थ तांबे के परमाणुओं में बदल जाते हैं। हाइड्रॉक्सिल समूह -OH एनोड को इलेक्ट्रॉन दान करेगा और परिणामस्वरूप ऑक्सीजन मुक्त होगी। धनात्मक रूप से आवेशित हाइड्रोजन धनायन H + और ऋणात्मक रूप से आवेशित SO42- ऋणायन विलयन में रहेंगे।

विद्युत प्रवाह की रासायनिक क्रिया का उपयोग उद्योग में किया जाता है, उदाहरण के लिए, पानी को उसके घटक भागों (हाइड्रोजन और ऑक्सीजन) में तोड़ने के लिए। साथ ही, इलेक्ट्रोलिसिस आपको कुछ धातुओं को उनके शुद्ध रूप में प्राप्त करने की अनुमति देता है। इलेक्ट्रोलिसिस की मदद से, सतह पर एक निश्चित धातु (निकल, क्रोमियम) की एक पतली परत लगाई जाती है - बस इतना ही गैल्वेनिक कोटिंग वगैरह।

1832 में, माइकल फैराडे ने स्थापित किया कि इलेक्ट्रोड पर छोड़े गए पदार्थ का द्रव्यमान m इलेक्ट्रोलाइट से गुजरने वाले विद्युत आवेश q के सीधे आनुपातिक होता है। यदि विद्युत्-अपघट्य में t समय के लिए प्रत्यक्ष धारा I प्रवाहित होती है, तो फैराडे का विद्युत-अपघटन का पहला नियम लागू होता है:

यहाँ आनुपातिकता कारक k को पदार्थ का विद्युत रासायनिक समतुल्य कहा जाता है। यह संख्यात्मक रूप से किसी पदार्थ के द्रव्यमान के बराबर होता है जब एक विद्युत आवेश इलेक्ट्रोलाइट से गुजरता है, और पदार्थ की रासायनिक प्रकृति पर निर्भर करता है।

विद्युत प्रवाह की चुंबकीय क्रिया

किसी भी कंडक्टर (ठोस, तरल या गैसीय अवस्था में) में विद्युत प्रवाह की उपस्थिति में, कंडक्टर के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र देखा जाता है, अर्थात वर्तमान-वाहक कंडक्टर चुंबकीय गुण प्राप्त कर लेता है।

इसलिए यदि एक चुंबक तार के पास लाया जाता है जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है, उदाहरण के लिए एक चुंबकीय कम्पास सुई के रूप में, तो सुई तार के लंबवत हो जाएगी, और यदि आप तार को लोहे की कोर पर घुमाते हैं और एक सीधा पास करते हैं तार के माध्यम से करंट, कोर इलेक्ट्रोमैग्नेट बन जाएगा।

1820 में, ओर्स्टेड ने एक चुंबकीय सुई पर करंट के चुंबकीय प्रभाव की खोज की, और एम्पीयर ने करंट ले जाने वाले तारों के चुंबकीय संपर्क के मात्रात्मक नियमों की स्थापना की।

चुंबकीय क्षेत्र हमेशा करंट से उत्पन्न होता है, अर्थात् गतिमान विद्युत आवेश, विशेष रूप से - आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन, आयन)। विपरीत धाराएं एक-दूसरे को पीछे हटाती हैं, यूनिडायरेक्शनल धाराएं एक-दूसरे को आकर्षित करती हैं।

इस तरह की यांत्रिक बातचीत धाराओं के चुंबकीय क्षेत्रों की बातचीत के कारण होती है, अर्थात यह सबसे पहले एक चुंबकीय बातचीत है, और उसके बाद ही - यांत्रिक। इस प्रकार, धाराओं का चुंबकीय संपर्क प्राथमिक है।

1831 में, फैराडे ने पाया कि एक सर्किट से एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र दूसरे सर्किट में करंट उत्पन्न करता है: उत्पन्न ईएमएफ चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है। यह तर्कसंगत है कि यह धाराओं की चुंबकीय क्रिया है जो आज तक सभी ट्रांसफार्मर में उपयोग की जाती है, न कि केवल विद्युत चुम्बकों में (उदाहरण के लिए, औद्योगिक लोगों में)।

विद्युत प्रवाह का हल्का प्रभाव

अपने सरलतम रूप में, एक विद्युत प्रवाह का चमकदार प्रभाव एक गरमागरम दीपक में देखा जा सकता है, जिसकी कुंडली को इसके माध्यम से सफेद गर्मी में गुजरने से गरम किया जाता है और प्रकाश का उत्सर्जन होता है।

गरमागरम दीपक के लिए, प्रकाश ऊर्जा लगभग 5% वितरित बिजली का प्रतिनिधित्व करती है, शेष 95% गर्मी में परिवर्तित हो जाती है।

फ्लोरोसेंट लैंप अधिक कुशलता से वर्तमान ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करते हैं - 20% तक बिजली दृश्य प्रकाश में परिवर्तित हो जाती है, जो प्राप्त करने वाले फॉस्फोर के लिए धन्यवाद पराबैंगनी विकिरण पारा वाष्प में या नियॉन जैसी अक्रिय गैस में विद्युत निर्वहन से।

एल ई डी में विद्युत प्रवाह का प्रकाश प्रभाव अधिक प्रभावी ढंग से महसूस किया जाता है। जब एक विद्युत प्रवाह आगे की दिशा में pn जंक्शन से गुजरता है, तो आवेश वाहक-इलेक्ट्रॉन और छिद्र-फोटॉनों के उत्सर्जन के साथ पुन: जुड़ जाते हैं (इलेक्ट्रॉनों के एक ऊर्जा स्तर से दूसरे में संक्रमण के कारण)।

सबसे अच्छा प्रकाश उत्सर्जक डायरेक्ट-गैप सेमीकंडक्टर्स हैं (अर्थात, जिनमें प्रत्यक्ष ऑप्टिकल संक्रमण की अनुमति है), जैसे कि GaAs, InP, ZnSe, या CdTe। अर्धचालकों की संरचना को बदलकर, पराबैंगनी (GaN) से लेकर मध्य-अवरक्त (PbS) तक सभी प्रकार की तरंग दैर्ध्य के लिए एलईडी बनाई जा सकती हैं। प्रकाश स्रोत के रूप में एलईडी की दक्षता औसतन 50% तक पहुंच जाती है।

विद्युत प्रवाह की यांत्रिक क्रिया

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, कोई भी कंडक्टर जिसके माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, स्वयं के चारों ओर बनता है चुंबकीय क्षेत्र… चुंबकीय क्रियाओं को गति में परिवर्तित किया जाता है, उदाहरण के लिए इलेक्ट्रिक मोटर्स में, चुंबकीय उठाने वाले उपकरणों में, चुंबकीय वाल्वों में, रिले आदि में।

एक धारा पर दूसरी धारा की यांत्रिक क्रिया एम्पीयर के नियम द्वारा वर्णित है। यह नियम पहली बार 1820 में आंद्रे मैरी एम्पीयर द्वारा दिष्टधारा के लिए स्थापित किया गया था। से एम्पीयर का नियम यह इस प्रकार है कि एक दिशा में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा वाले समानांतर तार आकर्षित होते हैं और विपरीत दिशा में बहने वाले तार प्रतिकर्षित होते हैं।

एम्पीयर के कानून को कानून भी कहा जाता है जो उस बल को निर्धारित करता है जिसके साथ एक चुंबकीय क्षेत्र वर्तमान-वाही चालक के एक छोटे खंड पर कार्य करता है। वह बल जिसके साथ एक चुंबकीय क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र में एक धारावाही तार के एक तत्व पर कार्य करता है, सीधे तार में धारा और तार की लंबाई और चुंबकीय प्रेरण के तत्व वेक्टर उत्पाद के समानुपाती होता है।

यह सिद्धांत पर आधारित है इलेक्ट्रिक मोटर्स का संचालन, जहां रोटर टोक़ एम द्वारा स्टेटर के बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में उन्मुख वर्तमान के साथ एक फ्रेम की भूमिका निभाता है।