विद्युत धारा(Current Electricity)

या प्रकरणामध्ये आपण विद्युत धारा(Current Electricity) संबंधी माहिती घेणार आहोत. आपल्या दैनंदिन जीवनात बऱ्याच क्रिया या विजेवर अवलंबून असतात. काही महत्वाच्या कार्यास २४ तास वीजपुरवठा लागतो, म्हणूनच त्याचे महत्व लक्षात घेता तो विविध पर्यायाने पुरविला जातो.

सुमारे २५०० वर्षांपूर्वी श्लेल्स या ग्रीक शास्त्रज्ञाच्या लाक्षत आले की पिवळ्या रंगाचा राळेचा दांडा (अंबर) लोकरी कापडाने घासला तर त्या दंड्याकडे पिसे आकर्षित होतात. अंबराला ग्रीक भाषेत इलेक्ट्रोन म्हणतात.  अंबराच्या या गुणधर्माला थोमास ब्राऊनने १६४६ साली इलेक्ट्रीसिटी असे नाव दिले.

 

विद्युत धारा(Electric Current)

धातूच्या विद्युत वाहकात(Electric Conductor) साधारणतः एक किंवा त्यापेक्षा जास्त इलेक्ट्रोन हे अनुकेंद्राशी अतिशय क्षीण बलाने बद्ध (Loosely bound) आसतात. अशा एलेक्ट्रोन्स ला मुक्त इलेक्ट्रोन असे म्हणतात. वाहकामध्ये अशे एलेक्ट्रोन्स एका टोकाकडून दुसऱ्या टोकाकडे सहज जाऊ शकतात.

“वाहकामधून वाहणारा एलेक्ट्रोनचा प्रवाह किंवा ठराविक क्षेत्रातून एकक कलावधीत वाहणारा विद्युत प्रभार(Electric charge) म्हणजेच विद्युत धारा होय.”

  • सूत्र विद्युत धारा(I) = विद्युत प्रभार(Q)/काळ (t)
  • विद्युत प्रभाराचे SI पद्धतीचे एकक कुलोम(c) आहे.
  • विद्युत धारेचे SI पद्धतीचे एकक अम्पिअर आहे. १ अम्पिअर = १ कुलोम / १ सेकंद

आंद्रे अम्पिअर

 


 

विद्युत परिपथ(Electric Circuit)

विद्युत घाटाच्या(Battery Cell ) दोन्ही अग्रंमध्ये जोडलेल्या वाहक तारा आणि इतर रोध(Resistance) यामधून वाहणाऱ्या विद्युत धारेचा सलग मार्ग म्हणजेच विद्युत परिपथ होय.

  • ज्या आकृतीमध्ये चिन्हांचा उपयोग करून विद्युत परिपथ दर्शवितात त्यास विद्युत परिपथाकृती(Circuit Diagram) असे म्हणतात.
  • इलेक्ट्रोन चा प्रवाह हा ऋण टोकाकडून धन टोकाकडे असतो परंतु विद्युत धारेची दिशा मात्र धन टोकाकडून ऋण टोकाकडे असते.

विद्युत परीपाथाकृती:

 

विद्युतपरीपाथातील चिन्हे व विद्युत परिपथ:

 

 


 

विद्युत विभव(Electric Potential)

जर एखाद्या तारेतून विद्युत धारा वाहायची असेल तर त्या तारेच्या दोन्ही टोकांमध्ये विद्युत विभव असणे गरजेचे आहे.

म्हणजेच जर अ टोकाकडून ब टोकाकडे विद्युत धारा वाहत असेल तर तेंव्हा अ या टोकाकडे ब तोकापेक्षा जास्त विद्युत विभव असते.

उदा- आकाशात चमकणाऱ्या विजेचा प्रकाशझोत हा नेहमी आकाशाकडून जमिनीकडे असतो. म्हणजेच आकाशाचा विभव जास्त असतो तर जमिनीचा विभव शून्य असतो. (विजेमुळे हवेतील ओक्सिजन चे रुपांतर ओझोन मध्ये होते.)

या प्रकारात 107 व्होल्ट्स इतके विभव निर्माण होऊ शकते.


 

विभवांतर(Potential Difference)

“विद्युत क्षेत्रातील दोन भिन्न बिन्दुमधील विभवांतर म्हणजे – एकक धन प्रभार(Unit positive charge) एका बिंदुपासून दुसऱ्या बिंदूपर्यंत स्थानांतरीत होताना घडलेले एकूण कार्य.”

  • सूत्र – विभवांतर(V) = कार्य(W)/स्थानांतरीत झालेला एकूण प्रभार(Q)
  • 1V = 1J/1Q
  • SI एकक  Volt

 

विद्युत रोध(Resistance)

जेव्हा एखाद्या वाहकातून विद्युत धारा वाहते तेंव्हा इलेक्ट्रोन चे वाहन होते. हे इलेक्ट्रोन वाहकातील आणू आणि अयानावरआदळतात.यामुळे यामुळे एलेक्ट्रोंच्या प्रवाहास अडथळा निर्माण होतो. या अडथळा निर्माण करण्याच्या गुणधर्मास विद्युत रोध असे म्हणतात.

  • रोध = विधावंतर / विद्युत धारा
  • ज्या पदार्थाचा विद्युत रोध कमी असतो त्यातून जास्त धारा वाहते, त्यास विद्युत सुवाहक(conductor) असे म्हणतात. उदा – चांदी, तांबे, अल्युमिनिअम.
  • जर पदार्थाचा विद्युत रोध जास्त असेल त्यातून कमी धारा वाहते, त्यास विसंवाहक (Insulator) असे म्हणतात. उदा – लाकूड.

 

ओहम चा नियम(Ohm’s Law)

“वाहकाची भौतिक स्थिती कायम असताना(तापमान, क्षेत्रफळ) वाहकातून वाहणारी विद्युत धारा हि त्या वाहकाच्या दोन टोकांमधील विभावानातारशी (Potential Difference) समानुपाती(Directly Proportional) असते.”

  • V X I
  • V = IR
  • R हा त्या वाहकाचा रोध असून तो दिलेल्या वाहकासाठी स्थिर असतो.
  • SI पद्धतीत रोडचे एकक ओहम आहे.

 


 

रोधकता(Resistivity)

वाहकाचा रोध हा नेहमी त्याच्या लांबी आणि क्षेत्रफळावर अवलंबून असतो.

i.e. R = e. l/A

l – वाहकाची लांबी

e – ऱ्हो स्थिरांक

  • ऱ्हो या स्ठीरांकास वाहकाची रोधाकता असे म्हणतात, त्यालाच विशिष्ठ रोध(Specific Resistance) असेही म्हणतात.
  • रोधाकाचे SI पद्धतीत एकक ओहम-मीटर आहे.
  • जस जसे तापमान वाढवावे तसतसे वाहकाची रोधाकता वाढत जाते.
  • पदार्थाची जितकी रोधाकता कमी तितकी जास्त धारा त्यातून वाहिली जाईल.
  • रोधाकतेचा क्रम = वाहक(Conductor) –> संमिश्र(Alloy) –> विसंवाहक(Insulator)

table:

 

 

 


 

रोधाची जोडणी(Resistance of system)

रोडची जोडणी दोन प्रकारे करता येते –

१. एकसर जोडणी(Series)

  • विद्युत धारा : परीपाथातील प्रत्येक भागातून समान धारा वाहते.
  • परिणामी रोध: जोडणीतील सर्व रोधांच्या बेरजे एवढा असतो. Rs = R1 + R2 + …. + Rn
  • विभवांतर: जोडणीच्या दोन तोकातील विभवांतर हे प्रत्येक रोधाच्या दरम्यानच्या विभावांताराच्या बेरजेइतका असतो.
  • हि जोडणी परीपाथातील रोध वाढवण्यासाठी वापरतात.
  • रोधांच्या एकसर जोडणीचा परिणामी रोध हा जोडणीतील प्रत्येक रोधापेक्षा जास्त असतो.

 

२. समांतर जोडणी(Parallel)

  • विद्युत धारा: प्रत्येक रोधातून वाहणारी विद्युत धारा हि रोडच्या व्यस्त प्रमाणात असते.
  • परिणामी रोध: जोडलेल्या सर्व रोधांच्या व्यास्तान्काची बेरीज ही परिणामी रोधाच्या व्यास्तंकाइतकी असते. १/Rp = १/R1 + १/R2+….+ १/Rn
  • विभवांतर: प्रत्येक रोधाच्या दरम्यानचे विभवांतर समान असते.
  • हि जोडणी परीपाथातील रोध कमी करण्यासाठी वापरतात.
  • रोधाच्या समांतर जोडणीचा परिणामी रोध हा त्या जोडणीतील स्वतंत्र रोधापेक्षा कमी असतो.

 

 


 

ज्युलचा नियम(Joule’s Law)

“वाहकातून वाहणारी विद्युत धारा I हि t या कालावधीसाठी R रोध असलेल्या वाहकातून जाऊ दिल्यास तयार होणारा उष्मा H बरोबर असतो”

H = I2Rt/४.18 कॅलरी

  • म्हणजेच उष्मा हि विद्युत धारेचा मार्ग, वाहकाचा रोध, कालावधी यांच्याशी समानुपाती(Directly Proportional) असतो.
  • हा तयार होणारा उष्मा आपण वेगवेगळ्या सूत्रांनी दर्शवू शकतो.

H = V2t/४.18 कॅलरी = VIt/४.18 कॅलरी

 


 

विद्युतरोधाचा औष्णिक परिणाम(Heating effect of electric current)

ज्यावेळी एखाद्या वाहकातून इलेक्ट्रोनचे वाहन होते त्यावेळी हे इलेक्ट्रोन धातूतील इतर अनुवर आघात करतात. या एलेक्ट्रोंच्या अंगी असलेल्या स्थितीज उर्जेच्या काही भागाचे उष्णता उर्जेत रुपांतर होते(Potentral Energy to Heat energy).

त्यामुळे वाहकाचे तापमान हळू हळू वाढत जाते यालाच विद्युत धारेचा औष्णिक परिणाम असे म्हणतात.

  • विद्युतधारेच्या औष्णिक परिणामाचे व्यावहारिक उपयोग –
    • विद्युत इस्त्री, विद्युत ओव्हन, विद्युत टोस्टर, विद्युत जालतापक.
    • विद्युत दिवा:
      • यामध्ये टंगस्टन सारख्या धातूच्या तारेचे कुंडल असते.
      • हि तर तापल्यामुळे प्रकाश मिळतो.(द्र्वनांक – 33800० 0 C)
      • या कुंडलाची आयुमर्यादा वाढवण्यासाठी दिव्यामध्ये आर्गोन व नायट्रोजन या सारख्या निष्क्रिय वायूचे मिश्रण असते. ज्यामुळे कुंडलाचे ओक्सिडेषण होत नाही.
    • वितळतार:
      • कोणत्याही विद्युत उपकरणातून प्रमाणाबाहेर विद्युत धारा जाऊ नये म्हणून परीपाथात वितळतार वापरतात.
      • हि तर साधारणतः कमी द्र्वनांक असलेल्या संमिश्रापासून बनवलेली असते. शिसे व कथिल(Lead and tin)
      • हि तर उपकरणाशी एकसर जोडणीत जोडतात.
      • जर परिपाठातून ठराविक पर्यादेपेक्षा जास्त विद्युत धारा जाऊ लागली तर या तारेचे तापमान वाढते व तर वितळते.
      • हि तर नेहमी पोर्सेलीन सारख्या रोधक पदार्थापासून बनलेल्या खोबणीत बसवलेली असते.
      • घरगुती वापरासाठी १A, २A, ३A, ४A, 5A  आणि १०A एवढ्या क्षमतेच्या विताळतारा वापरतात.
    • उद्योगधंद्यामध्ये झळकाम (Soldering) जोडकाम(Welding), कर्तन(Cutting), वेधन(Drilling), आणि विद्युत भट्टी या सर्वांचे काम विद्युत धारेच्या औष्णिक परिणामावर चालते.
    • शस्त्रक्रियेमध्येशरीराचे स्नायू कापण्यासाठी गरम केलेली प्लाटिनम ची तर वापरतात.

 

मित्रांसोबत शेयर करा.

Leave a comment

Your email address will not be published.

error: