विद्युत धारा

सुमारे २५०० वर्षांपूर्वी श्लेल्स या ग्रीक शास्त्रज्ञाच्या लक्षात 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) असतात. अशा इलेक्ट्रोन्सला मुक्त इलेक्ट्रोन असे म्हणतात. वाहकामध्ये असे इलेक्ट्रोन्स एका टोकाकडून दुसऱ्या टोकाकडे सहज जाऊ शकतात.

“वाहकामधून वाहणारा इलेक्ट्रोनचा 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 – फ्रेंच गणितज्ञ आणि वैज्ञानिक अम्पिअर यांनी विद्युत धारेवर आधारित प्रयोग केले, त्यांच्या अलौकिक अशा कार्यामुळेच आज आपण वाहक तारेतून वाहणारी विद्युतधारा मोजू शकतो. त्यांच्या या महान कार्याच्या सन्मानार्थ विद्युतधारेच्या एककास ‘ॲम्पिअर’ हे नाव दिले.

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.
  • इलेट्रॉनचा प्रवाह हा ऋण टोकाकडून धन टोकाकडे असतो परंतु विद्युत धारेची दिशा मात्र धन टोकाकडून ऋण टोकाकडे असते.

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 टोकापेक्षा 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.”

विभवांतर(V) = कार्य(W)/स्थानांतरीत झालेला एकूण प्रभार(Q)

  • विभवांतराचे SI एकक Volt हे आहे.
  • अलेक्झान्ड्रो व्होल्टा या इटालियन शास्त्रज्ञाने सर्वप्रथम विद्युत घट तयार केला. त्यांच्या सन्मानार्थ विभवांतराच्या एककास ‘व्होल्ट’ हे नाव देण्यात आले.

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/४.१८ 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/४.1८ कॅलरी = VIt/४.1८ 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.
  • ही तार 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.
  • ही तार साधारणतः कमी द्र्वनांक असलेल्या संमिश्रापासून बनवलेली असते. शिसे व कथिल(Lead and tin)
  • ही तार उपकरणाशी एकसर जोडणीत जोडतात.
  • जर परिपथातून ठराविक पर्यादेपेक्षा जास्त विद्युत धारा जाऊ लागली तर या तारेचे तापमान वाढते व तार वितळते.
  • ही तार 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 प्लाटिनमची तार वापरतात.