अध्याय 11: विद्युत
विद्युत धारा और विभवांतर
विद्युत धारा I = Q/t (मात्रक ऐम्पियर)। विभवांतर V = W/Q (मात्रक वोल्ट)। ओम का नियम: स्थिर ताप पर V = IR। प्रतिरोध का मात्रक ओम है।
प्रतिरोधों का संयोजन
श्रेणीक्रम: धारा समान, Rs = R1 + R2 + R3। पार्श्वक्रम: विभवांतर समान, 1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3। घरों में उपकरण पार्श्वक्रम में जोड़े जाते हैं। ऐमीटर श्रेणीक्रम में और वोल्टमीटर पार्श्वक्रम में जुड़ता है।
विद्युत धारा का तापीय प्रभाव
जूल का नियम: H = I2Rt। इसी पर विद्युत हीटर, इस्त्री और बल्ब काम करते हैं। बल्ब के तंतु के लिए ऊँचे गलनांक वाला टंगस्टन उपयोग होता है। फ़्यूज़ का तार कम गलनांक का होता है।
विद्युत शक्ति और ऊर्जा
P = VI = I2R = V2/R (मात्रक वाट)। ऊर्जा = शक्ति × समय। विद्युत ऊर्जा का व्यावसायिक मात्रक किलोवाट घंटा (kWh) है, जिसे एक यूनिट कहते हैं। 1 kWh = 3.6 × 106 J।
महत्वपूर्ण प्रश्न
Q1. विद्युत धारा की परिभाषा दो।
आवेश के प्रवाह की दर: I = Q/t। इसका SI मात्रक ऐम्पियर (A) है।
Q2. 1 ऐम्पियर क्या होता है?
जब किसी चालक में से 1 सेकंड में 1 कूलॉम आवेश प्रवाहित हो।
Q3. विभवांतर क्या है? 1 वोल्ट की परिभाषा दो।
एकांक आवेश को एक बिंदु से दूसरे तक ले जाने में किया गया कार्य: V = W/Q। 1 वोल्ट = 1 जूल प्रति कूलॉम।
Q4. ओम का नियम लिखो।
स्थिर ताप पर चालक के सिरों के बीच विभवांतर उसमें बहने वाली धारा के समानुपाती होता है: V = IR।
Q5. प्रतिरोध क्या है? उसका मात्रक क्या है?
चालक का वह गुण जो धारा के प्रवाह का विरोध करता है। मात्रक ओम (Ω) है। 1 Ω तब होता है जब 1 V विभवांतर पर 1 A धारा बहे।
Q6. चालक का प्रतिरोध किन बातों पर निर्भर करता है?
लंबाई, अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल, पदार्थ और ताप पर: R = ρl/A।
Q7. प्रतिरोधकता क्या है?
एकांक लंबाई और एकांक क्षेत्रफल वाले चालक का प्रतिरोध। मात्रक Ω m है और यह पदार्थ तथा ताप पर निर्भर करती है।
Q8. एक बल्ब 220 V पर 0.5 A धारा लेता है। उसका प्रतिरोध कितना है?
R = V/I = 220/0.5 = 440 Ω।
Q9. किसी तार में 5 s में 10 C आवेश प्रवाहित होता है। धारा कितनी है?
I = Q/t = 10/5 = 2 A।
Q10. 2 C आवेश को 12 V विभवांतर से ले जाने में कितना कार्य होगा?
W = QV = 2 × 12 = 24 J।
Q11. श्रेणीक्रम में प्रतिरोधों का तुल्य प्रतिरोध क्या होता है?
Rs = R1 + R2 + R3 ...। सभी प्रतिरोधों में धारा समान रहती है और विभवांतर बँट जाता है।
Q12. पार्श्वक्रम में प्रतिरोधों का तुल्य प्रतिरोध क्या होता है?
1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 ...। सभी पर विभवांतर समान रहता है और धारा बँट जाती है।
Q13. 3 Ω और 6 Ω के प्रतिरोधों का तुल्य प्रतिरोध (क) श्रेणीक्रम में (ख) पार्श्वक्रम में ज्ञात करो।
(क) 3 + 6 = 9 Ω। (ख) 1/Rp = 1/3 + 1/6 = 1/2, इसलिए Rp = 2 Ω।
Q14. घरों में उपकरण पार्श्वक्रम में क्यों जोड़े जाते हैं?
ताकि हर उपकरण को समान विभवांतर मिले, हर उपकरण अलग से चालू-बंद हो सके और एक खराब होने पर बाकी चलते रहें।
Q15. जूल का तापन नियम लिखो।
H = I²Rt, यानी उत्पन्न ऊष्मा धारा के वर्ग, प्रतिरोध और समय के समानुपाती होती है।
Q16. विद्युत शक्ति के सूत्र लिखो।
P = VI = I²R = V²/R। मात्रक वाट (W) है।
Q17. 100 W का बल्ब 5 घंटे जलने पर कितनी ऊर्जा खर्च होगी?
ऊर्जा = 0.1 kW × 5 h = 0.5 kWh, यानी 0.5 यूनिट।
Q18. 1 kWh कितने जूल के बराबर होता है?
3.6 × 10⁶ J।
Q19. बल्ब के तंतु के लिए टंगस्टन क्यों उपयोग करते हैं?
उसका गलनांक बहुत ऊँचा (लगभग 3380 °C) और प्रतिरोधकता अधिक है, इसलिए तेज़ गर्म होने पर भी वह पिघलता नहीं।
Q20. ऐमीटर और वोल्टमीटर को परिपथ में कैसे जोड़ते हैं?
ऐमीटर श्रेणीक्रम में (उसका प्रतिरोध कम होता है) और वोल्टमीटर पार्श्वक्रम में (उसका प्रतिरोध अधिक होता है)।
क्विज़
1. विद्युत धारा का SI मात्रक क्या है?
धारा का मात्रक ऐम्पियर है।
2. 4 Ω के प्रतिरोध पर 12 V लगाने पर कितनी धारा बहेगी?
I = V/R = 12/4 = 3 A।
3. 2 Ω और 3 Ω श्रेणीक्रम में जुड़े हैं। तुल्य प्रतिरोध कितना है?
श्रेणीक्रम में प्रतिरोध जुड़ते हैं: 2 + 3 = 5 Ω।
4. 1 kWh कितने जूल के बराबर है?
1 kWh = 3.6 × 10⁶ J।
5. पार्श्वक्रम में कौन सी राशि समान रहती है?
पार्श्वक्रम में सभी पर विभवांतर समान रहता है।