विद्युत धारा: यो के हो?

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फील्ड: मूलभूत विद्युत

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विद्युत धारा क्या है?

विद्युत धारा एक आवेशित कणों—जैसे इलेक्ट्रॉन या आयनों—की धारा के रूप में परिभाषित होती है, जो विद्युत चालक या स्थान में गति करते हैं। यह आवेश के प्रवाह की दर को समय के संदर्भ में व्यक्त करता है। विद्युत धारा को गणितीय रूप से (जैसे सूत्रों में) प्रतीक “I” या “i” का उपयोग करके व्यक्त किया जाता है। धारा की इकाई एम्पियर या एम्प होती है। यह A द्वारा प्रदर्शित की जाती है।

गणितीय रूप से, आवेश के प्रवाह की दर को समय के संदर्भ में निम्न प्रकार से व्यक्त किया जा सकता है,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

दूसरे शब्दों में, आवेशित कणों की धारा जो विद्युत चालक या स्थान में प्रवाहित होती है, वह विद्युत धारा कहलाती है। चलने वाले आवेशित कणों को आवेश वाहक कहा जाता है, जो इलेक्ट्रॉन, होल, आयन आदि हो सकते हैं।

धारा का प्रवाह चालक माध्यम पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए:

चालक में, धारा का प्रवाह इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है।
अर्धचालकों में, धारा का प्रवाह इलेक्ट्रॉनों या होलों के कारण होता है।
इलेक्ट्रोलाइट में, धारा का प्रवाह आयनों के कारण होता है और
प्लाज्मा—एक आयनित गैस, में धारा का प्रवाह आयनों और इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है।

जब दो बिंदुओं के बीच विद्युत संभावित अंतर लगाया जाता है, तो चालक माध्यम में विद्युत धारा उच्च संभावित से निम्न संभावित तक प्रवाहित होना शुरू होता है। वोल्टेज या संभावित अंतर जितना अधिक होगा, दो बिंदुओं के बीच धारा उतनी ही अधिक प्रवाहित होगी।

यदि परिपथ में दो बिंदु समान संभावित पर हैं, तो धारा प्रवाहित नहीं हो सकती। धारा का परिमाण दो बिंदुओं के बीच के वोल्टेज या संभावित अंतर पर निर्भर करता है। इसलिए, हम कह सकते हैं कि धारा वोल्टेज का प्रभाव है।

विद्युत धारा विद्युत-चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकती है, जो इंडक्टर, ट्रांसफार्मर, जनरेटर और मोटर में प्रयोग किया जाता है। विद्युत चालकों में, धारा रिसिस्टिव हीटिंग या जूल हीटिंग का कारण बनती है, जो एक प्रकाश डायोड में प्रकाश उत्पन्न करती है।

समय-परिवर्ती विद्युत धारा विद्युत-चुंबकीय तरंगें उत्पन्न करती है, जो टेलीकम्युनिकेशन में डेटा के प्रसारण के लिए प्रयोग की जाती हैं।

एसी व डीसी धारा

आवेश के प्रवाह के आधार पर, विद्युत धारा दो प्रकार की होती है, अर्थात् विपरीत धारा (एसी) और सीधी धारा (डीसी)।

विपरीत धारा (एसी)

विद्युत आवेश का नियमित रूप से विपरीत दिशा में प्रवाह विपरीत धारा (एसी) के रूप में जाना जाता है। एसी को "एसी धारा" के रूप में भी जाना जाता है। हालांकि यह तकनीकी रूप से एक ही चीज़ को दो बार कहना है "एसी धारा धारा"।

एक विपरीत धारा नियमित अंतराल पर अपनी दिशा बदलती है।

विपरीत धारा शून्य से शुरू होती है, फिर अधिकतम तक पहुंचती है, फिर शून्य तक घटती है, फिर विपरीत दिशा में अधिकतम तक पहुंचती है, फिर फिर से मूल मान तक लौटती है और इस चक्र को अनंत रूप से दोहराती है।

विपरीत धारा तरंग रूप का प्रकार साइनसोइडल, त्रिकोण, वर्ग, सरपट, आदि हो सकता है।

तरंग रूप की विशेषता नहीं मायने रखती—यह एक दोहराव वाला तरंग रूप होना चाहिए।

हालांकि, अधिकांश विद्युत परिपथों में, विपरीत धारा का आम तरंग रूप एक साइन तरंग होता है। एक आम साइन तरंग जो आप विपरीत धारा के रूप में देख सकते हैं, नीचे दिए गए छवि में दिखाया गया है।

एक अल्टरनेटर एक विकल्पीय धारा उत्पन्न कर सकता है। अल्टरनेटर एक विशेष प्रकार का विद्युत जनित्र होता है जो विकल्पीय धारा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया होता है।

AC विद्युत शक्ति औद्योगिक और आवासीय अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

DC धारा

सिर्फ एक दिशा में विद्युत आवेश का प्रवाह जिसे सीधी धारा (DC) कहा जाता है। DC को "DC Current" भी कहा जाता है। यद्यपि यह तकनीकी रूप से एक ही बात को दो बार कहना है "Direct Current Current"।

क्योंकि DC केवल एक दिशा में प्रवाहित होता है; इसलिए इसे एकदिशीय धारा भी कहा जाता है। नीचे दिए गए चित्र में एक सीधी धारा का तरंग रूप दिखाया गया है।

DC बैटरी, सौर सेल, इंधन सेल, थर्मोकपल, कम्युटेटर-प्रकार के विद्युत जनित्र, आदि द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। एक विकल्पीय धारा को एक रेक्टिफायर का उपयोग करके सीधी धारा में परिवर्तित किया जा सकता है।

DC विद्युत शक्ति सामान्य रूप से कम-वोल्टेज अनुप्रयोगों में उपयोग की जाती है। अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक सर्किट एक DC पावर सप्लाई की आवश्यकता रखते हैं।

विद्युत धारा को किस इकाई में मापा जाता है (धारा इकाई)?

धारा की SI इकाई एम्पियर या एम्प है। इसे A से दर्शाया जाता है। एम्पियर, या एम्प विद्युत धारा की आधार SI इकाई है। इकाई एम्पियर का नाम ग्रेट भौतिकीविद् एंड्रयू मारी एम्पियर के सम्मान में रखा गया है।

SI प्रणाली में, 1 एम्पियर दो बिंदुओं के बीच एक कूलॉम प्रति सेकंड की दर से विद्युत आवेश का प्रवाह होता है। इस प्रकार,

$\begin{align*} १ एम्पियर = \frac {१ कुलों} {१ सेकेन्ड} = \frac {C} {S} \end{align*}$

त्यसैले विद्युत धारा को मापन गुणक भनेको कुलों प्रति सेकेन्ड वा C/S हुन्छ।

विद्युत धारा सूत्र

धारा को आधारभूत सूत्रहरू:

धारा, वोल्टेज, र प्रतिरोध (ओमचा नियम)
धारा, शक्ति, र वोल्टेज को सम्बन्ध
धारा, शक्ति, र प्रतिरोध को सम्बन्ध

यी सम्बन्धहरू तलको चित्रमा सारांशित गरिएका छन्।

धारा सूत्र १ (ओमचा नियम)

ओमचा नियम अनुसार,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

त्यसैले,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

उदाहरण

निम्न चित्रमा देखाइएको विधुत परिपथमा $24\,\,V$ आवेश वोल्टेजले प्रतिरोध $12\,\,\Omega$ मा लगाइएको छ। प्रतिरोध दियर बहिर्गत हुने धारा निकाल्नुहोस्।

समाधान:

दिइएको डाटा: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

ओमच्या नियमानुसार,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

त्यसैले, समीकरण प्रयोग गर्दा, हामीले प्रतिरोधकद्वारा प्रवाहित भएको धारा $2\,\,A$ पाउँछौं।

धारा सूत्र २ (शक्ति र वोल्टेज)

स्थानान्तरित शक्ति आपूर्ति वोल्टेज र विद्युत धाराको गुणनफल हुन्छ।

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

त्यसैले, हामीले धारा बराबर शक्ति विभाजित वोल्टेज पाउँछौं। गणितीय रूपमा,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

जहाँ $A$ एम्पियर वा एम्प (विद्युत धाराको इकाई) भन्ने अर्थ छ।

उदाहरण

निम्न चित्रमा देखाइएको अनुसार, $24\,\,V$ वोल्ट आपूर्ति वोल्टेजले $48\,\,W$ बल्बमा लगाइएको छ। $48\,\,W$ बल्बले लिने धारा पत्ता लगाउनुहोस्।उत्तर:

दिइएको डाटा: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

सूत्र अनुसार,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

यसैले, उपरोक्त समीकरणको प्रयोग गरेर $48\,\,W$ बल्बले लिने धारा $2\,\,A$ भन्दा बराबर हुन्छ।

धारा सूत्र ३ (शक्ति र प्रतिरोध, ओहमिक नुकसान, प्रतिरोधी उष्मा)

हामी जान्छौं कि, $P = V * I$

अब ओमचा नियम $V = I * R$ लाई उपरोक्त समीकरणमा प्रतिस्थापन गर्दा हामीले पाउँछौं,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

यसैले, विद्युत धारा शक्ति र प्रतिरोधको अनुपातको वर्गमूल हुन्छ। गणितीय रूपमा, यसको सूत्र निम्न छ:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

उदाहरण

निम्न चित्रमा देखाइएको विद्युत परिपथमा, $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ लाम्प लिएको धारा निर्धारण गर्नुहोस्

हल:

दिए गए डाटा: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

ऊपर दिखाए गए विद्युत धारा, शक्ति और प्रतिरोध के बीच संबंध के अनुसार:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

इस प्रकार, समीकरण का उपयोग करके, हम प्राप्त करते हैं $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ लैंप द्वारा लिया गया विद्युत धारा $2.24\,\,A$ ।

विद्युत धारा की आयाम

मास (M), लंबाई (L), समय (T) और एम्पियर (A) के संदर्भ में विद्युत धारा की आयाम $M^0L^0T^-^1Q$ द्वारा दी जाती है।

विद्युत धारा (I) कोलंब प्रति सेकंड के रूप में निरूपित किया जाता है। इसलिए,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

परम्परागत धारा विरुद्ध इलेक्ट्रॉन फ्लो

परम्परागत धारा फ्लो र इलेक्ट्रॉन फ्लोको बारे थोडा भ्रम छ। आइयो दुवैको बीचको अंतर समझाउँला प्रयास गरौं।

संचालकहरू मार्फत विद्युत आवेश लेर जाने कणहरू चलनशील वा स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरू हुन्। सर्किटबाहिरको विद्युत क्षेत्रको दिशा, परिभाषा अनुसार, सकारात्मक परीक्षण आवेशहरूलाई धक्का दिने नियम हो। त्यसैले, यी नकारात्मक आवेश कणहरू, यानी इलेक्ट्रॉनहरू, विद्युत क्षेत्रको विपरीत दिशामा प्रवाह गर्छन्।

इलेक्ट्रॉन सिद्धान्तअनुसार, जब वोल्टेज वा सान्दर्भिक अन्तर संचालकमा लगाइन्छ, आवेशित कणहरू सर्किट मार्फत प्रवाह गर्छन्, जसले विद्युत धारा बनाउँछ।

यी आवेशित कणहरू उच्च विभव बाट निम्न विभवमा, यानी बैटरीको सकारात्मक टर्मिनल बाट बाहिरी सर्किट मार्फत नकारात्मक टर्मिनलमा प्रवाह गर्छन्।

तर, धातु संचालकमा, सकारात्मक आवेशित कणहरू निश्चित स्थितिमा रहन्छन् र नकारात्मक आवेशित कणहरू, यानी इलेक्ट्रॉनहरू, चलन गर्न स्वतंत्र छन्। अर्धचालकहरूमा, आवेशित कणहरूको प्रवाह सकारात्मक वा नकारात्मक हुन सक्छ।

सकारात्मक आवेश वाहकहरू र नकारात्मक आवेश वाहकहरूको विपरीत दिशामा प्रवाह एउटै प्रभाव विद्युत सर्किटमा गर्छ। चाहे धारा प्रवाह सकारात्मक वा नकारात्मक आवेशहरू, वा दुवै बाट हुन्छ, धारा दिशाको लागि एउटा सम्मिति आवश्यक छ जो आवेश वाहकहरूको प्रकारसँग संबद्ध छैन।

परम्परागत धारा दिशा सकारात्मक आवेश वाहकहरूको प्रवाह दिशालाई मानिन्छ, यानी उच्च विभव बाट निम्न विभवमा। त्यसैले, नकारात्मक आवेश वाहकहरू, यानी इलेक्ट्रॉनहरू, परम्परागत धारा प्रवाहको विपरीत दिशामा, यानी निम्न विभव बाट उच्च विभवमा प्रवाह गर्छन्। त्यसैले, परम्परागत धारा र इलेक्ट्रॉन प्रवाह विपरीत दिशामा जान्छन्, जसको छवि तल दिइएको छ।

direction of coventional current and electron flow — परम्परागत धारा र इलेक्ट्रॉन प्रवाहको दिशा

परम्परागत धारा: बैटरीको धनात्मक टर्मिनल बाट ऋणात्मक टर्मिनलमा धनात्मक आवेश वाहकहरूको प्रवाहलाई परम्परागत धारा भनिन्छ।
इलेक्ट्रन फ्लो: इलेक्ट्रनहरूको प्रवाहलाई इलेक्ट्रन धारा भनिन्छ। ऋणात्मक आवेश वाहकहरू - यानी, इलेक्ट्रनहरू - बैटरीको ऋणात्मक टर्मिनल बाट धनात्मक टर्मिनलमा प्रवाह इलेक्ट्रन फ्लो भनिन्छ। इलेक्ट्रन फ्लो परम्परागत धारा प्रवाहको विपरीत हुन्छ।

निम्न चित्रमा परम्परागत धारा र इलेक्ट्रन फ्लोको दिशा देखाइएको छ।

परम्परागत धारा र इलेक्ट्रन फ्लो

परिवहन धारा

परिवहन धारा जस्ता तरल, गैस वा रिक्त स्थान जस्ता अवरोधक माध्यममा धारा प्रवाह भनिन्छ।

परिवहन धाराले धारा प्रवाह गर्न अवश्य अवरोधक आवश्यक छैन; त्यसैले यो ओमची नियम संतुष्ट गर्दैन। एउटा परिवहन धाराको उदाहरण एक रिक्त स्थान जस्ता विद्युत ट्यूब हुन्छ जहाँ कैथोडबाट निकालिएका इलेक्ट्रनहरू रिक्त स्थानमा एनोडमा प्रवाह गर्छन्।

चालन धारा

कुनै चालक द्वारा प्रवाहित धारालाई चालन धारा भनिन्छ। चालन धाराले धारा प्रवाह गर्न अवश्य चालक आवश्यक छ; त्यसैले यो ओमची नियम संतुष्ट गर्दछ।

अवस्थान धारा

एउटा प्रतिरोधक र क्षमता को वोल्टेज स्रोत V सँग समान्तर जोडिएको छ जस्ता निम्न चित्रमा देखाइएको छ। क्षमतामा धारा प्रवाहको प्रकृति प्रतिरोधकमा धारा प्रवाहको प्रकृतिभन्दा फरक छ।

प्रतिरोधकमा वोल्टेज वा विभव अन्तर निरन्तर धारा प्रवाह उत्पन्न गर्छ जसको समीकरण यस्तो छ,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

यो विद्युत प्रवाहलाई “संचालन विद्युत प्रवाह” भनिन्छ।

अब केपेसिटरमा विद्युत प्रवाह तभै बहिर्गत हुन्छ जब केपेसिटरको विद्युत विभव बदल्दछ, जसको समीकरण यस्तो छ,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

यो विद्युत प्रवाहलाई “विस्थापन विद्युत प्रवाह” भनिन्छ।

विस्थापन विद्युत प्रवाह वास्तवमा विद्युत प्रवाह छैन, किनकि यसमा आवेशको फ्लो जस्तो कुनै भौतिक राशिको फ्लो छैन।

विद्युत प्रवाह मापने तरिका

विद्युत र इलेक्ट्रोनिक सर्किटमा, विद्युत प्रवाह मापन एक महत्त्वपूर्ण पैरामिटर हो जसको मापन गर्नुपर्छ।

एउटा यन्त्र जसले विद्युत प्रवाह माप्न सक्छ, त्यसलाई अमीटर भनिन्छ। विद्युत प्रवाह माप्न अमीटरलाई सर्किटको साथमा श्रेणीक्रममा जोड्नुपर्छ जसको विद्युत प्रवाह माप्न आवश्यक छ।

रेझिस्टर द्वारा विद्युत प्रवाह मापन अमीटरको प्रयोग गरी निम्न चित्रमा देखाइएको छ।

विद्युत प्रवाहलाई गल्वेनोमिट्र प्रयोग गरी पनि माप्न सकिन्छ। गल्वेनोमिट्रले विद्युत प्रवाहको दिशा र मात्रा दुवै दिन्छ।

विद्युत प्रवाहलाई सर्किट भङ्ग नगरी उसको साथित चुम्बकीय क्षेत्र लगाउँदै माप्न सकिन्छ। विद्युत प्रवाह माप्न भन्दा बिन सर्किट भङ्ग गर्दै विभिन्न यन्त्रहरू प्रयोग गरिन्छ।

विद्युत धारा के बारे में सामान्य प्रश्न

आइये विद्युत धारा से संबंधित कुछ सामान्य प्रश्नों का अध्ययन करें।

विद्युत धारा मापने के लिए किस उपकरण में इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग किया जाता है?

एक गल्वानोमीटर एक मापन यंत्र है जो विद्युत धारा मापने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग करता है।

गल्वानोमीटर एक निरपेक्ष उपकरण है; यह विद्युत धारा को टेन्जेंट ऑफ डिफ्लेक्शन एंगल के रूप में मापता है।

गल्वानोमीटर विद्युत धारा को सीधे माप सकता है, लेकिन इसमें सर्किट को टूटना शामिल होता है; इसलिए कभी-कभी यह असुविधाजनक हो सकता है।

विद्युत धारा किस प्रकार चुंबकीय बल उत्पन्न करती है?

चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया विद्युत धारा वाहक चालक एक बल का अनुभव करेगा क्योंकि धारा किसी भी चार्ज के प्रवाह के रूप में ही होती है।

चालक में विद्युत धारा प्रवाहित हो रही हो, जैसा कि नीचे दिए गए आकृति (a) में दिखाया गया है। फ्लेमिंग के दाहिने हाथ के नियम के अनुसार; यह धारा घड़ी की सुई की दिशा में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करेगी।

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विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न चुंबकीय बल

चालक के चुंबकीय क्षेत्र का परिणाम यह होगा कि यह चालक के ऊपर चुंबकीय क्षेत्र को मजबूत करेगा और नीचे कमजोर करेगा।

क्षेत्र रेखाएं जैसे कि फैली हुई रबर की बैंड; इसलिए वे चालक को नीचे की ओर धकेलेंगी, अर्थात् बल नीचे की ओर होगा, जैसा कि आकृति (b) में दिखाया गया है।

यह उदाहरण बताता है कि चुंबकीय क्षेत्र में धारा-वाही चालक पर एक बल का सामना करता है। निम्नलिखित समीकरण धारा-वाही चालक पर चुंबकीय बल के परिमाण को निर्धारित करता है।

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

धारा प्रवाहित होने के लिए यह आवश्यक है

धारा प्रवाहित होने के लिए निम्नलिखित आवश्यक है:

दो बिंदुओं के बीच एक विभवांतर जो मौजूद हो। यदि सर्किट के दो बिंदु समान विभव पर हैं, तो धारा प्रवाहित नहीं हो सकती।
एक वोल्टेज स्रोत या धारा स्रोत, जैसे एक बैटरी या सेल जो धारा का निर्माण करने वाले स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों को बल देता है।
एक चालक या तार जो विद्युत आवेशों को ले जाता है।
सर्किट बंद या पूर्ण होना चाहिए। यदि सर्किट खुला है, तो धारा प्रवाहित नहीं हो सकती।

ये धारा प्रवाहित होने के लिए आवश्यक शर्तें हैं। नीचे दिया गया चित्र एक बंद सर्किट में प्रवाहित होने वाली धारा को दर्शाता है।

विद्युत धारा और स्थिर विद्युत के बीच का अंतर क्या है

विद्युत धारा और स्थिर विद्युत के बीच प्रमुख अंतर यह है कि विद्युत धारा में इलेक्ट्रॉन या आवेश चालक में प्रवाहित होते हैं।

जबकि, स्थिर विद्युत में, आवेश आरामावस्था में रहते हैं और पदार्थ की सतह पर इकट्ठा होते हैं।

विद्युत धारा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह से होती है, जबकि स्थिर विद्युत एक वस्तु से दूसरी वस्तु में नकारात्मक आवेशों से होती है।

विद्युत धारा केवल चालक में उत्पन्न होती है, जबकि स्थिर विद्युत चालक या अचालक दोनों में उत्पन्न हो सकती है।

विद्युत धारा चुंबकीय ध्रुव को कैसे प्रभावित करती है?

हम जानते हैं कि जब विद्युत धारा प्रवाहित होती है, अर्थात् विद्युत आवेश गति में होता है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। यदि हम एक चुंबक को चुंबकीय क्षेत्र में रखते हैं, तो इस पर एक बल का सामना करना पड़ता है।

विद्युत आवेश, अर्थात् विद्युत प्रवाह, के लिए समान चुंबकीय ध्रुव आकर्षित होते हैं और विपरीत चुंबकीय ध्रुव विसर्जित होते हैं। इसलिए, हम कह सकते हैं कि विद्युत प्रवाह चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से चुंबकीय ध्रुव पर प्रभाव डालता है।