ओह्म का नियम: यह कैसे काम करता है (सूत्र और ओह्म का त्रिभुज)

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फील्ड: बुनियादी विद्युत

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ओम का नियम क्या है?

ओम का नियम बताता है कि किसी भी संचालक में प्रवाहित विद्युत धारा उसके सिरों के बीच के विभवांतर (वोल्टेज) के सीधे आनुपातिक होती है, यदि संचालक की भौतिक स्थितियाँ नहीं बदलती हैं।

दूसरे शब्दों में, यदि संचालक की भौतिक स्थितियाँ (जैसे, तापमान आदि) नहीं बदलती हैं, तो संचालक के किन्हीं दो बिंदुओं के बीच के विभवांतर और उनके बीच प्रवाहित धारा का अनुपात स्थिर रहता है।

गणितीय रूप से, ओम का नियम इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है,

$\begin{align*} I \propto V \end{align*}$

उपरोक्त समीकरण में आनुपातिकता की स्थिरांक, प्रतिरोध R, को शामिल करने पर, हम पाते हैं,

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

जहाँ,

R संचालक का प्रतिरोध ओम ( $\Omega$ ) में है,

I संवाहक के माध्यम से गुजरने वाली धारा (A) है,

V संवाहक पर मापी गई वोल्टेज या विभवांतर (V) है।

ओह्म का नियम DC और AC दोनों पर लागू होता है।

विभवांतर या वोल्टेज (V), धारा (I) और प्रतिरोध (R) के बीच का संबंध पहली बार जर्मन भौतिकशास्त्री जॉर्ज साइमन ओह्म द्वारा खोजा गया था।

प्रतिरोध की इकाई ओह्म ( $\Omega$ ) जॉर्ज साइमन ओह्म के सम्मान में नामित की गई थी।

ओह्म का नियम कैसे काम करता है?

ओह्म के नियम के अनुसार, दो बिंदुओं के बीच संवाहक या प्रतिरोधक के माध्यम से गुजरने वाली धारा विभवांतर (या वोल्टेज) के अंतर के सीधे आनुपातिक होती है।

लेकिन... यह समझना थोड़ा कठिन हो सकता है।

इसलिए, चलिए कुछ तुलनाओं का उपयोग करके ओह्म के नियम को बेहतर ढंग से समझते हैं।

तुलना 1

जमीन से एक निश्चित ऊंचाई पर रखे गए एक पानी के टैंक को देखें। पानी के टैंक के नीचे एक होज है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

Analogy 1.png

होज के अंत में पास्कल में पानी का दबाव एक विद्युत परिपथ में वोल्टेज या संभावित अंतर के समान होता है।
प्रति सेकंड लीटर में पानी का प्रवाह दर एक विद्युत परिपथ में प्रति सेकंड कुलंब में विद्युत धारा के समान होता है।
दो बिंदुओं के बीच पाइपों में रखे गए छिद्र जैसे पानी के प्रवाह के बाधक विद्युत परिपथ में प्रतिरोधकों के समान होते हैं।

इस प्रकार, एक छिद्र बाधक के माध्यम से पानी का प्रवाह दर बाधक के पार पानी के दबाव के अंतर के समानुपाती होता है।

इसी तरह, एक विद्युत परिपथ में, दो बिंदुओं के बीच एक चालक या प्रतिरोधक के माध्यम से बहने वाली धारा चालक या प्रतिरोधक के पार वोल्टेज या संभावित अंतर के अंतर के समानुपाती होती है।

हम यह भी कह सकते हैं कि पानी के प्रवाह के लिए प्रतिरोध पाइप की लंबाई, पाइप का सामग्री, और जमीन से ऊपर रखे गए टैंक की ऊंचाई पर निर्भर करता है।

ओम का काम एक विद्युत परिपथ में इसी तरह होता है कि धारा प्रवाह के लिए विद्युत प्रतिरोध चालक की लंबाई और उपयोग की गई चालक की सामग्री पर निर्भर करता है।

तुलना 2

नीचे दिए गए चित्र में जलीय पाइपलाइन और विद्युत परिपथ के बीच एक सरल तुलना दिखाई गई है जो ओम के नियम के काम को वर्णित करती है।

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

जैसा दिखाया गया है, यदि पानी का दबाव स्थिर है और बाधा बढ़ती है (पानी को बहने में अधिक कठिनता पैदा करती है), तो पानी का प्रवाह दर घटता है।

इसी तरह, एक विद्युत परिपथ में, यदि वोल्टेज या संभावित अंतर स्थिर है और प्रतिरोध बढ़ता है (धारा को बहने में अधिक कठिनता पैदा करता है), तो प्रवाह विद्युत आवेश अर्थात् धारा घटती है।

अब, यदि पानी के प्रवाह का रोकथाम स्थिर हो और पंप का दबाव बढ़े, तो पानी के प्रवाह की दर बढ़ जाती है।

इसी तरह, एक विद्युत परिपथ में, यदि प्रतिरोध स्थिर हो और संभावित अंतर या वोल्टेज बढ़े, तो विद्युत आवेश के प्रवाह की दर, अर्थात धारा, बढ़ जाती है।

ओम का नियम सूत्र

वोल्टेज या संभावित अंतर, धारा और प्रतिरोध के बीच का संबंध तीन अलग-अलग तरीकों से लिखा जा सकता है।

यदि हम किसी दो मानों को जानते हैं, तो हम ओम के नियम के संबंध का उपयोग करके तीसरा अज्ञात मान की गणना कर सकते हैं। इस प्रकार, ओम का नियम इलेक्ट्रॉनिक्स और विद्युत सूत्रों और गणनाओं में बहुत उपयोगी है।

जब ज्ञात विद्युत धारा ज्ञात प्रतिरोध के माध्यम से प्रवाहित होती है, तो प्रतिरोध पर वोल्टेज ड्रॉप निम्न संबंध द्वारा गणना की जा सकती है

$\begin{align*} V = IR \,\, i.e., \,\, Potential \,\, Difference = Current * Resistance \end{align*}$

जब ज्ञात वोल्टेज ज्ञात प्रतिरोध पर लगाया जाता है, तो प्रतिरोध के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा निम्न संबंध द्वारा गणना की जा सकती है

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, i.e., \,\, Current = \frac{Potential \,\, Diffrence}{Resistance} \end{align*}$

जब एक ज्ञात वोल्टेज को एक अज्ञात प्रतिरोध पर लगाया जाता है और प्रतिरोध से गुजरने वाली धारा भी ज्ञात होती है, तो अज्ञात प्रतिरोध का मान निम्न संबंध द्वारा गणना किया जा सकता है

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\, i.e., \,\, Resistance = \frac{Potential \,\, Diffrence}{Current} \end{align*}$

शक्ति के लिए ओहम का नियम सूत्र

स्थानांतरित शक्ति आपूर्ति वोल्टेज और विद्युत धारा का उत्पाद है।

अब, $V = I * R$ समीकरण (1) में रखने पर हम प्राप्त करते हैं,

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

यह सूत्र ओह्मिक नुकसान सूत्र या प्रतिरोधी गर्मी सूत्र के रूप में जाना जाता है।

अब, $I = \frac{V}{R}$ समीकरण (1) में रखने पर हम प्राप्त करते हैं,

(3) $\begin{equation*} P = V * \frac{V}{R}= \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

उपरोक्त संबंध से, हम प्रतिरोध में शक्ति के विसर्जन का निर्धारण कर सकते हैं यदि या तो वोल्टेज और प्रतिरोध या धारा और प्रतिरोध ज्ञात हो।

हम उपरोक्त संबंध का उपयोग करके अज्ञात प्रतिरोध मान भी निर्धारित कर सकते हैं यदि या तो वोल्टेज या धारा ज्ञात हो।

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\, \& \,\, R = \frac{P}{I^2} \end{align*}$

यदि शक्ति, वोल्टेज, धारा और प्रतिरोध के कोई दो चर ज्ञात हों तो ओह्म के नियम का उपयोग करके हम अन्य दो चरों का निर्धारण कर सकते हैं।

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \,\,or\,\,R = \frac{V^2}{P} \,\,or\,\, V = \sqrt{PR} \end{align*}$

$\begin{align*} P = {I^2}{R} \,\,or\,\, R = \frac{P}{I^2} \,\,or\,\, I = \sqrt{\frac{P}{R}} \end{align*}$

ओम के नियम की सीमाएँ

नीचे ओम के नियम की कुछ सीमाएँ चर्चा की गई हैं।

ओम का नियम सभी गैर-धातु प्रवाहकों पर लागू नहीं होता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड के लिए, संबंध दिया जाता है $V = KI^m$ जहाँ K और m नियतांक हैं और m<1।
ओम का नियम निम्नलिखित गैर-रेखीय तत्वों पर लागू नहीं होता है।

प्रतिरोध
संधारित्र
अर्धचालक
वायुमंडलीय ट्यूब
इलेक्ट्रोलाइट
कार्बन प्रतिरोधक
आर्क लैंप
जेनर डायोड

(यह ध्यान दें कि गैर-रैखिक तत्व वे होते हैं जिनमें धारा और वोल्टेज के बीच संबंध गैर-रैखिक होता है, अर्थात् धारा लगाए गए वोल्टेज के ठीक आनुपातिक नहीं होती।)

ओम का नियम केवल नियत तापमान पर धातु प्रवाहकों पर लागू होता है। यदि तापमान बदलता है, तो नियम लागू नहीं होता।
ओम का नियम एकांगी नेटवर्कों पर भी लागू नहीं होता। ध्यान दें कि एकांगी नेटवर्क में ट्रांजिस्टर, डायोड आदि जैसे एकांगी तत्व शामिल होते हैं। एकांगी तत्व वे तत्व होते हैं जो केवल एक दिशा में धारा का प्रवाह अनुमत करते हैं।

ओम का नियम त्रिकोण

ओम के नियम के मूल सूत्र निम्नलिखित ओम के नियम त्रिकोण में सारांशित हैं।

Ohm’s Law Triangle.png

ओम के नियम की अभ्यास समस्याएँ

उदाहरण 1

नीचे दिखाए गए सर्किट में, 4 A की धारा 15 Ω के प्रतिरोध के माध्यम से प्रवाहित हो रही है। ओम के नियम का उपयोग करके सर्किट में वोल्टेज गिरावट निर्धारित करें।

हल:

दिया गया डेटा: $I = 4\,\,A$ और $R = 15\,\,\Omega$

ओहम के नियम के अनुसार,

$\begin{align*} \begin{split} V = I * R \\ = 4*15 \\ V = 60 \,\, Volts \end{split} \end{align*}$

इस प्रकार, ओहम के नियम के समीकरण का उपयोग करके, हम परिपथ में 60 वोल्ट का वोल्टेज ड्रॉप प्राप्त करते हैं।

उदाहरण 2

नीचे दिखाए गए परिपथ में, 24 वोल्ट का आपूर्ति वोल्टेज 12 Ω के प्रतिरोध पर लगाया गया है। ओहम के नियम का उपयोग करके प्रतिरोधक में प्रवाहित होने वाली धारा का निर्धारण करें।

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

समाधान:

दिया गया डेटा: $V = 24\,\,V$ और $R = 12\,\,\Omega$

ओम के नियम के अनुसार,

$\begin{align*} \begin{split} I = \frac{V}{R} \\ = \frac{24}{12} \\ I = 2 \,\, A (Ampere) \end{split} \end{align*}$

इस प्रकार, ओम के नियम के समीकरण का उपयोग करके, हम प्रतिरोध में बहने वाली धारा 2 एम्पियर प्राप्त करते हैं।

उदाहरण 3

नीचे दिखाए गए सर्किट में, आपूर्ति वोल्टेज 24 V है और अज्ञात प्रतिरोध में बहने वाली धारा 2 A है। ओम के नियम का उपयोग करके अज्ञात प्रतिरोध का मान निर्धारित करें।

समाधान:

दिया गया डेटा: $V = 24\,\,V$ और $I = 2\,\,A$

ओम के नियम के अनुसार,

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

इस प्रकार, ओम के नियम के समीकरण का उपयोग करके, हम अज्ञात प्रतिरोध का मान प्राप्त करते हैं $12\,\,\Omega$ ।

ओम के नियम के अनुप्रयोग

ओम के नियम के कुछ अनुप्रयोग निम्नलिखित हैं:

विद्युत परिपथ के अज्ञात विभवांतर या वोल्टेज, प्रतिरोध और धारा की गति की गणना करने के लिए।
ओम का नियम इलेक्ट्रॉनिक परिपथ में इलेक्ट्रॉनिक घटकों पर आंतरिक वोल्टेज ड्रॉप का निर्धारण करने के लिए उपयोग किया जाता है।
ओम का नियम विशेष रूप से DC अमीटर में, जहाँ एक कम प्रतिरोध शंट का उपयोग धारा को विचलित करने के लिए किया जाता है, DC मापन परिपथों में उपयोग किया जाता है।

स्रोत: Electrical4u

कथन: मूल का सम्मान करें, अच्छे लेख साझा करने योग्य हैं, यदि उल्लंघन हो तो डिलीट करने के लिए संपर्क करें।