विद्युत भौतिकी: परिभाषा, प्रयोग, मापनाचे एकक

विजेच्या भौतिकशास्त्राने आम्हाला प्रत्येकास तोंड द्यावे लागते. लेखामध्ये आपण त्याच्याशी निगडित मूलभूत संकल्पनांवर विचार करू.

वीज काय आहे? एक अनियंत्रित व्यक्तीसाठी, हे विजेचे फ्लॅश किंवा टीव्ही आणि वॉशिंग मशिनसारख्या ऊर्जासह संबंधित आहे. त्याला माहित आहे की विद्युत रेल्वे वीज वापरतात तो आणखी काय सांगू शकतो? वीज वर आमच्या अवलंबित्व बद्दल, तो वीज ओळींच्या ची आठवण करून देणारा आहे कोणीतरी इतर अनेक उदाहरणे देऊ शकतील.

तथापि, इतर अनेक, हे इतके स्पष्ट नाही, परंतु दररोजच्या समस्ये विद्युतशी जोडलेली असतात. या सर्वांसह आम्ही भौतिकशास्त्राद्वारे ओळख करून घेतले आहे. वीज (कार्ये, परिभाषा आणि सूत्र) आम्ही शाळेत अभ्यास करणे सुरू करतो. आणि आम्ही बर्याच मनोरंजक गोष्टी शिकतो. हे लक्षात येते की धडधडीत हृदय, धावणारी धावपटू, झोपलेली मुल आणि फ्लोटिंग फिश - सर्व विद्युत उर्जेची निर्मिती करतात.

इलेक्ट्रॉन्स आणि प्रोटॉन

चला प्राथमिक संकल्पना परिभाषित करूया. शास्त्रज्ञांच्या दृष्टिकोनातून, विजेचे भौतिकी इलेक्ट्रॉन्सच्या मोबदल्याशी निगडीत असते आणि विविध पदार्थांमधील इतर चार्ज कणांशी संबंधित असते. म्हणून, आम्हाला व्याजाच्या प्रसंगाच्या स्वरूपाचे वैज्ञानिक समजणे अणू आणि घटक सबटामिक कणांबद्दलच्या ज्ञानाच्या पातळीवर अवलंबून असते. या बुद्धीची किल्ली एक लहान इलेक्ट्रॉन आहे. कोणत्याही पदार्थाच्या अणूमध्ये एक किंवा एकापेक्षा अधिक इलेक्ट्रॉन असतात ज्यात सूर्यमालेतील ग्रहांप्रमाणे घनतेप्रमाणे वेगवेगळ्या सभोवती फिरत असतात. सामान्यतः अणूतील इलेक्ट्रॉनमधील प्रोटॉन संख्या किती आहे हे एक अणूमध्ये आहे. तथापि, इलेक्ट्रॉनांपेक्षा जास्त जड रूप असणारे प्रोटॉन, अणूच्या मध्यभागी निश्चित केल्या जाऊ शकतात. वीजच्या भौतिकशास्त्राप्रमाणे अशा एका अभूतपूर्व गोष्टीची मूलतत्त्वे समजून घेण्यासाठी अणूचा हा अत्यंत सोपा मॉडेल पुरेसा आहे.

मला आणखी काय माहित असणे आवश्यक आहे? इलेक्ट्रॉन्स आणि प्रोटॉन एकाच इलेक्ट्रिकल चार्ज आहेत (परंतु विविध चिन्हापैकी), म्हणून ते एकमेकांना आकर्षित होतात. प्रोटॉन प्रभार सकारात्मक आहे, आणि इलेक्ट्रॉन शुल्क नकारात्मक आहे. नेहमीपेक्षा अधिक किंवा कमी इलेक्ट्रॉन्स असलेल्या अणूला आयन म्हणतात. अणूमध्ये त्यामध्ये पुरेसे नसल्यास त्याला सकारात्मक आयन म्हणतात. त्यामध्ये त्यांचे जास्तीत जास्त प्रमाण असल्यास त्याला नकारात्मक आयन म्हणतात.

जेव्हा एखादा इलेक्ट्रॉन एक अणू सोडतो तेव्हा त्याला काही सकारात्मक चार्ज मिळते. एक इलेक्ट्रॉन, त्याच्या विरूद्ध नसलेला - एक प्रोटॉन, एकतर दुस-या दुसर्या अणूवर आणले जाते किंवा पूर्वीचे परतावे.

इलेक्ट्रॉन्स अणू का सोडतात?

त्यासाठी अनेक कारणे आहेत. सर्वात सामान्य म्हणजे प्रकाश पल्स किंवा काही बाह्य इलेक्ट्रॉनच्या कार्यरततेनुसार, अणूभोवती फिरत असलेला इलेक्ट्रॉन त्याच्या कक्षेत बाहेर ढकलला जाऊ शकतो. उष्णतामुळे अणूंचे वेगमान ओझर होतात याचा अर्थ असा की इलेक्ट्रॉन आपल्या अणू बाहेर काढू शकतात. रासायनिक अभिक्रियामध्ये ते अणूवरुन अणूपर्यंत जातात.

रासायनिक आणि विद्युतीय क्रियाकलाप यांच्यातील नातेसंबंधाचा एक चांगला नमुना आम्हाला स्नायू देतो मज्जासंसमातून येणारा विद्युत सिग्नल येवून त्यांचे फायबर कमी केले जातात. विद्युत चालू रासायनिक प्रतिक्रिया उत्तेजित करते ते काय मांसपेशी आकुंचन होऊ आहेत. बाह्य विद्युत सिग्नल बहुतेक वेळा स्नायूंचा क्रियाकलाप कृत्रिमरित्या उत्तेजित करण्यासाठी वापरले जातात.

पारदर्शकता

काही पदार्थांमध्ये, बाहेरील विद्युत्कण क्षेत्रात कार्यरत असलेले इलेक्ट्रॉन इतरांपेक्षा अधिक सहजपणे हलतात. असे सांगितले जाते की अशा पदार्थांमध्ये चांगली वर्तणूक आहे. त्यांना कंडक्टर असे म्हणतात. यामध्ये बहुतेक धातू, गरम वायू आणि काही द्रव वायू, रबरा, तेल, पॉलीथीन आणि काच वीजदेखील चालवत नाही त्यांना dielectrics म्हटले जाते आणि ते चांगल्या वाहकांचे संरक्षण करण्यासाठी वापरले जातात. आदर्श insulators (पूर्णपणे गैर-आयोजित चालू) अस्तित्वात नाही विशिष्ट परिस्थितीनुसार, इलेक्ट्रॉन्स कोणत्याही परमाणुतून काढता येतात. तथापि, सामान्यतः या अटी व्यावहारिक दृष्टिकोनातून ती पूर्ण करणे इतके कठीण आहेत, अशा पदार्थांना अ-प्रवाहकीय म्हणून ओळखले जाऊ शकते.

भौतिकशास्त्र (विभाग "विद्युत") यासारख्या विज्ञानाने परिचित होणे, आपण शिकतो की पदार्थांचे एक विशेष समूह आहे. हे अर्धवाहक आहेत. ते dielectrics म्हणून अंशतः, आणि अंशतः conductors म्हणून भाग म्हणून वागणे. यात विशेषतः जर्मेनियम, सिलिकॉन, तांबे ऑक्साईडचा समावेश आहे. त्याच्या गुणधर्म संपुष्टात, अर्धसंचार अनेक अनुप्रयोग पोहोचला. उदाहरणार्थ, ते विद्युत झडपाच्या रूपात काम करू शकते: जसे की सायकल टायरचे वाल्व, यामुळे शुल्क एकाच दिशेने हलवण्यास परवानगी देते. अशा डिव्हाइसेसला रिक्टीफायर म्हणतात ते लघु रेडिओ रिसीव्हर मध्ये वापरले जातात, आणि एसी ते डीसी रूपांतरित करण्यासाठी मोठ्या वीज प्रकल्पांवर.

उष्णता अणू किंवा अणूंच्या हालचालींचे गोंधळ आहे आणि तापमान या हालचालीची तीव्रता आहे (बहुतेक धातूंच्या तपमानात घट, इलेक्ट्रॉन्सची हालचाल अधिक मुक्त होते). याचा अर्थ असा की कमी होत चाललेल्या तपमानांसह इलेक्ट्रॉनांच्या मुक्त हालचालीचा प्रतिकार कमी होतो. दुसऱ्या शब्दांत, धातूचा प्रवाह वाढते.

अतिसंवेदनशीलता

काही पदार्थांमध्ये, फार कमी तापमानात, इलेक्ट्रॉन्सच्या प्रवाहाची प्रतिकार पूर्णपणे अदृश्य होते आणि इलेक्ट्रॉन्सने गती सुरू केली, ती अमर्यादितपणे चालू ठेवते. या इंद्रियगोचरला superconductivity म्हणतात. निरपेक्ष शून्यापेक्षा (-273 डिग्री सेल्सियस) अनेक अंशांच्या तापमानात टिन, सीसा, एल्युमिनियम, आणि नायोबियमसारख्या धातूमध्ये हे आढळते.

जनरेटर व्हॅन डे ग्रॅफ

शालेय अभ्यासक्रमात वीज सह विविध प्रयोगांचा समावेश आहे. अनेक प्रकारची जनरेटर आहेत, त्यापैकी एक आम्ही अधिक तपशीलाने सांगू इच्छितो. व्हॅन डे ग्रॅफ जनरेटर अल्ट्राहली व्हॉल्टेज बनविण्यासाठी वापरला जातो. जर एखाद्या वस्तूस जास्त प्रमाणात आयनसॅल कंटेनरमध्ये ठेवले असेल तर नंतरच्या आतील पृष्ठभागावर इलेक्ट्रॉन्स दिसतील आणि बाहेरील बाजू - सकारात्मक आयनांची समान संख्या. जर आता आपण एखाद्या आवाजाच्या आतील पृष्ठभागास स्पर्श केला तर सर्व मुक्त इलेक्ट्रॉन त्यास पास करतील. बाहेर, तथापि, सकारात्मक शुल्क राहतील.

व्हॅन डे ग्रॅफ जनरेटरमध्ये, धातू क्षेत्रातील आतल्या कन्व्हेयर बेल्टवर स्त्रोत आढळतात. टेप आंतराच्या आतील पृष्ठभागाच्या कंबीच्या रूपात कंबरेच्या स्वरूपात जोडलेले असते. इलेक्ट्रॉनचा गोलच्या आतील पृष्ठभागावरुन काढून टाका. बाहेर, सकारात्मक आयन दिसतात. दोन जनरेटर वापरून प्रभाव वाढविला जाऊ शकतो.

विद्युतीय प्रवाह

शाळेच्या भौतिकीच्या अभ्यासक्रमात विद्युत प्रवाह म्हणूनही असे काही आहे. हे काय आहे? इलेक्ट्रिक चार्ज यांच्या हालचालीमुळे विद्युत् प्रवाह चालू आहे. बॅटरीशी जोडलेले विजेचे दीप चालू असते तेव्हा, वायरच्या एका खांब पासून दिवापर्यंतचा प्रवाह वाहते, मग त्याच्या केसांमधून, ते ग्लो बनते आणि दुसर्या वायरपासून बॅटरीच्या दुसऱ्या खांबापर्यंत परत येतो. स्विच चालू केला असेल, तर सर्किट उघडेल - वर्तमान थांबेल आणि दिवा बाहेर जाईल

इलेक्ट्रॉनचा मोशन

बहुतांश घटनांमध्ये विद्यमान विद्युत संचालकांमधे एक कंडक्टर म्हणून काम करणारी मोबदला असते. सर्व वाहक आणि इतर काही पदार्थांमध्ये, काही यादृच्छिक हालचाली नेहमीच उद्भवतात, जरी वर्तमान प्रवाह नसले तरीही प्रकरणातील इलेक्ट्रॉनांचे तुलनेने विनामूल्य किंवा जोरदार बंधनकारक असू शकते. चांगले कंडक्टरकडे मुक्त इलेक्ट्रॉन असतात जे हलवता येतात. परंतु खराब वाहक किंवा insulators मध्ये, या कणपैकी बहुतेक कण फारच अणूंनी जोडलेले असतात, जे त्यांच्या हालचालीत अडथळा आणतात.

कधीकधी कंडक्टरमध्ये एक नैसर्गिक किंवा कृत्रिम मार्ग एका विशिष्ट दिशेने इलेक्ट्रॉन्सच्या हालचाली तयार करतो. या प्रवाहला विद्युत् प्रवाह म्हणतात. हे अँपिअर (ए) मध्ये मोजले जाते. विद्यमान वाहक आयन (वायू किंवा उपाय) आणि "छिद्र" (विशिष्ट प्रकारचे अर्धवाहक, जे विद्युत् चालू होणाऱ्या सकारात्मक चार्ज केलेल्या वाहकांसारखे वागतात) मध्ये इलेक्ट्रॉनचा अभाव असू शकतात. इलेक्ट्रॉन एका दिशेत किंवा दुसर्यामध्ये हलविण्यासाठी शक्ती देण्याची आवश्यकता आहे, काही शक्ती आवश्यक आहे त्याचे स्रोत होऊ शकतात: सूर्यप्रकाश, चुंबकीय प्रभाव आणि रासायनिक प्रतिक्रियांचा संपर्क, ज्यापैकी काही चा वापर विद्युतनिर्मितीसाठी केला जातो, सामान्यतः या हेतूसाठी: चुंबकीय प्रभावांचा वापर करणारे जनरेटर, आणि एलिमेंट (बॅटरी), ज्याच्या कारणामुळे रासायनिक प्रक्रियेमुळे होतो. या दोन उपकरणांद्वारे इलेक्ट्रोमोटिव्ह बल (ईएमएफ) तयार करणे , इलेक्ट्रॉनांना सर्किटच्या एका दिशेने पुढे सरकते. ईएमएफची तीव्रता व्हॉल्स् मध्ये मोजली जाते (वी). हे वीज मोजण्याचे मूल एकके आहे.

इएमएफची विशालता आणि सध्याची ताकद एका इतर द्रव्यासह दबाव आणि प्रवाह सारख्या एकमेकांशी संबंधित आहेत. विशिष्ट पाण्याच्या खाली पाण्याचे पाईप्स नेहमीच पाण्याने भरले जातात, परंतु जेव्हा टॅप उघडले जाते तेव्हाच पाणी वाहते.

त्याचप्रमाणे इलेक्ट्रिक सर्किट ईएमएफच्या स्त्रोताशी जोडली जाऊ शकते परंतु जोपर्यंत इलेक्ट्रॉन्स हलू शकत नाहीत तोपर्यंत विद्युत् प्रवाह येणार नाही. ते असे म्हणू शकतात, विजेचा दिवा किंवा व्हॅक्यूम क्लिनर, येथे स्विच येथे टॅपची भूमिका बजावते जे सध्याचे "बाहेर ठेवते".

वर्तमान आणि व्होल्टेज दरम्यान संबंध

सर्किटच्या व्होल्टेजमध्ये वाढ होत असल्याने, वर्तमान वाढते. भौतिकशास्त्राचा अभ्यास केल्याने, आपण शिकतो की विद्युत मंडलमध्ये अनेक भिन्न विभाग असतात: सामान्यत: ते एक स्विच, वाहक असते आणि यंत्र विद्युत उत्पादक असतो. हे सर्व एकत्र जोडलेले आहेत, विद्युत् प्रवाह चालू ठेवण्यासाठी प्रतिरोध करतात, ज्या घटकांकरिता (सतत तापमानाच्या स्थितीनुसार) वेळ बदलत नाही, परंतु त्या प्रत्येकासाठी वेगळा आहे. म्हणूनच जर प्रकाशाच्या बल्ब आणि लोखंडाला त्याच व्होल्टेज लागू केले तर प्रत्येक इन्स्ट्रॉन्सचा प्रवाह वेगळा असेल, कारण त्यांच्या रेजिस्टन्स वेगळे आहेत. परिणामी, सर्किटच्या एका विशिष्ट विभागात वाहणार्या विद्युत् विल्टेजद्वारेच नव्हे तर कंडक्टर आणि डिव्हाइसेसच्या प्रतिकारशक्तीनेही हे निर्धारण केले जाते.

ओमचा कायदा

इलेक्ट्रिकल प्रतिकारशक्तीची विशालता भौतिकीसारख्या विज्ञानशास्त्रात ओहम (ओहम) मध्ये मोजली जाते. वीज (सूत्र, परिभाषा, प्रयोग) एक व्यापक विषय आहे. आम्ही जटिल सूत्रे काढू शकणार नाही. विषयाशी प्रथम परिचितासाठी, तो वर सांगितले होते की पुरेशी आहे तथापि, एक सूत्र अद्याप काढण्याचे आहे हे अगदी सोपे आहे कोणत्याही वाहक किंवा वाहक आणि उपकरणाच्या प्रणालीसाठी, व्होल्टेज, वर्तमान आणि प्रतिकार यांच्यातील संबंध सूत्रानुसार दिले जाते: वोल्टेज = चालू X चे प्रतिकार हे ओहमचे नियम आहे, जॉर्ज ओहम (1787-1854) च्या नावावरून हे गणितात्मक अभिव्यक्ती आहे ज्याने या तीन घटकांच्या संबंधांची स्थापना केली.

वीज भौतिकशास्त्र विज्ञान एक अतिशय मनोरंजक विभाग आहे आम्ही त्याच्याशी संबंधित केवळ मूलभूत संकल्पना विचारात घेतली आहेत. आपण विजेचे काय आहे, ते कसे तयार केले आहे हे जाणून घेतले आहे. आम्ही आशा करतो की ही माहिती आपल्यासाठी उपयुक्त ठरेल.