વીજળીની મૂળભૂત બાબતો

પ્રાચીન ગ્રીકોએ વીજળીનો અભ્યાસ શરૂ થયો તેના ઘણા સમય પહેલા વિદ્યુત ઘટનાઓનું અવલોકન કર્યું હતું. તે અર્ધ-કિંમતી એમ્બર પથ્થરને ઊન અથવા ફર સાથે ઘસવા માટે પૂરતું છે, કારણ કે તે સૂકા સ્ટ્રો, કાગળ અથવા ફ્લુફ અને પીછાઓના ટુકડાને આકર્ષવાનું શરૂ કરે છે.

આધુનિક શાળાના પ્રયોગોમાં રેશમ અથવા ઊનથી ઘસવામાં આવેલા કાચ અને ઇબોનાઇટ સળિયાનો ઉપયોગ થાય છે. આ કિસ્સામાં, એવું માનવામાં આવે છે કે કાચની સળિયા પર હકારાત્મક ચાર્જ રહે છે, અને ઇબોનાઇટ સળિયા પર નકારાત્મક ચાર્જ રહે છે. આ સળિયા કાગળના નાના ટુકડા અથવા તેના જેવા પણ આકર્ષિત કરી શકે છે. નાની વસ્તુઓ. તે આ આકર્ષણ છે જે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની અસર છે જેનો અભ્યાસ ચાર્લ્સ કુલોમ્બ દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો.

ગ્રીકમાં, એમ્બરને ઇલેક્ટ્રોન કહેવામાં આવે છે, તેથી આવા આકર્ષક બળનું વર્ણન કરવા માટે, વિલિયમ હિલ્બર્ટ (1540 - 1603) એ "ઇલેક્ટ્રિક" શબ્દનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો.

1891 માં, અંગ્રેજી વૈજ્ઞાનિક સ્ટોની જ્યોર્જ જોહ્નસ્ટને પદાર્થોમાં વિદ્યુત કણોના અસ્તિત્વની કલ્પના કરી હતી, જેને તેમણે ઇલેક્ટ્રોન કહે છે. આ વિધાનથી વાયરમાં થતી વિદ્યુત પ્રક્રિયાઓને સમજવાનું ઘણું સરળ બન્યું છે.

ધાતુઓમાં ઇલેક્ટ્રોન તદ્દન મુક્ત અને સરળતાથી તેમના અણુઓથી અલગ પડે છે, અને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ, વધુ સ્પષ્ટ રીતે, સંભવિત તફાવતો ધાતુના અણુઓ વચ્ચે ફરે છે, જે બનાવે છે. વીજળી… આમ, તાંબાના તારમાં વિદ્યુત પ્રવાહ એ વાયરની સાથે એક છેડેથી બીજા છેડે વહેતા ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ છે.

માત્ર ધાતુઓ જ વીજળીનું સંચાલન કરવામાં સક્ષમ નથી. અમુક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, પ્રવાહી, વાયુઓ અને સેમિકન્ડક્ટર ઇલેક્ટ્રિકલી વાહક હોય છે. આ વાતાવરણમાં, ચાર્જ કેરિયર્સ આયનો, ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો છે. પરંતુ હમણાં માટે આપણે ફક્ત ધાતુઓ વિશે જ વાત કરી રહ્યા છીએ, કારણ કે તેમાં પણ બધું એટલું સરળ નથી.

હમણાં માટે, અમે સીધા પ્રવાહ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, જેની દિશા અને તીવ્રતા બદલાતી નથી. તેથી, વિદ્યુત આકૃતિઓ પર તે તીર સાથે સૂચવવાનું શક્ય છે જ્યાં વર્તમાન વહે છે. વિદ્યુતપ્રવાહ સકારાત્મક ધ્રુવથી નકારાત્મક ધ્રુવ તરફ વહેતો હોવાનું માનવામાં આવે છે, એક તારણ વીજળીના અભ્યાસમાં વહેલા પહોંચ્યું હતું.

પાછળથી તે બહાર આવ્યું કે ઇલેક્ટ્રોન વાસ્તવમાં ચોક્કસ વિરુદ્ધ દિશામાં - માઈનસથી વત્તા તરફ જાય છે. પરંતુ આ હોવા છતાં, તેઓએ "ખોટી" દિશા છોડી ન હતી, વધુમાં, આ દિશાને વર્તમાનની તકનીકી દિશા કહેવામાં આવે છે. જો દીવો હજુ પણ ઝળહળતો હોય તો શું ફરક પડે છે. ઇલેક્ટ્રોનની ગતિની દિશાને સાચી કહેવામાં આવે છે અને મોટાભાગે તેનો ઉપયોગ વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં થાય છે.

આ આકૃતિ 1 માં સચિત્ર છે.

ચિત્ર 1.

જો સ્વીચ અમુક સમય માટે બેટરી પર "ફેંકવામાં" આવે છે, તો ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર C ચાર્જ થશે અને તેના પર થોડો ચાર્જ એકઠા થશે. કેપેસિટર ચાર્જ કર્યા પછી, સ્વીચ બલ્બ તરફ વળ્યો. દીવો ઝબકે છે અને બહાર જાય છે - કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થાય છે. તે એકદમ સ્પષ્ટ છે કે ફ્લેશની અવધિ કેપેસિટરમાં સંગ્રહિત ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની માત્રા પર આધારિત છે.

ગેલ્વેનિક બેટરી ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પણ સંગ્રહિત કરે છે, પરંતુ કેપેસિટર કરતાં ઘણું વધારે. તેથી, ફ્લેશ સમય પૂરતો લાંબો છે - દીવો ઘણા કલાકો સુધી બળી શકે છે.

ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, વર્તમાન, પ્રતિકાર અને વોલ્ટેજ

ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો અભ્યાસ ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક સી. કુલોમ્બ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો, જેમણે 1785 માં તેમના નામના કાયદાની શોધ કરી હતી.

સૂત્રોમાં, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જને Q અથવા q તરીકે સૂચવવામાં આવે છે. આ જથ્થાનો ભૌતિક અર્થ એ છે કે ચાર્જ થયેલ શરીરની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશવાની ક્ષમતા: જેમ જેમ ચાર્જ ભગાડે છે તેમ, જુદા જુદા આકર્ષાય છે. ચાર્જ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું બળ ચાર્જના કદના સીધા પ્રમાણમાં અને અંતરના વર્ગના વિપરિત પ્રમાણસર હોય છે. તેમની વચ્ચે. જો તે સૂત્રના સ્વરૂપમાં હોય, તો તે આના જેવું દેખાય છે:

F = q1 * q2 / r2

ઇલેક્ટ્રોનનો ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ખૂબ જ નાનો છે, તેથી વ્યવહારમાં તેઓ કુલોમ્બ નામના ચાર્જની તીવ્રતાનો ઉપયોગ કરે છે... તે આ મૂલ્ય છે જેનો ઉપયોગ આંતરરાષ્ટ્રીય સિસ્ટમ SI (C) માં થાય છે. પેન્ડન્ટમાં 6.24151*1018 (દસથી અઢારમી પાવર) કરતા ઓછા ઈલેક્ટ્રોન નથી હોતા. જો આ ચાર્જમાંથી 1 મિલિયન ઈલેક્ટ્રોન પ્રતિ સેકન્ડ મુક્ત થાય, તો આ પ્રક્રિયા 200 હજાર વર્ષ સુધી ચાલશે!

SI સિસ્ટમમાં પ્રવાહના માપનનું એકમ એમ્પીયર (A) છે, જેનું નામ ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક આન્દ્રે મેરી એમ્પીયર (1775 - 1836) પરથી રાખવામાં આવ્યું છે. 1A ના પ્રવાહ પર, બરાબર 1 C નો ચાર્જ 1 સેકન્ડમાં વાયરના ક્રોસ વિભાગમાંથી પસાર થાય છે. આ કિસ્સામાં ગાણિતિક સૂત્ર નીચે મુજબ છે: I = Q/t.

આ સૂત્રમાં, વર્તમાન એમ્પીયરમાં છે, ચાર્જ કુલોમ્બમાં છે અને સમય સેકંડમાં છે. બધા ઉપકરણો SI સિસ્ટમને અનુરૂપ હોવા જોઈએ.

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, એક પેન્ડન્ટ પ્રતિ સેકન્ડમાં બહાર આવે છે. કિલોમીટર પ્રતિ કલાકમાં કારની ઝડપ જેવી જ.તેથી, ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની તાકાત ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના પ્રવાહના દર કરતાં વધુ કંઈ નથી.

રોજિંદા જીવનમાં વધુ વખત, ઑફ-સિસ્ટમ એકમ એમ્પીયર * કલાકનો ઉપયોગ થાય છે. કારની બેટરીઓને યાદ કરવા માટે તે પૂરતું છે, જેની ક્ષમતા ફક્ત એમ્પીયર-કલાકોમાં સૂચવવામાં આવે છે. અને દરેક જણ આ જાણે છે અને સમજે છે, જો કે ઓટો પાર્ટ્સ સ્ટોર્સમાં કોઈને પેન્ડન્ટ્સ યાદ નથી. પરંતુ તે જ સમયે હજુ પણ ગુણોત્તર છે: 1 C = 1 * / 3600 એમ્પીયર * કલાક. આવા જથ્થાને એમ્પીયર * સેકન્ડ કૉલ કરવો શક્ય છે.

બીજી વ્યાખ્યામાં, 1 A નો પ્રવાહ 1 Ω પર પ્રતિકારક વાહકમાં વહે છે સંભવિત તફાવત (વોલ્ટેજ) વાયરના છેડે 1 V. આ મૂલ્યો વચ્ચેનો ગુણોત્તર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે ઓહ્મનો કાયદો... આ કદાચ સૌથી મહત્વપૂર્ણ વિદ્યુત કાયદો છે, તે સંયોગથી નથી કે લોક શાણપણ કહે છે: "જો તમે ઓહ્મના કાયદાને જાણતા નથી, તો ઘરે રહો!"

ઓહ્મના કાયદાની કસોટી

આ કાયદો હવે દરેકને જાણીતો છે: "સર્કિટમાંનો પ્રવાહ સીધો વોલ્ટેજના પ્રમાણસર છે અને પ્રતિકારના વિપરિત પ્રમાણસર છે." એવું લાગે છે કે ત્યાં ફક્ત ત્રણ અક્ષરો છે — I = U/R, દરેક વિદ્યાર્થી કહેશે: «તો શું?». પરંતુ વાસ્તવમાં આ ટૂંકી ફોર્મ્યુલાનો રસ્તો એકદમ કાંટાળો અને લાંબો હતો.

ઓહ્મના નિયમને ચકાસવા માટે, તમે આકૃતિ 2 માં બતાવેલ સૌથી સરળ સર્કિટને એસેમ્બલ કરી શકો છો.

આકૃતિ 2.

તપાસ એકદમ સરળ છે - કાગળ પર પોઈન્ટ દ્વારા સપ્લાય વોલ્ટેજ પોઈન્ટ વધારીને, આકૃતિ 3 માં બતાવેલ ગ્રાફ બનાવો.

આકૃતિ 3.

એવું લાગે છે કે આલેખ એકદમ સીધી રેખા તરીકે બહાર આવવો જોઈએ, કારણ કે I = U / R સંબંધ U = I * R તરીકે રજૂ કરી શકાય છે, અને ગણિતમાં તે એક સીધી રેખા છે. હકીકતમાં, જમણી બાજુએ, રેખા નીચે વળે છે. કદાચ વધુ નહીં, પરંતુ તે વળે છે અને કેટલાક કારણોસર ખૂબ સર્વતોમુખી છે.આ કિસ્સામાં, બેન્ડિંગ પરીક્ષણ કરેલ પ્રતિકારને ગરમ કરવાની પદ્ધતિ પર આધારિત રહેશે. તે કંઈપણ માટે નથી કે તે લાંબા તાંબાના વાયરથી બનેલું છે: તમે કોઇલને કોઇલમાં ચુસ્તપણે પવન કરી શકો છો, તમે તેને એસ્બેસ્ટોસના સ્તરથી બંધ કરી શકો છો, કદાચ આજે ઓરડામાં તાપમાન સમાન છે, પરંતુ ગઈકાલે તે હતું અલગ, અથવા રૂમમાં ડ્રાફ્ટ છે.

આનું કારણ એ છે કે તાપમાન જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે ભૌતિક શરીરના રેખીય પરિમાણોની જેમ પ્રતિકારને અસર કરે છે. દરેક ધાતુનું પોતાનું તાપમાન ગુણાંક પ્રતિકારક (TCR) હોય છે. પરંતુ લગભગ દરેક જણ વિસ્તરણ વિશે જાણે છે અને યાદ રાખે છે, પરંતુ વિદ્યુત ગુણધર્મો (પ્રતિરોધકતા, કેપેસીટન્સ, ઇન્ડક્ટન્સ) માં ફેરફાર વિશે ભૂલી જાઓ. પરંતુ આ પ્રયોગોમાં તાપમાન અસ્થિરતાનો સૌથી સ્થિર સ્ત્રોત છે.

સાહિત્યિક દૃષ્ટિકોણથી, તે એક સુંદર ટૉટોલોજી હોવાનું બહાર આવ્યું છે, પરંતુ આ કિસ્સામાં તે સમસ્યાના સારને ખૂબ જ સચોટ રીતે વ્યક્ત કરે છે.

19મી સદીના મધ્યમાં ઘણા વૈજ્ઞાનિકોએ આ અવલંબન શોધવાનો પ્રયાસ કર્યો, પરંતુ પ્રયોગોની અસ્થિરતાએ દખલ કરી અને પ્રાપ્ત પરિણામોની સત્યતા અંગે શંકાઓ ઊભી કરી. માત્ર જ્યોર્જ સિમોન ઓહ્મ (1787-1854) આમાં સફળ થયા, જેમણે તેને નકારી કાઢ્યું. બધી આડઅસરો અથવા, જેમ તેઓ કહે છે, વૃક્ષો માટે જંગલ જોવા માટે. 1 ઓહ્મ પ્રતિકાર હજુ પણ આ તેજસ્વી વૈજ્ઞાનિકનું નામ ધરાવે છે.

દરેક ઘટક ઓહ્મના નિયમ દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે: I = U / R, U = I * R, R = U / I.

આ સંબંધોને ભૂલી ન જવા માટે, આકૃતિ 4 માં બતાવવામાં આવેલ કહેવાતા ઓહ્મનો ત્રિકોણ અથવા તેના જેવું કંઈક છે.

આકૃતિ 4. ઓહ્મનો ત્રિકોણ

તેનો ઉપયોગ કરવો ખૂબ જ સરળ છે: ફક્ત તમારી આંગળી વડે ઇચ્છિત મૂલ્ય બંધ કરો અને અન્ય બે અક્ષરો તમને બતાવશે કે તેમની સાથે શું કરવું.

આ બધા સૂત્રોમાં તણાવ શું ભૂમિકા ભજવે છે, તેનો ભૌતિક અર્થ શું છે તે યાદ કરવાનું બાકી છે. વોલ્ટેજ સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં બે બિંદુઓ પર સંભવિત તફાવત તરીકે સમજવામાં આવે છે. સરળ સમજણ માટે, તેઓ એક નિયમ તરીકે, ટાંકી, પાણી અને પાઈપો સાથે સમાનતાઓનો ઉપયોગ કરે છે.

આ "પ્લમ્બિંગ" યોજનામાં, પાઇપમાં પાણીનો વપરાશ (લિટર/સેકન્ડ) માત્ર વર્તમાન (કુલોમ્બ/સેકંડ) છે અને ટાંકીમાં ઉપલા સ્તર અને ખુલ્લા નળ વચ્ચેનો તફાવત સંભવિત તફાવત (વોલ્ટેજ) છે. . ઉપરાંત, જો વાલ્વ ખુલ્લું હોય, તો આઉટલેટનું દબાણ વાતાવરણીય જેટલું હોય છે, જેને શરતી શૂન્ય સ્તર તરીકે લઈ શકાય છે.

વિદ્યુત સર્કિટ્સમાં, આ સંમેલન સામાન્ય વાહક ("જમીન") માટે બિંદુ લેવાનું શક્ય બનાવે છે જેની સામે તમામ માપન અને ગોઠવણો કરવામાં આવે છે. મોટેભાગે, પાવર સપ્લાયનું નકારાત્મક ટર્મિનલ આ વાયર હોવાનું માનવામાં આવે છે, જો કે આ હંમેશા કેસ નથી.

સંભવિત તફાવત વોલ્ટ (V) માં માપવામાં આવે છે, જેનું નામ ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી એલેસાન્ડ્રો વોલ્ટા (1745-1827) પછી રાખવામાં આવ્યું છે. આધુનિક વ્યાખ્યા મુજબ, 1 V ના સંભવિત તફાવત સાથે, 1 C ના ચાર્જને ખસેડવા માટે 1 J ની ઉર્જા ખર્ચવામાં આવે છે. વપરાયેલી ઉર્જા "પ્લમ્બિંગ" સર્કિટ સાથે સામ્યતા દ્વારા, પાવર સ્ત્રોત દ્વારા ફરી ભરાય છે. ટાંકીમાં પાણીના સ્તરને ટેકો આપતો પંપ બનો.