बिजली | General Awareness & Knowledge for RRB NTPC (Hindi) - RRB NTPC/ASM/CA/TA PDF Download

इलेक्ट्रिक चार्ज

• इलेक्ट्रिक चार्ज प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन की एक अंतर्निहित संपत्ति है और केवल दो प्रकार के चार्ज ज्ञात हैं: सकारात्मक और नकारात्मक। यह एक स्केलर मात्रा है। इसका SI इकाई कूलॉम्ब है।
• समान चार्ज वाले पिंड एक-दूसरे को धकेलते हैं और भिन्न चार्ज वाले पिंड एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं।
• एक प्रोटॉन का चार्ज सकारात्मक (e) होता है और एक इलेक्ट्रॉन का चार्ज नकारात्मक (−e) होता है। | e | = 1.6 × 10⁻¹⁹ C।

बिजली

• बिजली इलेक्ट्रिक चार्ज के आंदोलन से संबंधित है।
• स्थैतिक बिजली: जब एक प्लास्टिक का कंघा सूखे बालों के खिलाफ रगड़ा जाता है या एक कांच की छड़ी को रेशम से रगड़ा जाता है, तो वे छोटे वस्तुओं को आकर्षित करने की क्षमता विकसित करते हैं जैसे कागज के टुकड़े, धूल, और पंख। इस स्थिति में, प्लास्टिक का कंघा या कांच की छड़ी को इलेक्ट्रिफाइड या चार्ज किया गया कहा जाता है।
• दो उपयुक्त सामग्रियों के बीच घर्षण से उत्पन्न बिजली को स्थैतिक बिजली या कभी-कभी घर्षणीय बिजली कहा जाता है। घर्षण के कारण एक वस्तु सकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है और दूसरी नकारात्मक चार्ज, जो उनकी विशेषताओं पर निर्भर करता है।

कूलॉम्ब का नियम

दो स्थिर बिंदु आवेशों के बीच क्रिया करने वाला इलेक्ट्रोस्टैटिक बल आवेशों के परिमाण के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। जहाँ, ε0 को मुक्त स्थान की अनुमति (permittivity) कहा जाता है।

इलेक्ट्रिक क्षेत्र

• किसी भी आवेश के चारों ओर का स्थान जिसमें अन्य आवेश द्वारा इसकी प्रभाव का अनुभव किया जा सकता है, उसे इलेक्ट्रिक क्षेत्र कहा जाता है।
• किसी आवेश द्वारा उसके चारों ओर बनाया गया क्षेत्र इलेक्ट्रिक क्षेत्र कहलाता है।
• किसी बिंदु पर इलेक्ट्रिक क्षेत्र की तीव्रता (E) को उस बिंदु पर एक सकारात्मक परीक्षण आवेश (q0) पर कार्य करने वाले इलेक्ट्रोस्टैटिक बल (F) के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसका इकाई न्यूटन/कूलम्ब है।
• किसी बिंदु आवेश q से दूरी r पर इलेक्ट्रिक क्षेत्र निम्नलिखित द्वारा दिया गया है। इसलिए, इलेक्ट्रिक क्षेत्र की तीव्रता बिंदु आवेश से दूरी r के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

इलेक्ट्रिक क्षेत्र रेखाएँ

• एक इलेक्ट्रिक क्षेत्र रेखा एक काल्पनिक रेखा या वक्र होती है जिसे किसी क्षेत्र में इस प्रकार खींचा जाता है कि उसकी स्पर्शरेखा किसी भी बिंदु पर उस बिंदु पर इलेक्ट्रिक क्षेत्र वेक्टर की दिशा में होती है। कुछ स्थानों पर रेखाओं की सापेक्ष निकटता उस बिंदु पर इलेक्ट्रिक क्षेत्र की तीव्रता के बारे में जानकारी देती है।
• दो रेखाएँ कभी भी एक-दूसरे को नहीं काट सकती हैं। इलेक्ट्रिक क्षेत्र रेखाएँ हमेशा एक सकारात्मक आवेश से प्रारंभ होती हैं और एक नकारात्मक आवेश पर समाप्त होती हैं और मध्य स्थान में प्रारंभ या समाप्त नहीं होती हैं।

इलेक्ट्रिक पोटेंशियल

बिजली के क्षेत्र में एक बिंदु पर विद्युत संभाव्यता (Electric Potential) उस कार्य (Work) के बराबर होती है जो एक परीक्षण चार्ज (Test Charge) को अनंत (Infinity) से उस बिंदु तक ले जाने में किया जाता है। इसकी इकाई जूल/कुलम्ब (joule/coulomb) है। विद्युत संभाव्यता, V = W/q₀।

• विद्युत क्षेत्र में दो बिंदुओं A और B के बीच संभाव्यता का अंतर, V_A - V_B = W/q₀ है। इसकी इकाई भी जूल/कुलम्ब है।
• संभाव्यता का अंतर वह भौतिक मात्रा है जो विद्युत क्षेत्र में दो बिंदुओं के बीच चार्ज के प्रवाह की दिशा निर्धारित करता है।
• सकारात्मक चार्ज हमेशा उच्च संभाव्यता से निम्न संभाव्यता की ओर बढ़ने की प्रवृत्ति रखता है।

जब किसी बंद धातु शरीर को चार्ज दिया जाता है, तो यह केवल बाहरी सतह पर ही स्थित होता है और इसके अंदर विद्युत क्षेत्र (Electric Field) शून्य रहता है, लेकिन चालक के हर बिंदु पर संभाव्यता उसी होती है जो चालक की सतह पर होती है।

इलेक्ट्रिक डाइपोल और कैपेसिटर

• एक इलेक्ट्रिक डाइपोल दो समान और विपरीत बिंदु चार्ज से बना होता है जो एक बहुत छोटी दूरी पर स्थित होते हैं।
• डाइपोल का इलेक्ट्रिक डाइपोल मोमेंट चार्ज और चार्ज के बीच की दूरी का गुणनफल होता है।
• एक कैपेसिटर या कंडेंसर (Condenser) एक ऐसा उपकरण है जिसमें बिना आकार बदले एक बड़ी मात्रा में चार्ज संग्रहीत किया जा सकता है। कैपेसिटर का उपयोग कई विद्युत उपकरणों में किया जाता है जिनमें इलेक्ट्रिक मोटर और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट शामिल हैं।
• कंडक्टर की कैपेसिटेंस उस चार्ज (q) के अनुपात के बराबर होती है जो कंडक्टर को दिया जाता है, और इसकी संभाव्यता (V) में परिवर्तन (Change) है, जिसे C = q/V द्वारा दिया जाता है। इसकी इकाई कुलम्ब/वोल्ट (coulomb/volt) या फ़राद (farad) है। फ़राद (F) कैपेसिटेंस की एक बड़ी इकाई है। इसकी व्यावहारिक इकाई माइक्रोफ़राद (µF) है। 1 µF = 10⁻⁶F

सामग्री के प्रकार

संवहन सामग्री वे पदार्थ हैं जिनमें बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिससे वे बिजली का कुशलता से संवहन करने में सक्षम होते हैं। धातुएँ बिजली के उत्कृष्ट संवाहक होते हैं। इंसुलेटर्स वे पदार्थ हैं जिनकी संरचना में मुक्त इलेक्ट्रॉन की कमी होती है और इसलिए वे बिजली का संवहन नहीं करते हैं। इंसुलेटर्स के उदाहरणों में लकड़ी, प्लास्टिक और रबर शामिल हैं। सेमीकंडक्टर्स वे पदार्थ हैं जिनमें कमरे के तापमान पर मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते, लेकिन तापमान बढ़ने पर मुक्त इलेक्ट्रॉन विकसित होते हैं, जिससे वे संवहनीय गुण प्रदर्शित करते हैं। सिलिकॉन और जर्मेनियम सेमीकंडक्टर्स के उदाहरण हैं।

• संवहन सामग्री वे पदार्थ हैं जिनमें बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिससे वे बिजली का कुशलता से संवहन करने में सक्षम होते हैं। धातुएँ बिजली के उत्कृष्ट संवाहक होते हैं।
• इंसुलेटर्स वे पदार्थ हैं जिनकी संरचना में मुक्त इलेक्ट्रॉन की कमी होती है और इसलिए वे बिजली का संवहन नहीं करते हैं। इंसुलेटर्स के उदाहरणों में लकड़ी, प्लास्टिक और रबर शामिल हैं।

बिजली का धारा

• बिजली का धारा केवल चार्ज का प्रवाह है। इसकी मात्रा उस समय दर के बराबर होती है जिस पर चार्ज किसी भी संवाहक के माध्यम से प्रवाहित होता है। इसकी इकाई एम्पीयर है। यह एक स्केलर मात्रा है। बिजली का धारा, l = q/t
• एक बिजली का धारा जिसकी मात्रा और दिशा समय के साथ नहीं बदलती है, उसे प्रत्यक्ष धारा कहा जाता है, और जिसकी मात्रा निरंतर बदलती है और दिशा आवधिक रूप से बदलती है, उसे वैकल्पिक धारा कहा जाता है।
• इन्वर्टर एक उपकरण है जो DC को AC में परिवर्तित करता है।
• ठोस संवाहकों में, बिजली का धारा इलेक्ट्रॉन के प्रवाह के कारण बहता है, तरल में आयनों और इलेक्ट्रॉन के प्रवाह के कारण, और सेमीकंडक्टर्स में इलेक्ट्रॉन और होल के प्रवाह के कारण बहता है।

एक बिजली का धारा जिसकी मात्रा और दिशा समय के साथ नहीं बदलती है, उसे प्रत्यक्ष धारा कहा जाता है, और जिसकी मात्रा निरंतर बदलती है और दिशा आवधिक रूप से बदलती है, उसे वैकल्पिक धारा कहा जाता है।

• इन्वर्टर एक उपकरण है जो DC को AC में परिवर्तित करता है।

इलेक्ट्रिकल रेजिस्टेंस

किसी भी संवाहक द्वारा प्रवाह के रास्ते में दी गई बाधा को उसकी इलेक्ट्रिकल रेजिस्टेंस कहा जाता है। इसका SI इकाई ओहम (Ω) है और इसका आयाम [ML²T^–3A^–2] है। किसी संवाहक की इलेक्ट्रिकल रेजिस्टेंस, R = ρI/A जहाँ, l = संवाहक की लंबाई, A = क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र, ρ = संवाहक के सामग्री की प्रतिरोधकता।

• किसी भी संवाहक द्वारा प्रवाह के रास्ते में दी गई बाधा को उसकी इलेक्ट्रिकल रेजिस्टेंस कहा जाता है। इसका SI इकाई ओहम (Ω) है और इसका आयाम [ML²T^–3A^–2] है।

कंडक्टेंस

कंडक्टेंस और कंडक्टिविटी क्रमशः रेजिस्टेंस और सामग्री की प्रतिरोधकता का व्युत्क्रमानुक्रम हैं। कंडक्टेंस की SI इकाई Ω⁻¹, अर्थात् mho है और कंडक्टिविटी की SI इकाई Ω⁻¹ m⁻¹ है।

प्रतिरोधकता

• किसी सामग्री की प्रतिरोधकता उसके एकल लंबाई और एकल क्रॉस-सेक्शन वाले तार की इलेक्ट्रिकल रेजिस्टेंस के बराबर होती है। इसकी इकाई ओहम-मीटर है।
• किसी सामग्री की प्रतिरोधकता तापमान और सामग्री की प्रकृति पर निर्भर करती है। यह संवाहक के आयामों, जैसे कि लंबाई, क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आदि से स्वतंत्र है।
• धातुओं की प्रतिरोधकता तापमान बढ़ने के साथ बढ़ती है जैसे कि ρ_t = ρ₀(1 + αt) जहाँ, ρ₀ और ρ_t क्रमशः 0° C और t ° C पर धातु की प्रतिरोधकता हैं और α = सामग्री की प्रतिरोध का तापमान गुणांक है।
• धातुओं के लिए, α सकारात्मक होता है। कुछ मिश्रधातुओं जैसे निच्रोम, मंगनीन और कॉन्टस्टैन के लिए, α सकारात्मक होता है लेकिन बहुत कम होता है। अर्ध-चालकों और इंसुलेटर्स के लिए, α नकारात्मक होता है।
• धातुओं के लिए प्रतिरोधकता कम होती है, अर्ध-चालकों के लिए अधिक होती है और मिश्रधातुओं जैसे निच्रोम, कॉन्टस्टैन आदि के लिए बहुत अधिक होती है।
• मिश्रधातुओं जैसे निच्रोम, कॉन्टस्टैन आदि की प्रतिरोधकता बहुत कम होती है और उनका उबालने का तापमान उच्च होता है, जिससे निच्रोम एक बहुत अच्छा इलेक्ट्रिसिटी का संवाहक बनता है और तारों और अन्य इंसुलेटर उपकरणों के निर्माण के लिए आदर्श होता है।

प्रतिरोधों का संयोजन

• यदि प्रतिरोध R1, R2 और R3 श्रृंखला में जुड़े हैं, तो उनका समकक्ष प्रतिरोध R = R1 + R2 + R3 द्वारा दिया जाता है।
• श्रृंखला संयोजन में, प्रत्येक प्रतिरोधक के माध्यम से समान धारा प्रवाहित होती है।


ओहम का नियम

यह कहता है कि यदि किसी चालक की भौतिक स्थितियाँ जैसे तापमान, दबाव आदि अपरिवर्तित रहती हैं, तो इसके माध्यम से प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा (I) उस पर लगाए गए संभावित अंतर (V) के सीधे अनुपात में होती है, अर्थात् I ∝ V या V = IR, जहाँ R चालक का विद्युत प्रतिरोध है।

किर्कहॉफ का नियम

• किर्कहॉफ का धारा नियम कहता है कि किसी विद्युत परिपथ में जंक्शन पर कुल धारा शून्य होगी। यह आवेश के संरक्षण पर आधारित है।
• किर्कहॉफ का वोल्टेज नियम कहता है कि एक बंद लूप के साथ सभी संभावित अंतर का बीजगणितीय योग शून्य होता है। यह ऊर्जा के संरक्षण पर आधारित है।

विद्युत सेल

• विद्युत सेल एक उपकरण है जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
• विद्युत सेल दो प्रकार के होते हैं:
  • प्राथमिक सेल को चार्ज नहीं किया जा सकता। वोल्टाइक, डैनियल और लेक्लांच सेल प्राथमिक सेल हैं।
  • द्वितीयक सेल को बार-बार चार्ज किया जा सकता है। एसिड और क्षारीय संचयक द्वितीयक सेल हैं।
• विद्युत सेल का कार्य विद्युत धारा के रासायनिक प्रभाव पर आधारित है।

एक सेल का ईएमएफ

एक सेल द्वारा अपने एक टर्मिनल से दूसरे टर्मिनल पर ( ) सकारात्मक चार्ज लाने के लिए किया गया कार्य, इसके emf (इलेक्ट्रोमोबाइल बल) के रूप में जाना जाता है। इलेक्ट्रोमोबाइल बल कार्य है लेकिन बल नहीं है।

• एक सेल द्वारा अपने एक टर्मिनल से दूसरे टर्मिनल पर ( ) सकारात्मक चार्ज लाने के लिए किया गया कार्य, इसके emf (इलेक्ट्रोमोबाइल बल) के रूप में जाना जाता है।

जूल का हीटिंग कानून

• जब एक संभावित अंतर V को R प्रतिरोध वाले चालक के अंत में लागू किया जाता है, तो चालक के माध्यम से एक इलेक्ट्रिक करंट प्रवाहित होगा।
• करंट तीन प्रभाव उत्पन्न कर सकता है: हीटिंग प्रभाव, चुंबकीय प्रभाव और रासायनिक प्रभाव।

समय t में चालक में उत्पन्न गर्मी को निम्नलिखित द्वारा व्यक्त किया जाता है:

यह जूल के हीटिंग कानून के रूप में जाना जाता है।

• इलेक्ट्रिक बल्ब, इलेक्ट्रिक केतली, हीटर आदि, उपकरण इलेक्ट्रिक करंट के हीटिंग प्रभाव के आधार पर काम करते हैं।
• घरेलू उपकरणों को बिजली में अचानक परिवर्तन से बचाने के लिए फ्यूज का उपयोग किया जाता है। यह टिन, सीसा, मिश्र धातु (63% 37%) से बना होता है।

इलेक्ट्रिकल पावर

उत्पादित या उपभोग की गई विद्युत ऊर्जा प्रति इकाई समय को विद्युत शक्ति कहते हैं। विद्युत शक्ति, P = VI = I² R = V²/R 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J यह विद्युत ऊर्जा है (जिसे 1 इकाई कहा जाता है)।

विद्युत धारा का रासायनिक प्रभाव

• जब एक विद्युत धारा को एक अम्लीय या क्षारीय घोल के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है, तो यह अपने सकारात्मक और नकारात्मक आयनों में विघटित हो जाती है। सकारात्मक आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) पर इकट्ठा होते हैं और नकारात्मक आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) पर इकट्ठा होते हैं। इस प्रक्रिया को इलेक्ट्रोलिसिस कहा जाता है। यह धारा का रासायनिक प्रभाव है। एक मूल धातु की परत को अधिक महंगी धातु के साथ कोट करने की प्रक्रिया को इलेक्ट्रोप्लेटिंग कहा जाता है।

फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियम

• पहला नियम: इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में एक इलेक्ट्रोड पर जमा कुल द्रव्यमान (m) उस कुल आवेश (q) के सीधे आनुपातिक है जो इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से प्रवाहित होता है, अर्थात्, m ∝ q m = Zq = ZIt जहां, I = विद्युत धारा t = समय Z = इलेक्ट्रोड पर जमा सामग्री का इलेक्ट्रोकेमिकल समकक्ष।
• दूसरा नियम: यदि एक समान विद्युत धारा को विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स में समान समय के लिए प्रवाहित किया जाता है, तो इलेक्ट्रोड पर मुक्त होने वाले पदार्थ का द्रव्यमान उनके रासायनिक समकक्ष के सीधे आनुपातिक होता है।

गृह विद्युतकरण:

• गृह विद्युत प्रणालियों में, वितरण नेटवर्क से दो टर्मिनल प्रदान किए जाते हैं: एक लाइव वायर और दूसरा न्यूट्रल वायर, जिसे स्थानीय उपकेंद्र पर ग्राउंड किया जाता है। एक तीसरा टर्मिनल, जिसे धरती कहा जाता है, भवन के भीतर सुरक्षा के उद्देश्यों के लिए शामिल किया जाता है।

प्रकाश उपकरण:

• ऐसे उपकरण जो केवल विद्युत संचारित करने के बजाय प्रकाश उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, उन्हें प्रकाश उपकरण कहा जाता है। उदाहरणों में इंकंडेसेंट लैंप, कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप, और अन्य समान उपकरण शामिल हैं।

बिजली की सुरक्षा:

• चार्ज किए गए बादलों के बीच या बादल और जमीन के बीच होने वाले विद्युत डिस्चार्ज इमारतों को नुकसान पहुँचा सकते हैं। ऐसे नुकसान से संरचनाओं की सुरक्षा के लिए बिजली की तारे स्थापित किए जाते हैं।