हमारे दैनिक जीवन में विद्युत सर्किट सर्वव्यापी हैं। जटिल एकीकृत परिपथों से जो उस उपकरण को नियंत्रित करते हैं जिस पर आप इस लेख को पढ़ रहे हैं तारों तक जो आपको स्विच करने की अनुमति देता है a आपके घर में लाइट बल्ब चालू और बंद, आपका पूरा जीवन मौलिक रूप से अलग होगा यदि आप हर जगह सर्किट से घिरे नहीं होते जाओ।
लेकिन ज्यादातर लोग वास्तव में सर्किट कैसे काम करते हैं और काफी सरल समीकरणों की बारीक किरकिरी नहीं सीखते हैं - जैसे ओम का नियम - जो विद्युत प्रतिरोध, वोल्टेज और विद्युत जैसी प्रमुख अवधारणाओं के बीच संबंधों की व्याख्या करता है वर्तमान। हालाँकि, इलेक्ट्रॉनिक्स के भौतिकी में थोड़ा गहराई से जाने से आपको सबसे आधुनिक तकनीक को रेखांकित करने वाले मूल नियमों में बहुत गहरी जानकारी मिल सकती है।
ओम का नियम क्या है?
जब बिजली के सर्किट को समझने की बात आती है तो ओम का नियम सबसे महत्वपूर्ण समीकरणों में से एक है, लेकिन अगर आप इसे समझने जा रहे हैं, तो आपको इससे जुड़ी बुनियादी अवधारणाओं की अच्छी समझ की आवश्यकता होगी:वोल्टेज, वर्तमानतथाप्रतिरोध. ओम का नियम केवल वह समीकरण है जो अधिकांश कंडक्टरों के लिए इन तीन मात्राओं के बीच संबंध का वर्णन करता है।
वोल्टेज दो बिंदुओं के बीच विद्युत संभावित अंतर के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला शब्द है, और यह "पुश" प्रदान करता है जो विद्युत आवेश को एक संवाहक लूप के चारों ओर घूमने की अनुमति देता है।
विद्युत क्षमता संभावित ऊर्जा का एक रूप है, जैसे गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा, और इसे प्रति यूनिट चार्ज विद्युत संभावित ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। वोल्टेज के लिए एसआई इकाई वोल्ट (वी) है, और 1 वी = 1 जे/सी, या प्रति कूलम्ब चार्ज ऊर्जा का एक जूल है। इसे कभी-कभी भी कहा जाता हैविद्युत प्रभावन बलया ईएमएफ।
विद्युत धारा एक सर्किट में दिए गए बिंदु से पहले विद्युत आवेश के प्रवाह की दर है, जिसमें एम्पीयर (ए) की एसआई इकाई होती है, जहां 1 ए = 1 सी/एस (प्रति सेकंड चार्ज का एक कूलम्ब)। यह डायरेक्ट करंट (DC) और अल्टरनेटिंग करंट (AC) के रूप में आता है, और हालाँकि DC सरल है, AC सर्किट हैं दुनिया भर के अधिकांश घरों में बिजली की आपूर्ति के लिए उपयोग किया जाता है क्योंकि लंबे समय तक संचार करना आसान और सुरक्षित है दूरियां।
ओम के नियम से निपटने से पहले आपको अंतिम अवधारणा को समझने की आवश्यकता होगी, प्रतिरोध है, जो एक सर्किट में वर्तमान प्रवाह के विरोध का एक उपाय है। प्रतिरोध के लिए एसआई इकाई ओम है (जो ग्रीक अक्षर ओमेगा, का उपयोग करती है), जहां 1 = 1 वी/ए।
ओम का नियम समीकरण
जर्मन भौतिक विज्ञानी जॉर्ज ओम ने अपने नामांकित समीकरण में वोल्टेज, करंट और प्रतिरोध के बीच संबंध का वर्णन किया। ओम का नियम सूत्र है:
वी = आईआर
कहां हैवीवोल्टेज या संभावित अंतर है,मैंवर्तमान और प्रतिरोध की मात्रा हैआरअंतिम मात्रा है।
वोल्टेज और प्रतिरोध, या वर्तमान और वोल्टेज के आधार पर प्रतिरोध के आधार पर वर्तमान की गणना के लिए सूत्र बनाने के लिए समीकरण को सरल तरीके से पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है। यदि आप समीकरणों को पुनर्व्यवस्थित करने में सहज नहीं हैं, तो आप ओम के नियम त्रिकोण (संसाधन देखें) को देख सकते हैं, लेकिन यह बीजगणित के मूल नियमों से परिचित किसी के लिए बिल्कुल सीधा है।
ओम के नियम समीकरण से पता चलता है कि मुख्य बिंदु यह है कि वोल्टेज सीधे विद्युत प्रवाह के समानुपाती होता है (इसलिए जितना अधिक वोल्टेज, करंट जितना अधिक होगा), और वह करंट प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होता है (इसलिए प्रतिरोध जितना अधिक होता है, उतना ही कम होता है वर्तमान)।
आप मुख्य बिंदुओं को याद रखने के लिए जल प्रवाह सादृश्य का उपयोग कर सकते हैं, जो एक पाइप पर आधारित होता है जिसका एक छोर पहाड़ी की चोटी पर और एक छोर नीचे होता है। वोल्टेज पहाड़ी की ऊंचाई की तरह है (एक खड़ी, ऊंची पहाड़ी का मतलब अधिक वोल्टेज है), वर्तमान प्रवाह पानी के प्रवाह की तरह है (पानी एक तेज पहाड़ी के नीचे तेजी से बहता है) और प्रतिरोध है जैसे पाइप और पानी के किनारों के बीच घर्षण (एक पतला पाइप अधिक घर्षण पैदा करता है और पानी के प्रवाह की गति को कम करता है, जैसे उच्च प्रतिरोध विद्युत प्रवाह के लिए करता है) बहे)।
ओम का नियम क्यों महत्वपूर्ण है?
ओम का नियम विद्युत परिपथों का वर्णन करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह वोल्टेज को धारा से जोड़ता है, प्रतिरोध मान दोनों के बीच के संबंध को नियंत्रित करता है। इस वजह से, आप सर्किट में करंट की मात्रा को नियंत्रित करने के लिए ओम के नियम का उपयोग कर सकते हैं, करंट प्रवाह को कम करने के लिए प्रतिरोधों को जोड़कर और करंट की मात्रा बढ़ाने के लिए उन्हें दूर ले जा सकते हैं।
इसे विद्युत शक्ति (प्रति सेकंड ऊर्जा प्रवाह की दर) का वर्णन करने के लिए भी बढ़ाया जा सकता है, क्योंकि शक्ति पी = IV, और इसलिए आप इसका उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए कर सकते हैं कि आपका सर्किट 60-वाट उपकरण के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करता है।
भौतिकी के छात्रों के लिए, ओम के नियम के बारे में सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि यह आपको सर्किट आरेखों का विश्लेषण करने की अनुमति देता है, खासकर जब आप इसे किरचॉफ के नियमों के साथ जोड़ते हैं, जो इससे आगे बढ़ते हैं।
किरचॉफ के वोल्टेज कानून में कहा गया है कि सर्किट में किसी भी बंद लूप के चारों ओर वोल्टेज ड्रॉप हमेशा शून्य के बराबर होता है, और वर्तमान कानून बताता है कि एक सर्किट में एक जंक्शन या नोड में प्रवाहित होने वाली धारा की मात्रा बाहर बहने वाली मात्रा के बराबर होती है इसका। आप सर्किट के किसी भी घटक में वोल्टेज ड्रॉप की गणना करने के लिए विशेष रूप से वोल्टेज कानून के साथ ओम के नियम का उपयोग कर सकते हैं, जो कि इलेक्ट्रॉनिक्स कक्षाओं में उत्पन्न एक आम समस्या है।
ओम के नियम के उदाहरण
आप ओम के नियम का उपयोग तीनों में से किसी भी अज्ञात मात्रा को खोजने के लिए कर सकते हैं, बशर्ते आप विद्युत परिपथ के लिए अन्य दो मात्राओं को जानते हों। कुछ बुनियादी उदाहरणों के माध्यम से कार्य करना आपको दिखाता है कि यह कैसे किया जाता है।
सबसे पहले, कल्पना करें कि आपके पास 9 वोल्ट की बैटरी है जो 18 circuit के कुल प्रतिरोध वाले सर्किट से जुड़ी है। जब आप परिपथ को जोड़ते हैं तो कितनी धारा प्रवाहित होती है? ओम के नियम को पुनर्व्यवस्थित करके (या त्रिभुज का उपयोग करके), आप पा सकते हैं:
\शुरू {गठबंधन} I &= \frac{V}{R} \\ &= \frac{9 \text{V}}{18 \text{ }} \\ &= 0.5 \text{ A} \end {गठबंधन}
तो सर्किट के चारों ओर 0.5 एम्पीयर करंट प्रवाहित होता है। अब कल्पना करें कि आप जिस घटक को बिजली देना चाहते हैं, उसके लिए यह सही मात्रा में करंट है, लेकिन आपके पास केवल 12-वी बैटरी है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि घटक को वर्तमान की इष्टतम मात्रा प्राप्त हो, आपको कितना प्रतिरोध जोड़ना चाहिए? फिर से, आप ओम के नियम को पुनर्व्यवस्थित कर सकते हैं और उत्तर खोजने के लिए इसे हल कर सकते हैं:
\शुरू {गठबंधन} आर &= \frac{V}{I} \\ &= \frac{12 \text{V}}{0.5 \text{ A}} \\ &= 24 \text{ } \end {गठबंधन}
तो आपको अपना सर्किट पूरा करने के लिए 24-Ω रेसिस्टर की आवश्यकता होगी। अंत में, एक सर्किट में 5-Ω रोकनेवाला में वोल्टेज ड्रॉप क्या होता है जिसमें 2 ए करंट प्रवाहित होता है? इस बार, कानून का मानक V = IR रूप ठीक काम करता है:
\शुरू {गठबंधन} V&=IR \\ &= 2 \text{ A} × 5 \text{ } \\ &= 10 \text{ V} \end{aligned}
ओमिक और गैर-ओमिक प्रतिरोध
आप ओम के नियम का उपयोग बहुत बड़ी स्थितियों में कर सकते हैं, लेकिन इसकी वैधता की सीमाएँ हैं - यह वास्तव में भौतिकी का मौलिक नियम नहीं है। कानून वोल्टेज और करंट के बीच एक रैखिक संबंध का वर्णन करता है, लेकिन यह संबंध केवल तभी होता है जब जिस प्रतिरोधक या प्रतिरोधक सर्किट तत्व के साथ आप काम कर रहे हैं, उसका निरंतर प्रतिरोध अलग-अलग है वोल्टेजवीऔर वर्तमानमैंमूल्य।
इस नियम का पालन करने वाली सामग्री को ओमिक प्रतिरोधक कहा जाता है, और यद्यपि अधिकांश भौतिकी समस्याओं में ओमिक प्रतिरोधक शामिल होंगे, आप अपने दैनिक जीवन से कई गैर-ओमिक प्रतिरोधों से परिचित होंगे।
एक प्रकाश बल्ब एक गैर-ओमिक रोकनेवाला का एक आदर्श उदाहरण है। जब आप का आलेख बनाते हैंवीबनाममैंओमिक प्रतिरोधों के लिए, यह पूरी तरह से सीधी रेखा के संबंध को दर्शाता है, लेकिन यदि आप इसे प्रकाश बल्ब जैसी किसी चीज़ के लिए करते हैं, तो स्थिति बदल जाती है। जैसे ही बल्ब में फिलामेंट गर्म होता है, बल्ब का प्रतिरोधबढ़ती है, जिसका अर्थ है कि ग्राफ एक सीधी रेखा के बजाय एक वक्र बन जाता है, और ओम का नियम लागू नहीं होता है।
