कल्पना कीजिए कि पाइप की एक प्रणाली के माध्यम से पानी नीचे की ओर बह रहा है। आपका अंतर्ज्ञान आपको बताएगा कि कौन से कारक पानी के प्रवाह को तेज करेंगे और कौन से कारक इसे धीमा कर देंगे। पहाड़ी जितनी ऊंची होगी, धारा उतनी ही तेज होगी, और पाइप में जितने अधिक अवरोध होंगे, वह उतना ही धीमा बहेगा।
यह सब एक के कारण हैसंभावित ऊर्जा अंतर पहाड़ी की चोटी और तल के बीच, क्योंकि पानी में पहाड़ी की चोटी पर गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा होती है और जब तक यह तल तक नहीं पहुंचता तब तक कोई भी नहीं होता है।
यह विद्युत के लिए एक महान सादृश्य हैवोल्टेज. इसी प्रकार जब किसी विद्युत परिपथ के दो बिन्दुओं के बीच विद्युत विभवान्तर होता है तो विद्युत धारा परिपथ के एक भाग से दूसरे भाग में प्रवाहित होती है।
जैसे पानी के उदाहरण में, दो बिंदुओं के बीच संभावित ऊर्जा अंतर (विद्युत आवेश के वितरण द्वारा निर्मित) वह है जो वर्तमान प्रवाह बनाता है। बेशक, भौतिकविदों की इससे अधिक सटीक परिभाषाएँ हैं, और ओम के नियम जैसे सीखने के समीकरण आपको वोल्टेज की बेहतर समझ प्रदान करते हैं।
वोल्टेज की परिभाषा
वोल्टेज दो बिंदुओं के बीच विद्युत संभावित ऊर्जा अंतर को दिया गया नाम है, और इसे प्रति यूनिट चार्ज विद्युत संभावित ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। हालांकि
बिजली की क्षमताएक अधिक सटीक शब्द है, तथ्य यह है कि विद्युत क्षमता की एसआई इकाई वोल्ट (वी) है जिसका अर्थ है कि इसे आमतौर पर कहा जाता है वोल्टेज, खासकर जब लोग बैटरी के टर्मिनलों या a. के अन्य भागों के बीच संभावित अंतर के बारे में बात करते हैं सर्किट।परिभाषा को गणितीय रूप से इस प्रकार लिखा जा सकता है:
वी = \frac{E_{el}}{q}
कहा पेवीसंभावित अंतर है,इएली विद्युत स्थितिज ऊर्जा है (जूल में) तथाक्यूआवेश है (कूलम्ब में)। इससे, आप देख पाएंगे कि 1 V = 1 J/C, यानी एक वोल्ट को एक जूल प्रति कूलम्ब (यानी, प्रति यूनिट चार्ज) के रूप में परिभाषित किया गया है। कभी-कभी, आप देखेंगेइवोल्टेज के प्रतीक के रूप में प्रयोग किया जाता है, क्योंकि समान मात्रा के लिए एक और शब्द "इलेक्ट्रोमोटिव बल" (ईएमएफ) है, लेकिन कई स्रोतवीशब्द के रोजमर्रा के उपयोग से मेल खाने के लिए।
वोल्ट का नाम इतालवी भौतिक विज्ञानी एलेसेंड्रो वोल्टा से लिया गया है, जो पहली इलेक्ट्रिक बैटरी (जिसे "वोल्टाइक पाइल" कहा जाता है) का आविष्कार करने के लिए जाना जाता है।
वोल्टेज के लिए समीकरण
हालाँकि, उपरोक्त समीकरण वोल्टेज के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला समीकरण नहीं है, क्योंकि अधिकांश जब आप शब्द का सामना करते हैं तो इसमें एक विद्युत परिपथ शामिल होगा, और इसके लिए सबसे उपयोगी समीकरण यह हैओम कानून. यह वोल्टेज को सर्किट में वर्तमान प्रवाह और सर्किट के तारों और घटकों से प्रवाह के प्रतिरोध से संबंधित करता है, और इसका रूप है:
वी = आईआर
कहा पेवीवोल्ट (वी) में संभावित अंतर है;मैंशॉर्ट (ए) के लिए एम्पीयर या amp की एक इकाई के साथ वर्तमान प्रवाह है; तथाआरओम (Ω) में प्रतिरोध है। एक नज़र में, यह समीकरण आपको बताता है कि समान प्रतिरोध के लिए, उच्च वोल्टेज उच्च धाराएं उत्पन्न करते हैं (की ऊंचाई बढ़ाने के अनुरूप) परिचय में पहाड़ी) और उसी वोल्टेज के लिए, उच्च प्रतिरोधों के लिए वर्तमान प्रवाह कम हो जाता है (पाइप में अवरोधों के समान) उदाहरण)। यदि कोई वोल्टेज अंतर नहीं है, तो कोई करंट प्रवाहित नहीं होगा।
एक सर्किट के विभिन्न घटकों में अलग-अलग होंगेवोल्टेज बूँदेंउनके पार, और आप ओम के नियम का उपयोग करके यह पता लगा सकते हैं कि वे क्या होंगे। किरचॉफ के वोल्टेज कानून के अनुरूप, हालांकि,सर्किट में किसी भी पूर्ण लूप के चारों ओर वोल्टेज ड्रॉप का योग शून्य के बराबर होना चाहिए.
सर्किट में वोल्टेज कैसे मापें
एक विद्युत परिपथ में एक तत्व के पार वोल्टेज को वोल्टमीटर या एक मल्टीमीटर से मापा जा सकता है, जिसमें बाद वाले में एक वोल्टमीटर होता है, लेकिन एक एमीटर (वर्तमान को मापने के लिए) जैसे अन्य उपकरण भी होते हैं। आप दो बिंदुओं के बीच वोल्टेज ड्रॉप को निर्धारित करने के लिए मापे जा रहे तत्व के समानांतर वाल्टमीटर को कनेक्ट करते हैं - इसे श्रृंखला में कभी भी कनेक्ट न करें!
एनालॉग वाल्टमीटर एक उच्च-ओम रोकनेवाला के साथ श्रृंखला में गैल्वेनोमीटर (छोटी विद्युत धाराओं को मापने के लिए एक उपकरण) का उपयोग करके काम करते हैं, जिसमें गैल्वेनोमीटर एक चुंबकीय क्षेत्र में तार का एक तार होता है। जब तार से करंट प्रवाहित होता है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो मौजूदा के साथ इंटरैक्ट करता है कॉइल को घुमाने के लिए चुंबकीय क्षेत्र, जो तब इंगित करने के लिए डिवाइस पर पॉइंटर को घुमाता है वोल्टेज।
क्योंकि कुण्डली का घूर्णन धारा के समानुपाती होता है, और धारा बारी-बारी से होती है वोल्टेज के समानुपाती (ओम के नियम के अनुसार), कुंडल जितना अधिक घूमता है, वोल्टेज के बीच उतना ही बड़ा होता है दो अंक। यदि आप प्रत्यक्ष धारा के बजाय प्रत्यावर्ती धारा को माप रहे हैं तो यह अधिक जटिल है, लेकिन विभिन्न डिज़ाइन इसे भी संभव बनाते हैं।
आपको एक वाल्टमीटर को समानांतर में जोड़ना होगा क्योंकि समानांतर में दो सर्किट तत्वों में समान वोल्टेज होता है। एक वाल्टमीटर में उच्च प्रतिरोध होना चाहिए क्योंकि यह इसे मुख्य सर्किट से बहुत अधिक धारा खींचने से रोकता है और इस प्रकार परिणाम में हस्तक्षेप करता है। इसके अलावा, वोल्टमीटर का निर्माण बड़ी धाराओं को खींचने के लिए नहीं किया जाता है, इसलिए यदि आप एक को श्रृंखला में जोड़ते हैं, तो यह आसानी से फ्यूज को तोड़ या उड़ा सकता है।
वोल्टेज उदाहरण
विद्युत क्षमता के साथ काम करना सीखने में ओम के नियम का उपयोग करना सीखना और सर्किट में विभिन्न तत्वों में वोल्टेज की बूंदों को निर्धारित करने के लिए किरचॉफ के वोल्टेज कानून को लागू करना सीखना शामिल है। सबसे आसान काम है ओम के नियम को पूरे सर्किट पर लागू करना।
यदि एक सर्किट 12-वी बैटरी द्वारा संचालित होता है और इसमें कुल 70 ओम प्रतिरोध होता है, तो सर्किट से प्रवाहित होने वाली धारा क्या है?
यहां, आपको विद्युत प्रवाह के लिए व्यंजक बनाने के लिए ओम के नियम को फिर से व्यवस्थित करने की आवश्यकता है। कानून कहता है:
वी = आईआर
आपको बस इतना करना है कि दोनों पक्षों को विभाजित करेंआरऔर पाने के लिए उल्टा:
मैं = \ फ़्रेक {वी} {आर}
मान सम्मिलित करना देता है:
\शुरू {गठबंधन} I&=\frac{1 \text{ V}}{70 \text{ }} \\ &= 0.1714 \text{ A} \end{aligned}
तो वर्तमान 0.1714 ए, या 171.4 मिलीमीटर (एमए) है।
लेकिन अब कल्पना कीजिए कि यह ७० प्रतिरोध तीन अलग-अलग प्रतिरोधों में श्रृंखला में विभाजित है, जिसमें २०, १० और ४० हैं। प्रत्येक घटक में वोल्टेज ड्रॉप क्या है?
फिर से, आप प्रत्येक घटक को बारी-बारी से देखने के लिए ओम के नियम का उपयोग कर सकते हैं, 0.1714 ए के सर्किट के चारों ओर समग्र विद्युत प्रवाह को ध्यान में रखते हुए। बदले में तीन प्रतिरोधों में से प्रत्येक के लिए V = IR का उपयोग करना:
पहले के लिए:
\शुरू {गठबंधन} V_1 और = 0.1714 \ पाठ {ए} × 20 \ पाठ { Ω} \\ और = 3.428 \ पाठ { वी} \ अंत {गठबंधन}
दूसरा:
\शुरू {गठबंधन} V_2 और = 0.1714 \ पाठ {ए} × 10 \ पाठ { Ω} \\ और = 1.714 \ पाठ { वी} \ अंत {गठबंधन}
और तीसरा:
\शुरू {गठबंधन} V_3 और = 0.1714 \ पाठ {ए} × 40 \ पाठ { Ω} \\ और = 6.856 \ पाठ { वी} \ अंत {गठबंधन}
किरचॉफ के वोल्टेज कानून के अनुसार, इन तीन वोल्टेज बूंदों को 12 वी तक जोड़ना चाहिए:
\शुरू {गठबंधन} V_1 + V_2 + V_3 और = 3.428 \ पाठ {V} + 1.714 \ पाठ {V} + 6.856 \ पाठ {V} \\ और = 11.998 \ पाठ {V} \ अंत {संरेखित}
यह १२ वी से दो दशमलव स्थानों के बराबर है, गोलाई त्रुटियों के कारण मामूली विसंगति है।
समानांतर घटकों में वोल्टेज गिरता है
ऊपर वोल्टेज को मापने के तरीके की चर्चा में, यह नोट किया गया था कि एक सर्किट में समानांतर घटकों में वोल्टेज की बूंदें समान होती हैं। यह द्वारा समझाया गया हैकिरचॉफ का वोल्टेज कानून, जिसमें कहा गया है कि एक बंद लूप में सभी वोल्टेज (शक्ति स्रोत से सकारात्मक वोल्टेज और घटकों से वोल्टेज गिरता है) का योग शून्य के बराबर होना चाहिए.
समानांतर सर्किट के लिए, कई शाखाओं के साथ, आप समानांतर शाखाओं और बैटरी में से किसी एक सहित ऐसा लूप बना सकते हैं। प्रत्येक शाखा पर घटक के बावजूद, किसी भी शाखा में वोल्टेज गिरता हैजरूरइसलिए बैटरी द्वारा प्रदान किए गए वोल्टेज के बराबर हो (सरलता के लिए श्रृंखला में अन्य घटकों की संभावना को अनदेखा करना)। यह सभी शाखाओं के लिए सही है, और इसलिए समानांतर घटकों में हमेशा समान वोल्टेज ड्रॉप्स होंगे।
लाइट बल्ब में वोल्टेज और पावर
ओम के नियम को शक्ति से संबंधित करने के लिए भी बढ़ाया जा सकता है (पी), जो प्रति सेकंड जूल में ऊर्जा आपूर्ति की दर है (वाट,वू), और यह पता चला है कि पी = IV।
एक सर्किट घटक जैसे कि एक प्रकाश बल्ब के लिए, यह दर्शाता है कि यह जिस शक्ति का प्रसार करता है (यानी, प्रकाश में बदल जाता है) उस पर वोल्टेज पर निर्भर करता है, उच्च वोल्टेज के साथ उच्च बिजली उत्पादन होता है। पिछले अनुभाग में समानांतर घटकों की चर्चा के अनुरूप, समान बल्बों की तुलना में समानांतर चमक वाले कई प्रकाश बल्बों को व्यवस्थित किया गया श्रृंखला में, क्योंकि पूर्ण बैटरी वोल्टेज समानांतर में कनेक्ट होने पर प्रत्येक प्रकाश बल्ब में गिर जाता है, जबकि इसका केवल एक तिहाई तब होता है जब वे जुड़े होते हैं श्रृंखला।