विद्युत धारा का चुंबकीय प्रभाव
दीवार में छिपी तार में बिजली है या नहीं, यह जाँचने के लिए चौकीदार उसके पास छोटा दिक्सूचक पकड़ता है; सुई हिले तो धारा बह रही है। धारा दिखती नहीं, पर दिक्सूचक पर उसका असर दिखता है।
जब विद्युत धारा किसी चालक (जैसे तार) से बहती है तो उसके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र बनता है। इसे विद्युत धारा का चुंबकीय प्रभाव कहते हैं। जिस क्षेत्र में दिक्सूचक की सुई विक्षेपित होती है, वह चुंबकीय क्षेत्र है।
मुख्य विचार 1 : ऑर्स्टेड की खोज — 1820 में हैंस क्रिस्चियन ऑर्स्टेड ने देखा कि परिपथ बंद या खोलते समय तार के पास दिक्सूचक की सुई विक्षेपित होती है। उन्होंने जाँच करके पक्का किया और निष्कर्ष प्रकाशित किए; अन्य वैज्ञानिकों ने प्रयोग दोहराया।
- आसान : दिक्सूचक की सुई छोटा चुंबक होती है; पास में धारा बहे तो वह विक्षेपित होती है।
- मध्यम : स्विच बंद (OFF) करने पर चुंबकीय प्रभाव समाप्त हो जाता है और सुई अपनी मूल दिशा में लौट आती है।
- परीक्षा-प्रकार : यह प्रभाव गत्ते जैसे अचुंबकीय पदार्थों से होकर जाता है, इसलिए गत्ते पर लगी तार के नीचे रखा दिक्सूचक भी विक्षेपित होता है।
आकृति में : बाईं ओर धारा नहीं है और सुई उत्तर की ओर है। दाईं ओर धारा बहती है और सुई मुड़ जाती है।
मुख्य विचार 2 : उपयोग और बड़ा चुंबक — घंटी, मोटर, पंखे, लाउडस्पीकर और विद्युत चुंबक इसी प्रभाव पर चलते हैं। पृथ्वी के क्रोड में बहता तरल लोहा विद्युत धाराएँ बनाता है, इसलिए पृथ्वी भी विशाल चुंबक की तरह व्यवहार करती है; पक्षी और मछलियाँ इस क्षेत्र से दिशा खोजते हैं और यह हमें अंतरिक्ष के हानिकारक कणों से बचाता है।
- आसान : परिपथ पूरा न हो तो धारा नहीं बहती और चुंबकीय क्षेत्र भी नहीं बनता।
- मध्यम : बिना लैंप के परिपथ में धारा बह रही है या नहीं, यह जाँचने के लिए तार के पास दिक्सूचक रखें।
- परीक्षा-प्रकार : बिजली और चुंबकत्व जुड़े हैं : धारा चुंबकीय क्षेत्र बनाती है और (आगे की कक्षाओं में) गतिशील चुंबक धारा उत्पन्न कर सकता है।
सुई का विक्षेप बताता है कि तार में धारा बह रही है।
तार को स्वयं स्थायी चुंबक समझना। वह धारा बहते समय ही चुंबक की तरह व्यवहार करती है।
स्विच के साथ सुई को देखें। याद रखने की युक्ति : ON = सुई भटकी; OFF = सुई वापस अपनी जगह।
अंतर पहचानें
| स्विच | धारा | दिक्सूचक की सुई |
|---|---|---|
| ON | बहती है | विक्षेपित होती है |
| OFF | रुकती है | मूल दिशा में लौट आती है |
अभ्यास के प्रश्न
- 1दिक्सूचक की सुई क्या होती है?
- 2बिजली और चुंबकत्व का संबंध किसने खोजा?
- 3स्विच बंद करने पर सुई का क्या होता है?
- 4सुई केवल धारा बहते समय ही क्यों विक्षेपित होती है?
- 5धारा के चुंबकीय प्रभाव पर चलने वाले दो उपकरण बताइए।
- 6गत्ते पर लगी तार के नीचे रखा दिक्सूचक फिर भी क्यों विक्षेपित होता है?
- 7अनाया स्विच बंद करती है पर सुई नहीं हिलती। एक संभावित कारण बताइए।
- 8आपके पास सेल, स्विच और तार है पर लैंप नहीं। धारा जाँचने के लिए क्या करेंगे?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1छोटा चुंबक।
- 2हैंस क्रिस्चियन ऑर्स्टेड।
- 3वह अपनी मूल दिशा में लौट आती है।
- 4धारा तार के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र बनाती है; धारा न हो तो क्षेत्र नहीं होता।
- 5बिजली की घंटी और लाउडस्पीकर (साथ ही मोटर, पंखा)।
- 6चुंबकीय प्रभाव गत्ते जैसे अचुंबकीय पदार्थों से होकर जाता है।
- 7परिपथ पूरा नहीं है, इसलिए धारा नहीं बह रही।
- 8तार के पास दिक्सूचक रखें; सुई विक्षेपित हो तो धारा है।
विद्युत चुंबक
कबाड़ के अड्डे पर क्रेन बड़ा गोल चुंबक पुराने लोहे के ढेर पर ले जाती है। चालक ON दबाता है तो लोहा चिपक जाता है; ट्रक के ऊपर OFF दबाते ही पूरा भार गिर जाता है। साधारण चुंबक ऐसे नहीं छोड़ सकता।
तार की जो धारावाही कुंडली चुंबक की तरह व्यवहार करे उसे विद्युत चुंबक कहते हैं। अधिकतर विद्युत चुंबकों में कुंडली के भीतर अधिक प्रबलता के लिए लोहे का क्रोड होता है।
मुख्य विचार 1 : कैसे बनाएँ और प्रबल करें — लोहे की कील पर विद्युतरोधी तार कसकर लपेटें और सिरे सेल से जोड़ें। कील पेपर क्लिप उठाती है; धारा रोकते ही क्लिप गिर जाते हैं।
- आसान : धारा न हो तो कुंडली चुंबक नहीं होती।
- मध्यम : अधिक सेल (अधिक धारा) और कुंडली के अधिक फेरों से प्रबलता बढ़ती है।
- परीक्षा-प्रकार : कागज़ की नली वाली कुंडली में लोहे की कील डालने पर दिक्सूचक बहुत अधिक विक्षेपित होता है; कुंडली को सेल से केवल कुछ सेकंड जोड़ें, वरना सेल जल्दी कमज़ोर हो जाता है।
आकृति में : तार की कुंडली लोहे के क्रोड पर लपेटी है और सेल से जुड़ी है; क्लिप कील के सिरे से चिपके हैं।
विद्युत चुंबक
ऐप में इस आकृति को हाथ से हिलाकर देख सकते हैं।
ऐप में खोलेंमुख्य विचार 2 : ध्रुव और उठाने वाले चुंबक — विद्युत चुंबक के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव होते हैं, और धारा की दिशा उलटने पर ध्रुव बदल जाते हैं। क्रेन पर लगा उठाने वाला विद्युत चुंबक ON करके लोहे-स्टील की वस्तुएँ उठाता है और OFF करके छोड़ता है।
- आसान : विद्युत चुंबक के दो ध्रुव होते हैं।
- मध्यम : दिक्सूचक का उत्तरी ध्रुव सिरे A की ओर खिंचे तो सिरा A दक्षिणी ध्रुव है।
- परीक्षा-प्रकार : सेल बदले बिना मॉडल क्रेन चुंबक से अधिक उठवाना हो तो फेरे बढ़ाएँ और लोहे का क्रोड रखें।
प्रबलता धारा और फेरों पर निर्भर है; ध्रुव धारा की दिशा पर निर्भर हैं।
स्विच OFF करने के बाद भी विद्युत चुंबक का चुंबकीय रहना मानना। धारा रुकते ही वह चुंबकत्व खो देता है।
प्रबल होने के तीन तरीके। याद रखने की युक्ति : से-फे-लो = सेल, फेरे, लोहे का क्रोड; धारा उलटो तो ध्रुव उलट जाते हैं।
अंतर पहचानें
| बिंदु | साधारण (स्थायी) चुंबक | विद्युत चुंबक |
|---|---|---|
| चुंबकत्व | हमेशा रहता है | केवल धारा बहते समय |
| प्रबलता | निश्चित | बदली जा सकती है |
| ध्रुव | निश्चित | उलटे जा सकते हैं |
अभ्यास के प्रश्न
- 1विद्युत चुंबक क्या है?
- 2कौन-सा क्रोड विद्युत चुंबक को प्रबल बनाता है?
- 3विद्युत चुंबक के कितने ध्रुव होते हैं?
- 4विद्युत चुंबक को प्रबल बनाने के दो तरीके बताइए।
- 5विद्युत चुंबक के ध्रुव कैसे उलटे जा सकते हैं?
- 6कबाड़ के अड्डे पर उठाने वाला विद्युत चुंबक क्यों उपयोगी है?
- 7एक जैसी कीलों और एक ही सेल के साथ कुंडली A में 20 फेरे और कुंडली B में 60 फेरे हैं। कौन अधिक क्लिप उठाएगी और क्यों?
- 8क्रेन चालक को छाँटा हुआ स्टील नई जगह छोड़ना है। उसे क्या करना चाहिए?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1चुंबक की तरह व्यवहार करने वाली धारावाही तार की कुंडली।
- 2लोहे का क्रोड (कील)।
- 3दो : उत्तरी और दक्षिणी।
- 4अधिक सेल (अधिक धारा) या कुंडली के अधिक फेरे लगाएँ।
- 5धारा की दिशा उलट दें।
- 6उसे ON करके उठाया और OFF करके भार छोड़ा जा सकता है।
- 7कुंडली B, क्योंकि अधिक फेरों से चुंबक अधिक प्रबल होता है।
- 8धारा बंद (OFF) करनी चाहिए।
विद्युत धारा का ऊष्मीय प्रभाव
फ़ोन बहुत देर चार्ज करने पर चार्जर गुनगुना लगता है। ब्रेड टोस्टर के अंदर नारंगी चमक दिखती है और उसकी तारें इतनी गर्म होती हैं कि ब्रेड सिक जाता है। जो बिजली लैंप जलाती है, वही तारों को गर्म करती है।
चालक से धारा बहने पर उसे प्रतिरोध नामक विरोध मिलता है और कुछ विद्युत ऊर्जा ऊष्मा में बदल जाती है। यह विद्युत धारा का ऊष्मीय प्रभाव है।
मुख्य विचार 1 : ऊष्मा किस पर निर्भर है? — तार में ऊष्मा धारा, पदार्थ, मोटाई, लंबाई और धारा बहने के समय पर निर्भर करती है। नाइक्रोम का प्रतिरोध ताँबे से अधिक है, इसलिए वह बहुत अधिक गर्म होता है।
- आसान : ऊष्मीय प्रभाव का अर्थ है धारा बहने पर चालक का गर्म होना।
- मध्यम : 2 सेल की बैटरी से उसी नाइक्रोम तार में 1 सेल से अधिक ऊष्मा बनती है, क्योंकि धारा अधिक होती है।
- परीक्षा-प्रकार : समान धारा में ताँबे की जोड़ने वाली तार ठंडी रहती है, पर हीटर की कुंडली लाल चमकती है, क्योंकि कुंडली का प्रतिरोध बहुत अधिक है।
आकृति में : हर स्तंभ एक कारक दिखाता है; अधिक धारा, उच्च प्रतिरोध वाला पदार्थ और अधिक समय से अधिक ऊष्मा मिलती है।
मुख्य विचार 2 : उपयोग और खतरे — हीटर, चूल्हा, केतली, इस्त्री, पानी गर्म करने की छड़, हेयर ड्रायर और तापदीप्त लैंप तापन अवयव का उपयोग करते हैं। इस्पात कारखाने कबाड़ पिघलाने के लिए विद्युत भट्टियाँ उपयोग करते हैं। पर अधिक ऊष्मा से प्लग-सॉकेट पिघलकर आग लग सकती है और लंबी तारों में ऊष्मा व्यर्थ जाती है।
- आसान : तापन अवयव गर्म होने वाली तार की छड़ या कुंडली है।
- मध्यम : प्लग, सॉकेट और तारें धारा की क्षमता के अनुसार होनी चाहिए, वरना वे अधिक गर्म होती हैं।
- परीक्षा-प्रकार : गर्म नाइक्रोम तार को केवल क्षण भर और शिक्षक की देखरेख में छुएँ, क्योंकि देर तक पकड़ने पर उँगलियाँ जल सकती हैं।
प्रतिरोध कुछ विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा में बदल देता है।
सब तारें बराबर गर्म होती हैं, ऐसा मानना। उच्च प्रतिरोध वाला नाइक्रोम ताँबे से बहुत अधिक गर्म होता है।
प्रतिरोध और ऊष्मा को जोड़ें। याद रखने की युक्ति : प्र-ऊ = प्रतिरोध अधिक, ऊष्मा अधिक; नाइक्रोम = अंगारा, ताँबा = ठंडा।
अंतर पहचानें
| बिंदु | चुंबकीय प्रभाव | ऊष्मीय प्रभाव |
|---|---|---|
| क्या होता है | चुंबकीय क्षेत्र बनता है | तार गर्म होती है |
| उपकरणों के उदाहरण | घंटी, मोटर, लाउडस्पीकर | केतली, इस्त्री, हीटर |
अभ्यास के प्रश्न
- 1विद्युत धारा का ऊष्मीय प्रभाव क्या है?
- 2हीटर में सामान्यतः कौन-सी तार उपयोग होती है?
- 3तापन अवयव क्या है?
- 4नाइक्रोम तार गर्म क्यों होती है?
- 5समान आकार की नाइक्रोम और ताँबे की तार में कौन अधिक गर्म होती है?
- 6ऊष्मीय प्रभाव का उपयोग करने वाले दो उपकरण बताइए।
- 7एक नई केतली का प्लग कुछ मिनट में पिघल जाता है। एक संभावित कारण बताइए।
- 8लंबी संचरण तारों में कुछ विद्युत ऊर्जा व्यर्थ क्यों जाती है?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1धारा बहने पर चालक का गर्म होना।
- 2नाइक्रोम तार।
- 3गर्म होने वाली तार की छड़ या कुंडली।
- 4वह धारा का विरोध (प्रतिरोध) करती है और कुछ विद्युत ऊर्जा ऊष्मा में बदल जाती है।
- 5नाइक्रोम।
- 6बिजली की केतली और बिजली की इस्त्री (कोई दो)।
- 7प्लग और तार उस धारा के लिए उपयुक्त नहीं हैं, इसलिए अधिक गर्म होते हैं।
- 8ऊष्मीय प्रभाव से तारें गर्म होती हैं और ऊर्जा ऊष्मा के रूप में व्यर्थ जाती है।
वोल्टीय सेल और नींबू सेल
महीनों से दराज़ में पड़ी टॉर्च की रोशनी मंद पड़ती है और फिर बंद हो जाती है। उसके सेल में रासायनिक बदलाव धीरे-धीरे बिजली दे रहा था और रसायन समाप्त होने पर सेल "मृत" हो गया।
वोल्टीय सेल में दो भिन्न धातुओं की छड़ें (इलेक्ट्रोड) एक द्रव (विद्युत अपघट्य), जैसे दुर्बल अम्ल या नमक के विलयन, में आंशिक रूप से डूबी होती हैं। उनके बीच रासायनिक अभिक्रिया से बिजली बनती है।
मुख्य विचार 1 : वोल्टीय सेल कैसे काम करता है — अभिक्रिया से धारा मिलती है जो धन टर्मिनल से परिपथ से होकर ऋण टर्मिनल की ओर बहती है। समय के साथ रसायन समाप्त हो जाते हैं और सेल मृत हो जाता है।
- आसान : वोल्टीय सेल में दो भिन्न धातु की छड़ें और विद्युत अपघट्य होता है।
- मध्यम : जस्ता-ताँबा या लोहा-ताँबा सामान्य धातु-जोड़ियाँ हैं।
- परीक्षा-प्रकार : दो एक जैसी धातुओं की छड़ों से सेल नहीं बनता, क्योंकि दो भिन्न धातुएँ चाहिए।
आकृति में : दो भिन्न छड़ें द्रव में डूबी हैं और तारों से लैंप से जुड़ी हैं।
मुख्य विचार 2 : इतिहास और नींबू सेल — गैलवानी ने दो धातुओं से छूने पर मरे मेंढक की टाँग हिलती देखी और माना कि बिजली मेंढक से आती है। नमक के पानी में भीगे कागज़ से वोल्टा ने सिद्ध किया कि दो धातुएँ और द्रव ही काफ़ी हैं। ताँबे की तार, लोहे की कील और विद्युत अपघट्य के रूप में नींबू के रस से नींबू सेल बन सकता है; पाँच-छह नींबू जोड़कर LED जलाया जा सकता है।
- आसान : नींबू सेल में नींबू का रस विद्युत अपघट्य है।
- मध्यम : LED न जले तो उसके जोड़ उलटें, क्योंकि LED से धारा केवल एक दिशा में बहती है।
- परीक्षा-प्रकार : एक नींबू केवल थोड़ी धारा देता है, इसलिए अधिक धारा के लिए कई जोड़ते हैं।
LED का जलना बताता है कि सेल काम कर रहा है और धारा बह रही है।
वोल्टीय सेल की बिजली नींबू या मेंढक से आती है, ऐसा मानना। वह दो धातुओं की विद्युत अपघट्य से रासायनिक अभिक्रिया से आती है।
सामग्री गिनें। याद रखने की युक्ति : 2 भिन्न धातुएँ + 1 द्रव = वोल्टा; गैलवानी = मेंढक की टाँग हिली।
अंतर पहचानें
| वैज्ञानिक | क्या माना | क्या देखा/दिखाया |
|---|---|---|
| गैलवानी | बिजली मेंढक से आती है | मरे मेंढक की टाँग हिली |
| वोल्टा | बिजली धातुओं से आती है | दो धातुओं और गीले कागज़ से धारा मिली |
अभ्यास के प्रश्न
- 1वोल्टीय सेल की धातु की छड़ों को क्या कहते हैं?
- 2वोल्टीय सेल के द्रव को क्या कहते हैं?
- 3"मृत" सेल क्या है?
- 4वोल्टीय सेल में बिजली कैसे बनती है?
- 5नींबू सेल में कौन-सी दो धातुएँ उपयोग कर सकते हैं?
- 6LED न जले तो क्या करके देखेंगे?
- 7एक विद्यार्थी नींबू में दो एक जैसी लोहे की कीलें डालता है। कुछ क्यों नहीं होता?
- 8वोल्टीय सेल ने कुछ घंटे लैंप जलाया और फिर वह बुझ गया। क्यों?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1इलेक्ट्रोड।
- 2विद्युत अपघट्य।
- 3वह सेल जिसके रसायन समाप्त हो गए हैं और जो बिजली नहीं दे सकता।
- 4छड़ों और विद्युत अपघट्य के बीच रासायनिक अभिक्रिया से।
- 5ताँबा और लोहा।
- 6LED के जोड़ उलटें।
- 7सेल के लिए दो भिन्न धातुओं के इलेक्ट्रोड चाहिए।
- 8रसायन समाप्त हो गए और सेल मृत हो गया।
शुष्क सेल और रिचार्जेबल बैटरियाँ
टीवी का रिमोट दो छोटे सेल से चलता है, जिन्हें कुछ महीनों बाद फेंकना पड़ता है। मोबाइल फ़ोन को हर रात चार्ज पर लगाते हैं और फिर उपयोग करते हैं। दोनों बैटरियाँ हैं, पर अलग तरह से व्यवहार करती हैं।
शुष्क सेल में विद्युत अपघट्य के रूप में गाढ़ा नम लेप होता है और वह एक बार उपयोग होता है। रिचार्जेबल बैटरी को कई बार चार्ज करके दोबारा उपयोग किया जा सकता है।
मुख्य विचार 1 : शुष्क सेल — जस्ते का पात्र ऋण टर्मिनल होता है और बीच में धातु की टोपी वाली कार्बन की छड़ धन टर्मिनल; लेप उनके बीच होता है। इसमें छलकने वाला द्रव नहीं होता, इसलिए इसे "शुष्क" कहते हैं और इसे आसानी से ले जाया जा सकता है।
- आसान : शुष्क सेल एकल उपयोग का सेल है।
- मध्यम : जस्ते का पात्र ऋण; टोपी सहित कार्बन की छड़ धन।
- परीक्षा-प्रकार : शुष्क सेल वोल्टीय सेल से सुविधाजनक है, क्योंकि उसमें छलकने वाला द्रव नहीं होता और उसे ले जाना आसान है।
आकृति में : हर स्तंभ एक प्रकार का सेल और उसका उपयोग दिखाता है।
मुख्य विचार 2 : रिचार्जेबल और भविष्य की बैटरियाँ — रिचार्जेबल बैटरियाँ पैसे बचाती हैं और कचरा घटाती हैं, पर कई बार चार्ज होने पर वे धीरे-धीरे घिस जाती हैं, इसलिए एक-दो साल बाद फ़ोन को अधिक बार चार्ज करना पड़ता है। लिथियम-आयन बैटरी सबसे सामान्य है। लिथियम और कोबाल्ट सीमित हैं, इसलिए देश पुरानी बैटरियों का पुनर्चक्रण करते हैं और सुरक्षित ठोस-अवस्था बैटरियों पर काम करते हैं।
- आसान : मोबाइल फ़ोन की बैटरी रिचार्जेबल होती है।
- मध्यम : ठोस-अवस्था बैटरियाँ द्रव या लेप विद्युत अपघट्य की जगह ठोस पदार्थ उपयोग करती हैं।
- परीक्षा-प्रकार : जो परिवार रोज़ फ़ोन उपयोग करता है उसे रिचार्जेबल बैटरी चुननी चाहिए, क्योंकि उसे कई बार उपयोग किया जा सकता है।
रिचार्जेबल बैटरियाँ हमेशा नहीं चलतीं; वे धीरे-धीरे घिसती हैं।
साधारण शुष्क सेल को रिचार्ज करने की कोशिश करना। वह एकल उपयोग का होता है और फेंकना पड़ता है।
दो शब्द। याद रखने की युक्ति : शुष्क = शेष (फेंको); रिचार्जेबल = री-यूज़ (फिर उपयोग)।
अंतर पहचानें
| बिंदु | शुष्क सेल | रिचार्जेबल बैटरी |
|---|---|---|
| उपयोग | एक बार | कई बार |
| विद्युत अपघट्य | नम लेप | द्रव, लेप या ठोस (ठोस-अवस्था) |
| उदाहरण | टॉर्च, रिमोट | फ़ोन, लैपटॉप, इन्वर्टर |
अभ्यास के प्रश्न
- 1शुष्क सेल को "शुष्क" क्यों कहते हैं?
- 2शुष्क सेल का कौन-सा भाग ऋण टर्मिनल है?
- 3एक रिचार्जेबल बैटरी का नाम बताइए।
- 4रिचार्जेबल बैटरियों के दो लाभ बताइए।
- 5आज सबसे सामान्य रिचार्जेबल बैटरी कौन-सी है?
- 6ठोस-अवस्था बैटरी में द्रव या लेप की जगह क्या होता है?
- 7देश अब पुरानी बैटरियों का पुनर्चक्रण क्यों करते हैं?
- 8मृत शुष्क सेल और उतरी फ़ोन बैटरी दोनों काम करना बंद कर देते हैं। अंतर क्या है?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1उसका विद्युत अपघट्य द्रव नहीं, गाढ़ा नम लेप होता है।
- 2जस्ते का पात्र।
- 3मोबाइल फ़ोन की बैटरी (या लैपटॉप बैटरी)।
- 4कई बार उपयोग हो सकता है, पैसे बचते हैं और कचरा घटता है।
- 5लिथियम-आयन बैटरी।
- 6ठोस पदार्थ।
- 7लिथियम और कोबाल्ट सीमित हैं और केवल कुछ स्थानों पर खनन होता है।
- 8फ़ोन बैटरी रिचार्ज हो सकती है; शुष्क सेल को फेंकना पड़ता है।