विद्युत प्रवाह, विद्युत मंडल व विभवांतर
टॉर्चचे बटण दाबताच तो लगेच उजळतो. पंप पाइपच्या वर्तुळात पाणी ढकलतो तसे सेल तारांमधून विद्युत भार ढकलतो.
विद्युत प्रवाह म्हणजे भाराच्या वाहण्याचा दर : एका सेकंदात एका बिंदूतून जाणारा भार. एकक : अँपिअर (1 A = 1 C प्रति s). प्रवाह फक्त बंद मंडलातच वाहतो. संकेतानुसार सेलच्या बाहेर तो धन टोकाकडून ऋण टोकाकडे जातो, पण इलेक्ट्रॉन प्रत्यक्षात उलट दिशेने जातात. विभवांतर म्हणजे दोन बिंदूंमध्ये एक कूलम भार हलवण्यासाठी केलेले कार्य; एकक व्होल्ट (1 V = 1 J प्रति C). सेल रासायनिक क्रियेने ते टिकवतो. अँमीटर (रोध अतिशय कमी) श्रेणीत जोडतात; व्होल्टमीटर (रोध अतिशय जास्त) समांतर जोडतात.
सूत्र / समीकरण : I = Q/t · V = W/Q · 1 A = 1 C/s · 1 V = 1 J/C · एका इलेक्ट्रॉनवरील भार = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
आकृतीत : प्रवाहाला बंद मंडल हवे; अँमीटर मार्गातच असतो, व्होल्टमीटर दोन बिंदूंच्या आडवा असतो.
नियम 1 : विद्युत प्रवाह व भार — प्रवाह म्हणजे दर सेकंदाला जाणारा भार, I = Q/t. म्हणून भार Q = I × t, आणि इलेक्ट्रॉनांची संख्या = भार ÷ 1.6 × 10⁻¹⁹ C.
- सोपे : एका बिंदूतून 25 s मध्ये 150 C जातो : I = 150 ÷ 25 = 6 A.
- मध्यम : चार्जर 15 मिनिटे 1.2 A देतो : t = 900 s, म्हणून Q = 1.2 × 900 = 1080 C.
- परीक्षेसाठी : 8 C मधील इलेक्ट्रॉन : n = 8 ÷ (1.6 × 10⁻¹⁹) = 5 × 10¹⁹.
नियम 2 : विभवांतर व कार्य — विभवांतर म्हणजे प्रति कूलम केलेले कार्य, V = W/Q. म्हणून W = V × Q : व्होल्टेज जास्त तर प्रत्येक कूलमला जास्त ऊर्जा मिळते.
- सोपे : 6 C हलवण्यासाठी 48 J कार्य : V = 48 ÷ 6 = 8 V.
- मध्यम : 6 V ची बॅटरी 7 C हलवते : W = 6 × 7 = 42 J.
- परीक्षेसाठी : बल्बच्या दोन टोकांमध्ये 4.5 V असून त्यातून 0.3 A प्रवाह 20 s वाहतो. भार Q = 0.3 × 20 = 6 C; कार्य W = 4.5 × 6 = 27 J.
अँमीटरचा रोध अतिशय कमी व व्होल्टमीटरचा अतिशय जास्त असतो, म्हणून मापन करताना मंडलात अडथळा येत नाही.
अँमीटर सेलच्या आडवा (समांतर) जोडणे. त्याचा रोध अतिशय कमी असल्याने खूप मोठा प्रवाह वाहतो व तो बिघडू शकतो. अँमीटर फक्त श्रेणीत.
अँमीटर : मार्गात (श्रेणी). व्होल्टमीटर : दोन बिंदूंच्या आडवा (समांतर). आठवणीची युक्ती : "ASVP" : Ammeter Series, Voltmeter Parallel (अँमीटर श्रेणी, व्होल्टमीटर समांतर).
फरक ओळखा
| मुद्दा | अँमीटर | व्होल्टमीटर |
|---|---|---|
| काय मोजतो | प्रवाह (A) | विभवांतर (V) |
| जोडणी | श्रेणीत, रोध अतिशय कमी | समांतर, रोध अतिशय जास्त |
सरावासाठी प्रश्न
- 1विद्युत प्रवाहाचे SI एकक कोणते?
- 2प्रवाह कोणते उपकरण मोजते आणि ते कसे जोडतात?
- 3सेलच्या बाहेर पारंपरिक प्रवाहाची दिशा कोणती?
- 440 s मध्ये 120 C भार वाहतो. प्रवाह काढा.
- 512 V विभवांतरावर 5 C भार हलवण्यासाठी किती कार्य करावे लागते?
- 63.2 C भारात किती इलेक्ट्रॉन असतात?
- 7एका दिव्याच्या दोन टोकांमध्ये 12 V असून त्यातून 0.6 A प्रवाह 5 मिनिटे वाहतो. वाहिलेला भार व केलेले कार्य काढा.
- 8व्होल्टमीटरचा रोध अतिशय जास्त का असावा लागतो?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1अँपिअर (1 A = 1 C प्रति s).
- 2अँमीटर; तो श्रेणीत जोडतात.
- 3धन टोकाकडून ऋण टोकाकडे (इलेक्ट्रॉन उलट जातात).
- 4I = 120 ÷ 40 = 3 A.
- 5W = V × Q = 12 × 5 = 60 J.
- 63.2 ÷ (1.6 × 10⁻¹⁹) = 2 × 10¹⁹ इलेक्ट्रॉन.
- 7t = 300 s, म्हणून Q = 0.6 × 300 = 180 C आणि W = 12 × 180 = 2160 J.
- 8म्हणजे तो जवळजवळ प्रवाह घेत नाही व मोजत असलेल्या मंडलात अडथळा आणत नाही.
ओहमचा नियम व सुवाहकाचा रोध
एकाच नळाच्या दाबावर पातळ नळीपेक्षा जाड बागेची नळी जास्त पाणी देते. तसेच आखूड, जाड तार लांब, पातळ तारेपेक्षा जास्त प्रवाह जाऊ देते.
ओहमचा नियम : स्थिर तापमानाला धातूच्या तारेच्या दोन टोकांमधील विभवांतर प्रवाहाशी समानुपाती असते, म्हणून V ÷ I स्थिर राहते. हा स्थिरांक म्हणजे रोध R (एकक ओहम, 1 Ω = 1 V प्रति A). तारेचा रोध लांबीबरोबर वाढतो, अनुप्रस्थ छेदाचे क्षेत्रफळ वाढले की कमी होतो आणि पदार्थावर अवलंबून असतो; रोधकता ρ हा पदार्थाचा गुणधर्म आहे (एकक Ω m). धातूंची रोधकता अतिशय कमी, नायक्रोमसारख्या मिश्रधातूंची जास्त आणि काच-रबरासारख्या विसंवाहकांची प्रचंड जास्त असते. तापमानानुसारही ती बदलते.
सूत्र / समीकरण : V = IR · I = V/R · R = ρl/A · 1 Ω = 1 V/A · ρ चे एकक = Ω m
आकृतीत : रोध लांबी, क्षेत्रफळ व पदार्थावर अवलंबून असतो; रोधकता फक्त पदार्थावर (व तापमानावर) अवलंबून असते.
ओहमचा नियम व सुवाहकाचा रोध
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : ओहमचा नियम, V = IR — स्थिर तापमानाला रोधकासाठी V ÷ I ही संख्या नेहमी तीच, म्हणजे R. V = IR, I = V ÷ R किंवा R = V ÷ I वापरा.
- सोपे : 12 V विभवांतर 1.5 A प्रवाह वाहवते : R = 12 ÷ 1.5 = 8 Ω.
- मध्यम : 18 Ω च्या रोधकाच्या दोन टोकांमध्ये 27 V आहे : I = 27 ÷ 18 = 1.5 A.
- परीक्षेसाठी : 2 V, 4 V, 6 V साठी 0.2 A, 0.4 A, 0.6 A मिळतात. प्रत्येक वेळी V ÷ I = 10 Ω, म्हणून ओहमचा नियम लागू; V–I आलेख मूलबिंदूतून जाणारी सरळ रेषा, उतार 10 Ω.
नियम 2 : तारेचा रोध, R = ρl/A — R = ρl ÷ A : R लांबी l बरोबर वाढतो, क्षेत्रफळ A बरोबर कमी होतो आणि ρ मार्फत पदार्थावर अवलंबून असतो. लांबी किंवा क्षेत्रफळ बदलले तर R बदलतो, ρ नाही.
- सोपे : लांबी दुप्पट, तीच तार : 5 Ω चा तुकडा 10 Ω होतो.
- मध्यम : R = 4 Ω. तोच पदार्थ, लांबी तिप्पट, क्षेत्रफळ दुप्पट : R = 4 × 3 ÷ 2 = 6 Ω.
- परीक्षेसाठी : एका तारेसाठी R = 8 Ω, l = 2 m, A = 1 × 10⁻⁷ m² : ρ = RA ÷ l = 8 × 10⁻⁷ ÷ 2 = 4 × 10⁻⁷ Ω m.
तापमानाबरोबर रोध बदलतो, म्हणून ओहमचा नियम तापमान स्थिर असतानाच अचूक लागू होतो.
तार कापल्यावर किंवा ताणल्यावर रोधकता बदलते असे म्हणणे. फक्त रोध बदलतो; ρ पदार्थाचा गुणधर्म आहे.
लांब = जास्त R. जाड = कमी R. V-I-R त्रिकोणात अज्ञात झाका. आठवणीची युक्ती : "VIR त्रिकोण" : वर V, खाली I आणि R. V झाकला तर I × R; I झाकला तर V ÷ R; R झाकला तर V ÷ I.
फरक ओळखा
| मुद्दा | रोध R | रोधकता ρ |
|---|---|---|
| अवलंबून | लांबी, क्षेत्रफळ, पदार्थ, तापमान | फक्त पदार्थ व तापमान |
| एकक | ओहम (Ω) | ओहम मीटर (Ω m) |
सरावासाठी प्रश्न
- 1ओहमचा नियम सांगा.
- 21 ओहमची व्याख्या द्या.
- 3तारेची लांबी दुप्पट केली तर तिच्या रोधाचे काय होते?
- 4एका रोधकाच्या दोन टोकांमध्ये 12 V असून त्यातून 0.4 A प्रवाह वाहतो. त्याचा रोध काढा.
- 5तापक कॉइल शुद्ध धातूऐवजी नायक्रोमसारख्या मिश्रधातूची का बनवतात?
- 69 Ω रोधाच्या तारेची त्रिज्या दुप्पट केली (लांबी व पदार्थ तोच). नवीन रोध काढा.
- 73 m लांब व 1.5 × 10⁻⁷ m² अनुप्रस्थ छेदाच्या तारेचा रोध 12 Ω आहे. तिच्या पदार्थाची रोधकता काढा.
- 86 Ω च्या रोधकातून 2 A प्रवाह वाहतो. त्याच्या दोन टोकांमधील विभवांतर तिप्पट केले. नवीन प्रवाह काढा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1स्थिर तापमानाला धातूच्या तारेच्या दोन टोकांमधील विभवांतर तिच्यातून जाणाऱ्या प्रवाहाशी समानुपाती असते (V = IR).
- 2ज्या वाहकावर 1 V लावल्यावर त्यातून 1 A प्रवाह वाहतो त्याचा रोध.
- 3तोही दुप्पट होतो.
- 4R = 12 ÷ 0.4 = 30 Ω.
- 5मिश्रधातूची रोधकता जास्त असते आणि लालभडक तापल्यावर ती सहज ऑक्सिडीकरण पावत नाही किंवा जळत नाही.
- 6क्षेत्रफळ 4 पट होते, म्हणून R = 9 ÷ 4 = 2.25 Ω.
- 7ρ = RA ÷ l = 12 × 1.5 × 10⁻⁷ ÷ 3 = 6 × 10⁻⁷ Ω m.
- 8V = 2 × 6 = 12 V; तिप्पट = 36 V; I = 36 ÷ 6 = 6 A.
श्रेणी व समांतर जोडणीतील रोधक
जुन्या सणाच्या दिव्यांच्या माळेतील एक बल्ब गेला की सगळी माळ बंद पडते, पण घरातील दिवे स्वतंत्रपणे चालतात. पहिले श्रेणी मंडल, दुसरे समांतर मंडल.
श्रेणी : टोकाला टोक जोडलेल्या रोधकांमुळे एकच मार्ग मिळतो, म्हणून सर्वांतून प्रवाह सारखाच, विभवांतरे बेरजेने वाढतात आणि एकूण रोध म्हणजे बेरीज (सर्वांत मोठ्यापेक्षा जास्त). समांतर : एकाच दोन बिंदूंमध्ये जोडलेल्या रोधकांच्या वेगळ्या शाखा बनतात, म्हणून सर्वांवर विभवांतर सारखेच, शाखा-प्रवाह बेरजेने वाढतात आणि रोधांचे व्युत्क्रम बेरजेने जोडले जातात (एकूण रोध सर्वांत लहानापेक्षा कमी). घरातील जोडणी समांतर असते, म्हणून प्रत्येक उपकरणाला पूर्ण व्होल्टेज मिळते व ते स्वतंत्रपणे चालते.
सूत्र / समीकरण : श्रेणी : Rs = R1 + R2 + R3 · समांतर : 1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 · दोन रोधक : Rp = (R1 × R2) ÷ (R1 + R2)
आकृतीत : श्रेणीत रोध वाढतो; समांतरमध्ये मार्ग वाढतात, म्हणून एकूण रोध कमी होतो.
श्रेणी व समांतर जोडणीतील रोधक
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : श्रेणी जोडणी — प्रत्येक रोधकातून प्रवाह सारखा; Rs = R1 + R2 + R3. बॅटरीचे व्होल्टेज वाटले जाते : V = V1 + V2 + V3, आणि मोठ्या रोधकाला मोठा वाटा मिळतो.
- सोपे : 2 Ω, 5 Ω व 8 Ω श्रेणीत : Rs = 2 + 5 + 8 = 15 Ω.
- मध्यम : हाच संच 30 V वर : I = 30 ÷ 15 = 2 A; 5 Ω वरील विभवांतर = 2 × 5 = 10 V.
- परीक्षेसाठी : 4 Ω व R श्रेणीत असून 18 V च्या स्रोतातून 2 A वाहतो. एकूण रोध = 18 ÷ 2 = 9 Ω, म्हणून R = 9 − 4 = 5 Ω; विभवांतरे 8 V व 10 V मिळून 18 V.
नियम 2 : समांतर जोडणी — प्रत्येक शाखेवर विभवांतर सारखे; शाखा-प्रवाह बेरजेने वाढतात : I = I1 + I2. रोधकांसाठी : 1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + … एकूण रोध नेहमी सर्वांत लहान रोधकापेक्षा कमी असतो.
- सोपे : दोन 8 Ω समांतर : 1/Rp = 1/8 + 1/8 = 1/4, म्हणून Rp = 4 Ω.
- मध्यम : 9 Ω व 18 Ω समांतर : Rp = (9 × 18) ÷ (9 + 18) = 162 ÷ 27 = 6 Ω.
- परीक्षेसाठी : 24 V चा स्रोत समांतर 9 Ω व 18 Ω ला : I1 = 24 ÷ 9 = 2.67 A आणि I2 = 24 ÷ 18 = 1.33 A; एकूण 4 A, जे 24 ÷ 6 = 4 A शी जुळते.
समांतर जोडणीत प्रत्येक शाखेला स्रोताचे पूर्ण व्होल्टेज मिळते, आणि शाखा वाढवल्यास एकूण रोध कमी होतो, म्हणून स्रोत जास्त प्रवाह देतो.
समांतर मंडलात रोध थेट बेरजेने जोडणे. व्युत्क्रम वापरा, आणि उत्तर सर्वांत लहान रोधकापेक्षा कमी आहे का ते तपासा.
श्रेणी : प्रवाह सारखा, रोध बेरजेने. समांतर : विभवांतर सारखे, प्रवाह बेरजेने. आठवणीची युक्ती : श्रेणी = "एकच रस्ता, तीच वाहतूक" (प्रवाह सारखा). समांतर = "अनेक रस्ते, सुरुवात व शेवट तोच" (विभवांतर सारखे).
फरक ओळखा
| मुद्दा | श्रेणी | समांतर |
|---|---|---|
| प्रत्येक भागात सारखे | प्रवाह | विभवांतर |
| एकूण रोध | बेरीज, प्रत्येकापेक्षा जास्त | सर्वांत लहानापेक्षा कमी |
सरावासाठी प्रश्न
- 1श्रेणीत जोडलेल्या प्रत्येक रोधकात कोणती राशी सारखी असते?
- 2श्रेणीतील समतुल्य रोधाचे सूत्र लिहा.
- 3घरातील उपकरणे समांतर का जोडतात?
- 4श्रेणीतील 3 Ω, 4 Ω व 11 Ω चा समतुल्य रोध काढा.
- 5समांतर जोडलेल्या दोन 15 Ω रोधकांचा समतुल्य रोध काढा.
- 66 Ω व 9 Ω चे रोधक श्रेणीत 30 V ला जोडले आहेत. प्रवाह काढा.
- 75 Ω चा रोधक 6 Ω व 12 Ω च्या समांतर जोडीशी श्रेणीत असून 18 V च्या बॅटरीला जोडला आहे. बॅटरीतून येणारा प्रवाह काढा.
- 88 Ω व 24 Ω चे रोधक 24 V ला समांतर जोडले आहेत. एकूण प्रवाह काढा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1प्रवाह.
- 2Rs = R1 + R2 + R3.
- 3प्रत्येक उपकरणाला पूर्ण व्होल्टेज मिळते व ते इतरांपासून स्वतंत्र चालते.
- 4Rs = 3 + 4 + 11 = 18 Ω.
- 5Rp = 15 ÷ 2 = 7.5 Ω.
- 6I = 30 ÷ (6 + 9) = 2 A.
- 7जोडी = 72 ÷ 18 = 4 Ω; एकूण = 5 + 4 = 9 Ω; I = 18 ÷ 9 = 2 A.
- 824 ÷ 8 = 3 A आणि 24 ÷ 24 = 1 A, म्हणून एकूण 4 A.
विद्युत प्रवाहाचा उष्णता परिणाम
टोस्टरची तार लाल होऊन चमकते, पण तांब्याची दोरी थंड राहते, जरी दोन्हींतून प्रवाह सारखाच असतो. जास्त रोध असलेली तार जास्त विद्युत ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर करते.
प्रवाह वाहताना फिरणारे इलेक्ट्रॉन वाहकाच्या अणूंशी आदळतात आणि विद्युत ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर होते (उष्णता परिणाम). ज्यूलचा तापन नियम : H = I²Rt, म्हणजे उष्णता प्रवाहाच्या वर्गाने, रोधाने आणि वेळेने वाढते. हीटर, इस्त्री, टोस्टर व बल्बचे तंतू याचा वापर करतात. फ्यूज म्हणजे कमी वितळबिंदूच्या मिश्रधातूची पातळ तार, जी श्रेणीत जोडतात; प्रवाह तिच्या निर्धारित मूल्यापेक्षा जास्त झाला की ती वितळून मंडल तोडते आणि जादा भार व शॉर्ट-सर्किटपासून उपकरणाचे रक्षण करते.
सूत्र / समीकरण : H = I²Rt · H = VIt · H = V²t/R · उष्णतेचे SI एकक : ज्यूल (J)
आकृतीत : निर्माण होणारी उष्णता प्रवाह, रोध व वेळ यांवर अवलंबून असते.
नियम 1 : ज्यूलचा तापन नियम — H = I²Rt. प्रवाह दुप्पट केला तर उष्णता चौपट; रोध किंवा वेळ दुप्पट केला तर उष्णता दुप्पट. व्होल्टेज माहीत असल्यास H = V²t ÷ R वापरा.
- सोपे : 6 Ω मधून 3 A प्रवाह 10 s : H = 3² × 6 × 10 = 540 J.
- मध्यम : एक कॉइल 50 J उष्णता देते. प्रवाह दुप्पट केला (R व t तेच) : H = 4 × 50 = 200 J.
- परीक्षेसाठी : 25 Ω चे हीटर 100 V वर 2 मिनिटे : I = 100 ÷ 25 = 4 A; H = 4² × 25 × 120 = 48 000 J = 48 kJ.
नियम 2 : फ्यूज — फ्यूज श्रेणीत जोडतात, म्हणून संपूर्ण प्रवाह त्यातून जातो. सुरक्षित मूल्याच्या थोड्या वरच्या प्रवाहाला तो वितळतो. उपकरणाच्या नेहमीच्या प्रवाहापेक्षा थोडी जास्त क्षमता निवडा.
- सोपे : 5 A चा फ्यूज प्रवाह 5 A पेक्षा जास्त झाला की वितळतो.
- मध्यम : 220 V वरील 660 W ची इस्त्री I = 660 ÷ 220 = 3 A घेते, म्हणून 5 A चा फ्यूज योग्य; 1 A चा फ्यूज लगेच उडेल.
- परीक्षेसाठी : फ्यूज तारेचा वितळबिंदू कमी का हवा व ती श्रेणीत का जोडतात? कमी वितळबिंदू : जादा प्रवाह वाहताच ती लवकर वितळली पाहिजे. श्रेणी : मंडलातील सर्व प्रवाह तिच्यातून गेला पाहिजे.
तापक घटकाला जास्त रोधकता व उच्च वितळबिंदू हवा (नायक्रोम); फ्यूज तारेला कमी वितळबिंदू हवा (शिसे-कथिल मिश्रधातू).
"सुरक्षिततेसाठी" खूप जास्त क्षमतेचा फ्यूज बसवणे. धोकादायक प्रवाह असतानाही तो वितळणार नाही, म्हणून तारा अतिशय तापू शकतात. योग्य क्षमताच वापरा.
उष्णता ∝ I² × R × t. प्रवाह दुप्पट, उष्णता चौपट. आठवणीची युक्ती : "I-square-R-T" : H = I² R t.
फरक ओळखा
| मुद्दा | हीटर कॉइल | तांब्याची दोरी |
|---|---|---|
| रोध | जास्त | अतिशय कमी |
| समान प्रवाहाने | लालभडक चमक | थंड राहते |
सरावासाठी प्रश्न
- 1विद्युत प्रवाहाचा उष्णता परिणाम म्हणजे काय?
- 2ज्यूलचा तापन नियम सांगा.
- 3विजेच्या बल्बचा तंतू टंगस्टनचा का असतो?
- 48 Ω मधून 2 A प्रवाह 15 s वाहतो. निर्माण होणारी उष्णता काढा.
- 5फ्यूज उपकरणाशी श्रेणीत का जोडतात?
- 6रोध व वेळ तेवढाच राहतो आणि प्रवाह तिप्पट होतो. उष्णतेचे काय होते?
- 730 Ω ची कॉइल 60 V ला 1 मिनिट जोडली आहे. निर्माण होणारी उष्णता काढा.
- 8880 W चे उपकरण 220 V वर चालते. कोणता फ्यूज योग्य : 2 A, 5 A की 30 A? का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1वाहकातून प्रवाह वाहताना विद्युत ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर होते.
- 2निर्माण होणारी उष्णता I², R व t शी समानुपाती असते (H = I²Rt).
- 3टंगस्टनचा वितळबिंदू खूप उच्च असतो, म्हणून तो न वितळता पांढरा शुभ्र तापून चमकू शकतो.
- 4H = 2² × 8 × 15 = 480 J.
- 5म्हणजे संपूर्ण प्रवाह त्यातून जातो आणि प्रवाह खूप जास्त झाल्यावर तो मंडल तोडू शकतो.
- 6उष्णता 9 पट होते.
- 7I = 60 ÷ 30 = 2 A; H = 2² × 30 × 60 = 7200 J.
- 8I = 880 ÷ 220 = 4 A, म्हणून 5 A; 2 A चा फ्यूज उडेल आणि 30 A चा फ्यूज संरक्षण देणार नाही.
विद्युत शक्ती व विद्युत ऊर्जा
वीज बिलात "युनिट" मोजतात. तासन्तास चालणारे हीटर फोन चार्जरपेक्षा खूप महाग पडते, कारण बिल उपकरणाची शक्ती आणि ते चालण्याचा वेळ या दोन्हींवर अवलंबून असते.
विद्युत शक्ती म्हणजे विद्युत ऊर्जा वापरण्याचा दर : P = W ÷ t = VI = I²R = V² ÷ R. एकक : वॅट (1 W = 1 J प्रति s = 1 V × 1 A). वापरलेली ऊर्जा = शक्ती × वेळ. व्यावसायिक एकक किलोवॅट-तास (kWh), त्यालाच विजेचे एक "युनिट" म्हणतात : 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J. "220 V, 60 W" लिहिलेला बल्ब 220 V ला जोडल्यावर दर सेकंदाला 60 J ऊर्जा वापरतो. खर्च = युनिट × प्रति युनिट दर.
सूत्र / समीकरण : P = VI = I²R = V²/R · E = P × t · 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J
आकृतीत : kW मधील शक्ती × तास = युनिट; युनिट × दर = बिल.
नियम 1 : उपकरणाची शक्ती — P = VI. ओहमच्या नियमाने तीच शक्ती P = I²R किंवा P = V² ÷ R अशीही लिहिता येते. "120 V, 60 W" म्हणजे उपकरण 120 V वर दर सेकंदाला 60 J वापरते.
- सोपे : 12 V व 2.5 A : P = 12 × 2.5 = 30 W.
- मध्यम : 50 Ω चे हीटर 100 V वर : P = V² ÷ R = 10 000 ÷ 50 = 200 W.
- परीक्षेसाठी : बल्ब "120 V, 60 W" : I = P ÷ V = 60 ÷ 120 = 0.5 A; R = V² ÷ P = 14 400 ÷ 60 = 240 Ω.
नियम 2 : ऊर्जा व खर्च — kWh मधील ऊर्जा = kW मधील शक्ती × तासांतील वेळ. खर्च = युनिट × दर. आधी वॅटचे किलोवॅट (÷ 1000) व मिनिटांचे तास (÷ 60) करा.
- सोपे : 800 W ची इस्त्री 3 तास : 0.8 kW × 3 h = 2.4 kWh.
- मध्यम : प्रति युनिट Rs 7 दराने 2.4 युनिटचा खर्च 2.4 × 7 = Rs 16.8.
- परीक्षेसाठी : प्रत्येकी 20 W चे तीन दिवे रोज 6 तास, 30 दिवस : 0.06 kW × 6 × 30 = 10.8 kWh; प्रति युनिट Rs 5 दराने खर्च Rs 54.
1 kWh = 1 युनिट = 3.6 × 10⁶ J. घरातील वीज मीटर ऊर्जा kWh मध्ये नोंदवतो.
वॅटचे किलोवॅट करायला विसरणे : 1500 W, 2 तास म्हणजे 1.5 × 2 = 3 kWh, 3000 kWh नाही.
युनिट = kW × तास. खर्च = युनिट × दर. आठवणीची युक्ती : "PIV" : P = I × V. आणि "किलोवॅट × तास = एक युनिट".
फरक ओळखा
| मुद्दा | वॅट (W) | किलोवॅट-तास (kWh) |
|---|---|---|
| काय मोजतो | शक्ती (ऊर्जा वापरण्याचा दर) | ऊर्जा (एकूण वापर) |
| बरोबर | 1 ज्यूल प्रति सेकंद | 3.6 × 10⁶ ज्यूल |
सरावासाठी प्रश्न
- 1विद्युत शक्तीची व्याख्या द्या.
- 2शक्तीचे SI एकक कोणते आणि 1 W म्हणजे काय?
- 31 kWh मध्ये किती ज्यूल असतात?
- 49 V व 2 A वर चालणाऱ्या उपकरणाची शक्ती काढा.
- 5100 W चा पंखा 5 तासांत किती ऊर्जा वापरतो ते काढा.
- 6प्रति युनिट Rs 7 दराने 4 kWh चा खर्च काढा.
- 72 kW चे गीझर रोज 45 मिनिटे, 30 दिवस चालते. प्रति युनिट Rs 6 दराने महिन्याचा खर्च काढा.
- 8"240 V, 60 W" लिहिलेल्या बल्बचा प्रवाह व रोध काढा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1विद्युत ऊर्जा वापरण्याचा दर (P = W ÷ t).
- 2वॅट; 1 W म्हणजे दर सेकंदाला 1 ज्यूल ऊर्जा वापरली जाते.
- 33.6 × 10⁶ J.
- 4P = VI = 9 × 2 = 18 W.
- 50.1 kW × 5 h = 0.5 kWh.
- 64 × 7 = Rs 28.
- 72 × 0.75 × 30 = 45 kWh; खर्च = 45 × 6 = Rs 270.
- 8I = 60 ÷ 240 = 0.25 A; R = 240² ÷ 60 = 57 600 ÷ 60 = 960 Ω.