धडा ४: विद्युत प्रवाह आणि चुंबकत्व

आकृतीत : आकृतीत पाणी उंच पातळी A पासून खालच्या पातळी B कडे वाहते तसे भार जास्त विभवाकडून कमी विभवाकडे वाहतात. विभवाचा फरक म्हणजे विभवांतर; त्याचे एकक व्होल्ट.

नियम 1 : विभवांतर — धन भार जास्त स्थितिक विभवाकडून कमी विभवाकडे वाहण्याकडे झुकतो. दोन बिंदूंमधील फरक म्हणजे विभवांतर; SI एकक व्होल्ट. घट नसेल तर विभवांतर नाही आणि म्हणून प्रवाहही नाही.

• सोपे : टॉर्चचा घट विभवांतर देतो आणि बल्ब पेटतो.
• मध्यम : गच्चीवरच्या टाकीतून नळाकडे पाणी उंचीच्या फरकाने वाहते, तसा विद्युत प्रवाह विभवांतरामुळे वाहतो.
• परीक्षेसाठी : घट नसलेला बल्ब पेटत नाही कारण विभवांतर नसते.

आकृतीत : आकृतीत इलेक्ट्रॉन तारेतून ऋण टोकाकडून धन टोकाकडे जातात. परंपरागत प्रवाह उलट दिशेने मानतात.

नियम 2 : प्रवाहाची दिशा — इलेक्ट्रॉन घटाच्या ऋण टोकाकडून धन टोकाकडे वाहतात. जुन्या संकेतानुसार परंपरागत विद्युत प्रवाह धनाकडून ऋणाकडे, म्हणजे उलट दिशेने मानतात.

• सोपे : इलेक्ट्रॉन ऋण टोकाकडून धन टोकाकडे जातात.
• मध्यम : परंपरागत प्रवाह इलेक्ट्रॉन प्रवाहाच्या उलट दिशेने दाखवतात.
• परीक्षेसाठी : मंडल आकृतीत प्रवाहाचे बाण साधारणपणे धन टोकाकडून काढतात.

आकृतीत : आकृतीत 1 अँपिअर म्हणजे 1 कुलोम प्रति सेकंद. 2.5 A प्रवाह तारेच्या कोणत्याही छेदातून दर सेकंदाला 2.5 C भार नेतो, म्हणजे 20 s मध्ये 2.5 × 20 = 50 C.

नियम 3 : विद्युत प्रवाह — प्रवाह म्हणजे दर सेकंदाला वाहणारा भार : I = Q ÷ t. 1 अँपिअर = 1 कुलोम प्रति सेकंद. विद्युत प्रवाह ही अदिश राशी आहे.

• सोपे : 3 A प्रवाह 10 s मध्ये 3 × 10 = 30 C भार नेतो.
• मध्यम : 40 s मध्ये 120 C जातात : प्रवाह = 120 ÷ 40 = 3 A.
• परीक्षेसाठी : 0.5 A प्रवाह 1 मिनिट (60 s) वाहिला तर 0.5 × 60 = 30 C भार जातो.

फरक ओळखा

आकृतीत : कोरड्या घटाच्या आकृतीत : A धातूची टोपी, B ग्रॅफाइट कांडी (धन टोक), C मॅंगनीज डायऑक्साइडची पेस्ट, D जस्ताचे आवरण (ऋण टोक) आणि E झिंक क्लोराइड व अमोनियम क्लोराइडचा ओला लगदा.

नियम 1 : कोरडा घट — यात जस्ताचे आवरण (ऋण) आणि ग्रॅफाइट कांडी (धन) असून झिंक क्लोराइड व अमोनियम क्लोराइडचा ओला लगदा आणि मॅंगनीज डायऑक्साइडची पेस्ट असते. त्याचे आयुष्य जास्त पण मोठा प्रवाह देऊ शकत नाही. रेडिओ, घड्याळ, टॉर्चमध्ये वापरतात.

• सोपे : टीव्ही रिमोटमध्ये छोटे कोरडे घट वापरतात.
• मध्यम : भिंतीवरचे घड्याळ एका कोरड्या घटावर महिनोन्महिने चालते कारण त्याला थोडा प्रवाह लागतो.
• परीक्षेसाठी : कोरडा किंवा जुना घट कधीही कापू किंवा तापवू नका : रसायने गळून त्वचा व डोळ्यांना इजा होऊ शकते. वापरलेले घट संकलन केंद्रात द्या.

आकृतीत : शिसे-आम्ल घटाच्या आकृतीत शिशाचा पत्रा (Pb, ऋण) आणि शिसे डायऑक्साइडचा पत्रा (PbO₂, धन) सौम्य सल्फ्यूरिक आम्लात बुडवलेले असतात. तो सुमारे 2 V देतो आणि पुन्हा भारित करता येतो.

नियम 2 : पुन्हा भारित होणारे घट — शिसे-आम्ल घटात सौम्य सल्फ्यूरिक आम्लात Pb (ऋण) आणि PbO₂ (धन) असतात; तो सुमारे 2 V देतो, पुन्हा भारित होतो आणि मोठा प्रवाह देतो (मोटार, ट्रक, UPS). Ni-Cd घट 1.2 V देतो आणि भारित होतो. लिथियम-आयन घट भारित होतात आणि जास्त ऊर्जा साठवतात (स्मार्ट फोन, लॅपटॉप).

• सोपे : मोबाईल फोन भारित होणारा लिथियम-आयन घट वापरतो.
• मध्यम : पाच Ni-Cd घट श्रेणीत जोडले तर 5 × 1.2 = 6 V.
• परीक्षेसाठी : इन्व्हर्टरमध्ये (UPS) शिसे-आम्ल बॅटरी असते जी वीज गेल्यावर मोठा प्रवाह देते.

आकृतीत : आकृतीत मोटारीची बॅटरी म्हणजे श्रेणीत जोडलेले सहा शिसे-आम्ल घट : 6 × 2 V = 12 V.

नियम 3 : घटमाला — प्रत्येकी 2 V चे सहा शिसे-आम्ल घट श्रेणीत जोडले की मोटार बॅटरीत 6 × 2 = 12 V मिळतात.

• सोपे : 2 V चे दोन घट श्रेणीत जोडल्यास 4 V.
• मध्यम : तीन शिसे-आम्ल घटांपासून 3 × 2 = 6 V.
• परीक्षेसाठी : 12 V च्या बॅटरीसाठी 12 ÷ 2 = 6 शिसे-आम्ल घट लागतात.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत मंडल चिन्हे : P घट (लांब पट्टी धन), Q बल्ब, R कळ (उघडी) आणि S दोन घटांची घटमाला.

नियम 1 : मंडल चिन्हे — प्रत्येक भागाचे प्रमाणित चिन्ह असते : घट (लांब पट्टी धन), बल्ब, कळ (उघडी किंवा बंद) आणि घटमाला. चिन्हांनी मंडल सहज दाखवता येते.

• सोपे : घटाच्या चिन्हातील लांब रेघ धन टोक असते.
• मध्यम : तीन घटांची घटमाला तीन घट चिन्हे एका रांगेत काढून दाखवतात.
• परीक्षेसाठी : चिन्हे काढणे खऱ्या वस्तू काढण्यापेक्षा जलद असते आणि सगळ्यांना समजते.

आकृतीत : आकृतीत बल्ब पूर्ण मंडलातच पेटतो : कळ बंद (Q) असताना प्रवाह वाहतो, कळ उघडी (P) असताना नाही.

नियम 2 : बंद आणि उघडे मंडल — घटाचा होल्डर, बल्ब आणि कळ तारांनी जोडली की मंडल बनते. कळ बंद केल्यावर (पूर्ण मार्ग) बल्ब पेटतो. कळ उघडी असेल तर मार्ग तुटतो आणि प्रवाह वाहत नाही.

• सोपे : दिव्याचा स्विच 'चालू' = बंद मंडल; 'बंद' = उघडे मंडल.
• मध्यम : होल्डरमध्ये सैल बल्ब मार्ग तोडतो आणि दिवा पेटत नाही.
• परीक्षेसाठी : टॉर्च पेटला नाही तर आधी घट उलटा लावला आहे का किंवा संपर्क सैल आहे का (तुटलेले मंडल) ते पाहा.

आकृतीत : श्रेणी जोडणीच्या आकृतीत एका घटाचे धन टोक पुढच्या घटाच्या ऋण टोकाशी जोडलेले असते आणि विभवांतरे बेरजेने वाढतात : 1.5 + 1.5 + 1.5 = 4.5 V.

नियम 3 : श्रेणी जोडणी — श्रेणीत एका घटाचे धन टोक पुढच्या घटाच्या ऋण टोकाशी जोडतात. विभवांतरे बेरजेने वाढतात. अशा जोडलेल्या घटांचा समूह म्हणजे घटमाला.

• सोपे : 1.5 V चे दोन घट श्रेणीत जोडले तर 3 V.
• मध्यम : 1.5 V चे 2 घट असलेला टीव्ही रिमोट 2 × 1.5 = 3 V वर चालतो.
• परीक्षेसाठी : 1.5 V चे चार घट श्रेणीत : 4 × 1.5 = 6 V. त्यांपैकी एक उलटा लावला तर तो एका घटाला रद्द करतो आणि एकूण 3 × 1.5 − 1.5 = 3 V मिळतात.

फरक ओळखा

आकृतीत : ऑर्स्टेडच्या निरीक्षणाच्या आकृतीत कळ उघडी (P) असताना सुई स्थिर असते. प्रवाह वाहतो (Q) तेव्हा सुई विचलित होते; म्हणजे प्रवाह वाहणाऱ्या तारेभोवती चुंबकीय क्षेत्र असते.

नियम 1 : ऑर्स्टेडचा शोध — तारेजवळ ठेवलेली चुंबकीय सुई प्रवाह वाहतो तेव्हा विचलित होते; म्हणजे प्रवाह तारेभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतो. हान्स ख्रिश्चन ऑर्स्टेड यांनी हे प्रथम पाहिले.

• सोपे : कळ उघडी असताना होकायंत्राची सुई हलत नाही.
• मध्यम : जास्त प्रवाहाने सुई जास्त विचलित होते कारण क्षेत्र प्रबळ असते.
• परीक्षेसाठी : तार थेट घटाच्या दोन टोकांना जास्त वेळ जोडून तपासू नका : ती तापते आणि घट रिकामा होतो.

आकृतीत : आकृतीत इन्सुलेटेड तारेचे वेटोळे गुंडाळलेला खिळा प्रवाह वाहत असताना विद्युत चुंबक असतो (P : टाचण्या चिकटतात). कळ उघडली की चुंबकत्व जाते आणि टाचण्या पडतात (Q).

नियम 2 : विद्युत चुंबक — लोखंडी खिळ्यावर किंवा स्क्रूवर इन्सुलेटेड तारेचे वेटोळे गुंडाळले की प्रवाह वाहताना तो विद्युत चुंबक बनतो आणि लोखंडी टाचण्या आकर्षित करतो. प्रवाह थांबला की चुंबकत्व जाते.

• सोपे : कळ चालू असताना खिळ्यावरचे वेटोळे टाचण्या उचलते.
• मध्यम : भंगारच्या यार्डातील क्रेन मोठे विद्युत चुंबक वापरतात; प्रवाह बंद केला की लोखंड सोडता येते.
• परीक्षेसाठी : वेटोळ्यात जास्त फेरे आणि जास्त प्रवाह यांनी चुंबक प्रबळ होतो.

फरक ओळखा

आकृतीत : विद्युत घंटेच्या आकृतीत : A गॉंग, B हातोडी, C लोखंडी तुकड्यावरचे वेटोळे (विद्युत चुंबक), D लोखंडी पट्टी आणि E संपर्क स्क्रू. विश्रांतीत पट्टी स्क्रूला टेकलेली असते, म्हणून कळ बंद केल्यावर प्रवाह वाहतो.

नियम 1 : घंटेचे भाग — यात विद्युत चुंबक, हातोडीसह लोखंडी पट्टी, गॉंग आणि संपर्क स्क्रू असतात. विश्रांतीत पट्टी स्क्रूला टेकलेली असते, म्हणून मंडल पूर्ण असते.

• सोपे : गॉंग हा धातूचा वाटीसारखा भाग ज्यातून आवाज येतो.
• मध्यम : हातोडी लोखंडी पट्टीला जोडलेली असते.
• परीक्षेसाठी : विद्युत घंटा विद्युत प्रवाहाच्या चुंबकीय परिणामावर चालते.

आकृतीत : आकृतीत चुंबकीय झालेले वेटोळे पट्टी D ओढते आणि हातोडी B गॉंग A वर आपटते. पट्टी स्क्रू E पासून सुटते, प्रवाह थांबतो, वेटोळ्याचे चुंबकत्व जाते आणि पट्टी परत येते. हे पुन्हा पुन्हा होते, म्हणून घंटा वाजत राहते.

नियम 2 : घंटा कशी वाजते — प्रवाहाने वेटोळे चुंबकीय होते आणि पट्टी ओढते; हातोडी गॉंगवर आपटते. यामुळे स्क्रूशी संपर्क तुटतो, प्रवाह थांबतो आणि वेटोळ्याचे चुंबकत्व जाते. पट्टी परत येते, संपर्क पुन्हा होतो आणि कळ दाबेपर्यंत हे चालू राहते.

• सोपे : कळ दाबल्यावर वेटोळे चुंबक बनते.
• मध्यम : हातोडी गॉंगवर आपटते, मग संपर्क तुटतो आणि पट्टी परत येते : हे सेकंदाला अनेकदा होते.
• परीक्षेसाठी : संपर्क स्क्रू खूप सैल असेल तर मंडल पूर्ण होत नाही आणि घंटा वाजत नाही.

फरक ओळखा