विद्युत बल्ब में प्रकाश उत्पन्न करने के लिए विद्युत तापन का उपयोग किया जाता है। टंगस्टन से बने फिलामेंट्स को कई कारणों से प्रकाश बल्बों में पसंद किया जाता है:
- उच्च गलनांक: टंगस्टन का गलनांक असाधारण रूप से लगभग 3,400°C होता है, जो इसे फिलामेंट से विद्युत प्रवाह गुजरने पर उत्पन्न उच्च तापमान को सहन करने के लिए उपयुक्त बनाता है।
- उच्च प्रतिरोधकता: टंगस्टन में उच्च विद्युत प्रतिरोध होता है, जो ऊष्मा के रूप में ऊर्जा हानि को कम करते हुए विद्युत ऊर्जा को कुशलतापूर्वक विकिरण ऊर्जा (प्रकाश) में परिवर्तित करने की अनुमति देता है।
पहलू | स्थिर वैद्युतिकी | धारा वैद्युतिकी |
परिभाषा | किसी वस्तु की सतह पर विद्युत आवेश के वर्धन (निर्माण) को दर्शाता है | किसी चालक के माध्यम से विद्युत आवेश के प्रवाह को संदर्भित करता है |
शामिल पदार्थ | उच्च प्रतिरोध वाले विद्युतरोधी पदार्थ | कम प्रतिरोध वाले चालक पदार्थ |
कारण |
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आवेश का व्यवहार | आवेश तब तक स्थिर रहते हैं जब तक उनका प्रवाह नहीं किया जाता | आवेश एक परिपथ के माध्यम से निरंतर गति करते रहते हैं |
उदाहरण | बालों पर गुब्बारा रगड़ना, सूखने के बाद कपड़े आपस में चिपक जाना, बिजली गिरना | विद्युत उपकरण उपकरण, इलेक्ट्रॉनिक्स,घरेलू औद्योगिक मशीनरी |
उपयोग | एयर फिल्टर: धूल हटाने वाले उपकरण जो वायुजनित कणों को हटाने के लिए पदार्थो के बीच आवेश अंतर का लाभ उठाते हैं। |
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चुंबकीय क्षेत्र | चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित नहीं करता | चुंबकीय क्षेत्र प्रेरित करता है |
मापने का उपकरण | गोल्ड लीफ इलेक्ट्रोस्कोप | अमीटर |
विद्युत धारा का तापीय प्रभाव, जिसे जूल हीटिंग (प्रतिरोध तापन) के रूप में भी जाना जाता है, तब होता है जब किसी सर्किट में प्रतिरोध के कारण विद्युत ऊर्जा ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यह घटना विशेष रूप से केवल प्रतिरोधी तत्वों से बने परिपथ में प्रमुख है, जहां स्रोत से ऊर्जा पूरी तरह से गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है।
विद्युत धारा के तापीय प्रभाव के व्यावहारिक अनुप्रयोगों में शामिल हैं:
- विद्युत साधित्र: आयरन, टोस्टर, ओवन, केतली और हीटर जैसे घरेलू उपकरण जूल हीटिंग का उपयोग करते हैं, जो खाना पकाने और तापन जैसे कार्यों के लिए विद्युत ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित करते हैं।
- विद्युत बल्ब: जबकि फिलामेंट द्वारा खपत की गई अधिकांश ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, एक हिस्सा दृश्य प्रकाश के रूप में विकिरणित होता है, जो बल्ब के रोशनी के उद्देश्य को पूरा करता है।
- विद्युत फ़्यूज़: जब विद्युत परिपथ में सुरक्षा सीमा से अत्यधिक विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो फ़्यूज़ तार प्रतिरोध तापन के कारण अतितप्त हो जाता है, पिघल जाता है और परिपथ को तोड़ देता है, जिससे क्षति को रोका जा सकता है।
- तूफ़ान जटिल वायुमंडलीय घटनाएँ हैं जो गर्म, नम हवा के तेजी से ऊपर की ओर बढ़ने और क्यूम्यलोनिम्बस बादलों के निर्माण की विशेषता हैं। बादल के भीतर मजबूत अपड्राफ्ट(हवा का ऊपर उठना ) पानी की बूंदों को अधिक ऊंचाई तक ले जाते हैं, जहां वे जम जाते हैं और बर्फ के क्रिस्टल का निर्माण करते हैं।
- बादलों के भीतर, बर्फ के कणों में वृद्धि, टकराव, फ्रैक्चर और पृथक्करण होता है, जिससे छोटे कणों को धनात्मक आवेश और बड़े कणों को ऋणात्मक आवेश प्राप्त होता है। ये आवेशित कण अपड्राफ्ट और गुरुत्वाकर्षण द्वारा अलग हो जाते हैं, जिससे एक द्विध्रुवीय संरचना स्थापित हो जाती है, जिसमें बादल का ऊपरी भाग धनात्मक रूप से आवेशित और मध्य भाग ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है।तूफान के विकास के दौरान, जमीन धनात्मक रूप से आवेशित हो जाती है |
- ब्रह्मांडीय और रेडियोधर्मी विकिरण हवा को आयनित करते हैं, जिससे यह कमजोर विद्युत प्रवाहकीय बन जाती है। बादल के भीतर और बादल तथा जमीन के बीच आवेशों के पृथक्करण से जबरदस्त विद्युत क्षमता उत्पन्न होती है, जो लाखों वोल्ट तक पहुंच जाती है। अंततः, हवा में विद्युत प्रतिरोध टूट जाता है, जिससे हजारों एम्पीयर की धाराओं और लगभग 10^5 V/m के विद्युत क्षेत्र के साथ बिजली चमकने लगती है।
चालक और कुचालक के बीच अंतर
| गुण | चालक | विद्युतरोधी/कुचालक |
| परिभाषा | वे पदार्थ जो विद्युत आवेशों (इलेक्ट्रॉनों) को आसानी से प्रवाहित होने देते हैं। | वे पदार्थ जो विद्युत आवेशों के प्रवाह का विरोध करते हैं। |
| इलेक्ट्रॉन गति | इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं। | इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से दृढ़ बंधे होते हैं, जिससे उनकी गति प्रतिबंधित होती है। |
| स्थिर वैद्युतिकी का प्रभाव | स्थिर आवेश को आसानी से धारण नहीं कर सकते, क्योंकि आवेश दूर चले जाते हैं। | खराब चालकता के कारण स्थिर आवेश संचित कर सकते हैं। |
| विद्युत प्रतिरोध | कम प्रतिरोध (धारा को प्रवाहित होने देता है)। | उच्च प्रतिरोध (धारा के प्रवाह को रोकता है)। |
| उदाहरण | धातुएँ जैसे ताँबा, चाँदी, एल्यूमिनियम, सोना, लोहा, और घुले हुए लवणों वाला पानी। | रबर, प्लास्टिक, लकड़ी, कांच, शुष्क वायु, सिरामिक्स। |
| परिपथों में उपयोग | तारों, कनेक्टर्स, और विद्युत अवयवों के निर्माण में उपयोग। | तारों को ढकने (इन्सुलेशन के रूप में) और झटकों को रोकने के लिए उपयोग। |
| ऊष्मा चालकता | अच्छे ऊष्मा चालक (उदाहरण: धातुएँ)। | खराब ऊष्मा चालक (ऊष्मा रोधन के लिए उपयोग)। |
| अनुप्रयोग | विद्युत तार, रसोई के बर्तन, विद्युत संचरण लाइनें। | औजारों के रोधी हैंडल, रबर के दस्ताने, प्लास्टिक कोटिंग। |
विद्युत धारा का तापन प्रभाव:
- जब विद्युत धारा किसी चालक से प्रवाहित होती है, तो चालक द्वारा प्रदान किए गए प्रतिरोध के कारण ऊष्मा उत्पन्न होती है।
जूल का तापन नियम: H = I²Rt(जहाँ-H = ऊष्मा,I = धारा,R = प्रतिरोध,t = समय)
उत्पन्न ऊष्मा:
- धारा के वर्ग (I²) के समानुपाती।
- प्रतिरोध (R) के समानुपाती।
- समय (t) के समानुपाती।
तापन प्रभाव के अनुप्रयोग
- विद्युत उपकरण:
- विद्युत इस्त्री, टोस्टर, ओवन, केतली, वॉटर हीटर – तापन के लिए निक्रोम कॉइल का उपयोग।
- विद्युत बल्ब:
- टंगस्टन फिलामेंट धारा द्वारा गर्म होने पर प्रकाश उत्सर्जित करता है।
- ऑक्सीकरण से बचाने के लिए अक्रिय गैसों (आर्गन/नाइट्रोजन) से भरे होते हैं।
- विद्युत फ्यूज:
- सुरक्षा उपकरण – पतला तार सुरक्षित सीमा से अधिक धारा होने पर पिघल जाता है, जिससे सर्किट टूट जाता है।
- अति-धारा के कारण उपकरणों को क्षति से बचाता है।
