ભૌતિકશાસ્ત્ર વિદ્યુત
મુખ્ય ખ્યાલો અને સૂત્રો
| # | ખ્યાલ | ઝડપી સમજૂતી |
|---|---|---|
| 1 | ઓહ્મનો નિયમ | V = I × R (વોલ્ટેજ = વિદ્યુતપ્રવાહ × પ્રતિરોધ) – ફક્ત સતત તાપમાને અને ઓહ્મિક વાહકો માટે કામ કરે છે. |
| 2 | શ્રેણીમાં પ્રતિરોધ | R_total = R₁ + R₂ + … (વિદ્યુતપ્રવાહ સમાન, વોલ્ટેજ વહેંચાય છે) |
| 3 | સમાંતરમાં પ્રતિરોધ | 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + … (વોલ્ટેજ સમાન, વિદ્યુતપ્રવાહ વહેંચાય છે) |
| 4 | વિદ્યુત શક્તિ | P = V I = I² R = V²/R (એકમ: વોટ) |
| 5 | જૌલનો ઉષ્માનો નિયમ | H = I² R t (ઉષ્મા ∝ વિદ્યુતપ્રવાહનો વર્ગ) |
| 6 | વિશિષ્ટ પ્રતિરોધ | ρ = R A / l (પદાર્થનો ગુણધર્મ, એકમ Ω-m) |
| 7 | વાહકતા | G = 1/R (એકમ: સીમેન્સ, S) |
10 પ્રેક્ટિસ MCQ પ્રશ્નો
- 220 V, 100 W નો બલ્બ 110 V સાથે જોડવામાં આવે છે. વપરાશ પાવર હશે –
A) 100 W
B) 75 W
C) 50 W
D) 25 W
જવાબ: D
ઉકેલ: બલ્બનો પ્રતિરોધ R = V²/P = 220²/100 = 484 Ω. નવો પાવર P′ = V′²/R = 110²/484 = 25 W.
શૉર્ટકટ: P ∝ V²; વોલ્ટેજ અડધું થાય → પાવર મૂળનો (½)² = ¼ થાય.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: વોલ્ટેજ સાથે પાવર સ્કેલિંગ.
- સમાંતરમાં ત્રણ 6 Ω ના પ્રતિરોધોનો કુલ પ્રતિરોધ આપે છે –
A) 18 Ω
B) 6 Ω
C) 2 Ω
D) 0.5 Ω
જવાબ: C
ઉકેલ: 1/R = 1/6 + 1/6 + 1/6 = 3/6 ⇒ R = 2 Ω.
શૉર્ટકટ: સમાંતરમાં n સમાન પ્રતિરોધો R → R_total = R/n.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: સમાંતર જૂથ.
- વિશિષ્ટ પ્રતિરોધનો એકમ છે –
A) Ω
B) Ω-m
C) Ω/m
D) mho-m
જવાબ: B
ઉકેલ: ρ = R A / l → Ω × m² / m = Ω-m.
શૉર્ટકટ: યાદ રાખો “rho-unit = ohm-metre”.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: વિશિષ્ટ પ્રતિરોધ એકમ.
- 10 s માટે 5 Ω ના પ્રતિરોધમાંથી 2 A નો પ્રવાહ વહે છે. ઉત્પન્ન થયેલી ઉષ્મા છે –
A) 50 J
B) 100 J
C) 200 J
D) 500 J
જવાબ: C
ઉકેલ: H = I² R t = 2² × 5 × 10 = 200 J.
શૉર્ટકટ: પ્રથમ વિદ્યુતપ્રવાહનો વર્ગ કરો (2² = 4) પછી ગુણાકાર કરો.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: જૌલ ગરમી.
- કિર્ચહોફનો બીજો નિયમ સંરક્ષણ પર આધારિત છે –
A) ચાર્જ
B) ઊર્જા
C) વેગમાન
D) દળ
જવાબ: B
ઉકેલ: ΣIR = ΣEMF → બંધ લૂપમાં કાર્ય/ઊર્જા સંતુલન.
શૉર્ટકટ: “K-2 = Energy”.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: કિર્ચહોફના નિયમો.
- 220 V પર 1 kW હીટર કામ કરે છે. ખેંચાતો વિદ્યુતપ્રવાહ અંદાજે છે –
A) 0.22 A
B) 2.2 A
C) 4.5 A
D) 22 A
જવાબ: C
ઉકેલ: I = P/V = 1000/220 ≈ 4.5 A.
શૉર્ટકટ: 1000 ÷ 220 ≈ 100 ÷ 22 ≈ 4.5.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: પાવરમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ.
- તારનો પ્રતિરોધ 10 Ω છે. જો તેની લંબાઈ બમણી કરવામાં આવે અને ક્ષેત્રફળ અડધું કરવામાં આવે, તો નવો પ્રતિરોધ છે –
A) 5 Ω
B) 10 Ω
C) 20 Ω
D) 40 Ω
જવાબ: D
ઉકેલ: R ∝ l/A; l → 2l, A → A/2 ⇒ R_new = 10 × (2/0.5) = 10 × 4 = 40 Ω.
શૉર્ટકટ: “બમણી લંબાઈ અને અડધું ક્ષેત્રફળ → 4× પ્રતિરોધ”.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: પ્રતિરોધ ભૂમિતિ.
- 47 kΩ ±10% રેઝિસ્ટરનો રંગ કોડ છે –
A) પીળો-જાંબલી-નારંગી-ચાંદી
B) પીળો-જાંબલી-પીળો-ચાંદી
C) પીળો-જાંબલી-લાલ-ચાંદી
D) પીળો-જાંબલી-કાળો-સોનું
જવાબ: B
ઉકેલ: 47 × 10³ Ω → 4-7-4 (પીળો-જાંબલી-પીળો) અને ચાંદી = ±10%.
શૉર્ટકટ: “4-7-0000” → 4,7,4 બેન્ડ.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: રેઝિસ્ટર રંગ કોડ.
- 1.5 V emf ની સેલ 4 Ω ના બાહ્ય પ્રતિરોધ દ્વારા 0.3 A પૂરા પાડે છે. તેનો આંતરિક પ્રતિરોધ છે –
A) 0.5 Ω
B) 1 Ω
C) 1.5 Ω
D) 2 Ω
જવાબ: B
ઉકેલ: V = I(R+r) ⇒ 1.5 = 0.3(4+r) ⇒ 5 = 4+r ⇒ r = 1 Ω.
શૉર્ટકટ: 0.3 A × 4 Ω = 1.2 V R પર ડ્રોપ; બાકીનું 0.3 V r પર → r = 0.3 V/0.3 A = 1 Ω.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: આંતરિક પ્રતિરોધ.
- કયા પદાર્થમાં પ્રતિરોધનો નકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક હોય છે?
A) તાંબુ
B) નિક્રોમ
C) જર્મેનિયમ
D) ટંગસ્ટન
જવાબ: C
ઉકેલ: સેમિકન્ડક્ટર (Ge) તાપમાન ↑ સાથે પ્રતિરોધ ↓ બતાવે છે.
શૉર્ટકટ: “NTC = Semiconductor”.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: તાપમાન ગુણાંક.
5 પાછલા વર્ષના પ્રશ્નો
- શ્રેણીમાં બે 2 Ω ના પ્રતિરોધો અને આવા બે સંયોજનો સમાંતરમાં. અસરકારક પ્રતિરોધ છે – [RRB NTPC 2021]
A) 1 Ω
B) 2 Ω
C) 4 Ω
D) 8 Ω
જવાબ: B
ઉકેલ: દરેક શ્રેણી શાખા = 2+2 = 4 Ω; બે 4 Ω સમાંતરમાં → 2 Ω.
શૉર્ટકટ: સમપ્રમાણતા → સરેરાશ મૂલ્ય.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: શ્રેણી-સમાંતર કોમ્બો.
- 2 મિનિટમાં 60 W ના બલ્બ દ્વારા વપરાશ ઊર્જા છે – [RRB Group-D 2019]
A) 120 J
B) 720 J
C) 7200 J
D) 1200 J
જવાબ: C
ઉકેલ: E = P t = 60 W × 120 s = 7200 J.
શૉર્ટકટ: 60 × 120 = 7200.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: ઊર્જા = P × t.
- 200 V, 5 A નો મોટર 20 s માં ભાર ઉપાડે છે. થયેલું કાર્ય છે – [RRB JE 2015]
A) 20 kJ
B) 2 kJ
C) 10 kJ
D) 200 kJ
જવાબ: A
ઉકેલ: W = V I t = 200 × 5 × 20 = 20 000 J = 20 kJ.
શૉર્ટકટ: 200 × 5 = 1000; ×20 = 20 kJ.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: વિદ્યુત કાર્ય.
- ફ્યૂઝ વાયરમાં હોય છે – [RRB NTPC 2016]
A) ઉચ્ચ પ્રતિરોધ, ઉચ્ચ ગલનબિંદુ
B) નીચો પ્રતિરોધ, નીચો ગલનબિંદુ
C) ઉચ્ચ પ્રતિરોધ, નીચો ગલનબિંદુ
D) નીચો પ્રતિરોધ, ઉચ્ચ ગલનબિંદુ
જવાબ: C
ઉકેલ: તે ઝડપથી ઓગળવું જોઈએ → નીચો mp; પ્રવાહ મર્યાદિત કરો → ઉચ્ચ પ્રતિરોધ.
શૉર્ટકટ: “ફ્યૂઝ = ઉચ્ચ R, નીચો mp”.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: ફ્યૂઝ ગુણધર્મો.
- વિદ્યુત ઊર્જાનો વ્યાપારિક એકમ છે – [RRB ALP 2018]
A) વોટ
B) જૌલ
C) કિલોવોટ-કલાક
D) કિલોવોટ
જવાબ: C
ઉકેલ: 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J.
શૉર્ટકટ: “બિલ એકમ = kWh”.
કન્સેપ્ટ ટૅગ: ઊર્જા એકમો.
સ્પીડ ટ્રિક્સ અને શૉર્ટકટ્સ
| પરિસ્થિતિ | શૉર્ટકટ | ઉદાહરણ |
|---|---|---|
| સમાંતરમાં સમાન પ્રતિરોધો | R_total = R / n | સમાંતરમાં 4 × 10 Ω → 2.5 Ω |
| વિવિધ વોલ્ટેજ પર પાવર | P_new = P_old × (V_new/V_old)² | 110 V પર 100 W બલ્બ → 25 W |
| કેલરીમાં ઝડપી ઉષ્મા | H(cal) ≈ 0.24 I² R t | 2 A, 5 Ω, 10 s → 0.24×200 ≈ 48 cal |
| આંતરિક પ્રતિરોધ | r = (E – V)/I | E = 1.5 V, V = 1.2 V, I = 0.3 A → r = 1 Ω |
| રંગ-કોડ 3જી બેન્ડ | બેન્ડ મૂલ્ય જેટલા શૂન્ય ઉમેરો | પીળો (4) → 0000 → 10⁴ |
ટાળવા માટે સામાન્ય ભૂલો
| ભૂલ | વિદ્યાર્થીઓ કેમ કરે છે | સાચો અભિગમ |
|---|---|---|
| જૌલના નિયમમાં વિદ્યુતપ્રવાહનો વર્ગ કરવાનું ભૂલવું | P = VI સાથે H = I²Rt ને ગૂંચવે છે | હંમેશા તપાસો કે કયું સૂત્ર પૂછવામાં આવ્યું છે; ઉષ્મા I² વાપરે છે |
| સમાંતર બલ્બ માટે ખોટું સૂત્ર વાપરવું | પાવર સીધા ઉમેરે છે એમ માને છે | પાવર ફક્ત ત્યારે ઉમેરાય છે જ્યારે વોલ્ટેજ સમાન હોય; પ્રથમ વિદ્યુતપ્રવાહ ફરીથી ગણો |
| સેલમાં આંતરિક પ્રતિરોધ અવગણવો | ટર્મિનલ વોલ્ટેજ = emf ગણે છે | Ir ડ્રોપ બાદ કરો: V = E – Ir |
| kWh ને જૌલ સાથે ભેળવવું | kWh એ 3.6 × 10⁶ J છે, 1000 J નથી | SI એકમોમાં પૂછવામાં આવે ત્યારે જ જૌલમાં રૂપાંતરિત કરો |
ઝડપી રિવિઝન ફ્લેશકાર્ડ્સ
| ફ્રન્ટ | બેક |
|---|---|
| ઓહ્મનો નિયમ નિવેદન | V = IR સતત તાપમાને |
| પ્રતિરોધકતાનો SI એકમ | ઓહ્મ-મીટર (Ω-m) |
| વાહકતા સૂત્ર | G = 1/R (સીમેન્સ) |
| V અને R ના સંદર્ભમાં પાવર | P = V²/R |
| kWh માંથી જૌલમાં ઊર્જા | 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J |
| ફ્યૂઝ વાયરનો ગુણધર્મ | ઉચ્ચ R, નીચો ગલનબિંદુ |
| કિર્ચહોફનો 1લો નિયમ | ΣI_in = ΣI_out (જંકશન નિયમ) |
| કિર્ચહોફનો 2જો નિયમ | ΣIR = ΣEMF (લૂપ નિયમ) |
| સેમિકન્ડક્ટરનો તાપમાન ગુણાંક | નકારાત્મક |
| ઊર્જાનો વ્યાપારિક એકમ | કિલોવોટ-કલાક |