ವಿದ್ಯುಚ್ಛಕ್ತಿಗೆ ಆಧುನಿಕ ಸಮಾಜದಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಸ್ಥಾನವಿದೆ. ಇದು ಮನೆಗಳು, ಶಾಲೆಗಳು, ಆಸ್ಪತ್ರೆಗಳು, ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳು ಮುಂತಾದವುಗಳಲ್ಲಿ ವಿವಿಧ ಉಪಯೋಗಗಳಿಗೆ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದಾದ ಮತ್ತು ಅನುಕೂಲಕರವಾದ ಶಕ್ತಿಯ ರೂಪವಾಗಿದೆ. ವಿದ್ಯುಚ್ಛಕ್ತಿಯನ್ನು ಏನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ? ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಅದು ಹೇಗೆ ಹರಿಯುತ್ತದೆ? ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಅಥವಾ ನಿಯಮಿಸುವ ಅಂಶಗಳು ಯಾವುವು? ಈ ಅಧ್ಯಾಯದಲ್ಲಿ, ನಾವು ಇಂತಹ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿಗೆ ಉತ್ತರಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುತ್ತೇವೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ತಾಪನ ಪರಿಣಾಮ ಮತ್ತು ಅದರ ಅನ್ವಯಗಳ ಬಗ್ಗೆಯೂ ನಾವು ಚರ್ಚಿಸುತ್ತೇವೆ.

11.1 ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್

ಗಾಳಿಯ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಪ್ರವಾಹದೊಂದಿಗೆ ನಾವು ಪರಿಚಿತರಾಗಿದ್ದೇವೆ. ಹರಿಯುವ ನೀರು ನದಿಗಳಲ್ಲಿ ನೀರಿನ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ. ಅಂತೆಯೇ, ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶವು ವಾಹಕದ ಮೂಲಕ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಲೋಹದ ತಂತಿಯ ಮೂಲಕ) ಹರಿದರೆ, ವಾಹಕದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವಿದೆ ಎಂದು ನಾವು ಹೇಳುತ್ತೇವೆ. ಟಾರ್ಚ್ನಲ್ಲಿ, ಕೋಶಗಳು (ಅಥವಾ ಬ್ಯಾಟರಿ, ಸರಿಯಾದ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಿದಾಗ) ಟಾರ್ಚ್ ಬಲ್ಬ್ ಮೂಲಕ ಆವೇಶಗಳ ಹರಿವು ಅಥವಾ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಒದಗಿಸಿ ಬೆಳಗಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ. ಟಾರ್ಚ್ನ ಸ್ವಿಚ್ ಆನ್ ಆಗಿರುವಾಗ ಮಾತ್ರ ಅದು ಬೆಳಕನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ ಎಂದೂ ನಾವು ನೋಡಿದ್ದೇವೆ. ಸ್ವಿಚ್ ಏನು ಮಾಡುತ್ತದೆ? ಸ್ವಿಚ್ ಕೋಶ ಮತ್ತು ಬಲ್ಬ್ ನಡುವೆ ವಾಹಕ ಸಂಪರ್ಕವನ್ನು ಮಾಡುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ನಿರಂತರ ಮತ್ತು ಮುಚ್ಚಿದ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈಗ, ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಎಲ್ಲಿಯಾದರೂ ಮುರಿದರೆ (ಅಥವಾ ಟಾರ್ಚ್ನ ಸ್ವಿಚ್ ಆಫ್ ಮಾಡಿದರೆ), ಪ್ರವಾಹ ಹರಿಯುವುದನ್ನು ನಿಲ್ಲಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಬಲ್ಬ್ ಬೆಳಗುವುದಿಲ್ಲ.

ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ನಾವು ಹೇಗೆ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸುತ್ತೇವೆ? ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಏಕಮಾನ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರದೇಶದ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ಆವೇಶದ ಪ್ರಮಾಣದಿಂದ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಇದು ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶಗಳ ಹರಿವಿನ ದರವಾಗಿದೆ. ಲೋಹದ ತಂತಿಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳಲ್ಲಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಆವೇಶಗಳ ಹರಿವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತವೆ. ಆದರೆ, ವಿದ್ಯುಚ್ಛಕ್ತಿಯ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ಮೊದಲು ಗಮನಿಸಿದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ತಿಳಿದಿರಲಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ, ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಗಳ ಹರಿವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಗಳ ಹರಿವಿನ ದಿಕ್ಕನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ದಿಕ್ಕೆಂದು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲಾಯಿತು. ಸಂಪ್ರದಾಯದ ಪ್ರಕಾರ, ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಗಳಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಹರಿವಿನ ದಿಕ್ಕಿಗೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 11.1 ಕೋಶ, ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ್ಬ್, ಆಮ್ಮೀಟರ್ ಮತ್ತು ಪ್ಲಗ್ ಕೀ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನ ಸಂಕೇತ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

ವಾಹಕದ ಯಾವುದೇ ಅಡ್ಡ-ಛೇದನದ ಮೂಲಕ ಸಮಯ $t$ ನಲ್ಲಿ ನಿವ್ವಳ ಆವೇಶ $Q$ ಹರಿದರೆ, ಆಗ ಅಡ್ಡ-ಛೇದನದ ಮೂಲಕ ಪ್ರವಾಹ $I$ ಆಗಿರುತ್ತದೆ

$$ \begin{equation*} I=\dfrac{Q}{t} \tag{11.1} \end{equation*} $$

ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶದ SI ಏಕಮಾನವು ಕೂಲಂಬ್ (C) ಆಗಿದೆ, ಇದು ಸುಮಾರು $6 \times 10^{18}$ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಲ್ಲಿ ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಆವೇಶಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ. (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ $1.6 \times 10^{-19} C$ ನ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ.) ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಆಂಪಿಯರ್ (A) ಎಂಬ ಏಕಮಾನದಿಂದ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಫ್ರೆಂಚ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಆಂಡ್ರೆ-ಮೇರಿ ಆಂಪಿಯರ್ (1775-1836) ರ ಹೆಸರಿಡಲಾಗಿದೆ. ಒಂದು ಆಂಪಿಯರ್ ಅನ್ನು ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಒಂದು ಕೂಲಂಬ್ ಆವೇಶದ ಹರಿವಿನಿಂದ ರೂಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ, $1 A=1 C / 1 s$. ಸಣ್ಣ ಪ್ರಮಾಣದ ಪ್ರವಾಹಗಳನ್ನು ಮಿಲ್ಲಿಯಾಂಪಿಯರ್ $(1 mA=10^{-3} A)$ ಅಥವಾ ಮೈಕ್ರೋಆಂಪಿಯರ್ $(1 \mu A=10^{-6} A)$ ನಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆಮ್ಮೀಟರ್ ಎಂಬ ಸಾಧನವು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ. ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಅಳೆಯಬೇಕಾದ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಇದನ್ನು ಯಾವಾಗಲೂ ಸರಣಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಚಿತ್ರ 11.1 ಕೋಶ, ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ್ಬ್, ಆಮ್ಮೀಟರ್ ಮತ್ತು ಪ್ಲಗ್ ಕೀ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ವಿಶಿಷ್ಟ ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನ ಸಂಕೇತ ರೇಖಾಚಿತ್ರವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಬಲ್ಬ್ ಮತ್ತು ಆಮ್ಮೀಟರ್ ಮೂಲಕ ಕೋಶದ ಧನ ಟರ್ಮಿನಲ್ನಿಂದ ಕೋಶದ ಋಣ ಟರ್ಮಿನಲ್ಗೆ ಹರಿಯುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ.

ಉದಾಹರಣೆ 11.1

ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ್ಬ್ನ ಫಿಲಮೆಂಟ್ನಿಂದ 10 ನಿಮಿಷಗಳ ಕಾಲ $0.5 A$ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಎಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶದ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ.

ಪರಿಹಾರ

ನಮಗೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ, $I=0.5 A ; t=10 min=600 s$.

ಸಮೀಕರಣ (11.1) ರಿಂದ, ನಾವು ಹೊಂದಿದ್ದೇವೆ

$$ \begin{aligned} Q & =I t \\ & =0.5 A \times 600 s \\ & =300 C \end{aligned} $$

11.2 ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ

ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶವನ್ನು ಹರಿಯುವಂತೆ ಏನು ಮಾಡುತ್ತದೆ? ನೀರಿನ ಹರಿವಿನ ಸಾದೃಶ್ಯವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸೋಣ. ಆವೇಶಗಳು ತಾವಾಗಿಯೇ ತಾಮ್ರದ ತಂತಿಯಲ್ಲಿ ಹರಿಯುವುದಿಲ್ಲ, ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸಮತಲ ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿನ ನೀರು ಹರಿಯದಂತೆಯೇ. ನಳಿಕೆಯ ಒಂದು ತುದಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾದ ನೀರಿನ ಟ್ಯಾಂಕ್ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದರೆ, ನಳಿಕೆಯ ಎರಡೂ ತುದಿಗಳ ನಡುವೆ ಒತ್ತಡದ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಿರುತ್ತದೆ, ನೀರು ನಳಿಕೆಯ ಇನ್ನೊಂದು ತುದಿಯಿಂದ ಹೊರಬರುತ್ತದೆ. ವಾಹಕ ಲೋಹದ ತಂತಿಯಲ್ಲಿ ಆವೇಶಗಳ ಹರಿವಿಗೆ, ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯು ಯಾವುದೇ ಪಾತ್ರವನ್ನು ವಹಿಸುವುದಿಲ್ಲ; ವಾಹಕದ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ವಿದ್ಯುತ್ ಒತ್ತಡದ ವ್ಯತ್ಯಾಸ - ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಇದ್ದರೆ ಮಾತ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಒಂದು ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ಬ್ಯಾಟರಿಯಿಂದ ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು. ಕೋಶದೊಳಗಿನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯು ಅದರಿಂದ ಯಾವುದೇ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಎಳೆಯದಿದ್ದರೂ ಸಹ, ಕೋಶದ ಟರ್ಮಿನಲ್ಗಳಾದ್ಯಂತ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಕೋಶವನ್ನು ವಾಹಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅಂಶಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದಾಗ, ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಆವೇಶಗಳನ್ನು ಚಲನೆಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು, ಕೋಶವು ಅದರಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವ್ಯಯಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.

ಕೆಲವು ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಹೊತ್ತೊಯ್ಯುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಎರಡು ಬಿಂದುಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಒಂದು ಬಿಂದುವಿನಿಂದ ಇನ್ನೊಂದು ಬಿಂದುವಿಗೆ ಏಕಮಾನ ಆವೇಶವನ್ನು ಸರಿಸಲು ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸ ಎಂದು ನಾವು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸುತ್ತೇವೆ -

ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ $(V)$ ಎರಡು ಬಿಂದುಗಳ ನಡುವೆ $=$ ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸ $(W) /$ ಆವೇಶ $(Q)$

$$ \begin{equation*} V=W / Q \tag{11.2} \end{equation*} $$

ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ SI ಏಕಮಾನವು ವೋಲ್ಟ್ $(V)$ ಆಗಿದೆ, ಇಟಾಲಿಯನ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಅಲೆಸ್ಸಾಂಡ್ರೋ ವೋಲ್ಟಾ (1745-1827) ರ ಹೆಸರಿಡಲಾಗಿದೆ. ಒಂದು ಬಿಂದುವಿನಿಂದ ಇನ್ನೊಂದು ಬಿಂದುವಿಗೆ 1 ಕೂಲಂಬ್ ಆವೇಶವನ್ನು ಸರಿಸಲು 1 ಜೌಲ್ ಕೆಲಸ ಮಾಡಿದಾಗ ಪ್ರವಾಹ ಹೊತ್ತೊಯ್ಯುವ ವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಎರಡು ಬಿಂದುಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಒಂದು ವೋಲ್ಟ್ ಆಗಿರುತ್ತದೆ.

$$ \text{ Therefore, 1 volt } =\dfrac{1 \text{ joule }}{1 \text{ coulomb }}$$

$$ \begin{equation*} 1 \mathrm{~V}=1 \mathrm{JC}^{-1} \tag{11.3} \end{equation*} $$

ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ವೋಲ್ಟ್ಮೀಟರ್ ಎಂಬ ಸಾಧನದ ಸಹಾಯದಿಂದ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಅಳೆಯಬೇಕಾದ ಬಿಂದುಗಳಾದ್ಯಂತ ವೋಲ್ಟ್ಮೀಟರ್ ಅನ್ನು ಯಾವಾಗಲೂ ಸಮಾನಾಂತರವಾಗಿ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಉದಾಹರಣೆ 11.2

$2 C$ ಆವೇಶವನ್ನು $12 V$ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಿರುವ ಎರಡು ಬಿಂದುಗಳಾದ್ಯಂತ ಸರಿಸಲು ಎಷ್ಟು ಕೆಲಸ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ?

ಪರಿಹಾರ

ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ $V(=12 V)$ ಇರುವ ಎರಡು ಬಿಂದುಗಳ ನಡುವೆ ಹರಿಯುವ ಆವೇಶದ ಪ್ರಮಾಣ $Q$, $2 C$ ಆಗಿದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಆವೇಶವನ್ನು ಸರಿಸಲು ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸದ ಪ್ರಮಾಣ $W$, [ಸಮೀಕರಣ (11.2) ರಿಂದ] ಆಗಿದೆ

$$ \begin{matrix} W & = V Q \\ & = 12 V \times 2 C \\ & = 24 J . \end{matrix} $$

11.3 ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

ಚಿತ್ರ 11.1 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಕೋಶ (ಅಥವಾ ಬ್ಯಾಟರಿ), ಪ್ಲಗ್ ಕೀ, ವಿದ್ಯುತ್ ಘಟಕ(ಗಳು) ಮತ್ತು ಸಂಪರ್ಕ ತಂತಿಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ. ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನ ವಿವಿಧ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿ ಬಳಸುವ ಸಂಕೇತಗಳಿಂದ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗಿರುವ ಸಂಕೇತ ರೇಖಾಚಿತ್ರವನ್ನು ರಚಿಸಲು ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ಕೆಲವು ವಿದ್ಯುತ್ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲು ಬಳಸುವ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ಕೋಷ್ಟಕ 11.1 ರಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ.

ಕೋಷ್ಟಕ 11.1 ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ಕೆಲವು ಘಟಕಗಳ ಸಂಕೇತಗಳು

11.4 ಓಮ್ನ ನಿಯಮ

ವಾಹಕದಾದ್ಯಂತ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ಅದರ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ಪ್ರವಾಹದ ನಡುವೆ ಯಾವುದೇ ಸಂಬಂಧವಿದೆಯೇ? ಒಂದು ಚಟುವಟಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಅನ್ವೇಷಿಸೋಣ.

ಚಟುವಟಿಕೆ 11.1

• ಚಿತ್ರ 11.2 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿ, ಇದು ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿ XY ಯ ಉದ್ದ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ $0.5 m$, ಆಮ್ಮೀಟರ್, ವೋಲ್ಟ್ಮೀಟರ್ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ $1.5 V$ ನಾಲ್ಕು ಕೋಶಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. (ನಿಕ್ರೋಮ್ ಎಂಬುದು ನಿಕೆಲ್, ಕ್ರೋಮಿಯಂ, ಮ್ಯಾಂಗನೀಸ್ ಮತ್ತು ಕಬ್ಬಿಣ ಲೋಹಗಳ ಮಿಶ್ರಲೋಹವಾಗಿದೆ.)
• ಮೊದಲು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಮೂಲವಾಗಿ ಕೇವಲ ಒಂದು ಕೋಶವನ್ನು ಬಳಸಿ. ಪ್ರವಾಹಕ್ಕಾಗಿ ಆಮ್ಮೀಟರ್ $I$ ನ ಮತ್ತು ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿ $XY$ ಅಡ್ಡಲಾಗಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕಾಗಿ ವೋಲ್ಟ್ಮೀಟರ್ $V$ ನ ರೀಡಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ಅವುಗಳನ್ನು ನೀಡಲಾದ ಕೋಷ್ಟಕದಲ್ಲಿ ಕೋಷ್ಟಕಗೊಳಿಸಿ.

ಚಿತ್ರ 11.2 ಓಮ್ನ ನಿಯಮವನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್

• ಮುಂದೆ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಎರಡು ಕೋಶಗಳನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸಿ ಮತ್ತು ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿಯ ಮೂಲಕ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿಯ ಅಡ್ಡಲಾಗಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಮೌಲ್ಯಗಳಿಗಾಗಿ ಆಮ್ಮೀಟರ್ ಮತ್ತು ವೋಲ್ಟ್ಮೀಟರ್ನ ಅನುಗುಣವಾದ ರೀಡಿಂಗ್ಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಿ.
• ಮೇಲಿನ ಹಂತಗಳನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿ ಮೂರು ಕೋಶಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ನಂತರ ನಾಲ್ಕು ಕೋಶಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಪುನರಾವರ್ತಿಸಿ.
• ಪ್ರತಿ ಜೋಡಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ $V$ ಮತ್ತು ಪ್ರವಾಹ $I$ ಗೆ $V$ ನಿಂದ $I$ ಗೆ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.

• $V$ ಮತ್ತು $I$ ನಡುವೆ ಗ್ರಾಫ್ ಅನ್ನು ರಚಿಸಿ, ಮತ್ತು ಗ್ರಾಫ್ನ ಸ್ವರೂಪವನ್ನು ಗಮನಿಸಿ.

ಚಿತ್ರ 11.3 ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿಗೆ $V-I$ ಗ್ರಾಫ್. ನೇರ ರೇಖೆಯ ಪ್ಲಾಟ್ ತೋರಿಸುವಂತೆ ತಂತಿಯ ಮೂಲಕ ಪ್ರವಾಹ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ತಂತಿಯ ಅಡ್ಡಲಾಗಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ರೇಖೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ - ಇದು ಓಮ್ನ ನಿಯಮವಾಗಿದೆ.

ಈ ಚಟುವಟಿಕೆಯಲ್ಲಿ, ಪ್ರತಿ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಸರಿಸುಮಾರು ಒಂದೇ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು $V / I$ ಗೆ ಪಡೆಯುತ್ತೀರಿ ಎಂದು ನೀವು ಕಾಣುವಿರಿ. ಹೀಗಾಗಿ $V-I$ ಗ್ರಾಫ್ ಗ್ರಾಫ್ನ ಮೂಲದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವ ನೇರ ರೇಖೆಯಾಗಿದೆ, ಚಿತ್ರ 11.3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ. ಹೀಗಾಗಿ, $V / I$ ಸ್ಥಿರ ಅನುಪಾತವಾಗಿದೆ.

1827 ರಲ್ಲಿ, ಜರ್ಮನ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಜಾರ್ಜ್ ಸೈಮನ್ ಓಮ್ (1787-1854) ಲೋಹದ ತಂತಿಯಲ್ಲಿ ಹರಿಯುವ ಪ್ರವಾಹ $I$ ಮತ್ತು ಅದರ ಟರ್ಮಿನಲ್ಗಳಾದ್ಯಂತ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಲೋಹದ ತಂತಿಯ ತುದಿಗಳಾದ್ಯಂತ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ, $V$, ಅದರ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ಪ್ರವಾಹಕ್ಕೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ, ಅದರ ತಾಪಮಾನ ಒಂದೇ ಆಗಿರುತ್ತದೆ ಎಂಬ ಷರತ್ತಿನೊಂದಿಗೆ. ಇದನ್ನು ಓಮ್ನ ನಿಯಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ -

$ \begin{equation*} V \propto I \tag{11.4} \end{equation*} $

ಅಥವಾ $\hspace{40 px} V/I = $ ಸ್ಥಿರಾಂಕ

$ \hspace{70 px} = R $

ಅಥವಾ

$ \begin{equation*} \hspace{50 px} V = IR \tag{11.5} \end{equation*} $

ಸಮೀಕರಣ (11.4) ರಲ್ಲಿ, $R$ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಲೋಹದ ತಂತಿಗೆ ಸ್ಥಿರಾಂಕವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಪ್ರತಿರೋಧ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಆವೇಶಗಳ ಹರಿವನ್ನು ವಿರೋಧಿಸಲು ವಾಹಕದ ಗುಣವಾಗಿದೆ. ಇದರ SI ಏಕಮಾನವು ಓಮ್ ಆಗಿದೆ, ಇದನ್ನು ಗ್ರೀಕ್ ಅಕ್ಷರ $\Omega$ ನಿಂದ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಓಮ್ನ ನಿಯಮದ ಪ್ರಕಾರ,

$ \begin{equation*} R=V / I \tag{11.6} \end{equation*} $

ವಾಹಕದ ಎರಡು ತುದಿಗಳಾದ್ಯಂತ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ $1 V$ ಆಗಿದ್ದರೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಮೂಲಕ ಪ್ರವಾಹ $1 A$ ಆಗಿದ್ದರೆ, ಆಗ ವಾಹಕದ ಪ್ರತಿರೋಧ $R$, $1 \Omega$ ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ,

$1 ohm=\dfrac{1 \text{ volt }}{1 \text{ ampere }}$

ಸಮೀಕರಣ (11.5) ರಿಂದ ನಾವು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ

$ \begin{equation*} I=V / R \tag{11.7} \end{equation*} $

ಸಮೀಕರಣ (11.7) ರಿಂದ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿರುವಂತೆ, ರೆಸಿಸ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ಪ್ರವಾಹವು ಅದರ ಪ್ರತಿರೋಧಕ್ಕೆ ವಿಲೋಮ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸಿದರೆ ಪ್ರವಾಹ ಅರ್ಧವಾಗುತ್ತದೆ. ಅನೇಕ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ಅಥವಾ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಅವಶ್ಯಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸದೆ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು ಬಳಸುವ ಘಟಕವನ್ನು ವೇರಿಯಬಲ್ ರೆಸಿಸ್ಟೆನ್ಸ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ, ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲು ರಿಯೋಸ್ಟಾಟ್ ಎಂಬ ಸಾಧನವನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈಗ ನಾವು ಕೆಳಗಿನ ಚಟುವಟಿಕೆಯ ಸಹಾಯದಿಂದ ವಾಹಕದ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರತಿರೋಧದ ಬಗ್ಗೆ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತೇವೆ.

ಚಟುವಟಿಕೆ 11.2

• ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿ, ಟಾರ್ಚ್ ಬಲ್ಬ್, $10 W$ ಬಲ್ಬ್ ಮತ್ತು ಆಮ್ಮೀಟರ್ ( 0 - 5 A ರೇಂಜ್), ಪ್ಲಗ್ ಕೀ ಮತ್ತು ಕೆಲವು ಸಂಪರ್ಕ ತಂತಿಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಿ.
• ಚಿತ್ರ 11.4 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ XY ಅಂತರವನ್ನು ಬಿಟ್ಟು, ಆಮ್ಮೀಟರ್ನೊಂದಿಗೆ ಸರಣಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ $1.5 V$ ನಾಲ್ಕು ಶುಷ್ಕ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿ.

ಚಿತ್ರ 11.4

• XY ಅಂತರದಲ್ಲಿ ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿಯನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಪೂರ್ಣಗೊಳಿಸಿ. ಕೀ ಅನ್ನು ಪ್ಲಗ್ ಮಾಡಿ. ಆಮ್ಮೀಟರ್ ರೀಡಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಗುರುತಿಸಿ. ಪ್ಲಗ್ನಿಂದ ಕೀ ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಿ. [ಗಮನಿಸಿ: ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಮೂಲಕ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಅಳತೆ ಮಾಡಿದ ನಂತರ ಯಾವಾಗಲೂ ಪ್ಲಗ್ನಿಂದ ಕೀ ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಿ.]
• ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿಯನ್ನು ಟಾರ್ಚ್ ಬಲ್ಬ್ನೊಂದಿಗೆ ಬದಲಾಯಿಸಿ ಮತ್ತು ಆಮ್ಮೀಟರ್ನ ರೀಡಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಅಳತೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಅದರ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ.
• ಈಗ XY ಅಂತರದಲ್ಲಿ $10 W$ ಬಲ್ಬ್ನೊಂದಿಗೆ ಮೇಲಿನ ಹಂತವನ್ನು ಪುನರಾವರ್ತಿಸಿ.
• XY ಅಂತರದಲ್ಲಿ ವಿವಿಧ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದಾಗ ಆಮ್ಮೀಟರ್ ರೀಡಿಂಗ್ಗಳು ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿವೆಯೇ? ಮೇಲಿನ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳು ಏನನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ?
• ಯಾವುದೇ ವಸ್ತು ಘಟಕವನ್ನು ಅಂತರದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಿಕೊಂಡು ನೀವು ಈ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಪುನರಾವರ್ತಿಸಬಹುದು. ಪ್ರತಿ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಆಮ್ಮೀಟರ್ ರೀಡಿಂಗ್ಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ವೀಕ್ಷಣೆಗಳನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿ.

ಈ ಚಟುವಟಿಕೆಯಲ್ಲಿ ವಿವಿಧ ಘಟಕಗಳಿಗೆ ಪ್ರವಾಹವು ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ ಎಂದು ನಾವು ಗಮನಿಸುತ್ತೇವೆ. ಅವು ಏಕೆ ಭಿನ್ನವಾಗಿವೆ? ಕೆಲವು ಘಟಕಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ಹರಿವಿಗೆ ಸುಲಭ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ ಆದರೆ ಇತರವು ಹರಿವನ್ನು ವಿರೋಧಿಸುತ್ತವೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಚಲನೆಯು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ವಾಹಕದೊಳಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಮುಕ್ತವಾಗಿ ಚಲಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಅವು ಚಲಿಸುವ ಪರಮಾಣುಗಳ ಆಕರ್ಷಣೆಯಿಂದ ನಿರ್ಬಂಧಿತವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ವಾಹಕದ ಮೂಲಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಚಲನೆಯು ಅದರ ಪ್ರತಿರೋಧದಿಂದ ಮಂದಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಕಡಿಮೆ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ನೀಡುವ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಗಾತ್ರದ ಘಟಕವು ಉತ್ತಮ ವಾಹಕವಾಗಿದೆ. ಕೆಲವು ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಾಹಕವನ್ನು ರೆಸಿಸ್ಟರ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ನೀಡುವ ಒಂದೇ ಗಾತ್ರದ ಘಟಕವು ಕಳಪೆ ವಾಹಕವಾಗಿದೆ. ಅದೇ ಗಾತ್ರದ ಇನ್ಸುಲೇಟರ್ ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ.

11.5 ವಾಹಕದ ಪ್ರತಿರೋಧವು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಅಂಶಗಳು

ಚಟುವಟಿಕೆ 11.3

• ಕೋಶ, ಆಮ್ಮೀಟರ್, ಉದ್ದದ ನಿಕ್ರೋಮ್ ತಂತಿ $l$ [ಹೇಳಿ, ಗುರುತಿಸಲಾದ (1)] ಮತ್ತು ಪ್ಲಗ್ ಕೀ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಪೂರ್ಣಗೊಳಿಸಿ, ಚಿತ್ರ