ईएमएफ क्या है इसे किस इकाई में मापा जाता है। EMF क्या है और इसे कैसे मापा जाता है? यूएसई कोडिफायर के विषय: इलेक्ट्रोमोटिव बल, वर्तमान स्रोत का आंतरिक प्रतिरोध, पूर्ण विद्युत सर्किट के लिए ओम का नियम
सामग्री में, हम इसकी घटना की स्थितियों में ईएमएफ प्रेरण की अवधारणा को समझेंगे। जब एक कंडक्टर में एक विद्युत क्षेत्र दिखाई देता है, तो हम चुंबकीय प्रवाह की घटना के लिए एक प्रमुख पैरामीटर के रूप में अधिष्ठापन पर विचार करते हैं।
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा विद्युत प्रवाह की पीढ़ी है जो समय के साथ बदलते हैं। फैराडे और लेनज़ की खोजों के लिए धन्यवाद, पैटर्न को कानूनों में तैयार किया गया, जिसने विद्युत चुम्बकीय प्रवाह की समझ में समरूपता का परिचय दिया। मैक्सवेल के सिद्धांत ने विद्युत प्रवाह और चुंबकीय प्रवाह के बारे में ज्ञान को एक साथ लाया। हर्ट्ज़ की खोज के लिए धन्यवाद, मानवता ने दूरसंचार के बारे में सीखा।
एक विद्युत प्रवाह के साथ एक कंडक्टर के चारों ओर एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र दिखाई देता है, हालांकि, समानांतर में, विपरीत घटना भी होती है - विद्युत चुम्बकीय प्रेरण। एक उदाहरण के रूप में चुंबकीय प्रवाह पर विचार करें: यदि एक कंडक्टर फ्रेम को विद्युत क्षेत्र में प्रेरण के साथ रखा जाता है और चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ ऊपर से नीचे या दाएं या बाएं लंबवत ले जाया जाता है, तो फ्रेम से गुजरने वाला चुंबकीय प्रवाह होगा लगातार।
जब फ्रेम अपनी धुरी के चारों ओर घूमता है, तो थोड़ी देर बाद चुंबकीय प्रवाह एक निश्चित मात्रा में बदल जाएगा। नतीजतन, फ्रेम में प्रेरण का एक ईएमएफ उत्पन्न होता है और एक विद्युत प्रवाह दिखाई देता है, जिसे प्रेरण कहा जाता है।
ईएमएफ प्रेरण
आइए विस्तार से जांच करें कि प्रेरण के ईएमएफ की अवधारणा क्या है। जब एक कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है और यह क्षेत्र रेखाओं के प्रतिच्छेदन के साथ चलता है, तो कंडक्टर में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल दिखाई देता है जिसे इंडक्शन ईएमएफ कहा जाता है। यह तब भी होता है जब कंडक्टर स्थिर रहता है, और चुंबकीय क्षेत्र चलता है और बल की कंडक्टर लाइनों के साथ प्रतिच्छेद करता है।
जब कंडक्टर, जहां ईएमएफ होता है, बाहरी सर्किट को बंद कर देता है, इस ईएमएफ की उपस्थिति के कारण, सर्किट के माध्यम से एक प्रेरण प्रवाह शुरू होता है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन में एक कंडक्टर में ईएमएफ को प्रेरित करने की घटना शामिल होती है, जिस समय इसे चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं से पार किया जाता है।
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत प्रवाह में बदलने की रिवर्स प्रक्रिया है। इस अवधारणा और इसके नियमों का व्यापक रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में उपयोग किया जाता है, अधिकांश विद्युत मशीनें इसी घटना पर आधारित होती हैं।
फैराडे और लेनज़ कानून
फैराडे और लेन्ज़ के नियम विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना के पैटर्न को दर्शाते हैं।
फैराडे ने पाया कि समय के साथ चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन के परिणामस्वरूप चुंबकीय प्रभाव दिखाई देते हैं। एक प्रत्यावर्ती चुंबकीय धारा के साथ कंडक्टर को पार करने के समय, इसमें एक इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न होता है, जो विद्युत प्रवाह की उपस्थिति की ओर जाता है। एक स्थायी चुंबक और एक विद्युत चुंबक दोनों ही करंट उत्पन्न कर सकते हैं।
वैज्ञानिक ने निर्धारित किया कि सर्किट को पार करने वाली बल की रेखाओं की संख्या में तेजी से बदलाव के साथ वर्तमान की तीव्रता बढ़ जाती है। अर्थात्, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का EMF चुंबकीय प्रवाह की गति के सीधे अनुपात में होता है।
फैराडे के नियम के अनुसार, प्रेरण ईएमएफ सूत्र निम्नानुसार परिभाषित किए गए हैं:
माइनस साइन प्रेरित ईएमएफ की ध्रुवता, प्रवाह की दिशा और बदलती गति के बीच संबंध को इंगित करता है।
लेन्ज़ के नियम के अनुसार, विद्युत वाहक बल को उसकी दिशा के आधार पर निरूपित करना संभव है। कुंडल में चुंबकीय प्रवाह में कोई भी परिवर्तन प्रेरण के एक ईएमएफ की उपस्थिति की ओर जाता है, और तेजी से परिवर्तन के साथ, एक बढ़ता हुआ ईएमएफ देखा जाता है।
यदि कॉइल, जहां इंडक्शन का ईएमएफ होता है, में बाहरी सर्किट में शॉर्ट सर्किट होता है, तो इसके माध्यम से एक इंडक्शन करंट प्रवाहित होता है, जिसके परिणामस्वरूप कंडक्टर के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र दिखाई देता है और कॉइल एक सोलनॉइड के गुणों को प्राप्त कर लेता है। . नतीजतन, कुंडल के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनता है।
ई.के.एच. लेनज़ ने एक पैटर्न स्थापित किया जिसके अनुसार कॉइल में इंडक्शन करंट की दिशा और इंडक्शन EMF निर्धारित किया जाता है। कानून कहता है कि कॉइल में इंडक्शन ईएमएफ, जब चुंबकीय प्रवाह बदलता है, तो कॉइल में एक दिशात्मक धारा बनाता है, जिसमें कॉइल का दिया गया चुंबकीय प्रवाह बाहरी चुंबकीय प्रवाह में बदलाव से बचना संभव बनाता है।
लेन्ज़ का नियम कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह के प्रेरण की सभी स्थितियों पर लागू होता है, चाहे उनका विन्यास और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को बदलने की विधि कुछ भी हो।
चुंबकीय क्षेत्र में तार की गति
प्रेरित ईएमएफ का मान बल की क्षेत्र रेखाओं द्वारा पार किए गए कंडक्टर की लंबाई के आधार पर निर्धारित किया जाता है। बड़ी संख्या में क्षेत्र रेखाओं के साथ, प्रेरित विद्युत वाहक बल का मान बढ़ जाता है। चुंबकीय क्षेत्र और प्रेरण में वृद्धि के साथ, कंडक्टर में ईएमएफ का अधिक मूल्य होता है। इस प्रकार, चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान किसी चालक में प्रेरण के EMF का मान सीधे चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण, चालक की लंबाई और उसके संचलन की गति पर निर्भर करता है।
यह निर्भरता सूत्र ई = बीएलवी में परिलक्षित होती है, जहां ई प्रेरण ईएमएफ है; बी - चुंबकीय प्रेरण का मूल्य; मैं - कंडक्टर की लंबाई; v इसकी गति की गति है।
ध्यान दें कि एक कंडक्टर में जो चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, इंडक्शन ईएमएफ केवल तभी दिखाई देता है जब वह चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं को पार करता है। यदि कंडक्टर बल की रेखाओं के साथ चलता है, तो कोई EMF प्रेरित नहीं होता है। इस कारण से, सूत्र केवल उन मामलों में लागू होता है जहां कंडक्टर की गति बल की रेखाओं के लंबवत निर्देशित होती है।
कंडक्टर में प्रेरित ईएमएफ और विद्युत प्रवाह की दिशा कंडक्टर की गति की दिशा से ही निर्धारित होती है। दिशा की पहचान करने के लिए दाहिने हाथ का नियम विकसित किया गया है। यदि आप अपने दाहिने हाथ की हथेली को पकड़ते हैं ताकि क्षेत्र रेखाएं उसकी दिशा में प्रवेश करें, और अंगूठा कंडक्टर की गति की दिशा को इंगित करता है, तो शेष चार उंगलियां प्रेरित ईएमएफ की दिशा और विद्युत प्रवाह की दिशा को इंगित करती हैं। कंडक्टर में।
घूर्णन कुंडल
विद्युत प्रवाह जनरेटर का कामकाज चुंबकीय प्रवाह में कुंडल के घूमने पर आधारित होता है, जहां एक निश्चित संख्या में घुमाव होते हैं। EMF हमेशा एक विद्युत परिपथ में प्रेरित होता है जब इसे चुंबकीय प्रवाह द्वारा पार किया जाता है, चुंबकीय प्रवाह सूत्र Ф \u003d B x S x cos α पर आधारित (चुंबकीय प्रेरण सतह क्षेत्र से गुणा किया जाता है जिसके माध्यम से चुंबकीय प्रवाह गुजरता है, और कोसाइन दिशा वेक्टर और लंबवत समतल रेखाओं द्वारा निर्मित कोण का)।
सूत्र के अनुसार, F स्थितियों में परिवर्तन से प्रभावित होता है:
- जब चुंबकीय प्रवाह बदलता है, दिशा वेक्टर बदल जाता है;
- समोच्च परिवर्तन में संलग्न क्षेत्र;
- कोण परिवर्तन।
यह एक स्थिर चुंबक या एक स्थिर धारा के साथ ईएमएफ को प्रेरित करने की अनुमति देता है, लेकिन बस जब कुंडल चुंबकीय क्षेत्र के भीतर अपनी धुरी के चारों ओर घूमता है। इस मामले में, कोण बदलते ही चुंबकीय प्रवाह बदल जाता है। घुमाव की प्रक्रिया में कुंडल चुंबकीय प्रवाह के बल की रेखाओं को पार करता है, परिणामस्वरूप, एक ईएमएफ दिखाई देता है। एकसमान घूर्णन के साथ, चुंबकीय प्रवाह में आवधिक परिवर्तन होता है। साथ ही, प्रत्येक सेकंड को पार करने वाली फ़ील्ड लाइनों की संख्या नियमित अंतराल पर मानों के बराबर हो जाती है।
व्यवहार में, प्रत्यावर्ती धारा जनरेटर में, कुंडल स्थिर रहता है, और विद्युत चुंबक इसके चारों ओर घूमता है।
ईएमएफ स्व-प्रेरण
जब एक प्रत्यावर्ती विद्युत धारा कुंडली से गुजरती है, तो एक प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो एक बदलते चुंबकीय प्रवाह की विशेषता है जो एक EMF को प्रेरित करता है। इस घटना को स्व-प्रेरण कहा जाता है।
इस तथ्य के कारण कि चुंबकीय प्रवाह विद्युत प्रवाह की तीव्रता के समानुपाती होता है, तो स्व-प्रेरण ईएमएफ सूत्र इस तरह दिखता है:
Ф = एल एक्स आई, जहां एल अधिष्ठापन है, जिसे एच में मापा जाता है। इसका मूल्य प्रति यूनिट लंबाई में घुमावों की संख्या और उनके क्रॉस सेक्शन के मूल्य से निर्धारित होता है।
पारस्परिक प्रेरण
जब दो कॉइल अगल-बगल स्थित होते हैं, तो वे पारस्परिक प्रेरण के ईएमएफ का निरीक्षण करते हैं, जो दो सर्किटों के विन्यास और उनके पारस्परिक अभिविन्यास से निर्धारित होता है। सर्किट के बढ़ते अलगाव के साथ, पारस्परिक अधिष्ठापन का मूल्य कम हो जाता है, क्योंकि दो कुंडलियों के लिए कुल चुंबकीय प्रवाह में कमी होती है।
आइए हम आपसी प्रेरण के उद्भव की प्रक्रिया पर विस्तार से विचार करें। दो कॉइल हैं, करंट I1 एक के तार के माध्यम से N1 घुमावों के साथ प्रवाहित होता है, जो एक चुंबकीय प्रवाह बनाता है और N2 नंबर के घुमावों के साथ दूसरे कॉइल से गुजरता है।
पहले के संबंध में दूसरी कुंडली के पारस्परिक अधिष्ठापन का मान:
एम21 = (एन2 एक्स एफ21)/आई1।
चुंबकीय प्रवाह मूल्य:
F21 = (M21/N2) x I1.
प्रेरित ईएमएफ की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt।
पहले कॉइल में, प्रेरित ईएमएफ का मान:
E1 = - M12 x dI2/dt.
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि किसी एक कॉइल में आपसी प्रेरण द्वारा उकसाया गया इलेक्ट्रोमोटिव बल किसी भी मामले में दूसरे कॉइल में विद्युत प्रवाह में परिवर्तन के सीधे आनुपातिक होता है।
तब पारस्परिक अधिष्ठापन के बराबर माना जाता है:
एम12 = एम21 = एम.
परिणामस्वरूप, E1 = - M x dI2/dt और E2 = M x dI1/dt। एम = के (एल1 एक्स एल2), जहां के दो अधिष्ठापन मूल्यों के बीच युग्मन गुणांक है।
ट्रांसफॉर्मर में पारस्परिक अधिष्ठापन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जो एक वैकल्पिक विद्युत प्रवाह के मूल्य को बदलना संभव बनाता है। डिवाइस कॉइल की एक जोड़ी है जो एक सामान्य कोर पर घाव होती है। पहले कॉइल में करंट चुंबकीय सर्किट में एक बदलते चुंबकीय प्रवाह और दूसरे कॉइल में करंट बनाता है। पहले कॉइल में दूसरे की तुलना में कम घुमावों के साथ, वोल्टेज बढ़ता है, और, तदनुसार, पहली वाइंडिंग में अधिक संख्या में घुमावों के साथ, वोल्टेज कम हो जाता है।
विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने और बदलने के अलावा, अन्य उपकरणों में चुंबकीय प्रेरण की घटना का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, चुंबकीय उत्तोलन में रेलगाड़ियाँ रेल में करंट के सीधे संपर्क के बिना चलती हैं, लेकिन विद्युत चुम्बकीय प्रतिकर्षण के कारण कुछ सेंटीमीटर अधिक होती हैं।
« भौतिकी - ग्रेड 10 "
किसी भी वर्तमान स्रोत को इलेक्ट्रोमोटिव बल, या संक्षेप में ईएमएफ द्वारा विशेषता है। तो, टॉर्च के लिए गोल बैटरी पर लिखा है: 1.5 V।
इसका क्या मतलब है?
यदि आप दो विपरीत आवेशित गेंदों को एक चालक से जोड़ते हैं, तो आवेश जल्दी से एक दूसरे को बेअसर कर देते हैं, गेंदों की क्षमता समान हो जाएगी, और विद्युत क्षेत्र गायब हो जाएगा (चित्र 15.9, ए)।
तीसरे पक्ष की ताकतें।
करंट के स्थिर रहने के लिए, गेंदों के बीच एक निरंतर वोल्टेज बनाए रखना आवश्यक है। इसके लिए एक उपकरण (वर्तमान स्रोत) की आवश्यकता होती है जो गेंदों के विद्युत क्षेत्र से इन आवेशों पर कार्य करने वाले बलों की दिशा के विपरीत एक गेंद से दूसरी गेंद पर आवेशों को स्थानांतरित करेगा। ऐसे उपकरण में, विद्युत बलों के अलावा, गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक मूल के बलों को आवेशों पर कार्य करना चाहिए (चित्र। 15.9, बी)। आवेशित कणों का केवल एक विद्युत क्षेत्र ( कूलम्ब फील्ड) परिपथ में एक नियत धारा को बनाए रखने में सक्षम नहीं है।
इलेक्ट्रोस्टैटिक मूल (यानी, कूलम्ब) के बलों के अपवाद के साथ, विद्युत आवेशित कणों पर कार्य करने वाले किसी भी बल को कहा जाता है बाहरी ताकतें.
यदि हम ऊर्जा के संरक्षण के नियम की ओर मुड़ें तो परिपथ में निरंतर धारा बनाए रखने के लिए बाहरी बलों की आवश्यकता के बारे में निष्कर्ष और भी स्पष्ट हो जाएगा।
इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र संभावित है। एक बंद विद्युत परिपथ के साथ इसमें आवेशित कणों को ले जाने पर इस क्षेत्र का कार्य शून्य होता है। कंडक्टरों के माध्यम से करंट का मार्ग ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है - कंडक्टर गर्म होता है। इसलिए, सर्किट में ऊर्जा का कुछ स्रोत होना चाहिए जो इसे सर्किट को आपूर्ति करता है। इसमें, कूलम्ब बलों के अलावा, तृतीय-पक्ष, गैर-संभावित बलों को आवश्यक रूप से कार्य करना चाहिए। एक बंद समोच्च के साथ इन बलों का कार्य शून्य से भिन्न होना चाहिए।
यह इन बलों द्वारा कार्य करने की प्रक्रिया में है कि आवेशित कण वर्तमान स्रोत के अंदर ऊर्जा प्राप्त करते हैं और फिर इसे विद्युत परिपथ के संवाहकों को देते हैं।
तृतीय-पक्ष बल सभी मौजूदा स्रोतों के अंदर गति आवेशित कणों में सेट होते हैं: बिजली संयंत्रों में जनरेटर में, गैल्वेनिक सेल, बैटरी आदि में।
जब सर्किट बंद हो जाता है, तो सर्किट के सभी कंडक्टरों में एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है। वर्तमान स्रोत के अंदर, आवेश के प्रभाव में चलते हैं बाहरी बल बनाम कूलम्ब बल(एक धनात्मक आवेशित इलेक्ट्रोड से एक ऋणात्मक में इलेक्ट्रॉन), और बाहरी सर्किट में वे एक विद्युत क्षेत्र द्वारा गति में सेट होते हैं (चित्र 15.9, बी देखें)।
बाहरी ताकतों की प्रकृति।
बाहरी ताकतों की प्रकृति विविध हो सकती है। पावर प्लांट जनरेटर में, बाहरी बल एक गतिमान कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों पर चुंबकीय क्षेत्र से कार्य करने वाले बल होते हैं।
गैल्वेनिक सेल में, उदाहरण के लिए, वोल्टा सेल में, रासायनिक बल कार्य करते हैं।
वोल्टा तत्व में जिंक और कॉपर इलेक्ट्रोड होते हैं जिन्हें सल्फ्यूरिक एसिड के घोल में रखा जाता है। रासायनिक बल जिंक को अम्ल में घोलने का कारण बनते हैं। सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए जस्ता आयन समाधान में गुजरते हैं, और जस्ता इलेक्ट्रोड स्वयं नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है। (कॉपर सल्फ्यूरिक एसिड में बहुत कम घुलता है।) जिंक और कॉपर इलेक्ट्रोड के बीच एक संभावित अंतर दिखाई देता है, जो बाहरी विद्युत सर्किट में करंट को निर्धारित करता है।
बाह्य बलों की क्रिया को एक महत्वपूर्ण भौतिक राशि की विशेषता होती है जिसे कहा जाता है विद्युत प्रभावन बल(संक्षिप्त ईएमएफ)।
विद्युत प्रभावन बलएक बंद सर्किट के साथ चार्ज को इस चार्ज के पूर्ण मूल्य पर ले जाने पर वर्तमान स्रोत बाहरी बलों के काम के अनुपात के बराबर होता है:
इलेक्ट्रोमोटिव बल, वोल्टेज की तरह, वोल्ट में व्यक्त किया जाता है।
जब सर्किट खुला होता है तो बैटरी टर्मिनलों में संभावित अंतर इलेक्ट्रोमोटिव बल के बराबर होता है। एक बैटरी सेल का EMF आमतौर पर 1-2 V होता है।
हम परिपथ के किसी भी भाग में विद्युत वाहक बल के बारे में भी बात कर सकते हैं। यह बाह्य बलों (एक इकाई आवेश को हिलाने का कार्य) का विशिष्ट कार्य पूरे परिपथ में नहीं, बल्कि केवल इस क्षेत्र में है।
गैल्वेनिक सेल का इलेक्ट्रोमोटिव बल संख्यात्मक रूप से बाहरी बलों के काम के बराबर होता है जब सेल के अंदर एक सकारात्मक चार्ज को एक ध्रुव से दूसरे ध्रुव पर ले जाया जाता है।
बाहरी बलों के कार्य को संभावित अंतर के रूप में व्यक्त नहीं किया जा सकता है, क्योंकि बाहरी बल गैर-संभावित हैं और उनका कार्य आवेश प्रक्षेपवक्र के आकार पर निर्भर करता है।
एक कंडक्टर में विद्युत प्रवाह को बनाए रखने के लिए, ऊर्जा के एक बाहरी स्रोत की आवश्यकता होती है, जो लगातार इस कंडक्टर के सिरों के बीच एक संभावित अंतर पैदा करता है। ऐसे ऊर्जा स्रोतों को विद्युत ऊर्जा (या वर्तमान स्रोत) के स्रोत कहा जाता है।
विद्युत ऊर्जा के स्रोतों में एक निश्चित होता है विद्युत प्रभावन बल(संक्षिप्त) ईएमएफ), जो लंबे समय तक कंडक्टर के सिरों के बीच एक संभावित अंतर बनाता है और बनाए रखता है। कभी-कभी यह कहा जाता है कि EMF किसी परिपथ में विद्युत धारा बनाता है। ऐसी परिभाषा की सशर्तता को याद रखना आवश्यक है, क्योंकि हम पहले ही ऊपर स्थापित कर चुके हैं कि विद्युत प्रवाह के उद्भव और अस्तित्व का कारण एक विद्युत क्षेत्र है।
विद्युत ऊर्जा का एक स्रोत एक बंद सर्किट में विद्युत आवेशों को स्थानांतरित करके एक निश्चित मात्रा में कार्य करता है।
परिभाषा:एक बंद सर्किट में सकारात्मक चार्ज की एक इकाई को स्थानांतरित करते समय विद्युत ऊर्जा के स्रोत द्वारा किए गए कार्य को स्रोत का ईएमएफ कहा जाता है
वोल्ट को इलेक्ट्रोमोटिव बल की माप की इकाई के रूप में लिया जाता है (संक्षिप्त वोल्ट को अक्षर बी या वी - लैटिन में "वी" द्वारा दर्शाया जाता है)।
विद्युत ऊर्जा के स्रोत का ईएमएफ एक वोल्ट के बराबर होता है, यदि एक बंद सर्किट में बिजली के एक लटकन को घुमाते समय, विद्युत ऊर्जा का स्रोत एक जूल के बराबर काम करता है:
व्यवहार में, ईएमएफ को मापने के लिए बड़ी और छोटी दोनों इकाइयों का उपयोग किया जाता है, अर्थात्:
1 किलोवोल्ट (केवी, केवी) 1000 वी के बराबर;
1 मिलीवोल्ट (एमवी, एमवी), वोल्ट के एक हजारवें हिस्से (10-3 वी) के बराबर,
1 माइक्रोवोल्ट (μV, µV), वोल्ट के दस लाखवें भाग (10-6 V) के बराबर।
जाहिर है, 1 केवी = 1000 वी; 1 वी = 1000 एमवी = 1,000,000 µ वी; 1 एमवी = 1000 µ वी.
वर्तमान में, विद्युत ऊर्जा के कई प्रकार के स्रोत हैं। पहली बार, एक गैल्वेनिक बैटरी का उपयोग विद्युत ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया गया था, जिसमें कई जस्ता और तांबे के घेरे शामिल थे, जिसके बीच अम्लीय पानी में भिगोई हुई त्वचा रखी गई थी। गैल्वेनिक बैटरी में, रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया गया था (इस पर अधिक चर्चा अध्याय XVI में की जाएगी)। बिजली के सिद्धांत के संस्थापकों में से एक, इतालवी शरीर विज्ञानी लुइगी गलवानी (1737-1798) से गैल्वेनिक बैटरी को इसका नाम मिला।
गैल्वेनिक बैटरी के सुधार और व्यावहारिक उपयोग पर कई प्रयोग रूसी वैज्ञानिक वासिली व्लादिमीरोविच पेट्रोव द्वारा किए गए थे। पिछली शताब्दी की शुरुआत में, उन्होंने दुनिया की सबसे बड़ी गैल्वेनिक बैटरी बनाई और कई शानदार प्रयोगों के लिए इसका इस्तेमाल किया।
विद्युत ऊर्जा के वे स्रोत जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के सिद्धांत पर कार्य करते हैं, विद्युत ऊर्जा के रासायनिक स्रोत कहलाते हैं।
विद्युत ऊर्जा का एक अन्य मुख्य स्रोत, जिसका व्यापक रूप से विद्युत और रेडियो इंजीनियरिंग में उपयोग किया जाता है, एक जनरेटर है। जनरेटर यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।
विद्युत आरेखों पर, विद्युत ऊर्जा के स्रोत और जनरेटर को अंजीर में दिखाया गया है। एक।
चित्र 1। विद्युत ऊर्जा के स्रोतों के प्रतीक:ए - ईएमएफ स्रोत, सामान्य पदनाम, बी - वर्तमान स्रोत, सामान्य पदनाम; सी - विद्युत ऊर्जा का रासायनिक स्रोत; डी - रासायनिक स्रोतों की बैटरी; डी - निरंतर वोल्टेज स्रोत; ई - परिवर्तनीय रोशनी का स्रोत; जी - जनरेटर।
विद्युत ऊर्जा के रासायनिक स्रोतों और जनरेटर के लिए, इलेक्ट्रोमोटिव बल उसी तरह प्रकट होता है, स्रोत टर्मिनलों पर संभावित अंतर पैदा करता है और इसे लंबे समय तक बनाए रखता है। इन क्लैंप को कहा जाता है विद्युत ऊर्जा के स्रोत के ध्रुव. विद्युत ऊर्जा स्रोत के एक ध्रुव में एक सकारात्मक क्षमता (इलेक्ट्रॉनों की कमी) होती है, जिसे एक प्लस चिह्न (+) द्वारा दर्शाया जाता है और इसे सकारात्मक ध्रुव कहा जाता है। दूसरे ध्रुव में एक ऋणात्मक विभव (इलेक्ट्रॉनों की अधिकता) है, इसे ऋण चिह्न (-) द्वारा दर्शाया जाता है, और इसे ऋणात्मक ध्रुव कहा जाता है।
विद्युत ऊर्जा के स्रोतों से, विद्युत ऊर्जा तारों के माध्यम से अपने उपभोक्ताओं (इलेक्ट्रिक लैंप, इलेक्ट्रिक मोटर, इलेक्ट्रिक आर्क, इलेक्ट्रिक हीटर, आदि) को प्रेषित की जाती है।
परिभाषा :विद्युत ऊर्जा के स्रोत, उसके उपभोक्ता और कनेक्टिंग तारों के संयोजन को विद्युत परिपथ कहा जाता है।
सबसे सरल विद्युत परिपथ अंजीर में दिखाया गया है। 2.
चित्र 2। बी - विद्युत ऊर्जा का स्रोत; एसए - स्विच; ईएल - विद्युत ऊर्जा (दीपक) का उपभोक्ता।
एक सर्किट के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह के लिए, इसे बंद करना होगा। एक बंद विद्युत परिपथ के माध्यम से एक धारा लगातार प्रवाहित होती है, क्योंकि विद्युत ऊर्जा के स्रोत के ध्रुवों के बीच एक निश्चित संभावित अंतर होता है। इस संभावित अंतर को कहा जाता है स्रोत वोल्टेजऔर पत्र के साथ चिह्नित है यू. वोल्टेज के लिए माप की इकाई वोल्ट है। ईएमएफ की तरह, वोल्टेज को किलोवोल्ट, मिलीवोल्ट और माइक्रोवोल्ट में मापा जा सकता है।
ईएमएफ और वोल्टेज के परिमाण को मापने के लिए, एक उपकरण कहा जाता है वाल्टमीटर. यदि एक वोल्टमीटर को विद्युत ऊर्जा के स्रोत के ध्रुवों से सीधे जोड़ा जाता है, तो जब विद्युत परिपथ खुला होता है, तो यह विद्युत ऊर्जा के स्रोत का ईएमएफ दिखाएगा, और जब इसे बंद किया जाता है, तो इसके टर्मिनलों पर वोल्टेज: (चित्र। 3))।
चित्र तीन विद्युत ऊर्जा स्रोत के ईएमएफ और वोल्टेज का मापन:ए - विद्युत ऊर्जा के स्रोत के ईएमएफ का मापन; बी - विद्युत ऊर्जा स्रोत के टर्मिनलों पर वोल्टेज माप।
ध्यान दें कि विद्युत ऊर्जा स्रोत के टर्मिनलों पर वोल्टेज हमेशा उसके ईएमएफ से कम होता है।
ईएमएफ संख्यात्मक रूप से, इलेक्ट्रोमोटिव बल को विद्युत ऊर्जा के स्रोत द्वारा एक बंद सर्किट में एक सकारात्मक चार्ज के हस्तांतरण में किए गए कार्य द्वारा मापा जाता है। अगर ऊर्जा का स्रोत, काम करना ए, पूरे बंद चार्ज सर्किट में स्थानांतरण प्रदान करता है क्यू, तो उसका विद्युत वाहक बल ( इ) के बराबर होगा
विद्युत वाहक बल का SI मात्रक वोल्ट (v) है। विद्युत ऊर्जा के एक स्रोत में 1 वोल्ट का ईएमएफ होता है, यदि 1 कूलम्ब के आवेश के पूरे बंद परिपथ से गुजरते समय, 1 जूल के बराबर कार्य किया जाता है। विभिन्न स्रोतों में इलेक्ट्रोमोटिव बलों की भौतिक प्रकृति बहुत भिन्न होती है।
आत्म प्रेरण- एक बंद संवाहक सर्किट में EMF इंडक्शन की घटना जब सर्किट से प्रवाहित होने वाली धारा में परिवर्तन होता है। जब वर्तमान बदलता है मैंसर्किट में, चुंबकीय प्रवाह भी आनुपातिक रूप से बदलता है बीइस समोच्च से घिरी सतह के माध्यम से। इस चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के कारण, इस सर्किट में एक आगमनात्मक ईएमएफ की उत्तेजना की ओर जाता है इ. इस घटना को स्व-प्रेरण कहा जाता है।
अवधारणा पारस्परिक प्रेरण की अवधारणा से संबंधित है, इसका विशेष मामला है।
शक्ति। शक्ति समय की प्रति इकाई किया गया कार्य है। शक्ति समय की प्रति इकाई किया गया कार्य है, अर्थात चार्ज को ईएल में स्थानांतरित करने के लिए। सर्किट या बंद सर्किट में ऊर्जा खर्च होती है, जो ए \u003d यू * क्यू के बराबर है, क्योंकि बिजली की मात्रा वर्तमान ताकत के उत्पाद के बराबर है, तो क्यू \u003d I * t, यह इस प्रकार है कि ए \u003d यू * मैं * टी। P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(I)
1W=1000mV, 1kW=1000V, Pr=Pp+Po पावर बैलेंस फॉर्मूला। पीआर-जनरेटर पावर (ईएमएफ)
Pr=E*I, Pp=I*U उपयोगी शक्ति, यानी बिना नुकसान के खपत की जाने वाली शक्ति। Po=I^2*R-खोई हुई शक्ति। सर्किट को कार्य करने के लिए, विद्युत सर्किट में शक्ति संतुलन बनाए रखना आवश्यक है।
12.सर्किट सेक्शन के लिए ओम का नियम।
सर्किट सेक्शन में करंट की ताकत इस कंडक्टर के सिरों पर वोल्टेज के सीधे आनुपातिक होती है और इसके प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है:
मैं = यू/आर;
1)यू=आई*आर, 2)आर=यू/आर
13.पूर्ण परिपथ के लिए ओम का नियम।
सर्किट में वर्तमान ताकत सर्किट में अभिनय करने वाले ईएमएफ के समानुपाती होती है और सर्किट प्रतिरोधों के योग और स्रोत के आंतरिक प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
वोल्टेज स्रोत (वी) का ईएमएफ, - सर्किट में करंट (ए), - सर्किट के सभी बाहरी तत्वों का प्रतिरोध (ओम), - वोल्टेज स्रोत (ओम) का आंतरिक प्रतिरोध। 1) ई \u003d मैं (आर) + आर)? 2)आर+आर=ई/आई
14.श्रृंखला, प्रतिरोधों का समानांतर कनेक्शन, समकक्ष प्रतिरोध। धाराओं और वोल्टेज का वितरण।
श्रृंखला में कनेक्ट होने पर
कई प्रतिरोधकपहले का अंत अवरोधदूसरे की शुरुआत से जुड़ा, दूसरे का अंत - तीसरे की शुरुआत आदि से। ऐसे कनेक्शन के साथश्रृंखला सर्किट के सभी तत्वों से होकर गुजरता है
वही वर्तमान मैं
यूई = यू 1 + यू 2 + यू 3।इसलिए, स्रोत टर्मिनलों पर वोल्टेज यू श्रृंखला में जुड़े प्रत्येक प्रतिरोधों में वोल्टेज के योग के बराबर है।
रे=R1+R2+R3, यानी=I1=I2=I3, Ue=U1+U2+U3.
श्रेणीक्रम में जोड़ने पर परिपथ का प्रतिरोध बढ़ जाता है।
प्रतिरोधों का समानांतर कनेक्शन।प्रतिरोधों का एक समानांतर कनेक्शन एक ऐसा कनेक्शन है जिसमें प्रतिरोधों की शुरुआत स्रोत के एक टर्मिनल से जुड़ी होती है, और दूसरे टर्मिनल से समाप्त होती है।
समानांतर में जुड़े प्रतिरोधों का कुल प्रतिरोध सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है
समानांतर में जुड़े प्रतिरोधों का कुल प्रतिरोध हमेशा इस संबंध में शामिल सबसे छोटे प्रतिरोध से कम होता है।
जब प्रतिरोधों को समानांतर में जोड़ा जाता है, तो उनके पार वोल्टेज एक दूसरे के बराबर होते हैं। यूई=यू1=यू2=यू3करंट I सर्किट में प्रवाहित होता है, और इससे I 1, I 2, I 3 धाराएँ निकलती हैं। चूँकि गतिमान विद्युत आवेश एक बिंदु पर जमा नहीं होते हैं, यह स्पष्ट है कि शाखा बिंदु पर प्रवाहित होने वाला कुल आवेश इससे दूर जाने वाले कुल आवेश के बराबर होता है: यानी=I1+I2+I3इसलिए, समानांतर कनेक्शन की तीसरी संपत्ति निम्नानुसार तैयार की जा सकती है: परिपथ के अशाखित भाग में धारा का परिमाण समानांतर शाखाओं में धाराओं के योग के बराबर होता है।दो समानांतर प्रतिरोधों के लिए:
इलेक्ट्रोमोटिव बल, ईएमएफ के लोगों में, साथ ही वोल्टेज को वोल्ट में मापा जाता है, लेकिन यह पूरी तरह से अलग प्रकृति का है।
हाइड्रोलिक्स के संदर्भ में EMF
मुझे लगता है कि आप पिछले लेख के बारे में वाटर टावर से पहले से ही परिचित हैं
मान लीजिए कि मीनार पूरी तरह से पानी से भर गई है। हमने टॉवर के नीचे एक छेद ड्रिल किया और उसमें एक पाइप काटा, जिससे पानी आपके घर तक जाता है।
पड़ोसी खीरे को पानी देना चाहता था, आपने कार धोने का फैसला किया, माँ ने कपड़े धोने और वॉयला शुरू किया! पानी का बहाव कम और कम होता गया, और जल्दी ही पूरी तरह से सूख गया... क्या हुआ? टावर में पानी खत्म हो गया...
टावर को खाली करने में लगने वाला समय टावर की क्षमता पर ही निर्भर करता है, साथ ही साथ कितने उपभोक्ता पानी का उपयोग करेंगे।
रेडियो तत्व संधारित्र के बारे में भी यही कहा जा सकता है:
मान लीजिए कि हमने इसे 1.5 वोल्ट की बैटरी से चार्ज किया और इसने चार्ज लिया। आइए एक चार्ज कैपेसिटर को इस तरह से ड्रा करें:
लेकिन जैसे ही हम कुंजी एस को बंद करके लोड को कनेक्ट करते हैं (एलईडी को लोड होने दें), सेकंड के पहले अंश में एलईडी उज्ज्वल रूप से चमक जाएगी, और फिर चुपचाप दूर हो जाएगी ... और जब तक यह पूरी तरह से बाहर न हो जाए . एलईडी का विलुप्त होने का समय संधारित्र की धारिता पर निर्भर करेगा, साथ ही इस बात पर भी निर्भर करेगा कि हम आवेशित संधारित्र को किस भार से जोड़ते हैं।
जैसा कि मैंने कहा, यह एक साधारण भरे टॉवर और पानी का उपयोग करने वाले उपभोक्ताओं के समान है।
लेकिन फिर हमारे टावरों में कभी पानी खत्म क्यों नहीं होता? हाँ क्योंकि यह काम करता है। पानी की आपूर्ति पंप! यह पंप अपना पानी कहाँ से प्राप्त करता है? भूजल निकालने के लिए खोदे गए कुएं से। कभी-कभी इसे आर्टेशियन भी कहा जाता है।
जैसे ही टावर पूरी तरह से पानी से भर जाता है, पंप बंद हो जाता है। हमारे पानी के टावरों में, पंप हमेशा अधिकतम जल स्तर बनाए रखता है।
तो आइए याद करते हैं तनाव क्या है? हाइड्रोलिक्स के अनुरूप, यह जल मीनार में जल स्तर है। एक पूर्ण टॉवर अधिकतम जल स्तर है, जिसका अर्थ है अधिकतम वोल्टेज। टावर में पानी नहीं - जीरो वोल्टेज।
विद्युत प्रवाह का ईएमएफ
जैसा कि आप पिछले लेखों से याद करते हैं, पानी के अणु "इलेक्ट्रॉन" होते हैं। विद्युत प्रवाह होने के लिए, इलेक्ट्रॉनों को एक ही दिशा में चलना चाहिए। लेकिन उनके लिए एक ही दिशा में आगे बढ़ने के लिए तनाव और किसी तरह का भार होना चाहिए। यानी टॉवर में पानी एक तनाव है, और जो लोग अपनी जरूरतों के लिए पानी खर्च करते हैं, वे बोझ हैं, क्योंकि वे टावर के पैर में स्थित एक पाइप से पानी का प्रवाह बनाते हैं। और प्रवाह कुछ और नहीं बल्कि धारा की ताकत है।
इस शर्त का भी ध्यान रखना चाहिए कि पानी हमेशा अधिकतम स्तर पर होना चाहिए, भले ही कितने लोग इसे अपनी जरूरतों के लिए एक ही समय में खर्च करें, अन्यथा टावर खाली हो जाएगा। पानी के टॉवर के लिए, यह जीवन रक्षक उपकरण पानी का पंप है। विद्युत प्रवाह के बारे में क्या?
विद्युत प्रवाह के लिए, कुछ ऐसा बल होना चाहिए जो इलेक्ट्रॉनों को एक दिशा में लंबे समय तक धकेले। अर्थात्, इस बल को इलेक्ट्रॉनों को गतिमान करना चाहिए! विद्युत प्रभावन बल!हाँ बिल्कुल! विद्युत प्रभावन बल! आप इसे संक्षिप्त ईएमएफ कह सकते हैं - इइलेक्ट्रो डीदेख के सेगाद इसे वोल्ट में मापा जाता है, जैसे वोल्टेज, और मुख्य रूप से अक्षर द्वारा इंगित किया जाता है इ.
क्या इसका मतलब यह है कि हमारी बैटरियों में भी ऐसा "पंप" है? वहाँ है, और इसे "इलेक्ट्रॉन पंप" कहना अधिक सही होगा)। लेकिन, ज़ाहिर है, कोई ऐसा नहीं कहता। वे बस कहते हैं - ईएमएफ। मुझे आश्चर्य है कि यह पंप बैटरी में कहाँ छिपा है? यह केवल एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया है, जिसके कारण बैटरी में "जल स्तर" बना रहता है, लेकिन फिर भी, यह पंप खराब हो जाता है और बैटरी में वोल्टेज कम होने लगता है, क्योंकि "पंप" के पास समय नहीं होता है पानी निकालें। अंत में, यह पूरी तरह से टूट जाता है और बैटरी पर वोल्टेज लगभग शून्य हो जाता है।
वास्तविक ईएमएफ स्रोत
विद्युत ऊर्जा का स्रोत आंतरिक प्रतिरोध R ext के साथ EMF का स्रोत है। ये कोई भी रासायनिक बैटरियां हो सकती हैं, जैसे बैटरी और संचायक।
ईएमएफ के संदर्भ में उनकी आंतरिक संरचना कुछ इस तरह दिखती है:
कहाँ पे इईएमएफ है, और आर अतिरिक्तबैटरी का आंतरिक प्रतिरोध है
तो इससे क्या निष्कर्ष निकाला जा सकता है?
यदि कोई लोड बैटरी से नहीं चिपकता है, जैसे कि एक गरमागरम लैंप, आदि, तो परिणामस्वरूप, ऐसे सर्किट में वर्तमान ताकत शून्य होगी। एक सरलीकृत आरेख होगा:
लेकिन अगर हम फिर भी अपनी बैटरी में एक गरमागरम बल्ब लगाते हैं, तो हमारा सर्किट बंद हो जाएगा और सर्किट में करंट प्रवाहित होगा:
यदि आप बैटरी पर वोल्टेज पर करंट सर्किट में ताकत की निर्भरता का ग्राफ खींचते हैं, तो यह इस तरह दिखेगा:
निष्कर्ष क्या है? बैटरी के ईएमएफ को मापने के लिए, हमें बस एक उच्च इनपुट प्रतिरोध के साथ एक अच्छा मल्टीमीटर लेने की जरूरत है और बैटरी टर्मिनलों पर वोल्टेज को मापने की जरूरत है।
आदर्श ईएमएफ स्रोत
मान लीजिए कि हमारी बैटरी में शून्य आंतरिक प्रतिरोध है, तो यह पता चलता है कि R ext \u003d 0.
यह अनुमान लगाना आसान है कि इस मामले में शून्य प्रतिरोध के पार वोल्टेज ड्रॉप भी शून्य होगा। नतीजतन, हमारा ग्राफ इस तरह दिखेगा:
नतीजतन, हमें सिर्फ एक ईएमएफ स्रोत मिला। इसलिए, एक ईएमएफ स्रोत एक आदर्श शक्ति स्रोत है, जिसमें टर्मिनलों पर वोल्टेज सर्किट में वर्तमान की ताकत पर निर्भर नहीं करता है। यही है, हम इस तरह के ईएमएफ स्रोत से कोई फर्क नहीं पड़ता, हमारे मामले में यह अभी भी बिना किसी गिरावट के आवश्यक वोल्टेज देगा। EMF स्रोत स्वयं इस प्रकार निर्दिष्ट है:
व्यवहार में, ईएमएफ का कोई आदर्श स्रोत नहीं है।
ईएमएफ प्रकार
– विद्युत(बैटरी और संचायक का ईएमएफ)
– प्रकाश विद्युत प्रभाव(सौर ऊर्जा से विद्युत धारा प्राप्त करना)
– प्रवेश(विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करने वाले जनरेटर)
– सीबेक प्रभाव या थर्मोईएमएफ(श्रृंखला से जुड़े असमान कंडक्टरों से युक्त एक बंद सर्किट में विद्युत प्रवाह की घटना, जिसके बीच के संपर्क अलग-अलग तापमान पर होते हैं)
– पीजोईएमएफ(से ईएमएफ प्राप्त करना)