विद्युत धारा: Difference between revisions

विद्युत धारा
विद्युत धारा
	File:Ohm's Law with Voltage source TeX.svg एक साधारण विद्युत परिपथ, जहाँ धारा को अक्षर i से निरूपित किया जाता है। वोल्टेज (V), प्रतिरोध (R), और धारा (I) के बीच संबंध V = IR है; इसे ओम का नियम के रूप में जाना जाता है।
सामान्य प्रतीक	I
Si इकाई	एम्पियर
अन्य मात्राओं से ; व्युत्पत्तियां
आयाम

Latest revision as of 16:25, 12 September 2023

विद्युत धारा, विद्युत चालकों या क्षेत्र के माध्यम से चलने वाले इलेक्ट्रॉन या आयन जैसे आवेशित कणों का एक प्रवाह है। इसे एक सतह के माध्यम से या एक नियंत्रण आयतन में विद्युत आवेश के प्रवाह की शुद्ध दर के रूप में मापा जाता है।^[1]^: 2 ^[2]^: 622 इन गतिमान कणों को आवेश वाहक कहा जाता है, जो चालकों पर आधारित कई प्रकार के कणों में से एक हो सकता है। एक तार के माध्यम से गतिमान इलेक्ट्रॉन ही प्रायः विद्युत परिपथों में आवेश वाहक का कार्य करते हैं। अर्धचालकों में इलेक्ट्रॉन या छिद्र आवेश वाहक का कार्य करते हैं। एक विद्युत्-अपघट्य में आयन आवेश वाहक का कार्य करते हैं, जबकि प्लाज्मा (आयनित गैस) में आयन और इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक के रूप में कार्य करते हैं।^[3]

विद्युत धारा का एसआई मात्रक एम्पियर है, जो विद्युत आवेश का एक सतह पर एक कूलॉम प्रति सेकंड की दर से प्रवाह है। एम्पियर (प्रतीक: A), एसआई पद्धति का मूल मात्रक है।^[4]^: 15 विद्युत प्रवाह को अमीटर नामक उपकरण की सहायता से मापा जाता है।^[2]^: 788

विद्युत धाराएँ चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करती हैं, जिनका उपयोग मोटर, जनित्र, प्रेरकों और ट्रांसफार्मर में किया जाता है। साधारण चालकों में चुम्बकीय क्षेत्र जूल तापन का कारण बनता है, जो उद्दीप्त प्रकाश बल्बों में प्रकाश उत्पन्न करता है। समय-परिवर्तन धाराएँ विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करती हैं, जिनका उपयोग दूरसंचार में सूचना प्रसारित करने के लिए किया जाता है।

प्रतीक

विद्युत् धारा का पारंपरिक प्रतीक $I$ है, जिसकी उत्पत्ति फ्रांसीसी वाक्यांश इंटेन्सिटे डू कूरेंट (धारा तीव्रता) से हुई है।^[5]^[6] धारा तीव्रता को प्रायः केवल धारा के रूप में संदर्भित किया जाता है।^[7] प्रतीक $I$ का उपयोग आंद्रे-मैरी एम्पियर द्वारा किया गया था, जिसके बाद एम्पियर के बल नियम (1820) को तैयार करने में विद्युत प्रवाह की इकाई को एम्पियर द्वारा निरूपित किया गया था।^[8] यह संकेतन फ्रांस से ग्रेट ब्रिटेन तक गया, जहाँ इसे मानक के रूप में निर्धारित कर दिया गया, हालांकि कम से कम एक पत्रिका ने वर्ष 1896 तक धारा के संकेत को $C$ से $I$ में परिवर्तित नहीं किया।^[9]

पद्धति

File:Current notation.svg

विद्युत परिपथ में आवेश वाहक, इलेक्ट्रॉन, पारंपरिक विद्युत प्रवाह की विपरीत दिशा में प्रवाहित होते हैं।

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परिपथ आरेख में बैटरी के लिए प्रतीक।

एक प्रवाहकीय सामग्री में, विद्युत प्रवाह का निर्माण करने वाले गतिमान आवेशित कणों को आवेश वाहक कहते हैं। अधिकांश विद्युत परिपथों में तार और अन्य संवाहक बनाने वाली धातुओं में परमाणुओं के धनावेशित परमाणु नाभिक एक निश्चित स्थिति में होते हैं, और ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक होते हैं, जो धातु में भ्रमण के लिए स्वतंत्र होते हैं। आवेश वाहक, विशेष रूप से अर्धचालक जैसी अन्य सामग्रियों में धनात्मक या ऋणात्मक हो सकते हैं, जो प्रयुक्त मिश्रक (डोपेंट) पर निर्भर करता है। धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेश वाहक एक ही समय में मौजूद हो सकते हैं, जैसा कि विद्युत रासायनिक सेल में विद्युत्-अपघट्य में होता है।

धनात्मक आवेशों का प्रवाह समान विद्युत धारा प्रदान करता है, और परिपथ में विपरीत दिशा में प्रवाहित ऋणात्मक आवेशों के समान ही प्रभाव डालता है। चूँकि विद्युत् धारा, धनात्मक या ऋणात्मक या दोनों आवेशों का प्रवाह हो सकता है, अतः विद्युत धारा की दिशा के लिए एक परिपाटी की आवश्यकता होती है जो आवेश वाहकों के प्रकार से मुक्त होती है। पारंपरिक धारा की दिशा को स्वेच्छा से धनात्मक आवेशों के प्रवाह की दिशा के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसलिए इलेक्ट्रॉन (धातु के तारों और कई अन्य इलेक्ट्रॉनिक परिपथ घटकों में आवेश वाहक) जैसे ऋणावेशित वाहक, विद्युत परिपथ में पारंपरिक धारा प्रवाह की विपरीत दिशा में प्रवाहित होते हैं।

संदर्भ निर्देशन

विद्युत् धारा, एक तार या परिपथ तत्व में दो दिशाओं में प्रवाहित हो सकती है। धारा को निरूपित करने के लिए एक चर $I$ को परिभाषित करते समय धनात्मक धारा का निरूपण करने वाली दिशा को सामान्यतः परिपथ योजनाबद्ध आरेख पर एक तीर द्वारा निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।^{[lower-alpha 1]} ^: 13 इसे धारा $I$ की संदर्भ दिशा कहा जाता हैI परिपथ विश्लेषण करते समय एक विशिष्ट परिपथ तत्व के माध्यम से धारा की वास्तविक दिशा सामान्यतः विश्लेषण के पूरा हो जाने तक अज्ञात होती है। परिणामस्वरूप, धाराओं के संदर्भ निर्देश को प्रायः स्वैच्छिक रूप से निरूपित किया जाता है। जब परिपथ हल हो जाता है, तो धारा के लिए एक नकारात्मक मान का अर्थ है कि परिपथ तत्व के माध्यम से धारा की वास्तविक दिशा चयनित संदर्भ दिशा के विपरीत है।^{[lower-alpha 2]}^: 29

ओम का नियम

ओम के नियम के अनुसार, एक चालक के माध्यम से दो बिंदुओं के बीच धारा, दोनों बिंदुओं के बीच विभवान्तर के समानुपातिक होती है। समानुपातिकता स्थिरांक, प्रतिरोध^[11] को निम्न सम्बन्ध का वर्णन करने वाले सामान्य गणितीय समीकरण की सहायता से परिभाषित किया जा सकता है:^[12]

I={\frac {V}{R}},

जहाँ I, चालक के माध्यम से प्रवाहित धारा (एम्पियर में), V, चालक में मापा गया विभवान्तर (वोल्ट में) और R, चालक का विद्युत प्रतिरोध (ओम में) है। अधिक विशेष रूप से ओम का नियम कहता है कि इस संबंध में R स्थिर है, जो कि धारा से स्वतंत्र है।^[13]

प्रत्यावर्ती और दिष्ट धारा

प्रत्यावर्ती धारा (एसी) प्रणालियों में, विद्युत आवेश की गति दिशा को समय-समय पर पलट देती है। एसी विद्युत शक्ति का एक ऐसा रूप है जिसकी आपूर्ति सामान्यतः व्यवसायों और आवासों को की जाती है। ज्या तरंग,एसी शक्ति परिपथ का एक सामान्य तरंगरूप है, हालांकि कुछ अनुप्रयोग त्रिभुज तरंग या वर्ग तरंग जैसी वैकल्पिक तरंगों का उपयोग करते हैं। विद्युत्-तारों पर प्रवाहित ऑडियो और रेडियो आवृत्ति भी प्रत्यावर्ती धारा के उदाहरण हैं। एसी संकेतों पर एन्कोडेड सूचना की पुनर्प्राप्ति, इन अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण लक्ष्य है।

इसके विपरीत, दिष्ट धारा (डीसी) एक ऐसी प्रणाली को संदर्भित करती है, जिसमें विद्युत आवेश का संचलन केवल एक ही दिशा में होता है, अतः कभी-कभी इसे एकदिश प्रवाह भी कहा जाता है)। दिष्ट धारा का उत्पादन बैटरी, ताप-युग्म, सौर सेल और डायनमो जैसे कम्यूटेटर-प्रकार के विद्युत् यंत्रों जैसे स्रोतों द्वारा किया जाता है। एक संशोधक के माध्यम से प्रत्यावर्ती धारा को दिष्ट धारा में भी परिवर्तित किया जा सकता है। दिष्ट धारा तार जैसे चालक में प्रवाहित हो सकती है, लेकिन इसका प्रवाह अर्धचालकों, विसंवाहकों या यहाँ तक कि एक इलेक्ट्रॉन या आयन बीम में निर्वात के माध्यम से भी हो सकता है। दिष्ट धारा का पुराना नाम विद्युत्-उत्पादक धारा था।^[14]

घटनाएँ

विद्युत प्रवाह के प्राकृतिक अवलोकन योग्य उदाहरणों में आकाशीय बिजली, स्थैतिक विद्युत निर्वहन और ध्रुवीय ज्योति का स्रोत, सौर हवा सम्मिलित हैं।

विद्युत प्रवाह की मानव निर्मित घटनाओं में चालन इलेक्ट्रॉनों का उपर्मुखी शक्ति लाइन जैसे धातु के तारों में प्रवाह, जो एक लंबी दूरी तक विद्युत शक्ति संचरण प्रदान करता है और विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के भीतर छोटे तार सम्मिलित हैं। कुंडल धाराएँ, बदलते चुंबकीय क्षेत्रों के संपर्क में आने वाले चालकों में प्रवाहित विद्युत धाराएँ होती हैं। इसी प्रकार, विशेष रूप से सतह में विद्युत धाराएँ विद्युत चुम्बकीय तरंगों के संपर्क में आने वाले चालकों से घटित होती हैं। रेडियो एंटीना के भीतर विद्युत धाराओं के सही विभव पर प्रवाहित होने पर रेडियो तरंगें उत्पन्न होती हैं।

इलेक्ट्रानिक्स में, विद्युत प्रवाह के अन्य रूपों में प्रतिरोधों के माध्यम से या निर्वात-नली में निर्वात के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह, बैटरी के अंदर आयनों का प्रवाह और धातुओं एवं अर्धचालकों के भीतर छिद्रों का प्रवाह सम्मिलित होता है।

तंत्रिका-कोशिका और तंत्रिकाओं में आयनों का प्रवाह, धारा का एक जैविक उदाहरण है, जो विचारों और संवेदी धारणाओं के लिए उत्तरदायी होता है।

मापन

विद्युत् धारा को अमीटर का उपयोग करके मापा जा सकता है।

विद्युत धारा को सीधे धारामापी से भी मापा जा सकता है, लेकिन इस विधि में विद्युत परिपथ का विच्छेदन करना पड़ता है, जो कभी-कभी असुविधाजनक होता है।

धारा से सम्बद्ध चुंबकीय क्षेत्र का पता लगाकर परिपथ को विच्छेदित किये बिना भी धारा को मापा जा सकता है। परिपथ स्तर पर उपकरण धारा-मापन के लिए विभिन्न धारा संवेदन तकनीकों का उपयोग करते हैं:

पार्श्वपथ (शंट) प्रतिरोधक^[15]
हॉल प्रभाव धारा संवेदक ट्रांसड्यूसर,
ट्रांसफॉर्मर (हालांकि डीसी को नहीं मापा जा सकता)
चुम्बकरोधी क्षेत्र संवेदक^[16]
रोगोवस्की कुंडल
धारा क्लैंप

प्रतिरोधक ताप

जूल तापन, विद्युत् अपव्यय की एक प्रक्रिया है; इसे ओमीय तापन और प्रतिरोधक तापन के रूप में भी जाना जाता है^[17]^: 36 जिसके द्वारा विद्युत प्रवाह के एक चालक के माध्यम से पारित होने से चालक की आंतरिक ऊर्जा,^[18] ^: 846 ऊष्मागतिकी कार्य को ऊष्मा में परिवर्तित करते हुए^[18]^{: 846, fn. 5} बढ़ जाती है। इस घटना का अध्ययन सर्वप्रथम जेम्स प्रेस्कॉट जूल द्वारा वर्ष 1841 में किया गया था। जूल ने तार की एक लंबाई को जल के एक निश्चित द्रव्यमान में डुबाया और एक ज्ञात धारा के कारण हुई ताप वृद्धि को एक तार के माध्यम से 30 मिनट की अवधि के तक मापा। तार की लंबाई और धारा में परिवर्तन करके उन्होंने यह निष्कर्ष निकाला कि इससे उत्पन्न ऊष्मा, तार के विद्युत प्रतिरोध और धारा के वर्ग के गुणनफल के समानुपाती होती है।

P\propto I^{2}R.

इस संबंध को जूल के नियम के रूप में जाना जाता है।^[17] ^: 36 बाद में ऊर्जा की एसआई इकाई को जूल नाम दिया गया और इसके निरूपण के लिए प्रतीक J को निर्धारित किया गया। सामर्थ्य की सामान्य रूप से ज्ञात एसआई इकाई, वाट (प्रतीक: W), एक जूल प्रति सेकंड के बराबर होती है।^[4]^: 20

विद्युत चुंबकत्व

विद्युत चुम्बक

परिनालिका में विद्युत धारा द्वारा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।

विद्युत चुम्बक में तारों की एक कुण्डली चुम्बक की भाँति व्यवहार करती है जब उसमें से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। धारा-प्रवाह को रोक देने पर कुंडली तत्काल अपना चुंबकत्व खो देती है। विद्युत धारा एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। चुंबकीय क्षेत्र को तार के चारों ओर वृत्ताकार क्षेत्र रेखाओं के एक प्रतिरूप के रूप में देखा जा सकता है जो धारा के प्रवाहित होने तक स्थापित रहता है।

विद्युत-चुम्बकीय प्रेरण

File:Electromagnetic induction - solenoid to loop - animation.gif

एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करते हुए, वैकल्पिक विद्युत प्रवाह सोलनॉइड के माध्यम से बहता है। यह क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा वायर लूप में विद्युत प्रवाह का कारण बनता है।

चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग विद्युत धाराओं के निर्माण के लिए भी किया जा सकता है। जब एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र को चालक पर प्रयुक्त किया जाता है, तो एक विद्युतवाहक बल (ईएमएफ) प्रेरित होता है,^[18] ^: 1004 जो एक पथ के उपयुक्त होने पर विद्युत प्रवाह प्रारंभ करता है।

रेडियो तरंगें

एक उपयुक्त आकार के चालक (एंटीना) में रेडियो आवृत्ति पर विद्युत प्रवाहित होने पर रेडियो तरंगें उत्पन्न हो सकती हैं। ये प्रकाश की गति से चलती हैं और दूरस्थ चालकों में विद्युत धाराएँ उत्पन्न कर सकती हैं।

विभिन्न माध्यमों में चालन तंत्र

विद्युत आवेश धात्विक ठोसों में निम्न से उच्च विद्युत विभव की ओर इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से प्रवाहित होता है। अन्य माध्यमों में, आवेशित वस्तुओं (उदाहरण के लिए, आयन) की कोई भी धारा एक विद्युत प्रवाह का निर्माण कर सकती है। आवेश वाहक के प्रकारों से स्वतंत्र धारा की परिभाषा प्रदान करने के लिए, पारंपरिक धारा को धनात्मक आवेश प्रवाह के समान दिशा में आगे बढ़ने के रूप में परिभाषित किया गया है। इसलिए, धातुओं में जहाँ आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन) ऋणात्मक होते हैं, वहां पारंपरिक धारा समग्र इलेक्ट्रॉन गति के विपरीत दिशा में प्रवाहित होती है। चालकों में जहाँ आवेश वाहक धनात्मक होते हैं, वहां पारंपरिक धारा आवेश वाहक की दिशा में ही प्रवाहित होती है।

निर्वात में आयनों या इलेक्ट्रॉनों का एक पुंज बन सकता है। अन्य प्रवाहकीय सामग्रियों में विद्युत प्रवाह, एक ही समय में धनात्मक और ऋणात्मक रूप से आवेशित दोनों कणों के प्रवाह के कारण होता है। अभी भी अन्य सामग्रियों में, धारा का प्रवाह पूर्णतः

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