विद्युत
विद्युत और शहरी प्रकाश व्यवस्था विद्युत के कुछ सबसे नाटकीय प्रभाव हैंl
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विद्युत भौतिकी की घटना का सेट है, जो कि विद्युत चार्ज के गुण है, जिसमें विद्युत क्षेत्र आवेश के भी गुण है।विद्युत चुंबकत्व से संबंधित है, दोनों इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म(विद्युत चुम्बकत्व) की घटना का हिस्सा हैं, जैसा कि मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा वर्णित है। विभिन्न सामान्य घटनाएं विद्युत से संबंधित हैं, जिनमें विद्युत, स्थैतिक बिजली, विद्युतीय ऊष्मा , विद्युत का निर्वहन और कई अन्य सम्मिलित हैं।
इसमें विद्युत के आवेश की उपस्थिति होती है , जो या तो सकारात्मक या नकारात्मक हो सकता है, यह विद्युत अभियन्त्रण का उत्पादन करती है।विद्युत आवेशों की आवागमन विद्युत प्रवाह के रूप में होता है और जो चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करता है।
जब चार्ज को गैर-शून्य विद्युत क्षेत्र के साथ किसी स्थान पर रखा जाये , तो बल उस पर कार्य करेगा। इस बल की भयावहता कूलॉम के नियम द्वारा दी गई है।यदि चार्ज चलता है, तो विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रिक चार्ज पर काम (भौतिकी) कर रहा होगा।इस प्रकार हम अंतरिक्ष में निश्चित बिंदु पर विद्युत क्षमता की बात कर सकते हैं, जो किसी बाहरी एजेंट द्वारा किए गए कार्य के बराबर है, जो किसी भी त्वरण के बिना उस बिंदु पर इच्छानुसार चुने गए संदर्भ बिंदु से सकारात्मक चार्ज की इकाई को ले जाता है और यह सामान्यतः वोल्ट में मापा जाता है।
विद्युत कई आधुनिक प्रौद्योगिकियों के केंद्र में है, जिसका उपयोग किया जा रहा है:
- इलेक्ट्रिक पावर जहां इलेक्ट्रिक करंट का उपयोग उपकरणों को सक्रिय करने के लिए किया जाता है;
- इलेक्ट्रानिक्स जो विद्युत परिपथ से संबंधित है जिसमें सक्रिय विद्युत घटक जैसे कि वैक्यूम ट्यूब, ट्रांजिस्टर, डायोड और एकीकृत परिपथ, और संबंधित निष्क्रिय इंटरकनेक्शन प्रौद्योगिकियां सम्मिलित है ।
प्राचीनता के बाद से विद्युत घटनाओं का अध्ययन किया गया है, चूंकि सैद्धांतिक समझ में प्रगति सत्रहवीं और अठारहवीं शताब्दी तक धीमी रही। विद्युत चुम्बकत्व का सिद्धांत 19 वीं शताब्दी में विकसित किया गया था, और उस सदी के अंत तक विद्युत अभियांत्रिकी द्वारा औद्योगिक और आवासीय उपयोग के लिए विद्युत(बिजली) रखी जा रही थी।इस समय विद्युत प्रौद्योगिकी में तेजी से विस्तार ने उद्योग और समाज को बदल दिया, जो दूसरी औद्योगिक क्रांति के लिए प्रेरक शक्ति बन गया। विद्युत की असाधारण बहुमुखी प्रतिभा का कारण है कि इसे लगभग असीम सेट अनुप्रयोगों में रखा जा सकता है जिसमें पावर (भौतिकी), एचवीएसी, विद्युत प्रकाश , दूरसंचार और गणना सम्मिलित हैं। विद्युत शक्ति अब आधुनिक औद्योगिक समाज की रीढ़ है।[1]
इतिहास
विद्युत का कोई भी ज्ञान अस्तित्व में आने से बहुत पहले, लोगों को विद्युतकी मछली(इलेक्ट्रिक फिश) से झटके के बारे में पता था। 28 वीं शताब्दी ईसा पूर्व से डेटिंग वाले प्राचीन मिस्र के ग्रंथों ने इन मछलियों को नील नदी के गड़गड़ाहट के रूप में संदर्भित किया, और उन्हें अन्य सभी मछलियों के संरक्षक के रूप में वर्णित किया। इलेक्ट्रिक फिश को बाद में मध्ययुगीन इस्लामिक वर्ल्ड एंड इस्लामिक मेडिसिन में प्राचीन ग्रीक, रोमन साम्राज्य और विज्ञान द्वारा बाद में मिलेनिया की सूचना दी गई थी।[2] कई प्राचीन लेखकों, जैसे कि प्लिनी द एल्डर और स्क्रिबोनियस लार्गस ने इलेक्ट्रिक कैटफ़िश और इलेक्ट्रिक किरणों द्वारा वितरित विद्युत के झटकों के सुन्न प्रभाव को प्रमाणित किया, और जानते थे कि इस विद्युत के झटका वस्तुओं के संचालन के साथ यात्रा कर सकते हैं।[3] गाउट या सिरदर्द जैसी बीमारियों वाले मरीजों को इस उम्मीद में इलेक्ट्रिक फिश को छूने के लिए निर्देशित किया गया था कि शक्तिशाली झटका उन्हें ठीक कर सकता है।[4]
भूमध्य सागर के चारों ओर प्राचीन संस्कृतियों को पता था कि कुछ वस्तुएं, जैसे कि एम्बर की छड़ें, पंख जैसी हल्की वस्तुओं को आकर्षित करने के लिए बिल्ली के फर के साथ रगड़ी जा सकती हैं। मिलेटस के. थेल्स ने 600 ईसा पूर्व के निकट स्थैतिक विद्युत पर अवलोकन की श्रृंखला बनाई, जिसमें से उनका मानना था कि मैग्नेटाइट जैसे खनिजों के विपरीत घर्षण ने एम्बर को चुंबकीय बना दिया, जिसमें कोई रगड़ की आवश्यकता नहीं थी।[5][6][7][8]ल्स का यह मानना गलत था कि आकर्षण एक चुंबकीय प्रभाव के कारण था, लेकिन बाद में विज्ञान चुंबकत्व और विद्युत के बीच एक कड़ी साबित होगा। एक विवादास्पद सिद्धांत के अनुसार, 1936 में बगदाद बैटरी की खोज के आधार पर, पार्थियन लोगों को विद्युत आवरण का ज्ञान हो सकता है, जो विद्युत उत्पन्न करने वाले सेल(गैल्वेनिक सेल) जैसा दिखता है, चूंकि यह अनिश्चित है कि क्या कलाकृति विद्युत प्रकृति की थी।[9]
1600 तक सहस्राब्दियों तक विद्युत एक बौद्धिक जिज्ञासा से थोड़ी अधिक बनी रही, जब अंग्रेजी वैज्ञानिक विलियम गिल्बर्ट (खगोलविद) ने डी मैगेट(डे मैग्नेटे) को लिखा था, जिसमें उन्होंने विद्युत और चुंबकत्व का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया, जो एम्बर को रगड़ने से उत्पन्न स्थिर विद्युत से लॉस्टस्टोन प्रभाव को अलग किया ।[5] उन्होंने रगड़ने के बाद छोटी वस्तुओं को आकर्षित करने के गुण को संदर्भित करने के लिए नया लैटिन शब्द इलेक्ट्रीकस(एम्बर या एम्बर की तरह, एम्बर के लिए, एलेक्ट्रॉन, एम्बर के लिए प्राचीन ग्रीक शब्द) को गढ़ा।[10] इस एसोसिएशन ने अंग्रेजी शब्द "इलेक्ट्रिक" और "विद्युत" को जन्म दिया, जिसने 1646 के थॉमस ब्राउन के स्यूडोडोक्सिया एपिडेमिका में प्रिंट में अपनी पहली उपस्थिति दर्ज की।[11]
आगे का काम 17वीं और 18वीं शताब्दी के प्रारंभ में ओटो वॉन गुरिके, रॉबर्ट बॉयल, स्टीफन ग्रे (वैज्ञानिक) और सी.एफ.डू. फे द्वारा आयोजित किया गया था।[12] बाद में 18 वीं शताब्दी में, बेंजामिन फ्रैंकलिन ने विद्युत में व्यापक शोध किया, अपने काम को निधि देने के लिए अपनी संपति बेच दी। जून 1752 में उन्हें एक नम पतंग के तार के नीचे एक धातु की कुंजी संलग्न करने के लिए प्रतिष्ठित किया गया था और पतंग को तूफानी आकाश में उड़ाया गया था।[13] चाभी से उसके हाथ के पिछले हिस्से तक उछलती हुई चिंगारी के एक क्रम ने दिखाया कि बिजली वास्तव में प्रकृति में विद्युत थी।[14] उन्होंने सकारात्मक और नकारात्मक दोनों आवेशों वाली बिजली के संदर्भ में बड़ी मात्रा में विद्युत आवेश को संग्रहीत करने के लिए एक उपकरण के रूप में लेडेन जार के स्पष्ट रूप से विरोधाभासी व्यवहार की भी व्याख्या की।[15] [12]
1775 में, ह्यूग विलियमसन ने विद्युत ईल द्वारा दिए गए झटके पर रॉयल सोसाइटी को प्रयोगों की श्रृंखला की सूचना दी;[16] उसी वर्ष सर्जन और एनाटोमिस्ट जॉन हंटर (सर्जन) ने मछली के विद्युत अंग (मछली) की संरचना का वर्णन किया।[17][18] 1791 में, लुइगी गालवानी ने बायोइलेक्ट्रोमैग्नेटिक्स(जैव विद्युत चुम्बकीय) की अपनी खोज प्रकाशित की, यह दर्शाते हुए कि विद्युतवह माध्यम था जिसके द्वारा न्यूरॉन्स ्स मांसपेशियों को संकेत देते थे।[19][20][12] जस्ता और तांबे की वैकल्पिक परतों से बनी 1800 के एलेसेंड्रो वोल्टा की बैटरी, या वोल्टिक पाइल, ने वैज्ञानिकों को पहले उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीनों ों की तुलना में विद्युत ऊर्जा का अधिक विश्वसनीय स्रोत प्रदान किया।[19][20] विद्युतचुम्बकत्व की मान्यता, विद्युत और चुंबकीय घटनाओं की एकता, हंस क्रिश्चियन एस्टड और आंद्रे-मैरी अम्पेयर के कारण 1819-1820 में जानकारी में आया ।माइकल फैराडे ने 1821 में विद्युतकी मोटर का आविष्कार किया, और जॉर्ज ओम ने गणितीय रूप से 1827 में विद्युत परिपथ का विश्लेषण किया।[20] विशेष रूप से 1861 और 1862 में बल की भौतिक लाइनों पर विद्युतऔर चुंबकत्व (और प्रकाश) निश्चित रूप से जेम्स क्लर्क मैक्सवेल द्वारा जुड़े हुए थे। [21]: 148
जबकि 19 वीं शताब्दी की प्रारंभ में विद्युत विज्ञान में तेजी से प्रगति देखी गई थी, 19 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकी में सबसे बड़ी प्रगति दिखाई दी।ऐसे लोगों के माध्यम से अलेक्जेंडर ग्राहम बेल, ओटो ब्लेथी, थॉमस एडिसन, गैलीलियो फेरारिस, ओलिवर हेविसाइड, ओनोस जेडलिक, विलियम थॉमसन, 1 बैरन केल्विन, चार्ल्स अल्गर्नन पार्सन्स, वर्नर वॉन सीमेंस, जोसेफ स्वान, रेजिनाल्ड फेसन, निकोल्ड फेस्डेन, निकोल्ड फेस्डेन औरविद्युतवैज्ञानिक जिज्ञासा से आधुनिक जीवन के लिए आवश्यक उपकरण में बदल गई।
1887 में, हेनरिक हर्ट्ज[22]: 843–44 [23] ने पता लगाया कि पराबैंगनी प्रकाश से प्रदीप्त इलेक्ट्रोड के साथ प्रबुद्ध इलेक्ट्रोड विद्युतकी चिंगारीयां ्स को अधिक आसानी से बनाते हैं।1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने पेपर प्रकाशित किया, जिसमें प्रकाश विद्युत प्रभाव से प्रायोगिक डेटा को समझाया गया था, क्योंकि प्रकाश ऊर्जा का परिणाम असतत मात्रा में पैकेट में किया जाता है, इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जावान करता है।इस खोज के कारण क्वांटम क्रांति हुई।आइंस्टीन को 1921 में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियम की खोज के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।[24] फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को फोटोसेल में भी नियोजित किया जाता है जैसे कि सौर पैनलों में पाया जा सकता है और इसका उपयोग अधिकांशतः विद्युतको व्यावसायिक रूप से बनाने के लिए किया जाता है।
पहला ठोस-अवस्था इलेक्ट्रॉनिक्स (सॉलिड-स्टेट डिवाइस) कैट-व्हिस्कर डिटेक्टर था जिसका उपयोग पहली बार 1900 के दशक में रेडियो रिसीवर में किया गया था।संपर्क जंक्शन प्रभाव द्वारा रेडियो सिग्नल का पता लगाने के लिए ठोस क्रिस्टल (जैसे कि जर्मेनियम क्रिस्टल) के संपर्क में व्हिस्कर जैसे तार को हल्के से रखा जाता है।[25] ठोस-अवस्था घटक में, विद्युत प्रवाह ठोस तत्वों और यौगिकों तक सीमित है जो विशेष रूप से इसे स्विच करने और इसे बढ़ाने के लिए अभियांत्रिक हैं।वर्तमान प्रवाह को दो रूपों में समझा जा सकता है: नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों ों के रूप में, और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन की कमियों को इलेक्ट्रॉन होल कहा जाता है।इन शुल्कों और छेदों को क्वांटम भौतिकी के संदर्भ में समझा जाता है। निर्माण सामग्री सबसे अधिक बार क्रिस्टलीय अर्धचालक है।[26][27]
सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स ट्रांजिस्टर विधि के उद्भव के साथ अपने आप में आ गए।पहला वर्किंग ट्रांजिस्टर, जर्मेनियम-आधारित बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर , का आविष्कार जॉन बार्डीन और वाल्टर हाउसर ब्रेटेन ने बेल लैब्स में 1947 में किया था,[28] 1948 में द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर द्वारा पीछा किया गया।[29]
अवधारणाएं
इलेक्ट्रिक चार्ज
आवेश की उपस्थिति इलेक्ट्रोस्टैटिक बल को जन्म देती है: चार्ज दूसरे पर बल को बढ़ाते हैं, प्रभाव जो ज्ञात था, चूंकि इसे नहीं समझा जाता है, पुरातनता में।[22]: 457 बढ़िया धागे द्वारा निलंबित हल्के गेंद को कांच की छड़ के साथ छूकर चार्ज किया जा सकता है जो खुद को कपड़े से रगड़कर चार्ज किया गया है।यदि समान गेंद को ही ग्लास रॉड द्वारा चार्ज किया जाता है, तो यह पहले को पीछे हटाने के लिए पाया जाता है: चार्ज दो गेंदों को अलग करने के लिए कार्य करता है।दो गेंदें जो रगड़ एम्बर रॉड के साथ चार्ज की जाती हैं, दूसरे को भी पीछे छोड़ देती हैं।चूंकि, यदि गेंद को ग्लास रॉड द्वारा चार्ज किया जाता है, और दूसरा एम्बर रॉड द्वारा, दो गेंदों को दूसरे को आकर्षित करने के लिए पाया जाता है।इन घटनाओं की जांच अठारहवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में कूलॉम के चार्ल्स-अगस्टिन द्वारा की गई थी, जिन्होंने उस चार्ज को दो विरोधी रूपों में प्रकट किया।इस खोज ने प्रसिद्ध स्वयंसिद्ध को जन्म दिया: जैसे-चार्ज ऑब्जेक्ट्स रिपेल और विपरीत-चार्ज किए गए ऑब्जेक्ट्स आकर्षित करते हैं।[22]
बल स्वयं चार्ज किए गए कणों पर कार्य करता है, इसलिए चार्ज में संचालन सतह पर समान रूप से संभव के रूप में खुद को फैलाने की प्रवृत्ति होती है।विद्युत चुम्बकीय बल की भयावहता, चाहे वह आकर्षक हो या प्रतिकारक, कूलॉम के नियम द्वारा दिया जाता है, जो बल को आरोपों के उत्पाद से संबंधित करता है और उनके बीच की दूरी के लिए व्युत्क्रम-वर्ग संबंध है।[30][31]: 35 विद्युत चुम्बकीय बल बहुत शक्तिशाली है, केवल शक्तिशाली बातचीत के लिए ताकत में दूसरा,[32] किन्तु उस बल के विपरीत यह सभी दूरी पर संचालित होता है।[33] बहुत दुर्बल गुरुत्वाकर्षण बल की तुलना में, दो इलेक्ट्रॉनों को अलग करने वाला विद्युत चुम्बकीय बल 1042 है बार गुरुत्वाकर्षण आकर्षण उन्हें साथ खींचता है।[34]
चार्ज कुछ प्रकार के उप -परमाणु कणों से उत्पन्न होता है, जिनमें से सबसे परिचित वाहक इलेक्ट्रॉन और प्रचुर हैं।इलेक्ट्रिक चार्ज विद्युत चुम्बकीय बल के साथ, प्रकृति के चार मूलभूत बलों में से है।प्रयोग ने चार्ज को संरक्षित मात्रा के रूप में दिखाया है, अर्थात्, विद्युत रूप से पृथक प्रणाली के अंदर शुद्ध चार्ज सदैव उस प्रणाली के अंदर होने वाले किसी भी परिवर्तन की परवाह किए बिना स्थिर रहेगा।[35] प्रणाली के अंदर, चार्ज को निकायों के बीच, या तो सीधे संपर्क द्वारा, या कंडक्टिंग सामग्री, जैसे कि तार के साथ पारित करके स्थानांतरित किया जा सकता है।[31]: 2–5 अनौपचारिक शब्द स्थैतिक विद्युतशरीर पर चार्ज की शुद्ध उपस्थिति (या 'असंतुलन') को संदर्भित करती है, सामान्यतः तब होती है जब असमान सामग्री को साथ रगड़ दिया जाता है, से दूसरे में चार्ज स्थानांतरित किया जाता है।
इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन पर चार्ज हस्ताक्षर में विपरीत है, इसलिए आवेश की मात्रा को नकारात्मक या सकारात्मक होने के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।कन्वेंशन द्वारा, इलेक्ट्रॉनों द्वारा किए गए आवेश को नकारात्मक माना जाता है, और प्रोटॉन पॉजिटिव द्वारा, रिवाज जो बेंजामिन फ्रैंकलिन के काम के साथ उत्पन्न हुआ था।[36] आवेश की मात्रा को सामान्यतः प्रतीक q दिया जाता है और कूलॉम में व्यक्त किया जाता है;[37] प्रत्येक इलेक्ट्रॉन लगभग .6022 × 10 का ही आवेश वहन करता है−19 & nbsp; कूलॉम।प्रोटॉन में चार्ज होता है जो समान और विपरीत होता है, और इस प्रकार +1.6022 × 10−19 & nbsp;कूलॉम।चार्ज न केवल स्थितियों से होता है, किंतु प्रतिकण द्वारा भी होता है, प्रत्येक एंटीपार्टिकल अपने संबंधित कण के बराबर और विपरीत आवेश को प्रभावित करता है।[38]
चार्ज को कई साधनों द्वारा मापा जा सकता है, प्रारंभिक उपकरण जो सोने की पत्ती वाले इलेक्ट्रोस्कोप है, जो चूंकि अभी भी कक्षा प्रदर्शनों के लिए उपयोग में है, इलेक्ट्रॉनिक विद्युतमापी द्वारा सुपरसीड किया गया है।[31]: 2–5
इलेक्ट्रिक करंट
इलेक्ट्रिक चार्ज के आंदोलन को विद्युत प्रवाह के रूप में जाना जाता है, जिसकी तीव्रता सामान्यतः एम्पेयर में मापी जाती है।वर्तमान में किसी भी चलती चार्ज कणों से मिलकर हो सकता है;सामान्यतः ये इलेक्ट्रॉन होते हैं, किन्तु गति में कोई भी चार्ज वर्तमान का गठन करता है।विद्युत प्रवाह कुछ चीजों, विद्युत कंडक्टरों के माध्यम से प्रवाहित हो सकता है, किन्तु विद्युत इन्सुलेटर के माध्यम से प्रवाह नहीं करेगा।[39]
ऐतिहासिक सम्मेलन द्वारा, सकारात्मक धारा को प्रवाह की ही दिशा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जैसा कि किसी भी सकारात्मक आवेश में होता