મુખ્ય વિષયવસ્તુ

Course: ધોરણ 12 ભૌતિક વિજ્ઞાન (ભારત) > Unit 3

Lesson 2: વિદ્યુત પ્રવાહ અને વોલ્ટેજ

વિદ્યુતના પ્રમાણિત એકમને વ્યાખ્યાયિત કરવા

પ્રમાણિત વિદ્યુત એકમના ઔપચારિક વ્યાખ્યાઓ: એમ્પિયર, કુલંબ, ઈલેક્ટ્રોન પરનો વીજભાર, અને વોલ્ટ. Written by Willy McAllister.

વિદ્યુત એકમોને ઔપચારિક રીતે વર્ણવી શકાય, અને આપણે અહીં તે જ કરીશું. પ્રમાણિત વિદ્યુત એકમોને વિશિષ્ટ ક્રમમાં વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. એમ્પિયરને સૌપ્રથમ વ્યાખ્યાયિત થાય છે. તે SI પાયાનો એકમ છે, પ્રયોગના પરિણામ પરથી તારવેલો એકમાત્ર વિદ્યુત એકમ.

એમ્પિયર પછી કુલંબ અને ઈલેક્ટ્રોન પરનો વીજભાર આવે. ત્યારબાદ આપણે આપણા મનગમતા, વોટ, વોલ્ટ, અને ઓહમને તારવીએ. આ તારવેલા વિદ્યુત એકમોને એમ્પિયર અને બીજા SI પાયાના એકમો (મીટર, કિલોગ્રામ, સેકન્ડ) ના સંદર્ભમાં વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.

એમ્પિયર

વિદ્યુતપ્રવાહનો SI એકમ, એમ્પિયર, ની વ્યાખ્યા ચુંબકત્વના અભ્યાસ પરથી આવે છે. તારમાં વિદ્યુતપ્રવાહને કારણે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે (બાયો-સાવરનો નિયમ, 1820). તે ચુંબકીય ક્ષેત્ર તાર પર ચુંબકીય બળ ઉત્પન્ન કરે છે (એમ્પિયરનો બળનો નિયમ, 1825). વિદ્યુતપ્રવાહ ધારિત બે સમાંતર તાર એકબીજા પર બળ લગાડે છે. એમ્પિયરની ઔપચારિક SI વ્યાખ્યા:

એમ્પિયર અચળ વિદ્યુતપ્રવાહ છે જે—અવગણ્ય વર્તુળાકાર આડછેદના, અનંત લંબાઈના બે સીધા સમાંતર સુવાહકમાં જાળવી રાખવામાં આવે, અને શૂન્યાવકાશમાં 1 મીટર દૂર મૂકવામાં આવે —તો આ બે સુવાહકોની વચ્ચે $2 \times 10^{- 7}$ ‍ ન્યૂટન પ્રતિ મીટર જેટલું બળ ઉત્પન્ન થાય.

એમ્પિયરની વ્યાખ્યા પ્રયોગના પરિણામ પરથી આવી છે. પ્રમાણિત

1

એમ્પિયર બનવવા માટે, તમે નીચેનો પ્રયોગ કરો. સમાંતરમાં 1-મીટર-લાંબા બે તાર મૂકો, અને તારમાં બળનું માપન કરવા માટેની કોઈક રીત (સ્ટ્રેઇન ગેજ) ગોઠવો.

બંને તારને સમાન વિદ્યુતપ્રવાહ લાગુ પાડો, એકસમાન દિશામાં વહન કરે છે. તાર પરના બળનું માપન કરતી વખતે તારમાં વિદ્યુતપ્રવાહને ઉપર અથવા નીચે કરો. જ્યારે બળ

2 \times 10^{- 7}

ન્યૂટન હોય, ત્યારે વ્યાખ્યા મુજબ, વિદ્યુતપ્રવાહ 1 એમ્પિયર છે. (આ ખ્યાલ માટેનો પ્રયોગ છે. આધુનિક પ્રમાણિત પ્રયોગશાળામાં પ્રમાણિત એમ્પિયર બીજા વડે પણ બનાવી શકાય.)

અવયવ

2 \times 10^{- 7}

ન્યૂટન/મીટર ઐતિહાસિક છે. એમ્પિયરની જૂની વ્યાખ્યા પરથી મેળવવામાં આવ્યો છે. એક સમયે, એમ્પિયરને સિલ્વર નાઈટ્રેટ દ્રાવણમાંથી એક સેકન્ડમાં 0.001118 ગ્રામ સિલ્વર જમા કરતા વિદ્યુતપ્રવાહ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવતો હતો, જેને સિલ્વર એમ્પિયર કહેવામાં આવે છે. આજે એમ્પિયરની જૂની વ્યાખ્યા તે જૂની પરંપરાને જાળવી રાખે છે.

કુલંબ

વીજભારનો SI એકમ કુલંબ છે. એમ્પિયર પરથી કુલંબનું કદ તારવવામાં આવ્યું છે. જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહ 1 એમ્પિયર હોય ત્યારે વહન પામતા વીજભારના જથ્થાને એક કુલંબ વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.

1 એમ્પિયર = 1 કુલંબ / સેકન્ડ

અથવા સમકક્ષ રીતે,

1 કુલંબ = 1 એમ્પિયર \cdot સેકન્ડ

ઈલેક્ટ્રોન વીજભાર

1897 માં, જે.જે.થોમસને ઇલેક્ટ્રોનના અસ્તિત્વને સાબિત કર્યું. બાર વર્ષ પછી, 1909 ની શરૂઆતમાં, રોબર્ટ મિલિકને ઇલેક્ટ્રોનના વીજભારને સ્થાપિત કરવા પ્રયોગ કર્યા.

ઈલેક્ટ્રોન પરના વીજભારને કુલંબ તરીકે આ મુજબ દર્શાવી શકાય

e = - 1.602176565 \times 10^{- 19} કુલંબ

જો આપણે આ પદાવલીને ફેરવીએ, તો આપણે જોઈ શકીએ કે કુલંબને ઈલેક્ટ્રોન વીજભારની સંખ્યાના સંદર્ભમાં દર્શાવી શકાય:

1 કુલંબ = 6.241509343 \times 10^{18} ઈલેક્ટ્રોન

ખ્યાલ ચકાસણી

1 એમ્પિયરમાં કેટલા ઈલેક્ટ્રોન છે?

ઇલેક્ટ્રોનના 1 મોલમાં કેટલા કુલંબ છે?
ઇલેક્ટ્રોનના 1 મોલ બરાબર

6.02214 \times 10^{23}

ઈલેક્ટ્રોન થાય — એવોગેડ્રો સંખ્યા.

ઇલેક્ટ્રોનના એક મોલ કુલંબના નીચેના જથ્થાને અનુરૂપ છે:

\frac{6.02214 \times 10^{23} ઇલેક્ટ્રોન / મોલ}{6.24151 \times 10^{18} ઇલેક્ટ્રોન / કુલંબ} = 96,485 કુલંબ/મોલ

આને ફેરેડેના અચળાંક તરીકે ઓળખવામાં આવે છે—કેપેસિટન્સના એકમ, ફેરેડ સાથે ગૂંચવાશો નહિ.

જવાબ: ઇલેક્ટ્રોનના એક મોલ લગભગ વીજભારના 100,000 કુલંબ છે.

વોટ

વોટ પાવરનો એકમ છે. પાવર પ્રતિ એકમ સમય વપરાતો અથવા વહન પામતો ઊર્જાનો જથ્થો છે; સમકક્ષ રીતે, પાવર એ કાર્ય કરવાનો દર છે. પ્રમાણિત-કહીએ તો, વોટ એ પાવર છે જેમાં એક સેકન્ડમાં 1 જુલ જેટલી ઊર્જા ઉત્પન્ન થાય છે.

1 વોટ = 1 જૂલ / સેકન્ડ

વોલ્ટ

વોલ્ટ એ વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવતનો એકમ છે—વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવતને વોલ્ટેજ પણ કહેવામાં આવે છે. 1 વોલ્ટને સામાન્ય રીતે જ્યારે તારમાં ખર્ચાતો પાવર 1 વોટ હોય ત્યારે 1 એમ્પિયર વિદ્યુતપ્રવાહ ધારિત તારના બે બિંદુઓ વચ્ચેના વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવત તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.

1 વોલ્ટ = 1 વોટ / એમ્પિયર

વોલ્ટને ઊર્જા અને વીજભારના સંદર્ભમાં પણ દર્શાવી શકાય,

1 વોલ્ટ = 1 જૂલ / સેકન્ડ

તમે પાયાની વિદ્યુત રાશિઓ પરના પરિચયના આર્ટીકલમાં વોલ્ટેજના વર્ણનને શોધી શકો. તેમજ, તેમાં સ્થિતવિદ્યુત વિભાગમાં વોલ્ટેજના અર્થની ઔપચારિક તારવણી પણ છે.

ઓહમ

ઓહમ એ અવરોધનો વિદ્યુત એકમ છે. જ્યારે 1 વોલ્ટ લાગુ પાડવામાં આવે અને 1 એમ્પિયર જેટલો વિદ્યુતપ્રવાહ વહન કરતો હોય ત્યારે સુવાહકના બે બિંદુઓ વચ્ચેના અવરોધ તરીકે એક ઓહમને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.

1 ઓહમ = 1 વોલ્ટ / એમ્પિયર

હવે આપણે આપણા મનગમતા વિદ્યુતના એકમોના પાયાના ગણને ક્રમમાં વ્યાખ્યાયિત કર્યા છે.

એકમોની પદ્ધતિ

છેલ્લા 200 વર્ષમાં, વૈજ્ઞાનિક એકમોની ત્યાં ત્રણ મુખ્ય પદ્ધતિ છે:

SI એ એકમની આંતરરાષ્ટ્રીય પદ્ધતિ છે—ફ્રેંચમાં, Système International d'Unités. તે મેટ્રિક પદ્ધતિનું આધુનિક સ્વરૂપ છે અને તે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી માપનની પદ્ધતિ છે. 1948 માં શરૂ થયેલી ચર્ચાને પરિણામે આ પદ્ધતિ 1960 માં પ્રકાશિત થઈ હતી. SI મીટર-કિલોગ્રામ-સેકન્ડ (MKS) પર આધારિત છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં, SI નો ઉપયોગ વિજ્ઞાન, દવા, સરકાર, ટેકનોલોજી, અને ઈજનેરીમાં થાય છે.

MKS એ લંબાઈને મીટરમાં, દળને કિલોગ્રામમાં, અને સમયને સેકન્ડમાં માપવા પર આધારિત છે. MKS નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ઈજનેરી અને ભૌતિકવિજ્ઞાનની શરૂઆતમાં થાય છે. તે 1901 માં આવી હતી. વિદ્યુત અને ચુંબકત્વના સૌથી પરિચિત એકમો—ઓહમ, ફેરેડે, કુલંબ, વગેરે.—MKS એકમ છે.

cgs એ લંબાઈને સેન્ટિમીટરમાં, દળને ગ્રામમાં, અને સમયને સેકન્ડમાં માપવા પર આધારિત છે. તેનો પરિચય 1874 માં આપવામાં આવ્યો હતો. સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં સામાન્ય રીતે cgs પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. લંબાઈ અને દળ માટેના એકમના સરળ માપક્રમ કરતા SI અને cgs પદ્ધતિ વચ્ચેનો તફાવત ઘણો ઊંડો છે.

ત્યાં સાત SI પાયાના એકમ છે.

SI પાયાના એકમ

નામ	સંજ્ઞા	રાશિ
મીટર	$m$ ‍	લંબાઈ
કિલોગ્રામ	$kg$ ‍	દળ
સેકન્ડ	$s$ ‍	સમય
એમ્પિયર	$A$ ‍	વિદ્યુતપ્રવાહ
કેલ્વિન	$K$ ‍	તાપમાન
કેન્ડેલા	$cd$ ‍	જ્યોતિ તીવ્રતા
મોલ	$mol$ ‍	દ્રવ્યનો જથ્થો

એક SI પાયાનો એકમ વિદ્યુત પરથી આવે છે: એમ્પિયર. મીટર, કિલોગ્રામ, અને સેકન્ડની જેમ જ એમ્પિયર પાસે ઉચ્ચ સ્થિતિ છે. તેને પોતાનામાં જ વ્યાખ્યાયિત થાય છે, બીજા એકમોના સંદર્ભમાં નહિ.

પાયાના SI વિદ્યુત એકમ તરીકે એમ્પિયર અથવા કુલંબની વચ્ચે પસંદ કરવા વિશે આંતરરાષ્ટ્રીય પ્રમાણિત સમુદાયમાં લાંબી ચર્ચા થઈ હતી. તે કોઈ પણ રીતે જઈ શકતું હતું. અંતે, એમ્પિયરના એકમે દિવસ જીત્યો. પરિણામે, એમ્પિયર સામાન્ય-કદનો એકમ છે, જ્યારે કુલંબ મોટો છે.

દિવાલના પ્લગમાં પાવર લાઈન વડે 1 એમ્પિયર (1 કુલંબ/સેકન્ડ) ને ધક્કો મારવો પાવર કંપનીઓ માટે ઘણું જ સરળ છે. પણ, જો તમે કોઈક રીતે વીજભારના 1 કુલંબને અલગ કરી લો, તો તમને ઘણું જ વધારે બળ મળે. મીટર દૂર મુકેલા બે 1 કુલંબ વીજભારની વચ્ચે લાગતા બળની ગણતરી કરવા કુલંબના નિયમનો ઉપયોગ કરો.

\vec{F} = K \frac{q_{0} q_{1}}{r^{2}}

જ્યાં

K = 9 \times 10^{9}

ન્યૂટન-મીટર

^{2} /

કુલંબ

^{2}

\vec{F} = 9 \times 10^{9} \cdot \frac{1 \cdot 1}{1^{2}} = 9 \times 10^{9}

ન્યૂટન

જ્યારે તમારા માથા પર ઓઇલથી આખું ભરેલું સુપરટેન્કર હોય ત્યારે તમે આ બળનો અનુભવ કરશો.

વિદ્યુતમાં વપરાતા SI તારવેલા એકમો

બાકીના વિદ્યુત એકમો SI તારવેલા એકમો છે, આ પાયાના એકમોના સંયોજનો વડે બન્યા છે. જો એમ્પિયર "પ્રથમ" વિદ્યુત એકમ હોય, તો તારવેલા વિદ્યુત એકમો નીચે છે.

નામ	સંજ્ઞા	રાશિ	બીજા SI એકમના સંદર્ભમાં
કુલંબ	$C$ ‍	વીજભાર	$A \cdot s$ ‍
વોટ	$W$ ‍	પાવર	$J / s$ ‍
વોલ્ટ	$V$ ‍	વોલ્ટેજ (વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત)	$W / A$ ‍
ઓહમ	$Ω$ ‍	અવરોધ, ઇમ્પિડન્સ	$V / A$ ‍
ફેરેડ	$F$ ‍	કેપેસિટન્સ	$C / V$ ‍
હેનરી	$H$ ‍	પ્રેરણ	$Wb / A$ ‍
હર્ટઝ	$Hz$ ‍	આવૃત્તિ	$s^{- 1}$ ‍
સિમેન્સ	$S$ ‍	સુવાહકતા	$A / V$ ‍ or $1 / Ω$ ‍
વેબર	$Wb$ ‍	ચુંબકીય ફ્લક્સ	$V \cdot s$ ‍
ટેસ્લા	$T$ ‍	ચુંબકીય ક્ષેત્ર તીવ્રતા	$Wb / m^{2}$ ‍

રેફરન્સ

"એમ્પિયરનો બળ નિયમ." Wikipedia. December 4, 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Ampère's_force_law.

"બાયો-સાવરનો નિયમ." Wikipedia. March 4, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Biot–Savart_law.

"એકમોની આંતરરાષ્ટ્રીય પદ્ધતિ." Wikipedia. March 4, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/International_System_of_Units.

"ચુંબકીય બળ, ચુંબકીય બળ, અને ફૅરૅડેનો નિયમ." Khan Academy. https://www.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magnetic-fields.

એકમોની આંતરરાષ્ટ્રીય પદ્ધતિ (SI). Organisation Intergouvernementale De La Convention Du Mètre. 8th ed. Paris, France, 2006. http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8_en.pdf

વાર્તાલાપમાં જોડાવા માંગો છો?

લોગ ઇન

વડે ગોઠવવું:

No posts yet.

શું તમે અંગ્રેજી સમજો છો? ખાનએકેડેમીની અંગ્રેજીની સાઇટ પર વધુ ચર્ચા થતી જોવા માટે અહીં ક્લિક કરો.