મુખ્ય વિષયવસ્તુ

ધોરણ 12 ભૌતિક વિજ્ઞાન (ભારત)

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

Lesson 7: કિર્ચોફનો જંકશન નિયમ

પરિપથ શબ્દાવલી

પરિપથ અને આકૃતિના પદની શબ્દાવલી વિશે આપણે વાત કરવાની જરૂર છે. નોડ, બ્રાન્ચ, લૂપ, અને મૅશ, નિર્દેશબિંદુ અને ગ્રાઉન્ડ, આકૃતિનો "સમતુલ્ય" ;Written by Willy McAllister.

આપણે પરિપથ માટેની પદ્ધતિઓ જોઈ રહ્યા છીએ. અત્યાર સુધી આપણે સૌથી સામાન્ય ઘટકો (અવરોધો, કેપેસિટર, અને ઇન્ડક્ટર) અને સ્ત્રોત (વોલ્ટેજ અને વિદ્યુતપ્રવાહ) વ્યાખ્યાયિત કર્યા. હવે આપણને પરિપથ વિશે વાત કરવા શબ્દાવલીની જરૂર છે. આપણે પરિપથના નિરીક્ષણ અને ડિઝાઈનમાં જે શબ્દો અને સંકલ્પનાનો ઉપયોગ કરીશું એ આ આર્ટીકલમાં છે.

પરિપથ

પરિપથ શબ્દ વર્તુળ (સર્કલ) પરથી આવ્યો છે. પરિપથ વાસ્તવિક ઘટકો, પાવર સ્ત્રોત, અને સિગ્નલ સ્ત્રોત બધાનું જોડાણ છે, બધા જોડાયેલા હોય છે તેથી વિદ્યુતપ્રવાહ સંપૂર્ણ વર્તુળમાં વહન કરી શકે છે.

બંધ પરિપથ – જો વર્તુળ સંપૂર્ણ હોય તો પરિપથ બંધ હોય છે, વિદ્યુતપ્રવાહ પાસે તેઓ જ્યાંથી આવે છે તેની પાસે પથ હોય છે.

ખુલ્લો પરિપથ – જો વર્તુળ સંપૂર્ણ ન હોય તો પરિપથ ખુલ્લો હોય છે, પથ ખુલ્લો હોય કે તેમાં જગ્યા હોય.

શોર્ટ સર્કિટ – જ્યારે ઓછા અવરોધવાળો પથ ઘટક સાથે જોડાયેલો હોય (ભૂલથી) ત્યારે તે શોર્ટ થાય છે. નીચે બતાવેલો અવરોધ વિદ્યુતપ્રવાહ માટેનો પથ છે, અને તેની ફરતેનો વક્ર વાયર શોર્ટ છે. વિદ્યુતપ્રવાહ પથથી દૂર જાય છે, કેટલીક વાર નુકસાન પામેલા પરિણામ સાથે. વાયર વિદ્યુતપ્રવાહ માટે ઓછો-અવરોધવાળો પથ પૂરો પાડીને અવરોધને શોર્ટ કરે છે.

મેઈક અથવા બ્રેક – તમે વિદ્યુતપ્રવાહ પથ બંધ કરીને પરિપથ બનાવે છે, જેમ કે જ્યારે તમે સ્વીચ બંધ કરો ત્યારે. પરિપથને તોડવો આનાથી વિરુદ્ધ છે. સ્વીચ ખોલતા તે પરિપથને તોડે છે.

આકૃતિ

આકૃતિ પરિપથ દર્શાવે છે. આકૃતિ સંજ્ઞા સાથે તત્વના ઘટકો અને રેખા તરીકે જોડાણ દર્શાવે છે.

ઘટકો – શબ્દ ઘટકો એટલે "તત્વો અને સ્ત્રોત."

સંજ્ઞાઓ – આકૃતિમાં ઘટકોને સંજ્ઞાઓ વડે દર્શાવવામાં આવે છે. 2-ટર્મિનલ ઘટકો માટેની સંજ્ઞા નીચે બતાવેલી છે,

રેખાઓ – ઘટકો વચ્ચેના જોડાણને રેખા તરીકે દોરવામાં આવે છે, જેને આપણે "તાર" તરીકે વિચારીએ છીએ. આકૃતિમાં, આ રેખાઓ શૂન્ય અવરોધ સાથે સંપૂર્ણ સુવાહક દર્શાવે છે. દરેક ઘટકો અથવા સ્ત્રોત ટર્મિનલ સમાન વોલ્ટેજ આગળ સ્પર્શે છે..

ટપકાં – રેખા વચ્ચેના જોડાણને ટપકાં વડે દર્શાવવામાં આવે છે, ટપકાંઓ દર્શાવે છે કે રેખાઓ જોડાયેલી છે. જો જોડાણ સ્પષ્ટ હોય, તો તમારે ટપકાંનો ઉપયોગ નથી.

(a) અને (b) બંને સારા છે
(c) ટપકાં જોડાણ દર્શાવતા નથી
(d) તેમજ જોડાણ બતાવતા નથી; સમક્ષિતિજ તાર શિરોલંબ તારની "ઉપર" છે. (d) સ્પષ્ટ છે પણ દોરવા માટે વધુ જગ્યા અને વધુ મહેનત લે છે.
(e) જોડતી રેખાઓના ક્રોસિંગ માટે, (e) સ્વીકાર્ય છે, પણ (e) જેવું ઘણું જોખમ દેખાય છે, તેથી (f) સારો મહાવરો છે.

સંદર્ભ ડેઝીગનેટર – જ્યારે તમે આકૃતિમાં ઘટકને મૂકો ત્યારે તમે એને અનન્ય નામ આપો છો, જેને સંદર્ભ ડેઝીગનેટર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. સંદર્ભ ડેઝીગનેટરના ઉદાહરણ

R1

C6

, અને

V_{BAT}

છે.

R1

માં

1

નામનો ભાગ છે, અને તે અવરોધની કિંમત દર્શાવતું નથી. દરેક આકૃતિ માટે સંદર્ભ ડેઝીગનેટર વ્યાખ્યા વડે અનન્ય હોય છે. જો કોઈક કિંમત સમાન હોય તેમછતાં તે ઘટકોને તેમના નામ વડે ઓળખવા દે છે. સમીકરણમાં સંદર્ભ ડેઝીગનેટરનો ઉપયોગ કરવો ઉપયોગી છે.

R1

ને અવરોધની કિંમત આપીએ,

R1 = 4.7 k Ω

, અને પદાવલિમાં તેનો ચલ તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય

R2 \cdot C6 = 4.7 k Ω \cdot 2 μ F

નોડ – જંક્શન જ્યાં

2

અથવા વધુ ઘટકો જોડાય છે જેને નોડ કહેવામાં આવે છે. નીચેની આકૃતિ પંચ ઘટકો (નારંગી લંબચોરસ વડે બતાવેલું છે) ના જંકશન વડે બનતો એક જ નોડ (કાળું ટપકું) બતાવે છે.

આકૃતિમાં આવેલી રેખા શૂન્ય-અવરોધવાળો સંપૂર્ણ સુવાહક બતાવે છે, તેથી ઘણા બધા ઘટકોમાંથી આવતી રેખાને એક જ બિંદુ આગળ મળવું જરૂરી છે એવું કોઈ નિયમ કહેતી નથી. આપણે નીચેની આકૃતિમાં બતાવ્યા મુજબ એક જ નોડને વિભાજીત નોડ તરીકે દોરી શકીએ. નોડની બે જુદી જુદી રજુઆતનો અર્થ એકસમાન જ થાય છે.

વિભાજીત નોડ બધે જ વહેંચાયેલા હોય છે, ઘણા બધા રેખાખંડો અને ટપકાંઓની સાથે. ધ્યાન ભટકશો નહિ, આ બધું ફક્ત એક જ નોડ છે. સંપૂર્ણ સુવાહક સાથે ઘટકોને જોડવાનો અર્થ થાય કે વિભાજીત નોડમાં દરેક જગ્યાએ વોલ્ટેજ એકસમાન છે.

નામનિર્દેશનવાળા વિભાજીત નોડ સાથે વાસ્તવિક આકૃતિ અહીં છે:

પ્રશ્ન 1

આ આકૃતિમાં કેટલા નોડ છે?

[નોડની બીજી વ્યાખ્યાઓ]

બ્રાન્ચ – બ્રાન્ચ નોડ વચ્ચેના જોડાણ છે. બ્રાન્ચ ઘટક છે (અવરોધ, કેપેસિટર, અને સ્ત્રોત વગેરે.) પરિપથમાં બ્રાન્ચની સંખ્યા બરાબર ઘટકોની સંખ્યા થાય.

પ્રશ્ન 2

આ આકૃતિમાં કેટલી બ્રાન્ચ છે?

લૂપ – લૂપ પરિપથના ઘટકોમાંથી પસાર થતો બંધ પરિપથ છે. લૂપ દોરવા માટે, શરૂઆતના બિંદુ તરીકે કોઈ પણ નોડ પસંદ કરો અને તમેજે નોડથી શરૂઆત કરી હતી ત્યાંથી ફરી પાછા ત્યાં ન આવી જાઓ ત્યાં સુધી ઘટકો અને નોડમાંથી પથ દોરો. ત્યાં ફક્ત એક જ નિયમ છે: લૂપ ફક્ત એક જ વાર નોડમાંથી પસાર થવી જોઈએ. લૂપ ઓવરલેપ થાય અથવા વધુ લૂપ ધરાવે તો સારું છે. આપણા પરિપથની કેટલીક લૂપ નીચે બતાવી છે. (તમે બીજી પણ શોધી શકો, જો સાચું હોય, તો તેઓ છ છે.)

[બધી જ લૂપ બતાવો]

મેશ – મેશ લૂપ છે જેની પાસે તેની અંદર બીજી કોઈ લૂપ નથી. તમે દરેક "ખુલ્લા" પરિપથ માટે એક મેશ તરીકે આને વિચારી શકો.

પ્રશ્ન 3

આ આકૃતિમાં કેટલી મેશ છે?

સંદર્ભ નોડ – પરિપથના નિરીક્ષણ દરમિયાન આપણે પરિપથમાંના કોઈ એક નોડને સંદર્ભ નોડ તરીકે પસંદ કરીએ છીએ. બાકીના નોડ આગળ વોલ્ટેજને સંદર્ભ નોડના સાપેક્ષમાં માપવામાં આવે છે. કોઈ પણ નોડને સંદર્ભ તરીકે લઈ શકાય, પણ બે સામાન્ય પસંદગી હોય છે,

પરિપથ ચાલવતા વોલ્ટેજ અથવા વિદ્યુતપ્રવાહ સ્ત્રોતનો ઋણ છેડો, અથવા
નોડ બ્રાન્ચની મહત્તમ સંખ્યા સાથે જોડાય છે.

ગ્રાઉન્ડ – સંદર્ભ નોડને ઘણી વાર ગ્રાઉન્ડ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ગ્રાઉન્ડની સંકલ્પનાના મુખ્ય ત્રણ અર્થ છે.

ઘરની બાજુમાં ધાતુની પ્લેટને જમીનની નીચે મુકવામાં આવી છે. પ્લેટ સાથે જોડાયેલો તાર જમણી બાજુ ઉપર જાય છે જે ઘરના વિદ્યુત તંત્રને સુરક્ષા આપે છે. કેટલીક વાર ગ્રાઉન્ડના તારને પાણીની પાઈપ સાથે જોડવામાં આવે છે જ્યાં પાઈપ જમીનની અંદર જાય છે.

ગ્રાઉન્ડ

સંદર્ભ બિંદુ જ્યાંથી વોલ્ટેજ માપવામાં આવે છે.
વિદ્યુતપ્રવાહ માટેનો પથ તેના સ્ત્રોત પર ફરી પાછો આવે છે.
જમણી સાથેનું સીધું જ ભૌતિક જોડાણ, જે સુરક્ષા માટે જરૂરી છે.
[સુરક્ષા]

ગ્રાઉન્ડ નીડ ત્રીજા અર્થ પરથી તેનું નામ મેળવે છે. પણ બીજા બે સમાન રીતે જ મહત્વના છે.

તમે ગ્રાઉન્ડ માટેની વિવિધ સંજ્ઞા જોશો:

સમતુલ્ય આકૃતિ

આપણે સમતુલ્ય આકૃતિની સંકલ્પના વિશે વાત કરવાની જરૂર છે. તે મહત્વનું છે કારણકે પરિપથને દર્શાવવા માટે જુદી જુદી આકૃતિ દોરી શકાય છે.

નીચેની બે આકૃતિઓને જુદી જુદી રીતે દોરવામાં આવી છે. ડાબી બાજુની આકૃતિ વોલ્ટેજ સ્ત્રોત અને ત્રણ અવરોધોને ક્રમમાં બતાવે છે. જમણી બાજુની આકૃતિમાં, અવરોધ

R 3

વોલ્ટેજ સ્ત્રોતની ડાબી બાજુએ દેખાય છે.

શું આ બંને આકૃતિ પરિપથને યોગ્ય રીતે દર્શાવે છે? અથવા બીજી રીતે કહીએ તો,
શું આ બે આકૃતિ સમતુલ્ય છે?

જો તેમની પાસે સમાન નોડ અને બ્રાન્ચ હોય તો આપણે કહીએ કે વાસ્તવિક પરિપથ (અથવા બે આકૃતિ) સમતુલ્ય છે.

સમતુલ્ય બનવા માટે, બે આકૃતિઓ:

દરેક ઘટક અને સ્ત્રોત દર્શાવતી હોવી જોઈએ
નોડની સંખ્યા સમાન હોવી જોઈએ
દરેક નોડ સમાન બ્રાન્ચ સાથે જ જોડાયેલો હોવો જોઈએ

ચાલો બે આકૃતિઓ સમતુલ્ય છે કે નહિ એ ચકાસીએ:

શું બધા જ ઘટકો અને સ્ત્રોતને બંને આકૃતિમાં દર્શાવ્યા છે?
યાદ કરો ... $V$ ‍, here!, $R 1$ ‍, અહીં!, $R 2$ ‍, અહીં! $R 3$ ‍, અહીં!
બધા જ ઘટકો ગણતરીમાં લેવાયા છે.
શું બંને આકૃતિઓ પાસે નોડની સંખ્યા સમાન છે?
હા. બંને આકૃતિઓ પાસે $2$ ‍ નોડ છે.
શું દરેક નોડ સમાન બ્રાન્ચ સાથે જોડાયેલું છે?
– હા. દરેક નોડ ત્રણ અવરોધો અને સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલો છે.

બે નોડ નારંગી રેખા સાથે જોડાયેલા છે. ચાર બ્રાન્ચ ભૂરા તીર વડે દર્શાવ્યા છે.

તેથી જવાબ છે: હા, આ આકૃતિઓ સમતુલ્ય છે.

સમતુલ્યનો અર્થ થાય કે બંધબેસતા નોડ પાસે એકસમાન વોલ્ટેજ હોય છે અને બંધબેસતી બ્રાન્ચ પાસે એકસમાન વિદ્યુતપ્રવાહ હોય છે. આ એ જ બાબતો છે જેના સમાન હોવા વિશે આપણે ધ્યાનમાં લઈએ.

આ બંને આકૃતિઓને આધારે તમે વાસ્તવિક પરિપથ બનાવી શકો. વાયર અને ઘટકોને આકૃતિની ઉપર મુકો અને તેમને સોલ્ડર કરો. બંને આકૃતિ પાસે પરિપથ છે, એકસમાન નોડ વોલ્ટેજ અને બ્રાન્ચ વિદ્યુતપ્રવાહ સાથે.

સમતુલ્યની આ ચર્ચા પુરી થઇ ગઈ હોય એમ લાગે છે; ઉપયોગી શું છે? આકૃતિ પાસે ગુણધર્મ છે જે શીખનારને આકર્ષે છે.

આકૃતિની પઝલ

હું તમને એક વાત બતાવવા માંગુ છું જે કદાચ આશ્ચર્યજનક લાગી શકે (પણ થોડી જ ક્ષણ માટે). આપણે હમણાં જ બતાવ્યું એ મુજબ, નીચેની બે આકૃતિઓ સમકક્ષ છે. પણ, બધું જ તદ્દન એકસમાન નથી. તત્વો વચ્ચેના રેખાના જોડાણ સમાન નથી.

ડાબી આકૃતિમાં ભૂરા તીરને જુઓ. તાર

R 2

અને

R 3

તરફ વિદ્યુતપ્રવાહ લઈ જાય છે.

શું તમે જમણી બાજુની આકૃતિમાં સમતુલ્ય તારને શોધી શકો?

(

R 2

અને

R 3

તરફ જતા વિદ્યુતપ્રવાહ ધારિત તાર શોધો.)

[તે તાર ક્યાં છે?]

શું થઈ રહ્યું છે? આકૃતિની પ્રકૃતિ બતાવવા માટેનો આ જટિલ પ્રશ્ન છે.

આ પઝલ વાસ્તવિક પરિપથ અને દોરેલી આકૃતિ વચ્ચેનો તફાવત બતાવે છે. આકૃતિમાં રેખા વાસ્તવિક પરિપથને અનુરૂપ જોડાણ બતાવે એવું જરૂરી નથી.

R 2

અને

R 3

તરફ લઇ જતો વિદ્યુતપ્રવાહ ધારિત તાર વિશેનો પ્રશ્ન ધારણા કરે છે કે જમણી બાજુની આકૃતિમાં તારનો ચોક્કસ ક્રમ અસ્તિત્વ ધરાવતો નથી.

તમે આ પઝલ વડે બચવાનું કેવી રીતે અવગણી શકો? તમે હંમેશા વાસ્તવિક પરિપથ અથવા દરેક સમતુલ્ય આકૃતિમાં એકસમાન બ્રાન્ચ વિદ્યુપ્રવાહ વિશે વિચારી શકો. તેથી હંમેશા બ્રાન્ચમાંથી પસાર થતા વિદ્યુતપ્રવાહ વિશે વિચારો (ઘટક અથવા સ્ત્રોતમાંથી), "તાર"માંથી પસાર થતા વિદ્યુતપ્રવાહ વિશે નહિ. "તાર"માંથી વિદ્યુતપ્રવાહ આકૃતિના સમતુલ્ય સ્વરૂપ, અથવા વાસ્તવિક પરિપથમાં અસ્તિત્વ ધરાવે કે ન પણ ધરાવી શકે.

ખ્યાલ ચકાસણી: સમતુલ્ય

અહીં સમતુલ્ય આકૃતિની સમજ ચકાસવા માટે તમારી મદદ કરવા અહીં એક પઝલ છે.

આ આકૃતિઓમાંથી કઈ એકસમાન પરિપથ દર્શાવે છે (કયા સમતુલ્ય છે)?

ધારો કે બધા જ અવરોધોની કિંમત સમાન છે.
સમય લો, આ સરળ નથી.
હિંટ: તેના ત્રણ જવાબ છે.

સારી આકૃતિ દોરવી

સારી આકૃતિ ઘણા હેતુઓને પુરા કરે છે. સારી આકૃતિ

સ્પષ્ટ રીતે પરિપથની ડિઝાઇન બતાવે.
તમે તે ડિઝાઇનને બીજા લોકો સાથે વહેંચી પણ શકો.
આજથી એક મહિના પછી પણ, તમારો પરિપથ કઈ રીતે કામ કરે છે એ યાદ રાખવામાં મદદ કરે.

તમે અને તમારા સહપાઠી બંને આ આકૃતિ દોરવાની આદતના વખાણ કરશે,

ઈનપુટને ડાબી બાજુ, અને આઉટપુટને જમણી બાજુ મુકો.
માહિતીને પરિપથમાં ડાબીથી જમણી બાજુ જવા દો.
વોલ્ટેજના સ્તર માટે પાના પરના અપ/ડાઉનનો ઉપયોગ કરો. વધુ વોલ્ટેજ ધરાવતા તારને પાનાની ઉપરના ભાગની નજીક દોરો, અને ઓછા વોલ્ટેજ (જેમ કે ગ્રાઉન્ડ) ને પાનાની નીચે દોરો.

નીચેની આકૃતિઓ સમતુલ્ય છે, પણ જમણી બાજુ કરતા ડાબી બાજુની આકૃતિ વાંચવી સરળ નથી. જમણી બાજુની આકૃતિ સારી આકૃતિ માટેની ગાઇડલાઇનને અનુસરે છે.

ખાન અકેડેમી વિડીયો રેપર

See video transcript

સારી આકૃતિ તમારી ડિઝાઇનનો ઉદેશ્ય બતાવે છે. તમે જે કરવાનો પ્રયત્ન કરી રહ્યા છો એ બતાવવા માટે જો તમે સ્પષ્ટ આકૃતિ દોરો તો તેનો અર્થ તમે ઝડપથી વહેંચી શકો.

તમને જુદી જુદી આકૃતિ વાંચવાનું પૂછ્યું હોય, તો તેને દોરવાની પદ્ધતિને જોવા થોડો સમય લો. તમને સરળ લાગે એમ આકૃતિની નકલ કરો. પરિપથની ડિઝાઇનમાં તમારી સર્જનાત્મકતા બતાવો, આકૃતિને નવી પદ્ધતિમાં દોરો નહિ.

હવે આપણે પરિપથના જુદા શબ્દો વિશે ઘણી વાતો કરી. આપણે નિરીક્ષણ કરવા માટે તૈયાર છીએ.

[કોપીરાઈટ નોટિસ]

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.