વિદ્યુત સ્થિતિમાન(& વોલ્ટેજ) નો પરિચય

જો આપણી પાસે ઇલેક્ટ્રિક બલ્બ આ રીતે ઘણા બધા વાયર સાથે જોડેલો હોય તો મારો પ્રશ્ન છે કે કઈ રીતે આપણે આ વાયર માંથી વિધુત પ્રવાહ એટલે કે કરંટને પસાર કરી શકીએ તેના વિશે આપણે આ વિડિઓમાં ચર્ચા કરીશું તથા બેટરી શું કાર્ય કરે છે અને વોલ્ટેજનો અર્થ શું થાય છે તે સમજીશું તે સમજવા માટે તેવી સમાન બાબત લઈએ આ ચિત્રમાં બાળકો લરપટ્ટી પર રમી રહ્યા છે જયારે બાળકો લસરપટ્ટી ની નીચે આવે ત્યાર તેમને કોઈ વારંવાર ઉપર ફરીથી બેસાડી તે નીચેની તરફ આવતા હશે અને આ બાબત વારંવાર થતી હશે અહીં બાળકોની ગતિ સતત ચાલુ રહે છે આથી બાળકોનો પ્રવાહ સતત મળે છે આથી કઈ રીતે કરંટ ઉત્પ્ન્ન થાય છે તેને સમજવા માટે આપણે આ ચિત્રને ધ્યાનમાં રાખીએ આપણે તેને ઊંડાઈ પૂર્વક જોઈએ જો આપણે લસર પટ્ટી પર સરકતા બાળકોને જોઈએ તો તેઓ કઈ રીતે અહીંથી અહીં આવે છે તે વિચારીએ આપણને ખબર છે કે તે ગુરુત્વાકર્ષણ બળના કારણે તેઓ નીચેની તરફ સરકે છે તેજ રીતે આ વાયરમાં ઘણા બધા વીજભારો રહેલા હોય છે અને વાયર ધાતુના હોય છે અને ધાતુમાં ઋણ વીજભારિત ઇલેક્ટ્રોન અસ્તવ્યસ્ત ગતિ કરતા હોય છે મુશ્કેલી એ છે કે જયારે ધાતુઓ સ્થિર હોય ત્યારે તેઓ ગતિ કરતા નથી આથી તેમને ગતિ કરાવવા માટે ધક્કો આપવો પડે જે રીતે ગુરુત્વાકર્ષણ બળ આ બાળકોને નીચે ધક્કો આપે છે આપણને વિધુત બળ જોઈએ જે આ ઇલેક્ટ્રોનને ધક્કો આપશે અને તે બેટરી વડે મેળવી શકાય બેટરીના અંદર પણ વીજભાર હોય છે સૌથી અગત્યની બાબત એ છે કે બેટરીનો એક છેડો ધન અને બીજો છેડો ઋણ છે જે આ ઇલેક્ટ્રોનને ધક્કો આપે છે સરળતા ખરાર આપણે આ ઇલેક્ટ્રોનને ઋણ વીજભારિત નથી તેમ ધારી લઈએ એટલે કે તેમને ધન વીજભારિત ધારી લઈએ કારણ કે વિધુત પ્રવાહની દિશા એ ધન વીજભારના પ્રવાહની દિશા છે જે રહેવાજીક પદ્ધતિ છે અહીં ઇલેક્ટ્રોન વિશે સમજવું અઘરું છે આથી આપણે તેને ધન વીજભારિત ધારી લઇ સરળતાથી સમજીએ જો આપણે ઇલેક્ટ્રોનને ધન વીજભારિત ધારી લઈએ તો બેટરીનો ધન ધ્રુવ તેમને આગળની ધક્કો આપશે અને આ બેટરીનો ઋણ ધ્રુવ આ વીજભારને પોતાની તરફ ખેચશે આથી આપણને વિધુત પ્રવાહ એટલે કે વીજભારોની ગતિ આ દિશામાં મળે તે જ રીતે અહીં બાળકોની ગતિને સતત ચાલુ રાખવા માટે કોઈકે અહીંથી તેમને ઉંચકીને ફરીથી બેસાડવા પડે એટલે કે તેમને ગુરુત્વાકર્ષણની વિરુદ્ધ ગતિ કરાવવી પડે એ જ રીતે અહીં ઋણ ધ્રુવ આ વીજભારને મેળવીને ફરીથી ધન ધ્રુવને મોકલવા માટે સતત વિધુત બળ લગાડવું પડે અને આ કાર્ય બેટરીમાં રહેલા રસાયણો દ્વારા થાય છે બેટરીમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયા થાય છે જે વિધુત બળના વિરુદ્ધ લાગે છે અને તે વીજભારોને ધક્કો આપે છે પરિણામે વીજભારોની ગતિ સતત ચાલુ રહે છે અને તેના પરિણામે વિધુત પ્રવાહનું વહન સતત ચાલુ રહે છે હવે આપણે વોલ્ટેજ એટલે કે વિધુત સ્થિતિમાંનની સમજ મેળવીએ ફરીથી આ ચિત્ર વડે સમજીએ અહીં બાળકો વધુ ઊંચાઈએથી ઓછી ઊંચાઈ તરફ ગતિ કરે છે જો આ લીસી સપાટી હોય તો વધુ ગતિ ઉર્જા ધરાવે આથી વધુ ઝડપે સરકે પરંતુ જો અહીં ખરબચડી સપાટી હોય તો શરીર અને લસરપટ્ટી વચ્ચે ઘર્ષણ બળના કારણે ત્યાં ઘણી બધી ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય આથી જયારે બાળકો નીચેની તરફ સરકે ત્યારે ઘણી બધી ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન કરે અહીં ઉષ્મા એ ઉર્જાનું એક સ્વરૂપ છે તો આ ઉર્જા ક્યાંથી આવી હશે કદાચ તમે તેનો જવાબ જાણો છો ઉર્જા આ બાળકોમાં પહેલાથી જ સંગ્રહાયેલી છે જયારે બાળકો નીચેની તરફ સરકે છે ત્યારે તે ઉર્જા ઉષ્મામાં રૂપાંતર પામે છે બાળકોમાં સંગ્રહાયેલી આ ઉર્જાને સ્થિતિ ઉર્જા કહે છે ટોચના આ બિંદુ આગળ બાળકોનું સ્થિતિમાંન વધુ હોય છે આથી આપણે લખી શકીએ સ્થિતિમાંન વધુ એટલે કે આ બિંદુ આગળ સ્થિતિ ઉર્જા વધુ હોય છે અને નીચેની તરફ જતા તે ઉર્જા વપરાય છે અને ઉષ્મામાં રૂપાંતર પામે છે અને જયારે આ બિંદુ આગળ પહોંચે છે ત્યારે બાળકો બધી સ્થિતિ ઉર્જાને વાપરી નાખે છે આથી આ બિંદુને આપણે સ્થિતિમાંન ઓછું કહી શકીએ સ્થિતિમાન ઓછું જયારે બાળકો ઉપરની તરફ જાય છે ત્યારે તેઓ સ્થિતિ ઉર્જા મેળવે છે તેમને સ્થિતિ ઉર્જા કોણ આપતું હશે તમે અનુમાન લગાવી શકો તે આ માણસ આપે છે જે તેમને ઉપર બેસાડે છે અથવા તે બાળકોમાં સ્થિતિ ઉર્જાનો સંગ્રહ કરે છે ફરીથી બાળકો તે સ્થિતિ ઉર્જાને વાપરે છે અને આ સાઇકલ રિપીટ થાય છે તેજ રીતે જયારે વીજભાર આ બલ્બ માંથી પસાર થાય છે ત્યારે બલ્બમાં ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય છે ફરીથી પ્રશ્ન થાય છે કે આ બલ્બમાં ઉષ્મા ક્યાંથી આવતી હશે આપણે કહી શકીએ કે આ વીજભાર અમુક ઉર્જા ધરાવે છે જયારે તેઓ બલ્બ માંથી પસાર થાય છે ત્યારે તેઓ ઉર્જા ખર્ચે છે આથી આપણે કહી શકીએ કે આ બિંદુ આગળ સ્થિતિ ઉર્જા વધુ અને નીચેની તરફ તેઓ ઉર્જા ખર્ચે છે તેથી સ્થિતિ ઉર્જા ઓછી અહીં આ બંને બાબતો વચ્ચેનો ફરક એટલો જ છે કે એકમાં ગુરુત્વાકર્ષણ બળના કારણે થાય છે અને બીજામાં વિધુત બળના કારણે થાય છે પરંતુ બીજો એક મુખ્ય તફાવત એ છે કે અહીં બાળકો જયારે નીચેની તરફ આવે છે ત્યારે સતત સ્થિતિ ઉર્જા ખર્ચે છે અને ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન કરે છે અહીં આપણે ધારી લઈએ કે વાયરમાં વધુ ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થતી નથી વાસ્તવમાં જોઈએ તો વાયર ગરમ થાય છે પરંતુ બલ્બ જેટલો ગરમ થતો નથી આથી આપણે ધારી લઈએ કે દરેક પરિપથમાં વાયરમાં વધુ ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થતી નથી તેથી વીજભાર આ બિંદુ સુધી ઉર્જાને ખર્ચતા નથી પછી આ બિંદુ આગળ તે ઉષ્મામાં રૂપાંતર પામે છે ત્યારે બધી જ સ્થિતિ ઉર્જા ખર્ચે છે અને ફરીથી પાછા આવે છે આથી આપણે કહી શકીએ કે આ વિભાગમાં સ્થિતિ ઉર્જા વધુ એટલે કે સ્થિતિમાન વધુ અને આ વિભાગમાં તેઓ બધી સ્થિતિ ઉર્જાને ગુમાવે છે આથી આપણે લખી શકીએ કે અહીં સ્થિતિમાન ઓછું અહીં તેઓ સમાન ઉર્જા ધરાવે છે એટલે કે તેઓ ઉર્જાને વાયરમાં ગુમાવતા નથી વાસ્તવમાં તેઓ ગુમાવે છે પરંતુ આપણે ધારી લઈએ કે તે ગુમાવતા નથી આથી આપણે કહી શકીએ કે અહીં સ્થિતિ ઉર્જા ઓછી છે દરેક વખતે વીજભાર આ બલ્બ માંથી પસાર થાય છે અને સ્થિતિ ઉર્જા ગુમાવે છે અને દરેક વખતે બેટરીમાં રહેલું રસાયણ તેમને ઉપરની તરફ ધક્કો આપે છે અને તેઓ સ્થિતિ ઉર્જા મેળવે છે તે ઉર્જા બેટરીના રસાયણ માંથી આવે છે જે રીતે આ માણસ વડે સ્થિતિ ઉર્જા અપાય છે અહીં વોલ્ટેજ એટલે વીજભારમાં સંગ્રહાયેલી સ્થિતિ ઉર્જાનો તફાવત આથી વોલ્ટેજ એટલે કે વિધુત સ્થિતિમાનને વિધુત સ્થિતિસ્થિતિમાનનો સ્થિતિમાનનો તફાવત પણ કહે છે વિધુત સ્થિતિમાનનો તફાવત તે આપણને વીજભારોમાં રહેલી સ્થિતિ ઉર્જાનો તફાવત આપે છે આપણે વોલ્ટેજને ઉદાહરણ વડે સમજીએ ધારો કે આ બે બિંદુઓ વચ્ચેના વિધુત સ્થિતિમાનનો તફાવત 1 .5 વોલ્ટ છે તેનો અર્થ એમ થાય કે સ્થિતિ ઉર્જાનો તફાવત 1 .5 જુલ પ્રતિ કુલંબ છે અહીં જુલ પ્રતિ કુલંબનો અર્થ એમ થાય છે કે અહીંથી પસાર થતો દરેક કુલંબ 1 .5 જેટલી સ્થિતિ ઉર્જા ગુમાવે છે અને તે ઉષ્મામાં રૂપાંતર પામે છે આથી વોલ્ટેજ દર્શાવે છે કે કુલંબ કેટલી સ્થિતિ ઉર્જા મેળવે અથવા ગુમાવે છે જો આ 9 વોલ્ટની બેટરી હોય તો જયારે તે આ બિંદુ પાસે આવે ત્યારે દરેક કુલંબ 9 જુલ સ્થિતિ ઉર્જા મેળવે છે તે જ રીતે જયારે તે આ બિંદુ પાસે આવે ત્યારે તે 9 જુલ જેટલી સ્થિતિ ઉર્જા ગુમાવે છે આથી 9 વોલ્ટની બેટરીના કારણે તેટલી ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય આ સંખ્યા દર્શાવે છે કે જો અહીંથી બે કુલંબ પસાર થાય તો 3 જુલ જેટલી સ્થિતિ ઉર્જા ગુમાવે છે એટલે કે તે આ સંખ્યાની બે ગણી થાય જો અહીં 10 કુલંબ પસાર થાય તો આ સંખ્યાને દસ ઘણી સ્થિતિ ઉર્જા ગુમાવે એટલે કે 15 જુલ જેટલી સ્થિતિ ઉર્જા ગુમાવે છે જો આપણે વોલ્ટેજ જાણતા હોય તો આપણે જોઈ શકીએ કે આ બિંદુથી આ બિંદુ સુધી કેટલી સ્થિતિ ઉર્જા મેળવે અથવા આ બિંદુથી આ બિંદુ સુધી કેટલી સ્થિતિ ઉર્જા ગુમાવે છે જો આપણે આ બે બિંદુઓને લઈએ તો તેમના વચ્ચેનો વિધુત સ્થિતિમાનનો તફાવત આપણને 0 મળે આવું શા માટે થાય છે તમે વિડિઓ થોબાવીને જાતે ઉકેલવાનો પ્રયત્ન કરી શકો આ થવાનું કારણ એ છે કે આપણે વાયર માંથી પસાર થતા વીજભારની સ્થિતિ ઉર્જા 0 ધારી હતી તે જ રીતે આ બે બિંદુઓ વચ્ચેના વિધુત સ્થિતિમાનનો તફાવત 0 મળે વિધુત સ્થિતિમાનનો તફાવત આ બે બિંદુઓ વચ્ચે પણ મળે છે આથી વધુ સ્થિતિ ઉર્જા ધરાવતા બિંદુ પાસે + ની નિશાની અને ઓછી સ્થિતિ ઉર્જા ધરાવતા બિંદુ પાસે - ની નિશાની તે જ રીતે અહીં પણ થાય છે જો આપણે વાયરના છેડા આગળ વિધુત સ્થિતિમાનના તફાવત જાળવી રાખીએ તો વિધુત પ્રવાહ સતત મળશે અમુક ચોપડીમાં વોલ્ટેજને થયેલું કાર્ય તરીકે દર્શાવે છે તે મોટા ભાગે સમાન જ છે અહીં બેટરી ઓછી સ્થિતિ ઉર્જાથી વધુ સ્થિતિ ઉર્જા તરફ વીજભારનું વહન કરે છે જે રીતે આ માણસ ઉર્જાનું વહન કરે છે ભૌતિક વિજ્ઞાનમાં જયારે તમે ઉર્જાનું વહન કરો ત્યારે તમે કાર્ય કરી રહ્યા છો તેમ કહેવાય આથી આપણે કહી શકીએ કે બેટરી વડે થતું કાર્ય 1 .5 જુલ પ્રતિ કુલંબ છે આથી આપણે વોલ્ટેજને કરેલું કાર્ય પ્રતિ કુલંબ લખી શકીએ આપણે આ બાબતને ટૂંકમાં સમજીએ આપણે જોયું કે પરિપથમાં વિધુત પ્રવાહનું વહન સતત થવા માટે આપણને સ્થિતિ ઉર્જાનો તફાવત જાળવી રાખવો પડે સ્થિતિ ઉર્જાનો તફાવત અથવા વોલ્ટેજ દર્શાવે છે કે જયારે તે એક બિંદુથી બીજા બિંદુએ પસાર થાય છે ત્યારે પ્રતિ કુલંબ કેટલી સ્થિતિ ઉર્જા મેળવે છે અથવા ગુમાવે છે તે જ રીતે એક બિંદુએથી બીજા બિંદુએ પ્રતિ કુલંબ સ્થિતિ ઉર્જા પસાર કરવા માટે કેટલું કાર્ય કરવું પડે