વિદ્યુત પ્રવાહની તાપીય અસર

તમે કદાચ જાણતા હસો કે જયારે કોઈ પણ પદાર્થ માંથી વિધુત પસાર થાય જેમ કે આ વાયર માંથી પસાર થાય ત્યારે તે ઉષામાં ઉત્પ્ન્ન કરે છે તે જ રીતે જયારે તમે મોબાઈલમાં ગેમ રમો છો ત્યારે મોબાઈલ આ કારણથી જ ગરમ થાય છે એક રીતે કહીએ તો આ વિદ્યુતનો વ્યય થાય છે કારણ કે અમુક વિધુત ઉર્જાનું બિન જરૂરી ઉષ્મા ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે પરંતુ બીજી રીતે આપણે વિધુત ઉર્જાનો ઉપયોગ કરી ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન કરી શકીએ આપણને તેના માટે આગની જરૂર પડે નહિ આ સમાન સિદ્ધાંત આપણને વિધુત ઈસ્ત્રી અથવા ઇલેક્ટ્રિક ટોસ્ટર રહવા ઇલેક્ટ્રિક બલ્બમાં જોવા મળે છે આ પ્રકાશ આપણને વિધુત ઉર્જાના કારણે ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્માના કારણે મળે છે તથા વૃક્ષ પર પડતી વીજળીના કારણે ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય છે તેથી ત્યાં આગ લાગે છે આથી આપણે કહી શકીએ કે તે સારું ખરાબ અથવા વધુ ખરાબ હોઈ શકે આપણે આ વિડિઓમાં સમજીશું કે શા માટે વિધુત પ્રવાહ એટલે કે કરંટ કે જે ઇલેક્ટ્રોનના કારણે મળે છે તે ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન કરે છે અને વિધુતના કારણે ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્માની ગણતરી કરીશું આપણે આ ઘટનામાં નામથી શરૂઆત કરીએ સામાન્ય રીતે આને વિધુતની તાપીય અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે ઘણી વાર તેને જુલ ઉષ્મા પણ કરે છે કારણ કે જેમ્સ જુલે સૌ પ્રથમ વિધુત અને ઉષામાં વચ્ચેના સબંધ વિશે વિગત વાર અભ્યાસ કર્યો હતો આથી તેના પરથી SI એકમ જુલ રાખવામાં આવ્યો છે આ બધા કિસ્સામાં જુલ ઉષ્મા કઈ રીતે ઉત્પ્ન્ન થાય છે તે પ્રશ્નને ઉકેલીએ આમ થવાનું કારણ ઇલેક્ટ્રોન અને અણુઓ વચ્ચેની અથડામણ છે આ ઉષ્મા ક્યાંથી આવે છે તે સમજવા માટે આપણે વાયરમાં ઝૂમ કરીએ અહીં દરેક પરમાણુ વાયરને બનાવે છે જયારે આપણી પાસે વિધુત પ્રવાહ એટલે કે કરંટ હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન વાયરમાંથી પસાર થાય છે આ ઇલેક્ટ્રોન સીધી રેખામાં પસાર થતા નથી તે એક બીજા સાથે અથડાય છે અને ઉછળે છે અથડામણ પછી ઇલેક્ટ્રોન તેની કેટલીક ઉર્જાને પરમાણુને આપે છે ધારો કે નેનો પથ્થર એક મોટા પથ્થર સાથે અથડાય છે તેથી તે મોટા પથ્થરને અમુક ઉર્જાનું વહન કરે છે તે જ રીતે ઇલેક્ટ્રોન પરમાણુને અમુક ઉર્જા આપે છે અને તેથી તે ધ્રૂજે છે ઘણા બધા ઇલેક્ટ્રોન આ પરમાણુ સાથે અથડાય તો શું થાય તેના વિશે વિચારીએ આ પરમાણુઓ વધુ કંપન કરશે જયારે પરમાણુઓ વધુ કંપન કરશે ત્યારે પદાર્થ ગરમ થશે આથી જયારે આપણી પાસે વિધુત પ્રવાહ હોય અથવા જયારે આપણી પાસે પદાર્થમાંથી પસાર થતા ઇલેક્ટ્રોન હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન અને પરમાણુઓ વચ્ચે અથડામણ થવાના કારણે ઇલેક્ટ્રોન પરમાણુને ઉર્જા આપે છે અને તેથી કંપન થાય છે પરિણામે પદાર્થ ગરમ થાય છે હવે આપણે જળ ઉષ્માને સમજીએ સૌ પ્રથમ આપણે વિધુત અને ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્મા વચ્ચેનો સબંધ શોધીએ તેના માટે આપણે લાઈટ બલ્બના ફિલમીન્ટને લઇ સમજીએ ધારો કે લાઈટ બલ્બ માંથી પસાર થતો વિધુત પ્રવાહ I છે અને બલ્બના બંને છેડા વચ્ચેનો વોલ્ટેજ ધારો કે V છે હવે ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્માની ગણતરી કરવા માટે આપણે ઉર્જા સંરક્ષણનો નિયમનો ઉપયોગ કરીએ તમે જાણો છો કે તે વિધુત ઉર્જા છે જે ઉષ્મા ઉર્જામાં રૂપાંતર પામે છે ધારો કે દર સેકેન્ડે 100 જુલ ઉર્જા ખર્ચાય છે તેનો અર્થ એમ થયો કે દરેક સેકેન્ડે 100 જુલ જેટલી ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય છે આથી આપણને અહીં દરેક સેકેન્ડે કેટલી ઉર્જાનો વ્યય થાય છે તે શોધવાનું છે અગાઉના વિડિઓમાં આપણે જોયું કે તે કઈ રીતે કરી શકાય આપણે જોયું હતું કે દરેક સેકેન્ડે ખર્ચાતી અથવા વપરાતી ઉર્જાને પાવર કહેવાય છે અને પાવર વોલ્ટેજ અને કરંટના ગુણંત ફળ જેટલું હોય છે આ કઈ રીતે મળે છે તેની સમજ મેળવવી હોય તો આપણે તેના વિશે અગાઉના વિડિઓમાં સમજ મેળવી છે આથી ફરીથીતે વિડિઓ જોઈને આ જોશો તો વધુ સમજ મળશે અહીં આ બાબત દર્શાવે છે કે દરેક સેકેન્ડે કેટલી ઉર્જાનો વ્યય થાય છે આ ઉષ્મા ઉર્જામાં રૂપાંતર થતી હોવાથી આપણે સમજી શકીએ કે દરેક સેકેન્ડે કેટલીક ઉષ્મા ઉર્જા ઉત્પ્ન્ન થાય છે અહીં આ પ્રતિ સેકેન્ડ ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્મા દર્શાવે છે આથી ઉષ્મા પ્રતિ સેકેન્ડ અહીં પ્રતિ સેકેન્ડ ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્મા દર્શાવે છે આથી એક સેકેન્ડ આગળ આટલી ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય છે જે 10 સેકેન્ડ હોય તો દસ ગણી ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય આથી ઉત્પ્ન્ન થયેલી ઉષ્મા બરાબર પ્રતિ સેકેન્ડ ઉત્પ્ન્ન થયેલી ઉષ્મા ગુણ્યાં સમય અહીં આ આપણા માટે નવું સૂત્ર નથી કારણ કે આપણે પહેલાથી જાણીએ છીએ કે કઈ રીતે ખર્ચાતું અથવા મેળવેલા વિધુત પાવરની ગણતરી કરી શકાય સૂત્ર પ્રમાણે જેટલું વધુ કરંટ થશે તેટલું વધુ ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થશે જો કરંટ વધુ હશે તો વધુ ઇલેક્ટ્રોન પસાર થશે પરિણામે પ્રતિ સેકેન્ડ વધુ અથડામણ થશે અને તેથી પ્રતિ સેકેન્ડ વધુ ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થશે આના પરથી આ પણ સમજ મળે છે કે જેટલો વધુ વોલ્ટેજ હશે તેટલી વધુ ઉષ્મા મળશે આવું શા માટે થાય છે અહીં વોલ્ટેજ એ વિધુત સ્થિતિમાનનો તફાવત છે જે દર્શાવે છે કે આ વીજભાર અથવા ઇલેક્ટ્રોન પાસે કેટલી સ્થિતિ ઉર્જા છે આથી જેટલો વધુ વોલ્ટેજ થશે તેટલી વધુ ઉર્જા મળશે જો કોઈ પરમાણુ આ પરમાણુ સાથે અથડાય તો ખુબ વધુ કંપન થશે પરિણામે ખુબ વધુ ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થશે જયારે વીજળી વૃક્ષ પર પડે છે ત્યારે વોલ્ટેજનું કરંટ ખુબ વધુ હોય છે પરિણામે ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્મા વૃક્ષને બાળી નાખે તેટલી વધુ હોય છે જો આપણે વોલ્ટ જ અને કરંટ જાણતા ન હોય અથવા તો વોલ્ટેજ અને અવરોધ જાણતા હોય અથવા તો કરંટ અને અવરોધ જાણતા હોય તો આપણે ઉષ્મા શોધી શકીએ કારણ કે આપણે વોલ્ટેજ કરંટ અને અવરોધ વચ્ચેનો સબંધ જાણીએ છીએ ઓહ્મના નિયમ પ્રમાણે V = I ગુણ્યાં R જો આપણે આ સૂત્રમાં V = IR મૂકીએ તો આપણને I ગુણ્યાં I ગુણ્યાં R એટલે કે I સ્કવેર ગુણ્યાં R ગુણ્યાં t મળે અહીં આ સૂત્ર આપણને કરંટ અને અવરોધનાં સંદર્ભમાં મળે છે તે જ રીતે જો આપણે આ સૂત્રમાં I = V /R મૂકીએ તો આપણને V ગુણ્યાં V એટલે કે V સ્કવેર ભાગ્યા R ગુણ્યાં T મળે આ આપણને વોલ્ટેજ અને અવરોધના સંદર્ભમાં સૂત્ર મળે છે અહીં આ ત્રોણેય સૂત્રો એક જ સૂત્ર પરથી મેળવેલા છે આથી તેને ત્રણ જુદા જુદા સૂત્રો સમજવાને નહિ સામાન્ય રીતે આ સૂત્ર છે તેમાં આપણે ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કર્યો અને તેના પરથી આ બે સૂત્રો મેળવ્યા છે જયારે પણ વિધુતના કારણે ઉષ્મા ઉત્પ્ન્ન થાય તો તેને ખર્ચાતો પાવર કહેવાય છે ખર્ચાતો પાવર આથી જયારે પણ આપણને ખર્ચાતો પાવર શોધવાનું કહે ત્યારે આપણે પ્રતિ સેકેન્ડ ઉત્પ્ન્ન થતી ઉષ્માની ગણતરી કરી શોધી શકીએ જયારે જુલ વિધુત અને ઉષ્મા વચ્ચેના સબંધ માટે પ્રયોગો કરતા હતા ત્યારે તેમને ગણિતના ઉપયોગ વિના પ્રયોગીગ રીતે આ સૂત્રને મેળવ્યું છે આથી આ સૂત્રને જૂલનો નિયમ કહેવાય છે જુલનો નિયમ ત્યારે લોકો જાણતા ન હતા કે ક્યાંથી આ સૂત્ર મેળવ્યું હતું પરંતુ અત્યારે આપણે સમજી શકીએ કે આ ત્રોણેય સૂત્ર સમાન છે આથી હવે આપણે આ ત્રણેય સૂત્રને જુલનો નિયમ કહીએ છીએ