Notes-Marathi Medium-इयत्ता-आठवी – सामान्य विज्ञान-पाठ -4-धाराविद्युत आणि चुंबकत्व-Maharashtra Board

अभ्यासघटक : धाराविद्युत विद्युतस्थितिक विभव विद्युतघट विद्युत परिपथ धारा विद्युतचे चुंबकीय परिणाम

अणू घटक : अणूमध्ये प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रॉन घटक असतात.

प्रभार : ज्या प्रभाराचे स्थानांतरण होत नाही त्यास स्थिर प्रभार म्हणतात, तर स्थानांतरित होणाऱ्या प्रभाराला (सामान्यतः इलेक्ट्रॉन) चल प्रभार म्हणतात.

• योग्य त्या दोन वस्तू एकमेकांवर घासल्यावर एका वस्तूवरून दुसऱ्या वस्तूवर इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित होतात.
• ज्या वस्तूवरील इलेक्ट्रॉन्स कमी होतात ती वस्तू धनप्रभारित होते, तर ज्या वस्तूला इलेक्ट्रॉन्स प्राप्त होतात ती वस्तू ऋणप्रभारित होते ..

धाराविद्युत (Current Electricity) :

विद्युतप्रवाह : विद्युतप्रवाह (I) म्हणजे एकक वेळात (t) तारेसारख्या वाहकातून वाहणारा विद्युतप्रभार (Q) होय.

विद्युतप्रवाह (I) = विद्युतप्रभार (Q)/वेळ (t)

• याचे SI एकक कूलोम प्रतिसेकंद म्हणजेच अँपिअर (A) आहे.
• जर वाहकातून एका सेकंदास एक कूलोम विद्युतप्रभार वाहत असेल, तर त्या वाहकातून वाहणारा विद्युतप्रवाह 1 अँपिअर आहे असे म्हणतात.
• विद्युत बल वापरून वाहकातील इलेक्ट्रॉन्स, धनप्रभारित कण, ऋणप्रभारित कण वाहते केले असता विद्युतप्रवाह निर्माण होतो, म्हणजेच धाराविद्युत मिळते.

विद्युतस्थितिक विभव (Electrostatic Potential) :

विद्युतस्थितिक विभव : धनप्रभाराची प्रवृत्ती अधिक विद्युतपातळीच्या बिंदूपासून कमी विद्युतपातळीच्या बिंदूकडे वाहण्याची असते आणि ऋणप्रभाराची प्रवृत्ती कमी  विद्युतपातळीच्या बिंदूपासून अधिक विद्युतपातळीच्या बिंदूकडे वाहण्याची असते. विद्युतप्रभाराच्या वहनाची दिशा ठरवणाऱ्या या  विद्युतपातळीस विद्युतस्थितिक विभव (विद्युत विभव) म्हणतात.

• याचे SI एकक व्होल्ट (V) आहे. विभव ही अदिश राशी आहे.

विभवांतर (Potential difference) : विभवांतर म्हणजे दोन बिंदूंच्या विभवांमधील फरक होय.

• ही भौतिक राशी 'धबधब्याची उंची', 'उष्ण व थंड वस्तूंच्या तापमानातील फरक' या राशींसारखी आहे. विभवांतर व्होल्टमध्ये व्यक्त करतात.

विद्युतघट (Electric cell) :

विद्युतघट म्हणजे परिपथामध्ये सतत विद्युतप्रभाराचा प्रवाह निर्माण करण्यासाठी एका स्त्रोताची गरज असते, असे एक सर्वसाधारण साधन म्हणजे विद्युतघट.

• रेडिओ संच, भिंतीवरील घड्याळ, मनगटी घड्याळ, विजेरी (torch), खेळणी, स्मार्टफोन, मोटार, इन्व्हर्टर (invertor), रिमोट कंट्रोल, जहाज, पाणबुडी, उपग्रह इत्यादींमध्ये विद्युतघटाचा वापर करतात.

विद्युतप्रवाहाचे स्रोत : कोरडा विद्युतघट, लेड-आम्ल विद्युतघट, निकेल-कॅड्मिअम घट.

कोरडा विद्युतघट (Dry Cell) :

कोरड्या विद्युतघटाची रचना :

कोरडा विद्युतघटात त्याचे बाहेरचे आवरण व त्याच्या आत एक पांढरट धातूचे आवरण असते. हे पांढरट धातूचे आवरण जस्त (Zn) धातूचे आवरण होय. हेच घटाचे ऋण टोक.

जस्ताच्या आवरणाच्या आत आणखी एक आवरण असते. या दोन्ही आवरणांमध्ये

विद्युत अपघटनी (Electrolyte) भरलेली असते.

विद्युत अपघटनीमध्ये धनप्रभारित व ऋणप्रभारित आयन असतात. त्यांच्यामार्फत विद्युतवहन होते.

ही अपघटनी म्हणजे ZnCl₂ (झिंक क्लोराइड) आणि NH₄CI (अमोनिअम क्लोराइड) यांच्या ओल्या मिश्रणाचा लगदा असतो.

घटाच्या मध्यभागी एक ग्राफाइट कांडी असते. हे घटाचे धन टोक असते.

कांडीच्या बाहेरील भागात MnO₂ (मँगनीज डायऑक्साइड) ची पेस्ट भरलेली असते. या सर्व रासायनिक पदार्थांच्या रासायनिक अभिक्रियेद्वारा दोन्ही टोकांवर (graphite rod, zinc) विद्युतप्रभार तयार होतो व परिपथातून विद्युतप्रवाह वाहतो.

कार्य व उपयुक्तता :

• या विद्युतघटात ओलसर लगदा वापरल्यामुळे रासायनिक अभिक्रिया मंदपणे चालते. म्हणून मोटा विदयुतप्रवाह यातून मिळवता येत नाही.
• द्रवपदार्थांचा वापर करणाऱ्या विद्युतघटांच्या तुलनेत त्यांची साठवण कालमर्यादा (Shelf life) अधिक असते.
• कोरडे विद्युतघट वापरायला सोयीचे असतात; कारण ते उभे, आडवे, तिरपे, कसेही ठेवता येतात व ते रेडिओ मंच, भिंतीवरील घड्याळ, विजेरी यांसारख्या चल साधनांमध्येही सहजपणे वापरता येतात.

लेड-आम्ल विद्युतघट (Lead-Acid Cell) :

• आकृती मध्ये लेड-आम्ल विद्युतघटाची रचना दाखवली आहे. या घटात शिशाचे (Pb) एक विद्युतअग्र व लेड डायऑक्साइड (PbO₂) चे दुसरे विद्युतअग्र विरल सल्फ्युरिक आम्लात (dilute H₂SO₄) बुडवलेले असते.
• या पदार्थांच्या रासायनिक अभिक्रियेने PbO₂ या विद्युतअग्रावर धन प्रभार व Pb या विद्युतअग्रावर ऋण प्रभार तयार होतो. या अग्रांमधील विभवांतर सुमारे 2V असते.
• या अग्रांमध्ये भार (उदाहरणार्थ, विद्युत बल्बचा रोध) जोडून परिपथ पूर्ण केल्यास, परिपथातून विद्युतप्रवाह वाहतो (व विद्युत बल्ब प्रकाशतो). हा विद्युतघट मोठा विद्युतप्रवाह पुरवू शकतो. तसेच या घटाचे विद्युत विमोचन झाल्यानंतर तो पुन्हा विद्युत प्रभारित करता येतो.

मोटारी, ट्रक, मोटारसायकली, अखंड विद्युतशक्ती पुरवठा यंत्रे (UPS) यांमध्ये लेड-आम्ल विद्युतघट वापरले जातात.

निकेल-कॅड्मिअम विद्युतघट : या घटात निकेल ऑक्साइड हे धन विद्युतअग्र असते व कॅड्मिअम हे ऋण विद्युतअग्र असते. अनेकदा या घटाचा उपयोग कोरड्या विद्युतघटासारखा करतात व हा घट पुन्हा विद्युतप्रभारित करता येतो.

• निकेल-कॅड्मिअम विद्धुतघट 2 V विभवांतर देतो
• Drilling machine, gardening tool यासारख्या चल विद्युत यंत्रांमध्ये या घटाचा वापर करतात.

विद्युत परिपथ (Electric Circuit) :

विद्युत परिपथ : विद्युत परिपथ म्हणजे विद्युतघटाच्या दोन्ही अग्रांमध्ये जोडलेल्या वाहक तारा, स्विच किंवा प्लग कळ आणि इतर रोध (उदाहरणार्थ, विद्युत बल्बचा रोध) यांमधून वाहणाऱ्या विद्युतप्रवाहाचा सलग मार्ग होय.

• आकृती मध्ये या परिपथातील कळ खुली (Open) असल्यास परिपथातून विद्युतप्रवाह वाहत नाही. त्यामुळे परिपथातील बल्ब प्रकाशमान होत नाही.
• या परिपथातील कळ बंद (Closed) असल्यास परिपथातून विद्युतप्रवाह वाहतो. त्यामुळे परिपथातील बल्ब प्रकाशमान होतो.

घटांची जोडणी :

एकसर जोडणी : जास्त विभवांतर मिळवण्यासाठी विद्युतघटांची एकसर जोडणी करतात.

विद्युतघट आकृती मध्ये दाखविल्याप्रमाणे जोडल्यास त्यास घटांची बॅटरी (Battery of cells) असे म्हणतात.

ह्या एकसर जोडणीत एका घटाचे धन टोक दुसऱ्याच्या ॠण टोकाला व दुसऱ्याचे धनटोक तिसऱ्याच्या ॠण टोकाला जोडतात.

त्यामुळे जर प्रत्येक घटाचे विभवांतर 1 V असेल तर तीन घटांचे एकूण विभवांतर 3 V होईल.

समांतर जोडणी : या व्यवस्थेचा उपयोग जास्त कालावधीसाठी विभवांतर मिळवण्यासठी करतात.

एकसर व समांतर जोडणी : या व्यवस्थेचा उपयोग जास्त कालावधीसाठी अधिक विभवांतर मिळवण्यासठी करतात.

धारा विद्युतचे चुंबकीय परिणाम (Magnetic effects of electric current) :

विद्युतचुंबक :

एखाद्या लांब स्क्रूवर (अथवा लोखंडी सळईवर) विद्युतरोधी आवरण असलेली तांब्याची लवचीक तार कसून गुंडाळून त्या कुंतलातून विद्युतघटाच्या (अथवा बॅटरीच्या) साहाय्याने विद्युतप्रवाह पाठवल्यास, विद्युतप्रवाह चालू असेपर्यंत, त्या कुंतलात चुंबकत्व निर्माण होते व त्यामुळे त्या स्क्रूलाही चुंबकत्व प्राप्त होते. कुंतल व स्क्रू या संहितेस विद्युतचुंबक म्हणतात.

विद्युतचुंबक हे धाराविद्युतच्या चुंबकीय परिणामाचे उदाहरण होय.

विद्युतघंटा :

विद्युत घंटेचे कार्य धाराविद्युतच्या चुंबकीय परिणामावर आधारित आहे.

विद्युत घंटेची रचना :

• आकृती मध्ये विद्युत घंटेची रचना विद्युत परिपथासह दाखवली आहे.
• यात एका लोखंडी तुकड्यावर तांब्याची तार कुंतलाच्या स्वरूपात गुंडाळलेली असते. हे कुंतल विद्युतचुंबक म्हणून कार्य करते.
• या विद्युतचुंबकाजवळ एक लोखंडी पट्टी टोलासहित बसवलेली असते व त्या पट्टीच्या संपर्कात संपर्क स्क्रू असतो.
• परिपथातील कळ वापरून परिपथ पूर्ण केल्यावर, स्क्रू पट्टीला खेटलेला असताना परिपथातून विद्युतप्रवाह वाहतो.
• परिणामी कुंतल विद्युतचुंबक होऊन त्याकडे लोखंडी पट्टी खेचली जाते. त्यामुळे टोला घंटेवर आपटून नाद निर्माण होतो.
• मात्र त्याच वेळी संपर्क स्क्रूचा लोखंडी पट्टीशी संपर्क तुटून विद्युतप्रवाह खंडित होतो. परिणामी कुंतलाचे विद्युत चुंबकत्व नष्ट होते. त्यामुळे लोखंडी पट्टी पुन्हा मागे येऊन संपर्क स्क्रूला चिकटते. परिणामी लगेच विद्युतप्रवाह सुरू होऊन पुन्हा वरील क्रियेने टोला घंटेवर आपटून नाद निर्माण होतो.
• विद्युत घंटेतील लवचीक लोखंडी पट्टीमुळे विद्युत परिपथ पूर्ण होणे व खंडित होणे या क्रिया वारंवार व जलद गतीने होतात व परिपथातील कळ बंद (Closed) असेपर्यंत घंटा खणखणत राहते. कळ वापरून परिपथातील विद्युतप्रवाह बंद केल्यावर घंटेचा खणखणाट थांबतो.