विद्युत प्रवाहाच्या क्रिया: थर्मल, रासायनिक, चुंबकीय, प्रकाश आणि यांत्रिक

सर्किटमधील विद्युत प्रवाह नेहमी त्याच्या कोणत्या ना कोणत्या क्रियेद्वारे प्रकट होतो. हे एका विशिष्ट लोडवर ऑपरेशन आणि विद्युत् प्रवाहाचा सहवर्ती प्रभाव दोन्ही असू शकते. अशा प्रकारे, विद्युत् प्रवाहाच्या क्रियेद्वारे, दिलेल्या सर्किटमध्ये त्याची उपस्थिती किंवा अनुपस्थिती निश्चित केली जाऊ शकते: जर भार कार्यरत असेल तर विद्युत प्रवाह आहे. जर विद्युत् प्रवाहासोबत एक विशिष्ट घटना पाहिली तर, सर्किटमध्ये विद्युतप्रवाह इ.

तत्त्वानुसार, विद्युत प्रवाह वेगवेगळ्या क्रिया घडवून आणण्यास सक्षम आहे: थर्मल, रासायनिक, चुंबकीय (विद्युत चुंबकीय), प्रकाश किंवा यांत्रिक आणि विविध प्रकारच्या वर्तमान क्रिया एकाच वेळी घडतात. या वर्तमान घटना आणि कृती या लेखात चर्चा केली जाईल.

विद्युत प्रवाहाचा थर्मल प्रभाव

जेव्हा थेट किंवा पर्यायी विद्युतप्रवाह वायरमधून वाहतो तेव्हा वायर गरम होते. वेगवेगळ्या परिस्थितीत आणि अनुप्रयोगांमध्ये अशा हीटिंग वायर असू शकतात: धातू, इलेक्ट्रोलाइट्स, प्लाझ्मा, वितळलेले धातू, अर्धसंवाहक, अर्धधातू.

सर्वात सोप्या बाबतीत, जर, म्हणा, विद्युत प्रवाह निक्रोम वायरमधून जातो, तर ते गरम होईल. ही घटना हीटिंग उपकरणांमध्ये वापरली जाते: इलेक्ट्रिक केटलमध्ये, बॉयलरमध्ये, हीटर्समध्ये, इलेक्ट्रिक स्टोव्हमध्ये इ. इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंगमध्ये, इलेक्ट्रिक आर्कचे तापमान सामान्यतः 7000 डिग्री सेल्सिअसपर्यंत पोहोचते आणि धातू सहजपणे वितळते, हा देखील विद्युत् प्रवाहाचा उष्णता प्रभाव आहे.

सर्किटच्या विभागात सोडलेल्या उष्णतेचे प्रमाण या विभागात लागू केलेल्या व्होल्टेजवर, प्रवाहाचे मूल्य आणि त्याच्या प्रवाहाच्या वेळेवर अवलंबून असते (जौल-लेन्झ कायदा).

एकदा तुम्ही सर्किटच्या एका विभागासाठी ओमचा नियम बदलला की, तुम्ही उष्णतेचे प्रमाण मोजण्यासाठी व्होल्टेज किंवा विद्युत् प्रवाह वापरू शकता, परंतु नंतर तुम्हाला सर्किटचा प्रतिकार माहित असणे आवश्यक आहे कारण ते विद्युत् प्रवाह मर्यादित करते आणि प्रत्यक्षात गरम होते. किंवा, सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह आणि व्होल्टेज जाणून घेतल्यास, आपण तयार केलेल्या उष्णतेचे प्रमाण सहजपणे शोधू शकता.

विद्युत प्रवाहाची रासायनिक क्रिया

थेट विद्युत प्रवाहाद्वारे आयन असलेले इलेक्ट्रोलाइट्स इलेक्ट्रोलायझ्ड - ही विद्युत् प्रवाहाची रासायनिक क्रिया आहे. इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान नकारात्मक आयन (आयन) सकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) कडे आकर्षित होतात आणि सकारात्मक आयन (केशन्स) नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कॅथोड) कडे आकर्षित होतात. म्हणजेच, इलेक्ट्रोलाइटमध्ये असलेले पदार्थ इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान वर्तमान स्त्रोताच्या इलेक्ट्रोड्सवर सोडले जातात.

उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रोडची जोडी विशिष्ट आम्ल, अल्कली किंवा मीठाच्या द्रावणात बुडवली जाते आणि जेव्हा विद्युत प्रवाह सर्किटमधून जातो तेव्हा एका इलेक्ट्रोडवर सकारात्मक चार्ज आणि दुसऱ्यावर नकारात्मक चार्ज तयार होतो. सोल्युशनमध्ये असलेले आयन रिव्हर्स चार्जसह इलेक्ट्रोडवर जमा होऊ लागतात.

उदाहरणार्थ, कॉपर सल्फेट (CuSO4) च्या इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान, तांबे केशन्स Cu2 + सकारात्मक चार्ज असलेल्या नकारात्मक चार्ज असलेल्या कॅथोडकडे जातात, जेथे त्यांना गहाळ चार्ज प्राप्त होतो आणि इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर स्थिर होऊन तटस्थ तांब्याच्या अणूंमध्ये बदलतात. हायड्रॉक्सिल ग्रुप -OH एनोडला इलेक्ट्रॉन दान करेल आणि परिणामी ऑक्सिजन सोडला जाईल. सकारात्मक चार्ज केलेले हायड्रोजन केशन्स H + आणि ऋण चार्ज केलेले SO42- anions द्रावणात राहतील.

विद्युत प्रवाहाची रासायनिक क्रिया उद्योगात वापरली जाते, उदाहरणार्थ, पाणी त्याच्या घटक भागांमध्ये (हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन) तोडण्यासाठी. तसेच, इलेक्ट्रोलिसिस आपल्याला त्यांच्या शुद्ध स्वरूपात काही धातू मिळविण्यास अनुमती देते. इलेक्ट्रोलिसिसच्या मदतीने, पृष्ठभागावर विशिष्ट धातूचा (निकेल, क्रोमियम) पातळ थर लावला जातो - इतकेच. गॅल्व्हनिक कोटिंग इ.

1832 मध्ये, मायकेल फॅराडे यांनी स्थापित केले की इलेक्ट्रोडवर सोडलेल्या पदार्थाचे वस्तुमान m हे इलेक्ट्रोलाइटमधून गेलेल्या इलेक्ट्रिक चार्ज q च्या थेट प्रमाणात असते. जर थेट करंट I इलेक्ट्रोलाइटमधून t वेळेसाठी वाहते, तर फॅराडेचा इलेक्ट्रोलिसिसचा पहिला नियम लागू होतो:

येथे proportionality factor k ला पदार्थाचा इलेक्ट्रोकेमिकल समतुल्य म्हणतात. जेव्हा विद्युत प्रभार इलेक्ट्रोलाइटमधून जातो तेव्हा ते सोडलेल्या पदार्थाच्या वस्तुमानाच्या संख्यात्मकदृष्ट्या समान असते आणि ते पदार्थाच्या रासायनिक स्वरूपावर अवलंबून असते.

विद्युत प्रवाहाची चुंबकीय क्रिया

कोणत्याही कंडक्टरमध्ये (घन, द्रव किंवा वायूच्या अवस्थेत) विद्युत प्रवाहाच्या उपस्थितीत, कंडक्टरभोवती चुंबकीय क्षेत्र दिसून येते, म्हणजेच विद्युत प्रवाह वाहून नेणारा वाहक चुंबकीय गुणधर्म प्राप्त करतो.

त्यामुळे ज्या वायरमधून विद्युतप्रवाह वाहतो त्या तारेवर चुंबक आणल्यास, उदाहरणार्थ चुंबकीय होकायंत्राच्या सुईच्या रूपात, तर ती सुई वायरला लंबवत वळते आणि जर तुम्ही वायरला लोखंडी गाभ्यावर वारा घातला आणि थेट पास केला. वायरमधून विद्युत प्रवाह, कोर इलेक्ट्रोमॅग्नेट होईल.

1820 मध्ये, ऑर्स्टेडने चुंबकीय सुईवर विद्युतप्रवाहाचा चुंबकीय प्रभाव शोधून काढला आणि अँपिअरने विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या तारांच्या चुंबकीय परस्परसंवादाचे परिमाणात्मक नियम स्थापित केले.

चुंबकीय क्षेत्र नेहमी विद्युत् प्रवाहाने निर्माण होते, म्हणजे, विद्युत चार्ज, विशेषतः - चार्ज केलेले कण (इलेक्ट्रॉन, आयन). विरुद्ध प्रवाह एकमेकांना मागे टाकतात, दिशाहीन प्रवाह एकमेकांना आकर्षित करतात.

अशी यांत्रिक परस्परसंवाद प्रवाहांच्या चुंबकीय क्षेत्रांच्या परस्परसंवादामुळे उद्भवते, म्हणजेच, हे सर्व प्रथम चुंबकीय परस्परसंवाद आहे आणि त्यानंतरच - यांत्रिक. अशा प्रकारे, प्रवाहांचा चुंबकीय परस्परसंवाद प्राथमिक आहे.

1831 मध्ये, फॅराडेला आढळले की एका सर्किटमधून बदलणारे चुंबकीय क्षेत्र दुसर्‍या सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण करते: व्युत्पन्न केलेला EMF चुंबकीय प्रवाहाच्या बदलाच्या दराच्या प्रमाणात आहे. हे तार्किक आहे की ही प्रवाहांची चुंबकीय क्रिया आहे जी आजपर्यंत सर्व ट्रान्सफॉर्मरमध्ये वापरली जाते, केवळ इलेक्ट्रोमॅग्नेट्समध्येच नाही (उदाहरणार्थ, औद्योगिकमध्ये).

विद्युत प्रवाहाचा प्रकाश प्रभाव

त्याच्या सर्वात सोप्या स्वरूपात, विद्युत् प्रवाहाचा चमकदार प्रभाव एका इनॅन्डेन्सेंट दिव्यामध्ये पाहिला जाऊ शकतो, ज्याची गुंडाळी विद्युत प्रवाहाद्वारे पांढर्या उष्णतेमध्ये गरम होते आणि प्रकाश उत्सर्जित करते.

इनॅन्डेन्सेंट दिव्यासाठी, प्रकाश ऊर्जा वितरित केलेल्या विजेच्या सुमारे 5% दर्शवते, उर्वरित 95% उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते.

फ्लूरोसंट दिवे अधिक कार्यक्षमतेने वर्तमान ऊर्जेचे प्रकाशात रूपांतर करतात - प्राप्त झालेल्या फॉस्फरमुळे 20% पर्यंत विजेचे दृश्यमान प्रकाशात रूपांतर होते. अतिनील किरणे पारा वाष्प किंवा निऑन सारख्या अक्रिय वायूमधील इलेक्ट्रिक डिस्चार्जमधून.

विद्युत प्रवाहाचा प्रकाश प्रभाव एलईडीमध्ये अधिक प्रभावीपणे जाणवतो. जेव्हा विद्युत प्रवाह पुढे दिशेने pn जंक्शनमधून जातो, तेव्हा चार्ज वाहक-इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रे-फोटॉनच्या उत्सर्जनासह (इलेक्ट्रॉनच्या एका ऊर्जा पातळीपासून दुसर्‍या स्तरावर संक्रमण झाल्यामुळे) पुन्हा एकत्र होतात.

सर्वोत्तम प्रकाश उत्सर्जक डायरेक्ट-गॅप सेमीकंडक्टर आहेत (म्हणजे ज्यामध्ये थेट ऑप्टिकल संक्रमणास परवानगी आहे), जसे की GaAs, InP, ZnSe किंवा CdTe. सेमीकंडक्टर्सची रचना बदलून, अल्ट्राव्हायोलेट (GaN) ते मिड-इन्फ्रारेड (PbS) पर्यंत सर्व प्रकारच्या तरंगलांबीसाठी एलईडी बनवता येतात. प्रकाश स्रोत म्हणून LED ची कार्यक्षमता सरासरी 50% पर्यंत पोहोचते.

विद्युत प्रवाहाची यांत्रिक क्रिया

वर नमूद केल्याप्रमाणे, कोणताही कंडक्टर ज्याद्वारे विद्युत प्रवाह वाहतो तो स्वतःभोवती तयार होतो चुंबकीय क्षेत्र… चुंबकीय क्रिया मोशनमध्ये रूपांतरित होतात, उदाहरणार्थ इलेक्ट्रिक मोटर्समध्ये, चुंबकीय लिफ्टिंग उपकरणांमध्ये, चुंबकीय वाल्वमध्ये, रिलेमध्ये इ.

एका विद्युत् प्रवाहाची दुसर्‍यावर होणारी यांत्रिक क्रिया अँपिअरच्या नियमाद्वारे वर्णन केली जाते. 1820 मध्ये थेट प्रवाहासाठी हा कायदा प्रथम आंद्रे मेरी अँपिअरने स्थापित केला होता. पासून अँपिअरचा कायदा हे असे आहे की एका दिशेने वाहणारे विद्युत प्रवाह असलेल्या समांतर तारा आकर्षित होतात आणि विरुद्ध दिशेला असलेल्या तारा मागे टाकतात.

अँपिअरच्या कायद्याला विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरच्या लहान भागावर चुंबकीय क्षेत्र कोणत्या बलाने कार्य करते हे निर्धारित करणारा कायदा देखील म्हणतात. चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या वायरच्या घटकावर चुंबकीय क्षेत्र ज्या बलाने कार्य करते ते वायरमधील विद्युत् प्रवाह आणि वायरच्या लांबीचे घटक सदिश उत्पादन आणि चुंबकीय प्रेरण यांच्या थेट प्रमाणात असते.

या तत्त्वावर आधारित आहे इलेक्ट्रिक मोटर्सचे ऑपरेशन, जेथे रोटर टॉर्क एम द्वारे स्टेटरच्या बाह्य चुंबकीय क्षेत्रामध्ये करंट ओरिएंटेड असलेल्या फ्रेमची भूमिका बजावते.