विद्युत धारा तथा परिपथ

विद्युत धारा

विद्युत ऊर्जा का एक नियंत्रणीय व सुविधाजनक रूप है जिसका उपयोग घरों, विद्यालयों, अस्पतालों व उद्योगों में हर जगह होता है। जैसे बहता जल नदी में जल धारा बनाता है, वैसे ही जब विद्युत आवेश किसी चालक (जैसे धातु के तार) से प्रवाहित होता है, तो हम कहते हैं कि उसमें विद्युत धारा है।

एक सतत तथा बंद चालक पथ को विद्युत परिपथ कहते हैं। स्विच केवल सेल व युक्ति के बीच चालक कड़ी को जोड़ता या तोड़ता है। यदि परिपथ कहीं से टूट जाए (स्विच बंद), तो धारा रुक जाती है और बल्ब नहीं जलता।

आरेख के अंग्रेज़ी लेबलों के हिन्दी अर्थ:

English (in image)	हिन्दी
Cell	सेल
Positive terminal (+)	धन टर्मिनल (+)
Negative terminal (-)	ऋण टर्मिनल (-)
Electric bulb	विद्युत बल्ब
Ammeter (A)	अमीटर (A)
Plug key / switch	प्लग कुंजी / स्विच
Conventional current	परंपरागत धारा

विद्युत धारा विद्युत आवेश के प्रवाह की दर है - एकांक समय में किसी अनुप्रस्थ काट से प्रवाहित आवेश की मात्रा।

धारा व्यक्त करना: I = Q/t

यदि किसी चालक के अनुप्रस्थ काट से समय $t$ में नेट आवेश $Q$ प्रवाहित होता है, तो धारा $I$ है:

$$I = \frac{Q}{t}$$

आवेश का SI मात्रक कूलॉम (C) है - लगभग $6 \times 10^{18}$ इलेक्ट्रॉनों का आवेश (एक इलेक्ट्रॉन पर $-1.6 \times 10^{-19}$ C आवेश होता है)।

धारा का SI मात्रक ऐम्पियर (A) है, जो आंद्रे-मारी ऐम्पियर के नाम पर है। एक ऐम्पियर एक कूलॉम आवेश प्रति सेकंड का प्रवाह है: $1\ \text{A} = 1\ \text{C/s}$।

छोटी धाराएँ मिलीऐम्पियर ($1\ \text{mA} = 10^{-3}\ \text{A}$) या माइक्रोऐम्पियर ($1\ \mu\text{A} = 10^{-6}\ \text{A}$) में मापी जाती हैं।

अमीटर धारा मापता है और सदैव परिपथ में श्रेणी क्रम में जोड़ा जाता है।

धारा की दिशा: परंपरागत बनाम इलेक्ट्रॉन प्रवाह

धातु के तारों में वास्तव में इलेक्ट्रॉन (ऋण आवेश) गति करते हैं। परंतु जब विद्युत का अध्ययन पहली बार हुआ तब इलेक्ट्रॉन ज्ञात नहीं थे, अतः धारा को धन आवेश का प्रवाह माना गया।

आरेख के अंग्रेज़ी लेबलों के हिन्दी अर्थ:

English (in image)	हिन्दी
Electron flow	इलेक्ट्रॉन प्रवाह
Conventional current (I)	परंपरागत धारा (I)
Positive terminal (+)	धन टर्मिनल (+)
Negative terminal (-)	ऋण टर्मिनल (-)
Conductor	चालक

परंपरा के अनुसार, विद्युत धारा की दिशा इलेक्ट्रॉन प्रवाह की दिशा के विपरीत ली जाती है। अतः जबकि इलेक्ट्रॉन ऋण टर्मिनल से धन टर्मिनल की ओर बहते हैं, परंपरागत धारा धन टर्मिनल से ऋण टर्मिनल की ओर दर्शाई जाती है।

मुख्य बिंदु: परंपरागत धारा की दिशा = इलेक्ट्रॉन प्रवाह के विपरीत।

[परीक्षा युक्ति] अमीटर → सदैव श्रेणी क्रम में; धारा $I = Q/t$; $1\ \text{A} = 1\ \text{C/s}$।

हल किए गए उदाहरण

उदाहरण 1: धारा व समय से आवेश (NCERT 11.1)

किसी विद्युत बल्ब का तंतु 10 मिनट तक 0.5 A धारा लेता है। परिपथ से प्रवाहित विद्युत आवेश की मात्रा ज्ञात कीजिए।

हल: दिया है $I = 0.5$ A, $t = 10$ मिनट $= 600$ s। $$Q = I t = 0.5\ \text{A} \times 600\ \text{s} = 300\ \text{C}$$

उदाहरण 2: 1 C में इलेक्ट्रॉनों की संख्या

एक कूलॉम आवेश बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या ज्ञात कीजिए।

हल: एक इलेक्ट्रॉन का आवेश $e = 1.6 \times 10^{-19}$ C। $Q = ne$ से, $$n = \frac{Q}{e} = \frac{1}{1.6 \times 10^{-19}} = 6.25 \times 10^{18}\ \text{इलेक्ट्रॉन}$$

उदाहरण 3: आवेश व समय से धारा

यदि किसी तार में किसी बिंदु से 4 s में 20 C आवेश गुजरता है, तो धारा क्या है?

हल: $$I = \frac{Q}{t} = \frac{20\ \text{C}}{4\ \text{s}} = 5\ \text{A}$$