विद्युत विभव तथा विभवांतर

आवेश क्यों बहता है? विभवांतर

आवेश ताँबे के तार में स्वयं नहीं बहते - ठीक जैसे पूर्णतः क्षैतिज नली में जल तब तक नहीं बहता जब तक दाब अंतर न हो। चालक में आवेश बहने के लिए उसके सिरों पर विद्युत दाब का अंतर, जिसे विभवांतर कहते हैं, होना आवश्यक है।

यह विभवांतर सेल या बैटरी (एक या अधिक सेल) द्वारा उत्पन्न होता है। सेल के भीतर की रासायनिक क्रिया उसके टर्मिनलों पर विभवांतर बनाए रखती है, तब भी जब कोई धारा नहीं बहती। परिपथ में जोड़ने पर यह विभवांतर आवेशों को गति में लाकर धारा चलाता है। धारा बनाए रखने के लिए सेल अपनी संचित रासायनिक ऊर्जा निरंतर व्यय करता है।

आरेख के अंग्रेज़ी लेबलों के हिन्दी अर्थ:

English (in image)	हिन्दी
Cell	सेल
Resistor (R)	प्रतिरोधक (R)
Voltmeter (V)	वोल्टमीटर (V)
connected in parallel	समांतर क्रम में जुड़ा
Plug key	प्लग कुंजी
Potential difference	विभवांतर

विभवांतर की परिभाषा: V = W/Q

दो बिंदुओं के बीच विद्युत विभवांतर एकांक आवेश को एक बिंदु से दूसरे तक ले जाने में किया गया कार्य है:

$$V = \frac{W}{Q}$$

विभवांतर का SI मात्रक वोल्ट (V) है, जो एलेसांद्रो वोल्टा के नाम पर है।

एक वोल्ट दो बिंदुओं के बीच वह विभवांतर है जब 1 कूलॉम आवेश को एक बिंदु से दूसरे तक ले जाने में 1 जूल कार्य किया जाए:

$$1\ \text{V} = \frac{1\ \text{जूल}}{1\ \text{कूलॉम}} = 1\ \text{J C}^{-1}$$

विभवांतर वोल्टमीटर से मापा जाता है, जो सदैव उन दो बिंदुओं के बीच समांतर क्रम में जोड़ा जाता है जिनके बीच विभवांतर मापना हो।

मुख्य बिंदु: अमीटर → श्रेणी; वोल्टमीटर → समांतर।

हल किए गए उदाहरण

उदाहरण 1: आवेश ले जाने में कार्य (NCERT 11.2)

12 V विभवांतर वाले दो बिंदुओं के बीच 2 C आवेश ले जाने में कितना कार्य होता है?

हल: $$W = V Q = 12\ \text{V} \times 2\ \text{C} = 24\ \text{J}$$

उदाहरण 2: बैटरी द्वारा दी गई ऊर्जा

6 V बैटरी से गुजरने वाले प्रत्येक कूलॉम आवेश को कितनी ऊर्जा मिलती है?

हल: $V = W/Q$, अतः $Q = 1$ C के लिए, $W = VQ = 6\ \text{V} \times 1\ \text{C} = 6\ \text{J}$। प्रत्येक कूलॉम को 6 J ऊर्जा मिलती है।

उदाहरण 3: कार्य व आवेश से विभवांतर

यदि दो बिंदुओं के बीच 5 C आवेश ले जाने में 45 J कार्य होता है, तो विभवांतर ज्ञात कीजिए।

हल: $$V = \frac{W}{Q} = \frac{45\ \text{J}}{5\ \text{C}} = 9\ \text{V}$$