१. विद्युत धारा (Electric Current)
विद्युत धारा म्हणजे विद्युत प्रभाराचे वहन होय. सोप्या भाषेत सांगायचे तर, वाहकामधून वाहणारा इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह म्हणजे विद्युत धारा.
व्याख्या: एखाद्या वाहकातून (Wire) एका सेकंदात वाहणाऱ्या विद्युत प्रभारास विद्युत धारा असे म्हणतात.
प्रवाह दिशा:
इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह नेहमी 'ऋण' (Negative) टोकाकडून 'धन' (Positive) टोकाकडे असतो.
मात्र, विज्ञानातील संकेतानुसार विद्युत धारेची दिशा ही 'धन' टोकाकडून 'ऋण' टोकाकडे मानली जाते. यालाच 'सांकेतिक विद्युत धारा' म्हणतात.
एकक:
विद्युत धारेचे SI पद्धतीतील एकक Ampere (अँपिअर) हे आहे.
हे 'A' या अक्षराने दर्शविले जाते.
मोजमाप: विद्युत धारा मोजण्यासाठी Ammeter या उपकरणाचा वापर केला जातो. हे उपकरण परिपथामध्ये नेहमी एकसर जोडणीत (Series) जोडतात.
विभव (Potential Difference):
पाणी जसे जास्त पातळीकडून कमी पातळीकडे वाहते, तसेच विद्युत प्रवाह जास्त विभव असलेल्या बिंदूकडून कमी विभव असलेल्या बिंदूकडे वाहतो.
विभवाचे एकक Volt हे आहे.
२. सुवाहक आणि दुर्वाहक (Conductors and Insulators)
विद्युत वहनाच्या क्षमतेनुसार पदार्थांचे दोन मुख्य प्रकार पडतात.
अ) विद्युत सुवाहक (Conductors)
ज्या पदार्थांमधून विद्युत धारा सहजतेने वाहू शकते, त्यांना सुवाहक म्हणतात.
कारण: सुवाहकांमध्ये 'मुक्त इलेक्ट्रॉन' (Free Electrons) ची संख्या खूप जास्त असते. हे इलेक्ट्रॉन एका टोकाकडून दुसऱ्या टोकाकडे सहज हालचाल करू शकतात.
रोध (Resistance): सुवाहकांचा विद्युत रोध खूप कमी असतो.
उदाहरणे:
धातू: चांदी (सर्वोत्तम सुवाहक), तांबे (Wiring साठी उत्तम), ॲल्युमिनियम, लोखंड.
अधातू: ग्रॅफाईट (पेन्सिलच्या लीडमध्ये असते, हा अधातू असूनही सुवाहक आहे).
इतर: अशुद्ध पाणी (क्षारयुक्त पाणी), मानवी शरीर.
ब) विद्युत दुर्वाहक (Insulators)
ज्या पदार्थांमधून विद्युत धारा वाहू शकत नाही, त्यांना दुर्वाहक म्हणतात.
कारण: यांच्यामध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉन नसतात किंवा नगण्य असतात.
रोध (Resistance): यांचा विद्युत रोध अत्यंत जास्त असतो.
उपयोग: विद्युत उपकरणांच्या सुरक्षिततेसाठी आवरण म्हणून यांचा वापर होतो.
उदाहरणे:
रबर, प्लॅस्टिक, कोरडे लाकूड, काच, चिनी माती (Porcelain), कागद, शुद्ध पाणी (Distilled Water).
३. विद्युत परिपथ (Electric Circuit)
विद्युत धारेचा सलग आणि बंद मार्ग म्हणजे विद्युत परिपथ होय.
परिपथाचे मुख्य घटक:
१. विद्युत घट (Cell/Battery): * परिपथात विभवांतर निर्माण करणे हे याचे मुख्य कार्य आहे. * मोठ्या रेषेने 'धन' (+) टोक आणि लहान रेषेने 'ऋण' (-) टोक दर्शवले जाते. * जेव्हा एकापेक्षा जास्त सेल जोडले जातात, तेव्हा त्याला 'बॅटरी' म्हणतात.
२. जोडणीच्या तारा (Connecting Wires): * साधारणपणे तांबे किंवा ॲल्युमिनियमच्या तारा वापरल्या जातात. * या तारांवर रबर किंवा प्लॅस्टिकचे आवरण असते.
३. विद्युत बल्ब (Bulb/Load): * विद्युत प्रवाहाचे अस्तित्त्व तपासण्यासाठी किंवा प्रकाश मिळवण्यासाठी वापरला जातो.
४. कळ (Switch/Key): * परिपथ पूर्ण करणे किंवा खंडित करणे हे कळेचे काम आहे. * कळ चालू (ON) केल्यास परिपथ पूर्ण होतो आणि कळ बंद (OFF) केल्यास परिपथ खंडित होतो.
परिपथाचे प्रकार:
बंद परिपथ (Closed Circuit):
जेव्हा कळ 'चालू' (ON) असते आणि परिपथाचा मार्ग पूर्ण असतो.
या स्थितीत विद्युत धारा वाहते आणि बल्ब लागतो.
उघडा परिपथ (Open Circuit):
जेव्हा कळ 'बंद' (OFF) असते किंवा तार कोठेतरी तुटलेली असते.
या स्थितीत मार्ग खंडित असल्याने विद्युत धारा वाहत नाही.
४. विद्युत धारेचे परिणाम (Effects of Electric Current)
विद्युत धारा वाहताना ती उष्णता, प्रकाश किंवा चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करू शकते. याचे मुख्य दोन परिणाम अभ्यासासाठी महत्त्वाचे आहेत.
अ) विद्युत धारेचा औष्णिक परिणाम (Heating Effect)
जेव्हा एखाद्या वाहकातून विद्युत धारा वाहते, तेव्हा त्या वाहकाचा रोध (Resistance) प्रवाहाला विरोध करतो. या विरोधामुळे उष्णता निर्माण होते. यालाच ज्युलचा नियम (Joule's Law) असेही म्हणतात.
उष्णता निर्मितीची कारणे:
जास्त वेळ विद्युत धारा वाहणे.
जास्त प्रमाणात (High Current) विद्युत धारा वाहणे.
वाहकाचा रोध जास्त असणे.
महत्त्वाची उपकरणे आणि वापर:
१. विद्युत बल्ब (Electric Bulb): * यामध्ये Tungsten या धातूची तार (Filament) वापरली जाते. * का? टंगस्टनचा द्रवणांक (Melting Point) खूप उच्च (सुमारे ३४००°C) आहे. त्यामुळे खूप गरम झाल्यावरही ती वितळत नाही आणि प्रकाश देते. * बल्बमध्ये नायट्रोजन किंवा अर्गॉन सारखा निष्क्रिय वायू भरलेला असतो जेणेकरून फिलामेंटचे ऑक्सिडीकरण होऊ नये.
२. विद्युत इस्त्री, हीटर, गीझर: * या उपकरणांमध्ये Nichrome या मिश्रधातूचे वेटोळे (Coil) वापरले जाते. * का? नायक्रोमचा रोध खूप जास्त असतो आणि उच्च तापमानालाही त्याचे ऑक्सिडीकरण होत नाही.
३. विद्युत फ्यूज (Electric Fuse): * हे एक सुरक्षा उपकरण आहे. * पदार्थ: शिसे (Lead) आणि कथिल (Tin) यांच्या मिश्रधातूपासून ही तार बनवली जाते. * वैशिष्ट्य: या तारेचा द्रवणांक (Melting Point) कमी असतो. * कार्य: जर परिपथातून मर्यादेपेक्षा जास्त विद्युत धारा वाहिली, तर उष्णता निर्माण होऊन फ्यूजची तार वितळते आणि परिपथ खंडित होतो. यामुळे महागडी उपकरणे जळण्यापासून वाचतात.
ब) विद्युत धारेचा चुंबकीय परिणाम (Magnetic Effect)
एखाद्या वाहक तारेतून विद्युत धारा वाहत असताना, त्या तारेभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते.
शोध: हा महत्त्वपूर्ण शोध Hans Christian Oersted या शास्त्रज्ञाने १८२० मध्ये लावला.
प्रयोग: जर एका होकायंत्राजवळून विद्युत धारा वाहणारी तार नेली, तर होकायंत्राची सुई विचलित होते. यावरून सिद्ध होते की विद्युत धारेमुळे चुंबकत्व निर्माण होते.
महत्त्वाची उपकरणे:
१. विद्युत चुंबक (Electromagnet): * विद्युत धारेमुळे तयार होणाऱ्या तात्पुरत्या चुंबकाला विद्युत चुंबक म्हणतात. * रचना: एका मऊ लोखंडाच्या तुकड्यावर (Soft Iron Core) तांब्याची तार गुंडाळून त्यातून वीज प्रवाहित केल्यास लोखंडाचा तुकडा चुंबक बनतो. * वैशिष्ट्य: जोपर्यंत विद्युत प्रवाह चालू आहे, तोपर्यंतच चुंबकत्व टिकते. प्रवाह बंद करताच चुंबकत्व नष्ट होते. * उपयोग: क्रेन (जड लोखंडी वस्तू उचलण्यासाठी), विद्युत घंटा (Electric Bell), टेलिफोन, लाऊडस्पीकर.
२. विद्युत घंटा (Electric Bell): * हे उपकरण विद्युत धारेच्या चुंबकीय परिणामावर कार्य करते. * यात विद्युत चुंबक वापरलेला असतो जो लोखंडी पट्टीला (Armature) आपल्याकडे खेचून घेतो आणि टोला वाटीवर आदळतो.
५. चुंबकत्व (Magnetism)
इतिहास: ग्रीस देशातील 'मॅग्नेशिया' या भागात काही विशिष्ट दगड सापडले ज्यांना लोखंडाला आकर्षित करण्याची क्षमता होती. यावरून 'मॅग्नेट' हे नाव पडले.
मॅग्नेटाइट (Magnetite): हा नैसर्गिक चुंबक आहे. यालाच 'लोडस्टोन' असेही म्हणतात. पूर्वी याचा वापर दिशा ओळखण्यासाठी केला जात असे.
चुंबकाचे प्रकार:
१. नैसर्गिक चुंबक: हे निसर्गात आढळणारे दगड (उदा. मॅग्नेटाइट) आहेत. यांची शक्ती कमी असते आणि आकार ओबडधोबड असतो. २. कृत्रिम चुंबक: मानवनिर्मित चुंबक. हे विविध आकारांत बनवले जातात. * पट्टी चुंबक (Bar Magnet) * नालाकृती चुंबक (Horseshoe Magnet) * सुई चुंबक (Magnetic Needle/Needle Magnet) * चकती चुंबक (Disc Magnet)
६. चुंबकाचे गुणधर्म (Properties of Magnet)
TET परीक्षेसाठी खालील गुणधर्म अतिशय महत्त्वाचे आहेत:
आकर्षण: चुंबक लोखंड, निकेल, कोबाल्ट यांसारख्या चुंबकीय पदार्थांना स्वतःकडे आकर्षित करतो.
ध्रुव (Poles): चुंबकाची आकर्षण शक्ती त्याच्या दोन टोकांकडे (ध्रुवांकडे) सर्वाधिक असते. मध्यभागी शक्ती नगण्य असते.
उत्तर ध्रुव (North Pole - N)
दक्षिण ध्रुव (South Pole - S)
दिशादर्शक गुणधर्म: एखादा चुंबक मुक्तपणे टांगल्यास तो नेहमी उत्तर-दक्षिण दिशेतच स्थिर होतो.
उत्तर दिशेला स्थिर होणारे टोक म्हणजे 'उत्तर ध्रुव'.
दक्षिण दिशेला स्थिर होणारे टोक म्हणजे 'दक्षिण ध्रुव'.
प्रतिकर्षण आणि आकर्षण (Repulsion and Attraction):
सजातीय ध्रुवांमध्ये (N-N किंवा S-S) प्रतिकर्षण (Repulsion) असते. (एकमेकांना दूर ढकलतात).
विजातीय ध्रुवांमध्ये (N-S) आकर्षण (Attraction) असते.
ध्रुवांचे अस्तित्व: चुंबकाचे ध्रुव कधीही वेगळे करता येत नाहीत.
जर एका चुंबकाचे दोन तुकडे केले, तर त्यातून दोन स्वतंत्र नवीन चुंबक तयार होतात (प्रत्येकाला N आणि S ध्रुव असतो).
म्हणजेच, एकध्रुवीय चुंबक (Monopole) अस्तित्वात नसतो.
७. चुंबकीय क्षेत्र (Magnetic Field)
चुंबकाच्या सभोवताली ज्या भागात त्याचे आकर्षण किंवा प्रतिकर्षण जाणवते, त्या भागास चुंबकीय क्षेत्र म्हणतात.
चुंबकीय बलरेषा (Magnetic Lines of Force): चुंबकीय क्षेत्र दर्शवण्यासाठी ज्या काल्पनिक रेषा वापरल्या जातात, त्यांना चुंबकीय बलरेषा म्हणतात.
बलरेषांचे गुणधर्म:
या रेषा चुंबकाच्या बाहेर उत्तर (N) ध्रुवाकडून निघून दक्षिण (S) ध्रुवाकडे जातात.
चुंबकाच्या आत त्यांची दिशा दक्षिण (S) कडून उत्तरेकडे (N) असते.
या रेषा एकमेकींना कधीही छेदत नाहीत.
ध्रुवांजवळ या रेषांची गर्दी जास्त असते (तिथे चुंबकीय क्षेत्र प्रबळ असते).
८. होकायंत्र (Compass)
रचना: एका लहान डबीत एक हलकी चुंबकीय सुई (Magnetic Needle) एका अणकुचीदार तोकावर मुक्तपणे फिरू शकेल अशी बसवलेली असते.
कार्य: पृथ्वी हे स्वतः एक प्रचंड मोठे चुंबक आहे. पृथ्वीचा भौगोलिक उत्तर ध्रुव हा तिच्या चुंबकीय दक्षिण ध्रुवाजवळ असतो.
उपयोग:
समुद्रात खलाशांना दिशा ओळखण्यासाठी.
विमाने आणि वाळवंटातील प्रवासात दिशादर्शनासाठी.
होकायंत्राची सुई नेहमी उत्तर-दक्षिण दिशा दर्शवते. लाल रंगवलेले टोक हे सहसा उत्तर ध्रुव दर्शवते.
विद्युत उपकरणांना हात लावताना हात कोरडे असावेत.
शॉर्ट सर्किट झाल्यास किंवा आग लागल्यास पाणी ओतू नये, कारण पाणी विजेचे सुवाहक असू शकते. अशा वेळी वाळू किंवा मातीचा वापर करावा किंवा मुख्य स्विच (Main Switch) बंद करावा.
नेहमी ISI मार्क असलेली विद्युत उपकरणे वापरावीत.
घरातील वायरिंगमध्ये 'अर्थिंग' (Earthing) असणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे शॉक लागण्याची शक्यता कमी होते.
परीक्षेसाठी महत्त्वाचे 'वन लाइनर्स' (Quick Revision Points)
विद्युत प्रभाराचे एकक - कुलॉम (Coulomb).
विद्युत धारेचे एकक - अँपिअर.
विद्युत रोधाचे एकक - ओहम (Ohm).
हीटरची कॉईल - नायक्रोम.
बल्बची फिलामेंट - टंगस्टन.
फ्यूज वायरचे वैशिष्ट्य - कमी द्रवणांक.
विद्युत चुंबकाचा गाभा - मऊ लोखंड (Soft Iron).
होकायंत्राचा मुख्य उपयोग - दिशा ओळखणे.
सजातीय ध्रुवांमध्ये - प्रतिकर्षण.
विजातीय ध्रुवांमध्ये - आकर्षण.
Oersted चा प्रयोग - विद्युत धारेचा चुंबकीय परिणाम.
