विद्युत् ऊर्जा

Electrical Energy

प्रायः ,विद्युत ऊर्जा,एक सर्किट के माध्यम से विद्युत आवेशों की गति से जुड़ी ऊर्जा का एक रूप है।

आगे, विद्युत ऊर्जा,विद्युत आवेशित कणों पर लगने वाले बलों और उन कणों की गति ,प्रायः तारों में इलेक्ट्रॉन, (लेकिन कहीं कहीं बेतार (वायरलेस)) से संबंधित ऊर्जा सम्प्रेषण से भी संबंध रखता है। इस ऊर्जा की आपूर्ति धारा और विद्युत क्षमता (जिसे वोल्टेज के रूप में संदर्भित कीया जाता है) क्योंकि विद्युत क्षमता को वोल्ट में मापा जाता है) के संयोजन से की जाती है, जो एक सर्किट द्वारा वितरित की जाती है (उदाहरण के लिए, विद्युत ऊर्जा कंपनी द्वारा प्रदत्त ऊर्जा )।

जब विद्युत आवेश, इलेक्ट्रॉनों की तरह, किसी चालक (उदाहरण के लिए, एक तार) के माध्यम से प्रवाहित होते हैं, तो वे ऊर्जा को एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित कर सकते हैं। इस प्रकार विद्युत ऊर्जा ,ऊर्जा के स्थानांतरण से संबंधित नियमों के संदर्भ में ही कार्य करती है। विद्युत ऊर्जा,वह ऊर्जा है जो विद्युत आवेशों द्वारा वहन की जाती है जब वे विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में चलायमान हो रहे हों।

गणना के लीये समीकरण

यांत्रिक ऊर्जा की तरह,विद्युत ऊर्जा, कार्य करने की दर है, जिसे वाट में मापा जाता है, और अक्षर $P$ द्वारा दर्शाया जाता है। वाट क्षमता शब्द का प्रयोग बोलचाल की भाषा में "वाट में विद्युत शक्ति" के अर्थ में किया जाता है। $V$ के विद्युत विभव (वोल्टेज) अंतर से गुजरने वाले प्रत्येक $t$ सेकंड में $Q$ कूलॉम के आवेश वाले विद्युत प्रवाह $I$ द्वारा उत्पादित वाट में विद्युत शक्ति है:

प्रति इकाई समय में किया गया कार्य = $P$(जिसे कहीं कहीं ℘ से भी दर्शाया जाता है ) ${\frac {W}{t}}={\frac {W}{Q}}{\frac {Q}{t}}=VI,$

विद्युत ऊर्जा स्रोत जैसे बैटरी या विद्युत जनरेटर, या अन्य सक्रिय घटक (बाईं ओर) और विद्युत भार जैसे अवरोधक, प्रकाश बल्ब, विद्युत मोटर, या अन्य निष्क्रिय विद्युत के माध्यम से विद्युत प्रवाह की दिशा दिखाने वाला आरेख डिवाइस (दाईं ओर)।

जहाँ:

   $W$ जूल में कार्य है,

   $t$ सेकंड में समय है,

   $Q$ कूलॉम में विद्युत आवेश है,

   $V$ वोल्ट में विद्युत क्षमता या वोल्टेज है,

   $I$ एम्पीयर में विद्युत धारा है,

अर्थात ,

   $P(inWatts)=V(inVolts)\times I(inAmps),$

(वाट = वोल्ट गुना एम्प्स)

स्पष्टीकरण

जब विद्युत आवेश विद्युत विभव अंतर (वोल्टेज) के माध्यम से चलते हैं, जो विद्युत सर्किट में विद्युत घटकों में होता है, तो विद्युत शक्ति ऊर्जा के अन्य रूपों में परिवर्तित हो जाती है। विद्युत ऊर्जाके दृष्टिकोण से, विद्युत परिपथ के घटकों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

सक्रिय उपकरण (शक्ति स्रोत)

यदि विद्युत धारा को डिवाइस के माध्यम से निम्न विद्युत क्षमता से उच्च दिशा में प्रवाहित करने के लिए मजबूर किया जाता है, तो सकारात्मक चार्ज नकारात्मक से सकारात्मक टर्मिनल की ओर बढ़ते हैं, आरोपों पर काम किया जाएगा, और ऊर्जा को विद्युत क्षमता में परिवर्तित किया जा रहा है किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा से ऊर्जा, जैसे यांत्रिक ऊर्जा या रासायनिक ऊर्जा। जिन उपकरणों में ऐसा होता है उन्हें सक्रिय उपकरण या पावर स्रोत कहा जाता है; जैसे विद्युत जनरेटर और बैटरी। कुछ उपकरण या तो स्रोत या लोड हो सकते हैं, जो उनके माध्यम से वोल्टेज और करंट पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एक रिचार्जेबल बैटरी एक स्रोत के रूप में कार्य करती है जब यह सर्किट को बिजली प्रदान करती है, लेकिन जब यह बैटरी चार्जर से जुड़ी होती है और रिचार्ज की जाती है तो लोड के रूप में कार्य करती है।

निष्क्रिय डिवाइस (लोड)

यदि पारंपरिक धारा डिवाइस के माध्यम से उच्च क्षमता (वोल्टेज) से कम क्षमता की दिशा में प्रवाहित होती है, तो सकारात्मक चार्ज सकारात्मक (+) टर्मिनल से नकारात्मक (-) टर्मिनल की ओर बढ़ता है, डिवाइस पर चार्ज द्वारा काम किया जाता है। टर्मिनलों के बीच वोल्टेज के कारण आवेशों की संभावित ऊर्जा डिवाइस में गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इन उपकरणों को निष्क्रिय घटक या भार कहा जाता है; वे सर्किट से विद्युत शक्ति का 'उपभोग' करते हैं, इसे ऊर्जा के अन्य रूपों जैसे यांत्रिक कार्य, गर्मी, प्रकाश आदि में परिवर्तित करते हैं। उदाहरण विद्युत उपकरण हैं, जैसे प्रकाश बल्ब, इलेक्ट्रिक मोटर और इलेक्ट्रिक हीटर। प्रत्यावर्ती धारा ($ac$) सर्किट में वोल्टेज की दिशा समय-समय पर उलट जाती है, लेकिन धारा हमेशा उच्च क्षमता से प्रवाहित होती है

निष्क्रिय संकेत चलन

चूँकि विद्युत शक्ति किसी घटक के अंदर या बाहर प्रवाहित हो सकती है, इसलिए एक परिपाटी की आवश्यकता है कि कौन सी दिशा सकारात्मक शक्ति प्रवाह का प्रतिनिधित्व करती है। किसी सर्किट से किसी घटक में प्रवाहित होने वाली विद्युत शक्ति को मनमाने ढंग से एक सकारात्मक चिह्न के रूप में परिभाषित किया जाता है, जबकि किसी घटक से सर्किट में प्रवाहित होने वाली विद्युत शक्ति को एक नकारात्मक चिह्न के रूप में परिभाषित किया जाता है। इस प्रकार निष्क्रिय घटकों में सकारात्मक बिजली खपत होती है, जबकि बिजली स्रोतों में नकारात्मक बिजली खपत होती है। इसे निष्क्रिय संकेत परिपाटी कहा जाता है।

प्रतिरोधक सर्किट

प्रतिरोधक (ओमिक, या रैखिक) भार के संदर्भ में, शक्ति सूत्र ($P=I\cdot V$) और जूल का पहला नियम ($P=I^{2}\cdot R,$) को ओम के नियम ($V=I\cdot R$) के साथ जोड़ा जा सकता है। व्यय की गई शक्ति की मात्रा के लिए वैकल्पिक अभिव्यक्तियाँ उत्पन्न करें:

$\wp =IV=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}},$

जहां ''$R$'' प्रतिरोधकता का मूल्य है

एक उदाहरण से समझ

एक 12 वोल्ट ($V$ ) वोल्टेज वाली बैटरी से एक लाइट बल्ब से जोड़ने में बैटरी, इस विद्युतीय सर्किट परिपथ में विद्युत विभव अंतर को समतुल्य करना चाहती है, इसलिए यह सर्किट (प्रकाश बल्ब) के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को एक टर्मिनल से दूसरे टर्मिनल तक धकेलती है। यदि ऐसा करने में प्रकाश बल्ब के माध्यम से 5 कूलम्ब ($C$) विद्युत आवेश प्रवाहित होता है तो हस्तांतरित विद्युत ऊर्जा की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

$E=12V*5C=$60 जूल ($J$)

इस उदाहरण में, जब 12 वोल्ट की बैटरी से जुड़े प्रकाश बल्ब के माध्यम से 5 कूलम्ब चार्ज प्रवाहित होता है, तो 60 जूल विद्युत ऊर्जा स्थानांतरित हो जाती है, जिससे प्रकाश बल्ब जल उठता है।

संक्षेप में

विद्युत ऊर्जा कई विद्युत उपकरणों के संचालन का आधार है और यह समझने में एक मौलिक अवधारणा है कि सरल सर्किट से लेकर जटिल विद्युत प्रणालियों तक विभिन्न अनुप्रयोगों में बिजली कैसे काम करती है।