भौतिकी के पाठ्यक्रम से, हर कोई जानता है कि विद्युत प्रवाह का अर्थ है आवेश को वहन करने वाले कणों की निर्देशित क्रमबद्ध गति। इसे प्राप्त करने के लिए चालक में एक विद्युत क्षेत्र बनता है। विद्युत धारा अधिक समय तक बनी रहे इसके लिए भी यही आवश्यक है।
विद्युत धारा के स्रोत हो सकते हैं:
- स्थिर;
- रासायनिक;
- यांत्रिक;
- अर्धचालक।
उनमें से प्रत्येक में कार्य किया जाता है, जहाँ भिन्न-भिन्न आवेशित कणों को पृथक किया जाता है, अर्थात् एक धारा स्रोत का विद्युत क्षेत्र निर्मित होता है। अलग होकर, वे कंडक्टरों के कनेक्शन के बिंदुओं पर ध्रुवों पर जमा हो जाते हैं। जब एक चालक द्वारा ध्रुवों को जोड़ा जाता है, तो आवेश वाले कण गति करने लगते हैं और एक विद्युत धारा बनती है।
विद्युत धारा के स्रोत: विद्युत मशीन का आविष्कार
सत्रहवीं शताब्दी के मध्य तक, इसमें बहुत कुछ लगता थाप्रयास। साथ ही, इस मुद्दे से निपटने वाले वैज्ञानिकों की संख्या बढ़ रही है। और इसलिए ओटो वॉन गुएरिके ने दुनिया की पहली इलेक्ट्रिक कार का आविष्कार किया। सल्फर के साथ एक प्रयोग में, यह एक खोखली कांच की गेंद के अंदर पिघला, कठोर हो गया और कांच को तोड़ दिया। गेरिके ने गेंद को इतना मजबूत किया कि उसे घुमाया जा सके। उसे घुमाते हुए और खाल के एक टुकड़े को दबाने पर उसमें एक चिंगारी निकली। इस घर्षण ने बिजली के अल्पकालिक उत्पादन को बहुत सुविधाजनक बनाया। लेकिन अधिक कठिन समस्याओं का समाधान विज्ञान के आगे विकास से ही हुआ।
समस्या यह थी कि गुएरिके के आरोप जल्दी ही गायब हो गए। चार्ज की अवधि बढ़ाने के लिए, शवों को बंद बर्तन (कांच की बोतलों) में रखा गया था, और विद्युतीकृत सामग्री एक कील के साथ पानी थी। प्रयोग तब अनुकूलित किया गया था जब बोतल को दोनों तरफ एक प्रवाहकीय सामग्री (उदाहरण के लिए पन्नी की चादरें) के साथ कवर किया गया था। नतीजतन, उन्होंने महसूस किया कि पानी के बिना भी करना संभव है।
मेंढक के पैर एक शक्ति स्रोत के रूप में
बिजली पैदा करने का एक और तरीका सबसे पहले लुइगी गलवानी ने खोजा था। एक जीवविज्ञानी के रूप में, उन्होंने एक प्रयोगशाला में काम किया जहाँ उन्होंने बिजली के साथ प्रयोग किया। उसने देखा कि कैसे एक मरे हुए मेंढक का पैर सिकुड़ गया जब वह एक मशीन की चिंगारी से उत्तेजित हो गया। लेकिन एक दिन संयोग से वही असर हुआ जब एक वैज्ञानिक ने उसे स्टील की छुरी से छुआ।
वह बिजली का करंट आने के कारणों की तलाश करने लगा। उनके अंतिम निष्कर्ष के अनुसार विद्युत प्रवाह के स्रोत मेंढक के ऊतकों में थे।
एक अन्य इटालियन, एलेसेंड्रो वोल्टो ने धारा के "मेंढक" प्रकृति की विफलता को साबित किया। यह देखा गया है कि सबसे बड़ी धारासल्फ्यूरिक एसिड के घोल में कॉपर और जिंक मिलाने पर उत्पन्न हुआ। इस संयोजन को गैल्वेनिक या रासायनिक सेल कहा जाता है।
लेकिन ईएमएफ प्राप्त करने के लिए ऐसे उपकरण का उपयोग करना बहुत महंगा होगा। इसलिए, वैज्ञानिक विद्युत ऊर्जा के उत्पादन के लिए एक अलग, यांत्रिक तरीके पर काम कर रहे हैं।
एक नियमित जनरेटर कैसे काम करता है?
उन्नीसवीं सदी की शुरुआत में, जी.एच. ओर्स्टेड ने पाया कि जब किसी चालक से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो चुंबकीय उत्पत्ति का एक क्षेत्र उत्पन्न होता है। थोड़ी देर बाद, फैराडे ने पाया कि जब इस क्षेत्र के बल की रेखाएं पार हो जाती हैं, तो कंडक्टर में एक ईएमएफ प्रेरित होता है, जो वर्तमान का कारण बनता है। EMF गति की गति और स्वयं कंडक्टरों के साथ-साथ क्षेत्र की ताकत के आधार पर भिन्न होता है। प्रति सेकंड एक सौ मिलियन बल की रेखाओं को पार करते समय, प्रेरित ईएमएफ एक वोल्ट के बराबर हो गया। यह स्पष्ट है कि चुंबकीय क्षेत्र में हस्तचालित चालन एक बड़ी विद्युत धारा उत्पन्न करने में सक्षम नहीं है। इस तरह के विद्युत प्रवाह स्रोतों ने तार को एक बड़े कुंडल पर घुमाकर या ड्रम के रूप में उत्पन्न करके खुद को और अधिक प्रभावी ढंग से दिखाया है। कॉइल को एक चुंबक और घूमने वाले पानी या भाप के बीच एक शाफ्ट पर रखा गया था। ऐसा यांत्रिक वर्तमान स्रोत पारंपरिक जनरेटर में निहित है।
ग्रेट टेस्ला
सर्बिया के प्रतिभाशाली वैज्ञानिक निकोला टेस्ला ने अपना जीवन बिजली के लिए समर्पित करते हुए कई ऐसी खोजें की जिनका उपयोग हम आज भी करते हैं। पॉलीफ़ेज़ विद्युत मशीनें, अतुल्यकालिक विद्युत मोटर, मल्टीफ़ेज़ प्रत्यावर्ती धारा के माध्यम से विद्युत संचरण - यह पूरी सूची नहीं है।महान वैज्ञानिक के आविष्कार।
कई लोगों का मानना है कि साइबेरिया में तुंगुस्का उल्कापिंड नामक घटना वास्तव में टेस्ला के कारण हुई थी। लेकिन, शायद, सबसे रहस्यमय आविष्कारों में से एक ट्रांसफार्मर है जो पंद्रह मिलियन वोल्ट तक वोल्टेज प्राप्त करने में सक्षम है। असामान्य इसकी युक्ति और गणना दोनों है जो ज्ञात कानूनों के अनुरूप नहीं है। लेकिन उन दिनों उन्होंने वैक्यूम तकनीक विकसित करना शुरू किया, जिसमें कोई अस्पष्टता नहीं थी। इसलिए वैज्ञानिक के आविष्कार को कुछ समय के लिए भुला दिया गया।
लेकिन आज सैद्धान्तिक भौतिकी के आगमन के साथ ही उनके कार्यों में नई रुचि पैदा हो गई है। ईथर को एक गैस के रूप में मान्यता दी गई थी, जिस पर गैस यांत्रिकी के सभी नियम लागू होते हैं। यह वहाँ से था कि महान टेस्ला ने ऊर्जा प्राप्त की। यह ध्यान देने योग्य है कि अतीत में कई वैज्ञानिकों के बीच ईथर सिद्धांत बहुत आम था। केवल एसआरटी के आगमन के साथ - आइंस्टीन के सापेक्षता के विशेष सिद्धांत, जिसमें उन्होंने ईथर के अस्तित्व का खंडन किया - क्या इसे भुला दिया गया था, हालांकि बाद में तैयार किए गए सामान्य सिद्धांत ने इस तरह का विवाद नहीं किया।
लेकिन अभी के लिए, आइए विद्युत प्रवाह और उन उपकरणों पर ध्यान दें जो आज सर्वव्यापी हैं।
तकनीकी उपकरणों का विकास - वर्तमान स्रोत
ऐसे उपकरणों का उपयोग विभिन्न ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलने के लिए किया जाता है। इस तथ्य के बावजूद कि विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए भौतिक और रासायनिक तरीकों की खोज बहुत पहले की गई थी, वे बीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में ही व्यापक हो गए, जब यह तेजी से विकसित होना शुरू हुआ।रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स। मूल पांच गैल्वेनिक जोड़े को 25 और प्रकारों से भर दिया गया था। और सैद्धांतिक रूप से, कई हजार गैल्वेनिक जोड़े हो सकते हैं, क्योंकि किसी भी ऑक्सीडाइज़र और रिडक्टेंट पर मुक्त ऊर्जा का एहसास किया जा सकता है।
भौतिक वर्तमान स्रोत
भौतिक वर्तमान स्रोत कुछ देर बाद विकसित होने लगे। आधुनिक तकनीक ने अधिक से अधिक कठोर आवश्यकताओं को बनाया है, और औद्योगिक थर्मल और थर्मोनिक जनरेटर ने बढ़ते कार्यों के साथ सफलतापूर्वक मुकाबला किया है। भौतिक वर्तमान स्रोत ऐसे उपकरण हैं जहां थर्मल, विद्युत चुम्बकीय, यांत्रिक और विकिरण और परमाणु क्षय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। उपरोक्त के अलावा, इनमें इलेक्ट्रिक मशीन, एमएचडी जेनरेटर, साथ ही सौर विकिरण और परमाणु क्षय को परिवर्तित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले भी शामिल हैं।
कंडक्टर में विद्युत धारा गायब न हो इसके लिए, कंडक्टर के सिरों पर संभावित अंतर को बनाए रखने के लिए एक बाहरी स्रोत की आवश्यकता होती है। इसके लिए, ऊर्जा स्रोतों का उपयोग किया जाता है जिनमें संभावित अंतर बनाने और बनाए रखने के लिए कुछ इलेक्ट्रोमोटिव बल होते हैं। विद्युत धारा स्रोत का EMF एक बंद परिपथ में धनात्मक आवेश को स्थानांतरित करके किए गए कार्य द्वारा मापा जाता है।
वर्तमान स्रोत के अंदर प्रतिरोध मात्रात्मक रूप से इसकी विशेषता है, स्रोत से गुजरते समय ऊर्जा हानि की मात्रा निर्धारित करता है।
पावर और दक्षता बाहरी विद्युत परिपथ में वोल्टेज के अनुपात और EMF के बराबर हैं।
रासायनिक स्रोतवर्तमान
विद्युत परिपथ में एक रासायनिक धारा स्रोत EMF एक ऐसा उपकरण है जहां रासायनिक प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है।
यह दो इलेक्ट्रोड पर आधारित है: एक नकारात्मक चार्ज कम करने वाला एजेंट और एक सकारात्मक चार्ज ऑक्सीकरण एजेंट, जो इलेक्ट्रोलाइट के संपर्क में हैं। इलेक्ट्रोड, EMF के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है।
आधुनिक उपकरण अक्सर उपयोग करते हैं:
- एक कम करने वाले एजेंट के रूप में - सीसा, कैडमियम, जस्ता और अन्य;
- ऑक्सीडेंट - निकल हाइड्रॉक्साइड, लेड ऑक्साइड, मैंगनीज और अन्य;
- इलेक्ट्रोलाइट - अम्ल, क्षार या लवण के घोल।
जस्ता और मैंगनीज सूखी कोशिकाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जिंक से बना एक बर्तन (एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड वाला) लिया जाता है। कार्बन या ग्रेफाइट पाउडर के साथ मैंगनीज डाइऑक्साइड के मिश्रण के साथ एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड को अंदर रखा जाता है, जिससे प्रतिरोध कम हो जाता है। इलेक्ट्रोलाइट अमोनिया, स्टार्च और अन्य घटकों का पेस्ट है।
एक लीड एसिड बैटरी अक्सर विद्युत सर्किट में उच्च शक्ति, स्थिर संचालन और कम लागत के साथ एक माध्यमिक रासायनिक वर्तमान स्रोत होता है। इस प्रकार की बैटरियों का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है। उन्हें अक्सर स्टार्टर बैटरियों के लिए पसंद किया जाता है, जो कारों में विशेष रूप से मूल्यवान होती हैं जहां उनका आम तौर पर एकाधिकार होता है।
एक अन्य सामान्य बैटरी में आयरन (एनोड), निकेल ऑक्साइड हाइड्रेट (कैथोड) और एक इलेक्ट्रोलाइट - पोटेशियम या सोडियम का एक जलीय घोल होता है। सक्रिय सामग्री को निकल-प्लेटेड स्टील ट्यूबों में रखा गया है।
1914 में एडिसन कारखाने में आग लगने के बाद इस प्रजाति के उपयोग में कमी आई। हालाँकि, यदि हम पहले और दूसरे प्रकार की बैटरी की विशेषताओं की तुलना करते हैं, तो यह पता चलता है कि आयरन-निकल का संचालन लेड-एसिड की तुलना में कई गुना अधिक लंबा हो सकता है।
डीसी और एसी जनरेटर
जेनरेटर ऐसे उपकरण हैं जिनका उद्देश्य यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना है।
सबसे सरल डीसी जनरेटर को कंडक्टर के एक फ्रेम के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसे चुंबकीय ध्रुवों के बीच रखा गया था, और सिरों को अछूता आधा छल्ले (कलेक्टर) से जोड़ा गया था। डिवाइस के काम करने के लिए, कलेक्टर के साथ फ्रेम के रोटेशन को सुनिश्चित करना आवश्यक है। फिर इसमें एक विद्युत प्रवाह प्रेरित किया जाएगा, जिससे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के प्रभाव में इसकी दिशा बदल जाएगी। बाहरी श्रृंखला में, यह एक ही दिशा में जाएगा। यह पता चला है कि कलेक्टर फ्रेम द्वारा उत्पन्न होने वाले प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करेगा। निरंतर धारा प्राप्त करने के लिए, संग्राहक छत्तीस या अधिक प्लेटों से बना होता है, और कंडक्टर में आर्मेचर वाइंडिंग के रूप में कई फ्रेम होते हैं।
आइए विचार करें कि विद्युत परिपथ में वर्तमान स्रोत का उद्देश्य क्या है। आइए जानें कि अन्य वर्तमान स्रोत क्या मौजूद हैं।
इलेक्ट्रिक सर्किट: विद्युत प्रवाह, वर्तमान शक्ति, वर्तमान स्रोत
विद्युत सर्किट में एक करंट सोर्स होता है, जो अन्य वस्तुओं के साथ मिलकर करंट के लिए एक रास्ता बनाता है। और ईएमएफ, करंट और वोल्टेज की अवधारणाएं इस मामले में होने वाली विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं को प्रकट करती हैं।
सबसे सरल विद्युत परिपथ में एक करंट स्रोत (बैटरी, गैल्वेनिक सेल, जनरेटर, और इसी तरह), ऊर्जा उपभोक्ता (इलेक्ट्रिक हीटर, इलेक्ट्रिक मोटर्स, आदि), साथ ही वोल्टेज के टर्मिनलों को जोड़ने वाले तार होते हैं। स्रोत और उपभोक्ता।
विद्युत सर्किट में आंतरिक (विद्युत का स्रोत) और बाहरी (तार, स्विच और स्विच, मापने के उपकरण) भाग होते हैं।
यह तभी काम करेगा और इसका सकारात्मक मूल्य तभी होगा जब एक क्लोज सर्किट प्रदान किया जाएगा। कोई भी ब्रेक करंट के प्रवाह को रोक देता है।
विद्युत सर्किट में गैल्वेनिक सेल, इलेक्ट्रिक एक्युमुलेटर, इलेक्ट्रोमैकेनिकल और थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर, फोटोकेल्स आदि के रूप में एक करंट सोर्स होता है।
इलेक्ट्रिक मोटर्स विद्युत रिसीवर के रूप में कार्य करते हैं, जो ऊर्जा को यांत्रिक, प्रकाश और ताप उपकरणों, इलेक्ट्रोलिसिस संयंत्रों आदि में परिवर्तित करते हैं।
सहायक उपकरण वे उपकरण हैं जिनका उपयोग चालू और बंद करने, मापने वाले उपकरणों और सुरक्षात्मक तंत्रों के लिए किया जाता है।
सभी घटकों में विभाजित हैं:
- सक्रिय (जहां विद्युत परिपथ में एक EMF धारा स्रोत, विद्युत मोटर, बैटरियां, इत्यादि शामिल हैं);
- निष्क्रिय (जिसमें विद्युत रिसीवर और कनेक्टिंग वायरिंग शामिल हैं)।
चेन भी हो सकता है:
- रैखिक, जहां तत्व का प्रतिरोध हमेशा एक सीधी रेखा द्वारा अभिलक्षित होता है;
- अरेखीय, जहां प्रतिरोध निर्भर करता हैवोल्टेज या करंट।
यहां सबसे सरल सर्किट है, जहां सर्किट में एक करंट सोर्स, एक की, एक इलेक्ट्रिक लैंप, एक रिओस्तात शामिल हैं।
ऐसे तकनीकी उपकरणों की सर्वव्यापकता के बावजूद, विशेष रूप से हाल के दिनों में, लोग वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों को स्थापित करने के बारे में प्रश्न पूछ रहे हैं।
विद्युत ऊर्जा के विभिन्न स्रोत
विद्युत धारा के कौन से स्रोत अभी भी मौजूद हैं? यह केवल सूर्य, वायु, पृथ्वी और ज्वार ही नहीं है। वे पहले ही बिजली के तथाकथित आधिकारिक वैकल्पिक स्रोत बन चुके हैं।
मुझे कहना होगा कि बहुत सारे वैकल्पिक स्रोत हैं। वे आम नहीं हैं, क्योंकि वे अभी तक व्यावहारिक और सुविधाजनक नहीं हैं। लेकिन कौन जाने, शायद भविष्य उनके ठीक पीछे होगा।
तो खारे पानी से विद्युत ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है। नॉर्वे ने पहले ही इस तकनीक का उपयोग करके एक बिजली संयंत्र का निर्माण कर लिया है।
पावर स्टेशन ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन कोशिकाओं पर भी काम कर सकते हैं।
पीजोइलेक्ट्रिक जनरेटर गतिज ऊर्जा (फुटपाथ, स्पीड बम्प, टर्नस्टाइल और यहां तक कि डांस फ्लोर पहले से ही इस तकनीक के साथ मौजूद हैं) द्वारा संचालित होने के लिए जाने जाते हैं।
ऐसे नैनोजेनरेटर भी हैं जिनका उद्देश्य मानव शरीर में ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना है।
और शैवाल के बारे में क्या घरों को गर्म करने के लिए इस्तेमाल किया जाता है, फुटबॉल तलवारें जो उत्पन्न करती हैंविद्युत ऊर्जा, साइकिलें जो गैजेट्स को चार्ज कर सकती हैं, और यहां तक कि बिजली के स्रोत के रूप में उपयोग किए जाने वाले बारीक कटे हुए कागज भी?
विशाल संभावनाएं, निश्चित रूप से, ज्वालामुखी ऊर्जा के विकास से संबंधित हैं।
यह सब आज की हकीकत है, जिस पर वैज्ञानिक काम कर रहे हैं। हो सकता है कि उनमें से कुछ जल्द ही पूरी तरह से आम हो जाएं, जैसे आज घरों में बिजली।
हो सकता है कि कोई वैज्ञानिक निकोला टेस्ला के रहस्यों को उजागर करे, और मानवता ईथर से आसानी से बिजली प्राप्त कर पाएगी?
