CURRENT ELECTRICITY COMPLETE CHAPTER IN ONE SHOT || CLASS 10 || CLASS 12 FOR JEE AND NEET

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विद्युत धारा का परिचय

विद्युत धारा किसी चालक में विद्युत आवेश (आमतौर पर इलेक्ट्रॉन्स) के प्रवाह को कहते हैं।
विद्युत धारा की SI इकाई एम्पीयर (A) है।

समीकरण:

I = Q / t

जहाँ:

I धारा है (एम्पीयर में),
Q आवेश है (कूलॉम में),
t समय है (सेकंड में)।

1 एम्पीयर: यदि 1 कूलॉम आवेश 1 सेकंड में किसी चालक से प्रवाहित होता है, तो धारा 1 एम्पीयर होती है।

वैद्युत विभव और विभवांतर

वैद्युत विभव (V): किसी बिन्दु पर इकाई धन आवेश को लाने के लिए किए गए कार्य की मात्रा।
विभवांतर: किसी विद्युत परिपथ में दो बिन्दुओं के बीच वैद्युत विभव का अंतर।

समीकरण:

V = W / Q

जहाँ:

V विभवांतर है (वोल्ट में),
W कार्य है (जूल में),
Q आवेश है (कूलॉम में)।

1 वोल्ट: यदि 1 जूल कार्य करके 1 कूलॉम आवेश को दो बिन्दुओं के बीच ले जाया जाता है, तो विभवांतर 1 वोल्ट होता है।

वोल्टमीटर: विभवांतर मापने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण, इसे हमेशा समांतर जोड़ा जाता है।

ओम का नियम

ओम का नियम यह बताता है कि किसी चालक में प्रवाहित होने वाली धारा उस चालक के दो बिन्दुओं के बीच विभवांतर के समानुपाती होती है, जब तक तापमान स्थिर रहता है।

समीकरण:

V = I R

जहाँ:

V विभवांतर है (वोल्ट में),
I धारा है (एम्पीयर में),
R प्रतिरोध है (ओम में)।

प्रतिरोध (R): किसी चालक का वह गुणधर्म जो धारा के प्रवाह का विरोध करता है। प्रतिरोध की SI इकाई ओम (Ω) है।

प्रतिरोध को प्रभावित करने वाले कारक

चालक की लंबाई (l): लंबाई बढ़ने पर प्रतिरोध बढ़ता है।
R ∝ l
अनुप्रस्थ क्षेत्रफल (A): क्षेत्रफल बढ़ने पर प्रतिरोध घटता है।
R ∝ 1 / A
सामग्री का प्रकार: विभिन्न सामग्रियों की प्रतिरोधकता भिन्न-भिन्न होती है।
तापमान: चालक का प्रतिरोध सामान्यतः तापमान बढ़ने पर बढ़ता है।

प्रतिरोधकता (ρ): यह सामग्री-विशिष्ट स्थिरांक है जो प्रतिरोध को प्रभावित करता है।

समीकरण:

R = ρ (l / A)

जहाँ:

ρ प्रतिरोधकता है (ओम-मीटर में, Ω·m),
l चालक की लंबाई है,
A अनुप्रस्थ क्षेत्रफल है।

श्रृंखला और समानांतर परिपथ

1. श्रृंखला परिपथ

हर प्रतिरोधक में धारा समान होती है।
कुल प्रतिरोध सभी प्रतिरोधों के योग के बराबर होता है:

समीकरण:

R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ...

2. समानांतर परिपथ

हर प्रतिरोधक के बीच विभवांतर समान होता है।
कुल प्रतिरोध सभी प्रतिरोधों के प्रतिलोमों के योग के प्रतिलोम के बराबर होता है:

समीकरण:

1 / R_total = 1 / R₁ + 1 / R₂ + 1 / R₃ + ...

विद्युत धारा के प्रकार: DC और AC

1. दिष्ट धारा (DC)

दिष्ट धारा (DC) वह धारा है जिसमें विद्युत आवेश एक दिशा में बहता है।
DC सर्किट में विद्युत धारा केवल एक ही दिशा में बहती है, नकारात्मक छोर से सकारात्मक छोर की ओर।

DC के स्रोत:

बैटरियाँ
सौर सेल
DC जनरेटर

DC धारा के मामले में, धारा समय के साथ स्थिर रहती है, जैसा कि नीचे दिए गए ग्राफ में दिखाया गया है:

DC का ग्राफ: (समय के साथ स्थिर मान)

2. प्रत्यावर्ती धारा (AC)

प्रत्यावर्ती धारा (AC) वह धारा है जिसमें विद्युत आवेश का प्रवाह समय-समय पर अपनी दिशा बदलता रहता है।
AC सर्किट में धारा की दिशा लगातार बदलती रहती है, और यह आगे-पीछे चक्रों में बहती है।

AC की आवृत्ति:

आवृत्ति वह संख्या है जो बताती है कि प्रति सेकंड कितने चक्र होते हैं। इसे हर्ट्ज़ (Hz) में मापा जाता है।
भारत में AC की मानक आवृत्ति 50 Hz है, जिसका मतलब है कि धारा एक सेकंड में 50 बार अपनी दिशा बदलती है।

AC धारा के मामले में, धारा समय के साथ साइन तरंग के रूप में बदलती रहती है, जैसा कि नीचे दिए गए ग्राफ में दिखाया गया है:

AC का ग्राफ: (साइन तरंग पैटर्न)

DC और AC के बीच अंतर

विशेषता	दिष्ट धारा (DC)	प्रत्यावर्ती धारा (AC)
प्रवाह की दिशा	एक ही दिशा में बहती है	समय-समय पर दिशा बदलती रहती है
ग्राफ	समय के साथ स्थिर मान	साइन तरंग, समय के साथ बदलती रहती है
आवृत्ति	शून्य	एक आवृत्ति होती है (भारत में 50 Hz)
स्रोत	बैटरियाँ, सौर सेल	पावर प्लांट्स, जनरेटर
उपयोग	इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, कारों आदि में उपयोग होती है	घरेलू उपकरणों, औद्योगिक मशीनों आदि में उपयोग होती है

लाभ और हानियाँ

दिष्ट धारा (DC)

लाभ:
- कम वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त (जैसे बैटरी से चलने वाले उपकरण)।
- बैटरियों में आसानी से संग्रहीत की जा सकती है।
हानियाँ:
- लंबी दूरी तक विद्युत संचारण के लिए उपयुक्त नहीं, क्योंकि ऊर्जा की हानि अधिक होती है।

प्रत्यावर्ती धारा (AC)

लाभ:
- लंबी दूरी तक विद्युत संचारण के लिए प्रभावी।
- ट्रांसफार्मर की सहायता से वोल्टेज स्तर को आसानी से परिवर्तित किया जा सकता है।
हानियाँ:
- छोटे, पोर्टेबल उपकरणों के लिए उपयुक्त नहीं।

विद्युत शक्ति

विद्युत शक्ति (P): विद्युत ऊर्जा की खपत या किसी अन्य रूप में परिवर्तन की दर।

समीकरण:

P = VI
P = I² R
P = V² / R

विद्युत शक्ति की SI इकाई वाट है।

1 वाट: यदि 1 एम्पीयर धारा 1 वोल्ट के विभवांतर के साथ प्रवाहित होती है, तो शक्ति 1 वाट होती है।

वाणिज्यिक ऊर्जा इकाई: किलोवाट-घंटा (kWh)।
समीकरण: 1 kWh = 1000 वाट × 1 घंटा = 3.6 × 10⁶ जूल

विद्युत धारा का तापीय प्रभाव

जब किसी चालक से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो चालक में प्रतिरोध के कारण ऊष्मा उत्पन्न होती है।

जूल का तापीय नियम:

H = I² R t

जहाँ:

H ऊष्मा है (जूल में),
I धारा है (एम्पीयर में),
R प्रतिरोध है (ओम में),
t समय है (सेकंड में)।

विद्युत सेल और बैटरियाँ

विद्युत सेल: एक उपकरण जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
बैटरी: दो या अधिक कोशिकाओं का संयोजन।

महत्वपूर्ण समीकरणों का सारांश

धारा: I = Q / t
विभवांतर: V = W / Q
ओम का नियम: V = I R

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Introduction to Electric Current

Electric Current is the flow of electric charge (typically electrons) through a conductor.
The SI unit of electric current is the Ampere (A).

Formula:

I = Q / t

Where:

I is the current in amperes (A),
Q is the charge in coulombs (C),
t is the time in seconds (s).

1 Ampere: If 1 coulomb of charge flows through a conductor in 1 second, the current is 1 ampere.

Electric Potential and Potential Difference

Electric Potential (V): The amount of work done in bringing a unit positive charge from infinity to a point in an electric field.
Potential Difference: The difference in electric potential between two points in a circuit.

Formula:

V = W / Q

Where:

V is the potential difference in volts (V),
W is the work done in joules (J),
Q is the charge in coulombs (C).

1 Volt: When 1 joule of work is done to move 1 coulomb of charge between two points, the potential difference is 1 volt.

Voltmeter: Device used to measure potential difference, always connected in parallel.

Ohm’s Law

Ohm’s Law states that the current flowing through a conductor between two points is directly proportional to the potential difference across the two points, provided the temperature remains constant.

Formula:

V = I R

Where:

V is the potential difference in volts,
I is the current in amperes,
R is the resistance in ohms (Ω).

Resistance (R): The property of a conductor that opposes the flow of current. The SI unit of resistance is the ohm (Ω).

Factors Affecting Resistance

Length of the conductor (l): Resistance increases with an increase in length.
R ∝ l
Cross-sectional area (A): Resistance decreases with an increase in the cross-sectional area.
R ∝ 1 / A
Nature of the material: Different materials have different resistivities.
Temperature: Resistance of a conductor generally increases with temperature.

Resistivity (ρ): A material-specific constant that affects the resistance.

Formula:

R = ρ (l / A)

Where:

ρ is the resistivity (ohm-meter, Ω·m),
l is the length of the conductor,
A is the cross-sectional area.

Series and Parallel Circuits

1. Series Circuit

The current is the same through each resistor.
The total resistance is the sum of the individual resistances:

Formula:

R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ...

2. Parallel Circuit

The potential difference across each resistor is the same.
The total resistance is given by the reciprocal of the sum of the reciprocals of the individual resistances:

Formula:

1 / R_total = 1 / R₁ + 1 / R₂ + 1 / R₃ + ...

Types of Current

1. Direct Current (DC)

Direct Current (DC) is the unidirectional flow of electric charge.
In a DC circuit, the electric current flows in only one direction, from the negative terminal to the positive terminal.

Sources of DC:

Batteries
Solar cells
DC generators

In the case of DC, the current remains constant with time, as shown in the graph below:

Graph of DC: (Constant value over time)

2. Alternating Current (AC)

Alternating Current (AC) is the flow of electric charge that periodically reverses its direction.
In an AC circuit, the direction of current changes alternately, moving back and forth in cycles.

Frequency of AC:

The frequency is the number of cycles per second. It is measured in Hertz (Hz).
In India, the standard frequency of AC is 50 Hz, which means the current reverses its direction 50 times per second.

In the case of AC, the current varies sinusoidally with time, as shown in the graph below:

Graph of AC: (Sine wave pattern)

Differences Between DC and AC

Feature	Direct Current (DC)	Alternating Current (AC)
Direction of flow	Flows in one direction	Reverses direction periodically
Graph	Constant value over time	Sine wave, fluctuating with time
Frequency	Zero	Has a frequency (50 Hz in India)
Source	Batteries, solar cells	Power plants, generators
Applications	Used in electronic devices, cars, etc.	Used for household appliances, industrial machines, etc.

Advantages and Disadvantages

Direct Current (DC)

Advantages:
- Ideal for low-voltage applications (e.g., battery-powered devices).
- Easy to store in batteries.
Disadvantages:
- Not efficient for long-distance transmission due to energy loss.

Alternating Current (AC)

Advantages:
- Efficient for long-distance transmission.
- Easy to convert voltage levels using transformers.
Disadvantages:
- Not suitable for small, portable devices.

Electric Power

Electric Power (P): The rate at which electrical energy is consumed or converted into another form of energy.

Formulas:

P = VI
P = I² R
P = V² / R

The SI unit of power is the watt .

1 Watt: When 1 ampere of current flows through a circuit with a potential difference of 1 volt, the power is 1 watt.

Commercial Unit of Energy: Kilowatt-hour (kWh).
Formula: 1 kWh = 1000 watts × 1 hour = 3.6 × 10⁶ joules

Heating Effect of Electric Current

When an electric current passes through a conductor, heat is produced due to the resistance offered by the conductor.

Joule’s Law of Heating:

H = I² R t

Where:

H is the heat produced in joules (J),
I is the current in amperes (A),
R is the resistance in ohms (Ω),
t is the time in seconds (s).

Electric Cells and Batteries

Electric Cell: A device that converts chemical energy into electrical energy.
Battery: A combination of two or more cells.

Summary of Important Formulae

Current: I = Q / t
Potential Difference: V = W / Q
Ohm’s Law: V = I R
Resistance: R = ρ (l / A)
Power:
- P = VI,
- P = I² R,
- P = V² / R
Heat produced: H = I² R t