ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತತ್ವ
ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತತ್ವ
Topiqos – KPSC/UPSC ಪೂರ್ವಭಾವಿ ಪರೀಕ್ಷೆ ಅಧ್ಯಯನ ಟಿಪ್ಪಣಿ
1. ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ
ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶ (Electric Charge): ಪದಾರ್ಥಗಳ ಮೂಲಭೂತ ಗುಣ. ಎರಡು ವಿಧ – ಧನ (+) ಮತ್ತು ಋಣ (–). ಸಮಾನ ಆವೇಶಗಳು ವಿಕರ್ಷಿಸುತ್ತವೆ, ಅಸಮಾನ ಆವೇಶಗಳು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತವೆ. ಘಟಕ – ಕೂಲಂಬ್ (C).
- ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಆವೇಶ = –1.6 × 10⁻¹⁹ C.
- 1 C = 6.25 × 10¹⁸ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಆವೇಶ.
ಕೂಲಂಬ್ನ ನಿಯಮ: F = k × (q₁ × q₂) / r². ಇಲ್ಲಿ k = 9 × 10⁹ N·m²/C².
ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ (Current, I): ಒಂದು ವಾಹಕದ ಮೂಲಕ ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಹರಿಯುವ ಆವೇಶ. I = Q/t. ಘಟಕ – ಆಂಪಿಯರ್ (A). 1 A = 1 C/s.
ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ದಿಕ್ಕು ಸಂಪ್ರದಾಯದಂತೆ ಧನ ಆವೇಶದ ಚಲನೆಯ ದಿಕ್ಕು (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಲನೆಯ ವಿರುದ್ಧ).
2. ಓಮ್ನ ನಿಯಮ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿರೋಧ
ಓಮ್ನ ನಿಯಮ (Ohm's Law): ಸ್ಥಿರ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಒಂದು ವಾಹಕದ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವು ಅದರ ಉದ್ದದ ಮೇಲಿನ ವಿಭವಾಂತರಕ್ಕೆ (potential difference) ನೇರ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿ ಇರುತ್ತದೆ.
V = I × R
- V = ವಿಭವಾಂತರ (Voltage) – ಘಟಕ ವೋಲ್ಟ್ (V).
- I = ಪ್ರವಾಹ (A).
- R = ಪ್ರತಿರೋಧ (Resistance) – ಘಟಕ ಓಮ್ (Ω).
ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಪ್ರಭಾವಿಸುವ ಅಂಶಗಳು:
- ಉದ್ದ (l) – ಹೆಚ್ಚು ಉದ್ದ = ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರತಿರೋಧ.
- ಅಡ್ಡಕೋಟಿಗೆಯ ಪ್ರದೇಶ (A) – ದಪ್ಪ ತಂತಿ = ಕಡಿಮೆ ಪ್ರತಿರೋಧ.
- ಪದಾರ್ಥ (ρ – resistivity).
- ತಾಪಮಾನ – ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಪ್ರತಿರೋಧ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.
R = ρ × l / A.
ಪ್ರತಿರೋಧಗಳ ಜೋಡಣೆ:
| ಜೋಡಣೆ | ಒಟ್ಟು ಪ್ರತಿರೋಧ | ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯ |
|---|---|---|
| ಶ್ರೇಣಿ (Series) | R = R₁ + R₂ + R₃ | ಪ್ರವಾಹ ಸಮಾನ; ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಹಂಚಿಕೆ |
| ಸಮಾನಾಂತರ (Parallel) | 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ | ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಮಾನ; ಪ್ರವಾಹ ಹಂಚಿಕೆ |
ಗೃಹೋಪಯೋಗಿ ಉಪಕರಣಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸಮಾನಾಂತರ ಜೋಡಣೆಯಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ – ಒಂದು ಬಲ್ಬ್ ಹಾಳಾದರೂ ಇನ್ನೊಂದು ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
3. ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆ
ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿ (Electric Power, P): ಒಂದು ಉಪಕರಣದಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸುವ ದರ.
P = V × I = I² × R = V² / R
ಘಟಕ – ವಾಟ್ (W). 1 kW = 1000 W.
ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆ (Energy): E = P × t. ವಾಣಿಜ್ಯ ಘಟಕ – ಕಿಲೋವಾಟ್-ಗಂಟೆ (kWh) ಅಥವಾ ಒಂದು ಯುನಿಟ್.
1 kWh = 3.6 × 10⁶ ಜೂಲ್.
ಜೂಲ್ನ ತಾಪನ ಪರಿಣಾಮ (Joule's Heating Effect): H = I² × R × t. ಇಸ್ತ್ರಿಪೆಟ್ಟಿಗೆ, ಗೀಸರ್, ಬಲ್ಬ್ಗಳ ಕಾರ್ಯ ಇದೇ ತತ್ವದ ಆಧಾರ.
ಫ್ಯೂಸ್ (Fuse): ಸೀಸ + ತವರ ಮಿಶ್ರಲೋಹದ ತಂತಿ; ಅತಿಯಾದ ಪ್ರವಾಹ ಹರಿದಾಗ ಕರಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಪರ್ಕ ಕಡಿಯುತ್ತದೆ.
4. ಕಾಂತತ್ವ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ
ಕಾಂತ (Magnet): ಕಬ್ಬಿಣ, ನಿಕ್ಕಲ್, ಕೋಬಾಲ್ಟ್ನಂತಹ ಪದಾರ್ಥಗಳನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸುವ ವಸ್ತು. ಪ್ರತಿ ಕಾಂತಕ್ಕೂ ಎರಡು ಧ್ರುವಗಳಿವೆ – ಉತ್ತರ (N) ಮತ್ತು ದಕ್ಷಿಣ (S). ಒಂಟಿ ಧ್ರುವ (monopole) ಇಲ್ಲ.
- ಸಮಾನ ಧ್ರುವಗಳು ವಿಕರ್ಷಿಸುತ್ತವೆ; ಅಸಮಾನ ಧ್ರುವಗಳು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತವೆ.
- ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ತೂಗಿದ ಕಾಂತ ಯಾವಾಗಲೂ ಉತ್ತರ-ದಕ್ಷಿಣ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ.
ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ (Magnetic Field, B): ಕಾಂತದ ಸುತ್ತ ಬಲ ಕ್ರಿಯಾಶೀಲವಾಗಿರುವ ಪ್ರದೇಶ. ಘಟಕ – ಟೆಸ್ಲಾ (T).
ಪದಾರ್ಥಗಳ ಕಾಂತೀಯ ವಿಧಗಳು:
| ವಿಧ | ಉದಾಹರಣೆ | ವರ್ತನೆ |
|---|---|---|
| ಫೆರೊಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ | ಕಬ್ಬಿಣ, ನಿಕ್ಕಲ್, ಕೋಬಾಲ್ಟ್ | ಬಲವಾಗಿ ಆಕರ್ಷಿತ |
| ಪ್ಯಾರಾಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ | ಅಲ್ಯುಮಿನಿಯಂ, ಪ್ಲಾಟಿನಂ | ದುರ್ಬಲವಾಗಿ ಆಕರ್ಷಿತ |
| ಡಯಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ | ತಾಮ್ರ, ಚಿನ್ನ, ನೀರು | ವಿಕರ್ಷಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ |
ಭೂಮಿಯೂ ಸಹ ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಕಾಂತದಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ – ಭೂಗೋಳಿಕ ಉತ್ತರ ಧ್ರುವದ ಬಳಿ ಕಾಂತೀಯ ದಕ್ಷಿಣ ಧ್ರುವವಿದೆ.
5. ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತತ್ವ (Electromagnetism)
1820ರಲ್ಲಿ ಡ್ಯಾನಿಷ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಹ್ಯಾನ್ಸ್ ಕ್ರಿಶ್ಚಿಯನ್ ಓರ್ಸ್ಟೆಡ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದನು.
ಬಲ ಕೈ ಹೆಬ್ಬೆರಳಿನ ನಿಯಮ (Right-hand thumb rule): ಹೆಬ್ಬೆರಳು ಪ್ರವಾಹದ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಸೂಚಿಸಿದರೆ, ಬೆರಳುಗಳ ಚಲನೆ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಸೊಲೆನಾಯ್ಡ್ (Solenoid): ಸುರುಳಿಯ ರೂಪದ ವಾಹಕ. ಪ್ರವಾಹ ಹರಿಸಿದಾಗ ಇದು ಬಾರ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ನಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ – ಇದನ್ನೇ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತ (Electromagnet) ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ.
ಫ್ಲೆಮಿಂಗ್ನ ಎಡ ಕೈ ನಿಯಮ (Fleming's Left-hand Rule): ವಿದ್ಯುತ್ ಮೋಟಾರ್ಗಳಲ್ಲಿ ಬಲದ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಗುರುತಿಸಲು.
- ತೋರುಬೆರಳು – ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ (B)
- ಮಧ್ಯದ ಬೆರಳು – ಪ್ರವಾಹ (I)
- ಹೆಬ್ಬೆರಳು – ಬಲ (F)
ವಿದ್ಯುತ್ ಮೋಟಾರ್: ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಫ್ಯಾನ್, ಮಿಕ್ಸರ್, ವಾಷಿಂಗ್ ಮೆಷಿನ್ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಕೆ.
6. ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಪ್ರೇರಣೆ (Electromagnetic Induction)
1831ರಲ್ಲಿ ಮೈಕೆಲ್ ಫ್ಯಾರಡೆ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬದಲಾವಣೆಯಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದನು.
ಫ್ಯಾರಡೆಯ ನಿಯಮಗಳು:
- ಕಾಂತೀಯ ಫ್ಲಕ್ಸ್ನಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ ಪ್ರೇರಿತ EMF ಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ.
- ಪ್ರೇರಿತ EMF = – dΦ/dt.
ಲೆಂಜ್ ನಿಯಮ (Lenz's Law): ಪ್ರೇರಿತ ಪ್ರವಾಹದ ದಿಕ್ಕು ಯಾವಾಗಲೂ ತನ್ನನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಿದ ಕಾರಣವನ್ನು ವಿರೋಧಿಸುತ್ತದೆ.
ಫ್ಲೆಮಿಂಗ್ನ ಬಲ ಕೈ ನಿಯಮ (Fleming's Right-hand Rule): ಪ್ರೇರಿತ ಪ್ರವಾಹದ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲು – ಜನರೇಟರ್ (ಡೈನಮೋ) ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಕೆ.
ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನ್ವಯಗಳು:
- ವಿದ್ಯುತ್ ಜನರೇಟರ್ (Dynamo) – ಯಾಂತ್ರಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಆಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ.
- ಟ್ರಾನ್ಸ್ಫಾರ್ಮರ್ – AC ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಬದಲಿಸಲು. ಸ್ಟೆಪ್-ಅಪ್ ಮತ್ತು ಸ್ಟೆಪ್-ಡೌನ್ ಎಂಬ ಎರಡು ವಿಧ. DC ಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವುದಿಲ್ಲ.
- ಇಂಡಕ್ಷನ್ ಸ್ಟೌ, ವೈರ್ಲೆಸ್ ಚಾರ್ಜಿಂಗ್.
7. AC ಮತ್ತು DC ವಿದ್ಯುತ್
| ಗುಣ | ನೇರ ಪ್ರವಾಹ (DC) | ಪರ್ಯಾಯ ಪ್ರವಾಹ (AC) |
|---|---|---|
| ದಿಕ್ಕು | ಸ್ಥಿರ | ನಿಯತಕಾಲಿಕ ಬದಲಾವಣೆ |
| ಮೂಲ | ಬ್ಯಾಟರಿ, ಸೋಲಾರ್ ಸೆಲ್ | ಜನರೇಟರ್ |
| ಸಂಗ್ರಹ | ಸಾಧ್ಯ | ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ |
| ದೂರ ಸಾಗಣೆ | ನಷ್ಟ ಹೆಚ್ಚು | ನಷ್ಟ ಕಡಿಮೆ |
| ಬಳಕೆ | ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್, ಮೊಬೈಲ್ | ಗೃಹೋಪಯೋಗಿ, ಉದ್ಯಮ |
ಭಾರತದಲ್ಲಿ ಗೃಹೋಪಯೋಗಿ AC ವಿದ್ಯುತ್ – 230 V, 50 Hz.
ಸುರಕ್ಷತಾ ಪದ್ಧತಿಗಳು:
- ಅರ್ತಿಂಗ್ (Earthing) – ಸೋರಿಕೆಯ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಭೂಮಿಗೆ ಒಯ್ಯಲು ಹಸಿರು ತಂತಿ.
- ಎಂಸಿಬಿ (MCB) – ಆಧುನಿಕ ಫ್ಯೂಸ್ ಬದಲಿ; ಅತಿಯಾದ ಪ್ರವಾಹ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಪರ್ಕ ಕಡಿಯುತ್ತದೆ.
- ಗೃಹೋಪಯೋಗಿ ವೈರಿಂಗ್ನಲ್ಲಿ ಮೂರು ತಂತಿಗಳು – ಜೀವಂತ (ಕೆಂಪು/ಕಂದು), ತಟಸ್ಥ (ಕಪ್ಪು/ನೀಲಿ), ಭೂಮಿ (ಹಸಿರು/ಹಳದಿ-ಹಸಿರು).
8. ಅಭ್ಯಾಸ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು (MCQs) – KPSC ಮಾದರಿ
(ಬಿ) ಆಂಪಿಯರ್
(ಸಿ) ಓಮ್
(ಡಿ) ವಾಟ್
(ಬಿ) 50 Hz
(ಸಿ) 60 Hz
(ಡಿ) 100 Hz
(ಬಿ) ಟೆಸ್ಲಾ
(ಸಿ) ಫ್ಯಾರಡೆ
(ಡಿ) ಓರ್ಸ್ಟೆಡ್
(ಬಿ) AC
(ಸಿ) ಎರಡೂ
(ಡಿ) ಯಾವುದೂ ಇಲ್ಲ
(ಬಿ) ಸೀಸ+ತವರ ಮಿಶ್ರಲೋಹ
(ಸಿ) ಕಬ್ಬಿಣ
(ಡಿ) ಅಲ್ಯುಮಿನಿಯಂ
(ಬಿ) 36,000 J
(ಸಿ) 3.6 × 10⁶ J
(ಡಿ) 3.6 × 10⁹ J