DC Series और Parallel Circuits: बेसिक इलेक्ट्रिकल प्रैक्टिस ⚡🔌

यह पाठ Power Electrician (पावर इलेक्ट्रिशियन) के छात्रों के लिए Exercise 1.3.29 & 30 से संबंधित थ्योरी की पूरी जानकारी प्रदान करता है।

उद्देश्य (Objectives): 🎯

इस पाठ के अंत में, आप निम्न चीज़ों को समझने और करने में सक्षम होंगे:

  • Series circuit (सीरीज सर्किट) की विशेषताओं को बताना और प्रत्येक resistors के आर-पार current (धारा) और voltage (वोल्टेज) निर्धारित करना।
  • Series circuit में Total voltage sources (कुल वोल्टेज स्रोत) का पता लगाना।
  • EMF, Potential Difference (PD) और Terminal voltage के बीच संबंध बताना।

1. सीरीज सर्किट (The Series Circuit) 🔗

यदि एक से अधिक resistors (प्रतिरोधकों) को एक चेन की तरह एक के बाद एक जोड़ा जाता है और यदि current के बहने के लिए केवल एक ही रास्ता (path) हो, तो इसे series circuit कहा जाता है।

  • Fig 1 में दो incandescent lamps (तापदीप्त लैंप) को जोड़ना संभव है। यह कनेक्शन एक series connection कहलाता है, जिसमें दोनों लैंपों में एक ही current प्रवाहित होता है।
  • Fig 2 में लैंपों को resistors से बदल दिया गया है।
    • Fig 2 (a) दो resistors को point A और B के बीच series में जुड़े हुए दिखाता है।
    • Fig 2 (b) चार resistors को series में दिखाता है।
  • बेशक, एक series connection में कितने भी resistors हो सकते हैं। ऐसा कनेक्शन current के बहने के लिए केवल एक ही रास्ता (single path) प्रदान करता है।

2. सीरीज सर्किट में करंट (Current in Series Circuits) ⚡

Series circuit के किसी भी point पर current (धारा) समान होगी। इसे circuit के किसी भी दो points में current मापकर सत्यापित (verify) किया जा सकता है, जैसा कि Fig 3a और 3b में दिखाया गया है। सभी ammeters एक ही रीडिंग दिखाएंगे।

Current के बीच संबंध (The current relationship):

$I = I_{R1} = I_{R2} = I_{R3}$ (Refer Fig 3a & 3b)

निष्कर्ष (Conclusion): हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि series circuit में current प्रवाहित होने के लिए केवल एक ही रास्ता होता है। इसलिए, पूरे सर्किट में current हर जगह समान रहता है।

3. सीरीज सर्किट में कुल प्रतिरोध (Total Resistance in Series Circuits) 📏

एक series circuit में total resistance (कुल प्रतिरोध), सर्किट के अलग-अलग resistances के योग (sum) के बराबर होता है।

इस कथन को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

$R = R_1 + R_2 + R_3 + ……. R_n$

जहाँ:

  • R = Total resistance (कुल प्रतिरोध) है।
  • $R_1, R_2, R_3, ……. R_n$ = सीरीज में जुड़े हुए individual resistors हैं।

विशेष स्थिति (Special Case): जब एक सर्किट में एक ही वैल्यू (same value) के एक से अधिक resistor सीरीज में जुड़े हों, तो कुल रेजिस्टेंस इस प्रकार निकाला जाता है:

$R = r \times N$

जहाँ:

  • ‘r’ = प्रत्येक resistor की वैल्यू है।
  • ‘N’ = सीरीज में जुड़े resistors की संख्या है।

📏 Voltage in Series Circuits (सीरीज सर्किट में वोल्टेज)

DC सर्किट में, वोल्टेज लोड रेजिस्टर्स (load resistors) के बीच उनकी वैल्यू के आधार पर विभाजित (divide) हो जाता है। इसका मतलब है कि प्रत्येक इंडिविजुअल लोड वोल्टेज का योग (sum), सोर्स वोल्टेज (source voltage) के बराबर होता है।

जैसे-जैसे सोर्स वोल्टेज सीरीज रेजिस्टेंस के बीच से गुजरता है, यह वोल्टेज ड्रॉप (drop) होता है। इसे इस फॉर्मूले से समझा जा सकता है: 🔹 $V = V_{R1} + V_{R2} + V_{R3} + ……. V_{RH}$

एक सीरीज सर्किट के कुल वोल्टेज (total voltage) को सोर्स वोल्टेज के पार मापा जाना चाहिए, जैसा कि Fig 4 में दिखाया गया है।

Ohm’s Law का सीरीज सर्किट में उपयोग (Application of Ohm’s Law)

जब पूरे सर्किट पर ओम का नियम (Ohm’s law) लागू किया जाता है, तो सर्किट में करंट (current) इस प्रकार होता है: 🔹 $I = V / R$

सीरीज सर्किट में अलग-अलग करंट के बीच का संबंध इस प्रकार है: 🔹 $I = I_{R1} = I_{R2} = I_{R3}$

इसे इस प्रकार भी लिखा जा सकता है: 🔹 $\frac{V}{R} = \frac{V_{R1}}{R_1} = \frac{V_{R2}}{R_2} = \frac{V_{R3}}{R_3}$

सीरीज सर्किट में करंट की गणना करने के लिए आप ऊपर दिए गए किसी भी फॉर्मूले का उपयोग कर सकते हैं। 🔹 $V = V_{R1} + V_{R2} + V_{R3}$ यानी $i.e. IR = R_1 I_{R1} + R_2 I_{R2} + R_3 I_{R3}$ और कुल रेजिस्टेंस (Total resistance) $R = R_1 + R_2 + R_3$ होता है।

💡 Use of Series Connection (सीरीज कनेक्शन के उपयोग)

  1. टॉर्च लाइट के सेल (Cells in torch light), कार की बैटरी आदि में। 🔦
  2. सजावटी उद्देश्यों (decoration purposes) के लिए मिनी-लैंप का क्लस्टर। ✨
  3. सर्किट में फ्यूज (Fuse in circuit)। 🛡️
  4. मोटर स्टार्टर्स में ओवरलोड कॉइल (Overload coil)। ⚙️
  5. वोल्टमीटर का मल्टीप्लायर रेजिस्टेंस (Multiplier resistance of a voltmeter)। 📊

📖 Definitions (महत्वपूर्ण परिभाषाएं)

1. Electromotive Force (emf):

किसी सेल का emf उसका ओपन सर्किट वोल्टेज (open circuit voltage) होता है। यह वह पोटेंशियल डिफरेंस (PD) है जो सेल के टर्मिनलों के बीच तब होता है जब वह करंट नहीं दे रहा होता है। पोटेंशियल डिफरेंस हमेशा emf से कम होता है।

2. Potential Difference (पोटेंशियल डिफरेंस):

🔹 PD = emf – voltage drop in the cell जब सेल से करंट लिया जाता है, तो उसके टर्मिनलों के बीच के वोल्टेज को पोटेंशियल डिफरेंस कहा जाता है। इसे Terminal Voltage भी कहते हैं।

3. Terminal Voltage (टर्मिनल वोल्टेज):

यह सप्लाई के स्रोत के टर्मिनल पर उपलब्ध वोल्टेज है। इसका प्रतीक (symbol) $V_T$ है और इसकी यूनिट ‘वोल्ट’ (Volt) है। 🔹 $V_T = emf – IR$ (जहाँ I करंट है और R स्रोत का इंटरनल रेजिस्टेंस है।)

4. Voltage Drop – IR drop (वोल्टेज ड्रॉप):

सर्किट में रेजिस्टेंस के कारण होने वाले वोल्टेज के नुकसान को वोल्टेज ड्रॉप या IR drop कहा जाता है। 📉

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