અવરોધના નિયમો અને વિવિધ પ્રકારના રઝિસ્ટર્સ (Laws of Resistance and Various Types of Resistors) ⚡🔋

પાવર ઇલેક્ટ્રિશિયન – બેઝિક ઇલેક્ટ્રિકલ પ્રેક્ટિસ (Power Electrician – Basic Electrical Practice)

🎯 ઉદ્દેશ્યો (Objectives):

આ પાઠના અંતે તમે સમજી શકશો:

અવરોધના નિયમો (Laws of resistance) જણાવવા અને અલગ-અલગ મટીરિયલ્સના અવરોધની સરખામણી કરવી.
કન્ડક્ટર (Conductor) ના અવરોધ અને વ્યાસ (Diameter) વચ્ચેનો સંબંધ જણાવવો.
આપેલ ડેટા (પરિમાણો વગેરે) પરથી કન્ડક્ટરના અવરોધ અને વ્યાસની ગણતરી (Calculate) કરવી.
વિવિધ પ્રકારના રઝિસ્ટર્સ (Resistors) વિશે સમજાવવું.

📏 અવરોધના નિયમો (Laws of Resistance)

કોઈપણ કન્ડક્ટર (વાહક) દ્વારા જે અવરોધ R પેદા કરવામાં આવે છે, તે નીચેના પરિબળો (Factors) પર આધાર રાખે છે:

લંબાઈ (Length): કન્ડક્ટરનો અવરોધ તેની લંબાઈના સીધા પ્રમાણમાં (Directly proportional) હોય છે. એટલે કે, જો લંબાઈ વધે તો અવરોધ પણ વધે.
આડછેદનું ક્ષેત્રફળ (Cross-sectional Area): કન્ડક્ટરનો અવરોધ તેના આડછેદના ક્ષેત્રફળ ‘a’ ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં (Inversely proportional) હોય છે. એટલે કે, વાયર જેટલો જાડો, અવરોધ એટલો ઓછો.
મટીરિયલ (Material): અવરોધ તે કયા મટીરિયલ (જેમ કે કોપર, એલ્યુમિનિયમ) માંથી બનેલું છે તેના પર આધાર રાખે છે.
તાપમાન (Temperature): તે કન્ડક્ટરના તાપમાન પર પણ આધાર રાખે છે.

જો આપણે તાપમાનને અત્યારે અવગણીએ, તો આપણે કહી શકીએ કે: $$R = \frac{\rho L}{a}$$

જ્યાં ‘ρ’ (rho) એ એક અચળાંક (Constant) છે જે કન્ડક્ટરના મટીરિયલ પર આધાર રાખે છે. તેને વિશિષ્ટ અવરોધ (Specific Resistance) અથવા રઝિસ્ટિવિટી (Resistivity) કહેવામાં આવે છે. 💡

🔍 વિશિષ્ટ અવરોધની વ્યાખ્યા (Definition of Specific Resistance)

જો કન્ડક્ટરની લંબાઈ 1 મીટર હોય અને તેનો એરિયા ‘a’ = 1 $m^2$ હોય, તો R = ρ થાય.

તેથી, કોઈ મટીરિયલના વિશિષ્ટ અવરોધને ‘તે મટીરિયલના 1 મીટર ક્યુબ (Metre Cube) ના સામસામેના ફેસ (Opposite faces) વચ્ચેના અવરોધ’ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે. (આકૃતિ 1 જુઓ). 📦

SI યુનિટ (SI System of Units): વિશિષ્ટ અવરોધનો એકમ ઓહ્મ મીટર (ohm metre – Ωm) છે.

સૂત્ર: $$\rho = \frac{a \times R}{L} \text{ ohm-metre}$$

📊 વિવિધ મટીરિયલ્સના અવરોધની સરખામણી (Comparison of Materials)

આકૃતિ 2 (Fig 2) વીજળીના કન્ડક્ટર તરીકે વપરાતા વિવિધ મટીરિયલ્સનો અંદાજ આપે છે:

જો બધા જ કન્ડક્ટર્સનો આડછેદ એરિયા (Area) અને અવરોધ (Resistance) સમાન રાખવામાં આવે, તો સિલ્વર (Silver) વાયર સૌથી લાંબો હશે.
કોપર (Copper) વાયર થોડો ટૂંકો હશે.
એલ્યુમિનિયમ (Aluminium) તેનાથી પણ વધુ ટૂંકો હશે.
સિલ્વર વાયર સ્ટીલ (Steel) વાયર કરતા 5 ગણો લાંબો હોય છે.

🔬 વિશિષ્ટ અવરોધ સર્કિટ (Specific Resistance Circuit)

દરેક ધાતુનું કન્ડક્ટન્સ રેટિંગ (Conductance ratings) અલગ-અલગ હોય છે, તેથી તેમના રેઝિસ્ટન્સ રેટિંગ પણ અલગ હોય છે.

પ્રયોગ (Experiment): જો તમે આકૃતિ 3 (Fig 3) મુજબ અલગ-અલગ ધાતુના એકસરખા કદના ટુકડા લો અને તેને બેટરી સાથે જોડો, તો દરેકમાંથી વહેતો કરંટ (Current) અલગ-અલગ હશે.

સિલ્વર (Silver) એ કોપર કરતા વધુ સારું કન્ડક્ટર છે કારણ કે તેમાં અવરોધ ઓછો છે.
નિક્રોમ (Nichrome) નો અવરોધ કોપર કરતા 60 ગણો વધારે હોય છે.
જો કોપર અને નિક્રોમને એક જ બેટરી સાથે જોડવામાં આવે, તો કોપર નિક્રોમ કરતા 60 ગણો વધુ કરંટ પસાર કરશે. ⚡

📐 અવરોધને અસર કરતા પરિબળો (Factors Influencing Resistance)

બીજું પરિબળ (factor) જે અવરોધ (resistance) ને અસર કરે છે તે છે પદાર્થની પ્રકૃતિ (nature of the material). આથી, આપણે કહી શકીએ કે કોઈ પણ વાયરનો અવરોધ આ મુજબ હોય છે:

સૂત્ર (Formula): $$\text{Resistance} = \frac{\text{length}}{\text{area}} \times \text{(a constant) } \rho \text{ given material}$$

$$R(\text{ohms}) = \frac{L (\text{metres})}{a (\text{metre}^2)} \times \rho$$

જ્યાં:

$\rho$ = Specific Resistance (ગ્રીક અક્ષર, જેને ‘rho’ ઉચ્ચારવામાં આવે છે).
$L$ = વાયરની લંબાઈ મીટરમાં (length of the wire in metres).
$a$ = ચોરસ મીટરમાં ક્ષેત્રફળ (area in square metres).

સામાન્ય રીતે, આપણે કહી શકીએ કે આપેલ લંબાઈના વાહક (conductor) નો અવરોધ તેના આડછેદના ક્ષેત્રફળ (cross-sectional area) ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં (inversely proportional) હોય છે. (Fig 5 મુજબ).

💡 યાદ રાખો: વાયર જેટલો મોટો (larger) હશે, તેનો અવરોધ (resistance) તેટલો જ ઓછો હશે; અને વાયરનો આડછેદ (cross-sectional area) જેટલો નાનો હશે, તેનો અવરોધ તેટલો જ વધારે હશે

Instructor Note: વિદ્યાર્થીઓને સમજાવો કે વાયરની લંબાઈ વધારવાથી અવરોધ વધે છે, પણ વાયરની જાડાઈ (Area) વધારવાથી અવરોધ ઘટે છે. આ કન્સેપ્ટ વાયરિંગ કરતી વખતે ખૂબ મહત્વનો છે. 👨‍🏫✍️

ITI Electrician NSQF Level 4 (ગુજરાતી) આઈ ટી આઈ ઇલેક્ટ્રિશિયન એન અસ ક્યૂ ઍફ લેવલ ૪