1.3.27 ओह्म का नियम: सरल विद्युत परिपथ और समस्याएँ – Ohm’s Law: Simple Electrical Circuits and Problems

⚡ ओह्म का नियम: सरल विद्युत परिपथ और समस्याएँ – Ohm’s Law: Simple Electrical Circuits and Problems

नमस्ते छात्रों! आज के इस महत्वपूर्ण लेसन में हम Ohm’s Law और Electrical Circuits के बारे में विस्तार से सीखेंगे। यह ITI Electrician और Basic Electrical Practice का एक बहुत ही आधारभूत (basic) विषय है।

🎯 उद्देश्य (Objectives):

इस पाठ (lesson) के अंत तक आप निम्नलिखित चीज़ें सीख पाएंगे:

  • Ohm’s Law (ओह्म के नियम) को बताना।
  • एक Electric Circuit (विद्युत परिपथ) में ओह्म के नियम को लागू (apply) करना।
  • Electrical Power (विद्युत शक्ति) और Energy (ऊर्जा) को परिभाषित करना और उनसे संबंधित समस्याओं की गणना (calculate) करना।

 सरल विद्युत परिपथ (Simple Electric Circuit)

चित्र 1 (Fig 1) में दिखाए गए एक सरल विद्युत परिपथ में, करंट (current) बैटरी के Positive Terminal (धनात्मक टर्मिनल) से शुरू होकर स्विच (switch) और लोड (load) के माध्यम से अपना रास्ता पूरा करता है और वापस बैटरी के Negative Terminal (ऋणात्मक टर्मिनल) पर समाप्त होता है।

चित्र 1 में दिखाया गया सर्किट एक Closed Circuit (बंद परिपथ) है। किसी भी सर्किट को सामान्य रूप से कार्य करने के लिए तीन कारक (factors) बहुत आवश्यक हैं:

  1. Electromotive Force (EMF): इलेक्ट्रॉनों को सर्किट के माध्यम से चलाने के लिए दबाव।
  2. Current (I): इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह (Flow of electrons)।
  3. Resistance (R): इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को रोकने या सीमित करने वाला विरोध (opposition)।

 

💡 ओह्म का नियम (Ohm’s Law)

Ohm’s Law के अनुसार: किसी भी विद्युत बंद परिपथ (electrical closed circuit) में, बहने वाला करंट (I), वोल्टेज (V) के Directly Proportional (सीधे आनुपातिक) होता है, और स्थिर तापमान (constant temperature) पर प्रतिरोध (R) के Inversely Proportional (व्युत्क्रमानुपाती) होता है।

📝 सूत्र (Formula): $$I \propto \frac{V}{R}$$ इसका मतलब है: $$I = \frac{V}{R}$$

जहाँ:

  • V = सर्किट पर लागू वोल्टेज (Voltage in ‘Volt’)
  • I = सर्किट में बहने वाला करंट (Current in ‘Amp’)
  • R = सर्किट का प्रतिरोध (Resistance in ‘Ohm’ $\Omega$)

📐 Ohm’s Law Triangle (चित्र 2): ऊपर दिए गए संबंध को एक त्रिभुज (triangle) के रूप में भी समझा जा सकता है। इस त्रिभुज में, आप जिस भी वैल्यू (value) को ढूंढना चाहते हैं, उस पर अपनी उंगली रखें:

  • यदि V निकालना है, तो: $V = I \times R$
  • यदि R निकालना है, तो: $R = \frac{V}{I}$
  • यदि I निकालना है, तो: $I = \frac{V}{R}$

  • V (वोल्टेज) निकालना हो:

    V=I×R

  • R (प्रतिरोध) निकालना हो:

    R=VI

  • I (धारा) निकालना हो:

    I=VR

📝 उदाहरण 1 (Example 1)

सवाल: चित्र 3 में दिखाए गए सर्किट में कितना करंट (I) बह रहा है?

दिया गया है (Given):

  • Voltage (V) = 1.5 Volts
  • Resistance (R) = 1 kOhm = 1000 Ohms

समाधान (Solution): $$I = \frac{V}{R}$$ $$I = \frac{1.5 V}{1000 Ohms}$$ उत्तर: $I = 0.0015 , \text{amp}$

🔋 विद्युत शक्ति और ऊर्जा (Electrical Power & Energy)

विद्युत शक्ति (Electrical Power – P): वोल्टेज (V) और करंट (I) के गुणनफल (product) को विद्युत शक्ति कहा जाता है। $$\text{Electrical Power (P)} = \text{Voltage} \times \text{Current}$$ $$P = V \times I$$

  • इकाई (Unit): विद्युत शक्ति की इकाई ‘Watt’ (वाट) है।
  • इसे अक्षर ‘P’ द्वारा दर्शाया जाता है।
  • इसे Watt meter (वाट मीटर) द्वारा मापा जाता है।

पावर के अन्य सूत्र (Other Formulae for Power):

  1. $P = V \times I$
  2. $P = I^2 \times R$ (चूँकि $V = I \times R$)

Power Formula Derivation

  1. Basic power formula:

    P=V×I

  2. Substitute current using Ohm’s law (I=VR):

    P=V×VR

  3. Simplify to get the final form:

    P=V2R

 विद्युत ऊर्जा (Electrical Energy – E) ⚡

विद्युत शक्ति (Power – P) और समय (Time – t) के गुणनफल (product) को Electrical Energy (E) कहा जाता है।

सूत्र (Formula):

  • $Electrical Energy (E) = Power (P) \times Time (t)$
  • $E = P \times t$
  • चूंकि $P = V \times I$, इसलिए $E = (V \times I) \times t$
  • अतः, $E = V \times I \times t$

इकाइयाँ (Units):

  • विद्युत ऊर्जा की इकाई ‘Watt hour’ (Wh) होती है।
  • इसकी व्यावसायिक इकाई (Commercial unit) ‘Kilo watt hour’ (KWH) या ‘unit’ होती है।

B.O.T (Board of Trade) unit / KWH / Unit 🏢

एक B.O.T यूनिट को इस प्रकार परिभाषित किया गया है कि यदि 1000 Watt का लैंप एक घंटे (1 hour) तक उपयोग किया जाता है, तो यह एक किलोवाट घंटा (1KWh) ऊर्जा की खपत करता है। इसे ही ‘unit’ कहा जाता है।

  • $Energy = 1000W \times 1Hr = 1000Wh$ (या) $1kWh$

उदाहरण – 1 (Example Calculation) 📝

सवाल: एक इलेक्ट्रिक आयरन (Electric Iron) जिसकी रेटिंग 750W/250V है, उसे 90 मिनट तक उपयोग करने पर कितनी विद्युत ऊर्जा (Electrical Energy) खर्च होगी?

दिया गया है (Given):

  • Power (P) = 750W
  • Voltage (V) = 250V
  • Time (t) = 90 min (यानी $1.5 Hr$)

हल (Solution): $Electrical Energy (E) = P \times t$ $E = 750W \times 1.5 Hr$ $E = 1125 WH$ (या) $E = 1.125 KWH$

 

कार्य, शक्ति और ऊर्जा (Work, Power and Energy) ⚙️

कार्य (Work):

जब कोई बल (Force – F) किसी वस्तु (Body) को एक स्थान से दूसरे स्थान तक विस्थापित (displace) करता है, तो उसे कार्य (Work) कहा जाता है।

  • Work done = Force x distance moved
  • $w.d = F \times S$ इसे आमतौर पर “W” द्वारा दर्शाया जाता है।

कार्य की इकाइयाँ (Units of Work):

  1. F.P.S System: Foot Pound (lb.ft)
  2. C.G.S System: Gram Centimetre (gm.cm) या dyne
    • $1 gm.cm = 1 dyne$
    • $1 dyne = 10^7 ergs$
    • कार्य की सबसे छोटी इकाई “Erg” है।
  3. M.K.S System: Kilogram Metre (Kg-M)
    • $1 Kilogram = 9.81 Newton$
  4. S.I. System: Joule
    • $1 Joule = 1 Newton Metre (Nw-M)$

 शक्ति (Power – P) 🚀

कार्य करने की दर (Rate of doing work) को शक्ति (Power) कहते हैं। सूत्र: $Power (P) = \frac{Work done}{Time taken}$ $P = \frac{F \times S}{t}$

विभिन्न प्रणालियों में इकाइयाँ:

  • FPS system में: Lb.ft/sec
  • C.G.S System में: gm-cm/sec या Dyne/sec
  • M.K.S System में: Kg-M/sec या NW – M/ sec ($1kg = 9.81 Newton$)
  • S.I. System में: Joule/sec
    • $1 Joule/Sec = 1 watt$
    • Electrical Power = VI Watt

 हॉर्स पावर (Horse Power – H.P) 🐎

मैकेनिकल पावर (Mechanical power) की इकाई ‘Horse Power’ (H.P) होती है। हॉर्स पावर को आगे दो भागों में वर्गीकृत किया गया है:

  1. Indicated Horse Power (IHP): इंजन (Engine), पंप (Pump) या मोटर के अंदर विकसित होने वाली कुल शक्ति को Indicated Horse Power (IHP) कहा जाता है।

  2. Brake Horse Power (BHP): वह उपयोगी हॉर्स पावर जो इंजन, मोटर या पंप के शाफ्ट (Shaft) पर उपलब्ध होती है, उसे Brake Horse Power (BHP) कहते हैं।

महत्वपूर्ण संबंध: घर्षण के कारण होने वाली हानि (Friction losses) की वजह से IHP हमेशा BHP से अधिक होता है। 👉 IHP > BHP

Electrical Power और  Mechanical Power के बिचमे रिलेशन 

इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल पावर को मापने के लिए HP एक बहुत ही सामान्य यूनिट है।

  • (ie) 1 HP (British) = 746 Watt
  • 1 HP (Metric) = 735.5 Watt

 One HP (Metric) क्या है?

एक वस्तु जिसका वजन 75 किलोग्राम (75 Kg) है, उसे एक सेकंड में एक मीटर (1 metre) की दूरी तक विस्थापित (move/displace) करने के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति (Mechanical Power) की मात्रा को One HP (metric) कहा जाता है।

HP (Metric) = 75kg – M/Sec

 One HP (British) क्या है?

550 पाउंड (550 lb) के बल (force) वाली वस्तु को एक सेकंड में एक फुट (one foot) की दूरी तक विस्थापित करने के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति (Mechanical Power) को One HP (British) कहा जाता है।

1 HP (British) = 550 lb.ft/sec

🔋 ऊर्जा (Energy)

कार्य करने की क्षमता (Capacity for doing work) को इलेक्ट्रिकल एनर्जी (Electrical Energy) कहा जाता है। 💡

(या/or)

पावर (Power) और समय (Time) के गुणनफल (Product) को इलेक्ट्रिकल एनर्जी के रूप में जाना जाता है।

  • (ie) Energy = Power x Time
  • (ie) Energy = V x I x t

📏 यूनिट (Unit):

  • ऊर्जा की S.I. यूनिट “जूल” (Joule) है।
  • (ie) Energy = (Joule/sec) x sec
  • Energy = Joule

(ie) कार्य (Work done) और ऊर्जा (Energy) की S.I. यूनिट एक ही होती है, जिसे Joule कहा जाता है।

⚙️ ऊर्जा के प्रकार (Categories of Energy)

ऊर्जा को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

  1. स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy): जैसे कि भरी हुई बंदूक (Loaded gun), स्प्रिंग में जमा ऊर्जा आदि।
  2. गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy): जैसे कि चलती हुई कार (Moving car), बारिश होना आदि।

📝 उदाहरण (Example): बिजली बिल की गणना 🧮

एक घर में निम्नलिखित इलेक्ट्रिकल लोड (Electrical loads) का प्रतिदिन उपयोग किया जाता है: (i) 40W की 5 ट्यूबलाइट्स – 5 घंटे/दिन (ii) 80W के 4 पंखे – 8 घंटे/दिन (iii) 120W का 1 T.V. रिसीवर – 5 घंटे/दिन (iv) 60W के 4 लैंप – 4 घंटे/दिन

प्रश्न: प्रतिदिन खपत होने वाली कुल यूनिट्स और जनवरी महीने के कुल बिजली बिल की गणना करें, यदि बिजली की दर (Cost of energy) 1.50 रुपये/यूनिट है।

दिया गया है (Given):

  • ट्यूबलाइट: 40W x 5 – 5 घंटे/दिन
  • पंखे: 80W x 4 – 8 घंटे/दिन
  • T.V.: 120W x 1 – 6 घंटे/दिन (नोट: समाधान में 6 घंटे उपयोग किया गया है)
  • लैंप: 60W x 4 – 4 घंटे/दिन
  • एनर्जी की दर: Rs. 1.50/unit

समाधान (Solution):

प्रतिदिन ऊर्जा खपत (Energy consumption/day):

  1. ट्यूबलाइट (Tube light): $\frac{40W \times 5 \times 5 \text{ hr/day}}{1000}$ = 1 kWh/day
  2. पंखे (Fans): $\frac{80W \times 4 \times 8 \text{ hr/day}}{1000} = \frac{2560}{1000}$ = 2.56 kWh/day
  3. टी.वी. (T.V.): $\frac{120W \times 1 \times 6 \text{ hr/day}}{1000} = \frac{720}{1000}$ = 0.72 kWh/day
  4. लैंप (Lamp): $\frac{60W \times 4 \times 4 \text{ hr/day}}{1000} = \frac{960}{1000}$ = 0.96 kWh/day

(i) प्रतिदिन कुल ऊर्जा खपत (Total energy consumption in unit per day):

1 + 2.56 + 0.72 + 0.96 = 5.24 unit

(ii) जनवरी महीने (31 दिन) के लिए कुल ऊर्जा खपत:

5.24 x 31 = 162.44 units

बिजली का बिल (Cost of energy):

  • प्रति यूनिट दर = Rs. 1.50/unit
  • जनवरी महीने का कुल बिल = 162.44 x 1.50 = Rs. 243.66

💰 महीने का बिजली बिल (Electricity Bill for the month) = लगभग Rs. 244/-

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इंस्ट्रक्टर नोट: छात्रों को सलाह दी जाती है कि वे यूनिट्स को Wh से kWh में बदलने के लिए हमेशा 1000 से भाग (divide) करना याद रखें। 🎓

 

निष्कर्ष (Conclusion)

इस पाठ में हमने समझा कि कैसे Electrical Power को Mechanical Power से जोड़ा जाता है और ऊर्जा की गणना कैसे की जाती है। इन सूत्रों को याद रखना एक इलेक्ट्रीशियन के लिए बहुत जरूरी है।

Power : Electrician (NSQF – Revised 2022) – Related Theory

यहाँ आपके द्वारा दिए गए दस्तावेज़ का हिंदी (Hinglish) में रूपांतरण दिया गया है, जो एक इंस्ट्रक्टर लेसन (Instructor Lesson) के रूप में तैयार किया गया है।

⚡ इलेक्ट्रिकल एनर्जी और हॉर्सपावर (HP) की पूरी जानकारी: Electrician Theory Lesson 🔌

नमस्ते छात्रों! आज हम Horsepower (HP) और Electrical Energy के बारे में विस्तार से सीखेंगे। यह जानकारी न केवल आपकी परीक्षा के लिए महत्वपूर्ण है, बल्कि एक इलेक्ट्रिशियन के रूप में प्रैक्टिकल काम के लिए भी बहुत जरूरी है।

🐎 हॉर्सपावर (Horsepower – HP)

इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल पावर को मापने के लिए HP एक बहुत ही सामान्य यूनिट है।

  • (ie) 1 HP (British) = 746 Watt
  • 1 HP (Metric) = 735.5 Watt

1. One HP (Metric) क्या है?

एक वस्तु जिसका वजन 75 किलोग्राम (75 Kg) है, उसे एक सेकंड में एक मीटर (1 metre) की दूरी तक विस्थापित (move/displace) करने के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति (Mechanical Power) की मात्रा को One HP (metric) कहा जाता है।

HP (Metric) = 75kg – M/Sec

2. One HP (British) क्या है?

550 पाउंड (550 lb) के बल (force) वाली वस्तु को एक सेकंड में एक फुट (one foot) की दूरी तक विस्थापित करने के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति (Mechanical Power) को One HP (British) कहा जाता है।

1 HP (British) = 550 lb.ft/sec

🔋 ऊर्जा (Energy)

कार्य करने की क्षमता (Capacity for doing work) को इलेक्ट्रिकल एनर्जी (Electrical Energy) कहा जाता है। 💡

(या/or)

पावर (Power) और समय (Time) के गुणनफल (Product) को इलेक्ट्रिकल एनर्जी के रूप में जाना जाता है।

  • (ie) Energy = Power x Time
  • (ie) Energy = V x I x t

📏 यूनिट (Unit):

  • ऊर्जा की S.I. यूनिट “जूल” (Joule) है।
  • (ie) Energy = (Joule/sec) x sec
  • Energy = Joule

(ie) कार्य (Work done) और ऊर्जा (Energy) की S.I. यूनिट एक ही होती है, जिसे Joule कहा जाता है।

⚙️ ऊर्जा के प्रकार (Categories of Energy)

ऊर्जा को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

  1. स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy): जैसे कि भरी हुई बंदूक (Loaded gun), स्प्रिंग में जमा ऊर्जा आदि।
  2. गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy): जैसे कि चलती हुई कार (Moving car), बारिश होना आदि।

📝 उदाहरण (Example): बिजली बिल की गणना 🧮

एक घर में निम्नलिखित इलेक्ट्रिकल लोड (Electrical loads) का प्रतिदिन उपयोग किया जाता है: (i) 40W की 5 ट्यूबलाइट्स – 5 घंटे/दिन (ii) 80W के 4 पंखे – 8 घंटे/दिन (iii) 120W का 1 T.V. रिसीवर – 5 घंटे/दिन (iv) 60W के 4 लैंप – 4 घंटे/दिन

प्रश्न: प्रतिदिन खपत होने वाली कुल यूनिट्स और जनवरी महीने के कुल बिजली बिल की गणना करें, यदि बिजली की दर (Cost of energy) 1.50 रुपये/यूनिट है।

दिया गया है (Given):

  • ट्यूबलाइट: 40W x 5 – 5 घंटे/दिन
  • पंखे: 80W x 4 – 8 घंटे/दिन
  • T.V.: 120W x 1 – 6 घंटे/दिन (नोट: समाधान में 6 घंटे उपयोग किया गया है)
  • लैंप: 60W x 4 – 4 घंटे/दिन
  • एनर्जी की दर: Rs. 1.50/unit

समाधान (Solution):

प्रतिदिन ऊर्जा खपत (Energy consumption/day):

  1. ट्यूबलाइट (Tube light): $\frac{40W \times 5 \times 5 \text{ hr/day}}{1000}$ = 1 kWh/day
  2. पंखे (Fans): $\frac{80W \times 4 \times 8 \text{ hr/day}}{1000} = \frac{2560}{1000}$ = 2.56 kWh/day
  3. टी.वी. (T.V.): $\frac{120W \times 1 \times 6 \text{ hr/day}}{1000} = \frac{720}{1000}$ = 0.72 kWh/day
  4. लैंप (Lamp): $\frac{60W \times 4 \times 4 \text{ hr/day}}{1000} = \frac{960}{1000}$ = 0.96 kWh/day

(i) प्रतिदिन कुल ऊर्जा खपत (Total energy consumption in unit per day):

1 + 2.56 + 0.72 + 0.96 = 5.24 unit

(ii) जनवरी महीने (31 दिन) के लिए कुल ऊर्जा खपत:

5.24 x 31 = 162.44 units

बिजली का बिल (Cost of energy):

  • प्रति यूनिट दर = Rs. 1.50/unit
  • जनवरी महीने का कुल बिल = 162.44 x 1.50 = Rs. 243.66

💰 महीने का बिजली बिल (Electricity Bill for the month) = लगभग Rs. 244/-

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इंस्ट्रक्टर नोट: छात्रों को सलाह दी जाती है कि वे यूनिट्स को Wh से kWh में बदलने के लिए हमेशा 1000 से भाग (divide) करना याद रखें। 🎓

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Instructor Note: छात्रों को सलाह दी जाती है कि वे Ohm’s Law के Triangle को अपनी नोटबुक में बनाकर अभ्यास करें ताकि फॉर्मूला याद रखने में आसानी हो। 📝⚡

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