विद्युत धारा परिवर्तक
विद्युत धारा — न्यूरॉन्स से बिजली तक
इलेक्ट्रॉनिक्स, पावर सिस्टम्स और भौतिकी में विद्युत धारा की इकाइयों में महारत हासिल करें। माइक्रोएम्पीयर से मेगाएम्पीयर तक, 30 परिमाण के क्रम में धारा के प्रवाह को समझें — एकल-इलेक्ट्रॉन टनलिंग से लेकर बिजली गिरने तक। एम्पीयर की 2019 की क्वांटम पुनर्परिभाषा और वास्तविक-विश्व के अनुप्रयोगों का अन्वेषण करें।
विद्युत धारा की नींव
धारा क्या है?
विद्युत धारा आवेश का प्रवाह है, जैसे पानी एक पाइप से बहता है। उच्च धारा = प्रति सेकंड अधिक आवेश। एम्पीयर (A) में मापा जाता है। दिशा: धनात्मक से ऋणात्मक (पारंपरिक), या इलेक्ट्रॉन प्रवाह (ऋणात्मक से धनात्मक)।
- 1 एम्पीयर = 1 कूलम्ब प्रति सेकंड (1 A = 1 C/s)
- धारा प्रवाह दर है, मात्रा नहीं
- डीसी धारा: निरंतर दिशा (बैटरी)
- एसी धारा: वैकल्पिक दिशा (दीवार की बिजली)
धारा बनाम वोल्टेज बनाम आवेश
आवेश (Q) = बिजली की मात्रा (कूलम्ब)। धारा (I) = आवेश के प्रवाह की दर (एम्पीयर)। वोल्टेज (V) = आवेश को धकेलने वाला दबाव। शक्ति (P) = V × I (वाट)। सभी जुड़े हुए हैं लेकिन अलग हैं!
- आवेश Q = मात्रा (कूलम्ब)
- धारा I = प्रवाह दर (एम्पीयर = C/s)
- वोल्टेज V = विद्युत दबाव (वोल्ट)
- धारा उच्च वोल्टेज से निम्न वोल्टेज की ओर बहती है
पारंपरिक बनाम इलेक्ट्रॉन प्रवाह
पारंपरिक धारा: धनात्मक से ऋणात्मक (ऐतिहासिक)। इलेक्ट्रॉन प्रवाह: ऋणात्मक से धनात्मक (वास्तविक)। दोनों काम करते हैं! इलेक्ट्रॉन वास्तव में चलते हैं, लेकिन हम पारंपरिक दिशा का उपयोग करते हैं। यह गणनाओं को प्रभावित नहीं करता है।
- पारंपरिक: + से - (आरेखों में मानक)
- इलेक्ट्रॉन प्रवाह: - से + (भौतिक वास्तविकता)
- दोनों समान उत्तर देते हैं
- सर्किट विश्लेषण के लिए पारंपरिक का उपयोग करें
- धारा = आवेश के प्रवाह की दर (1 A = 1 C/s)
- वोल्टेज धारा को प्रवाहित करता है (दबाव की तरह)
- उच्च धारा = प्रति सेकंड अधिक आवेश
- शक्ति = वोल्टेज × धारा (P = VI)
धारा मापन का ऐतिहासिक विकास
प्रारंभिक विद्युत खोजें (1600-1830)
धारा को आवेश प्रवाह के रूप में समझने से पहले, वैज्ञानिकों ने स्थैतिक बिजली और रहस्यमय 'विद्युत तरल पदार्थ' का अध्ययन किया। बैटरी क्रांति ने पहली बार निरंतर धारा को संभव बनाया।
- 1600: विलियम गिल्बर्ट ने बिजली को चुंबकत्व से अलग किया, 'इलेक्ट्रिक' शब्द गढ़ा
- 1745: लेडेन जार का आविष्कार हुआ — पहला संधारित्र, जो स्थैतिक आवेश को संग्रहीत करता है
- 1800: एलेसेंड्रो वोल्टा ने वोल्टेइक पाइल का आविष्कार किया — पहली बैटरी, निरंतर धारा का पहला स्रोत
- 1820: हैंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने खोजा कि धारा एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है — बिजली और चुंबकत्व को जोड़ता है
- 1826: जॉर्ज ओम ने V = IR प्रकाशित किया — धारा के लिए पहला गणितीय संबंध
- 1831: माइकल फैराडे ने विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की खोज की — बदलते क्षेत्र धारा बनाते हैं
एम्पीयर की परिभाषा का विकास (1881-2019)
एम्पीयर की परिभाषा व्यावहारिक समझौतों से मौलिक स्थिरांकों तक विकसित हुई, जो विद्युत चुंबकत्व और क्वांटम भौतिकी की हमारी गहरी समझ को दर्शाती है।
- 1881: पहले अंतर्राष्ट्रीय विद्युत कांग्रेस ने व्यावसायिक उपयोग के लिए 'व्यावहारिक एम्पीयर' को परिभाषित किया
- 1893: शिकागो विश्व मेला — AC/DC मापों के लिए एम्पीयर को मानकीकृत करता है
- 1948: CGPM ने समानांतर कंडक्टरों के बीच बल से एम्पीयर को परिभाषित किया: 1 मीटर की दूरी पर 2×10⁻⁷ N/m बल
- समस्या: पूरी तरह से समानांतर तारों की आवश्यकता थी, जिन्हें व्यवहार में साकार करना मुश्किल था
- 1990 का दशक: क्वांटम हॉल प्रभाव और जोसेफसन जंक्शन अधिक सटीक मापन को सक्षम करते हैं
- 2018: CGPM ने प्राथमिक आवेश से एम्पीयर को फिर से परिभाषित करने के लिए मतदान किया
2019 क्वांटम क्रांति — प्राथमिक आवेश परिभाषा
20 मई, 2019 को, एम्पीयर को प्राथमिक आवेश (e) के आधार पर फिर से परिभाषित किया गया, जिससे यह उचित क्वांटम उपकरणों के साथ कहीं भी पुनरुत्पादित किया जा सकता है। इसने 71 साल की बल-आधारित परिभाषा को समाप्त कर दिया।
- नई परिभाषा: 1 A = (e / 1.602176634×10⁻¹⁹) इलेक्ट्रॉन प्रति सेकंड
- प्राथमिक आवेश e अब परिभाषा के अनुसार सटीक है (कोई अनिश्चितता नहीं)
- 1 एम्पीयर = प्रति सेकंड 6.241509074×10¹⁸ प्राथमिक आवेशों का प्रवाह
- क्वांटम धारा मानक: एकल-इलेक्ट्रॉन टनलिंग उपकरण व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों की गिनती करते हैं
- जोसेफसन जंक्शन: मौलिक स्थिरांकों से सटीक AC धाराएं उत्पन्न करते हैं
- परिणाम: क्वांटम उपकरणों के साथ कोई भी प्रयोगशाला स्वतंत्र रूप से एम्पीयर को साकार कर सकती है
2019 की पुनर्परिभाषा व्यावहारिक समझौतों से क्वांटम सटीकता तक 138 वर्षों की प्रगति का प्रतिनिधित्व करती है, जो अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स और माप विज्ञान को सक्षम बनाती है।
- नैनो टेक्नोलॉजी: क्वांटम कंप्यूटर, एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर में इलेक्ट्रॉन प्रवाह का सटीक नियंत्रण
- माप विज्ञान: राष्ट्रीय प्रयोगशालाएं संदर्भ कलाकृतियों के बिना स्वतंत्र रूप से एम्पीयर को साकार कर सकती हैं
- इलेक्ट्रॉनिक्स: अर्धचालकों, सेंसरों, बिजली प्रणालियों के लिए बेहतर अंशांकन मानक
- चिकित्सा: प्रत्यारोपण, मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस, नैदानिक उपकरणों के लिए अधिक सटीक माप
- मौलिक भौतिकी: सभी SI इकाइयां अब प्रकृति के स्थिरांकों से परिभाषित हैं — कोई मानव कलाकृतियां नहीं
स्मृति सहायक और त्वरित रूपांतरण युक्तियाँ
आसान मानसिक गणित
- 1000 की शक्ति का नियम: प्रत्येक SI उपसर्ग = ×1000 या ÷1000 (kA → A → mA → µA → nA)
- mA से A शॉर्टकट: 1000 से विभाजित करें → 250 mA = 0.25 A (दशमलव 3 स्थान बाईं ओर ले जाएं)
- A से mA शॉर्टकट: 1000 से गुणा करें → 1.5 A = 1500 mA (दशमलव 3 स्थान दाईं ओर ले जाएं)
- शक्ति से धारा: I = P / V → 120V पर 60W का बल्ब = 0.5 A
- ओम का नियम युक्ति: I = V / R → 12V ÷ 4Ω = 3 A (वोल्टेज को प्रतिरोध से विभाजित)
- पहचान रूपांतरण: 1 A = 1 C/s = 1 W/V (सभी बिल्कुल समतुल्य)
महत्वपूर्ण सुरक्षा स्मृति सहायक
धारा मारती है, वोल्टेज नहीं। ये सुरक्षा सीमाएँ आपकी जान बचा सकती हैं — इन्हें याद रखें।
- 1 mA (60 Hz AC): झुनझुनी सनसनी, धारणा की दहलीज
- 5 mA: अधिकतम 'सुरक्षित' धारा, पकड़ छोड़ने में असमर्थता की दहलीज निकट आती है
- 10-20 mA: मांसपेशियों पर नियंत्रण खोना, पकड़ छोड़ने में असमर्थता (लगातार पकड़)
- 50 mA: गंभीर दर्द, संभावित श्वसन गिरफ्तारी
- 100-200 mA: वेंट्रिकुलर फिब्रिलेशन (दिल रुक जाता है), आमतौर पर घातक
- 1-5 A: लगातार फिब्रिलेशन, गंभीर जलन, कार्डियक अरेस्ट
- याद रखें: समान धारा स्तर पर AC, DC से 3-5 गुना अधिक खतरनाक है
व्यावहारिक सर्किट सूत्र
- ओम का नियम: I = V / R (वोल्टेज और प्रतिरोध से धारा ज्ञात करें)
- शक्ति सूत्र: I = P / V (शक्ति और वोल्टेज से धारा ज्ञात करें)
- श्रृंखला सर्किट: हर जगह समान धारा (I₁ = I₂ = I₃)
- समानांतर सर्किट: जंक्शनों पर धाराएं जुड़ती हैं (I_कुल = I₁ + I₂ + I₃)
- एलईडी धारा सीमित करना: R = (V_आपूर्ति - V_LED) / I_LED
- तार गेज नियम: 15A को न्यूनतम 14 AWG, 20A को न्यूनतम 12 AWG की आवश्यकता होती है
- धारा और वोल्टेज में भ्रम: वोल्टेज दबाव है, धारा प्रवाह दर है — अलग अवधारणाएं!
- तार रेटिंग से अधिक: पतले तार ज़्यादा गरम हो जाते हैं, इन्सुलेशन पिघला देते हैं, आग का कारण बनते हैं — AWG टेबल देखें
- धारा को गलत तरीके से मापना: एमीटर श्रृंखला में जाता है (सर्किट तोड़ता है), वोल्टमीटर समानांतर में जाता है
- AC RMS बनाम पीक को अनदेखा करना: 120V AC RMS ≠ 120V पीक (वास्तव में 170V)। गणना के लिए RMS का उपयोग करें
- शॉर्ट सर्किट: शून्य प्रतिरोध = सैद्धांतिक रूप से अनंत धारा = आग/विस्फोट/क्षति
- यह मानना कि एलईडी वोल्टेज धारा निर्धारित करता है: एलईडी को धारा-सीमित प्रतिरोधक या स्थिर-धारा चालक की आवश्यकता होती है
धारा का पैमाना: एकल इलेक्ट्रॉनों से बिजली तक
| पैमाना / धारा | प्रतिनिधि इकाइयाँ | सामान्य अनुप्रयोग | वास्तविक दुनिया के उदाहरण |
|---|---|---|---|
| 0.16 aA | एटॉएम्पीयर (aA) | एकल-इलेक्ट्रॉन टनलिंग, सैद्धांतिक क्वांटम सीमा | 1 इलेक्ट्रॉन प्रति सेकंड ≈ 0.16 aA |
| 1-10 pA | पिकोएम्पीयर (pA) | आयन चैनल, टनलिंग माइक्रोस्कोपी, आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स | जैविक झिल्ली आयन चैनल धाराएं |
| ~10 nA | नैनोएम्पीयर (nA) | तंत्रिका आवेग, अति-कम शक्ति सेंसर, बैटरी रिसाव | न्यूरॉन्स में क्रिया क्षमता शिखर |
| 10-100 µA | माइक्रोएम्पीयर (µA) | घड़ी की बैटरी, सटीक उपकरण, जैविक संकेत | विशिष्ट घड़ी धारा खपत |
| 2-20 mA | मिलीएम्पीयर (mA) | एलईडी, सेंसर, कम-शक्ति सर्किट, अरुडिनो परियोजनाएं | मानक एलईडी संकेतक (20 mA) |
| 0.5-5 A | एम्पीयर (A) | उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, यूएसबी चार्जिंग, घरेलू उपकरण | यूएसबी-सी फास्ट चार्जिंग (3 A), लैपटॉप पावर (4 A) |
| 15-30 A | एम्पीयर (A) | घरेलू सर्किट, प्रमुख उपकरण, इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग | मानक सर्किट ब्रेकर (15 A), EV लेवल 2 चार्जर (32 A) |
| 100-400 A | एम्पीयर (A) | आर्क वेल्डिंग, कार स्टार्टर, औद्योगिक मोटर | स्टिक वेल्डिंग (100-400 A), कार स्टार्टर मोटर (200-400 A) |
| 1-100 kA | किलोएम्पीयर (kA) | बिजली, स्पॉट वेल्डिंग, बड़े मोटर, रेल सिस्टम | औसत बिजली का झटका (20-30 kA), स्पॉट वेल्डिंग पल्स |
| 1-3 MA | मेगाएम्पीयर (MA) | इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेल गन, संलयन रिएक्टर, चरम भौतिकी | रेल गन प्रक्षेप्य त्वरण (माइक्रोसेकंड के लिए 1-3 MA) |
इकाई प्रणालियों की व्याख्या
SI इकाइयाँ — एम्पीयर
एम्पीयर (A) धारा के लिए SI आधार इकाई है। सात मौलिक SI इकाइयों में से एक। 2019 से प्राथमिक आवेश से परिभाषित। एटो से मेगा तक के उपसर्ग सभी श्रेणियों को कवर करते हैं।
- 1 A = 1 C/s (सटीक परिभाषा)
- उच्च शक्ति के लिए kA (वेल्डिंग, बिजली)
- इलेक्ट्रॉनिक्स, सेंसर के लिए mA, µA
- क्वांटम, एकल-इलेक्ट्रॉन उपकरणों के लिए fA, aA
परिभाषा इकाइयाँ
C/s और W/V परिभाषा के अनुसार एम्पीयर के बराबर हैं। C/s आवेश प्रवाह को दर्शाता है। W/V शक्ति/वोल्टेज से धारा को दर्शाता है। तीनों समान हैं।
- 1 A = 1 C/s (परिभाषा)
- 1 A = 1 W/V (P = VI से)
- तीनों समान हैं
- धारा पर विभिन्न दृष्टिकोण
विरासत CGS इकाइयाँ
एबेम्पीयर (EMU) और स्टेटएम्पीयर (ESU) पुरानी CGS प्रणाली से हैं। बायोट = एबेम्पीयर। आज दुर्लभ हैं लेकिन पुरानी भौतिकी की किताबों में दिखाई देते हैं। 1 abA = 10 A; 1 statA ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A.
- 1 एबेम्पीयर = 10 A (EMU)
- 1 बायोट = 10 A (एबेम्पीयर के समान)
- 1 स्टेटएम्पीयर ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A (ESU)
- अप्रचलित; SI एम्पीयर मानक है
धारा की भौतिकी
ओम का नियम
I = V / R (धारा = वोल्टेज ÷ प्रतिरोध)। वोल्टेज और प्रतिरोध को जानें, धारा ज्ञात करें। सभी सर्किट विश्लेषण की नींव। प्रतिरोधों के लिए रैखिक।
- I = V / R (वोल्टेज से धारा)
- V = I × R (धारा से वोल्टेज)
- R = V / I (मापों से प्रतिरोध)
- शक्ति अपव्यय: P = I²R
किरचॉफ का धारा नियम
किसी भी जंक्शन पर, आने वाली धारा = जाने वाली धारा। Σ I = 0 (धाराओं का योग = शून्य)। आवेश संरक्षित है। समानांतर सर्किट के विश्लेषण के लिए आवश्यक।
- किसी भी नोड पर ΣI = 0
- आने वाली धारा = जाने वाली धारा
- आवेश संरक्षण
- जटिल सर्किट को हल करने के लिए उपयोग किया जाता है
सूक्ष्म चित्र
धारा = आवेश वाहकों का बहाव वेग। धातुओं में: इलेक्ट्रॉन धीरे-धीरे चलते हैं (~mm/s) लेकिन संकेत प्रकाश की गति से फैलता है। वाहकों की संख्या × वेग = धारा।
- I = n × q × v × A (सूक्ष्म)
- n = वाहक घनत्व, v = बहाव वेग
- इलेक्ट्रॉन धीरे-धीरे चलते हैं, संकेत तेज है
- अर्धचालकों में: इलेक्ट्रॉन + छेद
धारा बेंचमार्क
| संदर्भ | धारा | टिप्पणियाँ |
|---|---|---|
| एकल इलेक्ट्रॉन | ~0.16 aA | 1 इलेक्ट्रॉन प्रति सेकंड |
| आयन चैनल | ~1-10 pA | जैविक झिल्ली |
| तंत्रिका आवेग | ~10 nA | क्रिया क्षमता शिखर |
| एलईडी संकेतक | 2-20 mA | कम शक्ति एलईडी |
| यूएसबी 2.0 | 0.5 A | मानक यूएसबी पावर |
| फोन चार्जिंग | 1-3 A | फास्ट चार्जिंग विशिष्ट |
| घरेलू सर्किट | 15 A | मानक ब्रेकर (यूएस) |
| इलेक्ट्रिक कार चार्जिंग | 32-80 A | लेवल 2 होम चार्जर |
| आर्क वेल्डिंग | 100-400 A | स्टिक वेल्डिंग विशिष्ट |
| कार स्टार्टर मोटर | 100-400 A | पीक क्रैंकिंग धारा |
| बिजली का झटका | 20-30 kA | औसत झटका |
| स्पॉट वेल्डिंग | 1-100 kA | लघु पल्स |
| सैद्धांतिक अधिकतम | >1 MA | रेल गन, चरम भौतिकी |
सामान्य धारा स्तर
| उपकरण / संदर्भ | विशिष्ट धारा | वोल्टेज | शक्ति |
|---|---|---|---|
| घड़ी की बैटरी | 10-50 µA | 3V | ~0.1 mW |
| एलईडी संकेतक | 10-20 mA | 2V | 20-40 mW |
| अरुडिनो/MCU | 20-100 mA | 5V | 0.1-0.5 W |
| यूएसबी माउस/कीबोर्ड | 50-100 mA | 5V | 0.25-0.5 W |
| फोन चार्जिंग (धीमा) | 1 A | 5V | 5 W |
| फोन चार्जिंग (तेज) | 3 A | 9V | 27 W |
| लैपटॉप | 3-5 A | 19V | 60-100 W |
| डेस्कटॉप पीसी | 5-10 A | 12V | 60-120 W |
| माइक्रोवेव | 10-15 A | 120V | 1200-1800 W |
| इलेक्ट्रिक कार चार्जिंग | 32 A | 240V | 7.7 kW |
वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स
यूएसबी: 0.5-3 A (मानक से तेज़ चार्जिंग)। फोन चार्जिंग: 1-3 A विशिष्ट। लैपटॉप: 3-5 A। एलईडी: 20 mA विशिष्ट। अधिकांश उपकरण mA से A रेंज का उपयोग करते हैं।
- यूएसबी 2.0: 0.5 A अधिकतम
- यूएसबी 3.0: 0.9 A अधिकतम
- यूएसबी-सी पीडी: 5 A तक (100W @ 20V)
- फोन फास्ट चार्जिंग: 2-3 A विशिष्ट
घरेलू और बिजली
घरेलू सर्किट: 15-20 A ब्रेकर (यूएस)। लाइट बल्ब: 0.5-1 A। माइक्रोवेव: 10-15 A। एयर कंडीशनर: 15-30 A। इलेक्ट्रिक कार चार्जिंग: 30-80 A (लेवल 2)।
- मानक आउटलेट: 15 A सर्किट
- प्रमुख उपकरण: 20-50 A
- इलेक्ट्रिक कार: 30-80 A (लेवल 2)
- पूरा घर: 100-200 A सेवा
औद्योगिक और चरम
वेल्डिंग: 100-400 A (स्टिक), 1000+ A (स्पॉट)। बिजली: 20-30 kA औसत, 200 kA शिखर। रेल गन: मेगाएम्पीयर। सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट: 10+ kA स्थिर।
- आर्क वेल्डिंग: 100-400 A
- स्पॉट वेल्डिंग: 1-100 kA पल्स
- बिजली: 20-30 kA विशिष्ट
- प्रयोगात्मक: MA रेंज (रेल गन)
त्वरित रूपांतरण गणित
SI उपसर्ग त्वरित रूपांतरण
प्रत्येक उपसर्ग चरण = ×1000 या ÷1000। kA → A: ×1000। A → mA: ×1000। mA → µA: ×1000।
- kA → A: 1,000 से गुणा करें
- A → mA: 1,000 से गुणा करें
- mA → µA: 1,000 से गुणा करें
- विपरीत: 1,000 से विभाजित करें
शक्ति से धारा
I = P / V (धारा = शक्ति ÷ वोल्टेज)। 120V पर 60W का बल्ब = 0.5 A। 120V पर 1200W का माइक्रोवेव = 10 A।
- I = P / V (एम्पीयर = वाट ÷ वोल्ट)
- 60W ÷ 120V = 0.5 A
- P = V × I (धारा से शक्ति)
- V = P / I (शक्ति से वोल्टेज)
ओम का नियम त्वरित जांच
I = V / R। वोल्टेज और प्रतिरोध को जानें, धारा ज्ञात करें। 4Ω पर 12V = 3 A। 1kΩ पर 5V = 5 mA।
- I = V / R (एम्पीयर = वोल्ट ÷ ओम)
- 12V ÷ 4Ω = 3 A
- 5V ÷ 1000Ω = 5 mA (= 0.005 A)
- याद रखें: धारा के लिए विभाजित करें
रूपांतरण कैसे काम करते हैं
- चरण 1: स्रोत → एम्पीयर में toBase कारक का उपयोग करके बदलें
- चरण 2: एम्पीयर → लक्ष्य में लक्ष्य के toBase कारक का उपयोग करके बदलें
- विकल्प: सीधे कारक का उपयोग करें (kA → A: 1000 से गुणा करें)
- समझदारी जांच: 1 kA = 1000 A, 1 mA = 0.001 A
- याद रखें: C/s और W/V, A के समान हैं
सामान्य रूपांतरण संदर्भ
| से | में | गुणा करें | उदाहरण |
|---|---|---|---|
| A | kA | 0.001 | 1000 A = 1 kA |
| kA | A | 1000 | 1 kA = 1000 A |
| A | mA | 1000 | 1 A = 1000 mA |
| mA | A | 0.001 | 1000 mA = 1 A |
| mA | µA | 1000 | 1 mA = 1000 µA |
| µA | mA | 0.001 | 1000 µA = 1 mA |
| A | C/s | 1 | 5 A = 5 C/s (पहचान) |
| A | W/V | 1 | 10 A = 10 W/V (पहचान) |
| kA | MA | 0.001 | 1000 kA = 1 MA |
| abampere | A | 10 | 1 abA = 10 A |
त्वरित उदाहरण
हल की गई समस्याएं
यूएसबी पावर गणना
यूएसबी पोर्ट 5V देता है। उपकरण 500 mA खींचता है। शक्ति क्या है?
P = V × I = 5V × 0.5A = 2.5W (मानक यूएसबी 2.0)
एलईडी धारा सीमित करना
5V आपूर्ति, एलईडी को 20 mA और 2V की आवश्यकता है। कौन सा प्रतिरोधक?
वोल्टेज ड्रॉप = 5V - 2V = 3V। R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω। 150Ω या 180Ω का उपयोग करें।
सर्किट ब्रेकर का आकार
तीन उपकरण: 5A, 8A, 3A एक ही सर्किट पर। कौन सा ब्रेकर?
कुल = 5 + 8 + 3 = 16A। सुरक्षा मार्जिन के लिए 20A ब्रेकर का उपयोग करें (अगला मानक आकार)।
बचने के लिए आम गलतियाँ
- **धारा मारती है, वोल्टेज नहीं**: दिल से 100 mA घातक हो सकता है। उच्च वोल्टेज खतरनाक है क्योंकि यह धारा को मजबूर कर सकता है, लेकिन धारा ही नुकसान करती है।
- **AC बनाम DC धारा**: समान स्तर पर 60 Hz AC, DC से ~3-5 गुना अधिक खतरनाक है। AC मांसपेशियों में जकड़न का कारण बनता है। AC गणना के लिए RMS धारा का उपयोग किया जाता है।
- **तार की मोटाई मायने रखती है**: पतले तार उच्च धारा को संभाल नहीं सकते (गर्मी, आग का खतरा)। तार गेज टेबल का उपयोग करें। 15A को न्यूनतम 14 AWG की आवश्यकता होती है।
- **रेटिंग से अधिक न हों**: घटकों की अधिकतम धारा रेटिंग होती है। एलईडी जल जाते हैं, तार पिघल जाते हैं, फ़्यूज़ उड़ जाते हैं, ट्रांजिस्टर विफल हो जाते हैं। हमेशा डेटाशीट की जांच करें।
- **श्रृंखला धारा समान है**: श्रृंखला सर्किट में, धारा हर जगह समान होती है। समानांतर में, जंक्शनों पर धाराएं जुड़ती हैं (किरचॉफ)।
- **शॉर्ट सर्किट**: शून्य प्रतिरोध = सैद्धांतिक रूप से अनंत धारा। वास्तविकता में: स्रोत द्वारा सीमित, क्षति/आग का कारण बनता है। सर्किट को हमेशा सुरक्षित रखें।
धारा के बारे में आकर्षक तथ्य
आपका शरीर ~100 µA का संचालन करता है
जमीन पर खड़े होने पर, आपके शरीर में लगातार ~100 µA का लीकेज करंट पृथ्वी में जाता है। EM क्षेत्रों, स्थैतिक आवेशों, रेडियो तरंगों से। पूरी तरह से सुरक्षित और सामान्य। हम विद्युत प्राणी हैं!
बिजली 20,000-200,000 एम्पीयर है
औसत बिजली का झटका: 20-30 kA (20,000 A)। शिखर 200 kA तक पहुंच सकता है। लेकिन अवधि <1 मिलीसेकंड है। कुल आवेश: केवल ~15 कूलम्ब। उच्च धारा, कम समय = जीवित रहने योग्य (कभी-कभी)।
मानव दर्द की दहलीज: 1 mA
1 mA 60 Hz AC: झुनझुनी सनसनी। 10 mA: मांसपेशियों पर नियंत्रण खोना। 100 mA: वेंट्रिकुलर फिब्रिलेशन (घातक)। 1 A: गंभीर जलन, कार्डियक अरेस्ट। धारा का मार्ग मायने रखता है — दिल के माध्यम से सबसे खराब है।
सुपरकंडक्टर्स: अनंत धारा?
शून्य प्रतिरोध = अनंत धारा? बिल्कुल नहीं। सुपरकंडक्टर्स में 'क्रांतिक धारा' होती है — इसे पार करें, और सुपरकंडक्टिविटी टूट जाती है। ITER संलयन रिएक्टर: सुपरकंडक्टिंग कॉइल्स में 68 kA। कोई गर्मी नहीं, कोई नुकसान नहीं!
एलईडी धारा महत्वपूर्ण है
एलईडी धारा-चालित होते हैं, वोल्टेज नहीं। समान वोल्टेज, अलग धारा = अलग चमक। बहुत अधिक धारा? एलईडी तुरंत मर जाती है। हमेशा एक धारा-सीमित प्रतिरोधक या एक स्थिर-धारा चालक का उपयोग करें।
रेल गन को मेगाएम्पीयर की आवश्यकता होती है
इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेल गन: माइक्रोसेकंड के लिए 1-3 MA (मिलियन एम्प्स)। लोरेंट्ज़ बल प्रक्षेप्य को मैक 7+ तक गति देता है। बड़े संधारित्र बैंकों की आवश्यकता होती है। भविष्य का नौसैनिक हथियार।
ऐतिहासिक विकास
1800
वोल्टा ने बैटरी का आविष्कार किया। निरंतर विद्युत धारा का पहला स्रोत। प्रारंभिक विद्युत प्रयोगों को सक्षम करता है।
1820
ओर्स्टेड ने खोजा कि धारा एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। बिजली और चुंबकत्व को जोड़ता है। विद्युत चुंबकत्व का आधार।
1826
ओम ने V = IR प्रकाशित किया। ओम का नियम वोल्टेज, धारा, प्रतिरोध के बीच संबंध का वर्णन करता है। शुरू में खारिज कर दिया गया, अब मौलिक है।
1831
फैराडे ने विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की खोज की। एक बदलता चुंबकीय क्षेत्र धारा बनाता है। जनरेटर और ट्रांसफार्मर को सक्षम करता है।
1881
पहला अंतर्राष्ट्रीय विद्युत कांग्रेस एम्पीयर को धारा की 'व्यावहारिक इकाई' के रूप में परिभाषित करता है।
1893
टेस्ला की AC प्रणाली ने विश्व मेले में 'धाराओं का युद्ध' जीता। AC धारा को बदला जा सकता है, DC को नहीं (उस समय)।
1948
CGPM एम्पीयर को परिभाषित करता है: 'स्थिर धारा जो समानांतर कंडक्टरों के बीच 2×10⁻⁷ N/m बल उत्पन्न करती है।'
2019
SI पुनर्परिभाषा: एम्पीयर अब प्राथमिक आवेश (e) से परिभाषित है। 1 A = (e/1.602×10⁻¹⁹) इलेक्ट्रॉन प्रति सेकंड। परिभाषा के अनुसार सटीक।
प्रो टिप्स
- **त्वरित mA से A**: 1000 से विभाजित करें। 250 mA = 0.25 A।
- **धारा समानांतर में जुड़ती है**: दो 5A शाखाएं = कुल 10A। श्रृंखला: हर जगह समान धारा।
- **तार गेज की जांच करें**: 15A को न्यूनतम 14 AWG की आवश्यकता है। 20A को 12 AWG की आवश्यकता है। आग का जोखिम न लें।
- **धारा को श्रृंखला में मापें**: एमीटर धारा के पथ में जाता है (सर्किट तोड़ता है)। वोल्टमीटर समानांतर में जाता है।
- **AC RMS बनाम पीक**: 120V AC RMS → 170V पीक। धारा समान है: गणना के लिए RMS।
- **फ्यूज सुरक्षा**: फ्यूज की रेटिंग सामान्य धारा का 125% होनी चाहिए। शॉर्ट्स से बचाता है।
- **वैज्ञानिक संकेतन ऑटो**: पठनीयता के लिए < 1 µA या > 1 GA मान वैज्ञानिक संकेतन के रूप में प्रदर्शित होते हैं।
पूर्ण इकाइयाँ संदर्भ
SI इकाइयाँ
| इकाई का नाम | प्रतीक | एम्पीयर समतुल्य | उपयोग नोट्स |
|---|---|---|---|
| एम्पीयर | A | 1 A (base) | SI आधार इकाई; 1 A = 1 C/s = 1 W/V (सटीक)। |
| मेगाएम्पीयर | MA | 1.0 MA | बिजली (~20-30 kA), रेल गन, चरम औद्योगिक प्रणालियाँ। |
| किलोएम्पीयर | kA | 1.0 kA | वेल्डिंग (100-400 A), बड़े मोटर, औद्योगिक बिजली प्रणालियाँ। |
| मिलीएम्पीयर | mA | 1.0000 mA | एलईडी (20 mA), कम-शक्ति सर्किट, सेंसर धाराएं। |
| माइक्रोएम्पीयर | µA | 1.0000 µA | जैविक संकेत, सटीक उपकरण, बैटरी रिसाव। |
| नैनोएम्पीयर | nA | 1.000e-9 A | तंत्रिका आवेग, आयन चैनल, अति-कम शक्ति उपकरण। |
| पिकोएम्पीयर | pA | 1.000e-12 A | एकल-अणु माप, टनलिंग माइक्रोस्कोपी। |
| फेमटोएम्पीयर | fA | 1.000e-15 A | आयन चैनल अध्ययन, आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स, क्वांटम उपकरण। |
| एट्टोएम्पीयर | aA | 1.000e-18 A | एकल-इलेक्ट्रॉन टनलिंग, सैद्धांतिक क्वांटम सीमा। |
सामान्य इकाइयाँ
| इकाई का नाम | प्रतीक | एम्पीयर समतुल्य | उपयोग नोट्स |
|---|---|---|---|
| कूलम्ब प्रति सेकंड | C/s | 1 A (base) | एम्पीयर के बराबर: 1 A = 1 C/s। आवेश प्रवाह परिभाषा दिखाता है। |
| वाट प्रति वोल्ट | W/V | 1 A (base) | एम्पीयर के बराबर: 1 A = 1 W/V, P = VI से। शक्ति संबंध। |
विरासत और वैज्ञानिक
| इकाई का नाम | प्रतीक | एम्पीयर समतुल्य | उपयोग नोट्स |
|---|---|---|---|
| एबएम्पीयर (EMU) | abA | 10.0 A | CGS-EMU इकाई = 10 A। अप्रचलित विद्युत चुम्बकीय इकाई। |
| स्टैटएम्पीयर (ESU) | statA | 3.336e-10 A | CGS-ESU इकाई ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A। अप्रचलित इलेक्ट्रोस्टैटिक इकाई। |
| बायोट | Bi | 10.0 A | एबेम्पीयर के लिए वैकल्पिक नाम = 10 A। CGS विद्युत चुम्बकीय इकाई। |
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
धारा और वोल्टेज में क्या अंतर है?
वोल्टेज विद्युत दबाव है (पानी के दबाव की तरह)। धारा प्रवाह दर है (पानी के प्रवाह की तरह)। उच्च वोल्टेज का मतलब उच्च धारा नहीं है। आपके पास 10,000V के साथ 1 mA (स्थैतिक झटका) या 12V के साथ 100 A (कार स्टार्टर) हो सकता है। वोल्टेज धक्का देता है, धारा बहती है।
कौन अधिक खतरनाक है: वोल्टेज या धारा?
धारा मारती है, वोल्टेज नहीं। आपके दिल से 100 mA घातक हो सकता है। लेकिन उच्च वोल्टेज आपके शरीर के माध्यम से धारा को मजबूर कर सकता है (V = IR)। इसीलिए उच्च वोल्टेज खतरनाक है — यह आपके शरीर के प्रतिरोध पर काबू पा लेता है। धारा हत्यारा है, वोल्टेज प्रवर्तक है।
AC धारा DC से अलग क्यों महसूस होती है?
60 हर्ट्ज AC पावर ग्रिड की आवृत्ति पर मांसपेशियों में संकुचन का कारण बनता है। आप छोड़ नहीं सकते (मांसपेशियों का लॉक)। DC एक ही झटका देता है। समान धारा स्तर पर AC 3-5 गुना अधिक खतरनाक है। इसके अलावा: AC RMS मान = प्रभावी DC समतुल्य (120V AC RMS ≈ 170V पीक)।
एक सामान्य घर कितनी धारा का उपयोग करता है?
पूरा घर: 100-200 A सेवा पैनल। एक आउटलेट: 15 A सर्किट। लाइट बल्ब: 0.5 A। माइक्रोवेव: 10-15 A। एयर कंडीशनर: 15-30 A। इलेक्ट्रिक कार चार्जर: 30-80 A। कुल भिन्न होता है, लेकिन पैनल अधिकतम को सीमित करता है।
क्या आप बिना वोल्टेज के धारा प्राप्त कर सकते हैं?
सुपरकंडक्टर्स में, हाँ! शून्य प्रतिरोध का मतलब है कि धारा शून्य वोल्टेज के साथ बहती है (V = IR = 0)। एक स्थायी धारा हमेशा के लिए बह सकती है। सामान्य कंडक्टरों में, नहीं — आपको धारा को धकेलने के लिए वोल्टेज की आवश्यकता होती है। वोल्टेज ड्रॉप = धारा × प्रतिरोध।
USB 0.5-5 A तक ही सीमित क्यों है?
यूएसबी केबल पतली है (उच्च प्रतिरोध)। बहुत अधिक धारा = अत्यधिक गर्मी। यूएसबी 2.0: 0.5 A (2.5W)। यूएसबी 3.0: 0.9 A। यूएसबी-सी पीडी: 5 A तक (100W)। मोटे तार, बेहतर शीतलन और सक्रिय बातचीत सुरक्षित रूप से उच्च धाराओं की अनुमति देते हैं।
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