NCERT Class 10 Science Chapter 12 विद्युत
NCERT Solutions for Class 10 Science Chapter 12 विद्युत
पाठगत-प्रश्न:
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प्रश्न 1. विद्युत परिपथ का क्या अर्थ है?
उत्तर:
एक सतत और बंद पथ जिसके साथ विद्युत धारा प्रवाहित होती है, विद्युत परिपथ कहलाता है।
प्रश्न 2. धारा की इकाई को परिभाषित कीजिए।
उत्तर:
धारा की इकाई एम्पीयर है। यदि किसी चालक के किसी भाग से एक सेकंड में एक कूलॉम आवेश प्रवाहित होता है, तो उससे प्रवाहित धारा एक एम्पीयर कहलाती है।
I =
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प्रश्न 1. उस उपकरण का नाम बताइए जो किसी चालक के आर-पार विभवांतर बनाए रखने में मदद करता है।
उत्तर:
बैटरी।
प्रश्न 2. दो बिंदुओं के बीच विभवांतर IV है, इसका क्या अर्थ है?
उत्तर:
दो बिंदुओं के बीच विभवांतर 1 वोल्ट कहा जाता है यदि 1 कूलॉम विद्युत आवेश को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाने में 1 जूल कार्य किया जाता है।
प्रश्न 3. 6V बैटरी से गुजरने वाले प्रत्येक कूलॉम आवेश को कितनी ऊर्जा दी जाती है?
उत्तर:
बैटरी द्वारा दी गई ऊर्जा = आवेश x विभवांतर
या W = QV = 1C X 6V = 6J.
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प्रश्न 1. किसी चालक का प्रतिरोध किन कारकों पर निर्भर करता है?
अथवा
उन कारकों की सूची बनाइए जिन पर तार के आकार के चालक का प्रतिरोध निर्भर करता है। [CBSE2018]
उत्तर:
किसी चालक का प्रतिरोध (i) उसकी लंबाई पर (ii) उसके अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल पर तथा (iii) उसके पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर करता है।
प्रश्न 2. क्या एक ही पदार्थ के मोटे तार या पतले तार को एक ही स्रोत से जोड़ने पर धारा अधिक आसानी से प्रवाहित होगी? क्यों?
उत्तर:
समान पदार्थ के पतले तार की तुलना में मोटे तार में धारा अधिक आसानी से प्रवाहित होगी। किसी चालक का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल जितना बड़ा होगा, इलेक्ट्रॉनों के लिए चालक में गति करना उतना ही आसान होगा। इसलिए, चालक का प्रतिरोध भी कम होगा।
प्रश्न 3. मान लीजिए किसी विद्युत अवयव का प्रतिरोध स्थिर रहता है जबकि अवयव के दोनों सिरों के बीच विभवांतर घटकर उसके पूर्व मान का आधा हो जाता है। इससे प्रवाहित धारा में क्या परिवर्तन होगा?
उत्तर:
जब विभवांतर आधा हो जाता है, तो अवयव से प्रवाहित धारा भी घटकर उसके प्रारंभिक मान का आधा हो जाती है। यह ओम के नियम अर्थात V ∝ I के अनुसार है।
प्रश्न 4. विद्युत टोस्टर और विद्युत इस्त्री के कॉइल शुद्ध धातु के बजाय मिश्र धातु से क्यों बने होते हैं?
अथवा
विद्युत तापन उपकरणों में आमतौर पर मिश्र धातुओं का उपयोग क्यों किया जाता है? कारण दिया गया है। [सीबीएसई 2018]
उत्तर:
विद्युत टोस्टर, विद्युत इस्त्री और अन्य तापन उपकरणों के कॉइल शुद्ध धातु के बजाय मिश्र धातु से बने होते हैं क्योंकि (i) मिश्र धातु की प्रतिरोधकता शुद्ध धातु की तुलना में बहुत अधिक होती है, और (ii) मिश्र धातु उच्च तापमान पर भी आसानी से ऑक्सीकरण (या जलना) नहीं करती है, जब यह लाल गर्म होती है।
प्रश्न 5. निम्नलिखित के उत्तर देने के लिए सारणी 12.2 (एनसीईआरटी पुस्तक के पृष्ठ 207 पर) में दिए गए डेटा का उपयोग करें:
(i) लोहे और पारे में से कौन सा एक अच्छा कंडक्टर है?
(ii) कौन सा पदार्थ सबसे अच्छा कंडक्टर है?
उत्तर:
(i) लोहे की प्रतिरोधकता = 10.0 x 10 -8 Ω m
पारे की प्रतिरोधकता = 94.0 x 10 -8 Ω m।
इस प्रकार लोहा एक अच्छा कंडक्टर है क्योंकि इसमें पारे की तुलना में कम प्रतिरोधकता है।
(ii) क्योंकि चांदी की प्रतिरोधकता सबसे कम है (= 1.60 x 10 -8 Ω m), इसलिए चांदी सबसे अच्छा कंडक्टर है।
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प्रश्न 1. एक परिपथ का योजनाबद्ध आरेख बनाइए जिसमें 2 वोल्ट के तीन सेलों वाली एक बैटरी, एक 5Ω प्रतिरोधक, एक 8Ω प्रतिरोधक, एक 12Ω प्रतिरोधक, और एक प्लग कुंजी, सभी श्रेणीक्रम में जुड़े हुए हैं।
उत्तर:
आवश्यक परिपथ आरेख नीचे दर्शाया गया है:
प्रश्न 2. प्रश्न 1 का परिपथ पुनः बनाइए, प्रतिरोधकों से प्रवाहित धारा मापने के लिए एक ऐमीटर और 12 Ω प्रतिरोधक के सिरों के बीच विभवांतर मापने के लिए एक वोल्टमीटर लगाइए। ऐमीटर और वोल्टमीटर के पाठ्यांक क्या होंगे?
हल:
आवश्यक परिपथ आरेख दाईं ओर दर्शाया गया है।
कुल वोल्टता, V = 3 x 2 = 6V
कुल प्रतिरोध, R = 5Ω + 8Ω + 12Ω = 25Ω
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प्रश्न 1. जब निम्नलिखित समानांतर में जुड़े होते हैं तो समतुल्य प्रतिरोध का न्याय करें:
(i) 1 Ω और 106 Ω,
(ii) 1 Ω और 103 Ω और 106 Ω।
उत्तर:
जब प्रतिरोध समानांतर में जुड़े होते हैं, तो समतुल्य प्रतिरोध सबसे छोटे व्यक्तिगत प्रतिरोध से छोटा होता है।
(i) समतुल्य प्रतिरोध < 1 Ω।
(ii) समतुल्य प्रतिरोध < 1 Ω।
प्रश्न 2. विद्युत उपकरणों को श्रेणीक्रम में जोड़ने के बजाय बैटरी के साथ समानांतर क्रम में जोड़ने के क्या लाभ हैं?
उत्तर:
विद्युत उपकरणों को बैटरी के साथ समानांतर क्रम में जोड़ने के लाभ हैं:
- समानांतर परिपथ में यदि कोई विद्युत उपकरण किसी खराबी के कारण काम करना बंद कर देता है, तो अन्य सभी उपकरण सामान्य रूप से काम करते रहते हैं।
- समानांतर सर्किट में, प्रत्येक विद्युत उपकरण का अपना स्विच होता है जिसके कारण इसे अन्य उपकरणों को प्रभावित किए बिना स्वतंत्र रूप से चालू या बंद किया जा सकता है।
- समानांतर सर्किट में, प्रत्येक विद्युत उपकरण को विद्युत आपूर्ति लाइन के समान वोल्टेज (220 V) मिलता है।
- विद्युत उपकरणों के समानांतर कनेक्शन में, घरेलू सर्किट का समग्र प्रतिरोध कम हो जाता है जिसके कारण बिजली की आपूर्ति से करंट अधिक होता है।
प्रश्न 3. 2Ω, 3Ω और 6Ω प्रतिरोधों वाले तीन प्रतिरोधकों को किस प्रकार जोड़ा जा सकता है कि कुल प्रतिरोध (i) 4Ω, (ii) 1Ω हो?
हल:
(i) हम 2Ω प्रतिरोध को 3Ω और 6Ω के समांतर संयोजन के साथ श्रेणीक्रम में जोड़कर 4Ω का कुल प्रतिरोध प्राप्त कर सकते हैं।
(ii) हम 2Ω, 3Ω और 6Ω के प्रतिरोधकों को समांतरक्रम में जोड़कर 1Ω का कुल प्रतिरोध प्राप्त कर सकते हैं।
प्रश्न 4. 4 Ω, 8 Ω, 12 Ω, 24 Ω प्रतिरोधों वाली चार कुंडलियों के संयोजन द्वारा प्राप्त किया जा सकने वाला (i) उच्चतम, (ii) न्यूनतम कुल प्रतिरोध क्या है?
हल:
(i) चारों कुंडलियों को श्रेणीक्रम में जोड़कर उच्चतम प्रतिरोध प्राप्त किया जा सकता है।
तब, R = 4Ω + 8Ω + 12Ω + 24Ω = 48Ω
(ii) चारों कुंडलियों को समांतर क्रम में जोड़कर न्यूनतम प्रतिरोध प्राप्त किया जा सकता है।
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प्रश्न 1. विद्युत हीटर की डोरी क्यों नहीं चमकती जबकि हीटिंग तत्व चमकता है?
हल:
एक परिपथ में उत्पन्न ऊष्मा I 2 R t द्वारा दी गई है। नाइक्रोम से बने विद्युत हीटर का हीटिंग तत्व चमकता है क्योंकि इसके उच्च प्रतिरोध के कारण धारा प्रवाहित करने पर उत्पन्न बड़ी मात्रा में ऊष्मा के कारण यह लाल-तप्त हो जाता है, लेकिन तांबे से बने विद्युत हीटर की डोरी नहीं चमकती क्योंकि इसके अत्यंत कम प्रतिरोध के कारण धारा प्रवाहित करने पर इसमें नगण्य ऊष्मा उत्पन्न होती है।
प्रश्न 2. 50 V के विभवांतर से एक घंटे में 96000 कूलॉम आवेश स्थानांतरित करते समय उत्पन्न ऊष्मा की गणना करें।
हल:
यहाँ, Q = 96,000 C, t = 1 घंटा = 1 x 60 x 60 सेकंड = 3,600 s, V = 50 V
उत्पन्न ऊष्मा, H = VQ = 50Vx 96,000 C = 48,00,000 J = 4.8 x 10 6 J
प्रश्न 3. 20Ω प्रतिरोध वाली एक विद्युत इस्त्री 5 A धारा प्रवाहित करती है। 30 s में उत्पन्न ऊष्मा की गणना कीजिए।
हल:
यहाँ, R = 20 Ω, i = 5 A, t = 3s
उत्पन्न ऊष्मा, H = I 2 R t = 25 x 20 x 30 = 15,000 J = 1.5 x 10 4 J
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प्रश्न 1. किसी धारा द्वारा ऊर्जा वितरण की दर क्या निर्धारित करती है?
उत्तर:
परिपथ का प्रतिरोध उस दर को निर्धारित करता है जिस पर धारा द्वारा ऊर्जा वितरण होता है।
प्रश्न 2. एक विद्युत मोटर 220 V लाइन से 5 A धारा लेती है। मोटर की शक्ति और 2 घंटे में खपत हुई ऊर्जा ज्ञात कीजिए।
उत्तर:
यहाँ, I = 5 A, V = 220 V, t = 2h = 7,200 s
शक्ति, P = VI = 220 x 5 = 1100 W
खपत हुई ऊर्जा = P xt = 100 W x 7200 s = 7,20,000 J = 7.2 x 10 5 J
अभ्यास-प्रश्नावली
प्रश्न 1. प्रतिरोध R के किसी तार के टुकड़े को पाँच बराबर भागों में काटा जाता है। इन टुकड़ों को फिर पार्श्वक्रम में संयोजित कर देते हैं। यदि संयोजन का तुल्य प्रतिरोध R’ है तो R/R′ अनुपात का मान
क्या है-
(a) 1/25
(b) 1/5
(c) 5
(d) 25
उत्तर: (d) 25
प्रश्न 2. निम्नलिखित में से कौन-सा पद विद्युत परिपथ में विद्युत शक्ति को निरूपित नहीं करता?
(a) I2R
(b) IR2
(c) VI
(d) V2/R
उत्तर:
(b) IR2
हल: P = VI = I2R = V2/R
प्रश्न 3. किसी विद्युत बल्ब का अनुमंताक 220 V; 100 W है। जब इसे 110 V पर प्रचालित करते हैं तब इसके द्वारा उपभुक्त शक्ति कितनी होती है?
(a) 100 W
(b) 75 W
(c) 50 W
(d) 25 W
उत्तर:
(d) 25 W
प्रश्न 4. दो चालक तार जिनके पदार्थ, लंबाई तथा व्यास समान हैं किसी विद्युत परिपथ में पहले श्रेणीक्रम में और फिर पार्श्वक्रम में संयोजित किए जाते हैं। श्रेणीक्रम तथा पार्श्वक्रम संयोजन में उत्पन्न ऊष्माओं का अनुपात क्या होगा?
(a) 1:2
(b) 2:1
(c) 1:4
(d) 4:1
उत्तर: (c) 1:4
प्रश्न 5. किसी विद्युत परिपथ में दो बिन्दुओं के बीच विभवांतर मापने के लिए वोल्टमीटर को किस प्रकार संयोजित किया जाता है?
उत्तर:
वोल्टमीटर को हमेशा पार्श्वक्रम में संयोजित किया जाता है ।
प्रश्न 6. किसी प्रतिरोधक में प्रवाहित धारा I के मान, प्रतिरोधक के सिरों पर विभवांतर V के संगत मानों के लिए नीचे दिए गए हैं:
V और I के बीच एक ग्राफ खींचिए और प्रतिरोधक का प्रतिरोध ज्ञात कीजिए।
हल:
उपरोक्त आँकड़ों के लिए V और I के बीच का ग्राफ नीचे दिया गया है।
ग्राफ का ढलान प्रतिरोध का मान देगा।
आइए ग्राफ पर दो बिंदु P और Q लें।
और P से Y-अक्ष के अनुदिश, जो बिंदु R पर मिलते हैं।
अब, QR = 10.2V – 34V = 6.8V
और PR = 3 – 1 = 2 एम्पियर
अतः, प्रतिरोध R = 3.4 Ω
प्रश्न 7. किसी अज्ञात प्रतिरोध के प्रतिरोधक के सिरों से 12 V की बैटरी को संयोजित करने पर परिपथ में 2.5 mA विद्युत धारा प्रवाहित होती है। प्रतिरोधक का प्रतिरोध परिकलित कीजिए।
उत्तर :-
वोल्ट = 12v ,
प्रश्न 8. 220 वोल्ट की लाइन पर 5 A धारा प्रवाहित करने के लिए कितने 176 Ω प्रतिरोधक (समानांतर में) आवश्यक हैं? [सीबीएसई (दिल्ली) 2013]
हल:
मान लीजिए 176 Ω के n प्रतिरोधक समान्तर क्रम में जुड़े हैं।
अतः 4 प्रतिरोधकों को जोड़ने की आवश्यकता है।
प्रश्न 9. 220 वोल्ट की विद्युत लाइन से जुड़े एक विद्युत ओवन की एक हॉट प्लेट में दो प्रतिरोध कुण्डलियाँ A और B हैं, जिनमें से प्रत्येक का प्रतिरोध 24 Ω है, और इन्हें अलग-अलग, श्रेणीक्रम में या समांतर क्रम में उपयोग किया जा सकता है। तीनों स्थितियों में धाराएँ क्या हैं?
हल:
(i) जब दो कुण्डलियाँ A और B अलग-अलग उपयोग की जाती हैं। R = 24 Ω, V = 220 V
(ii) जब दो कुंडलियों को श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है,
(iii) जब दो कुण्डलियाँ समान्तर क्रम में जुड़ी होती हैं।
प्रश्न 10. दो लैंप, जिनमें से एक 220 V पर 100 W रेटेड है और दूसरा 220 V पर 60 W रेटेड है, विद्युत मेन्स सप्लाई से समांतर क्रम में जुड़े हुए हैं। यदि सप्लाई वोल्टेज 220 V है, तो लाइन से कितनी धारा ली जाती है? [CBSE 2018]
हल:
पहले लैंप की शक्ति (P 1 ) = 100 W
विभवांतर (V) = 220 V
प्रश्न 11. कौन अधिक ऊर्जा का उपयोग करता है, 1 घंटे में 250 वाट का टीवी सेट, या 10 मिनट में 1200 वाट का टोस्टर?
हल:
1 घंटे में 250 वाट के टीवी सेट द्वारा उपयोग की जाने वाली ऊर्जा = 250 वाट x 1 घंटा = 250 वाट घंटा
10 मिनट में 1200 वाट के टोस्टर द्वारा उपयोग की जाने वाली ऊर्जा = 1200 वाट x 10 मिनट
= 1200 x
इस प्रकार, टीवी सेट टोस्टर की तुलना में अधिक ऊर्जा का उपयोग करता है।
प्रश्न 12. 8 Ω प्रतिरोध का एक विद्युत हीटर 2 घंटे तक मुख्य धारा से 15 A धारा खींचता है। हीटर में उत्पन्न ऊष्मा की दर की गणना कीजिए।
हल:
यहाँ, R = 8 Ω, 1 = 15 A, t = 2 h
हीटर में उत्पन्न ऊष्मा की दर शक्ति के बराबर होती है।
अतः, P = I 2 R = (15) 2 x 8 = 1800 Js -1
प्रश्न 13. निम्नलिखित की व्याख्या करें:
(i) टंगस्टन का उपयोग लगभग अनन्य रूप से विद्युत लैंप के फिलामेंट के लिए क्यों किया जाता है?
(ii) विद्युत तापन उपकरणों, जैसे ब्रेड-टोस्टर और विद्युत इस्त्री के चालक शुद्ध धातु के बजाय मिश्र धातु से क्यों बने होते हैं?
(in) घरेलू परिपथों में श्रेणीक्रम व्यवस्था का उपयोग क्यों नहीं किया जाता है?
(iv) किसी तार का प्रतिरोध उसके अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के साथ कैसे परिवर्तित होता है? (
v) विद्युत संचरण के लिए सामान्यतः तांबे और एल्युमीनियम के तारों का उपयोग क्यों किया जाता है?
उत्तर:
(i) टंगस्टन का उपयोग लगभग अनन्य रूप से विद्युत लैंप के फिलामेंट के लिए किया जाता है क्योंकि इसका गलनांक बहुत अधिक (3300°C) होता है। टंगस्टन फिलामेंट से विद्युत प्रवाहित करने पर इसका तापमान 2700°C तक पहुँच जाता है और यह बिना पिघले ऊष्मा और प्रकाश ऊर्जा देता है।
(ii) ब्रेड-टोस्टर और इलेक्ट्रिक इस्त्री जैसे विद्युत ताप उपकरणों के कंडक्टर शुद्ध धातु के बजाय मिश्र धातु से बने होते हैं क्योंकि मिश्र धातु की प्रतिरोधकता शुद्ध धातु की तुलना में बहुत अधिक होती है और एक मिश्र धातु उच्च तापमान पर भी आसानी से ऑक्सीकरण (या जल) नहीं करती है।
(iii) श्रेणी व्यवस्था का उपयोग घरेलू सर्किट के लिए नहीं किया जाता है क्योंकि श्रेणी सर्किट में, यदि एक विद्युत उपकरण किसी दोष के कारण काम करना बंद कर देता है, तो अन्य सभी उपकरण भी काम करना बंद कर देते हैं क्योंकि पूरा सर्किट टूट जाता है।
(iv) एक तार का प्रतिरोध उसके अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के व्युत्क्रमानुपाती होता है, अर्थात प्रतिरोध R ∝ (1/πr 2
) । यदि निश्चित लंबाई के कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन का क्षेत्र बढ़ा दिया जाता है, तो प्रतिरोध कम हो जाता है क्योंकि कंडक्टर में गति के लिए अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।