విద్యుత్, అయస్కాంతత్వం: ఓమ్ నియమం, గృహ వలయాలు…

ముఖ్య వాస్తవాలు

విద్యుత్ ఆవేశం: ప్రమాణం కూలుంబ్ (C). విద్యుత్ ప్రవాహం = ఆవేశం / కాలం; ప్రమాణం ఆంపియర్ (A), దీనిని అమ్మీటర్‌తో (ammeter) కొలుస్తారు (శ్రేణిలో కలుపుతారు).
పొటెన్షియల్ భేదం (potential difference): ప్రమాణం వోల్ట్ (V), దీనిని వోల్టుమీటర్‌తో (voltmeter) కొలుస్తారు (సమాంతరంగా).
ఓమ్ నియమం: స్థిర ఉష్ణోగ్రత (temperature) వద్ద V = IR. నిరోధం (resistance) ప్రమాణం: ఓమ్.
తీగ పొడవు పెరిగితే నిరోధం పెరుగుతుంది, మందమైన అడ్డుకోత ఉంటే తగ్గుతుంది. విశిష్ట నిరోధం (resistivity) పదార్థం, ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడుతుంది.
శ్రేణి (series): ప్రవాహం ఒకటే; నిరోధాలు కూడుకుంటాయి. సమాంతరం (parallel): వోల్టేజ్ ఒకటే; వ్యుత్క్రమాల మొత్తం. ఇళ్లలో వైరింగ్ సమాంతరం.
విద్యుత్ సామర్థ్యం (electric power) P = VI (వాట్). ఉష్ణ ఫలితం (జౌల్ నియమం, Joule's law): H = I²Rt.
ఫ్యూజ్ (fuse): తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం (melting point) గల సన్నని తీగ, దీనిని లైవ్ తీగలో అమరుస్తారు; ప్రవాహం సురక్షిత పరిమితిని మించితే అది కరిగిపోతుంది. ఎంసీబీ (MCB) మళ్లీ ఆన్ చేయగల స్విచ్.
ఎర్తింగ్ (earthing): ఉపకరణం లోహ (metal) దేహాన్ని ఎర్త్ తీగ ద్వారా భూమికి కలుపుతారు, దాంతో లీకేజీ ప్రవాహం భూమిలోకి వెళ్లిపోయి షాక్ తగలదు.
భారతదేశ విద్యుత్ సరఫరా AC, సుమారు 230 V, 50 Hz. సంప్రదాయ రంగు కోడ్: ఎరుపు (లైవ్), నలుపు (న్యూట్రల్), ఆకుపచ్చ (ఎర్త్).
ఆర్‌స్టెడ్ (1820) విద్యుత్ ప్రవాహం అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని సృష్టిస్తుందని చూపించాడు. ఫారడే (1831) విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణను (electromagnetic induction) కనుగొన్నాడు.
మోటార్: విద్యుత్ శక్తిని యాంత్రిక శక్తిగా మారుస్తుంది. జనరేటర్ (డైనమో): యాంత్రిక శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మారుస్తుంది.
ట్రాన్స్‌ఫార్మర్: AC వోల్టేజ్‌ను మారుస్తుంది; AC పైనే పనిచేస్తుంది.

వివరణ

వలయాలు, ఉపకరణాలు

బల్బు ఫిలమెంట్ టంగ్‌స్టన్‌తో (అధిక ద్రవీభవన స్థానం, సుమారు 3,400 °C) తయారవుతుంది, జడ వాయువులో ఉంటుంది. హీటర్ కాయిల్స్‌లో అధిక నిరోధం గల మిశ్రమ లోహం (alloy) నైక్రోమ్ వాడతారు. ఫ్యూజ్ తీగ తగరం-సీసం మిశ్రమం.
అధిక సామర్థ్యం గల ఉపకరణాలకు (గీజర్, ఎయిర్ కండిషనర్) మందమైన తీగలు, ప్రత్యేక వలయం అవసరం.
విద్యుత్ శక్తి బిల్లును కిలోవాట్-గంటల్లో లెక్కిస్తారు: 1 kWh = 1 "యూనిట్" = 3.6 x 10⁶ J.

అయస్కాంతత్వం ప్రాథమికాంశాలు

సజాతి ధ్రువాలు వికర్షించుకుంటాయి, విజాతి ధ్రువాలు ఆకర్షించుకుంటాయి. అయస్కాంతం బయట క్షేత్ర రేఖలు ఉత్తర ధ్రువం నుంచి వెలువడి దక్షిణ ధ్రువంలోకి ప్రవేశిస్తాయి, మూసిన వలయాలుగా ఏర్పడతాయి; అవి ఎప్పుడూ ఒకదానినొకటి ఖండించుకోవు.
భూమి ఒక దండ అయస్కాంతంలా పనిచేస్తుంది; స్వేచ్ఛగా వేలాడదీసిన అయస్కాంతం ఉత్తర-దక్షిణ దిశలో నిలుస్తుంది (దిక్సూచి).
విద్యుత్ ప్రవాహం గల తీగ చుట్టూ క్షేత్ర దిశను కుడిచేతి బొటనవేలు నియమం తెలుపుతుంది. మెత్తని ఇనుప కోర్ గల సోలెనాయిడ్ (solenoid) విద్యుదయస్కాంతం అవుతుంది (క్రేన్లు, విద్యుత్ గంటలు).

దిశను తెలిపే నియమాలు

ఫ్లెమింగ్ ఎడమచేతి నియమం: అయస్కాంత క్షేత్రంలో విద్యుత్ ప్రవాహం గల వాహకంపై పనిచేసే బలం (మోటార్).
ఫ్లెమింగ్ కుడిచేతి నియమం: ప్రేరిత ప్రవాహం దిశ (జనరేటర్).

విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ. కాయిల్ దగ్గర అయస్కాంతాన్ని కదిలిస్తే లేదా దాని గుండా వెళ్లే క్షేత్రాన్ని మారిస్తే కాయిల్‌లో ప్రవాహం ప్రేరితమవుతుంది. AC జనరేటర్లు ఏకాంతర ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి; DC జనరేటర్లు చీలిన వలయ కమ్యుటేటర్‌ను (split-ring commutator) ఉపయోగిస్తాయి.

ట్రాన్స్‌ఫార్మర్

అన్యోన్య ప్రేరణ (mutual induction) ఆధారంగా పనిచేస్తుంది: Vs/Vp = Ns/Np.
స్టెప్-అప్: ద్వితీయ కాయిల్‌లో ఎక్కువ చుట్లు. స్టెప్-డౌన్: తక్కువ చుట్లు.
ప్రవాహం, తద్వారా I²R ఉష్ణ నష్టం తక్కువగా ఉండేందుకు విద్యుత్‌ను అధిక వోల్టేజ్ వద్ద ప్రసారం చేస్తారు; ఇళ్ల దగ్గర దానిని తగ్గిస్తారు.

తరచూ చేసే పొరపాట్లు

✗ "అమ్మీటర్‌ను సమాంతరంగా కలుపుతారు." ✓ శ్రేణిలో; వోల్టుమీటర్ సమాంతరంగా ఉంటుంది.
✗ "ఇంటి వలయాలు శ్రేణిలో ఉంటాయి." ✓ అవి సమాంతరం, అందుకే ప్రతి ఉపకరణానికి పూర్తి వోల్టేజ్ అందుతుంది.
✗ "ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ DC పై పనిచేస్తుంది." ✓ AC పైనే; DC వల్ల ఫ్లక్స్ మారదు.
✗ "ఫ్యూజ్‌ను న్యూట్రల్ తీగలో అమరుస్తారు." ✓ దానిని లైవ్ తీగలో అమరుస్తారు.
✗ "మోటార్, జనరేటర్ ఒకే ఫ్లెమింగ్ నియమాన్ని పాటిస్తాయి." ✓ మోటార్: ఎడమచేతి; జనరేటర్: కుడిచేతి.
✗ "విద్యుత్ ప్రవాహం అయస్కాంతత్వాన్ని సృష్టిస్తుందని ఫారడే కనుగొన్నాడు." ✓ అది ఆర్‌స్టెడ్; ఫారడే ప్రేరణను కనుగొన్నాడు.

త్వరిత పునశ్చరణ

V = IR; నిరోధం ప్రమాణం ఓమ్.
అమ్మీటర్ శ్రేణిలో; వోల్టుమీటర్ సమాంతరంగా.
గృహ వైరింగ్ సమాంతరం; సరఫరా సుమారు 230 V, 50 Hz.
ఫ్యూజ్ లైవ్ తీగలో; ఎర్తింగ్ షాక్‌ను నివారిస్తుంది.
1 kWh = 1 యూనిట్ = 3.6 x 10⁶ J.
మోటార్: ఎడమచేతి నియమం; జనరేటర్: కుడిచేతి నియమం.
ఆర్‌స్టెడ్ 1820; ఫారడే 1831.
ట్రాన్స్‌ఫార్మర్: AC పైనే; అధిక వోల్టేజ్ ప్రసారం నష్టాన్ని తగ్గిస్తుంది.

ఇంకా లోతుగా: లోతైన విశ్లేషణ, మెయిన్స్ రాత (APPSC Paper I సాధారణంగా అడిగే స్థాయి కంటే ఎక్కువ)

లోతైన విశ్లేషణ

లెంజ్ నియమం: ప్రేరిత ప్రవాహం దానికి కారణమైన మార్పును వ్యతిరేకిస్తుంది (శక్తి నిత్యత్వం).
AC, DC మధ్య తేడా: ACని సులభంగా మార్చవచ్చు, కాబట్టి ప్రసారంలో అదే ప్రధానం. DC బ్యాటరీల్లో నిల్వ ఉంటుంది; సౌర ఘటాలు (solar cells) DC ఇస్తాయి, వాటికి ఇన్వర్టర్లు అవసరం. అధిక వోల్టేజ్ దూర ప్రసార లింకుల్లో (HVDC) కూడా ఏకముఖ ప్రవాహం వాడతారు.
ఘటాలు: ప్రాథమిక ఘటాలను (పొడి ఘటం) మళ్లీ చార్జ్ చేయలేం; ద్వితీయ ఘటాలను (లెడ్-ఆమ్ల, లిథియం-అయాన్) చేయవచ్చు. లెడ్-ఆమ్ల ఘటం సుమారు 2 V ఇస్తుంది.
సెమీకండక్టర్లు (semiconductors): వీటి వాహకత లోహాలకు, బంధకాలకు మధ్య ఉంటుంది; సిలికాన్, జెర్మేనియం. డయోడ్ ఒకే దిశలో ప్రవాహాన్ని అనుమతిస్తుంది (రెక్టిఫయర్); ఎల్ఈడీ (LED) కాంతిని వెలువరిస్తుంది; ట్రాన్సిస్టర్ సంకేతాలను వర్ధనం చేస్తుంది లేదా స్విచ్ చేస్తుంది.
అతివాహకత (superconductivity): ఒక కీలక ఉష్ణోగ్రత కంటే దిగువన నిరోధం సున్నా; కామర్లింగ్ ఓన్స్ 1911లో కనుగొన్నాడు (సుమారు 4 K వద్ద పాదరసం). ఎంఆర్ఐ (MRI) అయస్కాంతాల్లో, మాగ్లెవ్‌లో వాడతారు.
జాతీయ గ్రిడ్: భారతదేశ ప్రాంతీయ గ్రిడ్‌లను డిసెంబర్ 2013లో ఒకే జాతీయ గ్రిడ్‌గా అనుసంధానించారు (దక్షిణ గ్రిడ్ చివరగా చేరింది).
లఘు వలయం (షార్ట్ సర్క్యూట్) (short circuit; లైవ్ తీగ న్యూట్రల్‌ను తాకడం), ఓవర్‌లోడింగ్ (overloading; ఎక్కువ ఉపకరణాలు) గృహ వలయంలో అధిక ప్రవాహానికి రెండు కారణాలు.

మెయిన్స్ రాత

చట్రం: విద్యుత్ సరఫరా అభివృద్ధికి పునాది; దాని భద్రత, సామర్థ్యం సరళమైన భౌతిక సూత్రాలపై ఆధారపడతాయి.
విశ్లేషణ:
- ప్రసార, పంపిణీ నష్టాలు సరఫరా అయ్యే విద్యుత్‌ను తగ్గిస్తాయి; అధిక వోల్టేజ్ లైన్లు I²R నష్టాన్ని తగ్గిస్తాయి.
- పునరుత్పాదక విద్యుత్‌కు ఇన్వర్టర్లు, నిల్వ అవసరం; దాంతో DC/AC మార్పిడి, బ్యాటరీ సాంకేతికత ప్రాధాన్యం పెరిగింది.
- విద్యుత్ ప్రమాదాలు ఎక్కువగా సరైన ఎర్తింగ్ లేకపోవడం, లోపభూయిష్ట వైరింగ్ వల్ల జరుగుతాయి.
ముందున్న మార్గం: స్మార్ట్ మీటర్లు, ఐఎస్ఐ (ISI) గుర్తు గల ఉపకరణాలు, రెసిడ్యువల్-కరెంట్ పరికరాలు (residual-current devices), పునరుత్పాదక విద్యుత్ కోసం బలమైన గ్రిడ్.
ఉదాహరణ: విద్యుత్ వాహనాలు (electric vehicles) బ్యాటరీలతో నడిచే మోటార్లే; రీజెనరేటివ్ బ్రేకింగ్ మోటార్‌ను జనరేటర్‌గా మార్చి శక్తిని తిరిగి పొందుతుంది.

Medha AI writes its own notes and checks them against the sources listed. Medha AI is an independent preparation service. It is not affiliated with, endorsed by or connected to APPSC, TGPSC (formerly TSPSC), MPSC, UPSC or any other commission or government body.