एकदिश विद्युत् प्रवाह

संवाहकातून वाहणारा विद्युत् प्रवाह म्हणजे इलेक्ट्रॉनांचा प्रवाह असतो. जो प्रवाह नेहमी एकाच दिशेने वाहतो त्याला एकदिश प्रवाह म्हणतात. जो विद्युत् प्रवाह आलटून पालटून पुढे जातो व मागे येतो त्याला प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह म्हणतात [ प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह].

एकदिश विद्युत् प्रवाह विद्युत् घटापासून मिळतो किंवा जनित्रामधून उत्पन्न करता येतो. ज्या ठिकाणी प्रत्यावर्ती प्रवाह उपलब्ध असतो, तेथे एकदिश प्रवाह मिळवण्याकरिता ⇨ एकदिशकारक  वापरावा लागतो.

हल्ली चालू असलेल्या बहुतेक सर्व शक्ति-उत्पादन केंद्रात प्रत्यावर्ती प्रवाहाची विद्युत् शक्तीउत्पन्न करण्यात येते. एकदिश प्रवाहाच्या जनित्रामध्ये व चलित्रामध्ये (मोटरीमध्ये) दिक्परिवर्तक भाग (प्रवाहाची दिशा बदलणारा) अवश्य असल्यामुळे ही यंत्रे उच्च वेगाने फिरवता येत नाहीत. त्यामुळे त्यांच्या शक्तीच्या मानाने त्यांचा एकंदर आकार बराच मोठा करावा लागतो. अशी यंत्रे फार तर ५,००० किवॉ. शक्तीची असतात. एकदिश जनित्राचा विद्युत् दाब फार वाढविता येत नाही व रोहित्राचा (प्रत्यावर्ती विद्युत् दाब बदलणाऱ्या साधनाचा) उपयोग करता येत नाही त्यामुळे कमी दाबाचा एकदिश प्रवाह खांबांवरून नेलेल्या मार्गाने लांब अंतरावर पाठविताना शक्तीची बरीच हानी होते. एकदिश प्रवाहाची केबल त्रिकला (प्रवाह नेणाऱ्या तीन शाखा असलेल्या) प्रत्यावर्ती प्रवाहाच्या केबलीपेक्षा स्वस्त असते. ज्या ठिकाणी समुद्रातून किंवा जमिनीखालून केबल टाकून विद्युत् शक्तीचे प्रेषण करावयाचे असते, तेथे काही परिस्थितींत एकदिश प्रवाह वापरणे फायद्याचे ठरते.

प्रत्यावर्ती प्रवाहाप्रमाणेच एकदिश प्रवाहावर विजेचे दिवे लावता येतात व चलित्रे चालविता येतात. एकदिश प्रवाहावर चालणाऱ्या चलित्रांच्या वेगावर पाहिजे तसे उत्तम नियंत्रण ठेवता येते त्यामुळे काही विशेष कामांकरिता एकदिश जातीचेच चलित्र वापरतात. ट्रॅम व इतर रूळमार्गी (रेल्वेच्या) विजेच्या गाड्यांसIठी पुष्कळ ठिकाणी एकदिश प्रवाहच वापरतात. एकदिश विद्युत् प्रवाह विशेषेकरून संचायक (विद्युत् भार साठविणाऱ्या) जातीचा घट भारित करणे, विद्युत् चुंबकाला उत्तेजित करणे व विद्युत् विच्छेदन करणे (विजेच्या प्रवाहाने रासायनिक संयुगाच्या विद्रावातील घटक अलग करणे) अशा कामांसाठी वापरावा लागतो.

विद्युत् रोध : इलेक्ट्रॉनांचा प्रवाह संवाहकातून जाताना संवाहकाच्या द्रव्याकडून त्याला जो अडथळा होतो त्याला संवाहकाचा रोध म्हणतात. संवाहकाच्या टोकांना विद्युत् दाब लावला म्हणजे त्यामधून विद्युत् प्रवाह वाहतो. विद्युत् प्रवाह वाहू शकणाऱ्या बंदिस्त संवाहक मार्गास विद्युत् मंडल म्हणतात. अशा मंडलामध्ये साधारणतः एक भाग विद्युत् ऊर्जा उत्पन्न करणारा असतो व दुसरा भाग विद्युत् ऊर्जेचा विनियोग करणारा असतो. विनियोग करणाऱ्या भागातून विद्युत् प्रवाह जाऊ लागला म्हणजे काही विद्युत् शक्तीचे उष्णतेत रूपांतर होते.

ओहम नियम : एकाविशिष्ट तपमानांवर संवाहकाच्या टोकांवर लावलेला विद्युत् दाब आणि त्यामुळे संवाहकातून वाहणारा विद्युत् प्रवाह यांचे गुणोत्तर कायम राहते. या गुणोत्तरास संवाहकाचा रोध म्हणतात. ओहम यांनी मांडलेला हा नियम खालील समीकरणाने दर्शवितात :

विद्युत् दाब (व्होल्ट)

---------------------------= रोध (ओहम)

विद्युत् प्रवाह (अँपिअर)

याच नियमाप्रमाणे ज्या मंडलामध्ये विजेचा दाब १२० व्होल्ट आहे व संवाह-कांचा रोध ८ ओहम आहे त्या मंडलातून जाणारा प्रवाह १५ अँपिअर असेल.

मोठ्या विद्युत् मंडलाचा एकूण रोध त्यातील विविध रोधकांच्या जोडणी-पद्धतीवर अवलंबून असतो. ही जोडणी (१) एकसरी व (२) अनेकसरी अशा दोन पद्धतींनी करता येते.

रोधकांची एकसरी जोडणी : मंडलातील सर्व रोधक एकामागून एक असे जोडलेले असले, तर त्या जोडणीस एकसरी पद्धतीची जोडणी म्हणतात (आ. १). अशा जोडणीत एकूण रोध र = र१ + र२ + र३ असतो व मंडलातून जाणारा प्रवाह प्र सर्व रोधकांमध्ये सारखाच असतो. अ आणि क या ठिकाणांमधील विद्युत् दाब जर द व्होल्ट असेल तर प्र = द/र असेल व द = प्र × र = प्र र१ + प्र र२ + प्र र३ असेल.

रोधकांची अनेकसरी जोडणी : ही पद्धती आ. २ मध्ये दाखविली आहे. या जोडणीत रोधकांची एका बाजूची टोके एकत्र जोडलेली आहेत व दुसऱ्या बाजूची टोकेही एकत्र जोडलेली आहेत. या जोडणीत मंडलाच्या एकूण रोधाचा व्यस्तांक १/र हा मंडलातील विविध रोधसंवाहकांच्या व्यस्तांकांच्या बेरजेबरोबर असतो. १/र या व्यस्तांकास संवाहकता म्हणतात. याच्या एककास म्हो म्हणतात.

आ. २ मध्ये

१       १       १        १

---- = ------- +  -------- + --------

र       र१      र२       र३

म्हो आहे.

अनेकसरी जोडणी पद्धतीत सर्व रोधकांच्या टोकांमध्ये विजेचा दाब सारखाच असतो व मंडलातून जाणारा एकूण प्रवाह प्र हा विविध रोधकांतून जाणाऱ्या प्रवाहांच्या बेरजेइतका असतो (प्र = प्र१ + प्र२ + प्र३). यावरून असे दिसून येईल की, एकसरी जोडणी पद्धतीत मंडलातील एकूण रोध रोधकांच्यावाढत्या संख्येनुसार वाढत जातो व अनेकसरी पद्धतीत तो रोध कमी होत जातो.

एकदिश विद्युत् प्रवाहाचे परिणाम : विद्युत् मंडलातून एकदिश प्रवाह वाहत असताना चुंबकीय, उष्णता व रासायनिक परिणाम आढळून येतात. चुंबकीय व उष्णता परिणाम हे एकदिश व प्रत्यावर्ती या दोन्ही प्रवाहांच्या बाबतीत आढळतात. रासायनिक परिणाम मात्र फक्त एकदिश प्रवाहाच्या बाबतीतच आढळतो [ विद्युत्; विद्युत् रसायनशास्त्र].

किरखोफ नियम : विद्युत् मंडलासंबंधीचे जे प्रश्न ओहम नियमाच्या साहाय्याने सोडविता येत नाहीत ते किरखोफ यांनी दिलेल्या खालील दोन नियमांच्या मदतीने सोडविता येतात :

नियम-१ :विद्युत् मंडलामध्ये कोणत्याही संगमबिंदूत मिळणाऱ्याविजेच्या प्रवाहांची बैजिक बेरीजक शून्य असते. आ. 3 मध्ये प बिंदूकरिता प्रवाहांचे खालील समीकरण मांडता येईल :

अ + आ – क – ग = ० किंवा

अ + आ = क + ग

नियम-२ : कोणत्याही बंदिस्त विद्युत् मंडलात एकाच दिशेने दर्शविलेल्या अंतर्गत दाबांची व बाहेरील दाबपातांची (विद्युत् दाबातील र्‍हासांची) बैजिक बेरीज शून्य असते.

आ. ४ मध्ये प्र१ व प्र२ हे एकाच दिशेने वाहणारे दोन जालप्रवाह (गुंतागुंतीच्या मंडलातील प्रवाह) आहेत. र१, र२ वगैरे रोधक आहेत. घटमालेचा दाब द व्होल्ट आहे. किरखोफ यांच्या दुसऱ्या नियमाप्रमाणे या मंडलातील दोन जालांकरिता (गुंतागुंतीच्या मंडलांकरिता) खालील

समीकरणे मांडता येतील : डावीकडील जाल : प्र१ र१ + (प्र१-प्र२) र२ + प्र१र३ = द उजवीकडील जाल : प्र२ र४ + प्र२ र५ + (प्र२ - प्र१)र२ = ० वरील समीकरणे सोडविली म्हणजे प्र१ व प्र२ या प्रवाहांची मूल्ये समजतात. आ. ५ मध्ये आणखीएक नमुनेदार उदाहरण दाखविले आहे. या मंडलात १० व ८ व्होल्ट दाबाच्या दोन घटमाला आहेत. रोधकांची मूल्ये (ओहम) आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे असताना प्रत्येर रोधकातून जाणारा प्रवाह काढावयाचा आहे. वरील मंडलात ट व ठ हे दोन संगमबिंदू आहेत व तेथील दाब त्याच अक्षरांनी दर्शविला आहे. प्रवाहाची दिशा आकृतीत दाखविलेल्या बाणाप्रमाणे धरली आहे. ग हा संदर्भबिंदू असून तेथील दाब आहे असे समजून खालील समीकरणे मांडली आहेत :

बिंदू ट वर : प्र१ = प्र२ + प्र३

म्हणजे  १० – ट      ट          ट – ठ

---------- =  ---------    =  ----------

४         ३            ५

किंवा ४७ ट - १२ ठ = १५०                   ...                       (१)

बिंदू ठ वर : प्र५ = प्र३ + प्र४

म्हणजे

ट       ट – ठ      ८ – ठ

------ = ----------- + ----------

७          ५        २

वरील दोन्ही समीकरणे सोडविली म्हणजे ट = ४·६९ व्होल्ट व ठ = ५·८७ व्होल्ट ही मूल्ये मिळतात व त्यांवरून

प्र१ = १·३३ अँपि., प्र२ = १.५६ अँपि.

प्र२ = - ०·२३५ अँपि., प्र४ = १.०७ अँपि. व

प्र५ = ०·८४ अँपि. हीमूल्ये मिळतात.

(- चिन्ह, गृहीत धरलेल्या दिशेच्या विरुद्ध दिशेचा प्रवाह दाखविते).

डेल्टा-जाल-तारका रूपांतर पद्धत : डेल्टा-जाल म्हणजे संवाहकांचे त्रिकोणी बंदिस्त मंडल  व तारका म्हणजे  तीन फाट्यांची मांडणी होय. डेल्टा-जालाचे तारकेतरूपांतर करण्याची पद्धत वापरून दिलेले मंडल गणिताच्या दृष्टीने सोपे करता येते. आ. ६ मध्ये एक सामान्य  व्हीट्स्टन सेतूसारखे मंडल दाखविले आहे. पफब या जालाचे तारकेमध्ये रूपांतर केले, तर ते मंडल आ. ७ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे दिसते

नवीन रोधकांची मूल्ये खालीलप्रमाणे काढली आहेत :

६० X ४०

----------------- = पम = १६ ओहम.

६० + ४० + ५०

६० X ५०

---------------   = फम = २० ओहम.

६० + ४० + ५०

४० × ५०

------------------ = बम = १३·३ ओहम.

६० + ४० + ५०

अशा रीतीने दोन्ही जालांचे रूपांतर केल्यावर हे मंडल आ. ८ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे दिसेल. हे मंडल एकसरी जोडणीचे आहे.

याचा एकूण रोध

३० × ३३·३

१६ + -------------- =  ३१·८ ओहम आहे.

३० + ३३·३

व घटमालेचा दाव ६ व्होल्ट म्हणून या मंडलातील प्रवाह

६

------ = ०·१९ अँपि. होईल.

३१·८

संदर्भ : Cotton, H Electrical Technology, London, 1962.

लेखक : द.वि.वीरकर

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश