सामान्य विज्ञान क्विज: विद्युत और चुंबकत्व

सही उत्तर D, वह आधी हो जाएगी है। ओम के नियम के अनुसार स्थिर ताप पर किसी चालक से बहने वाली धारा उसके सिरों के विभवांतर के अनुक्रमानुपाती होती है, क्योंकि धारा विभवांतर भाग प्रतिरोध के बराबर होती है। वोल्टेज बदलने पर चालक का प्रतिरोध नहीं बदलता, इसलिए विभवांतर आधा करने पर धारा ठीक आधी रह जाती है।

विकल्प A गलत है, क्योंकि कम चालक बल उसी प्रतिरोध में से अधिक धारा नहीं बहा सकता। विकल्प B भी इसी कारण गलत है, और वह उस स्थिति का वर्णन करता है जब वोल्टेज आधा नहीं बल्कि दोगुना किया जाए। विकल्प C, कि धारा घट जाएगी, जहाँ तक जाता है वहाँ तक ठीक है, पर वह सर्वोत्तम उत्तर नहीं है, क्योंकि प्रश्न का ठीक-ठीक उत्तर संभव है: धारा केवल घटती नहीं, आधी रह जाती है। ऐसे प्रश्नों में दिशा बताने के बजाय सटीक अनुपातिक परिवर्तन बताना चाहिए।

सही उत्तर B, विभवांतर है। परिपथ के दो बिंदुओं के बीच विभवांतर की परिभाषा ही यह है कि एकांक धन आवेश को एक बिंदु से दूसरे तक ले जाने में कितना कार्य करना पड़ता है। इसी परिभाषा से मात्रक निकलता है: एक वोल्ट का अर्थ है प्रति कूलॉम आवेश पर एक जूल कार्य, और इसे दोनों बिंदुओं के बीच समांतर क्रम में जुड़े वोल्टमीटर से मापा जाता है।

विकल्प A, दाब दूरी, कोई भौतिक राशि है ही नहीं, और दाब परिपथ का नहीं यांत्रिकी का विषय है। विकल्प C, विभव दूरी, भी कोई परिभाषित शब्द नहीं; उसमें विभव शब्द केवल विकल्प को विश्वसनीय दिखाने के लिए है। विकल्प D, दाबांतर, वास्तविक राशि तो है पर वह तरलों की है, जहाँ वह द्रव या गैस के प्रवाह को चलाती है; पढ़ाते समय उसे केवल वोल्टेज की उपमा के रूप में प्रयोग किया जाता है, विद्युत राशि के नाम के रूप में नहीं। प्रश्न में जिस परिभाषा की माँग है वह विभवांतर की है।

सही उत्तर D, माइक्रोवेव है। माइक्रोवेव ओवन किसी प्रतिरोध में धारा बहाकर भोजन नहीं पकाता। वह मैग्नेट्रॉन में सूक्ष्म तरंगें उत्पन्न करता है, और ये तरंगें भोजन के जल अणुओं को तेजी से घुमाती हैं, जिससे भोजन भीतर से परावैद्युत तापन द्वारा गरम होता है। इसमें धारा के ऊष्मीय प्रभाव की कोई भूमिका नहीं होती।

विकल्प A, विद्युत ऊष्मक, ठीक जूल तापन पर चलता है: नाइक्रोम तत्व से बहती धारा धारा के वर्ग, प्रतिरोध और समय के अनुपात में ऊष्मा देती है। विकल्प B, तंतु वाला बल्ब, पतले टंगस्टन तार से धारा बहाता है जो श्वेत तप्त होकर चमकता है, अर्थात वही प्रभाव बहुत ऊँचे ताप पर। विकल्प C, विद्युत इस्तरी, में भी तली के भीतर कुंडलित प्रतिरोध तत्व होता है। चारों में से तीन साधारण प्रतिरोध तापन उपकरण हैं, इसलिए माइक्रोवेव ओवन ही अलग पड़ता है।

सही उत्तर C, 6000 ओम है। ओम के नियम से प्रतिरोध विभवांतर भाग धारा के बराबर होता है। यहाँ पहले धारा को मूल मात्रक में बदलना होगा: दो मिली एम्पियर का अर्थ है 0.002 एम्पियर। बारह वोल्ट में 0.002 एम्पियर का भाग देने पर छह हजार ओम, अर्थात छह किलो ओम मिलता है।

विकल्प A, 600 ओम, तब आता है जब मिली को हजारवाँ भाग मानने के बजाय सौवाँ भाग मान लिया जाए, जो समय के दबाव में होने वाली सामान्य चूक है। विकल्प B, 6 ओम, किसी और प्रश्न का उत्तर है, अर्थात बारह वोल्ट भाग दो एम्पियर, और उसमें मिली उपसर्ग की उपेक्षा कर दी गई है। विकल्प D, 60 ओम, दिए गए अंकों से निकलता ही नहीं और केवल विकल्प भरने के लिए है। सीख यह है कि भाग देने से पहले मिली, माइक्रो, किलो या मेगा जैसे हर उपसर्ग को मूल मात्रक में बदल लें।

सही उत्तर A, टंगस्टन है। सभी धातुओं में टंगस्टन का गलनांक सबसे ऊँचा है, तीन हजार डिग्री सेल्सियस से भी अधिक, इसलिए पतला टंगस्टन तार पिघले बिना श्वेत तप्त होकर चमक सकता है। इसकी प्रतिरोधकता भी अच्छी-खासी है और कार्य ताप पर वाष्पन की दर कम रहती है, इसीलिए निष्क्रिय गैस भरे बल्ब में तंतु सैकड़ों घंटे चलता है।

विकल्प B, चाँदी, सभी धातुओं में विद्युत की सर्वोत्तम चालक है, पर इसी कारण उससे ऊष्मा लगभग नहीं बनेगी, और उसका गलनांक तंतु के लिए बहुत कम है। विकल्प C, नाइक्रोम, ऊष्मक या टोस्टर के तत्व के लिए उपयुक्त है, जहाँ लाल तप्त अवस्था चाहिए, पर वह प्रकाश देने लायक श्वेत तप्त अवस्था तक नहीं पहुँच सकता। विकल्प D, ताँबा, संयोजक तारों में ठीक इसीलिए लगता है कि उसका प्रतिरोध कम है और वह धारा बहाते हुए ठंडा रहता है।

सही उत्तर B, दाहिने हाथ के अंगूठे का नियम है, जिसे मैक्सवेल का कॉर्कस्क्रू नियम भी कहते हैं। चालक को दाहिने हाथ में इस प्रकार पकड़ें कि फैला हुआ अंगूठा परंपरागत धारा की दिशा में हो; तब उँगलियाँ तार के चारों ओर जिस दिशा में मुड़ती हैं वही संकेंद्री चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा है। तार के पास क्षेत्र सबसे प्रबल होता है और दूरी के साथ घटता जाता है।

विकल्प A, फ्लेमिंग का वाम हस्त नियम, चुंबकीय क्षेत्र में रखे धारावाही चालक पर लगने वाले बल की दिशा बताता है, जो विद्युत मोटर का सिद्धांत है, तार के चारों ओर क्षेत्र का आकार नहीं। विकल्प C, फ्लेमिंग का दक्षिण हस्त नियम, चुंबकीय क्षेत्र में गतिशील चालक में प्रेरित धारा की दिशा देता है, जो जनित्र का सिद्धांत है। विकल्प D, लेंज का नियम, कहता है कि प्रेरित धारा उस परिवर्तन का विरोध करती है जिसने उसे उत्पन्न किया, और यह भी प्रेरण से जुड़ा है।

सही उत्तर B है। फ्लेमिंग के वाम हस्त नियम में बाएँ हाथ की तर्जनी, मध्यमा और अंगूठे को परस्पर समकोण पर रखा जाता है: तर्जनी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में, मध्यमा धारा की दिशा में, और तब अंगूठा बल की दिशा बताता है। यही विद्युत मोटर का नियम है, जो विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलती है।

विकल्प A फ्लेमिंग के दक्षिण हस्त नियम का वर्णन करता है, जो जनित्र के लिए है, और दोनों नियमों को आपस में बदल देना इस अध्याय की सबसे आम भूल है। विकल्प C कुंडली के प्रत्येक फेरे पर दाहिने हाथ के अंगूठे का नियम लगाकर ज्ञात होता है, जिससे सिद्ध होता है कि परिनालिका छड़ चुंबक की तरह व्यवहार करती है। विकल्प D दिशा का प्रश्न ही नहीं है: विभवांतर वोल्टमीटर से मापा जाता है और उसके लिए किसी हस्त नियम की आवश्यकता नहीं। जोड़ा याद रखें, मोटर के लिए वाम हस्त और जनित्र के लिए दक्षिण हस्त।

सही उत्तर B, माइकल फैराडे है। 1831 में फैराडे ने दिखाया कि जब किसी बंद कुंडली से जुड़ा चुंबकीय फ्लक्स बदलता है, चाहे चुंबक हिलाकर, कुंडली हिलाकर या पास की कुंडली की धारा बदलकर, तो उसमें धारा प्रेरित हो जाती है। यही खोज जनित्र, ट्रांसफार्मर और लगभग पूरी विद्युत शक्ति अभियांत्रिकी का आधार है।

विकल्प A, ओर्स्टेड, ने इससे ग्यारह वर्ष पहले 1820 में पूरक खोज की थी, जब उन्होंने पाया कि धारावाही तार के पास चुंबकीय सुई विक्षेपित होती है, जिससे सिद्ध हुआ कि धारा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। विकल्प C, वोल्टा, ने वोल्टीय पाइल अर्थात पहली विद्युत बैटरी बनाई और वोल्ट मात्रक उन्हीं के नाम पर है। विकल्प D, जेम्स वाट, वाष्प इंजन के अभियंता थे और शक्ति का मात्रक उनके नाम पर है, पर प्रेरण से उनका कोई संबंध नहीं। याद रखने योग्य जोड़ा है 1820 में ओर्स्टेड और 1831 में फैराडे।

सही उत्तर B, विद्युन्मय तार में है। फ्यूज नीचे गलनांक वाले तार का छोटा टुकड़ा होता है जो विद्युन्मय लाइन में श्रेणीक्रम में लगाया जाता है, ताकि अत्यधिक धारा उसे पिघला दे और परिपथ टूट जाए। चूँकि विच्छेद विद्युन्मय ओर पर होता है, उपकरण ऊँचे विभव से पूरी तरह कट जाता है और उसे छूना सुरक्षित रहता है।

विकल्प A गलत है, क्योंकि उदासीन तार में लगा फ्यूज धारा तो रोक देगा, पर उपकरण विद्युन्मय तार से जुड़ा रहेगा और छूने वाले को झटका लग सकता है। विकल्प C गलत है, क्योंकि भू-तार जमीन तक का सुरक्षा पथ है और उसमें फ्यूज कभी नहीं लगाया जाता, क्योंकि उसका टूटना उसी सुरक्षा को समाप्त कर देगा जिसके लिए वह है। विकल्प D गलत है, क्योंकि समांतर क्रम में लगा फ्यूज उपकरण की रक्षा करने के बजाय उसे लघु पथित कर देगा; फ्यूज सदैव उस भार के श्रेणीक्रम में होता है जिसकी वह रक्षा करता है।

सही उत्तर B है। किसी बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र रेखा पर खींची गई स्पर्श रेखा वहाँ क्षेत्र की दिशा बताती है। यदि दो रेखाएँ कटें तो कटान बिंदु पर दो भिन्न स्पर्श रेखाएँ खींची जा सकेंगी, अर्थात वहाँ रखी चुंबकीय सुई को एक साथ दो दिशाओं में संकेत करना पड़ेगा। यह असंभव है, इसलिए क्षेत्र रेखाएँ कभी नहीं कटतीं।

विकल्प A गलत है, क्योंकि क्षेत्र का शून्य होना अलग स्थिति है, जिसे उदासीन बिंदु कहते हैं, जहाँ कोई रेखा गुजरती ही नहीं, दो रेखाएँ कटती नहीं। विकल्प C प्रसंग से बाहर है: क्षेत्र रेखाएँ क्षेत्र को चित्रित करने का तरीका अवश्य हैं, पर चित्र के रूप में भी उन्हें हर बिंदु पर एक ही दिशा दिखानी होती है, इसलिए काल्पनिक होना कारण नहीं है। विकल्प D सही तथ्य कहता है कि चुंबक में सदैव दोनों ध्रुव होते हैं और एकल ध्रुव नहीं हो सकता, पर इससे यह समझाया जाता है कि रेखाएँ बंद वक्र क्यों हैं, यह नहीं कि वे क्यों नहीं कटतीं।

सही उत्तर C, किलोवाट घंटा है। यह एक किलोवाट के उपकरण द्वारा एक घंटे में खपत की गई ऊर्जा है और छत्तीस लाख जूल के बराबर होती है। घर में लगा विद्युत मीटर इन्हीं इकाइयों को गिनता है, इसीलिए किलोवाट घंटा को सामान्य बोलचाल में बिजली की यूनिट कहा जाता है।

विकल्प A, वाट, शक्ति का एसआई मात्रक है, अर्थात ऊर्जा खर्च होने की दर, स्वयं ऊर्जा नहीं, इसलिए वह बिल में खपत की मात्रा के रूप में नहीं आ सकता। विकल्प B, वोल्ट एम्पियर, भी शक्ति का ही मात्रक है, जो प्रत्यावर्ती धारा के काम में आभासी शक्ति के लिए प्रयुक्त होता है, और वह भी दर ही मापता है। विकल्प D, जूल प्रति सेकंड, वाट का ही दूसरा नाम है, इसलिए उसमें भी वही कमी है। केवल किलोवाट घंटा ही शक्ति को समय से गुणा करता है और इसलिए ऊर्जा मापता है।

सही उत्तर C है। तार का प्रतिरोध पदार्थ की प्रतिरोधकता गुणा लंबाई भाग अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के बराबर होता है। लंबा तार इलेक्ट्रॉनों को अधिक लंबा पथ और अधिक टक्करें देता है, इसलिए लंबाई बढ़ने पर प्रतिरोध बढ़ता है; मोटा तार उन्हें अधिक जगह देता है, इसलिए क्षेत्रफल बढ़ने पर प्रतिरोध घटता है।

विकल्प A मोटाई पर निर्भरता उलट देता है, और यही कारण है कि समान धारा पर पतला तार मोटे तार से अधिक गरम होता है। विकल्प B लंबाई पर निर्भरता उलट देता है। विकल्प D गलत है, क्योंकि नमूने के आकार से केवल प्रतिरोधकता स्वतंत्र होती है, प्रतिरोध नहीं; प्रतिरोधकता पदार्थ का गुण है और केवल पदार्थ तथा ताप बदलने पर बदलती है। एक उपयोगी जाँच: लंबाई दोगुनी करने पर प्रतिरोध दोगुना हो जाता है, जबकि व्यास दोगुना करने पर क्षेत्रफल चार गुना हो जाता है और प्रतिरोध एक चौथाई रह जाता है।