विद्युत धारा के तापीय प्रभाव के व्यावहारिक अनुप्रयोगों की व्याख्या कीजिए।

202311M
आदर्श उत्तर

विद्युत धारा का तापीय प्रभाव एवं इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग (Joule's Heating Effect):

  1. मूल सिद्धांत (जूल का तापन नियम): जब किसी उच्च प्रतिरोध वाले चालक तार से विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है, तो चालक गर्म हो जाता है। उत्पन्न ऊष्मा H = I²Rt होती है (जहाँ I = धारा, R = प्रतिरोध, t = समय)।
  2. प्रमुख व्यावहारिक अनुप्रयोग:
    • (A) विद्युत तापन उपकरण (Heating Appliances):
      • विद्युत प्रेस (Iron), हीटर, टोस्टर, गीजर और ओवन में उच्च प्रतिरोधकता एवं उच्च गलनांक वाले नाइक्रोम (Nichrome - 80% Ni + 20% Cr) मिश्रधातु के तापन तंतु (Heating Elements) का उपयोग किया जाता है, जो उच्च ताप पर ऑक्सीकृत (दहन) नहीं होते।
    • (B) विद्युत बल्ब (Electric Bulb):
      • बल्ब का फिलामेंट अत्यधिक उच्च गलनांक (3422°C) वाली टंगस्टन (Tungsten) धातु से बना होता है, जो श्वेत-तप्त होकर प्रकाश उत्सर्जित करता है। फिलामेंट को जलने से बचाने हेतु बल्ब में अक्रिय गैसें (नाइट्रोजन या आर्गन) भरी जाती हैं।
    • (C) विद्युत फ्यूज (Electric Safety Fuse):
      • परिपथों की सुरक्षा हेतु कम गलनांक वाली मिश्रधातु (सीसा + टिन - Pb+Sn) का फ्यूज तार श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है। अतिभारण (Overloading) या शॉर्ट सर्किट होने पर अधिक धारा बहने से फ्यूज तार पिघलकर टूट जाता है, जिससे घरेलू उपकरण सुरक्षित रहते हैं।
    • (D) विद्युत वेल्डिंग एवं आर्क फर्नेस: धातुओं को पिघलाकर जोड़ने हेतु तीव्र ऊष्मा उत्पन्न करना।

In English (Question & Model Answer)

Discuss the practical applications of heating effect of electric current.

Heating Effect of Electric Current and Practical Engineering Applications:

  1. Foundational Law (Joule's Law of Heating): When an electric current flows through an ohmic conductor possessing resistance, electrical potential energy converts into thermal kinetic energy according to the relation: H = I²Rt = VIt = (V²/R)t.
  2. Key Engineering and Domestic Applications:
    • (A) Domestic Thermal Appliances:
      • Electric irons, toasters, immersion geysers, and room heaters utilize heating elements manufactured from Nichrome (80% Nickel + 20% Chromium) due to its high electrical resistivity and high resistance to oxidation/scaling at red-hot temperatures.
    • (B) Incandescent Illumination (Electric Bulbs):
      • Utilizes ultra-thin coiled Tungsten filaments characterized by an astronomical melting point (3,422°C), emitting radiant visible light when heated to incandescence. The glass envelope is hermetically filled with chemically inert Argon/Nitrogen to suppress filament vaporization.
    • (C) Electric Safety Fuses:
      • A vital sacrificial safety interrupter connected in series, fabricated from an alloy with high resistivity and low melting point (Lead-Tin alloy, 63% Sn + 37% Pb). Excessive surge currents induce instantaneous Joule melting, interrupting circuits against short circuits.
    • (D) Industrial Arc Welding & Furnaces: Generating localized ultra-high temperatures to fuse heavy metals.
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