Discuss the practical applications of heating effect of electric current.

202311M
Model Answer

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.

हिंदी में प्रश्न एवं आदर्श उत्तर

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

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।
See this question in context →