कक्षा 9 विज्ञान अध्याय 10: विद्युत् धारा और इसके प्रभाव — महत्वपूर्ण प्रश्न और उत्तर

अध्याय 10 सिद्धांत और व्यावहारिक प्रदर्शन के बीच एक महत्वपूर्ण स्थान रखता है। CBSE कक्षा 9 की बोर्ड परीक्षा प्रायोगिक अनुप्रयोग पर जोर देती है, अर्थात परीक्षक केवल 'ताप प्रभाव को परिभाषित करो' से आगे निकलकर 'फ्यूज तार पिघलता क्यों है?' या 'किसी विशेष उद्देश्य के लिए विद्युत चुंबक डिजाइन करो' जैसे प्रश्न पूछते हैं। 2024–25 के युक्तिसंगत पाठ्यक्रम ने भारी व्युत्पत्तियों को हटा दिया, लेकिन वैचारिक गहराई और सुरक्षा जागरूकता को मजबूत किया (जैसे घरेलू सर्किट में फ्यूज की भूमिका, विद्युत उपकरणों में स्थायी चुंबकों की जगह विद्युत चुंबक को क्यों पसंद किया जाता है)। करंट, प्रतिरोध और शक्ति पर बहु-चरणीय संख्यात्मक प्रश्न बोर्ड परीक्षा की स्थिर विशेषता बने हुए हैं। इसके अलावा, केस-स्टडी प्रश्न तेजी से वास्तविक परिस्थितियों जैसे सर्किट सुरक्षा या विद्युत घंटी के डिजाइन को प्रदर्शित करते हैं। इन 18 प्रश्नों का अभ्यास करने से आप परीक्षकों द्वारा अपेक्षित सटीक प्रश्न पैटर्न, शब्दावली और गहराई में महारत हासिल करते हैं—आत्मविश्वास और अंकों दोनों को बढ़ाते हैं।

**प्रश्न 1:** सर्किट आरेख में सेल के लिए सही चिन्ह कौन सा है? (a) ⊗ (b) —||— (c) ≈≈≈ (d) ⚙ **उत्तर:** (b) —||— (दो समानांतर रेखाएं, एक लंबी और एक छोटी, सेल को दर्शाती हैं। लंबी रेखा सकारात्मक टर्मिनल है।) **प्रश्न 2:** विद्युत प्रवाह का ताप प्रभाव निम्नलिखित में से किसमें उपयोग होता है? (a) विद्युत मोटर (b) विद्युत हीटर (c) गल्वेनोमीटर (d) विद्युत चुंबक **उत्तर:** (b) विद्युत हीटर। जब करंट उच्च-प्रतिरोध तार (निक्रोम) से गुजरता है, विद्युत ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। मोटरें चुंबकीय प्रभाव का उपयोग करती हैं; विद्युत चुंबक और गल्वेनोमीटर चुंबकीय प्रभाव का उपयोग करते हैं; हीटर ताप प्रभाव (H = I²Rt) का दोहन करते हैं। **प्रश्न 3:** फ्यूज तार पिघलता है और सर्किट को तोड़ता है यदि करंट एक सुरक्षित सीमा से अधिक हो जाता है। यह इसलिए होता है क्योंकि: (a) फ्यूज में अनंत प्रतिरोध होता है (b) फ्यूज अत्यधिक ऊष्मा पैदा करता है (c) फ्यूज इलेक्ट्रॉनों को विकर्षित करता है (d) फ्यूज सभी ऊर्जा को अवशोषित करता है **उत्तर:** (b) फ्यूज अत्यधिक ऊष्मा पैदा करता है। फ्यूज तार एक विशेष गलनांक वाली मिश्र धातु से बना होता है। जब अधिक करंट बहता है, ऊष्मा (H = I²Rt) तेजी से बढ़ती है, तार को पिघलाता है और नुकसान होने से पहले सर्किट को तोड़ता है। **प्रश्न 4:** विद्युत प्रवाह का चुंबकीय प्रभाव निम्नलिखित में से किसमें उपयोग होता है: (a) विद्युत केतली (b) विद्युत इस्त्री (c) विद्युत चुंबक (d) (a) और (b) दोनों **उत्तर:** (c) विद्युत चुंबक। विद्युत चुंबक तब पैदा होने वाले चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर करते हैं जब करंट एक कुंडल से गुजरता है। केतलियां और इस्त्रियां ताप प्रभाव का उपयोग करती हैं। **प्रश्न 5:** विद्युत घंटी में, विद्युत चुंबकीय बल का उपयोग किसके लिए होता है: (a) प्रकाश पैदा करने के लिए (b) आर्मेचर को आकर्षित करना, ध्वनि बनाना (c) फिलामेंट को गर्म करना (d) हैमर को विकर्षित करना **उत्तर:** (b) आर्मेचर को आकर्षित करना, ध्वनि बनाना। जब विद्युत चुंबक से करंट गुजरता है, यह आर्मेचर (मृदु लोहा) को आकर्षित करता है, जो घंटी को मारता है। गति और संपर्क टूटने से घंटी की ध्वनि बनती है।

**प्रश्न 1:** घरेलू सर्किट में फ्यूज को श्रेणी (series) में रखा जाता है, समानांतर में नहीं, क्यों समझाइए। **उत्तर:** फ्यूज श्रेणी में होना चाहिए क्योंकि इसे पूरे सर्किट में बहने वाले समान करंट को नियंत्रित करना होता है। यदि समानांतर में रखा जाए, तो फ्यूज केवल कुल करंट का एक अंश ले जाता है और मुख्य सर्किट अधिभारित होने पर भी पिघल नहीं सकता, जिससे सर्किट की सुरक्षा विफल होती है। श्रेणी में, सभी करंट फ्यूज तार से गुजरते हैं; कोई भी अतिरिक्त करंट तार को पिघलाता है, पूरे सर्किट को सुरक्षित रूप से तोड़ता है। **प्रश्न 2:** एक निक्रोम तार का प्रतिरोध 5 Ω है। जब 2 A करंट 10 सेकंड तक बहता है, तो उत्पन्न ऊष्मा का परिकलन करें। (H = I²Rt) **उत्तर:** H = I²Rt = (2)² × 5 × 10 = 4 × 5 × 10 = 200 J। उत्पन्न ऊष्मा 200 जूल है, जो दर्शाता है कि निक्रोम तार हीटिंग उपकरणों में क्यों उपयोग होते हैं—वे सुरक्षित करंट पर महत्वपूर्ण ऊष्मा पैदा करते हैं। **प्रश्न 3:** विद्युत प्रवाह के ताप प्रभाव और चुंबकीय प्रभाव में अंतर बताइए, प्रत्येक का एक उदाहरण दीजिए। **उत्तर:** **ताप प्रभाव:** विद्युत ऊर्जा प्रतिरोध के कारण ऊष्मा में परिवर्तित होती है। उदाहरण: विद्युत हीटर। करंट निक्रोम तार से गुजरता है, जिसका उच्च प्रतिरोध होता है, ऊष्मा पैदा करता है (H = I²Rt)। **चुंबकीय प्रभाव:** करंट-वाहक कंडक्टर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। उदाहरण: विद्युत चुंबक। कुंडल में करंट एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र पैदा करता है जो लोहे को आकर्षित कर सकता है, दरवाजे के ताले और विद्युत घंटियों में उपयोग होता है। **प्रश्न 4:** मुख्य सर्किट वायरिंग के लिए तांबा निक्रोम के बजाय क्यों पसंद होता है, लेकिन हीटिंग तत्वों में निक्रोम का उपयोग किया जाता है? **उत्तर:** तांबे का प्रतिरोध कम (~1.7 × 10⁻⁸ Ω·m) होता है, इसलिए मुख्य वायरिंग में न्यूनतम ऊष्मा नष्ट होती है। निक्रोम का प्रतिरोध अधिक (~100 × 10⁻⁸ Ω·m) होता है, उपयोगी ऊष्मा पैदा करता है। मुख्य सप्लाई में निक्रोम का उपयोग अत्यधिक ऊष्मा हानि और आग का जोखिम बढ़ाता है; हीटर में तांबे का उपयोग पर्याप्त ऊष्मा पैदा नहीं करता। **प्रश्न 5:** विद्युत घंटी लगातार बजती है जब करंट बहता है, केवल एक बार नहीं, क्यों समझाइए। **उत्तर:** विद्युत घंटी सर्किट में, विद्युत चुंबक आर्मेचर को आकर्षित करता है, जो घंटी को मारता है। लेकिन जब आर्मेचर आगे की ओर बढ़ता है, तो यह संपर्क को तोड़ता है (सर्किट खोलता है), विद्युत चुंबक को विचुंबकित करता है। एक स्प्रिंग तब आर्मेचर को वापस मूल स्थिति में खींचता है, संपर्क को फिर से स्थापित करता है और विद्युत चुंबक को फिर से सक्रिय करता है। यह चक्र लगातार दोहराता है, निरंतर घंटी बजाता है।

**प्रश्न 1:** एक सेल, स्विच, अमीटर और एक प्रतिरोधक (निक्रोम तार) दिखाते हुए एक सर्किट आरेख बनाइए जो श्रेणी में जुड़े हों। प्रतीकों को सही तरीके से लेबल करें और समझाइए कि अमीटर को श्रेणी में क्यों रखा जाता है। **उत्तर:** [सर्किट का विवरण: सेल (—||—) स्विच (⚙) से जुड़ा है, फिर अमीटर (A लिखा हुआ वृत्त), फिर प्रतिरोधक (लहरदार रेखा), फिर वापस सेल से बंद लूप में।] अमीटर सर्किट में बहने वाले करंट को मापता है। इसे श्रेणी में होना चाहिए क्योंकि श्रेणी सर्किट में करंट सभी बिंदुओं पर समान होता है। यदि समानांतर में रखा जाए, तो यह एक वैकल्पिक कम-प्रतिरोध पथ प्रदान करता है, प्रतिरोधक को बाईपास करता है और गलत रीडिंग देता है। **प्रश्न 2:** एक तांबे के तार और एक निक्रोम तार, दोनों 1 मीटर लंबाई और 1 mm² अनुप्रस्थ काट वाले, 5 A करंट द्वारा 30 सेकंड के लिए गर्म किए जाते हैं। कौन सा तार अधिक गर्म होता है? क्यों? (दिया गया: ρ_copper ≈ 1.7 × 10⁻⁸ Ω·m, ρ_nichrome ≈ 100 × 10⁻⁸ Ω·m) **उत्तर:** R = ρL/A का उपयोग करते हुए: R_copper = (1.7 × 10⁻⁸ × 1) / 1 × 10⁻⁶ = 0.017 Ω। R_nichrome = (100 × 10⁻⁸ × 1) / 1 × 10⁻⁶ = 1 Ω। ऊष्मा H = I²Rt: H_copper = 25 × 0.017 × 30 = 12.75 J। H_nichrome = 25 × 1 × 30 = 750 J। निक्रोम तार बहुत अधिक गर्म होता है क्योंकि इसका प्रतिरोध बहुत अधिक होता है, समान करंट पर बहुत अधिक ऊष्मा विकीर्ण करता है। **प्रश्न 3:** विद्युत चुंबक के निर्माण और कार्य को समझाइए। विद्युत चुंबक स्थायी चुंबक से कौन सा लाभ है? **उत्तर:** **निर्माण:** एक मृदु लोहे की कोर को इन्सुलेटेड तांबे के तार से लपेटा जाता है, एक कुंडल बनाता है। कुंडल के सिरे एक पावर स्रोत से जुड़े होते हैं। **कार्य:** जब कुंडल से करंट बहता है, प्रत्येक लूप एक चुंबकीय क्षेत्र पैदा करता है जो जुड़ता है, मृदु लोहे की कोर को चुंबकित करता है। पूरी असेंबली एक शक्तिशाली चुंबक के रूप में कार्य करती है। **लाभ:** (1) चुंबकीय शक्ति करंट को बदलकर नियंत्रित की जा सकती है; (2) चुंबकत्व तुरंत स्विच ऑन/ऑफ किया जा सकता है; (3) लूप या कोर सामग्री बढ़ाकर अधिक मजबूत बनाया जा सकता है; (4) स्थायी चुंबक की शक्ति निश्चित होती है और नियंत्रित नहीं की जा सकती। विद्युत चुंबक इस प्रकार विद्युत घंटियों, दरवाजे के तालों और क्रेनों में उपयोग होते हैं। **प्रश्न 4:** एक कक्षा में दस 40 W की बल्बें और पांच 2 kW के हीटर एक 5 A फ्यूज से जुड़े हैं। क्या फ्यूज टूटेगा? गणना का उपयोग करके औचित्य बताइए। (मान लीजिए सप्लाई वोल्टेज = 220 V) **उत्तर:** कुल शक्ति = (10 × 40) + (5 × 2000) = 400 + 10,000 = 10,400 W। P = VI का उपयोग करते हुए: I = P/V = 10,400 / 220 ≈ 47.3 A। सुरक्षित करंट 5 A है, लेकिन आवश्यक करंट 47.3 A है। फ्यूज तुरंत टूट जाएगा क्योंकि करंट सुरक्षित सीमा से कहीं अधिक है, फ्यूज तार में अत्यधिक ऊष्मा (H = I²Rt) पैदा करता है, जो पिघलता है और आग को रोकने के लिए सर्किट को तोड़ता है।

**केस-स्टडी प्रश्न:** एक स्कूल की प्रयोगशाला में पाँच 100 W की लाइटें, दो 500 W के पंखे और एक 2 kW हीटर के साथ एक नया सर्किट बोर्ड स्थापित किया जा रहा है। मुख्य आपूर्ति 220 V है और मौजूदा तार तथा फ्यूज 15 A के लिए रेट किए गए हैं। प्रयोगशाला तकनीशियन दरवाज़ों के नियंत्रण के लिए एक विद्युत चुंबक (100 Ω प्रतिरोध) के साथ एक सर्किट जोड़ना चाहता है जो 5 A पर काम करता है। (1) क्या सभी उपकरण एक साथ ON होने पर कुल करंट फ्यूज रेटिंग से अधिक हो जाएगा? (2) वर्तमान 15 A फ्यूज के साथ अधिकतम सुरक्षित शक्ति क्या है? (3) विद्युत चुंबक को सुरक्षित रूप से शामिल करने के लिए एक समाधान तैयार करें। (4) समझाएं कि विद्युत चुंबक सर्किट के लिए अलग फ्यूज क्यों होना चाहिए। **समाधान:** **चरण 1: मौजूदा लोड के लिए करंट की गणना करें।** लाइटें: P₁ = 5 × 100 = 500 W पंखे: P₂ = 2 × 500 = 1000 W हीटर: P₃ = 2000 W कुल मौजूदा: P_total = 500 + 1000 + 2000 = 3500 W करंट: I₁ = P_total / V = 3500 / 220 ≈ 15.9 A **चरण 2: विद्युत चुंबक करंट जोड़ें।** विद्युत चुंबक: I₂ = 5 A (दिया गया) कुल करंट यदि सभी ON हों: I_total = 15.9 + 5 = 20.9 A **उत्तर (1):** हाँ, कुल करंट (20.9 A) फ्यूज रेटिंग (15 A) से अधिक है। फ्यूज उड़ जाएगा। **चरण 3: अधिकतम सुरक्षित शक्ति की गणना करें।** 15 A फ्यूज के साथ: P_max = VI = 220 × 15 = 3300 W **उत्तर (2):** अधिकतम सुरक्षित शक्ति = 3300 W। **चरण 4: समाधान तैयार करें।** 2 kW हीटर को मुख्य सर्किट से अस्थायी रूप से हटाएं या इसे अलग सर्किट पर चलाएं। केवल लाइटों और पंखों के साथ: P = 500 + 1000 = 1500 W, I = 1500/220 ≈ 6.8 A। विद्युत चुंबक जोड़ने पर (5 A): कुल I = 6.8 + 5 = 11.8 A < 15 A। सर्किट अब मुख्य फ्यूज को उड़ाए बिना सुरक्षित रूप से काम करता है। हीटर को एक समर्पित 20 A सर्किट पर चलाया जा सकता है। **उत्तर (3):** भारी लोड वाले उपकरणों (हीटर) को उपयुक्त रेटिंग वाले फ्यूज के साथ अलग-अलग सर्किटों पर अलग करें। **चरण 5: विद्युत चुंबक के लिए अलग फ्यूज की व्याख्या करें।** विद्युत चुंबक सर्किट लगातार 5 A ले जाता है। यदि कोई दोष आता है (शॉर्ट सर्किट, इन्सुलेशन टूटना), करंट तुरंत 20-30 A तक बढ़ सकता है। इस सर्किट पर एक समर्पित फ्यूज (5-8 A रेटेड) मिलीसेकंड में पिघल जाएगा, केवल विद्युत चुंबक वाइंडिंग और नियंत्रण सर्किट की रक्षा करेगा। मुख्य 15 A फ्यूज पूरी इमारत की रक्षा करता है। स्तरित सुरक्षा (अलग फ्यूज) सर्वोत्तम अभ्यास है: प्रत्येक सर्किट के पास अपना फ्यूज होता है जो उसके लोड के अनुरूप हो, कैस्केडिंग विफलताओं को रोकता है। **उत्तर (4):** एक अलग फ्यूज सुनिश्चित करता है कि एक सर्किट में दोष मुख्य आपूर्ति को नहीं काटेगा, और यह विद्युत चुंबक की 5 A रेटिंग से मेल खाने वाली सटीक सुरक्षा प्रदान करता है।

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