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वोल्टेइक ढेर सिद्धांत

1800
  • Alessandro Volta
Voltaic pile demonstrating early electrochemical energy conversion.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

यह पहली विद्युत बैटरी थी, जो नमकीन पानी में भीगे कपड़े से अलग की गई असमान धातु डिस्क (जैसे, जस्ता और तांबा) के जोड़े को एक के ऊपर एक रखकर सीधी धारा उत्पन्न करती है। प्रत्येक जोड़ा एक गैल्वेनिक सेल बनाता है, और उन्हें श्रृंखला में रखने से कुल वोल्टेज बढ़ जाता है। इस व्यवस्था ने रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में पहली बार लगातार बदलने का प्रदर्शन किया, जिससे आधुनिक इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री का मार्ग प्रशस्त हुआ।

वोल्टेइक पाइल विद्युत रासायनिक श्रृंखला के मूलभूत सिद्धांत पर कार्य करता है। जब जस्ता और तांबा जैसी दो अलग-अलग धातुओं को एक इलेक्ट्रोलाइट (इस मामले में, खारे पानी में भीगा हुआ कागज) से जोड़ा जाता है, तो एक विद्युत रासायनिक अभिक्रिया होती है। जस्ता अधिक क्रियाशील होने के कारण आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है, इलेक्ट्रॉन खो देता है और जस्ता आयन बनाता है जो इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं। ये इलेक्ट्रॉन बाहरी धात्विक पथ से होकर तांबे की डिस्क तक पहुंचते हैं। तांबे की सतह पर एक अपचयन अभिक्रिया होती है; आमतौर पर, इलेक्ट्रोलाइट में मौजूद पानी से हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रॉन ग्रहण करके हाइड्रोजन गैस बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों का यह प्रवाह विद्युत धारा उत्पन्न करता है।

इलेक्ट्रोलाइट द्वारा अलग किए गए प्रत्येक जस्ता-तांबे के जोड़े को एक एकल "सेल" कहा जाता है जो एक छोटा वोल्टेज (लगभग 0.76 वोल्ट) उत्पन्न करता है। वोल्टा के डिज़ाइन की खूबी इन सेलों को श्रृंखला में व्यवस्थित करना था। इन्हें एक के ऊपर एक रखने से (तांबा, जस्ता, खारे पानी में भीगा कपड़ा, तांबा, जस्ता, आदि), अलग-अलग सेलों का वोल्टेज जुड़ जाता है। 20 सेलों का एक ढेर लगभग 15 वोल्ट उत्पन्न कर सकता था। यह पहला उपकरण था जो लेडेन जार से निकलने वाले स्थैतिक डिस्चार्ज के विपरीत, विद्युत धारा का एक स्थिर और निरंतर स्रोत प्रदान करता था।

However, the Voltaic pile had significant limitations. The hydrogen gas produced at the copper electrode would form a layer of bubbles, insulating the electrode from the electrolyte. This phenomenon, known as polarization, quickly increased the internal resistance and caused the voltage to drop. Additionally, the electrolyte would leak and evaporate, and local short-circuits could occur, limiting its practical जीवनकाल.

UNESCO Nomenclature: 2203
विद्युत रसायन विज्ञान

Type

भौतिक उपकरण

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

अप्रचलित

शगुन

  • लुइगी गैलवानी द्वारा मेंढक के पैरों में "पशु विद्युत" की खोज।
  • स्थैतिक आवेश को संग्रहित करने के लिए लेडेन जार का आविष्कार
  • विद्युत चालकों और कुचालकों की समझ
  • धातुओं की विद्युतरासायनिक श्रृंखला की अवधारणा

आवेदन

  • जल्दी इलेक्ट्रोलीज़ experiments (e.g., decomposition of water)
  • पहले इलेक्ट्रिक टेलीग्राफ के लिए ऊर्जा स्रोत
  • ELECTROPLATING
  • आर्क लाइटिंग प्रदर्शन

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • प्राकृतिक शारीरिक तरल पदार्थों को इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में उपयोग करने वाले जैव-एकीकृत ऊर्जा स्रोत
  • लक्षित दवा वितरण सक्रियण के लिए स्व-संयोजन नैनोस्केल वोल्टाइक ढेर
  • डिस्पोजेबल पर्यावरणीय सेंसरों के लिए ढेर किए गए जैविक पदार्थों से बनी जैव-अपघटनीय बैटरियां
  • textile-based पहनने योग्य power sources woven into clothing
  • जीवन रक्षक किटों के लिए आपातकालीन जल-सक्रिय बैटरियां
  • सुरक्षित, घरेलू सामग्रियों का उपयोग करके विद्युत रसायन विज्ञान के सिद्धांतों को प्रदर्शित करने वाली शैक्षिक किट
  • voltaic pile arrays for low-power कैथोडिक संरक्षण of small metal structures
  • कला प्रतिष्ठान जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं से प्रकाश या ध्वनि उत्पन्न करते हैं
संबंधित विषय: वोल्टाइक पाइल, अलैहिस्सान वोल्टा, बैटरी, प्रत्यक्ष धारा, गैल्वेनिक सेल, विद्युत रसायन विज्ञान, जस्ता, तांबा।

ऐतिहासिक संदर्भ

Antique electrostatic apparatus demonstrating Coulomb's Law in a vintage laboratory.

कूलॉम का नियम

कूलम्ब का नियम दो स्थिर, विद्युत आवेशित कणों के बीच लगने वाले स्थिरवैद्युत बल को मापता है। यह बल आवेशों के परिमाणों के गुणनफल के सीधे समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसका सूत्र है [latex]F = k_e frac{q_1 q_2}{r^2}[/latex]। यह बल आकर्षक या प्रतिकर्षी हो सकता है।
Study room with Lagrangian mechanics equations and mechanical models, showcasing physics applications.

लग्रांजीय यांत्रिकी

स्थिर क्रिया के सिद्धांत पर आधारित शास्त्रीय यांत्रिकी का एक पुनर्गठन। यह लैग्रेंजियन नामक एक अदिश राशि का उपयोग करता है, जिसे गतिज ऊर्जा माइनस स्थितिज ऊर्जा (L = T - V) के रूप में परिभाषित किया गया है। गति के समीकरण यूलर-लैग्रेंज समीकरण, ((L = qi) - L = qi) = 0) से सामान्यीकृत निर्देशांकों का उपयोग करके प्राप्त किए जाते हैं, जो बाधाओं वाले जटिल प्रणालियों के विश्लेषण को सरल बनाता है।
Galvanic corrosion experiment with zinc and copper in electrolyte solution, measuring electrochemical reactions.

गैल्वेनिक संक्षारण

गैल्वेनिक संक्षारण एक विद्युत रासायनिक प्रक्रिया है जहाँ एक धातु दूसरे धातु के विद्युत संपर्क में होने पर, एक इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में, अधिमानतः संक्षारित होती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि भिन्न धातुएँ एक द्विधातु युग्म बनाती हैं, जिसमें कम उत्कृष्ट (अधिक सक्रिय) धातु एनोड के रूप में कार्य करती है और संक्षारित होती है, जबकि अधिक उत्कृष्ट धातु कैथोड के रूप में कार्य करती है।

वोल्टेइक ढेर सिद्धांत

Voltaic pile demonstrating electromotive force in series connection with zinc and copper cells.

विद्युतवाहक बल और श्रृंखला संयोजन

वोल्टेइक पाइल ने विद्युत रासायनिक कोशिकाओं को श्रृंखला में जोड़कर वोल्टेज को जोड़ने का सिद्धांत स्थापित किया। प्रत्येक जस्ता-तांबा युग्म, या कोशिका, लगभग 0.76 वोल्ट का एक विशिष्ट विद्युतगतिशील बल (ईएमएफ) उत्पन्न करती है। इन कोशिकाओं को भौतिक रूप से एक के ऊपर एक रखकर, वोल्टा ने प्रदर्शित किया कि पाइल के सिरों पर कुल वोल्टेज प्रत्येक कोशिका के व्यक्तिगत ईएमएफ का योग होता है, जैसा कि [latex]V_{total} = n times V_{cell}[/latex] द्वारा वर्णित है।
Radio communication setup illustrating Fresnel zones for wave propagation analysis.

फ्रेनेल ज़ोन

एक फ्रेनेल ज़ोन एक ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच अंतरिक्ष में केंद्रित दीर्घवृत्ताकार क्षेत्रों की एक श्रृंखला में से एक है। प्राथमिक ज़ोन की सीमा वह दीर्घवृत्त है जहाँ ट्रांसमीटर से सतह पर एक बिंदु तक और रिसीवर तक की पथ लंबाई सीधी पथ से आधी तरंग दैर्ध्य अधिक होती है, जिससे 180 डिग्री का चरण परिवर्तन होता है।
Pressure cooker and aerosol can illustrating Gay-Lussac's Law in thermodynamics.

गे-लुसैक का नियम (दाब-तापमान नियम)

अमोंटन के नियम के रूप में भी जाना जाने वाला यह सिद्धांत बताता है कि स्थिर आयतन पर एक आदर्श गैस के निश्चित द्रव्यमान के लिए, उसका दाब उसके परम तापमान के सीधे समानुपाती होता है। इस संबंध को गणितीय रूप से [latex]P propto T[/latex] के रूप में या दो अवस्थाओं के बीच तुलना के रूप में [latex]frac{P_1}{T_1} = frac{P_2}{T_2}[/latex] के रूप में व्यक्त किया जाता है। यह समआयतनिक (स्थिर आयतन) परिस्थितियों में गैस के व्यवहार का वर्णन करता है।
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Fluid dynamics laboratory with engineers analyzing flow in pipelines, emphasizing mass conservation principles.

द्रव्यमान का संरक्षण

सतत यांत्रिकी में, द्रव्यमान संरक्षण का सिद्धांत यह बताता है कि एक बंद प्रणाली का द्रव्यमान समय के साथ स्थिर रहना चाहिए। द्रव के लिए, इसे निरंतरता समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है। इसके यूलरियन अवकल रूप में, इसे [latex]frac{partial rho}{partial t} + nabla cdot (rho mathbf{u}) = 0[/latex] के रूप में लिखा जाता है, जहाँ [latex]rho[/latex] घनत्व है और [latex]mathbf{u}[/latex] वेग क्षेत्र है।
Computational fluid dynamics simulation illustrating Lagrangian and Eulerian specifications.

लग्रांजीय और यूलरियन विशिष्टताएँ (द्रव)

सतत यांत्रिकी में गति का वर्णन करने के ये दो तरीके हैं:

  • लग्रांजीय विशिष्टता व्यक्तिगत भौतिक कणों का अनुसरण करती है, समय के साथ उनके गुणों पर नज़र रखती है, जैसे यातायात में किसी विशिष्ट कार को देखना
  • यूलरियन विशिष्टता अंतरिक्ष में निश्चित बिंदुओं पर केंद्रित होती है, उन बिंदुओं से गुजरने वाले कणों के गुणों (वेग, घनत्व) का अवलोकन करती है, जैसे एक ट्रैफिक कैमरा एक निश्चित चौराहे का अवलोकन करता है।
Drafting table with bridge blueprints and solid mechanics textbooks in an engineering office.

ठोस यांत्रिकी

ठोस यांत्रिकी सतत यांत्रिकी की एक शाखा है जो ठोस पदार्थों के व्यवहार का अध्ययन करती है, विशेष रूप से बलों, तापमान परिवर्तनों या अन्य बाहरी भारों की क्रिया के तहत उनकी गति और विरूपण का। यह संरचनाओं के डिजाइन और विश्लेषण के लिए इंजीनियरिंग में मौलिक है। मुख्य क्षेत्रों में प्रत्यास्थता (पुनर्प्राप्त करने योग्य विरूपण), प्लास्टिसिटी (स्थायी विरूपण), और फ्रैक्चर यांत्रिकी (दरार की शुरुआत और प्रसार) शामिल हैं।
Alessandro Volta's laboratory demonstrating electromotive force with early electrical apparatus.

विद्युतवाहक बल (EMF) की परिभाषा

विद्युत-प्रेरक बल (E) किसी गैर-विद्युत स्रोत, जैसे बैटरी या जनरेटर द्वारा प्रति इकाई विद्युत आवेश पर किया गया कार्य है। नाम के बावजूद, यह एक यांत्रिक बल नहीं बल्कि एक विद्युत विभव है, जिसे वोल्ट में मापा जाता है। यह उस ऊर्जा को दर्शाता है जो किसी अन्य रूप (रासायनिक, यांत्रिक) से विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है जब आवेश स्रोत से होकर गुजरता है।
Voltaic pile demonstrating electrochemical reaction with zinc and copper electrodes.

वोल्टेइक ढेर में विद्युत रासायनिक अभिक्रिया

वोल्टाइक पाइल में विद्युत धारा एक रेडॉक्स अभिक्रिया द्वारा उत्पन्न होती है। जस्ता एनोड पर, जस्ता धातु ऑक्सीकृत होती है, जिससे प्रति परमाणु दो इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं ([latex]Zn rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex])। ये इलेक्ट्रॉन बाह्य परिपथ के माध्यम से तांबे के कैथोड तक जाते हैं। वहाँ, जलीय इलेक्ट्रोलाइट से हाइड्रोजन आयन अपचयित होकर हाइड्रोजन गैस बनाते हैं ([latex]2H^{+} + 2e^{-} rightarrow H_2[/latex])।
HVAC control panel showing absolute humidity readings in thermodynamics applications.

निरपेक्ष आर्द्रता

निरपेक्ष आर्द्रता (dv) किसी दिए गए वायु आयतन (Vair) में मौजूद जल वाष्प (mH2O) का कुल द्रव्यमान है। इसे प्रति घन मीटर वायु में जल वाष्प की मात्रा (ग्राम/m³) के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसका सूत्र है: dv = mH2O / Vair। सापेक्ष आर्द्रता के विपरीत, यह वायु के तापमान पर निर्भर नहीं करती, लेकिन वायु दाब या आयतन में परिवर्तन से प्रभावित होती है।
Johann Wilhelm Ritter's experiment with ultraviolet light and silver chloride paper in optics.

पराबैंगनी विकिरण

1801 में, जोहान विल्हेम रिटर ने देखा कि सौर स्पेक्ट्रम के बैंगनी छोर से परे की अदृश्य किरणें बैंगनी प्रकाश की तुलना में सिल्वर क्लोराइड में भिगोए गए कागज को अधिक तेज़ी से काला कर देती हैं। इससे दृश्य स्पेक्ट्रम से परे प्रकाश के एक रूप के अस्तित्व का प्रदर्शन हुआ, जिसे उन्होंने पिछले वर्ष खोजे गए "ऊष्मा किरणों" (इन्फ्रारेड) के विपरीत "ऑक्सीकरण किरणें" कहा।
Glass apparatus demonstrating Charles's Law in a vintage laboratory setting.

चार्ल्स का नियम (आयतन-तापमान नियम)

चार्ल्स का नियम, जिसे आयतन-तापमान नियम या आयतन का नियम भी कहा जाता है, यह बताता है कि स्थिर दाब पर किसी आदर्श गैस के निश्चित द्रव्यमान के लिए, उसका आयतन उसके परम तापमान के सीधे समानुपाती होता है। इसे [latex]V propto T[/latex] या [latex]frac{V_1}{T_1} = frac{V_2}{T_2}[/latex] के रूप में व्यक्त किया जाता है। यह समदाबी (स्थिर दाब) परिस्थितियों में गर्म करने पर गैसों के विस्तार की प्रवृत्ति की व्याख्या करता है।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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