विद्युत शक्ति

Power
सामान्य प्रतीक	P
Si   इकाई	watt (W)
SI आधार इकाइयाँ में	kg⋅m2⋅s−3
अन्य मात्राओं से व्युत्पत्तियां	P = E/t P = F·v P = U·I P = τ·ω
आयाम

इन जैसे ओवरहेड पावर लाइन द्वारा और भूमिगत उच्च वोल्टेज केबल के माध्यम से भी विद्युत शक्ति का संचार किया जाता है।

विद्युत शक्ति वह दर है जिस पर विद्युत परिपथ द्वारा विद्युत ऊर्जा स्थानांतरित की जाती है। विद्युत शक्ति की एसआई इकाई वाट है, जिसका मान एक जूल प्रति सेकेंड होता हैं।

विद्युत शक्ति सामान्यतः विद्युत जनित्र द्वारा उत्पादित की जाती है, लेकिन इसकी आपूर्ति बैटरी (विद्युत) जैसे स्रोतों से भी की जाती है। यह सामान्यतः इलेक्ट्रिक पावर उद्योग द्वारा इलेक्ट्रिक पावर ग्रिड के माध्यम से व्यवसायों और घरेलू मुख्य विद्युत के रूप में आपूर्ति की जाती है।

विद्युत शक्ति को विद्युत शक्ति संचरण द्वारा लंबी दूरी पर वितरित किया जा सकता है और उच्च विद्युत ताप वाले विद्युत मोटर , विद्युत प्रकाश या विद्युतीय ऊर्जा जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है।

परिभाषा

विद्युत शक्ति, जैसे शक्ति (भौतिकी) कार्य करने की क्षमता (विद्युत) है, जिसे वाट में मापा जाता है, और अक्षर P द्वारा प्रदर्शित किया जाता है। वाट क्षमता शब्द का प्रयोग बोलचाल की भाषा में वाट में विद्युत शक्ति का मान प्राप्त करने के लिए किया जाता है। विद्युत धारा द्वारा उत्पादित वाट में विद्युत शक्ति जिसमें Q कूलॉम का विद्युत आवेश होता है, V के विद्युत क्षमता (वोल्टेज ) अंतर से उपयोग किये जाने वाले प्रत्येक t सेकंड में होता है।

$$P={\text{work done per unit time}}={\frac {W}{t}}={\frac {W}{Q}}{\frac {Q}{t}}=VI$$

जहाँ पे

• Q कूलॉम में विद्युत आवेश है
• t सेकंड में समय है
• I एम्पेयर में विद्युत धारा है
• V विद्युत विभव या वाल्ट में वोल्टेज है

स्पष्टीकरण

शक्ति स्रोत दिखा रहा एनिमेशन

विद्युत शक्ति ऊर्जा के अन्य रूपों में परिवर्तित की जाती है जब विद्युत आवेश विद्युत संभावित अंतर (वोल्टेज) से प्रवाहित होते हैं, जो विद्युत परिपथों में विद्युत घटक में होता है। विद्युत शक्ति के दृष्टिकोण से, विद्युत परिपथ में घटकों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

विद्युत भार दिखा रहा एनिमेशन

सक्रिय उपकरण (शक्ति स्रोत)

यदि उपकरण के माध्यम से कम विद्युत क्षमता से उच्च की दिशा में आवेश को 'बाहरी बल' द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, (इसलिए धनात्मक आवेश ऋणात्मक से धनात्मक टर्मिनल तक चलता है), आवेश पर कार्य किया जाएगा , और ऊर्जा को किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा, जैसे यांत्रिक ऊर्जा या रासायनिक ऊर्जा से विद्युत संभावित ऊर्जा में परिवर्तित किया जा रहा है। जिन उपकरणों में ऐसा होता है, उन्हें निष्क्रियता (इंजीनियरिंग) उपकरण या शक्ति स्रोत कहा जाता है, जैसे इलेक्ट्रिक जनित्र और इलेक्ट्रिक बैटरी इत्यादि। कुछ उपकरण स्रोत या लोड हो सकते हैं, जो उनके माध्यम से वोल्टेज और धारा पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, आवेशित बल बैटरी स्रोत के रूप में कार्य करती है जब यह परिपथ को शक्ति प्रदान करती है, लेकिन लोड के रूप में जब इसे बैटरी आवेशर से संयोजित किया जाता है और आवेशित किया जाता है।

निष्क्रिय उपकरण (लोड)

जब विद्युत आवेश उच्च से निम्न वोल्टेज की ओर संभावित अंतर से गुजरते हैं, तब पारंपरिक धारा (धनात्मक आवेश) धनात्मक (+) टर्मिनल से ऋणात्मक (-) टर्मिनल की ओर चलती है, ऐसी स्थित में कार्य यह आवेशों द्वारा उपकरण पर किया जाता है। टर्मिनलों के बीच वोल्टेज के कारण आवेशों की स्थितिज ऊर्जा उपकरण में गतिज ऊर्जा में बदल जाती है। इन उपकरणों को निष्क्रियता घटक या भार कहा जाता है, वे परिपथ से विद्युत शक्ति का 'उपभोग' करते हैं, इसे ऊर्जा के अन्य रूपों जैसे यांत्रिक कार्य , ऊष्मा, प्रकाश, आदि में परिवर्तित करते हैं। इसका मुख्य उदाहरण विद्युत उपकरण हैं, जैसे कि प्रकाश बल्ब, विद्युत मोटर और विद्युत हीटर इत्यादि। प्रत्यावर्ती धारा (AC) परिपथों में वोल्टेज की दिशा समय-समय पर उलट जाती है, लेकिन धारा सदैव उच्च क्षमता से कम संभावित पक्ष की ओर प्रवाहित होती है।

विद्युत परिपथ के माध्यम से शक्ति का संचरण

पैसिव साइन कन्वेंशन

Main article: निष्क्रिय संकेत सम्मेलन

चूंकि विद्युत शक्ति किसी घटक में या बाहर प्रवाहित हो सकती है, इसलिए सम्मेलन की आवश्यकता होती है जिसके लिए दिशा धनात्मक शक्ति धारा का प्रतिनिधित्व करती है। परिपथ से घटक में बहने वाली विद्युत शक्ति को मनमाने ढंग से धनात्मक संकेत के रूप में परिभाषित किया जाता है, जबकि घटक से परिपथ में प्रवाहित होने वाली शक्ति को ऋणात्मक संकेत के रूप में परिभाषित किया जाता है। इस प्रकार निष्क्रिय घटकों में धनात्मक विद्युत की खपत होती है, जबकि विद्युत स्रोतों में ऋणात्मक विद्युत की खपत होती है। इसे पैसिव साइन कन्वेंशन कहा जाता है।

प्रतिरोधक परिपथ

प्रतिरोधक (ओमिक, या रैखिक) भार के स्थिति में, जूल के नियम को ओम के नियम V = I·R के साथ संयोजित किया जाता है, जिससे कि विलुप्त होने वाली शक्ति की मात्रा के लिए वैकल्पिक व्यंजक तैयार किये जाते हैं:

$$P=IV=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}}$$

जहां R विद्युत प्रतिरोध है।

हार्मोनिक्स के बिना प्रत्यावर्ती धारा

Main article: एसी पावर

ए सी पॉवर परिपथ में, ऊर्जा भंडारण तत्व जैसे प्रेरण और धारिता के परिणामस्वरूप ऊर्जा धारा की दिशा में आवधिक व्युत्क्रम हो सकता है। ऊर्जा धारा (शक्ति) का वह भाग है जो एसी तरंग के पूरे चक्र पर औसत परिमाण का आंकलन करता है, जिसके परिणामस्वरूप दिशा में ऊर्जा का शुद्ध हस्तांतरण होता है, वास्तविक शक्ति (जिसे सक्रिय शक्ति भी कहा जाता है) के रूप में जाना जाता है। ऊर्जा धारा (शक्ति) के उस भाग का आयाम जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा का कोई शुद्ध हस्तांतरण नहीं होता है, अपितु संग्रहीत ऊर्जा के कारण प्रत्येक चक्र में स्रोत और भार के बीच दोलन होता है, इसे प्रतिक्रियाशील शक्ति का निरपेक्ष मान कहा जाता है। वोल्टेज तरंग के आरएमएस मान और धारा तरंग के आरएमएस मान के गुणनफल को स्पष्ट शक्ति के रूप में जाना जाता है। किसी उपकरण द्वारा खपत वाट्स में वास्तविक शक्ति P किसके द्वारा दी जाती है?

$$P={1 \over 2}V_{p}I_{p}\cos \theta =V_{\rm {rms}}I_{\rm {rms}}\cos \theta$$

जहाँ पे

• V_p वोल्ट में पीक वोल्टेज है
• I_p एम्पीयर में पीक धारा है
• V_rms वोल्ट में रूट-माध्य-वर्ग वोल्टेज है
• Irms एम्पीयर में मूल-माध्य-वर्ग धारा है
• θ =_v - I_i वह चरण (तरंगें) है जिसके द्वारा वोल्टेज साइन तरंग, धारा की साइन तरंग की ओर ले जाती है, या समकक्ष चरण कोण जिसके द्वारा धारा साइन तरंग, वोल्टेज साइन तरंग को पीछे छोड़ देती है

पावर त्रिकोण: एसी पावर के घटक

वास्तविक शक्ति, प्रतिक्रियाशील शक्ति और स्पष्ट शक्ति के बीच संबंध को वैक्टर के रूप में मात्राओं का प्रतिनिधित्व करके व्यक्त किया जा सकता है। वास्तविक शक्ति को क्षैतिज वेक्टर के रूप में दर्शाया जाता है और प्रतिक्रियाशील शक्ति को ऊर्ध्वाधर वेक्टर के रूप में दर्शाया जाता है। प्रत्यक्ष शक्ति सदिश वास्तविक और प्रतिक्रियाशील शक्ति सदिशों को जोड़कर समकोण त्रिभुज का कर्ण है। इस प्रतिनिधित्व को अधिकांशतः शक्ति त्रिकोण कहा जाता है। पाइथागोरस प्रमेय का उपयोग करते हुए, वास्तविक, प्रतिक्रियाशील और स्पष्ट शक्ति के बीच संबंध है:

$${\text{(apparent power)}}^{2}={\text{(real power)}}^{2}+{\text{(reactive power)}}^{2}$$

वास्तविक और प्रतिक्रियाशील शक्तियों की गणना सीधे स्पष्ट शक्ति से भी की जा सकती है, जब धारा और वोल्टेज दोनों साइन तरंग होते हैं जिनके बीच ज्ञात चरण कोण θ होता है:

$${\text{(real power)}}={\text{(apparent power)}}\cos \theta$$

$${\text{(reactive power)}}={\text{(apparent power)}}\sin \theta$$

वास्तविक शक्ति और प्रत्यक्ष शक्ति के अनुपात को शक्ति कारक सदैव -1 और +1 के बीच की संख्या होती है। जहां धाराओं और वोल्टेज में गैर-साइनसॉइडल रूप होते हैं, विकृति के प्रभावों को सम्मलित करने के लिए शक्ति कारक को सामान्यीकृत किया जाता है।

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र

विद्युत ऊर्जा प्रवाहित होती है जहां विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र साथ होते हैं और ही स्थान पर उतार-चढ़ाव करते हैं। इसका सबसे सरल उदाहरण विद्युत परिपथों में है, जैसा कि पिछले भाग में दिखाया गया है। सामान्य स्थिति में, चूंकि, साधारण समीकरण P = IV को अधिक जटिल गणना द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। क्रॉस उत्पाद का बंद सतह अभिन्न | विद्युत क्षेत्र की तीव्रता और चुंबकीय क्षेत्र तीव्रता वेक्टर (ज्यामितीय) का क्रॉस-उत्पाद कुल तात्कालिक शक्ति (वाट में) मात्रा से बाहर देता है:

$$P=\oint _{\text{area}}(\mathbf {E} \times \mathbf {H} )\cdot d\mathbf {A} .$$

परिणाम अदिश राशि है क्योंकि यह पोयंटिंग वेक्टर का सतही समाकलन है।

उत्पादन

पीढ़ी

2019 world electricity generation by source (total generation was 27 petawatt-hours)

  Coal (37%)

  Natural gas (24%)

  Hydro (16%)

  Nuclear (10%)

  Wind (5%)

  Solar (3%)

  Other (5%)

Main article: विद्युत उत्पादन

1820 और 1830 के दशक की प्रारंभ में ब्रिटिश वैज्ञानिक माइकल फैराडे द्वारा बहुत अधिक विद्युत उत्पादन के मूलभूत सिद्धांतों की खोज की गई थी। उनकी मूल विधि आज भी उपयोग की जाती है: विद्युत धारा तार के लूप, या तांबे की डिस्क के चुंबक के ध्रुवों के बीच की गति से उत्पन्न होता है।

विद्युत उपयोगिता के लिए उपभोक्ताओं को विद्युत पहुंचाने की यह पहली प्रक्रिया है। अन्य प्रक्रियाएं, विद्युत विद्युत पारेषण, विद्युत विद्युत वितरण, और विद्युत ऊर्जा भंडारण और पंप-भंडारण जलविद्युत का उपयोग करके या पंप-भंडारण विधियों को सामान्यतः विद्युत ऊर्जा उद्योग द्वारा किया जाता है।

विद्युत अधिकतम विद्युत स्टेशनों पर विद्युत जनित्र द्वारा उत्पन्न होती है, जो दहन , भू-तापीय शक्ति या परमाणु विखंडन द्वारा गर्म किए गए ताप इंजनों द्वारा संचालित होती है। अन्य जनित्र बहते पानी और हवा की गतिज ऊर्जा से संचालित होते हैं। कई अन्य प्रौद्योगिकियां हैं जिनका उपयोग विद्युत उत्पन्न करने के लिए किया जाता है जैसे कि फोटोवोल्टिक सौर पैनल इत्यादि।

एक बैटरी (विद्युत) या से विद्युत रासायनिक सेल कोशिकाओं से युक्त उपकरण है जो संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। 1800 में एलेसेंड्रो वोल्टा द्वारा पहली बैटरी (या वोल्टाइक पाइल ) के आविष्कार के पश्चात विशेष रूप से 1836 में तकनीकी रूप से उत्तम डेनियल सेल के बाद से, बैटरी कई घरेलू और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए सामान्य शक्ति स्रोत बन गई है। 2005 के अनुमान के अनुसार, दुनिया भर में बैटरी उद्योग हर साल बिक्री में युनाइटेड स्टेट्स डॉलर या US$48,100,000,000 (संख्या) 6% वार्षिक वृद्धि के साथ उत्पन्न करता है। बैटरी दो प्रकार की होती है: प्राथमिक बैटरी (डिस्पोजेबल बैटरी), जिन्हें बार उपयोग करने और छोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और द्वितीयक बैटरी (आवेश बल बैटरी), जिन्हें कई बार आवेश करने और उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। बैटरी कई आकारों में उपलब्ध हैं, श्रवण यंत्रों और कलाई घड़ी को विद्युत देने के लिए उपयोग की जाने वाली लघु बटन कोशिकाओं से सेकेंडरी बैटरी बैंकों तक कमरों के आकार जो टेलिफ़ोन एक्सचेंज और कंप्यूटर डेटा केंद्रों के लिए स्टैंडबाय पावर प्रदान करते हैं।

विद्युत उद्योग

Main article: विद्युत ऊर्जा उद्योग

विद्युत ऊर्जा उद्योग ग्रिड कनेक्शन के माध्यम से विद्युत की आवश्यकता वाले क्षेत्रों को पर्याप्त मात्रा में विद्युत का उत्पादन और वितरण प्रदान करता है। ग्रिड ग्राहकों को विद्युत ऊर्जा वितरित करता है। विद्युत शक्ति केंद्रीय विद्युत स्टेशनों या वितरित उत्पादन द्वारा उत्पन्न होती है। विद्युत ऊर्जा उद्योग धीरे-धीरे नियंत्रणमुक्त करने की ओर प्रवृत्त हो रहा है - उभरते खिलाड़ी उपभोक्ताओं को पारंपरिक सार्वजनिक उपयोगिता कंपनियों से प्रतिस्पर्धा की प्रस्तुत कर रहे हैं।

उपयोग

केंद्रीय उत्पादन स्टेशनों से उत्पादित और विद्युत ट्रांसमिशन ग्रिड पर वितरित विद्युत शक्ति का व्यापक रूप से औद्योगिक, वाणिज्यिक और उपभोक्ता के अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। किसी देश की प्रति व्यक्ति विद्युत की खपत उसके औद्योगिक विकास जैसै इलेक्ट्रिक मोटर्स पावर मैन्युफैक्चरिंग मशीनरी और प्रोपेल सबवे और रेलवे ट्रेनों से संबंधित है। विद्युत प्रकाश कृत्रिम प्रकाश का सबसे महत्वपूर्ण रूप है। विद्युत ऊर्जा का उपयोग सीधे उसके अयस्कों से एल्यूमीनियम के निष्कर्षण और इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में स्टील के उत्पादन में किया जाता है। विश्वसनीय विद्युत शक्ति दूरसंचार और प्रसारण के लिए आवश्यक है। गर्म जलवायु में एयर कंडीशनिंग प्रदान करने के लिए विद्युत शक्ति का उपयोग किया जाता है। कुछ स्थानों पर अंतरिक्ष हीटिंग के निर्माण के लिए विद्युत शक्ति ऊर्जा का आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी स्रोत है। पानी पंप करने के लिए विद्युत का उपयोग व्यक्तिगत घरेलू कुओं से लेकर सिंचाई परियोजनाओं और ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं तक होता है।

यह भी देखें

• ईग्रिड
• विद्युत ऊर्जा की खपत
• विद्युत शक्ति प्रणाली
• हाई-वोल्टेज केबल
• पॉवर इंजीनियरिंग
• ग्रामीण विद्युतीकरण

ग्रन्थसूची

• Reports on August 2003 Blackout, North American Electric Reliability Council website
• Croft, Terrell; Summers, Wilford I. (1987). American Electricians' Handbook (Eleventh ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-013932-6.
• Fink, Donald G.; Beaty, H. Wayne (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers (Eleventh ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-020974-X.

बाहरी संबंध

• U.S. Department of Energy: Electric Power
• GlobTek, Inc. Glossary of Electric power Power Supply Teआरएमएस