Work Power & Energy

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कार्य (Work)

  • When a force acts upon an object to cause a displacement of the object, it is said that work was done upon the object. 
  • कार्य की माप लगाए गए बल तथा बल की दिशा में वस्तु के विस्थापन के गुणनफल के बराबर होती है।
  • Mathematically, work can be expressed by the following equation.

Work = Force x Displacement

W = F • d • cos Θ

where F is the force, d is the displacement, and the angle (theta) is defined as the angle between the force and the displacement vector. 

  • In the case of work (and also energy), the standard metric unit is the Joule (abbreviated J).
  • One Joule is equivalent to one Newton of force causing a displacement of one meter. In other words,
  • कार्य एक अदिश राशि है। इसका मात्रक जूल (Joule) है। 

1 Joule = 1 Newton * 1 meter

 1 J = 1 N * m

ऊर्जा (Energy)

  • किसी वस्तु द्वारा कार्य करने की क्षमता (the capacity for doing work)को ‘ऊर्जा’ कहते हैं। 
  • ऊर्जा भी कार्य की तरह अदिश राशि है और इसका मात्रक भी ‘जूल‘ है। ऊर्जा मुख्यतः दो प्रकार की होती है

गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy)

  • किसी वस्तु की गति के कारण उसमें जो कार्य करने की क्षमता होती है, उसे ‘गतिज ऊर्जा’ कहते हैं। इसे संकेत ‘KE’ से दर्शाते हैं। 
  • गतिमान वायु में गतिज ऊर्जा है। 
  • यदि m द्रव्यमान की वस्तु v वेग से गतिमान हो तो उसकी गतिज ऊर्जाः

K.E = (1/2)mv2

  • बहती हुई हवा में गतिज ऊर्जा होती है।

 

स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy)

  • किसी वस्तु की स्थिति विशेष के कारण जो कार्य करने की क्षमता होती है, उसे ‘स्थितिज ऊर्जा’ कहते हैं। 
  • इसे ‘PE’ से दर्शाते हैं।

 P.E = m*g*h 

जहाँ m = द्रव्यमान, g = गुरुत्वीय त्वरण, h = ऊँचाई

 

  • खींचे हुए गुलेल तथा घड़ी की चाभी में संचित ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा हैं।

ऊर्जा संरक्षण का नियम (Law of Conservation of Energy)

  • According to this law, “energy can only be transformed from one form to another; It can neither be created nor destroyed.
  • The total energy before transformation and after transformation is always constant.
  • यह एक universal law. है।
  • यदि m द्रव्यमान की एक वस्तु h ऊँचाई से स्वतंत्रतापूर्वक गिराई जाती है तो प्रारंभ में स्थितिज ऊर्जा PE का मान mgh होगा तथा गतिज ऊर्जा शून्य होगी। इस प्रकार वस्तु की कुल ऊर्जा mgh है। जैसे-जैसे वस्तु गिरेगी, उसकी स्थितिज ऊर्जा कम होगी और गतिज ऊर्जा बढ़ेगी। न्यूनतम बिंदु पर वस्तु की गतिज ऊर्जा अधिकतम और स्थितिज ऊर्जा शून्य हो जाएगी अर्थात्

Potential Energy + Kinetic Energy = (Constant)

mgh + 1/2 mv2 = Constant

  • किसी वस्तु की स्थितिज ऊर्जा तथा गतिज ऊर्जा का योग उसकी कुल यांत्रिक ऊर्जा है।

 

ऊर्जा का रूपांतरण

ऊर्जा को एक रूप से अन्य रूप में, विभिन्न उपकरणों की सहायता से परिवर्तित किया जा सकता है

  • विद्युत ऊर्जा से प्रकाश एवं ऊष्मा – विद्युत बल्ब 
  • रासायनिक ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा – विद्युत सेल 
  • यांत्रिक ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा – डायनमो 
  • स्थितिज ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा – टरबाइन (जल विद्युत उत्पादन में) 
  •  विद्युत ऊर्जा से यांत्रिक ऊर्जा – मोटर 
  • ऊष्मा से यांत्रिक ऊर्जा – इंजन
  • नाभिकीय ऊर्जा से उष्मीय ऊर्जा, उष्मीय ऊर्जा से यांत्रिकी ऊर्जा एवं यांत्रिकी ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा- परमाणु विद्युत गृह।
  •  विद्यत ऊर्जा से ध्वनि ऊर्जा – स्पीकर 
  •  विद्युत ऊर्जा से विद्युत चुंबकीय ऊर्जा- ट्रांसमीटर

 

शक्ति (Power)

  • कार्य करने की दर या ऊर्जा रूपांतरण की दर को ‘शक्ति’ कहते हैं। 
  • The rate of doing work y is called ‘power’.
  • शक्ति, किये गए कार्य की गति को मापती है अर्थात् कार्य कितनी शीघ्रता या देर से किया गया। 

Power = Work * time

  • शक्ति का मात्रक जूल प्रति सेकेंड है, जिसे ‘वॉट’ भी कहते हैं। 
  • उपर्युक्त व्याख्या से हम कह सकते हैं कि 1 वॉट वह शक्ति है, जिससे 1 सेकेंड में 1 जूल कार्य किया जाता हो।

1 वॉट = 1 जूल/सेकेंड =  1 newton meter/second

  • ऊर्जा स्थानांतरण की उच्च दरों को किलोवॉट (KW) में व्यक्त करते हैं।

1 KW = 1000 W

  • The power of machines is also expressed in horsepower(HP)

1 H.P = 746 WATT

 

ऊर्जा का व्यावसायिक मात्रक

  • जूल ऊर्जा का बहुत छोटा मात्रक है। अतः व्यावसायिक रूप से उपयोग होने वाली ऊर्जा के लिये असुविधाजनक है। इसीलिये हम ऊर्जा का एक बड़ा मात्रक उपयोग में लाते है, जिसे ‘किलोवॉट घंटा’ (KWH) कहते हैं।
  • एक किलोवॉट घंटा (1KWH) ऊर्जा की वह मात्रा है, जो 1 KW के स्रोत को एक घंटा तक उपयोग करने में व्यय होगी।

1 KWh = 1 KWx 1h = 1000 Wx 3600 s = 3600000 J

I KWh = 3.6 x 106

  • घरों, उद्योगों तथा व्यावसायिक प्रतिष्ठानों में व्यय होने वाली ऊर्जा को ‘यूनिट’ में व्यक्त करते हैं, जो 1 KWh के समतुल्य है।

1 Unit = 1KWh 

  • विद्युत उत्पादन केंद्रों में उत्पादित बिजली को मापने हेतु और बड़े मात्रक ‘मेगावाट’ का उपयोग किया जाता है। 

1MW = 106