Work, Energy and Power | Hindi | कार्य, ऊर्जा एवं शक्ति

कार्य (Work) : 

भौतिकी में, कार्य एक विस्थापन के साथ बल के प्रयोग के माध्यम से या किसी वस्तु से स्थानांतरित होने वाली ऊर्जा है। अपने सरलतम रूप में, इसे अक्सर बल और विस्थापन के गुणनफल के रूप में दर्शाया जाता है। एक बल को सकारात्मक कार्य करने के लिए कहा जाता है यदि (जब लागू किया जाता है) उसके पास आवेदन के बिंदु के विस्थापन की दिशा में एक घटक होता है। एक बल नकारात्मक कार्य करता है यदि उसके पास बल के आवेदन के बिंदु पर विस्थापन की दिशा के विपरीत एक घटक होता है।

A baseball pitcher does positive work on the ball by applying a force to it over the distance it moves while in his grip.

उदाहरण के लिए, जब एक गेंद को जमीन से ऊपर रखा जाता है और फिर गिरा दिया जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा गेंद पर गिरने पर किया गया कार्य गेंद के वजन (एक बल) के बराबर होता है, जो जमीन से दूरी (एक विस्थापन) से गुणा होता है। ) जब बल F स्थिर होता है और बल और विस्थापन s के बीच का कोण होता है, तो किया गया कार्य निम्न द्वारा दिया जाता है:

 w = F x S.coseꝊ

कार्य एक अदिश राशि है  इसलिए इसमें केवल परिमाण है और कोई दिशा नहीं है। कार्य ऊर्जा को एक स्थान से दूसरे स्थान या एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित करता है। कार्य की SI इकाई जूल (J) है, जो ऊर्जा के समान इकाई है।

 

Etymology (व्युत्पति)

जैमर के अनुसार,  शब्द का काम 1826 में फ्रांसीसी गणितज्ञ गैसपार्ड-गुस्ताव कोरिओलिस द्वारा "वेट लिफ्टेड थ्रू ए हाइट" के रूप में पेश किया गया था, जो पानी की बाल्टी को बाहर निकालने के लिए शुरुआती स्टीम इंजन के उपयोग पर आधारित है। बाढ़ग्रस्त अयस्क खदानों की। फ्रांसीसी इंजीनियर और इतिहासकार रेने डुगास के अनुसार, यह कॉक्स के सोलोमन के लिए है कि "हम काम शब्द को इस अर्थ में देते हैं कि यह अब यांत्रिकी में उपयोग किया जाता है"।

 

Units of work  (कार्य की इकाइयाँ)

कार्य की SI इकाई जूल (J) है, जिसका नाम 19वीं सदी के अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स प्रेस्कॉट जूल के नाम पर रखा गया है, जिसे एक मीटर के विस्थापन के माध्यम से एक न्यूटन के बल को लगाने के लिए आवश्यक कार्य के रूप में परिभाषित किया गया है।

 

आयामी रूप से समतुल्य न्यूटन-मीटर (N⋅m) को कभी-कभी काम के लिए मापने वाली इकाई के रूप में उपयोग किया जाता है, लेकिन इसे टोक़ की माप इकाई के साथ भ्रमित किया जा सकता है। एसआई प्राधिकरण द्वारा N⋅m के उपयोग को हतोत्साहित किया जाता है, क्योंकि इससे भ्रम पैदा हो सकता है कि न्यूटन मीटर में व्यक्त की गई मात्रा एक टोक़ माप है, या कार्य का माप है।

 

काम की गैर-एसआई इकाइयों में न्यूटन-मीटर, एर्ग, फुट-पाउंड, फुट-पाउंडल, किलोवाट घंटा, लीटर-वायुमंडल और हॉर्स पावर-घंटे शामिल हैं। गर्मी के समान भौतिक आयाम वाले काम के कारण, कभी-कभी माप इकाइयों को आमतौर पर गर्मी या ऊर्जा सामग्री के लिए आरक्षित किया जाता है, जैसे कि थर्म, बीटीयू और कैलोरी, को मापने वाली इकाई के रूप में उपयोग किया जाता है।

कार्य की माप लगाये गये बल तथा बल की दिशा में वस्तु के विस्थापन के गुणनफल के बराबर होता है। कार्य एक अदिश राशि है, इसका S.I. मात्रक जूल है ।

कार्य = बल x विस्थापन

नोट: यदि बल F तथा विस्थापन S के मध्य कोण बनता है, तो-

w = F x S.coseꝊ

 

ऊर्जा (Energy) : 

किसी वस्तु की कार्य करने की क्षमता को उस वस्तु की ऊर्जा कहते हैं। ऊर्जा एक अदिश राशि है, इसका S.I. मात्रक जूल है।

 

कार्य द्वारा प्राप्त ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा कहलाती है, जो दो प्रकार की होती है

1. गतिज ऊर्जा   2. स्थितिज ऊर्जा।

गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy) :

किसी वस्तु में उसकी गति के कारण कार्य करने की जो क्षमता आ जाती है, उसे उस वस्तु की गतिज ऊर्जा कहते हैं। यदि m द्रव्यमान की वस्तु । वेग से चल रही हो, तो गतिज ऊर्जा (KE) होगी

स्थितिज ऊर्जा (Potential energy) :

जब किसी वस्तु में विशेष अवस्था (State) या स्थिति के कारण कार्य करने की क्षमता आ जाती है, तो उसे स्थितिज ऊर्जा कहते हैं, जैसे-बाँध बनाकर इकट्ठा किये गये पानी की ऊर्जा, घड़ी की चाभी में संचित ऊर्जा, तनी हुई स्प्रिंग या कमानी की ऊर्जा । गुरुत्व बल के विरुद्ध संचित स्थितिज ऊर्जा का व्यंजक है - P.E. = mgh

जहाँ m = द्रव्यमान, 8 = गुरुत्वजनित त्वरण, h = ऊँचाई

 

ऊर्जा संरक्षण का नियम 
(Law of Conservation of Energy) : 

ऊर्जा न तो उत्पन्न की जा सकती है और न नष्ट की जा सकती है। ऊर्जा केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित की जा सकती है। जब भी ऊर्जा किसी रूप में लुप्त होती है तब ठीक उतनी ही ऊर्जा अन्य रूपों में प्रकट होती है। अतः विश्व की सम्पूर्ण ऊर्जा का परिमाण स्थिर रहता है। यह ऊर्जा-संरक्षण का नियम कहलाता है।

 

ऊर्जा रूपान्तरित करने वाले कुछ उपकरण 

क्र	उपकरण	ऊर्जा का रूपान्तरण
1	डायनेमो	यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत् ऊर्जा में
2	मोमबत्ती	रासायनिक ऊर्जा को प्रकाश एवं ऊष्मा उर्जा में
3	माइक्रोफोन	ध्वनि ऊर्जा को विधुत् ऊर्जा में
4	लाऊडस्पीकर	विद्युत् ऊर्जा को ध्वनि ऊर्जा में
5	सोलर सेल	सौर ऊर्जा को विद्युत् ऊर्जा में
6	ट्यूब लाइट	विधुत् ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में
7	विद्युत् मोटर	विद्युत् ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में
8	विद्युत् बल्व	विद्युत् ऊर्जा को प्रकाश एवं ऊष्मा ऊर्जा
9	विद्युत् सेल	रासायनिक ऊर्जा को विद्युत् ऊर्जा में
10	सितार	यांत्रिक ऊर्जा को ध्वनि ऊर्जा में

 

संवेग एवं गतिज ऊर्जा में संबंध

संवेग को दुगुना करने पर गतिज ऊर्जा चार गुनी हो जायेगी।

The Sun is the source of energy

 भौतिकी में, ऊर्जा मात्रात्मक संपत्ति है जिसे शरीर पर काम करने के लिए या इसे गर्म करने के लिए किसी शरीर या भौतिक प्रणाली में स्थानांतरित किया जाना चाहिए। ऊर्जा एक संरक्षित मात्रा है; ऊर्जा के संरक्षण का नियम कहता है कि ऊर्जा को रूप में परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन इसे बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है। इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (एसआई) ऊर्जा में माप की इकाई जूल है, जो किसी वस्तु को एक न्यूटन के बल के खिलाफ एक मीटर की दूरी तक ले जाने के काम से स्थानांतरित की गई ऊर्जा है।

 

ऊर्जा के सामान्य रूपों में गतिमान वस्तु की गतिज ऊर्जा, बल क्षेत्र (गुरुत्वाकर्षण, विद्युत या चुंबकीय) में किसी वस्तु की स्थिति द्वारा संग्रहीत संभावित ऊर्जा, ठोस वस्तुओं को खींचकर संग्रहीत लोचदार ऊर्जा, ईंधन के जलने पर निकलने वाली रासायनिक ऊर्जा शामिल हैं। , प्रकाश द्वारा वहन की जाने वाली विकिरण ऊर्जा और किसी वस्तु के तापमान के कारण तापीय ऊर्जा।

 

द्रव्यमान और ऊर्जा निकट से संबंधित हैं। द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता के कारण, किसी भी वस्तु का द्रव्यमान होता है जब स्थिर (रेस्ट मास कहा जाता है) में भी ऊर्जा की एक समान मात्रा होती है जिसका रूप विश्राम ऊर्जा कहलाता है, और कोई भी अतिरिक्त ऊर्जा (किसी भी रूप में) उस शेष ऊर्जा से ऊपर की वस्तु द्वारा प्राप्त की जाती है। जिस प्रकार वस्तु की कुल ऊर्जा में वृद्धि होती है, उसी प्रकार वस्तु के कुल द्रव्यमान में वृद्धि होगी। उदाहरण के लिए, किसी वस्तु को गर्म करने के बाद, उसकी ऊर्जा में वृद्धि को द्रव्यमान में एक छोटी सी वृद्धि के रूप में मापा जा सकता है, एक संवेदनशील पर्याप्त पैमाने के साथ।

 

जीवित जीवों को जीवित रहने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जैसे कि मनुष्य को भोजन से मिलने वाली ऊर्जा। मानव सभ्यता को कार्य करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो इसे जीवाश्म ईंधन, परमाणु ईंधन या नवीकरणीय ऊर्जा जैसे ऊर्जा संसाधनों से प्राप्त होती है। पृथ्वी की जलवायु और पारिस्थितिकी तंत्र की प्रक्रियाएं पृथ्वी को सूर्य से प्राप्त होने वाली उज्ज्वल ऊर्जा और पृथ्वी के भीतर निहित भू-तापीय ऊर्जा द्वारा संचालित होती हैं।

 

Forms

एक प्रणाली की कुल ऊर्जा को विभिन्न तरीकों से संभावित ऊर्जा, गतिज ऊर्जा या दोनों के संयोजन में विभाजित और वर्गीकृत किया जा सकता है। गतिज ऊर्जा किसी वस्तु की गति से निर्धारित होती है - या किसी वस्तु के घटकों की समग्र गति - और संभावित ऊर्जा किसी वस्तु की गति की क्षमता को दर्शाती है, और आम तौर पर एक क्षेत्र के भीतर किसी वस्तु की स्थिति का एक कार्य है या खेत में ही रखा जा सकता है।

 

हालांकि ये दो श्रेणियां ऊर्जा के सभी रूपों का वर्णन करने के लिए पर्याप्त हैं, लेकिन संभावित और गतिज ऊर्जा के विशेष संयोजनों को अपने स्वयं के रूप के रूप में संदर्भित करना अक्सर सुविधाजनक होता है। उदाहरण के लिए, मैक्रोस्कोपिक यांत्रिक ऊर्जा एक प्रणाली में अनुवाद और घूर्णी गतिज और संभावित ऊर्जा का योग है जो तापमान के कारण गतिज ऊर्जा की उपेक्षा करती है, और परमाणु ऊर्जा जो परमाणु बल और कमजोर बल से क्षमता को जोड़ती है, दूसरों के बीच में।

 

History of energy 
(ऊर्जा का इतिहास)

ऊर्जा शब्द प्राचीन ग्रीक से निकला है: ἐνέργεια, रोमनकृत: एनर्जिया, लिट। 'गतिविधि, संचालन',  जो संभवत: ईसा पूर्व चौथी शताब्दी में अरस्तू के काम में पहली बार दिखाई देता है। आधुनिक परिभाषा के विपरीत, एनर्जिया एक गुणात्मक दार्शनिक अवधारणा थी, जो खुशी और आनंद जैसे विचारों को शामिल करने के लिए पर्याप्त थी।

 

17वीं शताब्दी के अंत में, गॉटफ्रीड लाइबनिज़ ने लैटिन के विचार का प्रस्ताव रखा: विज़ विवा, या जीवित शक्ति, जिसे किसी वस्तु के द्रव्यमान और उसके वेग के वर्ग के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया गया; उनका मानना ​​​​था कि कुल विवा का संरक्षण किया गया था। घर्षण के कारण धीमा होने के कारण, लाइबनिज ने सिद्धांत दिया कि थर्मल ऊर्जा में पदार्थ के घटक भागों की गति शामिल है, हालांकि यह आम तौर पर स्वीकार किए जाने तक एक शताब्दी से अधिक समय तक होगा। इस संपत्ति का आधुनिक एनालॉग, गतिज ऊर्जा, केवल दो के कारक से विवा से भिन्न होता है। 18 वीं शताब्दी की शुरुआत में, एमिली डु चैटलेट ने न्यूटन के प्रिंसिपिया मैथमैटिका के फ्रांसीसी भाषा अनुवाद के सीमांत में ऊर्जा के संरक्षण की अवधारणा का प्रस्ताव रखा, जो एक संरक्षित मापनीय मात्रा के पहले फॉर्मूलेशन का प्रतिनिधित्व करता था जो गति से अलग था, और जो बाद में होगा "ऊर्जा" कहा जा सकता है।

 

1807 में, थॉमस यंग ने अपने आधुनिक अर्थों में संभवतः विज़ वाइवा के बजाय "ऊर्जा" शब्द का प्रयोग किया था। गुस्ताव-गैस्पर्ड कोरिओलिस ने 1829 में अपने आधुनिक अर्थों में "गतिज ऊर्जा" का वर्णन किया, और 1853 में, विलियम रैंकिन ने "संभावित ऊर्जा" शब्द गढ़ा। ऊर्जा के संरक्षण का नियम भी पहली बार 19वीं शताब्दी के प्रारंभ में प्रतिपादित किया गया था, और यह किसी भी पृथक प्रणाली पर लागू होता है। कुछ वर्षों के लिए यह तर्क दिया गया था कि क्या गर्मी एक भौतिक पदार्थ है, जिसे कैलोरी कहा जाता है, या केवल एक भौतिक मात्रा, जैसे गति। 1845 में जेम्स प्रेस्कॉट जूल ने यांत्रिक कार्य और ऊष्मा उत्पन्न करने के बीच की कड़ी की खोज की।

 

इन विकासों ने ऊर्जा के संरक्षण के सिद्धांत को जन्म दिया, जिसे मोटे तौर पर विलियम थॉमसन (लॉर्ड केल्विन) ने थर्मोडायनामिक्स के क्षेत्र के रूप में औपचारिक रूप दिया। थर्मोडायनामिक्स ने रूडोल्फ क्लॉसियस, जोशिया विलार्ड गिब्स और वाल्थर नर्नस्ट द्वारा रासायनिक प्रक्रियाओं के स्पष्टीकरण के तेजी से विकास में सहायता की। इसने क्लॉसियस द्वारा एन्ट्रापी की अवधारणा के गणितीय सूत्रीकरण और जोसेफ स्टीफन द्वारा उज्ज्वल ऊर्जा के नियमों की शुरूआत की ओर अग्रसर किया। नोएदर के प्रमेय के अनुसार, ऊर्जा का संरक्षण इस तथ्य का परिणाम है कि भौतिकी के नियम समय के साथ नहीं बदलते हैं। [3] इस प्रकार, 1918 के बाद से, सिद्धांतकारों ने समझा है कि ऊर्जा के संरक्षण का नियम ऊर्जा के साथ संयुग्मित मात्रा, अर्थात् समय के अनुवाद संबंधी समरूपता का प्रत्यक्ष गणितीय परिणाम है।

 

Units of energy 
(ऊर्जा की इकाइयाँ)

1843 में, जेम्स प्रेस्कॉट जूल ने स्वतंत्र रूप से प्रयोगों की एक श्रृंखला में यांत्रिक समकक्ष की खोज की। उनमें से सबसे प्रसिद्ध ने "जूल उपकरण" का इस्तेमाल किया: एक स्ट्रिंग से जुड़ा एक अवरोही वजन, पानी में डूबे हुए पैडल के रोटेशन का कारण बनता है, व्यावहारिक रूप से गर्मी हस्तांतरण से अछूता रहता है। इससे पता चला कि अवरोही में वजन द्वारा खोई गई गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा पैडल के साथ घर्षण के माध्यम से पानी द्वारा प्राप्त आंतरिक ऊर्जा के बराबर थी।

 

इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (एसआई) में, ऊर्जा की इकाई जूल है, जिसका नाम जूल के नाम पर रखा गया है। यह एक व्युत्पन्न इकाई है। यह एक मीटर की दूरी से एक न्यूटन का बल लगाने में खर्च की गई ऊर्जा (या किए गए कार्य) के बराबर है। हालांकि ऊर्जा कई अन्य इकाइयों में भी व्यक्त की जाती है जो एसआई का हिस्सा नहीं हैं, जैसे कि एर्ग, कैलोरी, ब्रिटिश थर्मल यूनिट, किलोवाट-घंटे और किलोकलरीज, जिन्हें एसआई इकाइयों में व्यक्त किए जाने पर रूपांतरण कारक की आवश्यकता होती है।

 

ऊर्जा दर की एसआई इकाई (ऊर्जा प्रति इकाई समय) वाट है, जो एक जूल प्रति सेकंड है। इस प्रकार, एक जूल एक वाट-सेकंड है, और 3600 जूल एक वाट-घंटे के बराबर है। सीजीएस ऊर्जा इकाई एर्ग है और इंपीरियल और यूएस प्रथागत इकाई फुट पाउंड है। अन्य ऊर्जा इकाइयाँ जैसे कि इलेक्ट्रॉनवोल्ट, खाद्य कैलोरी या थर्मोडायनामिक kcal (ताप प्रक्रिया में पानी के तापमान परिवर्तन के आधार पर), और BTU का उपयोग विज्ञान और वाणिज्य के विशिष्ट क्षेत्रों में किया जाता है।

शक्ति (Power) : 

कार्य करने की दर को शक्ति कहते हैं। यदि किसी कर्ता द्वारा W कार्य । t समय में किया जाता है,  तो कर्ता की शक्ति W/t होगी। शक्ति का S.1. मात्रक वाट (W) है, जिसे वैज्ञानिक जेम्स वाट के सम्मान में रखा गया है।

 

शक्ति की एक और मात्रक अश्व शक्ति है। अश्व शक्ति इकाई जेम्स बाट के द्वारा दिया गया।

1 अश्व शक्ति (H.P.)=746w

= 550 ft - Ibs

=746 x 10⁷ अर्ग/सेकण्ड

=1 kW = 1000/746 = 1.34 H.P.

 

वाट सेकण्ड (Ws) : 1 वाट-सेकण्ड = 1 वाट x 1 सेकण्ड = 1 जूल

1 वाट घंटा (Wh) = 3600 जूल

1 किलोवाट घंटा = 1000 वाट घंटा = 3.6 x 10⁶ जूल

w,kw, MW तया H.P. शक्ति के मात्रक हैं।

Ws, wh, kWh कार्य अथवा ऊर्जा के मात्रक हैं।

भौतिकी में, शक्ति प्रति यूनिट समय में स्थानांतरित या परिवर्तित ऊर्जा की मात्रा है। इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स में, शक्ति की इकाई वाट है, जो एक जूल प्रति सेकंड के बराबर है। पुराने कार्यों में, शक्ति को कभी-कभी गतिविधि कहा जाता है। शक्ति एक अदिश राशि है।
 
मोटर की आउटपुट पावर मोटर द्वारा उत्पन्न टॉर्क और उसके आउटपुट शाफ्ट के कोणीय वेग का उत्पाद है। जमीनी वाहन को हिलाने में शामिल शक्ति पहियों पर कर्षण बल और वाहन के वेग का उत्पाद है। शास्त्रीय यांत्रिकी में, जैसा कि संदर्भ के एक स्थिर फ्रेम से परिमाणित होता है, जेट-प्रोपेल्ड वाहन की प्रेरक शक्ति इंजन के जोर और वाहन के वेग का उत्पाद है (ध्यान दें कि इस परिभाषा के अनुसार, एक चालित वाहन स्थिर ऊंचाई पर मँडराता है। एक गुरुत्वाकर्षण पिंड, जहां ऊपर की ओर जोर गुरुत्वाकर्षण के नीचे के त्वरण को बिल्कुल रद्द कर देता है, मकसद शक्ति शून्य है)। जिस दर पर एक प्रकाश बल्ब विद्युत ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करता है और गर्मी को वाट में मापा जाता है - प्रति यूनिट समय में उपयोग की जाने वाली विद्युत ऊर्जा।
 

Units of power 
(शक्ति की इकाइयाँ)

शक्ति का आयाम समय से विभाजित ऊर्जा है। इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (SI) में, शक्ति की इकाई वाट (W) है, जो एक जूल प्रति सेकंड के बराबर है। घोड़े की शक्ति की तुलना में अन्य सामान्य और पारंपरिक उपाय अश्वशक्ति (एचपी) हैं; एक यांत्रिक अश्वशक्ति लगभग 745.7 वाट के बराबर होती है। बिजली की अन्य इकाइयों में एर्ग प्रति सेकंड (erg/s), फुट-पाउंड प्रति मिनट, dBm, 1 मिलीवाट के संदर्भ के सापेक्ष एक लघुगणकीय माप, प्रति घंटे कैलोरी, BTU प्रति घंटा (BTU/h), और टन प्रशीतन शामिल हैं। 

The End