कार्य, ऊर्जा एवं शक्ति ( Work,Energy and Power )

कार्य, ऊर्जा एवं शक्ति / महत्वपूर्ण प्रश्नोतर

कार्य (Work) :-

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 θ कोण बनता है, तो W = F X S .cos θ

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 v वेग से चल रही हो, तो गतिज ऊर्जा (KE) होगी - KE = 1 / 2 mv 2

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- बांध 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, g-गुरुत्वजनित त्वरण, h = ऊंचाई

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।

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ऊर्जा रूपान्तरित करने वाले कुछ उपकरण

संख्या उपकरण ऊर्जा का रूपान्तरण
1. डायनेमो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में
2. मोमबत्ती रासायनिक ऊर्जा को प्रकाश एवं ऊष्मा ऊर्जा में
3. माइक्रोफोन ध्वनि ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में
4. लाउडस्पीकर विद्युत ऊर्जा को ध्वनि ऊर्जा में
5. सोलर सेल सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में
6. ट्यूब लाइट विद्युत ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में
7. विद्युत मोटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में
8. विद्युत बल्य विद्युत् ऊर्जा को प्रकाश एवं ऊष्मा ऊर्जा में
9.विद्युत सेल रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में
10. सितार यांत्रिक ऊर्जा को ध्वनि ऊर्जा में


संवेग एवं गतिज ऊर्जा में संबंध :-

K.E = P2/2m जहाँ, P (संवेग) = mv
अर्थात् संवेग को दुगुना करने पर गतिज ऊर्जा चार गुनी हो जायेगी ।

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.I. मात्रक वाट (W) है, जिसे वैज्ञानिक जेम्स वाट के सम्मान में रखा गया है। कार्य शक्ति - कार्य/ समय = जूल / सेकंड = वाट-107 = अर्ग/सेकण्ड
1kW = 1000 W
1 MW = 106 W
शक्ति की एक और मात्रक अश्व शक्ति है
अश्व शक्ति इकाई जेम्स वाट के द्वारा दिया गया।

अश्व शक्ति (H.P)

1 अश्व शक्ति (H.P) = 746 W
= 550 ft - lbs
= 746 x 107 अर्ग/सेकण्ड
1 kW = 1000/746 - 1.34 H.P.

वाट-सेकण्ड ( Ws )

1 वाट-सेकण्ड ( Ws ) = 1 वाट x 1 सेकंड = 1 जूल
1 वाट घंटा (Wh) = 3600 जूल
1 किलोवाट घंटा = 1000 वाट घंटा = 3.6 x 10 जूल
W,kW,MW तथा H.P शक्ति के मात्रक हैं।
Ws, Wh, kWh कार्य अथवा ऊर्जा के मात्रक हैं।

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कार्य,ऊर्जा एवं शक्ति प्रश्न उत्तर

1. जब कोई पिंड मुक्त रूप से पृथ्वी की ओर गिरता है, तो इसकी कुल ऊर्जा अचर रहती है ।
2. रासायनिक ऊर्जा को विद्युत् ऊर्जा में बदलने में बैट्री सहायक होता है ।
3. किसी वस्तु में उसकी स्थिति के कारण संचित ऊर्जा, स्थितिज ऊर्जा कहलाता है ।
4. “जूल” कार्य का मात्रक होता है ।
5. ऊर्जा की वाणिज्यिक इकाई "किलोवाट ऑवर" होती है ।
6. कोई कार किसी समतल सड़क पर त्वरित होकर अपने आरंभिक वेग का चार गुना वेग प्राप्त कर लेती है। इस प्रक्रिया में कार की स्थितिज ऊर्जा परिवर्तित नहीं होती है ।
7. ऋणात्मक कार्य के प्रकरण में बल एवं विस्थापन के बीच का कोण 180° होता है ।
8. जब कोई वस्तु स्वतंत्र रूप से जमीन पर गिर रही होती है तो उसकी कुल ऊर्जा स्थिर रहती है ।
9. 100W का विद्युत् बल्ब 1 मिनट में 6000 जूल ऊर्जा का स्थानान्तरण करता है ।
10. जब किसी वस्तु के द्वारा कार्य किया जाता है, तो उसे ऊर्जा की प्राप्ति होती है ।
11. कोई लड़की अपनी पीठ पर 3 kg द्रव्यमान का बस्ता उठाए किसी समतल सड़क पर 300 m की दूरी तय करती है। उसके द्वारा गुरुत्वाकर्षण बल के विरुद्ध किया जाने वाला कार्य शून्य होगा (g = 10 m s⁻²)।
12. 60 वाट का एक रेडियो सेट 50 घंटे तक चलता है। उसके द्वारा खपत की गई विद्युत ऊर्जा 3 किलोवाट-ऑवर होती है ।
13. ऊर्जा का मात्रक "किलोवाट" नहीं है ।
14. शक्ति की सबसे छोटी ईकाई "वाट" है ।
15. बांध के संग्रहित जल में स्थितिज ऊर्जा होती है ।
16. किसी वस्तु पर किया गया कार्य वस्तु के प्रारंभिक वेग पर निर्भर नहीं करता है।

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