Utilization of Electrical Energy MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Utilization of Electrical Energy - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

निकेल-आयरन सेल डिस्चार्जिंग प्रक्रिया

परिभाषा: निकेल-आयरन (Ni-Fe) सेल, जिसे एडिसन सेल के रूप में भी जाना जाता है, एक प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी है जो धनात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में आयरन का उपयोग करती है। डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए दोनों इलेक्ट्रोड पर रासायनिक अभिक्रियाएँ होती हैं।

डिस्चार्जिंग के दौरान कार्य सिद्धांत: निकेल-आयरन सेल में, डिस्चार्जिंग प्रक्रिया में निम्नलिखित विद्युत रासायनिक अभिक्रियाएँ शामिल हैं:

धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) पर, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड (NiOOH) का निकेल हाइड्रॉक्साइड (Ni(OH)₂) में अपचयन होता है:
NiOOH + H₂O + e^- → Ni(OH)₂ + OH^-

ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) पर, आयरन (Fe) का आयरन हाइड्रॉक्साइड (Fe(OH)₂) में ऑक्सीकरण होता है:
Fe + 2OH^- → Fe(OH)₂ + 2e^-

इन अभिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बाहरी परिपथ के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है, जिससे विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है जिसका उपयोग जुड़े उपकरणों द्वारा किया जा सकता है। डिस्चार्ज के दौरान समग्र सेल अभिक्रिया को इस प्रकार संक्षेपित किया जा सकता है:
NiOOH + Fe + H₂O → Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂

अनुप्रयोग: निकेल-आयरन सेल आमतौर पर ऑफ-ग्रिड और नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था, रेलवे सिग्नलिंग और अन्य अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहाँ लंबा जीवन और मजबूती महत्वपूर्ण है।

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प है:

विकल्प 2: ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन का आयरन ऑक्साइड में ऑक्सीकरण होता है, और धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल का निकेल हाइड्रॉक्साइड में अपचयन होता है।

यह विकल्प निकेल-आयरन सेल की डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान होने वाली विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं का सही वर्णन करता है। ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन ऑक्सीकरण से गुजरता है, जबकि धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड अपचयन से गुजरता है, जिससे विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है।

Additional Information 

विश्लेषण को और समझने के लिए, आइए अन्य विकल्पों का मूल्यांकन करें:

विकल्प 1: धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल का धात्विक निकेल में अपचयन होता है, और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण होता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड का अपचयन निकेल हाइड्रॉक्साइड में होता है, न कि धात्विक निकेल में। इसके अतिरिक्त, आयरन का ऑक्सीकरण आयरन हाइड्रॉक्साइड में होता है, न कि आयरन हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण।

विकल्प 3: धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल हाइड्रॉक्साइड का धात्विक निकेल में अपचयन होता है, और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन का ऑक्सीकरण होता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि डिस्चार्जिंग के दौरान निकेल हाइड्रॉक्साइड का अपचयन धात्विक निकेल में नहीं होता है। इसके बजाय, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड का अपचयन निकेल हाइड्रॉक्साइड में होता है।

विकल्प 4: ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन का धात्विक आयरन में अपचयन होता है, और धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण होता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि डिस्चार्जिंग के दौरान, आयरन का ऑक्सीकरण आयरन हाइड्रॉक्साइड में होता है, न कि धात्विक आयरन में अपचयन। इसके अतिरिक्त, डिस्चार्जिंग के दौरान निकेल हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण नहीं होता है; इसके बजाय, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड का अपचयन निकेल हाइड्रॉक्साइड में होता है।

सही विकल्प 1 है।

अवधारणा:

प्राथमिक सेल:

• एक प्राथमिक सेल या बैटरी एक ऐसी बैटरी होती है जिसे एक बार उपयोग करने के बाद आसानी से रिचार्ज नहीं किया जा सकता है और डिस्चार्ज होने के बाद इसे त्याग दिया जाता है।
• अधिकांश प्राथमिक सेल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं जो शोषक सामग्री या एक विभाजक के भीतर निहित होते हैं (अर्थात कोई मुक्त या तरल इलेक्ट्रोलाइट नहीं) और इस प्रकार इन्हें शुष्क सेल कहा जाता है।
• प्राथमिक सेलों के दो उदाहरण डैनियल सेल और लेक्लांचे सेल हैं।
• सेल का उपयोग रासायनिक ऊर्जा के रूप में विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए नहीं किया जाता है।

व्याख्या:

• एक प्राथमिक सेल एक ऐसा सेल है जिसे एक बार उपयोग करने और त्यागने के लिए डिज़ाइन किया गया है, बिजली से रिचार्ज नहीं किया जाता है, और माध्यमिक सेल की तरह पुन: उपयोग किया जाता है।
• सामान्य तौर पर, सेल में होने वाली इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय नहीं होती है, इसलिए इन सेलों को रिचार्ज नहीं किया जा सकता है।​

Additional Information माध्यमिक सेल:

• एक माध्यमिक सेल एक प्रकार का सेल है जिसे परिपथ की विपरीत दिशा में करंट पास करके विद्युत रूप से रिचार्ज किया जा सकता है।
• माध्यमिक सेलों के सबसे अच्छे उदाहरणों में से एक क्षारीय बैटरी है।
• क्षारीय बैटरी में ऊर्जा जस्ता धातु और मैंगनीज डाइऑक्साइड की परस्पर क्रिया से प्राप्त होती है।
• इन बैटरियों की उम्र लंबी होती है और इनमें ऊर्जा घनत्व अधिक होता है।
• यह विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है जब इसमें धारा प्रवाहित होती है (अर्थात चार्जिंग के दौरान), जबकि यह रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है जब इससे धारा निकाली जाता है (अर्थात, डिस्चार्जिंग के दौरान)।

सही उत्तर है: 4) वह आवेश की मात्रा जो बैटरी एक विशिष्ट समय अवधि में संग्रहीत और प्रदान कर सकती है
व्याख्या:

बैटरी की क्षमता को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

• कुल विद्युत आवेश (एम्पियर-घंटे, Ah में) जिसे यह निर्दिष्ट शर्तों (जैसे, निर्वहन दर, तापमान) के तहत संग्रहीत और प्रदान कर सकता है।

• उदाहरण: एक 10 Ah बैटरी सैद्धांतिक रूप से 1A को 10 घंटे या 2A को 5 घंटे तक प्रदान कर सकती है।

सही उत्तर विकल्प 3 है।

नियमित परावर्तन (Specular reflection): एक चिकनी और चमकदार सतह जैसे दर्पण से प्रकाश का परावर्तन नियमित परावर्तन कहलाता है।

मुख्य विशेषताएँ:

• चिकनी सतहों पर होता है (जैसे, दर्पण, शांत जल)।
• प्रकाश किरणें एक ही, पूर्वानुमेय दिशा में परावर्तित होती हैं।
• परावर्तन के नियम का पालन करता है: आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है।
• स्पष्ट प्रतिबिम्ब उत्पन्न करता है, जैसे दर्पण में आपका प्रतिबिम्ब।

Additional Information 

परावर्तन के अन्य प्रकार हैं:
विसरित परावर्तन (Spread reflection): विसरित परावर्तन, जिसे प्रकीर्ण या मिश्रित परावर्तन भी कहा जाता है, तब होता है जब प्रकाश कई दिशाओं में एक सतह से परावर्तित होता है जिसमें खामियाँ होती हैं, जैसे कि खुरदरी सतह या असमान सामग्री।
अनियमित परावर्तन (Irregular reflection): जब प्रकाश की किरण ऐसी सतह पर पड़ती है जो पूरी तरह से चिकनी और पॉलिश नहीं होती है, जैसे कि दीवार, लकड़ी का कागज आदि, तो इसे अनियमित परावर्तन कहा जाता है।

प्रकीर्ण परावर्तन (Diffuse reflection): प्रकीर्ण परावर्तन एक ऐसी सतह से प्रकाश का परावर्तन है जिसमें आपतित किरण कई कोणों पर परावर्तित होती है, न कि केवल एक कोण पर जैसा कि नियमित परावर्तन के मामले में होता है।

संप्रत्यय:

सार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था रात के समय दृश्यता, सुरक्षा और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। इसके डिजाइन और कार्यान्वयन में एक मुख्य विचार केवल क्षेत्र को रोशन करना नहीं है, बल्कि इसे ऊर्जा-कुशल, सुरक्षित और टिकाऊ तरीके से करना है।

विकल्पों का मूल्यांकन:

विकल्प 1: पर्याप्त रोशनी प्रदान करना जबकि ऊर्जा दक्षता और सुरक्षा सुनिश्चित करना - सही
यह सार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था के मुख्य उद्देश्यों को संबोधित करता है: दृश्यता, सुरक्षा, लागत-प्रभावशीलता और स्थिरता।

विकल्प 2: लागत कम करने के लिए रखरखाव आवश्यकताओं को अनदेखा करना - गलत
रखरखाव की उपेक्षा करने से बार-बार आउटेज, सुरक्षा खतरे और लंबी अवधि में अधिक लागत आ सकती है।

विकल्प 3: केवल प्रकाश स्थिरियों के सौंदर्य डिजाइन पर ध्यान केंद्रित करना - गलत
जबकि सौंदर्यशास्त्र मायने रखता है, सार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था को पहले कार्यात्मक और सुरक्षा मानकों को पूरा करना होगा।

विकल्प 4: यह सुनिश्चित करना कि प्रकाश व्यवस्था किसी भी सुरक्षात्मक उपकरण के बिना संचालित होती है - गलत
विद्युत खतरों को रोकने और सिस्टम की लंबी आयु सुनिश्चित करने के लिए सुरक्षात्मक उपकरण आवश्यक हैं।

प्रकाशन की व्युत्पन्न एस.आई. (SI) मानक लक्स (lx) है।

सही उत्तर क्लीनिंग है।

Key Points

स्पष्टीकरण:

विद्युतलेपन: विद्युत के माध्यम से किसी अन्य सामग्री पर किसी भी वांछित धातु की परत जमा करने की प्रक्रिया शामिल है। इसमें, विद्युत धारा का उपयोग विघटित धातु धनायन को कम करने के लिए किया जाता है जिससे वे इलेक्ट्रोड पर एक पतली धातु की परत बनाते हैं।

• यह जंग के  विरुद्ध समायोजित या सुरक्षात्मक सतह प्राप्त करने की और धातु विलेपन के साथ विलेपित करने की प्रक्रिया है।
• लेपित घटक को इलेक्ट्रोलाइट में डुबोया जाता है और कैथोड के रूप में बनाया जाता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
• इलेक्ट्रोलाइट एनोड से कैथोड में जमा होने वाले पदार्थ के धातु आयनों की आपूर्ति करता है।

आरेख से स्पष्ट है कि लेपन का कार्य कैथोड पर होता है।

• विद्युत लेपन प्रक्रिया से पहले, गंदगी, चिकनाई और किसी भी अन्य सतह की अशुद्धियों को कम करने के उद्देश्य से उचित निर्मलन किया जाता है।

Additional Information

• बफ़िंग: सतह को और अधिक चिकना करने और सतह को चमकदार, दाने रहित परिष्करण प्रदान करने के लिए महीन अपघर्षक के साथ पॉलिश करने के बाद बफ़िंग प्रचालन किया जाता है
• सोल्डरिंग: सोल्डरिंग वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा धातु सामग्री को एक अन्य तरल धातु (सोल्डर) की मदद से जोड़ा जाता है।
• पॉलिशिंग: पॉलिशिंग में, सतह की अनियमितताओं को घर्षण कणों का उपयोग करके कार्यवस्तु से हटा दिया जाता है जो एक लचीले पहिये या बेल्ट से चिपके होते हैं
• इलेक्ट्रोपोलिशिंग: इलेक्ट्रोपोलिशिंग विद्युत लेपन की एक उत्क्रमणीय प्रक्रिया है।

प्रदीपन दक्षता: इसे विकिरित दक्षता के रूप में भी जाना जाता है। इसे दृश्य का संवेदन उत्पादित करने के लिए आवश्यक प्रकाश के रूप में विकरित ऊर्जा से दीप्त निकाय द्वारा विकरित कुल ऊर्जा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

विकरित दक्षता = प्रकाश के रूप में विकरित ऊर्जा/ वस्तु द्वारा विकरित कुल ऊर्जा

लैंप की दक्षता लुमेन / वाट में मापी जाती है।

महत्वपूर्ण बिंदु:

लैंप में शक्ति अपव्यय, 

\(P = \frac{{{V^2}}}{R}\)

चूँकि दोनों बल्ब समान वोल्टेज पर रेटेड हैं, इसलिए हम कह सकते हैं कि प्रत्येक बल्ब का प्रतिरोध इसके रेटेड शक्ति के व्युत्क्रमानुपाती है। इसलिए, 60 W के बल्ब (R60) का प्रतिरोध 100 W (R100) के बल्ब के प्रतिरोध से अधिक होगा।

चूँकि लैंप समानांतर में जुड़े हुए हैं, इसलिए दोनों बल्ब पर वोल्टेज समान होगी।

60 W के लैंप पर अपव्यय होने वाली शक्ति, \({P_{60}} = \frac{{{V^2}}}{{{R_{60}}}}\)

100 W के लैंप पर अपव्यय होने वाली शक्ति, \({P_{100}} = \frac{{{V^2}}}{{{R_{100}}}}\)

चूँकि R60 > R100 है, इसलिए 100 W के लैंप पर अपव्यय होने वाली शक्ति 60 W पर अपव्यय होने वाली शक्ति से अधिक है।

विभिन्न प्रकाश बल्ब अलग-अलग समयावधि के लिए चलते हैं। दिए गए लैंपों में से तापदीप्‍त लैंप में कार्य-समय में सबसे छोटा जीवन काल होता हैं।

• खाली स्थान से ऊंचाई का अनुपात कार्यशील समतल (Hm) से ऊपर उनकी ऊंचाई पर ल्यूमिनायर (S)  के बीच की जगह का अनुपात है। 
• निर्माता अपने प्रत्येक ल्यूमिनायर के लिए ऊँचाई अनुपात (SHR) के लिए अनुशंसित स्थान निर्दिष्ट करते हैं।
• आमतौर पर, ऊँचाई अनुपात (SHR) के लिए एक अनुशंसित स्थान 1: 2 है ।

विद्युत कर्षण प्रणाली:

• विद्युत कर्षण का मतलब चलन है जिसमें ड्राइविंग (या कर्षक) बल को विद्युत मोटर्स से प्राप्त किया जाता है। इसका उपयोग विद्युत गाड़ियों, ट्रामकार, ट्रॉलीबस और डीजल-विद्युत वाहनों आदि में किया जाता है।
• वे किसी न किसी स्तर पर विद्युत ऊर्जा के उपयोग को शामिल करते हैं।
• उदाहरण: बैटरी-विद्युत ड्राइव, डीजल-विद्युत ड्राइव, रेलवे विद्युत चलित्र ओवरहेड AC आपूर्ति, ट्रामवेज और ट्रॉली बसों से DC आपूर्ति के साथ दिया जाता है।

रेलवे पटरी विद्युतीकरण प्रणाली:

दिष्ट धारा कर्षण प्रणाली:

• सभी मामलों में, संपर्क प्रणालियों को सबस्टेशनों से दिया जाता है जो उपनगरीय लाइनों के लिए 3 से 5 km और मुख्य लाइनों की सर्विस के लिए 40-50 km तक फैलाए जाते हैं।
• सबस्टेशन को 110/132 kV, 3-फेज़ नेटवर्क (या ग्रिड) से बिजली मिलती है। इन सबस्टेशनों पर, यह उच्च-वोल्टेज 3-फेज़ आपूर्ति स्कॉट-संयोजन या V-संयोजन 3-फेज़ ट्रांसफार्मर की सहायता से कम वोल्टेज वाले एकल-फेज़ आपूर्ति में परिवर्तित हो जाती है।
• अगला निम्न AC वोल्टेज उपयुक्त दिष्टकारी या परिवर्तक (जैसे रोटरी परिवर्तक, पारा-आर्क दिष्टकारी, धातु या अर्धचालक दिष्टकारी) का उपयोग करके उपयुक्त DC वोल्टेज में बदल जाता है।
• DC मोटर्स AC मोटर्स की तुलना में लगातार और तीव्र गति नियंत्रण के लिए बेहतर अनुकूल हैं।
• DC ट्रेन उपकरण समान AC उपकरणों की तुलना में हल्का, कम खर्चीला और अधिक कुशल है।
• समान परिस्थितियों में काम करते समय, DC ट्रेन एकल-फेज़ AC ट्रेन की तुलना में कम ऊर्जा खपत करती है।
• चालक रेल की निर्माण लागत और रखरखाव लागत एकल-फेज़ AC प्रणाली की तुलना में कम है।
• DC कर्षण प्रणाली में ओवरहेड संचार लाइनों के साथ कोई विद्युत हस्तक्षेप नहीं।
• DC प्रणाली का एकमात्र नुकसान अपेक्षाकृत कम दूरी पर AC/DC रूपांतरण सब-स्टेशनों को अलग करने की आवश्यकता है।

एकल-फेज़ कम-आवृत्ति AC कर्षण प्रणाली:

• इस प्रणाली में, आवृत्ति (50 Hz), (50/2 Hz), (50/3 Hz) Hz पर 11 से 15 kV से AC वोल्टेज का उपयोग किया जाता है।
• विद्युत आपूर्ति 50 Hz पर उच्च वोल्टेज संचरण लाइनों से ली जाती है, फिर अपचायी ट्रांसफार्मर के अलावा, आवृत्ति परिवर्तक के साथ सबस्टेशन प्रदान किया जाता है।
• एकल ओवर-हेड तार (वापसी पथ प्रदान करने वाली रेल) ​​के माध्यम से विद्युत इंजन को आपूर्ति प्रदान की जाती है।
• चलित्र द्वारा किया गया एक अपचायी ट्रांसफार्मर AC श्रेणी के मोटर्स को देने के लिए 15-kV वोल्टेज को 300-400 V तक कम कर देता है।
• AC श्रेणी मोटर में कम शक्ति गुणक और विनिमय समस्या को दूर करने के लिए, कम आवृत्ति वाली AC आपूर्ति का उपयोग किया जाता है।
• कम आवृत्ति को नियोजित करने का एक और लाभ यह है कि यह टेलीफोनिक व्यतिकरण को कम करती है।
• सबस्टेशन 50 से 80 km दूर होते हैं।

तीन फेज़ निम्न आवृत्ति AC प्रणाली:

• यह 3-फेज प्रेरण मोटर्स का उपयोग करता है जो 3 kV से 3.6 kV पर (50/3 Hz) आपूर्ति पर काम करता है।
• सबस्टेशनों को 50 Hz की सामान्य औद्योगिक आवृत्ति पर 3-चरण ट्रांसमिशन लाइनों से बहुत उच्च वोल्टेज पर बिजली मिलती है।
• इस उच्च वोल्टेज को ट्रांसफार्मर द्वारा (3 kV से 3.6 kV) नीचे ले जाया जाता है और आवृत्ति कन्वर्टर्स द्वारा आवृत्ति 50 हर्ट्ज से घटाकर (50/3 Hz) कर दी जाती है।
• यह प्रणाली दो ओवरहेड संपर्क तारों और तीसरे चरण के गठन वाले ट्रैक रेल को नियुक्त करती है।
• प्रणाली में उपयोग की जाने वाली प्रेरण मोटर्स काफी सरल और मजबूत होती हैं और परेशानी से मुक्त संचालन देती हैं।
• इस कर्षण प्रणाली में प्रयुक्त प्रेरण मोटर में उच्च दक्षता और स्वचालित पुनर्योजी ब्रेकिंग की क्षमता है।

कांडो प्रणाली (एकल-फेज़ AC से तीन-फेज़ AC):

• इस प्रणाली में, सबस्टेशन से एकल-फेज़ 16-kV, 50 Hz आपूर्ति को चलित्र द्वारा एकल ओवरहेड संपर्क तार के माध्यम से उठाया जाता है।
• फिर इसे चलित्र पर किए गए फेज़ परिवर्तक उपकरण के माध्यम से एक ही आवृत्ति पर 3-फेज़ AC आपूर्ति में परिवर्तित किया जाता है।
• यह 3-फेज़ आपूर्ति फिर 3-फेज़ प्रेरण मोटर्स को दिया जाता है।
• कांडो प्रणाली और विकसित होने की संभावना है।
   

एकल-फेज़ AC से DC प्रणाली:

• यह प्रणाली DC श्रेणी मोटर्स कर्षण के साथ औद्योगिक आवृत्ति पर उच्च वोल्टेज AC वितरण के लाभों को जोड़ती है।
• यह एक ओवरहेड 25-kV, 50-Hz आपूर्ति को नियोजित करता है जिसे चलित्र में स्थापित ट्रांसफार्मर द्वारा नीचे ले जाया जाता है।
• कम वोल्टेज AC आपूर्ति को फिर दिष्टकारी द्वारा DC आपूर्ति में बदल दिया जाता है, जिसे चलित्र पर भी चलाया जाता है।
• यह DC आपूर्ति आखिरकार पहियों के बीच फिट की गई DC श्रेणी कर्षण मोटर को दी जाती है।
• 25-kV, 50-Hz, 1-फेज़ AC आपूर्ति को प्रयोग में लाने वाली कर्षण की प्रणाली को भारतीय रेलवे ने अपनाया है।

विद्युत तापन का वर्गीकरण नीचे दिया गया हैः