Electric power
વિદ્યુત શક્તિ એ દર છે કે જેના પર વિદ્યુત સર્કિટ દ્વારા વિદ્યુત ઊર્જા સ્થાનાંતરિત થાય છે. શક્તિનો એસ. આઈ. એકમ વોટ છે, એક જુલ પ્રતિ સેકન્ડ. પ્રમાણભૂત ઉપસર્ગો અન્ય એસ. આઈ. એકમોની જેમ વોટને લાગુ પડે છેઃ હજારો, લાખો અને અબજો વોટને અનુક્રમે કિલોવોટ, મેગાવોટ અને ગીગાવોટ કહેવામાં આવે છે. એક સામાન્ય ખોટો ખ્યાલ એ છે કે વીજળી ખરીદવામાં આવે છે અને વેચવામાં આવે છે, પરંતુ વાસ્તવમાં વિદ્યુત ઊર્જા ખરીદવામાં આવે છે અને વેચવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ગ્રાહકોને વેચવામાં આવતી વીજળી ઊર્જાની માત્રાના સંદર્ભમાં માપવામાં આવે છે, કિલોવોટ-કલાક (કિલોવોટનો ગુણાકાર કલાકો દ્વારા થાય છે), અને તે દર નહીં કે જેના પર આ ઊર્જા સ્થાનાંતરિત થાય છે. વિદ્યુત શક્તિ સામાન્ય રીતે વિદ્યુત જનરેટર દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, પરંતુ વિદ્યુત બૅટરી જેવા સ્રોતો દ્વારા પણ પૂરી પાડી શકાય છે. તે સામાન્ય રીતે વિદ્યુત ઊર્જા ઉદ્યોગ દ્વારા વિદ્યુત ગ્રીડ દ્વારા વ્યવસાયો અને ઘરોને (ઘરેલું મુખ્ય વીજળી તરીકે) પૂરી પાડવામાં આવે છે. વિદ્યુત શક્તિ ટ્રાન્સમિશન લાઇનો દ્વારા લાંબા અંતર સુધી પહોંચાડી શકાય છે અને તેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સાથે ગતિ, પ્રકાશ અથવા ગરમી જેવા કાર્યક્રમો માટે થાય છે. વ્યાખ્યા વિદ્યુત શક્તિ, યાંત્રિક શક્તિની જેમ, કામ કરવાનો દર છે, જે વોટ્સમાં માપવામાં આવે છે અને પી અક્ષર દ્વારા રજૂ થાય છે. વોટ્ટેજ શબ્દનો ઉપયોગ બોલચાલની ભાષામાં "વોટ્સમાં વિદ્યુત શક્તિ" માટે થાય છે. વિદ્યુત પ્રવાહ I દ્વારા ઉત્પાદિત વોટ્સમાં વિદ્યુત શક્તિ, જેમાં V ના વિદ્યુત પોટેન્શિયલ (વોલ્ટેજ) તફાવતમાંથી પસાર થતા દર t સેકંડમાં Q કુલોમ્બ્સનો ચાર્જ હોય છેઃ જ્યાંઃ W એ જૂલમાં કામ કરે છે t એ સેકંડમાં સમય છે Q એ કુલોમ્બ્સમાં વિદ્યુત ચાર્જ છે V એ વિદ્યુત પોટેન્શિયલ અથવા વોલ્ટમાં વોલ્ટેજ છે I એ એમ્પીયરમાં વિદ્યુત પ્રવાહ છે એટલે કે, વોટ = વોલ્ટ ગુણ્યા એમ્પ્સ. સમજૂતી વિદ્યુત ઊર્જા ઊર્જાના અન્ય સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત થાય છે જ્યારે વિદ્યુત ચાર્જ વિદ્યુત સંભવિત તફાવત (વોલ્ટેજ) માંથી પસાર થાય છે, જે વિદ્યુત પરિપથમાં વિદ્યુત ઘટકોમાં થાય છે. વિદ્યુત ઊર્જાના દૃષ્ટિકોણથી, વિદ્યુત પરિપથમાં ઘટકોને બે વર્ગોમાં વિભાજિત કરી શકાય છેઃ સક્રિય ઉપકરણો (ઊર્જા સ્ત્રોતો) જો વિદ્યુત પ્રવાહને ઉપકરણ દ્વારા નીચલા વિદ્યુત સંભવિતથી ઉચ્ચ તરફ વહેવા માટે દબાણ કરવામાં આવે, તો હકારાત્મક ચાર્જ નકારાત્મકથી સકારાત્મક ટર્મિનલ તરફ આગળ વધે છે, ચાર્જ પર કામ કરવામાં આવશે, અને ઊર્જાને યાંત્રિક ઊર્જા અથવા રાસાયણિક ઊર્જા જેવી અન્ય પ્રકારની ઊર્જામાંથી વિદ્યુત સંભવિત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવી રહી છે. જે ઉપકરણોમાં આવું થાય છે તેને સક્રિય ઉપકરણો અથવા વીજ સ્ત્રોતો કહેવામાં આવે છે; જેમ કે વિદ્યુત જનરેટર અને બેટરી. કેટલાક ઉપકરણો તેમના દ્વારા પસાર થતા વોલ્ટેજ અને પ્રવાહના આધારે સ્રોત અથવા ભાર હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, રિચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરી જ્યારે સર્કિટને પાવર પૂરી પાડે છે ત્યારે તે સ્રોત તરીકે કામ કરે છે, પરંતુ જ્યારે તે બેટરી ચાર્જર સાથે જોડાયેલ હોય અને રિચાર્જ કરવામાં આવે ત્યારે લોડ તરીકે કામ કરે છે. નિષ્ક્રિય ઉપકરણો (લોડ) જો પરંપરાગત વિદ્યુતપ્રવાહ ઉપકરણમાંથી ઉચ્ચ પોટેન્શિયલ (વોલ્ટેજ) થી નીચલા પોટેન્શિયલ તરફ વહે છે, તો પોઝિટિવ ચાર્જ પોઝિટિવ (+) ટર્મિનલથી નેગેટિવ (-) ટર્મિનલ તરફ જાય છે, કામ ઉપકરણ પરના ચાર્જ દ્વારા કરવામાં આવે છે. ટર્મિનલ વચ્ચેના વોલ્ટેજને કારણે ચાર્જની સંભવિત ઊર્જા ઉપકરણમાં ગતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે. આ ઉપકરણોને નિષ્ક્રિય ઘટકો અથવા ભાર કહેવામાં આવે છે; તેઓ સર્કિટમાંથી વિદ્યુત શક્તિનો 'વપરાશ' કરે છે, તેને યાંત્રિક કાર્ય, ગરમી, પ્રકાશ વગેરે જેવા ઊર્જાના અન્ય સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત કરે છે. ઉદાહરણો વિદ્યુત ઉપકરણો છે, જેમ કે લાઇટ બલ્બ, ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ અને ઇલેક્ટ્રિક હીટર. વૈકલ્પિક વિદ્યુતપ્રવાહ (AC) પરિપથમાં સમયાંતરે વોલ્ટેજની દિશા વિપરીત થાય છે, પરંતુ વિદ્યુતપ્રવાહ હંમેશા ઉચ્ચ ક્ષમતાથી નીચલી ક્ષમતા તરફ વહે છે. નિષ્ક્રિય સંકેત પરંપરા કારણ કે વિદ્યુત શક્તિ ઘટકની અંદર અથવા બહાર વહી શકે છે, તેથી એક પરંપરા જરૂરી છે કે જેના માટે દિશા હકારાત્મક શક્તિ પ્રવાહનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. સર્કિટમાંથી ઘટકમાં વહેતી વિદ્યુત શક્તિને આપખુદ રીતે હકારાત્મક નિશાની તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, જ્યારે ઘટકમાંથી સર્કિટમાં વહેતી શક્તિને નકારાત્મક નિશાની તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આમ નિષ્ક્રિય ઘટકોમાં હકારાત્મક વીજ વપરાશ હોય છે, જ્યારે વીજ સ્ત્રોતોમાં નકારાત્મક વીજ વપરાશ હોય છે. આને નિષ્ક્રિય સંકેત સંમેલન કહેવામાં આવે છે. પ્રતિરોધક સર્કિટ્સ પ્રતિરોધક (ઓહમિક અથવા રેખીય) ભારના કિસ્સામાં, શક્તિ સૂત્ર (P = I·V) અને જુલનો પ્રથમ નિયમ (V = I ^ 2·R) ઓહ્મના નિયમ (V = I·R) સાથે જોડી શકાય છે જેથી વિખેરાયેલી શક્તિની માત્રા માટે વૈકલ્પિક અભિવ્યક્તિઓ ઉત્પન્ન કરી શકાયઃ જ્યાં R એ વિદ્યુત પ્રતિકાર છે. હાર્મોનિક્સ વિના વૈકલ્પિક પ્રવાહ વૈકલ્પિક પ્રવાહ સર્કિટમાં, ઇન્ડક્ટન્સ અને કેપેસિટન્સ જેવા ઊર્જા સંગ્રહ ઘટકો ઊર્જા પ્રવાહની દિશામાં સમયાંતરે ઉલટાવામાં પરિણમી શકે છે. ઊર્જા પ્રવાહ (શક્તિ) નો જે ભાગ એસી તરંગરૂપના સંપૂર્ણ ચક્રમાં સરેરાશ થાય છે, તે એક દિશામાં ઊર્જાના ચોખ્ખા સ્થાનાંતરણમાં પરિણમે છે, તેને વાસ્તવિક શક્તિ (સક્રિય શક્તિ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઊર્જાના પ્રવાહ (શક્તિ) ના તે ભાગનું કંપનવિસ્તાર કે જે ઊર્જાના ચોખ્ખા સ્થાનાંતરણમાં પરિણમે નથી પરંતુ તેના બદલે સંગ્રહિત ઊર્જાને કારણે દરેક ચક્રમાં સ્રોત અને ભાર વચ્ચે દોલન કરે છે, તે પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિનું નિરપેક્ષ મૂલ્ય તરીકે ઓળખાય છે. વોલ્ટેજ તરંગના આર. એમ. એસ. મૂલ્ય અને વર્તમાન તરંગના આર. એમ. એસ. મૂલ્યના ગુણાકારને સ્પષ્ટ શક્તિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઉપકરણ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા વોટ્સમાં વાસ્તવિક પાવર P એ જ્યાં Vp એ વોલ્ટમાં ટોચનું વોલ્ટેજ છે તેના દ્વારા આપવામાં આવે છે Ip એ એમ્પીયરમાં ટોચનું કરંટ છે Vrms એ વોલ્ટમાં રુટ-મીન-સ્ક્વેર વોલ્ટેજ છે IRms એ એમ્પીયરમાં રુટ-મીન-સ્ક્વેર કરંટ છે θ = θv −θi એ તબક્કો કોણ છે જેના દ્વારા વોલ્ટેજ સાઇન તરંગ વર્તમાન સાઇન તરંગ તરફ દોરી જાય છે, અથવા સમકક્ષ તબક્કો કોણ જેના દ્વારા વર્તમાન સાઇન તરંગ વોલ્ટેજ સાઇન તરંગથી પાછળ રહે છે. વાસ્તવિક શક્તિને આડી વેક્ટર તરીકે રજૂ કરવામાં આવે છે અને પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિને ઊભી વેક્ટર તરીકે રજૂ કરવામાં આવે છે. સ્પષ્ટ શક્તિ વેક્ટર એ વાસ્તવિક અને પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ વેક્ટરને જોડીને રચાયેલા જમણા ત્રિકોણનું હાયપોટેન્યુઝ છે. આ રજૂઆતને ઘણીવાર શક્તિ ત્રિકોણ કહેવામાં આવે છે. પાયથાગોરિયન પ્રમેયનો ઉપયોગ કરીને, વાસ્તવિક, પ્રતિક્રિયાશીલ અને સ્પષ્ટ શક્તિ વચ્ચેનો સંબંધ છેઃ વાસ્તવિક અને પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિઓની ગણતરી પણ સીધી સ્પષ્ટ શક્તિથી કરી શકાય છે, જ્યારે વર્તમાન અને વોલ્ટેજ બંને તેમની વચ્ચે જાણીતા તબક્કા કોણ θ સાથે સિનુસોઇડ હોય છેઃ વાસ્તવિક શક્તિ અને સ્પષ્ટ શક્તિનો ગુણોત્તર શક્તિ પરિબળ કહેવાય છે અને તે હંમેશા −1 અને 1 વચ્ચેની સંખ્યા હોય છે. જ્યાં પ્રવાહો અને વોલ્ટેજ બિન-સાઇનસૉઇડલ સ્વરૂપો ધરાવે છે, ત્યાં વિકૃતિના પ્રભાવોને સમાવવા માટે શક્તિ પરિબળને સામાન્યીકૃત કરવામાં આવે છે. વિદ્યુતચુંબકીય ક્ષેત્રો જ્યાં પણ વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રો એક સાથે હોય અને એક જ જગ્યાએ વધઘટ થાય ત્યાં વિદ્યુત ઊર્જા વહે છે. આનું સૌથી સરળ ઉદાહરણ વિદ્યુત પરિપથમાં છે, જે અગાઉના વિભાગમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. સામાન્ય કિસ્સામાં, જોકે, સરળ સમીકરણ P = IV ને વધુ જટિલ ગણતરી દ્વારા બદલી શકાય છે. વિદ્યુત ક્ષેત્રની તીવ્રતા અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા વેક્ટરના ક્રોસ-પ્રોડક્ટનું બંધ સપાટીનું અભિન્ન ભાગ વોલ્યુમમાંથી કુલ તાત્કાલિક શક્તિ (વોટમાં) આપે છેઃ પરિણામ એક સ્કેલર છે કારણ કે તે પોઇન્ટિંગ વેક્ટરનું સપાટીનું અભિન્ન ભાગ છે. વીજ ઉત્પાદનના મૂળભૂત સિદ્ધાંતોની શોધ 1820ના દાયકા દરમિયાન અને 1830ના દાયકાની શરૂઆતમાં બ્રિટિશ વૈજ્ઞાનિક માઈકલ ફેરાડે દ્વારા કરવામાં આવી હતી. તેમની મૂળભૂત પદ્ધતિ આજે પણ ઉપયોગમાં લેવાય છેઃ ચુંબકના ધ્રુવો વચ્ચે વાયરના લૂપ અથવા તાંબાની ડિસ્કની હિલચાલ દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. વિદ્યુત ઉપયોગિતાઓ માટે, ગ્રાહકોને વીજળી પહોંચાડવાની આ પ્રથમ પ્રક્રિયા છે. અન્ય પ્રક્રિયાઓ, વીજળીનું પ્રસારણ, વિતરણ અને વિદ્યુત ઊર્જા સંગ્રહ અને પુનઃપ્રાપ્તિ પંપીંગ-સંગ્રહ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને સામાન્ય રીતે વિદ્યુત ઊર્જા ઉદ્યોગ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે. વીજળી મોટે ભાગે વીજ મથક પર ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ જનરેટર દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, જે દહન, ભૂઉષ્મીય શક્તિ અથવા પરમાણુ વિખંડન દ્વારા ગરમ ઉષ્મા એન્જિન દ્વારા સંચાલિત થાય છે. અન્ય જનરેટર વહેતા પાણી અને પવનની ગતિ ઊર્જા દ્વારા સંચાલિત થાય છે. ફોટોવોલ્ટેઇક સોલર પેનલ્સ જેવી અન્ય ઘણી તકનીકોનો ઉપયોગ વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે. બૅટરી એ એક અથવા વધુ વિદ્યુતરાસાયણિક કોષો ધરાવતું ઉપકરણ છે જે સંગ્રહિત રાસાયણિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. 1800માં એલેસાન્ડ્રો વોલ્ટા દ્વારા પ્રથમ બેટરી (અથવા "વોલ્ટેઇક પાઈલ") ની શોધ થઈ ત્યારથી અને ખાસ કરીને 1836માં તકનીકી રીતે સુધારેલા ડેનિયલ સેલથી, બેટરીઓ ઘણા ઘરગથ્થુ અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે એક સામાન્ય ઉર્જા સ્ત્રોત બની ગઈ છે. 2005ના અંદાજ મુજબ, વિશ્વભરમાં બેટરી ઉદ્યોગ દર વર્ષે 6 ટકાની વાર્ષિક વૃદ્ધિ સાથે 48 અબજ યુએસ ડોલરનું વેચાણ કરે છે. બે પ્રકારની બેટરીઓ હોય છેઃ પ્રાથમિક બેટરીઓ (નિકાલ કરી શકાય તેવી બેટરીઓ), જે એકવાર ઉપયોગમાં લેવા માટે અને કાઢી નાખવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે, અને ગૌણ બેટરીઓ (રિચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરીઓ), જે રિચાર્જ કરવા અને ઘણી વખત ઉપયોગમાં લેવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે. બેટરીઓ ઘણા કદમાં ઉપલબ્ધ છે; પાવર હિયરિંગ એઇડ્સ અને કાંડા ઘડિયાળો માટે ઉપયોગમાં લેવાતા લઘુચિત્ર બટન કોષોથી લઈને બેટરી બેન્કો સુધીના ઓરડાઓનું કદ જે ટેલિફોન એક્સચેન્જ અને કમ્પ્યુટર ડેટા કેન્દ્રો માટે સ્ટેન્ડબાય પાવર પ્રદાન કરે છે. વિદ્યુત ઊર્જા ઉદ્યોગ વિદ્યુત ઊર્જા ઉદ્યોગ ગ્રીડ જોડાણ દ્વારા વીજળીની જરૂર હોય તેવા વિસ્તારોમાં પૂરતા પ્રમાણમાં વીજળીનું ઉત્પાદન અને વિતરણ પ્રદાન કરે છે. ગ્રીડ ગ્રાહકોને વિદ્યુત ઉર્જાનું વિતરણ કરે છે. વિદ્યુત ઊર્જા કેન્દ્રીય વીજ મથકો દ્વારા અથવા વિતરિત ઉત્પાદન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. ઇલેક્ટ્રિક પાવર ઉદ્યોગ ધીમે ધીમે નિયંત્રણમુક્ત થવા તરફ આગળ વધી રહ્યો છે-ઉભરતા ખેલાડીઓ ગ્રાહકોને પરંપરાગત જાહેર ઉપયોગિતા કંપનીઓને સ્પર્ધા આપે છે. કેન્દ્રીય ઉત્પાદન મથકોમાંથી ઉત્પાદિત અને વિદ્યુત પ્રસારણ ગ્રીડ પર વિતરિત થતી વિદ્યુત શક્તિનો ઉપયોગ ઔદ્યોગિક, વ્યાપારી અને ગ્રાહક ઉપયોગોમાં વ્યાપકપણે થાય છે. કોઈ પણ દેશનો માથાદીઠ વીજ વપરાશ તેના ઔદ્યોગિક વિકાસ સાથે સંકળાયેલો છે. ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ પાવર મેન્યુફેક્ચરિંગ મશીનરી અને સબવે અને રેલવે ટ્રેનને આગળ ધપાવે છે. વિદ્યુત પ્રકાશ એ કૃત્રિમ પ્રકાશનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ સ્વરૂપ છે. વિદ્યુત ઊર્જાનો ઉપયોગ તેના અયસ્કમાંથી એલ્યુમિનિયમના નિષ્કર્ષણ અને વિદ્યુત ચાપ ભઠ્ઠીઓમાં સ્ટીલના ઉત્પાદન જેવી પ્રક્રિયાઓમાં સીધો થાય છે. દૂરસંચાર અને પ્રસારણ માટે વિશ્વસનીય વિદ્યુત શક્તિ આવશ્યક છે. ઇલેક્ટ્રિક પાવરનો ઉપયોગ ગરમ આબોહવામાં એર કન્ડીશનીંગ પ્રદાન કરવા માટે થાય છે, અને કેટલાક સ્થળોએ, ઇલેક્ટ્રિક પાવર એ સ્પેસ હીટિંગ બનાવવા માટે આર્થિક રીતે સ્પર્ધાત્મક ઊર્જા સ્રોત છે. પાણી પંપ કરવા માટે વીજ શક્તિનો ઉપયોગ વ્યક્તિગત ઘરગથ્થુ કુવાઓથી લઈને સિંચાઈ અને ઊર્જા સંગ્રહ પરિયોજનાઓ સુધી થાય છે. EGRID ઇલેક્ટ્રિક એનર્જી કન્ઝમ્પશન ઇલેક્ટ્રિક પાવર સિસ્ટમ હાઇ-વોલ્ટેજ કેબલ પાવર એન્જિનિયરિંગ રૂરલ ઇલેક્ટ્રિફિકેશન રેફરન્સ ગ્રંથસૂચિ રિપોર્ટ્સ ઓન ઓગસ્ટ 2003 બ્લેકઆઉટ, નોર્થ અમેરિકન ઇલેક્ટ્રિક રિલાયબિલિટી કાઉન્સિલ વેબસાઇટ એક્સટર્નલ લિંક્સ યુ. એસ. ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીઃ ઇલેક્ટ્રિક પાવર ટેમ્પોરલ રેટ્સ