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रासायनिक सेल और ईंधन सेल

रासायनिक सेल रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है। इसमें विद्युत-अपघट्य में दो अलग धातुएँ (इलेक्ट्रोड) होती हैं। ज़्यादा क्रियाशील धातु इलेक्ट्रॉन छोड़ती है, जो तार से कम क्रियाशील धातु तक जाते हैं। क्रियाशीलता का अंतर जितना बड़ा, वोल्टेज उतना ज़्यादा; विद्युत-अपघट्य भी असर डालता है। बैटरी = श्रेणी में जुड़े दो या अधिक सेल, जिनके वोल्टेज जुड़ते हैं। साधारण सेल अभिकारक ख़त्म होने पर रुक जाते हैं; रिचार्जेबल सेल बाहरी धारा से पलटे जा सकते हैं। हाइड्रोजन ईंधन सेल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी और बिजली बनाता है, जब तक ईंधन मिलता रहे।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. ज़िंक और कॉपर नमक के घोल में हैं, तार से जुड़े। ज़िंक ज़्यादा क्रियाशील है, इसलिए इलेक्ट्रॉन छोड़ता है। वे कॉपर की ओर बहते हैं। मीटर लगभग 1.1 V दिखाता है।
  2. ज़िंक की जगह मैग्नीशियम लगाइए। अब दोनों धातुओं की क्रियाशीलता में ज़्यादा अंतर है, इसलिए वोल्टेज बड़ा: लगभग 2.7 V।
  3. तीन सेल एक कतार (श्रेणी) में जोड़िए। वोल्टेज जुड़ जाते हैं: 3 × 1.1 ≈ 3.3 V। यही बैटरी है।
  4. ज़िंक धीरे-धीरे ख़र्च होता है। अभिकारक ख़त्म होते ही वोल्टेज शून्य। रिचार्जेबल सेल को उल्टा धकेलकर फिर से चालू किया जा सकता है।
  5. ईंधन सेल को बाहर से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन दी जाती है। वे मिलकर पानी और लगातार बिजली बनाते हैं।
  6. अब आपकी बारी: दो धातुएँ और सेलों की संख्या चुनिए। वोल्टेज का अंदाज़ा लगाइए, फिर जाँचिए।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

इलेक्ट्रॉन आते कहाँ से हैं?

ज़्यादा क्रियाशील धातु से: उसके परमाणु इलेक्ट्रॉन खोकर आयन बनते हैं और विद्युत-अपघट्य में चले जाते हैं।

मैग्नीशियम ज़िंक से ज़्यादा वोल्टेज क्यों देता है?

मैग्नीशियम कहीं ज़्यादा क्रियाशील है, इसलिए कॉपर की तुलना में इलेक्ट्रॉन ज़ोर से धकेलता है।

सेलों को कतार में क्यों लगाते हैं?

श्रेणी में हर सेल अपना धक्का जोड़ता है, इसलिए कुल वोल्टेज योग होता है।

बैटरी ख़त्म क्यों होती है?

क्रिया करने वाली धातु या विद्युत-अपघट्य ख़र्च हो जाता है, तो अभिक्रिया रुक जाती है।

क्या ईंधन सेल कभी ख़त्म होता है?

नहीं, जब तक हाइड्रोजन और ऑक्सीजन मिलती रहे; ईंधन ख़त्म होने पर ही रुकता है।

रासायनिक सेल बिजली कैसे बनाता है

सेल में दो अलग धातुएँ (इलेक्ट्रोड) आयनों वाले द्रव या पेस्ट (विद्युत-अपघट्य) में डूबी होती हैं। रासायनिक अभिक्रिया इलेक्ट्रॉनों को परिपथ में धकेलती है।

वोल्टेज किससे तय होता है? दोनों धातुओं की क्रियाशीलता का अंतर जितना बड़ा, वोल्टेज उतना ज़्यादा। विद्युत-अपघट्य का प्रकार और सांद्रता भी वोल्टेज बदलते हैं। एक ही धातु के दो टुकड़े 0 V देते हैं।

धातुएँलगभग
ज़िंक और कॉपर1.1 V
आयरन और कॉपर0.8 V
मैग्नीशियम और कॉपर2.7 V

(मानक विलयनों के मान; नींबू या नमक-पानी वाला सेल कम देता है।)

बैटरी, और रिचार्जेबल व नॉन-रिचार्जेबल सेल

बैटरी दो या अधिक सेलों को श्रेणी में (एक का धन, अगले के ऋण से) जोड़कर बनती है। वोल्टेज जुड़ते हैं, तो तीन 1.5 V सेल 4.5 V देते हैं।

हाइड्रोजन ईंधन सेल

ईंधन सेल को बाहर से ईंधन और ऑक्सीजन (या हवा) मिलती है। हाइड्रोजन ईंधन सेल में हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होकर पानी बनता है, और ऊर्जा लौ की जगह बिजली के रूप में निकलती है।

कुल अभिक्रिया: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

अर्ध-समीकरण (अम्लीय विद्युत-अपघट्य):

H⁺ आयन विद्युत-अपघट्य (झिल्ली) से गुज़रते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ से।

ईंधन सेल बनाम रिचार्जेबल बैटरी

हाइड्रोजन ईंधन सेलरिचार्जेबल बैटरी
कचराइस्तेमाल की जगह सिर्फ़ पानीफेंकने पर ज़हरीली धातुएँ
चलने का समयजब तक ईंधन मिले; मिनटों में भरेंचार्ज होने में घंटे
उम्रलंबी चलती हैकई बार चार्ज के बाद घिस जाती है
दिक़्क़तेंहाइड्रोजन ज्वलनशील गैस है, रखना कठिन; ज़्यादातर हाइड्रोजन अभी जीवाश्म ईंधन से बनती हैचार्ज करने की बिजली जीवाश्म ईंधन से आ सकती है

इसलिए ईंधन सेल तभी सच में "स्वच्छ" है जब हाइड्रोजन नवीकरणीय बिजली से बने।

खुद आज़माइए: नींबू वाला सेल

एक नींबू में ज़िंक चढ़ी (जस्ती) कील और ताँबे का तार लगभग 2 cm दूर गाड़िए। सस्ते मल्टीमीटर की तारें छुआइए: लगभग 0.9 V मिलना चाहिए। अंदाज़ा लगाइए: एक ही धातु की दो कीलों से क्या होगा (लगभग 0 V), और तीन नींबू श्रेणी में जोड़ने पर (लगभग तीन गुना)। बाद में नींबू न खाएँ।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. ज़िंक और कॉपर से सेल बना है। कौन-सी धातु ऋण टर्मिनल है और इलेक्ट्रॉन किधर बहते हैं?

ज़िंक ज़्यादा क्रियाशील है, वह इलेक्ट्रॉन खोकर ऋण बनता है। इलेक्ट्रॉन तार से ज़िंक से कॉपर की ओर जाते हैं।

2. इन जोड़ियों को वोल्टेज के क्रम में (कम से ज़्यादा) लगाइए: Fe–Cu, Mg–Cu, Zn–Cu।

क्रियाशीलता में आयरन कॉपर के सबसे पास, फिर ज़िंक, फिर मैग्नीशियम। इसलिए Fe–Cu < Zn–Cu < Mg–Cu।

3. टॉर्च को 4.5 V चाहिए। कितने 1.5 V सेल और कैसे जोड़ें?

4.5 ÷ 1.5 = 3 सेल, श्रेणी में (+ से −) ताकि वोल्टेज जुड़ें।

4. कोई शहर हाइड्रोजन ईंधन-सेल बसें क्यों चुने, दो कारण, और एक विरोध का कारण बताइए।

पक्ष: धुएँ की जगह सिर्फ़ पानी निकलता है, और ईंधन मिनटों में भरता है। विपक्ष: हाइड्रोजन को सुरक्षित रखना कठिन है और वह अक्सर जीवाश्म ईंधन से बनती है।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. रासायनिक सेल बदलता है…
2. किस जोड़ी से सबसे ज़्यादा वोल्टेज मिलेगा?
3. ख़त्म हुआ नॉन-रिचार्जेबल सेल फिर क्यों नहीं चलता?
4. हाइड्रोजन ईंधन सेल का एकमात्र उत्पाद है…
5. तीन 1.2 V सेल श्रेणी में देंगे…

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

रासायनिक सेल क्या है?

एक उपकरण जिसमें विद्युत-अपघट्य में दो अलग इलेक्ट्रोड होते हैं और रासायनिक अभिक्रिया इलेक्ट्रॉनों को परिपथ में धकेलती है।

हाइड्रोजन ईंधन सेल कैसे काम करता है?

एक इलेक्ट्रोड पर हाइड्रोजन इलेक्ट्रॉन छोड़ती है; वे परिपथ से होकर ऑक्सीजन वाले इलेक्ट्रोड तक जाते हैं, जहाँ पानी बनता है। इलेक्ट्रॉनों का यही बहाव विद्युत धारा है।

सेल और बैटरी में क्या अंतर है?

सेल एक अकेली इकाई है। बैटरी दो या अधिक सेलों का जोड़ है, प्रायः श्रेणी में।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

इंग्लैंडYear 104.5 Energy changes

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