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ऊर्जा भंडारण: ऊर्जा को बाद के लिए सँभालना

सूरज या हवा से मिली ऊर्जा हमेशा तब नहीं होती जब हमें चाहिए। भंडार (स्टोर) ऊर्जा को बाद के लिए रखता है। यांत्रिक भंडार ऊँचाई, कमानी या घूमते पहिये में ऊर्जा रखता है (ऊँचे उठे भार के लिए E = mgh)। रासायनिक भंडार ईंधन और बैटरी में रखता है (वॉट-घंटा = वोल्ट × ऐम्पियर-घंटा)। ऊष्मीय भंडार गर्म पानी या गर्म पदार्थ में ऊष्मा के रूप में रखता है (Q = m × c × ΔT)। भंडार के आस-पास शक्ति के हिस्से होते हैं: कन्वर्टर, मॉड्यूलेटर और अडैप्टर बिजली का रूप बदलते हैं; गियरबॉक्स, पट्टे और कपलिंग गति आगे पहुँचाते हैं; बेयरिंग और स्लाइड चलते हिस्सों को दिशा देते हैं; सील द्रव को अंदर और धूल को बाहर रखती है। कोई भंडार जितना लेता है उतना वापस नहीं देता, इसलिए दक्षता 100% से कम रहती है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. सूरज (स्रोत) सीधे लैंप को ऊर्जा देता है। दिन में लैंप जलता है।
  2. रात हुई। सूरज बंद, तो लैंप भी बंद। बिना भंडार के ऊर्जा रखी नहीं जा सकती।
  3. यांत्रिक भंडार: दिन में ऊर्जा भार को ऊपर उठाती है। रात में भार नीचे आता है और लैंप जलता रहता है।
  4. रासायनिक भंडार: बैटरी दिन में भरती है और रात में लैंप चलाती है। वह धीरे-धीरे खाली होती है।
  5. ऊष्मीय भंडार: दिन में पानी गर्म होता है (लाल)। रात में उसकी गर्मी लैंप के लिए ऊर्जा देती है।
  6. खुद आज़माइए: भंडार चुनिए, दिन और रात बदलिए और देखिए कौन-सा लैंप को सबसे देर तक जलाए रखता है।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

भंडार न हो तो रात में लैंप क्यों बुझ जाता है?

ऊर्जा तभी बहती है जब स्रोत चालू हो। स्रोत और लैंप के बीच भंडार न हो तो कुछ रखा नहीं जा सकता। चरण 0 और 1 की तुलना कीजिए।

भार नीचे आता है तो ऊर्जा कहाँ जाती है?

भार की ऊँचाई वाली ऊर्जा गति में और फिर लैंप की बिजली में बदलती है (कुछ गर्मी और आवाज़ में खोती है)। वह नष्ट नहीं होती।

छोटा लैंप हो तब भी बैटरी धीरे-धीरे खाली क्यों होती है?

लैंप ऊर्जा निकालता है, और छोटी हानियाँ तथा रिसाव भी जुड़ते हैं। 3D में रात में हरा भराव लगातार घटता है।

पानी अच्छा ऊष्मीय भंडार क्यों है?

पानी हर डिग्री के लिए बहुत गर्मी लेता है (c ≈ 4200 J/kg·K) और सस्ता है। टंकी में नीले से लाल रंग का बदलाव देखिए।

कौन-सा भंडार सबसे अच्छा है?

यह काम पर निर्भर है: क्षमता, छोड़ने की गति, दाम और ऊर्जा कितनी देर रखनी है। खुली आज़माइश में तीनों आज़माकर देखिए कि लैंप कितनी देर जलता है।

ऊर्जा का भंडारण क्यों करते हैं

बहुत-से स्रोत कभी-कभी ही काम करते हैं: रात में सूरज नहीं, शांत दिन में हवा नहीं। पर इस्तेमाल करने वालों को हर समय ऊर्जा चाहिए। भंडार ऊर्जा तब लेता है जब वह भरपूर होती है और तब लौटाता है जब ज़रूरत हो। रास्ता: स्रोत → (कन्वर्टर) → भंडार → (कन्वर्टर) → उपयोग।

अच्छे भंडार की जाँच: कितना रखता है (क्षमता), कितनी तेज़ी से लौटाता है (शक्ति), कितना खोता है (दक्षता), कितनी देर रखता है (रिसाव), दाम, आकार और सुरक्षा।

यांत्रिक भंडारण

ऊर्जा गति या स्थिति के रूप में रखी जाती है।

अच्छाई: कई बार चक्र चलता है, छोड़ना तेज़। सीमा: कम ऊर्जा के लिए भी बड़ा आकार; घर्षण और हवा से हानि।

रासायनिक भंडारण

ऊर्जा रसायनों के बंधों में रखी जाती है।

बैटरी की ऊर्जा (वॉट-घंटा) = वोल्टेज (V) × क्षमता (Ah)। 12 V, 50 Ah की बैटरी में 600 Wh है। वह 60 W के लैंप को 600 ÷ 60 = 10 घंटे चला सकती है (सिद्धांत में)।

अच्छाई: छोटी और ले जाने में आसान। सीमा: कई चक्रों के बाद घिसती है, दाम, गर्मी और आग का ख़तरा, सुरक्षित निपटान।

ऊष्मीय भंडारण

ऊर्जा किसी पदार्थ में गर्मी के रूप में रखी जाती है।

Q = m × c × ΔT, जहाँ m द्रव्यमान (kg), c विशिष्ट ऊष्मा धारिता (पानी: लगभग 4200 J/kg·K) और ΔT तापमान की वृद्धि है। पानी बढ़िया भंडार है क्योंकि c बड़ा है और वह सस्ता है।

अच्छाई: सस्ता और सरल। सीमा: गर्मी बाहर निकलती है, इसलिए टंकी को रोधित (इंसुलेट) करें; इससे बिजली आसानी से नहीं मिलती।

कन्वर्टर, मॉड्यूलेटर और अडैप्टर

ये हिस्से बिजली का रूप बदलते हैं ताकि स्रोत, भंडार और उपयोग आपस में मेल खाएँ।

हर बदलाव में कुछ ऊर्जा गर्मी बनकर खोती है, इसलिए कम बदलाव का मतलब बेहतर दक्षता।

गियरबॉक्स, पट्टे और कपलिंग

ये हिस्से मोटर का घुमाव मशीन तक पहुँचाते हैं और गति तथा घुमाव-बल (बलाघूर्ण, टॉर्क) बदलते हैं।

गति × टॉर्क लगभग वही रहता है (शक्ति), घर्षण की हानि छोड़कर।

घूर्णन और रेखीय गति में दिशा देना (गाइडिंग)

चलने वाले हिस्सों को दिशा देनी पड़ती है ताकि वे सिर्फ़ चाहे हुए तरीक़े से और कम घर्षण से चलें।

तेल या ग्रीस घिसावट घटाते हैं। अच्छी दिशा वाला हिस्सा कम घर्षण करता है, इसलिए गर्मी में कम ऊर्जा जाती है।

सीलिंग (रोधन)

सील उस जगह से द्रव, गैस या धूल को निकलने से रोकती है जहाँ हिस्से मिलते हैं।

सील तेल को अंदर, धूल को बाहर और दबाव को बनाए रखती है। ये घिसती हैं, इसलिए इनकी जाँच और बदली होती है। गर्म पानी की टंकी या हाइड्रोलिक भंडार की सील रिसे तो जमा ऊर्जा बेकार जाती है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. 100 kg का भार 10 m ऊपर उठाया गया। कितनी ऊर्जा जमा हुई? (g = 9.8 m/s²)

E = m g h = 100 × 9.8 × 10 = 9800 J = 9.8 kJ।

2. 12 V, 50 Ah की बैटरी 60 W का लैंप चलाती है। सिद्धांत में कितनी देर?

ऊर्जा = 12 × 50 = 600 Wh। समय = 600 ÷ 60 = 10 घंटे।

3. एक टंकी में 200 kg पानी है। सौर ऊष्मा से उसका तापमान 40 °C बढ़ता है। कितनी गर्मी जमा हुई? (c = 4200 J/kg·K)

Q = m c ΔT = 200 × 4200 × 40 = 33 600 000 J = 33.6 MJ। kWh में: 33.6 ÷ 3.6 = 9.3 kWh।

4. एक बैटरी में 600 Wh जमा होता है। चार्जिंग में सप्लाई से 700 Wh लगा। चार्जिंग की दक्षता कितनी है?

दक्षता = 600 ÷ 700 × 100 ≈ 85.7%। बाक़ी 100 Wh गर्मी बनकर खो गया।

5. 20 दाँत वाला गियर 60 दाँत वाले गियर को चलाता है। मोटर 1200 rpm पर घूमती है। आउटपुट की गति और आदर्श टॉर्क में बदलाव बताइए।

अनुपात = 60 ÷ 20 = 3। आउटपुट गति = 1200 ÷ 3 = 400 rpm। टॉर्क लगभग 3 गुना हो जाता है (आदर्श, घर्षण से पहले)।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. ऊँची टंकी का पानी ___ ऊर्जा भंडार है।
2. रिचार्जेबल बैटरी मुख्य रूप से ___ भंडार है।
3. AC को DC में कौन-सा उपकरण बदलता है?
4. सील का काम क्या है?
5. अनुपात 4 वाला गियरबॉक्स आउटपुट को बनाता है:

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

ऊर्जा भंडारण के मुख्य प्रकार कौन-से हैं?

यांत्रिक (ऊँचाई, कमानी, फ़्लाईव्हील, संपीडित हवा), रासायनिक (ईंधन, बैटरी) और ऊष्मीय (गर्म पानी, गर्म पदार्थ, पिघलते पदार्थ)।

कन्वर्टर क्या करता है?

कन्वर्टर बिजली का रूप बदलता है, जैसे AC से DC (रेक्टिफ़ायर), DC से AC (इन्वर्टर) या एक वोल्टेज से दूसरा।

गियरबॉक्स और कपलिंग में क्या अंतर है?

गियरबॉक्स गति और टॉर्क बदलता है। कपलिंग बस दो शाफ़्टों को जोड़ती है ताकि वे एक ही गति से साथ घूमें।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

फ्रांसPremière5. Construction solutions
फ्रांसTerminale5. Construction solutions

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