విద్యుత్తు ఉత్పత్తి విధానాలు

 తల దువ్వినా.. మేఘాలు మెరిసినా!

కాస్త గమనిస్తే ఇటీవల జరిగిన మొత్తం ఎన్నికల ప్రచారంలో విద్యుత్తు ప్రస్తావన ప్రధానంగా  ఉంది. నాయకులంతా నిరంతరాయ సరఫరాకు హామీల వర్షాన్ని కురిపించారు. నిత్య జీవితంలో వ్యక్తుల నుంచి వ్యవస్థల వరకు కరెంటు కచ్చితమైన అవసరం. ఆర్థిక ప్రగతి మొత్తం దానిపైనే ఆధారపడి ఉంటుంది. అంతటి ప్రాధాన్యం ఉన్న ఆ విద్యుత్తు విలువను తెలుసుకోవాలంటే, దానిని ఉత్పత్తి చేసే పద్ధతులపై అవగాహన ఉండాలి. అప్పుడే దాని వినియోగం, ఉత్పత్తిలో ఎదురయ్యే సమస్యలు, పర్యావరణంపై ప్రభావం తదితర అంశాలు అర్థమవుతాయి. అభ్యర్థులు భౌతికశాస్త్ర అధ్యయనంలో భాగంగా సహజ, కృత్రిమ విద్యుత్తు జనకాలు, విద్యుత్తు పరివర్తనలు, రకరకాల విద్యుత్తు పరికరాల అనువర్తనాలు, విద్యుత్తు ప్రసారం, ఎర్తింగ్, విద్యుదాఘాతం మొదలైన వాటి గురించి తెలుసుకోవాలి. 

విద్యుత్తును అనేక విధానాల్లో ఉత్పత్తి చేస్తారు. వాటిలో ప్రధానమైనవి కొన్ని ఉన్నాయి. 

1) ఘర్షణ విద్యుత్తు: రెండు విభిన్న వస్తువుల మధ్య రాపిడి జరిగినప్పుడు వాటి మధ్య ఎలక్ట్రాన్‌లు బదిలీ అయ్యి, ఆ రెండింటి ఉపరితలాలపై భిన్న ఆవేశాలు ఏర్పడతాయి. రాపిడి ద్వారా ఏర్పడిన ఆవేశాలు స్థిరంగా ఉంటాయి. ఈ స్థిరమైన ఆవేశాల వల్ల ఏర్పడిన విద్యుత్తును స్థిర విద్యుత్తు అంటారు. 

ఉదా: ప్లాస్టిక్‌ కుర్చీని టవల్‌తో రుద్దినప్పుడు; పొడి జుట్టును దువ్వెనతో దువ్వినప్పుడు వాటి మధ్య విరుద్ధ ఆవేశాలు ఏర్పడతాయి.

2) ప్రేరణ విద్యుత్తు: ఇనుప తీగ చుట్టను అయస్కాంత క్షేత్రంలో కదిలించినప్పుడు దాని ద్వారా బలరేఖలు ప్రవహించి, ప్రేరణ పొంది అయస్కాంత అభివాహంలో మార్పు జరుగుతుంది. దానివల్ల ప్రేరణ విద్యుత్తు ఏర్పడుతుంది. 

ఉదా: డైనమోలు, జనరేటర్లు.

* ప్రేరణ విద్యుత్తు దిశను లెంజ్‌ నియమం తెలియజేస్తుంది.

3) ఉష్ణ విద్యుత్తు: ఉష్ణయుగ్మం రెండు చివర్లను వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉంచినప్పుడు ఆ ఉష్ణయుగ్మంలో పుట్టేది ఉష్ణ విద్యుత్తు.

4) కాంతి విద్యుత్తు: కొన్నిరకాల లోహ పలకలపై కాంతి పతనమైనప్పుడు కాంతి విద్యుత్తు పుడుతుంది. కాంతి విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి సిలికాన్, జర్మేనియం లాంటి అర్ధ వాహకాలను పలకలుగా ఉపయోగిస్తారు.

5) పిజో విద్యుత్తు: క్వార్ట్జ్‌ లాంటి స్ఫటికాలను యాంత్రిక అక్షం వెంట ఒత్తిడికి గురిచేసినప్పుడు పిజో విద్యుత్తు ఉత్పత్తి అవుతుంది. 

6) జీవ విద్యుత్తు: ఈల్, టార్పిడో లాంటి చేపలు శత్రువుల నుంచి రక్షించుకోవడానికి ఉత్పత్తి చేసే విద్యుత్తును జీవ విద్యుత్తు అంటారు.

7) స్వయంప్రేరణ: ఒక తీగచుట్టలో ప్రసరిస్తున్న విద్యుత్తు ప్రవాహం మారినప్పుడు, దాన్ని ఆవరించి ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్ర తీవ్రతలో మార్పు వస్తుంది. ఈ మార్పు తీగచుట్టలో ప్రేరణ విద్యుత్తును పుట్టించడాన్ని స్వయంప్రేరణ అంటారు.

8) అన్యోన్య ప్రేరణ: ఒక తీగచుట్టలో ప్రసరిస్తున్న విద్యుత్తు ప్రవాహం మారినప్పుడు దాని పక్కనే మరో తీగచుట్టను ఆవరించి ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్ర తీవ్రతలో మార్పు వస్తుంది. ఈ మార్పు రెండో తీగచుట్టలో ప్రేరణ విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడాన్ని అన్యోన్య ప్రేరణ అంటారు.

ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ (పరివర్తకం): ఒక వలయంలో తిది విద్యుత్తు సామర్థ్యాన్ని అదే పౌనఃపున్యంతో మరొక వలయంలోకి పరివర్తనం చెందించే సాధనాన్ని ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ అంటారు. ఇది అన్యోన్య ప్రేరణ అనే సూత్రంపై పనిచేస్తుంది. ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ ఏకాంతర ప్రవాహాలకు మాత్రమే పనిచేస్తుంది. ఏకముఖ ప్రవాహాలకు పనిచేయదు.

అనువర్తనాలు:  

* ఓల్టేజీని పెంచేది ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ను స్టెప్‌అప్‌ పరివర్తకం, తగ్గించే దాన్ని స్టెప్‌డౌన్‌ పరివర్తకం అంటారు.

*  విద్యుత్తు తయారయ్యే కేంద్రాల వద్ద స్టెప్‌అప్‌ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌లు ఉంటాయి. మిగిలినవన్నీ దాదాపుగా స్టెప్‌డౌన్‌ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌లు.

* దోమల బ్యాటులో స్టెప్‌అప్‌ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ ఉంటుంది. ఒక

విద్యుత్తు దర్శిని: ఒక వస్తువు ఆవేశాన్ని కలిగి ఉందా లేదా అని తెలుసుకోవడానికి ఉపయోగించే పరికరాన్ని విద్యుత్తు దర్శిని లేదా ఎలక్ట్రోస్కోపీ అంటారు. 

ఉదా: బెండు బంతి విద్యుత్తు దర్శిని, అల్యూమినియం రేకుల విద్యుత్తు దర్శిని.

* రెండు వస్తువులను రాపిడి చేయడం వల్ల అవి విరుద్ధ ఆవేశాలు పొంది ఒకదానితో మరొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి. 

ఉదా: గాజుకడ్డీని సిల్క్‌ వస్త్రంతో రుద్దడం.

* ఒక ఆవేశం పొందిన వస్తువును మరొక ఆవేశం పొందిన వస్తువు లేదా ఆవేశరహిత వస్తువుకు దగ్గరగా ఉంచినప్పుడు వాటి మధ్య విరుద్ధ ఆవేశాలు ఏర్పడి అవి ఆకర్షించుకుంటాయి. 

ఉదా: దువ్వెనతో పొడి జుట్టును బాగా దువ్వినప్పుడు దువ్వెన ఆవేశాన్ని పొందుతుంది. దీనికి దగ్గరగా కాగితపు ముక్కలను ఉంచితే అది వాటిని ఆకర్షిస్తుంది.

* వేసవిలో ఉన్ని దుస్తులు ధరించినప్పుడు మన శరీరంపైన వెంట్రుకలు వాటితో రాపిడి జరపడం వల్ల దుస్తులను వెంట్రుకలు ఆకర్షిస్తాయి.

* దుస్తులు వెంట్రుకలను ఆకర్షించడం; ఆకాశంలో ఉరుము, మెరుపులు ఒకే సహజ దృగ్విషయమని 1752లో బెంజిమన్‌ ప్రాంక్లిన్‌ అనే శాస్త్రవేత్త గాలిపట ప్రయోగం ద్వారా నిరూపించారు.

* ఉరుములు, మెరుపులు, పిడుగులు ఏర్పడే ప్రక్రియ స్థిర విద్యుత్తుకు సంబంధించింది.

* గాలిలోని మేఘాలు, ప్రయాణించేటప్పుడు గాలి కణాలతో ఘర్షణ జరిగి మేఘాలు ఆవేశపూరితమవుతాయి. ఒక మేఘం మరొక మేఘంతో రాపిడి చెందడం వల్ల కూడా అవి వ్యతిరేక ఆవేశాలు పొంది ఆకర్షించుకుంటాయి.

* అధిక ధన, రుణ ఆవేశాలున్న మేఘాల మధ్య విద్యుత్తు ఉత్సర్గం జరిగి వెలుగు, ధ్వని ఉత్పత్తి అవుతాయి. ఈ వెలుగును కాంతి అని, ధ్వనిని ఉరుము అంటారు.

ఉరుము: రెండు మేఘాల మధ్య విద్యుత్తు ఉత్సర్గం వల్ల అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత ఏర్పడి గాలి హఠాత్తుగా వ్యాకోచిస్తుంది. ఫలితంగా ధ్వని వెలువడటాన్ని ఉరుము అంటారు.

మెరుపు: రెండు మేఘాల మధ్య విద్యుత్తు ఉత్సర్గం వల్ల గాలి మండటంతో కాంతి వెలువడుతుంది. దీనినే మెరుపు అంటారు.

పిడుగు: ఆకాశం నుంచి భూమికి చేరే విద్యుదావేశాన్ని పిడుగు అంటారు. దీని నుంచి భవనాలు, సినిమాహాళ్లను రక్షించడానికి లైటనింగ్‌ కండక్టర్‌ను ఉపయోగిస్తారు. ఈ పరికరాన్ని బెంజిమన్‌ ఫ్రాంక్లిన్‌ కనుక్కున్నారు. లైటనింగ్‌ కండక్టర్‌ను మంచి విద్యుత్తు వాహకమైన రాగితో తయారుచేసి భవనం కంటే కొంత ఎత్తులో ఏర్పాటు చేస్తారు. ఇది పిడుగు పడినప్పుడు మేఘాల నుంచి వచ్చే అధిక విద్యుదావేశాన్ని సురక్షితంగా భూమిలోకి పంపిస్తుంది. దీనినే తటిద్వాహకం అని కూడా పిలుస్తారు.

ఎర్తింగ్‌: విద్యుత్తు ఉపకరణాలపై ఏర్పడే ఆవేశాన్ని తొలగించడానికి వాటి లోహభాగాలను నేరుగా భూమికి కలిపే ఏర్పాటును ఎర్తింగ్‌ అంటారు. ఎర్త్‌వైర్‌ను అన్ని స్విచ్‌ బాక్సుల్లో సాకెట్‌లకు కలుపుతారు. సాకెట్‌లో ప్లగ్‌ను పెట్టినప్పుడు మొదట వలయంలో కలిసేది ఎర్త్‌వైర్‌.

ఎలక్ట్రికల్‌ షాక్‌: శరీరం ద్వారా అకస్మాత్తుగా విద్యుత్తు ప్రసారం జరగడాన్ని విద్యుత్తు షాక్‌ అంటారు. శరీరం ద్వారా విద్యుత్తు ప్రవహించినప్పుడు కణజాలం దెబ్బతింటుంది. దీనివల్ల నిరోధం తగ్గి విద్యుత్తు ప్రవాహం మరింత పెరుగుతుంది. ఫలితంగా శరీరంలోని అవయవాలకు, వాటి రోజువారీ పనులకు ఆటంకం ఏర్పడుతుంది.

ట్రాన్స్‌మిషన్‌ లైన్స్‌: విద్యుత్తు కేంద్రాల నుంచి సబ్‌స్టేషన్‌లకు; సబ్‌స్టేషన్‌ల నుంచి గృహాలు, పరిశ్రమలకు  విద్యుత్తును ప్రసారం చేసే తీగలను ట్రాన్స్‌మిషన్‌ లైన్లు అంటారు. ఇందులో 3 వాహకాలు ఉంటాయి. వీటిని ఎరుపు, పసుపు, నీలం రంగులతో గుర్తిస్తారు. విద్యుత్తు స్తంభాలపై వాడే తీగలను ACSR తీగలని అంటారు. రాగి, వెండి ఉత్తమ విద్యుత్తు వాహకాలు అయినప్పటికీ అల్యూమినియం తేలికగా, ధర తక్కువగా ఉండటం వల్ల ఆ తీగలను వాడతారు.

* రెండు సమాంతర తీగల్లో DC విద్యుత్తు ఒకే దిశలో ప్రవహిస్తున్నపుడు వాటి మధ్య ఆకర్షణ, వ్యతిరేక దిశలో ప్రసరిస్తున్నప్పుడు వికర్షణ బలాలు పనిచేస్తాయి.

* పక్షులు తీగలపై కూర్చున్నప్పటికీ వాటికి షాక్‌ కొట్టదు. ఎందుకంటే అవి ఒకే తీగపై కూర్చొంటాయి. దీంతో విద్యుత్తు వలయం పూర్తికాదు. ఆ విధంగా పక్షుల శరీరం ద్వారా విద్యుత్తు ప్రసారం కాదు.

* భారత్‌లో గృహ అవసరాలకు సరఫరా అయ్యే AC ఓల్టేజీ 220 V, AC పౌనఃపున్యం 50 Hz.

మల్టీమీటర్‌: ఇదొక ఎలక్ట్రానిక్‌ పరికరం. ఇది పొటెన్షియల్, పొటెన్షియల్‌ తేడా, విద్యుత్తు ప్రవాహం, నిరోధాన్ని కొలుస్తుంది.

వాన్‌డీ గ్రాఫ్‌ జనరేటర్‌: దీనిని అత్యధిక విద్యుత్తు పొటెన్షియల్‌ను పొందడానికి ఏర్పాటు చేస్తారు. రాబర్ట్‌ జెమిసన్‌ వాన్‌డీగ్రాఫ్‌ అనే శాస్త్రవేత్త తయారుచేశారు. ఇది ఆవేశపూరిత వాహకం, బోలుగా ఉన్న వాహకం లోపలి నుంచి స్పర్శించినప్పుడు ఆవేశం మొత్తం బోలు వాహకం పైకి బదిలీ అవుతుందనే సూత్రం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది.

సైక్లోట్రాన్‌: ధనావేశ కణాలకు అత్యధిక వేగాలను ఇవ్వడానికి సైక్లోట్రాన్‌ ఏర్పాటుచేస్తారు. దీనిని 1932లో లారెన్స్, లివింగ్‌ స్టోన్‌లు తయారుచేశారు. ఇందులో ఎలక్ట్రాన్‌ల వేగం పెంచడం సాధ్యం కాదు.

బీటా ట్రాన్‌: దీనిని ఉపయోగించి ఎలక్ట్రాన్ల లాంటి రుణావేశిత కణాలకు అధిక వేగాలను ఇవ్వవచ్చు. X-కిరణాల ఉత్పత్తిలో అవసరమయ్యే అధిక వేగాలతో చలించే ఎలక్ట్రాన్‌లను దీని నుంచి పొందవచ్చు. 1940లో మాక్స్‌ స్టీన్‌బెక్‌ తయారుచేశారు.

మాదిరి ప్రశ్నలు
 

1. క్వార్ట్జ్‌ లాంటి స్ఫటికాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేసే విద్యుత్తు?

1) స్థిర విద్యుత్తు     2) ఫిజో విద్యుత్తు      3) కాంతి విద్యుత్తు    4) ప్రేరణ విద్యుత్తు

2. ఈల్, టార్పిడో లాంటి చేపలు శత్రువుల నుంచి రక్షణ పొందడానికి ఉత్పత్తి చేసే విద్యుత్తు?

1) జీవ విద్యుత్తు    2) ఫిజో విద్యుత్తు    3) ప్రేరణ విద్యుత్తు     4) స్థిర విద్యుత్తు

3. తీగ చుట్టను అయస్కాంత క్షేత్రంలో కదిలించినప్పుడు ఉత్పత్తి అయ్యే విద్యుత్తు?

1) జీవ విద్యుత్తు    2) స్థిర విద్యుత్తు     3) ఫిజో విద్యుత్తు    4) ప్రేరణ విద్యుత్తు

4. దోమల బ్యాటులో ఉన్న పరికరాన్ని తెలపండి.

1) స్టెప్‌అప్‌ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌    2) స్టెప్‌డౌన్‌ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ 

3) కండెన్సర్‌          4) ఎలక్ట్రికల్‌ మోటర్‌

5. ఒక వస్తువు ఆవేశాన్ని పొందిందని తెలుసుకోవడానికి ఉపయోగించే పరికరం-

1) విద్యుత్తుదర్శిని   2) భూకంపదర్శిని    3) కండెన్సర్‌    4) భూకంపలేఖిని

6. దుస్తులు... వెంట్రుకలు ఆకర్షించడంలో; ఏర్పడే మెరుపులు, ఉరుములు ఒకే సహజ దృగ్విషయమని తెలిపినవారు?

1) వాన్‌డీ గ్రాఫ్‌    2) లారెన్స్‌    3) మాక్స్‌స్టీన్‌బెక్‌     4) బెంజిమన్‌ ప్రాంక్లిన్‌

7. కిందివారిలో బీటాట్రాన్‌ను ఏర్పాటు చేసిన వ్యక్తిని గుర్తించండి.

1) లివింగ్‌ స్టోన్‌       2) మ్యాక్స్‌ స్టీన్‌బెక్‌        3) వాన్‌డీగ్రాఫ్‌        4) లారెన్స్‌

8. ట్రాన్స్‌మిషన్‌ లైన్స్‌కు వాడే తీగలను ఏ లోహంతో తయారుచేస్తారు?

1) కాపర్‌     2) ఐరన్‌    3) అల్యూమినియం    4) జింక్‌

9. అత్యధిక విద్యుత్తు పొటెన్షియల్‌ను పొందడానికి ఏర్పాటు చేసిన పరికరం?

1) సైక్లోట్రాన్‌    2) బీటాట్రాన్‌    3) ట్రాన్స్‌మిషన్‌లైన్‌     4) వాన్‌డీ గ్రాఫ్‌ జనరేటర్‌

10. భారత్‌లో గృహ అవసరాలకు ఉపయోగించే ఓల్టేజీ, AC పౌనఃపున్యం?

1) 120 V, 30 Hz      2) 220 V, 40 Hz

3) 220 V, 50 Hz    4)140 V, 30 Hz

సమాధానాలు: 1-2; 2-1; 3-4; 4-1; 5-1; 6-4; 7-2; 8-3; 9-4; 10-3.

రచయిత: చంటి రాజుపాలెం