किसी विद्युत इस्त्री का तापन अवयव सामान्यतः किससे बना होता है ?

सही — C, निक्रोम। तापन अवयव को अधिकतम विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा में बदलना होता है, और जूल के नियम से किसी दी गई धारा के लिए उत्पन्न ऊष्मा प्रतिरोध के समानुपाती होती है, इसलिए सामग्री की प्रतिरोधकता उच्च होनी चाहिए।

उसे घंटों खुली वायु में लाल-तप्त अवस्था में बिना जले हुए भी टिके रहना होता है, इसलिए उसे उच्च ताप पर ऑक्सीकरण का प्रतिरोध भी करना होता है। निकेल, क्रोमियम, मैंगनीज़ और लोहे की मिश्रधातु निक्रोम दोनों माँगें पूरी करती है — NCERT इसकी प्रतिरोधकता 100 × 10⁻⁶ ओम मीटर बताता है, जो ताँबे से लगभग छह हज़ार गुना अधिक है, और कहता है कि मिश्रधातुएँ उच्च ताप पर सहज रूप से ऑक्सीकृत नहीं होतीं — यही कारण है कि इन्हें विद्युत इस्त्री और टोस्टर जैसे विद्युत तापन उपकरणों में प्रयुक्त किया जाता है।

अन्य विकल्प क्यों गलत हैं

• (a)
  कान्सटेन्टन — कान्सटेन्टन ताँबे-निकेल की एक मिश्रधातु है जिसकी प्रतिरोधकता, NCERT की सारणी में 49 × 10⁻⁶ ओम मीटर, निक्रोम की केवल लगभग आधी है। इसका विशिष्ट गुण यह है कि इसका प्रतिरोध ताप के साथ लगभग नहीं बदलता, जिससे यह मानक प्रतिरोधकों और थर्मोकपल तार के लिए उपयुक्त है, तापन अवयव के लिए नहीं।
• (b)
  टंगस्टन — टंगस्टन विद्युत बल्ब के फिलामेंट से संबंधित है, किसी खुले तापन अवयव से नहीं — NCERT कहता है कि यह लगभग विशेष रूप से बल्ब फिलामेंट के लिए ही प्रयुक्त होता है। इसकी प्रतिरोधकता, 5.20 × 10⁻⁸ ओम मीटर, हीटर के लिए बहुत कम है, और बल्ब फिलामेंट केवल इसलिए टिकता है क्योंकि वह एक सीलबंद, निर्वातित या अक्रिय-गैस-भरे बल्ब के भीतर काम करता है।
• (d)
  तांबा — ताँबे की प्रतिरोधकता सबसे कम धातुओं में से एक है, 1.62 × 10⁻⁸ ओम मीटर, इसलिए यह लगभग बिना तपे ही धारा प्रवाहित कर देता है। यही कारण है कि NCERT ताँबे और एल्युमिनियम को संयोजक तारों और पारेषण लाइनों की सामग्री के रूप में सूचीबद्ध करता है — ताँबे से बना हीटर धारा को ऊष्मा में बदलने के बजाय उसे व्यर्थ कर देगा।

उपकरण का हर अवयव किसी सामग्री के गुण को उसके कार्य से मिलाकर चुना जाता है। धारा प्रवाहित करने वाले चालक को कम प्रतिरोधकता चाहिए, फ्यूज़ को कम गलनांक, बल्ब फिलामेंट को बहुत उच्च गलनांक, और तापन अवयव को उच्च प्रतिरोधकता के साथ-साथ गर्म होने पर ऑक्सीकरण के प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।

मिश्रधातुओं की प्रतिरोधकता प्रायः उन धातुओं से अधिक होती है जिनसे वे बनी होती हैं, और वे उच्च ताप पर सहज रूप से जलकर नष्ट नहीं होतीं — यही कारण है कि तापन अवयव शुद्ध धातु के बजाय मिश्रधातु के बनाए जाते हैं।

मुख्य तथ्य

• NCERT कक्षा 10 विज्ञान निक्रोम को निकेल, क्रोमियम, मैंगनीज़ और लोहे की मिश्रधातु बताता है।
• NCERT सारणी 11.2 से प्रतिरोधकता — निक्रोम 100 × 10⁻⁶ ओम मीटर, कान्सटेन्टन 49 × 10⁻⁶ ओम मीटर, टंगस्टन 5.20 × 10⁻⁸ ओम मीटर, ताँबा 1.62 × 10⁻⁸ ओम मीटर।
• NCERT का बताया कारण — मिश्रधातु की प्रतिरोधकता सामान्यतः उसके घटक धातुओं से अधिक होती है और मिश्रधातुएँ उच्च ताप पर सहज रूप से ऑक्सीकृत नहीं होतीं, इसलिए इन्हें विद्युत इस्त्री और टोस्टर जैसे विद्युत तापन उपकरणों में प्रयुक्त किया जाता है।
• टंगस्टन लगभग विशेष रूप से विद्युत बल्ब के फिलामेंट के लिए प्रयुक्त होता है, जबकि ताँबा और एल्युमिनियम विद्युत पारेषण लाइनों के लिए प्रयुक्त होते हैं।

सामान्य भ्रम

• टंगस्टन को प्रसिद्ध चमकने वाली धातु समझकर चुन लेना — वह सीलबंद बल्ब के लिए है, किसी खुले तापन अवयव के लिए नहीं।
• यह मान लेना कि सबसे अच्छा चालक ही सबसे अच्छा हीटर बनाता है; कम प्रतिरोध का अर्थ है नगण्य ऊष्मा।
• कान्सटेन्टन को, जो ताप के साथ लगभग न बदलने वाले प्रतिरोध के लिए प्रसिद्ध मिश्रधातु है, निक्रोम के साथ भ्रमित कर देना।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  विद्युत टोस्टर और विद्युत इस्त्री की कुंडलियाँ शुद्ध धातु के बजाय मिश्रधातु से मुख्यतः इसलिए बनाई जाती हैं क्योंकि

  • (a)मिश्रधातुएँ शुद्ध धातुओं से सस्ती होती हैं
  • (b)मिश्रधातुओं की प्रतिरोधकता अधिक होती है और वे उच्च ताप पर सहज रूप से ऑक्सीकृत नहीं होतीं
  • (c)मिश्रधातुएँ शुद्ध धातुओं से कम ताप पर गलती हैं
  • (d)मिश्रधातुएँ शुद्ध धातुओं से बेहतर विद्युत चालन करती हैं
  उत्तर(b) मिश्रधातुओं की प्रतिरोधकता अधिक होती है और वे उच्च ताप पर सहज रूप से ऑक्सीकृत नहीं होतीं — यही दो गुण किसी तापन अवयव को चाहिए, और यही वह कारण है जो NCERT तापन उपकरणों में मिश्रधातु के प्रयोग के लिए देता है।
• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  निम्नलिखित में से कौन-सी धातु गरम-तंतु विद्युत बल्ब के फिलामेंट के लिए लगभग विशेष रूप से प्रयुक्त होती है?

  • (a)ताँबा
  • (b)निक्रोम
  • (c)टंगस्टन
  • (d)एल्युमिनियम
  उत्तर(c) टंगस्टन — इसका बहुत उच्च गलनांक फिलामेंट को सीलबंद बल्ब के भीतर बिना पिघले श्वेत-तप्त होकर चमकने देता है।