📚 Rise Notes — Lecture 7

ELECTRICITY

Physics Notes · Simple Language · Complete Coverage

🗂️ Topics at a Glance
Topic 1Electric Current

Electric Current = conductor में electrons के flow की rate। Symbol = I

I = q/t  |  S.I. Unit = Ampere (A)  |  Measured by: Ammeter
I = q / tCurrent = Charge/Time
q = I × tCharge = Current × Time
q = n × en=electrons, e=1.6×10⁻¹⁹ C
  • 🔸 q = Total charge (Coulombs)
  • 🔸 n = Number of electrons
  • 🔸 e = Charge of 1 electron = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
  • 🔸 1 Coulomb = 6.25 × 10¹⁸ electrons ≈ 6 × 10¹⁸ e⁻
🔌
Topic 2Conductor
🔌 Conductor = वो material जो electric charge (current) को एक या ज़्यादा directions में flow करने देता है।
🥇 Best conductors: Silver > Copper > Gold > Aluminium — इनकी resistivity सबसे कम होती है।
🔋
Topic 3Potential Difference (Voltage)

Potential Difference = electric field में एक point से दूसरे point तक unit positive charge move करने में किया गया work।

🔋 V = W/Q  |  S.I. Unit = Volt (V)  |  Measured by: Voltmeter
V = W / QVoltage = Work/Charge
W = qVWork = Charge × Voltage
1 Volt = 1 J/C1 Joule per Coulomb
💡 1 Volt = वो energy जो एक unit charge को एक point से दूसरे point तक move करने के लिए चाहिए।
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Topic 4Ohm's Law
📜 Ohm's Law: "Conductor में flow होने वाला current, conductor के across voltage के directly proportional होता है — provided temperature और physical conditions constant रहें।"
📅 दिया: George Simon Ohm ने 1827 में।
V = I × RVoltage = Current × Resistance
I = V / RCurrent = Voltage/Resistance
R = V / IResistance = Voltage/Current
📈 V-I Graph: Slope जितना steep → Resistance उतनी ज़्यादा। V ∝ I — Straight line graph।
🔩
Topic 5Resistance & Resistivity
🔩 Resistance (R)

Resistance = किसी electrical component की property जो electric current के flow को resist करे।

Ω S.I. Unit = Ohm (Ω)  |  Formula: R = ρL/A
  • 🔸 R = Resistance
  • 🔸 ρ = Resistivity of material
  • 🔸 L = Length of conductor
  • 🔸 A = Area of cross-section
📊 Resistivity (ρ) / Specific Resistance

Resistivity = material की वो measure जो बताए कि वो electrical current के flow को कितनी strongly oppose करता है। Resistivity constant होती है।

ρ = Ω × mS.I. Unit of Resistivity
R = ρL/AResistance Formula
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Topic 6Factors Affecting Resistance
📏
Length (L)
Resistance, length के directly proportional होती है।
R ∝ L
Area of Cross-Section (A)
Resistance, area के inversely proportional। Thicker wire = कम resistance।
R ∝ 1/A
🌡️
Temperature (T)
Metals में: R बढ़ती है। Semiconductors में: R घटती है।
R ∝ T (metals)
🧱
Nature of Material (ρ)
कम resistivity → better conductor। ज़्यादा resistivity → insulator।
R = ρL/A
💡 Metals में temperature बढ़ने पर atoms ज़्यादा vibrate करते हैं → electrons से collisions बढ़ती हैं → resistance बढ़ती है।
Semiconductors में उल्टा होता है।
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Topic 7Conductance

Conductance = measure of how easily electricity flows through a component। Resistance का inverse होता है।

📡 Symbol: G  |  G = 1/R  |  S.I. Unit = Siemens (S)
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Topic 8Conductors, Semiconductors & Insulators
✅ Conductors
High electrical conductivity, low resistivity। Current easily flow होती है।

Examples: Copper, Silver, Gold, Aluminium, Steel
🔵 Semiconductors
Conductivity, conductors और insulators के बीच होती है। Controllable conductivity।

Examples: Silicon (Si), Germanium (Ge), Arsenide compounds
❌ Insulators
High resistivity, low conductivity। Current flow नहीं होती।

Examples: Rubber, Glass, Plastic, Air, Pure water
📊
Topic 9Resistivity Table
CategoryMaterialResistivity (Ω·m)
✅ Conductors
Silver1.60 × 10⁻⁸
Copper1.62 × 10⁻⁸
Aluminium2.63 × 10⁻⁸
Tungsten5.20 × 10⁻⁸
Nickel6.84 × 10⁻⁸
Iron10.0 × 10⁻⁸
Chromium12.9 × 10⁻⁸
Mercury94.0 × 10⁻⁸
Manganese1.84 × 10⁻⁶
🔀 Alloys
Constantan (Cu + Ni)49 × 10⁻⁶
Manganin (Cu + Mn + Ni)44 × 10⁻⁶
Nichrome (Ni + Cr + Mn + Fe)100 × 10⁻⁶
❌ Insulators
Glass10¹⁰ – 10¹⁴
Hard Rubber10¹³ – 10¹⁶
Ebonite10¹⁵ – 10¹⁷
Diamond10¹² – 10¹³
Paper (dry)10¹²
🔗
Topic 10Resistance Combination — Series & Parallel
🔗 Series Connection
  • Resistors end-to-end connected होते हैं
  • Current (I) = सभी में same
  • Voltage (V) = divide होती है
  • Req = R1 + R2 + R3 + … + Rn
  • Total resistance = sum of all
⚡ Parallel Connection
  • Resistors same 2 points पर connected
  • Voltage (V) = सभी में same
  • Current (I) = divide होता है
  • 1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn
  • Total resistance = always कम होती है
R_series = R1+R2+…+RnSeries Formula
1/R_parallel = 1/R1+1/R2+…Parallel Formula
🏠 घर में circuits Parallel में होते हैं — हर appliance को same voltage मिले और एक बंद हो तो दूसरे चलते रहें।
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Topic 11Heating Effect of Electric Current

जब electric current conductor में flow करे → conductor की resistance की वजह से heat produce होती है — यही Heating Effect है।

🔥 Joule's Law of Heating: H = I²Rt  |  H = VIt  |  H = V²t/R
H = I²RtJoule's Law
H = VItUsing V = IR
H = V²t/RAlternate form
  • 🔸 H = Heat energy (Joules)
  • 🔸 I = Current (Amperes)
  • 🔸 R = Resistance (Ohms)
  • 🔸 t = Time (Seconds)
💡
Topic 12Applications of Heating Effect
ApplicationDetails
⚡ Electric HeaterNichrome wire heating element के रूप में use होती है
💡 Electric BulbTungsten filament — high melting point की वजह से use होता है
👕 Electric IronHeating effect से कपड़े iron होते हैं
🔌 FuseLow melting point wire — excessive current पर melt होकर circuit break करती है
📌 Nichrome क्यों use होती है heating devices में? — High resistance है + High temperatures पर easily oxidize नहीं होती!
🔌 Fuse = जब excessive current flow हो → fuse wire melt होती है → circuit break → appliances protect होते हैं। Short circuit और mismatched loads से protection।
🔁 Open और Closed Circuit
🟢 Closed Circuit
  • Switch ON होती है
  • Complete path बनती है
  • Current flow होती है
  • Lamp जलती है
🔴 Open Circuit
  • Switch OFF होती है
  • Path break होती है
  • Current flow नहीं होती
  • Lamp नहीं जलती
Topic 13Electric Power

Electric Power = वो rate जिस पर electrical energy consume या produce होती है।

P = VI  |  P = I²R  |  P = V²/R  |  S.I. Unit = Watt (W)
P = VIPower = Voltage × Current
P = I²RUsing V = IR
P = V²/RAlternate form
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Topic 14Commercial Unit of Energy — kWh
💡 1 unit = 1 kWh — यही electricity bill में count होती है!
  • 🔸 1 kWh = 1 kW × 1 hour
  • 🔸 = 1000 Watts × 3600 seconds
  • 🔸 = 3,600,000 Joules
  • 🔸 = 36 × 10⁵ Joules
  • 🔸 = 3.6 × 10⁶ J
1 kWh = 3.6×10⁶ JCommercial Unit Conversion
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Topic 15Colour Coding in Household Wiring
🔴
Live Wire (Phase Wire)
Color: Red  |  High Voltage  |  ⚡ Dangerous
Neutral Wire
Color: Black  |  Voltage = 0  |  Return path
🟢
Earth Wire (Ground Wire)
Color: Green/Yellow  |  Safety wire  |  Thick बनाई जाती है ताकि higher currents handle हो
📋 Appliance Standard: 220V, 50Hz — India में household current यही है।
🔌 Earth wire को thick बनाया जाता है ताकि वो higher currents को low resistance के साथ manage कर सके।
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Topic 16Wheatstone Bridge
🌉 Wheatstone Bridge: Unknown resistance accurately measure करने के लिए एक electrical circuit — 4 resistors का bridge circuit बनाकर balance होता है।
P/R = Q/SWheatstone Bridge Formula
⚖️ जब bridge balanced हो (galvanometer में zero current) → P/R = Q/S। इससे unknown resistance S = QR/P calculate होती है।
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Topic 17Kirchhoff's Laws
⚡ KCL — Law of Current (Junction Rule)

किसी circuit में एक node (junction) में enter होने वाला total current = उस node से leave होने वाले total current के equal।

ΣI_in = ΣI_outKirchhoff's Current Law
💡 Based on: Conservation of Charge — charge न create होती है, न destroy।
🔋 KVL — Law of Voltage (Loop Rule)

किसी closed loop में सभी voltages (EMFs और voltage drops) का sum = zero।

ΣV = 0Kirchhoff's Voltage Law
💡 Based on: Conservation of Energy — energy न create होती है, न destroy।
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Quick RevisionAll Key Formulas at a Glance
I = q/tElectric Current
V = W/QPotential Difference
V = IROhm's Law
R = ρL/AResistance
R_s = R1+R2+…Series Resistance
1/R_p = 1/R1+…Parallel Resistance
H = I²RtJoule's Heating Law
P = VI = I²RElectric Power
1 kWh = 3.6×10⁶ JCommercial Energy Unit
P/R = Q/SWheatstone Bridge
ΣI_in = ΣI_outKCL
ΣV = 0KVL
🧠 Wire Colors Trick: 🔴 Red = Live (ख़तरनाक)  |  ⚫ Black = Neutral (safe)  |  🟢 Green = Earth (safety wire)
Nichrome = Heating · Tungsten = Bulb · Fuse = Low melting point