परिचय: व्हीटस्टोन सेतु क्या है?
व्हीटस्टोन सेतु (Wheatstone Bridge) एक विद्युत परिपथ है जिसका उपयोग किसी अज्ञात प्रतिरोध (unknown resistance) का मान ज्ञात करने के लिए किया जाता है। इसका आविष्कार सैमुअल हंटर क्रिस्टी ने 1833 में किया था, लेकिन इसे सर चार्ल्स व्हीटस्टोन द्वारा लोकप्रिय बनाया गया। यह शून्य विक्षेपण (null deflection) के सिद्धांत पर कार्य करता है।
संरचना (Construction)
व्हीटस्टोन सेतु में चार प्रतिरोधों को एक चतुर्भुज (quadrilateral) की भुजाओं के रूप में जोड़ा जाता है।
- चार प्रतिरोध P, Q, R, और S होते हैं।
- एक गैल्वेनोमीटर (G) को दो विपरीत कोनों (जैसे B और D) के बीच जोड़ा जाता है।
- एक बैटरी (E) को अन्य दो विपरीत कोनों (A और C) के बीच जोड़ा जाता है।
- इनमें से आमतौर पर P और Q ज्ञात प्रतिरोध होते हैं, R एक परिवर्ती प्रतिरोध (variable resistor) होता है, और S अज्ञात प्रतिरोध होता है।
सिद्धांत और संतुलन की स्थिति
व्हीटस्टोन सेतु का सिद्धांत यह है कि जब सेतु संतुलित (balanced) होता है, तो गैल्वेनोमीटर से होकर कोई धारा प्रवाहित नहीं होती है, और यह शून्य विक्षेपण दिखाता है।
यह तब होता है जब बिंदु B और D पर विभव (potential) समान होता है। संतुलन की स्थिति में, भुजाओं के प्रतिरोधों का अनुपात बराबर होता है।
संतुलन की स्थिति का सूत्र:
P / Q = R / S
इस सूत्र का उपयोग करके, यदि P, Q, और R ज्ञात हैं, तो अज्ञात प्रतिरोध S की गणना की जा सकती है:
S = (Q / P) * R
उदाहरण (Example)
मान लीजिए एक व्हीटस्टोन सेतु में P = 10 Ω, Q = 20 Ω, और परिवर्ती प्रतिरोध R को 50 Ω पर सेट करने पर गैल्वेनोमीटर में शून्य विक्षेपण प्राप्त होता है। अज्ञात प्रतिरोध S का मान क्या होगा?
S = (Q / P) * R
= (20 Ω / 10 Ω) * 50 Ω
= 2 * 50 Ω = 100 Ω
अतः, अज्ञात प्रतिरोध S का मान 100 Ω है।
अनुप्रयोग (Applications)
- अज्ञात प्रतिरोध मापन: इसका मुख्य उपयोग किसी तार या उपकरण के प्रतिरोध को सटीक रूप से मापना है।
- मीटर सेतु और पोस्ट ऑफिस बॉक्स: ये व्हीटस्टोन सेतु के सिद्धांत पर आधारित व्यावहारिक उपकरण हैं।
- सेंसर अनुप्रयोग: इसका उपयोग स्ट्रेन गेज, थर्मिस्टर और फोटोरेसिस्टर जैसे सेंसर के साथ तापमान, दबाव और प्रकाश में छोटे बदलावों को मापने के लिए किया जाता है।
निष्कर्ष
व्हीटस्टोन सेतु विद्युत मापन में एक अत्यंत महत्वपूर्ण और संवेदनशील उपकरण है। इसकी सटीकता और सरलता इसे प्रयोगशालाओं और विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में अज्ञात प्रतिरोधों को मापने के लिए एक आदर्श विकल्प बनाती है।