विद्युत् मंडल

विद्युत् मंडल : विद्युत् प्रवाहाचे प्रेषण करण्याचा मार्ग. विद्युत् जनित्र, विद्युत् घटमाला इ. विजेच्या उद्गमांमध्ये उत्पन्न होणारा विजेचा प्रवाह इतरत्र वाहून नेण्यासाठी वेगवेगळे विद्युत् संवाहक घटक एकमेकांस जोडून हा पूर्वनियोजित मार्ग तयार केलेला असतो. विद्युत् मंडलातील घटक व त्यांना जोडणारे संवाहक मार्ग रेखाकृतीने वा मानचित्राने विशद करतात व या रेखाकृतीलाही विद्युत् मंडल असेच म्हणतात. विद्युत् मंडल घन, द्रव अथवा वायुरूप विद्युत् संवाहक द्रव्यांनी बनविता येते. यातून जाणारा विजेचा प्रवाह वाटेतच झिरपून जाऊ नये म्हणून संवाहकांभोवती विद्युत् निरोधक आवरण किंवा विद्युत् अपारक परिसर ठेवतात. हे आवरण वा परिसरही घन, द्रव वा वायुरूप असू शकतो.

मराठी विश्वकोशात ‘चुंबकीय मंडले’, ‘मुद्रित मंडले’, ‘विद्युत् जालक सिद्धांत’, ‘संकलित मंडले’ व ‘सूक्ष्मीकरण, इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे’ अशा स्वतंत्र नोंदी असून ‘अनुस्पंदन’, ‘एकदिश विद्युत् प्रवाह’ ‘निरोधन, विद्युत्’, ‘नैकरेषीय आविष्कार’ व ‘प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह’ या नोंदींत विद्युत् मंडलांविषयी काही माहिती आलेली आहे.

विद्युत् मंडलांचे घटक : सक्रिय व अक्रिय घटक आणि त्यांना जोडणारे संवाहक यांचे मिळून विद्युत् मंडल बनलेले असते. विद्युत् घटमाला, एकदिश (एकाच दिशेत वाहणारा विद्युत् प्रवाह पुरविणारी) व प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशांनी वाहणारा विद्युत् प्रवाह पुरविणारी) जनित्रे यांसारख्या मंडलाला वीज पुरवठा करणाऱ्या घटकांना सक्रिय घटक म्हणतात. रोधक, धारित्र (विद्युत् भार साठविणारे साधन), प्रवर्तक (बदलत्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे ज्याच्यात विद्युत् चालक प्रेरणा-मंडलात विद्युत् प्रवाह वाहण्यास कारणीभूत होणारी प्रेरणा-निर्माण होते असा घटक उदा., तारेचे वेटोळे) हे मंडलांतील प्रमुख अक्रिय घटक होत.

प्रत्येक मंडलात रोध, धारकता व प्रवर्तकता या स्थिर राशी (प्रचल) असतात. कोणत्याही विद्युत् मंडलात अथवा मंडलाच्या कोणत्याही भागात या तिन्ही राशी असतात परंतु प्रत्येक मंडलात एखाद्या विशिष्ट राशीचे प्रमाण कमी वा जास्त असते, तसेच प्रत्यक्ष व्यवहारात संबंध येणाऱ्या बऱ्याच मंडलांमध्ये एक राशी प्रमुख असून तिच्या तुलनेत इतर दोन राशींचे मूल्य अगदीच उपेक्षणीय असते, म्हणून अशा मंडलांना त्यांच्यातील महत्त्वाच्या राशीनुसार शुद्ध रोधनी, शुद्ध धारणी किंवा शुद्ध प्रवर्तनी मंडल असे म्हणतात.

मंडलातील सहज वापरता येणारा बिंदू म्हणजे टोक (अग्र) असून योग्य साधन वापरून येथे जोडणी करता येते. तीन वा अधिक घटक जेथे मिळतात त्या बिंदूला संधिस्थान म्हणतात. दोन संधिस्थानात एकसरीत जोडलेले घटक असणाऱ्या मंडलाच्या भागाला शाखा म्हणतात. विद्युत् प्रवाहाच्या नियमनासाठी मंडलात विविध प्रयुक्त्या समाविष्ट करतात(उदा., स्विच). मंडलातून जादा विद्युत् प्रवाह गेल्यास तारा तापून आग लागण्याचा धोका असतो किंवा वीज वापरणारे साधन खराब होण्याची शक्यता असते म्हणून विद्युत् मंडलात ⇨वितळतार किंवा ⇨विद्युत् मंडल खंडक समाविष्ट करतात. जादा प्रवाहाने वितळतार वितळून किंवा विद्युत् मंडल खंडक सुरू होऊन मंडल खंडित होते व विद्युत् प्रवाह थांबतो.

विद्युत् मंडल सिद्धांत : विद्युत् मंडलांचे विश्लेषण अथवा वर्गीकरण, त्यांचा अभिकल्प (आराखडा) व अनुप्रयुक्ती (उपयोग) यांच्यासह विद्युत् मंडलांविषयीच्या सर्व बाबींचा अभ्यास या सिद्धांतात करतात. विद्युत् मंडलांतील विविध बिंदूंमधील वर्चोभेद किंवा विद्युत् दाब (व्होल्टमध्ये), विविध मार्गांत वाहत असणारा विद्युत् प्रवाह (अँपिअरमध्ये) आणि अक्रिय घटकांचे विवरण करणारे प्रचल (ओहम अथवा म्होमध्ये) या सदर सिद्धांतातील मूलभूत राशी आहेत. त्यांच्यावरून विद्युत् मंडलाच्या इथर महत्त्वपूर्णराशी (उदा., शक्ती, ऊर्जा, कालस्थिरांक इ.) काढता येतात.

ओहम व किरखोफ नियमांच्या आधारे विद्युत् मंडलाच्या कार्यमानाचे सुस्पष्ट गणितीय विवेचन करता येते. म्हणजे मंडलाच्या प्रत्येक भागातील विद्युत् प्रवाह व विद्युत् दाब या नियमांच्या आधारे काढता येतात. ओहम नियमाने विद्युत् मंडलातील विद्युत् दाब (V), विद्युत् प्रवाह (I) व रोध (R) यांचा संबंध पुढील सूत्राने दर्शविता जातो.

V = I R

उदा., २ ओहम रोधातून ३ अँपिअर प्रवाह वाहत असल्यास विद्युत् दाब ६ (= २ X ३) व्होल्ट असेल.

पहिल्या किरखोफ नियमानुसार रोधनी मंडलातील एखाद्या प्रविष्ट होणाऱ्या विद्युत् प्रवाहांची बेरीज ही त्या बिंदूतून बाहेर पडणाऱ्या प्रवाहांच्या बेरजेएवढी असते. अखंड किंवा बंदिस्त मंडलातील कोणत्याच बिंदूपाशी विद्युत् भार साचत नाही, या वस्तुस्थितीवर हा नियम आधारलेला आहे. दुसऱ्या किरखोफ नियमानुसार कोणत्याही विद्युत् मंडलाभोवतीच्या विद्युत् दाबांमधील बदलांची बेरीज शून्य असते. याचा अर्थ विद्युत् दाबांमधील बदलांची बेरीज शून्य असते. याचा अर्थ विद्युत् उद्गमात वाढणारा विद्युत् दाब हा प्रदान प्रयुक्तीत (विजेचा वापर करणाऱ्या साधनात उदा., दिवा) कमी होणाऱ्या विद्युत् दाबाएवढा असतो.

हा सिद्धांत व्यापक असून बऱ्याचदा त्याची खास उपविषयांत विभागणी करतात. उदा., मंडलातील विद्युत् प्रवाह व दाब हे कालानुसार कसे बदलतात यानुसार करण्यात येणारी पुढील विभागणी : एकदिश, प्रत्यावर्ती, ज्या-वक्रीय (त्रिकोणमितीतील ‘ज्या’ गुणोत्तराच्या आलेखासारखे), अंकीय व क्षणिक विद्युत् मंडलाविषयींचे सिद्धांत.  विद्युत् प्रवाह मार्गांच्या विन्यासानुसार अथवा मांडणीनुसारही विद्युत् मंडलांचे वर्गीकरण करतात. उदा., एकसरी, अनेकसरी, मिश्र (एकसरी-अनेकसरी), विद्युत् जालक, युग्मित, खंडित व लघुमंडल, मंडलांच्या उपयोगांनुसारही त्यांचे वर्गीकरण करतात. उदा., संदेशवहन, इलेक्ट्रॉनीय, घन-अवस्था, संकलित, संगणक व नियामक मंडले. यांपैकी काही महत्त्वाच्या मंडलांची माहिती थोडक्यात पुढे दिली आहे.

चालू मंडल : मंडलाचे विद्युत् वर्चस् जमिनीपेक्षा जास्त असेल, तर त्याला चालू मंडल म्हणतात. अशा मंडलात विद्युत् प्रवाह चालू असलाच पाहिजे असे बंधन नसते.

बिनधोक मंडल : जे मंडल विद्युत् पुरवठा करू शकणाऱ्या कोणत्याही घटकापासून पूर्णपणे अलग केलेले असते व ज्याचे वर्चस् जमिनीइतकेच असते, त्याला बिनधोक मंडल म्हणतात. जर एखादे अतिप्रवर्तनी मंडल विद्युत् पुरवठ्यापासून एकदम अलग केले, तर त्या मंडलातील वेटोळ्यात फार मोठा स्वप्रवर्तित विद्युत् दाब उत्पन्न होतो व तो फारच धोकादायक होऊ शकतो. त्याचप्रमाणे खांबावरून नेलेल्या प्रेषण मार्गातील संवाहक दोन्ही बाजूंनी मोकळे केलेले असले, तरीही त्यांमध्ये पूर्वीच साठलेला विद्युत् भार संवाहक मोकळा झाल्यावर सुद्धा बराच वेळ शिल्लक राहतो व त्यापासूनही धोका उत्पन्न होऊ शकतो.

अखंड मंडल :  विद्युत् पुरवठा करणाऱ्या घटकापासून निघालेल्या प्रवाहाला मंडलातून फिरत जाऊन परत पूर्वस्थळी येईपर्यंत अखंडपणे संवाहक मार्ग मिळत असेल, तर त्या मंडलास अखंड वा बंदिस्त मंडल म्हणतात.

खंडित मंडल :  ज्या मंडलातील एखादा स्विच मुद्दामच उघडून ठेवला असेल व त्यामुळे विद्युत् प्रवाह वरीलप्रमाणे अखंडपणे वाहू शकत नसेल, तर त्याला खंडित मंडल म्हणतात परंतु जर एखादे मंडल काही अपघातामुळे मध्येच कोठे तरी तुटून खंडित झाले असेल, तर त्याला उघडे पडलेले मंडल म्हणतात.

लघुमंडल : एखाद्या विद्युत् मार्गावरील दोन संवाहक भागांवरचे निरोधक आवरण काही कारणांनी दूर होऊन मंडलाचे असे संवाहक भाग थेट अथवा दुसऱ्या एखाद्या संवाहकामार्फत एकमेकांस जोडले गेले किंवा त्यांतील एखादा संवाहक सरळ जमिनीला जोडला गेला, तर त्यामधून मंडलातील साधारण प्रवाहापेक्षा पुष्कळ जास्त प्रवाह वाहू लागतो. मंडलाच्या या स्थितीला लघुमंडल किंवा मंडल संक्षेप म्हणतात.

 प्रवर्तनी मंडल : ज्या मंडलात विद्युत् संवाहक तारेचे एखादे वेटोळे किंवा गुंडाळी हाच महत्त्वाचा भाग असतो, त्यास प्रवर्तनी मंडल म्हणतात. विद्युत् चुंबकासाठी वापरलेले मंडल या प्रकारचे असते. यात धारणी रोधनापेक्षा (प्रत्यावर्ती विद्युत् मंडलाच्या संरोधाच्या-एकूण विरोधाच्या-कल्पित भागापेक्षा) प्रवर्तनी रोधनाचे मूल्य जास्त असते.

धारणी मंडल : ज्या मंडलात एखादे धारित्र गोवलेले असते त्याला धारणी मंडल म्हणतात.

प्रेषण मंडल : प्रत्यावर्ती प्रवाहाची त्रिकला शक्ती, खांबावर टागलेल्या उघड्या संवाहकामधून लांब अंतरावर नेताना त्यासाठी तीन संवाहकांचा वापर करतात. त्यास एकेरी प्रेषण मंडल म्हणतात पण अशा मंडलात दोष उत्पन्न झाल्यास तो दुरुस्त होईपर्यंत सबंध मार्ग बंद करावा लागतो व वीज पुरवठा पूर्णपणे खंडित होतो. म्हणून हे टाळण्यासाठी तीन कला संवाहकांचे दोन स्वतंत्र मार्ग (एकूण सहा संवाहक) नेलेले असतात. अशा मार्गाला दुहेरी प्रेषण मंडल म्हणतात.

संस्पंदक मंडल : ज्या मंडलातील धारकता व प्रवर्तन यांच्य एकूण राशी अशा रीतीने योजलेल्या असतात की, त्यांचा एकंदर संरोध अतिशय वाढतो अथवा अगदीच न्यूनतम होतो, त्या मंडलांस संस्पंदक मंडल म्हणतात.

आंदोलक मंडल : धारित्र व प्रवर्तन वेटोळे असलेल्या मंडलातील विद्युत् ऊर्जा जर धारित्रातून वेटोळ्यामध्ये व वेटोळ्यातून परत धारित्रामध्ये असे कायमच हेलपाटे मारीत असेल, तर अशा मंडलाला आंदोलक मंडल म्हणतात.

एकसरी मंडल : ज्या मंडलामध्ये मंडलाचे रोधकासारखे विविध घटक एकापुढे एक अशा रीतीने जोडलेले असतात व त्या सर्वांमधून एकच प्रवाह वाहतो, त्यास एकसरी मंडल म्हणतात [आ. (अ)]. यातील एका भागातील बदलाचा इतर सर्व भागांवर परिणाम होतो, त्यामुळे एकसरी मंडलाचे मर्यादित उपयोग आहेत (उदा., एकसरीतील एक दिवा जळाला की, मंडल खंडित होऊन इतर दिवे बंद होतात). अधिक विद्युत् दाबासाठी हे मंडल वापरतात. एकसरी मंडलात साधने वाढल्यास एकूण रोध वाढतो व एकूण प्रवाह घटतो.

अनेकसरी मंडल : ज्या मंडलातील दोन किंवा अधिक घटक ठराविक दोन बिंदूंना किंवा दोन संवाहकांनी एकमेकांस जोडून त्यांवर समान विद्युत् दाब पडतो, त्या मंडलाला अनेकसरी मंडल म्हणतात [आ. (आ)]. यात विद्युत् प्रवाहाला अनेक मार्ग उपलब्ध असतात. जादा प्रवाहासाठी हे मंडल वापरतात. घरातील दिवे व उपकरणे अनेकसरीत जोडतात. त्यामुळे ते सर्व एकाच विद्युत् दाबाला कार्य करू शकतात. साधनातील घटक वाढले (वा कमी झाले), तरी विद्युत् दाब बदलत नाही. मात्र वितळतार किंवा विद्युत् मंडल खंडकातून वाहणारा एकूण प्रवाह वाढतो. कारण तो प्रत्येक घटकाने वापरलेल्या विद्युत् प्रवाहांच्या बेरजेएवढा असतो.

मिश्र मंडल : मंडलाचा काही भाग एकसरी पद्धतीने व काही भाग अनेकसरी पद्धतीने जोडलेला असल्यास त्यास मिश्र किंवा एकसरी-अनेकसरी मंडल म्हणतात [आय (इ)].

विद्युत् जालक : मिश्र मंडलाहूनही जास्त क्लिष्ट व जटिल मंडलांना विद्युत् जालक म्हणतात. यात परस्पर संबंधित अनेक विद्युत् मंडले असतात. अशा तऱ्हेने तीन जाळ्या असलेले एक जालक आकृती (ई) मध्ये दाखविले आहे. मिश्र मंडलाप्रमाणे एकसरी व अनेकसरी पद्धतीने भाग पाडून त्यांचा अभ्यास करता येत नाही. त्यासाठी वेगळ्याच पद्धतीचा वापर करावा लागतो. काही वेळा जालक ही संज्ञा विद्युत् मंडल या अर्थानेही वापरतात. (उदा., रेडिओ ग्राहीमधील ट्रँझिस्टर, रोहित्रे, धारित्रे जोडणाऱ्या तारा व इतर इलेक्ट्रॉनीय घटक असलेले जालक).

युग्मित मंडल : ज्या वेळी मंडलाचे दोन वा अधिक भाग रोधक, धारित्र वा प्रवर्तक यांसारख्या एखाद्या प्रचलामार्फत एकमेकांस जोडलेले असतात, तेव्हा त्यास युग्मित मंडल म्हणतात. त्याचप्रमाणे काही वेळा अशा प्रकारे एखाद्या प्रचलामार्फत जोडणी न होताही मंडलातील दोन प्रवर्तकांपासून निर्माण होणाऱ्या चुंबकीय क्षेत्रामार्फतही मंडलाचे दोन भाग एकमेकांशी जोडले जातात. अशा तऱ्हेचे एक युग्मित प्रवर्तनी मंडल आकृती (उ) मध्ये दाखविले आहे. यांत दोन वा अधिक मंडलांची अशा रीतीने मांडणी केलेली असते की, तीमुळे एका मंडलातील ऊर्जा दुसऱ्या विद्युतीय अथवा चुंबकीय रीतीने स्थानांतरित होऊ शकते.

संकलित मंडल : या प्रकारात फार मोठमोठाली मिश्र मंडले (वा विद्युत् जालक) अर्धसंवाहकाच्या (ज्याची विद्युत् संवाहकता धातू व विद्युत् निरोधक यांच्या दरम्यानची असते अशा पदार्थांच्या) अगदी लहानशा तुकड्यावर सामावलेली असतात. तसेच काही वेळा निरोधकाच्या छोट्याशा पृष्ठभागावर इतर काही द्रव्यांचे पातळ पापुद्र्याचे विलेपन करूनही संकलित मंडले तयार करतात. [⟶ संकलित मंडले]

मुद्रित मंडल : चांगल्या निरोधक द्रव्याच्या तक्त्यावर लावलेल्या विद्युत् संवाहक द्रव्याच्या आकृतिबंधाचा उपयोग करणाऱ्या विद्युत् मंडलाला मुद्रित मंडल म्हणतात [⟶ मुद्रित मंडले].

एकदिश विद्युत् मंडल : यात विद्युत् दाब व प्रवाह यांचे मान स्थिर असून ते कालानुसार बदलत नाही. यात विद्युत् घटमाला, एकदिश जनित्र किंवा एकदिशकारक हा उद्गम आणि रोधक हा प्रमुख अक्रिय घटक असतो [⟶ एकदिश विद्युत् प्रवाह].

प्रत्यावर्ती विद्युत् मंडल : यात विद्युत् दाब व प्रवाह यांची दिशा कालानुसार आवर्ती पद्धतीने उलटसुलट होते. अशा एका पूर्ण बदलासाठी (आवर्तनासाठी) लागणाऱ्या काळाला आवर्तकाल म्हणतात. एका सेकंदात होणाऱ्या अशा आवर्तनांची संख्या म्हणजे कंप्रता होय. एका सेकंदात होणाऱ्या या आवर्तसंख्येला हर्ट्झ म्हणतात. हाइन्रिख रूडोल्फ हर्ट्झ यांच्या विद्युत् चुंबकीय तरंगांच्या संशोधनामुळे त्यांच्या गौरवार्थ हर्ट्झ हे एककाचे नाव पडले आहे.

बहुतकरून ज्या-वक्रीय बदलांचे वर्णन करण्यासाठी प्रत्यावर्ती विद्युत् मंडल ही संज्ञा वापरतात. प्रत्यावर्ती जनित्रे आणि विविध प्रकारचे इलेक्ट्रॉनीय व घन-अवस्था आंदोलक [⟶ आंदोलक, इलेक्ट्रॉनीय] हे ज्या-वक्रीय उद्गम आणि प्रवर्तक, धारित्रे व रोधक हे या मंडलांतील अक्रिय घटक असतात. [⟶ प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह].

ज्या-वक्रीय नसलेली तरंगरूपयुक्त मंडले : यात कालानुसार विद्युत् दाब व प्रवाह यांत बदल होतो मात्र हा बदल ज्या-वक्रीय रीतीने होत नाही. संतृप्त चुंबकीय मंडले, इलेक्ट्रॉन नलिका व ट्रँझिस्टर यांसारख्या नैकरेषीय प्रयुक्त्यांमुळे बहुधा अशा प्रकारचे बदल होतात [⟶ नैकरेषीय आविष्कार]. या तरंगरूपांचे भिन्न कंप्रतांच्या ज्या-वक्रीय तरंगांच्या श्रेढीत [फूर्ये श्रेढीत ⟶ फूर्ये श्रेढी] विभाग पाहून या मंडलांचे विश्लेषण करतात. यांपैकी प्रत्येक कंप्रता विभागाचे प्रत्यावर्ती विद्युत् मंडलाच्या तंत्रांद्वारे विश्लेषण करतात व मग यातून मिळणाऱ्या फलांचे अध्यारोपण तत्त्वाच्या आधारे एकत्रीकरण करतात.

चुंबकीय मंडले : विद्युत् यंत्रातील अथवा उपकरणातील चुंबकीय स्त्रोताच्या (चुंबकीय रेषांच्या प्रवाहाच्या) सबंध मार्गाला चुंबकीय मंडल असे म्हणतात. विश्लेषणाच्या दृष्टीने ही विद्युत् मंडलासारखी असतात. विद्युत् चुंबक, अभिचलित्र, चुंबकीय गतिरोधक व ग्राभ (क्लच), संगणकीय स्मृतिप्रयुक्ती इ. विविध ठिकाणी ही मंडले वापरतात. [⟶ चुंबकीय मंडले].

विद्युत् मंडलांचे उपयोग : वीजनिर्मिती केंद्रपासून उपकेंद्रांपर्यंत विजेचे प्रेषण करण्यासाठी, तसेच उच्च विद्युत् दाबाच्या तारा, रोहित्रे किंवा कारखान्यांतील व घरांतील कमी दाबाची वितरण मंडले यांच्यातील विद्युत् प्रेषणासाठी विद्युत् मंडलांचा उपयोग करतात. विजेचे दुसऱ्या ऊर्जेत किंवा अन्य ऊर्जेचे विजेत रूपांतर करणे (उदा., विद्युत् चलित्र वा जनित्र, ध्वनिग्राहक, ध्वनिवर्धक, दिवे इ.) दूरध्वनि, तारायंत्र, रेडिओ व दूरचित्रवाणी यांमार्फत होणारे संदेशवहन माहितीवर संस्करण करणे व ती साठविणे आणि त्यांवरून तार्किक निर्णय घेण्याच्या संगणकीय प्रक्रिया करणे या यंत्रोपकरणासारख्या सामग्रीच्या स्वयंचलित नियमनची व्यवस्था करणे इ. अनेक कामांसाठी विद्युत् मंडलांचा उपयोग होतो.

पहा : एकदिश विद्युत् प्रवाह निरोधन, विद्युत् नैकरेषीय आविष्कार प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह भूयोजन   वितळतार विद्युत् जालक सिद्धांत विद्युत् मंडल खंडक स्विच.

संदर्भ : 1. Draper, A. Electrical Circuits, London, 1964.

           2. Hayt, W. Kemmerly, J. E. Engineering Circuit Analysis, New York, 1978.

           3. Huelsman, L. P. Basic Circuit Theory, New York, 1984.

          4. Maloney, T. J. Electric Circuits, New York, 1984.

         5. Oppenheimer, S. Fundamentals of Electric Circuits, New York, 1984.

         6. Risdale, R. E. Electric Circuits, New York, 1983.

        7. Williams, G. Introduction to Electrical Circuits, London, 1973.

कोळेकर, श. वा. ठाकूर, अ. ना.

“