विद्युत् रोधक

विद्युत् रोधक : विद्युत् मंडलातील तीन मूलभूत घटकांपैकी हा एक घटक आहे. जेव्हा त्यातून विद्युत् प्रवाह वाहतो तेव्हा त्याच्या एका टोकाकडून दुसऱ्या टोकाकडे जाताना विद्युत् दाबात घट (दाबपात) होते. व उष्णता उत्पन्न होते. पदार्थातील रेणूंच्या ज्या विशिष्ट प्रवृत्तीमुळे विद्युत् प्रवाहापासून उष्णता उत्पन्न होते. तिला विद्युत् रोध म्हणतात. ओहम यांच्या नियमाप्रमाणे विद्युत् रोध (ओहममध्ये) हा रोधक टोकांमध्ये होणारा विद्युत् दाबपात व त्यातून वहनारा  विद्युत् प्रवाह (अँपिअरमध्ये) यांच्या गुणोत्तराबरोबर असतो.

विद्युत् मंडलातील हा घटक एकदिश वा प्रत्यावर्ती (मूल्य व दिशा वारंवार ठराविक क्रमाने बदलणाऱ्या) विद्युत् प्रवाहाला विरोध  करतो.मंडलाचे कार्य चालण्यासाठी, त्याचे संरक्षण करण्यासाठी  वा त्याचे नियंत्रण करण्यासाठी रोधकाचा उपयोग करतात. रोधकांचा उपयोग करून विद्युत् दाबाचे विभाजन करता येते. इतर घटकांबरोबर रोधकांचा उपयोग करून विद्युत् अभिकल्पकाच्या गरजांप्रमाणे  योग्य असेआकार दिलेले विद्युत् तरंग निर्माण करता येतात. रोधकांचे रोधमूल्य स्थिर असते किंवा काही ठराविक कक्षेत चल (बदलणारे)  असते अथवा समायोजित  करता येते. 

विद्युत् रोधकाचा रोध (R) हा रोधकाची लांबी (I) व त्याचा विशिष्ट रोध किंवा रोधकता (p द्रव्याचा एकजिनसी एकक घनाचा एकसारख्या घनतेच्या एकदिश विद्युत् प्रवाहाला होणारा रोध) यांच्या सम प्रमाणात आणि काटच्छेद क्षेत्रफळाच्या (A) व्यस्त प्रमाणात असतो. म्हणजेच R=p.I/A रोध हा रोधकाच्या तापमानावरही अवलंबून असतो. R_t = t^o तापमानाला असणारा रोध, R_o= o^° तापमानाला असणारा रोध व α_o = रोध-ताप गुणांक असल्यास R_t= R_o (I + α_ot) या सूत्रावरून t^o तापमानाला असणारा रोध मिळतो. रोध मिळतो. रोध-ताप गुणांक साधारणपणे धन असतो व त्यामुळे पदार्थाचा रोध तापमानाबरोबर वाढतो पण कार्बन, जर्मेनियम, सिलिकॉन या अधावतीय पदार्ताचे रोध-ताप गुणांक ऋण असतात व त्यामुळे त्यांचा रोध वाढत्या तापमानाबरोबर कमी होत जातो. रोधकावर यांत्रक दाब वा ताण दिला, तरीही त्याचा रोध बदलतो. याचा उपयोग पदार्थावरील ताण अथवा दाब मोजण्यासाठी करतात. [विद्युत् प्रतिविकृतिमापक⟶ पदार्थाचे बल].  

विद्युत् रोधकाचा रोध एकदिश व प्रत्यावर्ती प्रवाहांत वेगवेगळा असतो. याचे कारण रोधकाचा काटच्छेद घेतल्यास एकदिश प्रवाहात रोधकातील विद्युत् प्रवाह-घनता सर्वत्र एकसारखीच असते. पण प्रत्यावर्तीप्रवाहात ती रोधकाच्या मध्यात अत्यंत कमी असून पृष्ठभागाकडे  जास्त जास्त होत जाते. प्रवाह-घनता प्रवाहाच्या कंप्रतेवरही (दरसेकंदाला होणाऱ्या आवर्तनांच्या संख्येवरही) अवलंबून असते. रोधकांचे वर्णन करण्यासाठी त्यांचा एकूण रोध (ओहममध्ये) तसेच त्यांची सुरक्षित शक्ति-ऱ्हासक्षमता (वॉटमध्ये ) निर्देशित करण्यात येतात.

उपयोगानुसार रोधकांचे वर्गीकरण: अभियांत्रिकीच्या ज्या सर्वसाधारण क्षेत्रात वापर करण्यात येतो त्यानुसार रोधकांचे वर्गीकरण करता येते. विद्युत् तापनासाठी वापरण्यात येणाऱ्या रोधकांची माहिती ‘विद्युत् तापन’ या नोंदीत दिलेली आहे. 

शक्ति रोधक: असे रोधक पाच वॉटपासून कित्येक किलोवॉटपर्यंत रोधाचे असतात. हे रोधक हवेच्या संनयनाने (तापलेल्या रोधकापासून उष्ण हवेच्या वरच्या दिशेतील प्रवाहाने), हवेच्या झोताने अथवा पाण्याने थंड करता येतात. लहान आकारमानाचे म्हणजे कित्येक शेकडो वॉटपर्यतचे रोधक शक्ती व इलेक्ट्रॉनिकी या दोन्ही क्षेत्रांत वापरतात. 

उपकरणांत वापरण्यात येणारे रोधक: एकदिश विद्युत् प्रवाहाकरिता वापरण्यात येणाऱ्या ⇨अँपिअरमापकात शाखांतरी रोधकाचा (कमीरोध असलेल्या व अनेकसरीत जोडलेल्या जाड तारेचा) उपयोग प्रवाहाचा प्रमुख भाग मापकातील निम्न-प्रवाही घटकातून जाऊ नये यासाठी करतात. या अतिशय अचुक चार अग्रांच्या  रोधकाचा अभिकल्प अशा प्रकारे केलेला असतो की, जेव्हा दिलेला ठराविक विद्युत् प्रवाह त्यातून वाहतो. तेव्हा ५० मिलिव्होल्ट दाबपात मिळेल. एकदिश व प्रत्यावर्ती या दोन्ही प्रवाहांसाठी वापरण्यात येणाऱ्या ⇨व्होल्टमापकांमध्ये अचूकता व स्थिरता यांकरिता अभिकल्पित  केलेले मापप्रमाण-गुणक रोधक वापरतात.  

इलेक्ट्रॉनीय मंडलांसाठी वापरावयाचे रोधक: उत्पादित करण्यात येणाऱ्या रोधकांपैकी सर्वांत जास्त रोधक इलेक्ट्रॉनिकी क्षेत्रात वापरण्याच्या दृष्टीने बनविले  जातात. या रोधकापैकी बहुतेक कंप्रता-निवड मंडलांत वापरण्यासाठी योजलेले असतात. या मंडलांत कित्येक शेकडो व्होल्ट विद्युत् वर्चसे असतात. पण प्रवाह क्वचित १०-मिलिअँपिअरपेक्षा जास्त असतो. या रोधकांची शक्ति ऱ्हासक्षमता लहान असून भौतिक आकारमानही लहान असते.  

संगणक घटक फलक म्हणून कार्य करणाऱ्या सिलीकॉन चकत्यांमध्ये बृहत्-प्रमाणी ⇨संकलित मंडले वापरण्यात येतात. यांत एकाच चकतीत असलेल्या अनेक ट्रँझिस्टरांबरोबर बनविता येणारे रोधकच वापरणे आवश्यक असते.  

रचनेनुसार रोधकांचे वर्गीकरण: रोधकांचे रचनेनुसार करण्यात येणारे वर्गीकरण संघटन (घटक द्रव्यांनुसार), पटल-प्रकारचे किंवा तार-गुंडाळी प्रकारचे असे करता येते. रोधकाचा रोध स्थिर अथवा समायोजनक्षम आहे यानुसारही आणखी वर्गीकरण करता येते. समायोजनक्षम रोधकांचे  पुढे समायोजनक्षम-स्पर्शक, चल रोधक व विद्युत् वर्चस्मापक असे वर्गीकरण करणे शक्य आहे. 

संघटन रोधक: या प्रकारचे रोधक किंमतीने स्वस्त, विश्वासार्ह व लहान आकारमानाचे असल्यामुळे हा सर्वाधिक उत्पादित होणारा रोधक प्रकार आहे. मूलतः तो रोधक द्रव्ये [सामान्यतः कार्बन (ग्रॅफाइड)] व योग्य बंधक द्रव्य यांचे मिश्रण करून त्याला दंडगोलाकार देऊन बनविलेला असतो. या दंडगोलाच्या टोकांना तांब्याच्या तारा जोडलेल्या असतात. संपूर्ण रोधक प्लॅस्टिकाच्या वा मृतिकेच्या वेष्टनात साचेबंद करण्यात येतो. ०·२५ ते २ वॉट शक्ती निर्धारित-मूल्य असलेल्या वेष्टनयुक्त रोधकाची जोडतारांखेरीज लांबी १३-३४ मिमी. असते. यांचे रोध नेमकेपणाने हवे तेवढे टेवता येत नाहीत.  

संघटन रोधक सामान्यतः कित्येक ओहम ते १०-२० मेगोम (१मेगोम= १० लक्ष ओहम) या कक्षेत वापरण्यत येतात. यापेक्षा अधिक रोधमूल्याचे संघटन रोधक उपलब्ध आहेत. पण ते सर्वसाधारणपणे संवेदवहन सामग्रीत अथवा बहुसंख्य इलेक्ट्रॉनीय उपकरणांत वापरीत नाहीत. संघटन रोधक अतितापनामुळे सहजपणे कायमचे खराब होतात व त्यामुळे ते मंडलांत डाखकाम करून बसविताना काळजी घ्यावी लागते.  

पटल प्रकारचे रोधक: विद्युत् दाब, तापमान व आर्द्रता यांच्या दृष्टीने रोधमूल्य अधिक स्थिर राहणे आवश्यक असते. अशा उपयोगांमध्ये संघटन रोधकांची जागा पटल प्रकारचे झपाट्याने घेत आहेत. पटल रोधकाच्या अभिकल्पामुळे कोणत्याही इष्ट मूल्याच्या परिशुद्ध रोधकांचे नियंत्रित उत्पादन करण्यास अधिकच मदत होते. मूलतः हा रोधक मृत्तिकेच्या दंडगोलावर कार्बन, धातू वा धातवीय ऑक्साइड यांचे संवाहकपटल करून बनविलेला असतो. पटलाची जाडी व लांबी नियंत्रित करून रोधमूल्य नियंत्रित केले जाते. पटलाची लांबी बऱ्याचदा रोधकाभोवती एक सर्पिल खाच तयार करून नियंत्रित केली जाते. ही खाच पटलातून निरोधक दंडगोलापर्यंत गेलेली असते. या सर्पिल खाचेमुळे रोधकाची परिणामकारक लांबी वाढते आणि त्यावरून त्याचे ओहममूल्य निर्धारित होते. पटल रोधकावर बऱ्याचदा निरोधक व्हार्निशाचा थर देण्यात येतो. कित्येकदा यांत्रिक  आधार देण्यासाठी रोधकावर एक प्लॅस्टिक नलिका चढविण्यात येते.

संकलित मंडल रोधक: हे रोधक सिलिकॉन संकलित मंडल चकतीवर ट्रँझिस्टरांच्या व ⇨विद्युत् धारित्रांच्या बरोबरच बनविता येणे आवश्यक असते. पातळ पटल रोधक व विसरित रोधक असे यांचे दोन प्रकार पडतात.

पातळ पटल रोधक नायक्रोम अथवा सेरमेट (Cr-SiO) यांच्या निर्वात निक्षेपणाने किंवा तडतडविण्याच्या  क्रियेने [पातळ पटल ⟶ धातूंचे मुलामे] बनवितात. असे रोधक स्थिर असून पटल काळजीपूर्वक रोधमूल्य निकटच्या सह्या सीमांकरिताही समायोजित करता येते. विसरित हे सिलिकॉन चकतीवर क्रियाशील ट्रँझिस्टर तयार करण्यासाठी वापरण्यात येणारी तंत्रे व बनविण्याची भूमिती यांच्यावरच आधारलेले आहेत. [⟶ ट्रँझिस्टर तंत्रविद्या, संकलित मंडले सूक्ष्मीकरण, इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे].

तार-गुंडाळी रोधक:  तार हे सर्वांत स्थिर रूपातील उपलब्ध रोधक द्रव्य म्हणून अद्यापही वापरात राहिलेले आहे. या प्रकारच्या रोधकात मँगॅनीन किंवा नायक्रोम या मिश्रधातूची तार वापरतात. असा रोधकाचे रोधमूल्य अगदी बिनचूकपणे हवे तेवढे ठेवता येत असल्याने अतिशय परिशुद्ध उपकरणे तार-गुंडाळी रोधकांवर अवलंबून असतात. तार-गुंडाळी रोधक हे ओहमचा काही अंश ते कित्येकशे हजार ओहम रोध निर्धारित-मूल्याचे आणि १ वॉटपासून कित्येक हजार वॉट शक्ती निर्धारित-मूल्याचे उपलब्ध आहेत. यांत्रिक उत्पादनातील समस्यांमुळे तारेच्या वापरता येणाऱ्या सर्वांत लहान आकारमानावर मर्यादा येते व त्यामुळे असे रोधक सामान्यतः सु. १०० किलोओहमपेक्षा कमी मूल्याचे प्रवर्तनी आणि अप्रवर्तनी अशा दोन्ही प्रकारच्या रोधकांचे उत्पादन करण्यात येते.  

प्रवर्तनी अभिकल्प ही रचना सर्वसामान्य वापरात असून त्यात दंडगोलाकार मृत्तिका साच्याभोवती सर्पिल तार-गुंडाळी असते. तार गुंडाळल्यानंतर संपूर्ण रोधकावर काचेसारख्या द्रव्याचे आवरण देतात. अप्रवर्तनी अभिकल्पात तार गुंडाळण्याच्या कित्येक निरनिराळ्या पद्धती वापरण्यात येतात. एक सर्वांत साधी व सर्वांत समाधानकारक पद्धती म्हणजे वेटोळ्याचे काटच्छेद क्षेत्रफळ कमी करण्यासाठी तार एका पातळ, सपाट पुठ्यावर (कार्डावर) गुंडाळमे ही होय.

समायोजनक्षम रोधक : चल रोधक (ऱ्हिओस्टॅट) हा एक समायोजनक्षम रोधक असून तो ज्या विद्युत् मंडलांत जोडलेला असतो त्यात खंड न पाडता त्याचे रोधमूल्य बदलता येईल अशी त्याची रचना केलेली असते. विद्युत् मंडलांतील प्रवाहाचे समायोजन करण्यासाठी चल रोधकाचा उपयोग करतात. चल रोधकाचा रोधक घटक हा धातूचा तार वा फीत, कार्बन तबकड्या किंवा विद्युत् संवाहक द्रव असू शकतो.

साधारण सरासरी प्रवाहासाठी धातवीय चल रोधक बहुधा वापरतात. तारेची किंवा फितीची वेटोळ्याच्या किंवा जाळीच्या रूपात रचना केलेली असते. या रोधक घटकाच्या विभागांतून जोडतारा काढून त्या एका बहुस्पर्शी स्विचाला जोडलेल्या असतात. या स्विचाच्या साह्याय्याने रोधकाचा कोणत्याही विभाग मंडल-संक्षेपित करता येतो अथवा मंडलाच्या बाहेर ठेवता येतो. आ. १ मध्ये दर्शविलेल्या चल रोधकात हाताने फिरविण्याजोगा हस्तक असून तो फिरविल्यास रोधकाचे मूल्य व त्या प्रमाणात विद्युत् प्रवाह कमी अथवा जास्त होतो.

 अधिक अखंड नियंत्रणासाठी (जसेप्रयोगशाळेत वापरण्यात येणाऱ्या चल रोधकात आवश्यक असलेल्या नियंत्रणासाठी) एक सरकता स्पर्शक सरळ रोधक तारेच्या अगदी जवळजवळ गुंडाळलेल्या वेटोळ्याला स्पर्श करतो. रोधक तार पोर्सलिनाच्या अथवा स्लेटच्या साच्यावर गुंडाळलेली असते. वेटोळ्याला जोडण्यासाठी एक टोक साच्या वरील स्थिर (कायम) अग्र असते आणि दुसरे टोक वेटोळ्यावर कोठेही थांबून स्पर्श करू शकणारा सरकता स्प्रिंगेसारखा पितळी तुकडा हे असते. यामुळे उपयोगातील परिणामकारक रोध हा स्थिर  अग्र व स्प्रिंग जेथे स्पर्श करते तो बिंदू यांतील वेटोळ्याच्या भागाच्या रोधाइतका असतो.

कार्बन-तबकडी प्रकारचा चल रोधक फक्त विद्युत् प्रवाहासाठी वापरतात. यातील रोधक घटकाचे मूल्य बदलण्यासाठी कार्बन तबकड्यावरील दाब बदलण्यात येतो. या प्रकारच्या चल रोधकाचा फायदा म्हणजे त्याने सूक्ष्म समायोजना साधता येते.  

विद्युत् विच्छेद्य (विद्युत् प्रवाहाने ज्यांचे  घटक अलग होतात अशा संवाहक पदार्थाचा  उपयोग  करणाऱ्या) प्रकारचा चल रोधक मोठ्या प्रवाहांसाठी अतिशय योग्य ठरतो. या प्रकारात संवाहक द्रव असलेल्या टाकीत विद्युत् अग्रे टेवलेली असतात. विद्युत् अग्रांमधील अंतर, विद्युत् अग्रांची  बुडण्याची खोली किंवा द्रवांचीरोधकता बदलून रोधात बदल घडवून आणतात.  विद्युत् विच्छेद्ययुक्त चल रोधकाचे पूर्णपणे अखंड समायोजन करता येते.

चल रोधकांचा  उपयोग  मंडलातील रोध बदलण्यासाठी वा प्रवाहाचे समायोजन करण्यासाठी होतो. विद्युत् चलित्रे (मोटरी) सुरू  करणे वा त्यांचा वेग नियंत्रित करणे, विद्युत् जनित्राचे (यांत्रिक उर्जेचे विद्युत् ऊर्जेत रूपांतर करणाऱ्या साधनाची) अभिलक्षणे समायोजित  करणे, विद्युत् संचायक घटांचे भारण नियंत्रित करणे, दिव्याचा प्रकाश मंद करणे आणि विद्युत् सामग्रीचा चाचणी करण्यासाठी कृत्रिम भाराचा समावेश करणे हही चल रोधकांची काही नमुनेदार उदाहरणे आहेत.  

⇨विद्युत् वर्चस्मापक हा क विशेष प्रकारचा चल रोधकच असून ज्ञात विद्युत् वर्चोभेदाने पूर्णतः वा अंशतः संतुलित करून अज्ञात वर्चोभेद मोजण्यासाठी त्याचा उपयोग करतात. 

इतर काही व्यावहारिक रोधक प्रकार:रोध मंजुषा: मानक(प्रमाणभूत) रोदक हे तापमानातील बदलाबरोबर ज्यांचा रोध अत्यल्प बदलतो अशा कॉन्स्टन्टन अथवा इतर मिश्रधातूचे बनविलेले असतात. सामान्यतः रोधकाचे मापक संच रोध मंजुषा या नावाने ओळखण्यात येणाऱ्या पेटीत ज्ञात रोध असलेल्या वेटोळ्यांच्या स्वरूपात बसविलेले असतात. ही वेटोळी अप्रवर्तनी पद्धतीने गुंडाळलेली असून ती जाड पितळी पट्ट्यांमधील खाचांच्या पार जोडलेली असतात. या खाचा जाड पितळी गुडद्यानी बंद करता येतात. यामुळे खाचेतील गुडदी काढून टाकली नाही, तर खाचेपाशी रोध नसतो. गुडदी काढून टाकली म्हणजे त्या खाचेचा  रोध तिचा पार जोडलेला वेटोळ्याइतका होतो. यामुले हव्या तितक्याच काढून जरूर तितक्याच मूल्याचा रोध निवडता येतो.

थर्मिस्टर: (उष्णता नियामक रोधक). या रोधकाचा रोध तापमानावर अवलंबून असतो. तापमान वाढल्यास त्यांचा रोध कमी होतो व तापमान कमी झाल्यास वाढतो. से तापनियंत्रक रोधक उष्णता नियामकांत वापरतात [⟶थर्मिस्टर]. 

पहा: विद्युत् तापन विद्युत् मंडल. 

संदर्भ : 1. Fink, D. F: Beatly, H. W. Eds., Handbook for Electrical Engineers, 1987.

           2. Fink, D. G Christansen, D., Eds., Electronic Engineer’s Handbook, 1982. 

कोळेकर, श. वा. भदे. व ग.

“