Class 10th Science Chapter 11 – Electricity | Electric Power and Electrical Energy

⚡ Electricity | Electric Power and Electrical Energy

विद्युत शक्ति एवं विद्युत ऊर्जा | Class 10 Science | CBSE + Foundation + Competitive

⚡ Electric Power and Electrical Energy

1. Introduction | परिचय

किसी विद्युत परिपथ में विद्युत ऊर्जा का उपयोग विभिन्न electrical appliances द्वारा किया जाता है। किसी उपकरण द्वारा विद्युत ऊर्जा को उपयोग करने की दर को Electric Power (विद्युत शक्ति) कहते हैं।

किसी उपकरण द्वारा कुल उपयोग की गई विद्युत ऊर्जा को Electrical Energy (विद्युत ऊर्जा) कहते हैं।

Electrical Energy

→

Appliance

→

Useful Output

2. Electric Power | विद्युत शक्ति

विद्युत शक्ति वह दर है जिस पर electrical energy का उपयोग या विद्युत कार्य किया जाता है।

P = W/t

जहाँ:

• P = Power
• W = Electrical work / Energy
• t = Time

⚡ Main Formula

P = VI

Ohm's Law V = IR का उपयोग करके:

P = I²R

P = V²/R

3. Unit of Electric Power | शक्ति की इकाई

Electric power की SI unit Watt (W) है।

1 Watt = 1 Joule/second

अर्थात यदि कोई device प्रति second 1 Joule energy consume करता है, तो उसकी power 1 Watt है।

Unit	Relation
1 Watt	1 W
1 Kilowatt	1000 W
1 Megawatt	10⁶ W
1 Gigawatt	10⁹ W

4. Electrical Energy | विद्युत ऊर्जा

किसी electrical appliance द्वारा समय के दौरान consumed energy को electrical energy कहते हैं।

E = Pt

यदि P = VI हो, तो:

E = VIt

और यदि P = I²R हो:

E = I²Rt

5. Power और Energy का संबंध

P = E/t

E = Pt

इसलिए:

Power

×

Time

=

Energy

6. Derivation of P = VI

Electric work:

W = VQ

Power:

P = W/t

अतः:

P = VQ/t

चूँकि:

I = Q/t

इसलिए:

P = VI

7. Power Formulae Using Ohm's Law

हम जानते हैं:

P = VI

Ohm's law:

V = IR

अतः:

P = I × IR

P = I²R

और I = V/R:

P = V²/R

⭐ तीन सबसे महत्वपूर्ण Power Formula

P = VI

P = I²R

P = V²/R

8. Animated Energy Flow Diagram

⚡ Electrical Power → Electrical Energy → Useful Work

9. High Power और Low Power का अर्थ

यदि किसी appliance की power rating अधिक है, तो rated conditions पर वह प्रति unit time अधिक electrical energy consume करता है।

Appliance	Typical Power	Energy Use Rate
LED Bulb	Low	कम
Fan	Moderate	मध्यम
Refrigerator	Moderate	परिस्थिति पर निर्भर
Electric Iron	High	अधिक
Room Heater	High	अधिक

Important: अधिक power का अर्थ यह है कि device operating time के प्रति unit में अधिक energy consume कर सकता है। कुल energy consumption जानने के लिए operating time भी देखना आवश्यक है।

10. Units of Electrical Energy

Quantity	SI Unit	Common Unit
Power	Watt (W)	kW
Energy	Joule (J)	kWh

1 kWh = 1000 W × 3600 s

1 kWh = 3.6 × 10⁶ J

1 Unit = 1 kWh

11. Commercial Unit of Electrical Energy

घर और commercial electricity bills में energy को सामान्यतः kilowatt-hour (kWh) में मापा जाता है।

1 kWh = 1 Unit

यदि 1 kW का appliance 1 hour तक चलता है:

Energy = 1 kW × 1 h = 1 kWh = 1 Unit

12. Electricity Bill Calculation

किसी appliance की energy consumption:

Energy (kWh) = Power (kW) × Time (h)

यदि electricity rate ₹R per unit है:

Cost = Energy consumed × Rate per unit

Example:

एक 2 kW heater प्रतिदिन 3 घंटे चलता है। यदि यह 10 दिनों तक चले, तो energy consumption ज्ञात कीजिए।

Energy = Power × Time

= 2 × (3 × 10)

= 60 kWh = 60 Units

13. Solved Numericals | हल किए गए संख्यात्मक प्रश्न

Numerical 1:

A device operates at 220 V and draws a current of 2 A. Find its power.

P = VI

= 220 × 2

P = 440 W

Numerical 2:

A 100 W bulb works for 5 hours. Find energy consumed in kWh.

P = 100 W = 0.1 kW
t = 5 h

E = Pt
= 0.1 × 5

E = 0.5 kWh = 0.5 Unit

Numerical 3:

A 2 kW heater runs for 4 hours. Calculate energy consumed.

E = Pt

= 2 × 4

E = 8 kWh = 8 Units

Numerical 4:

A resistor of 10 Ω is connected across 20 V. Find its power.

P = V²/R

= 20²/10
= 400/10

P = 40 W

Numerical 5:

A resistor carries 5 A current and has resistance 4 Ω. Find its power.

P = I²R

= 5² × 4
= 25 × 4

P = 100 W

Numerical 6:

A 1500 W heater operates for 2 hours daily for 20 days. Find total energy consumption.

1500 W = 1.5 kW

Total time = 2 × 20 = 40 h

E = 1.5 × 40

E = 60 kWh = 60 Units

Numerical 7:

An appliance consumes 720000 J energy in 1 hour. Find its power.

P = E/t

t = 3600 s

P = 720000/3600

P = 200 W

Numerical 8:

A 1 kW appliance works for 5 hours. If electricity costs ₹8 per unit, find the cost.

Energy = 1 × 5 = 5 kWh

Cost = 5 × ₹8

Cost = ₹40

14. Power Rating of Electrical Appliances

Electrical appliances पर जैसे:

40 W

60 W

100 W

1000 W

1500 W

2000 W

ये ratings बताती हैं कि appliance rated operating conditions पर लगभग कितनी power consume करता है।

उदाहरण: 1000 W = 1 kW

15. Electric Power vs Electrical Energy

Electric Power	Electrical Energy
Energy consumption की rate	Total energy consumed
P	E
P = E/t	E = Pt
SI unit Watt	SI unit Joule
Commercially kW	Commercially kWh

16. Relation with Joule's Law of Heating

Electrical energy जब resistance में heat में परिवर्तित होती है, तो:

E = Pt

और:

P = I²R

इसलिए:

E = I²Rt

यही Joule's law of heating से संबंधित expression है:

H = I²Rt

17. Electrical Energy Conversion

Device	Electrical Energy →
Electric Heater	Heat
Electric Motor	Mechanical Energy
Electric Bulb	Light + Heat
Fan	Mechanical Energy + Heat
Electric Bell	Sound + Mechanical Effects

18. 30 MCQs | बहुविकल्पीय प्रश्न

1. Electric power is the rate of:

(A) Consumption of electrical energy

(B) Flow of charge only

(C) Resistance

(D) Voltage change

✔ Answer: A

2. SI unit of electric power is:

(A) Joule

(B) Watt

(C) Volt

(D) Ohm

✔ Answer: B

3. Correct expression for power is:

(A) P = V/I

(B) P = IR

(C) P = VI

(D) P = R/I

✔ Answer: C

4. 1 kW is equal to:

(A) 100 W

(B) 10 W

(C) 10000 W

(D) 1000 W

✔ Answer: D

5. Electrical energy is given by:

(A) E = Pt

(B) E = P/t

(C) E = P+t

(D) E = t/P

✔ Answer: A

6. Commercial unit of electrical energy is:

(A) Joule

(B) kWh

(C) Watt

(D) Volt

✔ Answer: B

7. 1 kWh equals:

(A) 3.6 × 10³ J

(B) 360 J

(C) 3.6 × 10⁶ J

(D) 36 J

✔ Answer: C

8. Which formula gives power using current and resistance?

(A) P = IR

(B) P = I/R

(C) P = R/I

(D) P = I²R

✔ Answer: D

9. Which formula gives power using voltage and resistance?

(A) P = V²/R

(B) P = VR

(C) P = R/V

(D) P = V/R²

✔ Answer: A

10. 1 Unit of electricity is:

(A) 1 J

(B) 1 kWh

(C) 1 W

(D) 1 kW/s

✔ Answer: B

11. A 1000 W appliance is equal to:

(A) 10 kW

(B) 100 kW

(C) 1 kW

(D) 0.01 kW

✔ Answer: C

12. If voltage and current are both doubled, power becomes:

(A) Four times

(B) Two times

(C) Half

(D) One-fourth

✔ Answer: A

13. The SI unit of electrical energy is:

(A) Watt

(B) Joule

(C) Volt

(D) Ampere

✔ Answer: B

14. A 2 kW heater working for 3 hours consumes:

(A) 2 kWh

(B) 3 kWh

(C) 5 kWh

(D) 6 kWh

✔ Answer: D

15. Power can also be expressed as:

(A) Work/time

(B) Work × time

(C) Time/work

(D) Work + time

✔ Answer: A

16. A device consuming 1 J per second has power:

(A) 1 V

(B) 1 W

(C) 1 A

(D) 1 Ω

✔ Answer: B

17. Which appliance generally has high power rating?

(A) Small LED indicator

(B) Wall clock

(C) Electric heater

(D) Remote control

✔ Answer: C

18. If P = 100 W and t = 10 s, energy is:

(A) 100 J

(B) 500 J

(C) 1000 J

(D) 10 J

✔ Answer: C

19. Which is a commercial unit of energy?

(A) kWh

(B) W

(C) V

(D) A

✔ Answer: A

20. Power rating mainly indicates:

(A) Resistance only

(B) Rate of energy consumption

(C) Charge stored

(D) Wire length

✔ Answer: B

21. If an appliance operates at 220 V and draws 5 A, power is:

(A) 44 W

(B) 110 W

(C) 550 W

(D) 1100 W

✔ Answer: D

22. If power is constant, energy consumed is directly proportional to:

(A) Time

(B) Resistance only

(C) Voltage only

(D) Current only

✔ Answer: A

23. A 500 W appliance works for 2 hours. Energy consumed is:

(A) 0.5 kWh

(B) 1 kWh

(C) 2 kWh

(D) 5 kWh

✔ Answer: B

24. Which relation is correct?

(A) E = P/t

(B) E = P+t

(C) E = Pt

(D) E = P−t

✔ Answer: C

25. A 2 kW appliance used for 1 hour consumes:

(A) 2 kWh

(B) 1 kWh

(C) 0.5 kWh

(D) 3 kWh

✔ Answer: A

26. If current is doubled at constant resistance, power becomes:

(A) Two times

(B) Four times

(C) Half

(D) One-fourth

✔ Answer: B

27. The formula P = V²/R is obtained using:

(A) Faraday's law

(B) Newton's law

(C) Ohm's law

(D) Snell's law

✔ Answer: C

28. Electricity bill mainly depends on:

(A) Energy consumed and tariff

(B) Voltage alone

(C) Resistance alone

(D) Wire colour

✔ Answer: A

29. Which appliance converts electrical energy mainly into mechanical energy?

(A) Heater

(B) Electric motor

(C) Electric iron

(D) Toaster

✔ Answer: B

30. A 1 kW appliance used for 5 hours consumes:

(A) 1 kWh

(B) 2 kWh

(C) 5 kWh

(D) 10 kWh

✔ Answer: C

19. 30 Subjective Questions | वर्णनात्मक प्रश्न

2 Marks Q1. Electric power की परिभाषा लिखिए।

विद्युत ऊर्जा के उपयोग की दर को electric power कहते हैं। P = E/t.

2 Marks Q2. Electric power की SI unit क्या है?

Watt (W).

2 Marks Q3. Electrical energy की SI unit लिखिए।

Joule (J).

2 Marks Q4. 1 kWh को Joule में बदलें।

1 kWh = 3.6 × 10⁶ J.

2 Marks Q5. Electric power और electrical energy में एक अंतर लिखिए।

Power energy consumption की rate है, जबकि energy कुल consumed energy है।

3 Marks Q6. P = VI का derivation कीजिए।

W = VQ
P = W/t
P = VQ/t
I = Q/t
अतः P = VI.

3 Marks Q7. Power के तीन महत्वपूर्ण formula लिखिए।

P = VI, P = I²R, P = V²/R.

3 Marks Q8. Electrical energy का formula लिखिए।

E = Pt = VIt = I²Rt.

3 Marks Q9. Commercial unit of electricity क्या है?

Kilowatt-hour (kWh), जिसे 1 Unit भी कहते हैं।

3 Marks Q10. Power rating से क्या पता चलता है?

यह बताती है कि rated conditions पर appliance किस दर से electrical energy consume करता है।

4 Marks Q11. P = I²R और P = V²/R प्राप्त कीजिए।

P = VI और V = IR.
अतः P = I²R.

P = VI तथा I = V/R रखने पर:
P = V²/R.

4 Marks Q12. 1 kWh को Joule में derive कीजिए।

1 kWh = 1000 W × 1 hour
= 1000 J/s × 3600 s
= 3.6 × 10⁶ J.

4 Marks Q13. Electricity bill में units कैसे calculate की जाती हैं?

Power को kW में और time को hours में लेकर:
Energy = Power × Time.
प्राप्त kWh ही consumed units होती हैं।

4 Marks Q14. High power appliance अधिक energy क्यों consume कर सकता है?

क्योंकि power energy consumption की rate है। समान operating time पर अधिक power वाला appliance अधिक energy consume करेगा।

4 Marks Q15. Power और Joule heating के बीच संबंध समझाइए।

P = I²R और E = Pt.
इसलिए E = I²Rt.
जब electrical energy heat में बदलती है, H = I²Rt.

5 Marks Q16. Electric power के विभिन्न formula derive कीजिए।

P = W/t = VI.
Ohm's law V = IR से P = I²R.
I = V/R से P = V²/R.

5 Marks Q17. Electrical energy की विभिन्न units समझाइए।

SI unit Joule है। Practical/commercial measurement के लिए kWh प्रयोग किया जाता है।
1 kWh = 3.6 × 10⁶ J = 1 Unit.

5 Marks Q18. Power rating का practical महत्व समझाइए।

Power rating appliance की energy consumption rate बताती है। इससे appliance selection, load estimation और electricity consumption का अनुमान लगाया जा सकता है।

5 Marks Q19. Electrical energy और electrical power में अंतर तालिका द्वारा समझाइए।

Power = rate of energy consumption, unit W.
Energy = total energy consumed, unit J/kWh.

5 Marks Q20. Electricity bill में energy और tariff की भूमिका समझाइए।

पहले consumed energy को kWh में calculate किया जाता है। फिर applicable tariff per unit से multiply करके energy charge निकाला जाता है। वास्तविक bill में अन्य applicable charges/taxes भी हो सकते हैं।

6 Marks Q21. Electric power की परिभाषा, formula, unit और applications समझाइए।

Power = energy consumed per unit time.
P = E/t = VI = I²R = V²/R.
SI unit Watt है। Appliance ratings power के रूप में दी जाती हैं।

6 Marks Q22. Electrical energy का विस्तृत वर्णन कीजिए।

Electrical energy वह energy है जो electrical appliances द्वारा consume की जाती है।
E = Pt = VIt = I²Rt.
SI unit Joule तथा commercial unit kWh है।

6 Marks Q23. 220 V पर 5 A current लेने वाले appliance की power ज्ञात कीजिए।

P = VI
= 220 × 5
P = 1100 W = 1.1 kW

6 Marks Q24. 100 W bulb प्रतिदिन 5 घंटे 30 दिनों तक चलता है। कुल energy ज्ञात कीजिए।

100 W = 0.1 kW
Total time = 5 × 30 = 150 h
E = 0.1 × 150
E = 15 kWh = 15 Units

6 Marks Q25. 2 kW heater 4 घंटे चलता है। ₹8 प्रति unit की दर से cost ज्ञात कीजिए।

E = 2 × 4 = 8 kWh
Cost = 8 × ₹8
Cost = ₹64

6 Marks Q26. यदि voltage constant हो और resistance दोगुना कर दिया जाए, तो power पर क्या प्रभाव पड़ेगा?

P = V²/R.
R' = 2R.
P' = V²/2R = P/2.
Power आधी हो जाएगी।

6 Marks Q27. यदि resistance constant हो और current दोगुनी हो जाए, तो power पर क्या प्रभाव पड़ेगा?

P = I²R.
I' = 2I.
P' = (2I)²R = 4P.
Power चार गुनी हो जाएगी।

6 Marks Q28. 1500 W heater 2 घंटे प्रतिदिन 30 दिन चलता है। Energy consumption ज्ञात कीजिए।

1500 W = 1.5 kW
Total time = 2 × 30 = 60 h
E = 1.5 × 60
E = 90 kWh = 90 Units

6 Marks Q29. Electrical power और Joule's law of heating के बीच mathematical relation स्थापित कीजिए।

P = I²R.
E = Pt.
Therefore E = I²Rt.
Heat conversion की स्थिति में H = I²Rt.

6 Marks Q30. एक घर में energy consumption कम करने के लिए किन बातों का ध्यान रखना चाहिए?

Energy-efficient appliances का उपयोग, अनावश्यक appliances बंद रखना, standby consumption कम करना, उचित power-rated devices चुनना और उपयोग का समय कम करना energy consumption घटाने में मदद करता है।

20. Assertion–Reason

Q1.
Assertion (A): Electric power is the rate of consumption of electrical energy.
Reason (R): P = E/t.

✔ Both A and R are true, and R correctly explains A.

Q2.
Assertion (A): 1 kWh is equal to 3.6 × 10⁶ J.
Reason (R): 1 hour = 3600 seconds and 1 kW = 1000 W.

✔ Both A and R are true, and R correctly explains A.

Q3.
Assertion (A): A higher power appliance always consumes more total energy.
Reason (R): Electrical energy depends on both power and operating time.

✔ Assertion is false, Reason is true.

Q4.
Assertion (A): P = I²R.
Reason (R): Ohm's law gives V = IR.

✔ Both A and R are true, and R correctly explains A.

Q5.
Assertion (A): kWh is a unit of power.
Reason (R): kWh measures electrical energy consumed.

✔ Assertion is false, Reason is true.

21. HOTS / Application Based Questions

HOTS 1:

100 W bulb और 20 W LED दोनों 5 घंटे चलते हैं। किसकी energy consumption अधिक होगी?

Bulb: 0.1 × 5 = 0.5 kWh
LED: 0.02 × 5 = 0.1 kWh

100 W bulb अधिक energy consume करेगा।

HOTS 2:

एक 2 kW heater 1 घंटे चलता है जबकि 1 kW heater 3 घंटे चलता है। कौन अधिक energy consume करेगा?

2 kW heater = 2 kWh
1 kW heater = 3 kWh

1 kW heater अधिक energy consume करेगा।

HOTS 3:

यदि voltage constant है और resistance आधा हो जाए, तो power पर क्या प्रभाव पड़ेगा?

P = V²/R
R आधा ⇒ P double.

Power दो गुनी होगी।

HOTS 4:

एक 1000 W heater और 100 W bulb समान 10 घंटे चलते हैं। Energy consumption की तुलना कीजिए।

Heater = 1 × 10 = 10 kWh
Bulb = 0.1 × 10 = 1 kWh

Heater 10 times अधिक energy consume करेगा।

HOTS 5:

किसी appliance की power 2000 W है। क्या इससे अकेले यह निश्चित किया जा सकता है कि वह किसी दूसरे 1000 W appliance से अधिक monthly electricity consume करेगा?

नहीं। Total energy consumption operating time पर भी निर्भर करती है। E = Pt.

22. CBSE Golden Points

• Electric power = electrical energy consumed per unit time.
• P = E/t
• P = VI
• P = I²R
• P = V²/R
• Electrical energy E = Pt.
• E = VIt.
• E = I²Rt.
• Power की SI unit Watt है।
• Energy की SI unit Joule है।
• Commercial unit = kWh.
• 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J.
• 1 kWh = 1 Unit.
• Electricity bill में energy consumption units में मापी जाती है।
• Total energy = Power × Time.

23. Memory Tricks | याद रखने की ट्रिक

⚡ Power Trick

P = VI

V × I = Power

🔥 Resistance Trick

P = I²R

Current और Resistance दिए हों → I²R

🔋 Voltage Trick

P = V²/R

Voltage और Resistance दिए हों → V²/R

⏱ Energy Trick

E = Pt

Power × Time = Energy

💡 Unit Trick

1 Unit = 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J

24. One-Minute Revision

P = VI

P = I²R

P = V²/R

E = Pt

E = VIt

E = I²Rt

1 kW = 1000 W

1 Unit = 1 kWh

Power बताती है कि energy कितनी तेजी से consume हो रही है।

Energy बताती है कि कुल कितनी electrical energy consume हुई।

25. Concept Map

Voltage V

×

Current I

=

Power P

Power P

×

Time t

=

Energy E

P = VI

→

P = I²R

→

P = V²/R

E = Pt

→

kWh

→

Electricity Bill

26. Final Summary | अंतिम सारांश

⚡ Electric Power

P = E/t = VI = I²R = V²/R

Power electrical energy consumption की rate है। इसकी SI unit Watt है।

🔋 Electrical Energy

E = Pt = VIt = I²Rt

Electrical energy की SI unit Joule और commercial unit kWh है।

💰 Electricity Consumption

Energy (kWh) = Power (kW) × Time (h)

1 Unit = 1 kWh

⭐ Exam Booster:

यदि V और I दिए हैं → P = VI
यदि I और R दिए हैं → P = I²R
यदि V और R दिए हैं → P = V²/R
यदि Power और Time दिए हैं → E = Pt
यदि electricity bill पूछे → Energy को kWh / Units में निकालें।