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Electricity, Magnetism & Radioactivity

Complete SSC CGL Physics Guide: Concepts, Formulas, PYQs & Mock Testसंपूर्ण SSC CGL भौतिकी गाइड: अवधारणाएं, सूत्र, PYQ और मॉक टेस्ट

Quick Overview त्वरित अवलोकन

Electricity, Magnetism, and Radioactivity form the core of classical and modern physics questions asked in SSC CGL General Awareness. Electricity deals with charges at rest and in motion, Magnetism focuses on magnetic fields generated by currents and natural magnets, while Radioactivity explores spontaneous nuclear transformations. Mastering these fundamental concepts will help you score guaranteed marks in both Tier-1 and Tier-2 exams.

विद्युत (Electricity), चुंबकत्व (Magnetism), और रेडियोधर्मिता (Radioactivity) SSC CGL सामान्य जागरूकता में पूछे जाने वाले भौतिक विज्ञान के महत्वपूर्ण विषय हैं। विद्युत स्थिर और गतिमान आवेशों से संबंधित है, चुंबकत्व धारा और प्राकृतिक चुंबकों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित करता है, जबकि रेडियोधर्मिता स्वतः होने वाले नाभिकीय परिवर्तनों का अध्ययन है। इन मूलभूत अवधारणाओं को समझकर आप परीक्षा में आसानी से अंक प्राप्त कर सकते हैं।

Learning Objectives सीखने के उद्देश्य

Understand electric charge, current, Ohm's law, and domestic circuits.

विद्युत आवेश, धारा, ओम का नियम और घरेलू परिपथों को समझना।
Learn about magnetic fields, electromagnets, and classification of magnetic materials.

चुंबकीय क्षेत्र, विद्युत चुंबक और चुंबकीय पदार्थों के वर्गीकरण के बारे में जानना।
Grasp the principles of natural and artificial radioactivity, along with $\alpha$, $\beta$, and $\gamma$ rays.

प्राकृतिक और कृत्रिम रेडियोधर्मिता के साथ-साथ α, β, और γ किरणों के सिद्धांतों को समझना।
Differentiate between Nuclear Fission and Fusion, including their real-life applications.

नाभिकीय विखंडन और नाभिकीय संलयन के बीच अंतर तथा उनके व्यावहारिक अनुप्रयोगों को जानना।

Concept Introduction अवधारणा परिचय

Imagine turning on a switch to light up a bulb. What happens inside the wire? Free electrons flow, creating an Electric Current. When this electric current flows through a wire, it creates an invisible magnetic aura around it—this is Magnetism. Now, zooming deep inside the center of an atom—the nucleus—certain unstable atoms break down continuously on their own, releasing immense energy and particles. This phenomenon is Radioactivity. All three subjects are interconnected pillars of physical science.

सोचिए जब आप एक बल्ब जलाने के लिए स्विच ऑन करते हैं, तो तार के अंदर क्या होता है? मुक्त इलेक्ट्रॉन बहते हैं, जिससे विद्युत धारा (Electric Current) उत्पन्न होती है। जब यह धारा तार से होकर गुजरती है, तो अपने चारों ओर एक अदृश्य चुंबकीय प्रभाव पैदा करती है—इसे चुंबकत्व (Magnetism) कहते हैं। अब परमाणु के केंद्र (नाभिक) के गहराई में जाएं, तो कुछ अस्थिर परमाणु स्वतः टूटते रहते हैं और भारी मात्रा में ऊर्जा और कण छोड़ते हैं। इस परिघटना को रेडियोधर्मिता (Radioactivity) कहा जाता है।

Important Definitions & Terms महत्वपूर्ण परिभाषाएं और शब्दावली

Term शब्द	Definition परिभाषा	SI Unit / Symbol SI मात्रक / प्रतीक
Electric Charge ($q$) विद्युत आवेश (q)	Intrinsic property of matter due to which it experiences electrical force. पदार्थ का वह गुण जिसके कारण यह विद्युत बल अनुभव करता है।	Coulomb ($\text{C}$) कूलॉम (C)
Electric Current ($I$) विद्युत धारा (I)	Rate of flow of electric charges per unit time ($I = \frac{q}{t}$). प्रति इकाई समय में आवेश के प्रवाह की दर (I = q / t)।	Ampere ($\text{A}$) एम्पियर (A)
Electric Potential ($V$) विद्युत विभव (V)	Work done in moving a unit positive charge from infinity to a point. इकाई धनावेश को अनंत से किसी बिंदु तक लाने में किया गया कार्य।	Volt ($\text{V}$) वोल्ट (V)
Resistance ($R$) प्रतिरोध (R)	Opposition offered by a conductor to the flow of electric current. चालक द्वारा विद्युत धारा के प्रवाह में डाला गया अवरोध।	Ohm ($\Omega$) ओम (Ω)
Magnetic Flux Density ($B$) चुंबकीय फ्लक्स घनत्व (B)	Strength of a magnetic field per unit area perpendicular to line of force. क्षेत्रफल के लंबवत चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता।	Tesla ($\text{T}$) टेस्ला (T)
Radioactivity रेडियोधर्मिता	Spontaneous disintegration of unstable atomic nuclei emitting radiation. अस्थिर परमाणु नाभिकों का स्वतः विघटित होकर विकिरण उत्सर्जित करना।	Becquerel ($\text{Bq}$) बेकरेल (Bq)

Detailed Explanation विस्तृत व्याख्या

1. Electricity (विद्युत) 1. विद्युत (Electricity)

Electricity is categorized into two parts: Electrostatics (charges at rest) and Current Electricity (charges in motion).

विद्युत को दो भागों में विभाजित किया गया है: स्थिरविद्युत (Electrostatics) - विराम अवस्था में आवेश, और धारा विद्युत (Current Electricity) - गतिमान अवस्था में आवेश।

Coulomb's Law: The force of attraction or repulsion between two point charges ($q_1$ and $q_2$) is directly proportional to the product of their charges and inversely proportional to the square of the distance ($r$) between them.

कूलॉम का नियम: दो बिंदु आवेशों (q₁ और q₂) के बीच लगने वाला आकर्षण या प्रतिकर्षण बल उनके आवेशों के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी (r) के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

$$F = k \cdot \frac{q_1 q_2}{r^2}$$

बल (F) = k × (q₁ × q₂) / r²

Ohm's Law: At constant temperature, the current ($I$) flowing through a conductor is directly proportional to the potential difference ($V$) across its ends.

ओम का नियम: स्थिर ताप पर, किसी चालक से प्रवाहित होने वाली धारा (I) उसके सिरों के बीच विभवांतर (V) के समानुपाती होती है।

$$V = I \cdot R$$

V = I × R

Factors Affecting Resistance: $R = \rho \frac{l}{A}$, where $\rho$ is resistivity, $l$ is length, and $A$ is cross-sectional area. Resistance increases with length and temperature (for conductors) and decreases with thickness.

प्रतिरोध को प्रभावित करने वाले कारक: R = ρ × (l / A), जहाँ ρ प्रतिरोधकता, l लंबाई, और A अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है। चालकों में लंबाई और तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध बढ़ता है, तथा मोटाई बढ़ने पर घटता है।

Combinations of Resistors:

प्रतिरोधकों का संयोजन:

Series Combination: $R_s = R_1 + R_2 + R_3 + \dots$ (Current remains same, Voltage divides)

श्रेणीक्रम संयोजन: R_s = R₁ + R₂ + R₃ + ... (धारा समान रहती है, वोल्टता विभाजित होती है)
Parallel Combination: $\frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \dots$ (Voltage remains same, Current divides)

समांतरक्रम संयोजन: 1/R_p = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ... (वोल्टता समान रहती है, धारा विभाजित होती है)

SSC CGL PYQ Insight: Domestic appliances in our homes are always connected in Parallel so that each device gets the same voltage (220V in India) and can operate independently.

SSC CGL PYQ अंतर्दृष्टि: हमारे घरों में घरेलू उपकरण हमेशा समांतर क्रम (Parallel) में जोड़े जाते हैं ताकि प्रत्येक उपकरण को समान वोल्टेज (भारत में 220V) मिले और वे स्वतंत्र रूप से काम कर सकें।

Joule's Heating Effect: Heat produced in a wire is given by $H = I^2 R t$. Used in electric fuses, heaters, geysers, and incandescent light bulbs (filament made of Tungsten).

जूल का तापन प्रभाव: किसी चालक में उत्पन्न ऊष्मा H = I² × R × t होती है। इसका उपयोग विद्युत फ्यूज, हीटर, गीजर और बल्ब के फिलामेंट (टंगस्टन) में होता है।

2. Magnetism (चुंबकत्व) 2. चुंबकत्व (Magnetism)

In 1820, Hans Christian Oersted discovered that an electric current produces a magnetic field around it. Magnetic field lines emerge from the North Pole and enter the South Pole outside the magnet, forming continuous closed loops.

1820 में हैंस क्रिश्चियन ओरस्टेड ने खोजा कि विद्युत धारा अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। चुंबकीय बल रेखाएँ चुंबक के बाहर उत्तरी ध्रुव से निकलकर दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं और बंद लूप (Closed loops) बनाती हैं।

Classification of Magnetic Materials:

चुंबकीय पदार्थों का वर्गीकरण:

Category श्रेणी	Behavior in Magnetic Field चुंबकीय क्षेत्र में व्यवहार	Examples उदाहरण
Diamagnetic (प्रतिचुंबकीय) प्रतिचुंबकीय (Diamagnetic)	Feebly repelled by magnets चुंबक द्वारा हल्का सा प्रतिकर्षित होते हैं	Bismuth, Water, Gold, Copper, Air बिस्मथ, जल, सोना, तांबा, हवा
Paramagnetic (अनुचुंबकीय) अनुचुंबकीय (Paramagnetic)	Feebly attracted by magnets चुंबक द्वारा हल्का सा आकर्षित होते हैं	Aluminium, Oxygen, Platinum, Sodium एल्युमीनियम, ऑक्सीजन, प्लैटिनम, सोडियम
Ferromagnetic (लौह-चुंबकीय) लौह-चुंबकीय (Ferromagnetic)	Strongly attracted by magnets चुंबक द्वारा प्रबलता से आकर्षित होते हैं	Iron, Nickel, Cobalt, Alnico लोहा, निकल, कोबाल्ट, एल्निको

Curie Temperature: The temperature above which a Ferromagnetic material becomes Paramagnetic. For Iron, Curie temperature is $770^\circ\text{C}$ ($1043\text{ K}$).

क्यूरी ताप (Curie Temperature): वह तापमान जिसके ऊपर एक लौह-चुंबकीय पदार्थ अनुचुंबकीय बन जाता है। लोहे के लिए क्यूरी ताप 770°C (1043 K) होता है।

3. Radioactivity (रेडियोधर्मिता) 3. रेडियोधर्मिता (Radioactivity)

Discovered by Henri Becquerel in 1896. The term 'Radioactivity' was coined by Marie Curie (who along with Pierre Curie discovered Radium and Polonium). Elements with atomic number $Z > 82$ (like Uranium, Thorium) are naturally radioactive.

इसकी खोज 1896 में हेनरी बेकरेल ने की थी। 'रेडियोधर्मिता' शब्द मैडम मैरी क्यूरी ने दिया (जिन्होंने पियरे क्यूरी के साथ मिलकर रेडियम और पोलोनियम की खोज की थी)। 82 से अधिक परमाणु क्रमांक वाले तत्व (जैसे यूरेनियम, थोरियम) प्राकृतिक रूप से रेडियोधर्मी होते हैं।

Comparison of Nuclear Radiations:

नाभिकीय विकिरणों की तुलना:

Property गुण	Alpha Rays ($\alpha$) अल्फा किरणें (α)	Beta Rays ($\beta$) बीटा किरणें (β)	Gamma Rays ($\gamma$) गामा किरणें (γ)
Nature प्रकृति	Helium Nuclei ($^4_2\text{He}^{2+}$) हीलियम नाभिक (²⁺He⁴)	Fast-moving Electrons ($^0_{-1}e$) तीव्रगामी इलेक्ट्रॉन (e⁻)	Electromagnetic Waves (Photons) विद्युतचुंबकीय तरंगें (फोटॉन)
Charge आवेश	$+2e$ (Positive) +2e (धनात्मक)	$-1e$ (Negative) -1e (ऋणात्मक)	Neutral ($0$) उदासीन (0)
Ionizing Power आयनन क्षमता	Highest ($10000 \times \gamma$) उच्चतम (γ से 10,000 गुना)	Moderate ($100 \times \gamma$) मध्यम (γ से 100 गुना)	Lowest ($1$) न्यूनतम (1)
Penetrating Power भेदन क्षमता	Lowest (stopped by paper) न्यूनतम (कागज द्वारा रुक जाती है)	Moderate (stopped by Al sheet) मध्यम (एल्युमीनियम शीट द्वारा रुकती है)	Highest (requires lead blocks) उच्चतम (सीसे की मोटी परत चाहिए)

Nuclear Fission vs Nuclear Fusion:

नाभिकीय विखंडन और नाभिकीय संलयन:

Nuclear Fission (नाभिकीय विखंडन): A heavy nucleus splits into smaller nuclei. Used in Nuclear Reactors and Atom Bombs (Uranium-235 / Plutonium-239).

नाभिकीय विखंडन: एक भारी नाभिक दो हल्के नाभिकों में टूटता है। परमाणु रिएक्टर और परमाणु बम (यूरेनियम-235 / प्लूटोनियम-239) में प्रयुक्त।
Nuclear Fusion (नाभिकीय संलयन): Two light nuclei combine at ultra-high temperatures to form a heavier nucleus. Source of energy in Stars (Sun) and Hydrogen Bombs.

नाभिकीय संलयन: अति-उच्च तापमान पर दो हल्के नाभिक मिलकर एक भारी नाभिक बनाते हैं। सूर्य तथा तारों की ऊर्जा और हाइड्रोजन बम का आधार।

Key Formulas, Physical Constants & SI Units प्रमुख सूत्र, भौतिक नियतांक और SI मात्रक

Quantity / Constant राशि / नियतांक	Formula / Value सूत्र / मान	SI Unit SI मात्रक
Electric Power ($P$) विद्युत शक्ति (P)	$P = VI = I^2R = \frac{V^2}{R}$ P = V × I = I² × R = V² / R	Watt ($\text{W}$) वाट (W)
Commercial Unit of Energy ऊर्जा की व्यावसायिक इकाई	$1 \text{ kWh} = 3.6 \times 10^6 \text{ J}$ 1 kWh = 3.6 × 10⁶ जूल	Kilowatt-hour ($\text{kWh}$) किलोवाट-घंटा (kWh)
Charge on Electron ($e$) इलेक्ट्रॉन का आवेश (e)	$1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$ 1.6 × 10⁻¹⁹ C	Coulomb ($\text{C}$) कूलॉम (C)
Speed of Light ($c$) प्रकाश की चाल (c)	$3 \times 10^8 \text{ m/s}$ 3 × 10⁸ m/s	$\text{m/s}$ मीटर/सेकंड
Mass-Energy Relation द्रव्यमान-ऊर्जा समीकरण	$E = mc^2$ E = m × c²	Joule ($\text{J}$) जूल (J)

Examples & Numerical Illustrations उदाहरण और आंकिक प्रश्न

Example 1: An electric bulb is connected to a $220\text{ V}$ generator. The current is $0.5\text{ A}$. What is the power of the bulb?

उदाहरण 1: एक विद्युत बल्ब 220V जनरेटर से जुड़ा है। इसमें प्रवाहित धारा 0.5A है। बल्ब की शक्ति क्या होगी?

Solution:

Given: Potential difference $V = 220\text{ V}$, Current $I = 0.5\text{ A}$

Formula: $P = V \times I$

Calculation: $P = 220 \times 0.5 = 110\text{ W}$

Answer: $110\text{ W}$

हल:

दिया गया है: विभवांतर V = 220 V, धारा I = 0.5 A

सूत्र: P = V × I

गणना: P = 220 × 0.5 = 110 W

उत्तर: 110 W

Example 2: A radioisotope has a half-life of 5 days. If the initial sample mass is $16\text{ g}$, how much will remain after 15 days?

उदाहरण 2: एक रेडियोधर्मी समस्थानिक की अर्ध-आयु (Half-life) 5 दिन है। यदि प्रारंभिक मात्रा 16 ग्राम है, तो 15 दिन बाद कितनी मात्रा शेष रहेगी?

Solution:

Number of half-lives ($n$) = $\frac{\text{Total Time}}{\text{Half-life}} = \frac{15}{5} = 3$

Remaining Amount $N = N_0 \times \left(\frac{1}{2}\right)^n$

$N = 16 \times \left(\frac{1}{2}\right)^3 = 16 \times \frac{1}{8} = 2\text{ g}$

Answer: $2\text{ g}$

हल:

अर्ध-आयु की संख्या (n) = कुल समय / अर्ध-आयु = 15 / 5 = 3

शेष मात्रा N = N₀ × (1/2)ⁿ

N = 16 × (1/2)³ = 16 × (1/8) = 2 ग्राम

Answer: 2 ग्राम

Exam Tips & Common Mistakes परीक्षा टिप्स और सामान्य गलतियां

Common Mistake: Confusing Fuse Wire characteristics! A Fuse Wire must have High Resistance and Low Melting Point (made of Tin-Lead alloy). Do not confuse it with Heating Element (Nichrome) which has High Resistance and High Melting Point.

सामान्य गलती: फ्यूज तार की विशेषताओं में भ्रमित होना! फ्यूज तार में उच्च प्रतिरोध और निम्न गलनांक (टिन-शीसा मिश्रधातु) होना चाहिए। इसे नाइक्रोम (उच्च प्रतिरोध, उच्च गलनांक) से न मिलाएँ।

Exam Trick: Remember penetration order for radiations: $\gamma > \beta > \alpha$. For ionizing power, the order reverses: $\alpha > \beta > \gamma$.

परीक्षा ट्रिक: किरणों की भेदन क्षमता का क्रम याद रखें: γ > β > α। आयनन क्षमता का क्रम इसका ठीक उल्टा होता है: α > β > γ।

Practice Questions (MCQs) अभ्यास प्रश्न (MCQs)

Which of the following materials is a Diamagnetic material?

निम्नलिखित में से कौन सा पदार्थ एक प्रतिचुंबकीय (Diamagnetic) पदार्थ है?

A) Iron
B) Water
C) Nickel
D) Aluminium

A) लोहा
B) जल
C) निकल
D) एल्युमीनियम

Answer: B) Water
Explanation: Water, Bismuth, Gold, and Copper are diamagnetic substances that are feebly repelled by a magnetic field.

उत्तर: B) जल
व्याख्या: जल, बिस्मथ, सोना और तांबा प्रतिचुंबकीय पदार्थ हैं जो चुंबकीय क्षेत्र द्वारा हल्के से प्रतिकर्षित होते हैं।
The unit of Radioactivity in SI system is:

SI प्रणाली में रेडियोधर्मिता का मात्रक क्या है?

A) Curie
B) Rutherford
C) Becquerel
D) Tesla

A) क्यूरी
B) रदरफोर्ड
C) बेकरेल
D) टेस्ला

Answer: C) Becquerel
Explanation: The SI unit of radioactivity is Becquerel ($\text{Bq}$). Curie and Rutherford are older practical units.

उत्तर: C) बेकरेल
व्याख्या: रेडियोधर्मिता का SI मात्रक बेकरेल (Bq) है। क्यूरी और रदरफोर्ड इसके अन्य गैर-SI मात्रक हैं।
Which type of nuclear reaction is responsible for energy generation in the Sun?

सूर्य में ऊर्जा उत्पादन के लिए किस प्रकार की नाभिकीय प्रतिक्रिया जिम्मेदार है?

A) Nuclear Fission
B) Nuclear Fusion
C) Radioactive Decay
D) Chemical Combustion

A) नाभिकीय विखंडन
B) नाभिकीय संलयन
C) रेडियोधर्मी क्षय
D) रासायनिक दहन

Answer: B) Nuclear Fusion
Explanation: In the Sun, Hydrogen nuclei combine under extreme temperature and pressure to form Helium via Nuclear Fusion.

उत्तर: B) नाभिकीय संलयन
व्याख्या: सूर्य में अत्यधिक ताप और दाब पर हाइड्रोजन के नाभिक संलयित होकर हीलियम बनाते हैं (नाभिकीय संलयन)।
An electric iron rated $1000\text{ W}$ operates for 2 hours daily. How much electrical energy (in units) is consumed in 30 days?

एक 1000W का विद्युत प्रेस प्रतिदिन 2 घंटे चलता है। 30 दिनों में कितनी विद्युत ऊर्जा (इकाइयों/Units में) खर्च होगी?

A) $30\text{ Units}$
B) $60\text{ Units}$
C) $120\text{ Units}$
D) $600\text{ Units}$

A) 30 यूनिट
B) 60 यूनिट
C) 120 यूनिट
D) 600 यूनिट

Answer: B) $60\text{ Units}$
Explanation: Energy = Power (kW) $\times$ Time (hours) = $1\text{ kW} \times (2 \times 30)\text{ hours} = 60\text{ kWh} = 60\text{ Units}$.

उत्तर: B) 60 यूनिट
व्याख्या: ऊर्जा = शक्ति (kW) × समय (घंटे) = 1 kW × (2 × 30) घंटे = 60 kWh = 60 यूनिट।
Which device works on the principle of Electromagnetic Induction?

निम्नलिखित में से कौन सा उपकरण विद्युत चुंबकीय प्रेरण (Electromagnetic Induction) के सिद्धांत पर कार्य करता है?

A) Electric Heater
B) Electric Bulb
C) Electric Generator
D) Electric Battery

A) विद्युत हीटर
B) विद्युत बल्ब
C) विद्युत जनरेटर (जनित्र)
D) विद्युत बैटरी

Answer: C) Electric Generator
Explanation: Electric Generators and Transformers convert mechanical energy into electrical energy based on Faraday's laws of Electromagnetic Induction.

उत्तर: C) विद्युत जनरेटर (जनित्र)
व्याख्या: विद्युत जनरेटर और ट्रांसफार्मर फैराडे के विद्युत चुंबकीय प्रेरण के नियमों के आधार पर कार्य करते हैं।