ये रीडिंग ओम के नियम का उल्लंघन क्यों कर रहे हैं? (क्या वो?)


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मैं अपने हाई स्कूल इलेक्ट्रॉनिक्स ज्ञान पर ब्रश कर रहा हूं और मैंने एक छोटे से एग्जॉस्ट पंप के साथ प्रयोग करने का फैसला किया है जो मैंने चारों ओर पड़ा था। मैंने एक मल्टीमीटर के साथ कुछ माप लिया और परिणाम मुझे कोई अंत नहीं करने के लिए भ्रमित करते हैं। रीडिंग ओम के नियम के अनुरूप नहीं दिखाई देते हैं, वर्तमान ड्रॉ अलग-अलग है, आदि के लिए प्रकट होता है, और अब मैं स्टम्प्ड हूं।

मेरे पास यह छोटा पंप दो एए बैटरी तक झुका हुआ है। (विरल) डेटा शीट के अनुसार, यह 3V के लिए रेट किया गया है और "<460mA" का करंट खींचता है। बैटरी वोल्टेज को पढ़ने के लिए मल्टीमीटर का उपयोग करना (जुड़ा हुआ कुछ भी नहीं) के साथ मुझे 3.18 वी मिला, जो समझ में आता है क्योंकि वे ताजा एए बैटरी थे। मैंने तब पंप को जोड़ने का फैसला किया और पंप पर दो कनेक्टर्स पर वोल्टेज पढ़ा। यह 2.9V पढ़ा, जो मेरे लिए आश्चर्यजनक था क्योंकि जाहिरा तौर पर 0.28V गायब हो गया था। बैटरी से पंप तक के तार दोनों केवल कुछ सेंटीमीटर लंबे होते हैं, इसलिए ऐसा लगता है कि बहुत सारे तारों को खोने के लिए बहुत सारे वोल्टेज चाहिए। मैंने तब सर्किट में मल्टीमीटर डाला और 0.19A मापा। अंत में, मैंने पंप के प्रतिरोध को मापा, जो 3.5 ओम था।

अब, ओम के नियम के अनुसार, यू = आई * आर, इसलिए 0.19 ए * 3.5 ओम = 0.665 वी। पंप पर मापा गया 3.18V या 2.9VI से बहुत दूर रोना। यह कैसे संभव है?

कुछ और कोशिश करते हुए, मैंने पंप को एक पुराने पीसी की बिजली आपूर्ति से 5V मोलेक्स कनेक्टर को हुक कर दिया। मोलेक्स कनेक्टर पर वोल्टेज मापने, मुझे 5.04 वी मिलता है। पंप के कनेक्टर्स पर मापते हुए, मुझे 4.92 वी मिलता है। सर्किट में मल्टीमीटर सम्मिलित करते हुए, मैंने अचानक 0.28 ए पढ़ा। तो जाहिर है, पंप अचानक 200mA की तुलना में अधिक हो गया है, जो पहले अजीब लगता है: क्या एक घटक को केवल उस वर्तमान को खींचने की आवश्यकता नहीं है जो इसकी आवश्यकता है? ओम के नियम में इन संख्याओं को फेंकने से मुझे 4.92 / 0.28 = 17.575 मिलता है। इसके अलावा 3.5 ओम मैंने नहीं मापा।

अंत में, मैंने कुछ प्रतिरोधों को जोड़ने के लिए 5V ड्रॉप करने के लिए molex से लगभग 3V नीचे गिरा दिया। मैंने श्रृंखला में 1 ओम प्रतिरोधों के एक जोड़े को जोड़ा, जिसके परिणामस्वरूप 4.3 ओम का प्रतिरोध मापा गया। अब, यदि मैं मल्टीमीटर को सर्किट में सम्मिलित करता हूं तो मुझे 0.24 ए मिलता है, फिर भी एक अलग वर्तमान। प्रतिरोधों के पार वोल्टेज को मापने पर मुझे 0.98 वी मिलता है, और पूरे पंप को मापने पर मुझे 3.93 वी मिलता है। 0.24A * 4.3 ओम = 1.032V, जिसे 0.98VI मापा नहीं गया है।

मैं स्पष्ट रूप से सर्किट या ओम के नियम के बारे में कुछ मौलिक याद कर रहा हूं, लेकिन मैं इसका पता नहीं लगा सकता। मैंने इस तथ्य पर विचार किया कि पंप का प्रतिरोध जुड़ा होने पर बदलता है, लेकिन फिर भी यह समझ में नहीं आता है कि मैंने प्रतिरोधों पर जो मान मापा है, वह ओम के नियम का पालन नहीं करता है। मैं क्या खो रहा हूँ?


यदि आप वर्तमान और वोल्टेज के बीच वैकल्पिक करने के लिए केवल एक ही मल्टीमीटर का उपयोग कर रहे हैं तो आपको सटीक रीडिंग कभी नहीं मिलेगी।
इग्नासियो वाज़केज़-अब्राम्स

ऐसा कैसे? क्या आप विस्तृत कर सकते हैं?
बास

4
क्या आपने करंट को मापने के दौरान मल्टीमीटर के आंतरिक प्रतिरोध पर विचार किया है? और बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध (बहुत कम होना चाहिए, लेकिन आप कभी नहीं जानते हैं)?
शस्त्रागार

3
0.98V से 1.032V काफी करीब है। त्रुटि का 4% मार्जिन।
राहगीर

जवाबों:


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जैसा कि आपने पता लगाया है, एक इलेक्ट्रिक मोटर एक अवरोधक के रूप में अच्छी तरह से मॉडलिंग नहीं करता है, और जैसे कि ओम का नियम नहीं मानता है।

डीसी इलेक्ट्रिक मोटर के लिए एक बेहतर मॉडल एक चर वोल्टेज स्रोत के साथ श्रृंखला में कुछ प्रतिरोध है।

इसके अतिरिक्त, एक बैटरी में कुछ आंतरिक प्रतिरोध होते हैं, जिसे एक श्रृंखला अवरोधक * के रूप में चित्रित किया जा सकता है। एक पीसी बिजली की आपूर्ति भी इसी मॉडल का उपयोग कर सकती है, लेकिन श्रृंखला प्रतिरोध छोटा होने की संभावना है। सिस्टम तब दिखता है:

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध

हम बता सकते हैं कि पहले मामले में आपका मापा वोल्टेज नो-लोड बैटरी वोल्टेज से कम क्यों है क्योंकि हमारे पास वोल्टेज विभक्त है। कुछ गणित कर रहे हैं,

Vemf=V+IRmRs=VbatV+I

Rm=3.5ΩI=0.19AV+=2.9VVemf=2.24VRs=1.47Ω

V+=4.92VI=0.28AVemf=3.94VRs=0.43Ω

VemfVemf

इसके अतिरिक्त, श्रृंखला को शंट प्रतिरोध को पेश करने और इस प्रतिरोधक में वोल्टेज को मापने के द्वारा बहु-मीटर माप वर्तमान कैसे है। यह आगे विश्लेषण को जटिल बनाता है, इसलिए मापा वर्तमान और लोड वोल्टेज बिल्कुल सहसंबद्ध नहीं हैं। यह विश्लेषण करना अधिक कठिन है, लेकिन यदि आप श्रृंखला शंट प्रतिरोध जानते हैं तो यह संभव है। यह कभी-कभी एक रेटेड परीक्षण वर्तमान में "बोझ वोल्टेज" के रूप में उद्धृत किया जाता है और आप शंट प्रतिरोध को पुनर्प्राप्त करने के लिए ओम के नियम का उपयोग कर सकते हैं।

Vemf

यदि आप अपने मीटर को सबसे बड़ी वर्तमान सीमा पर सेट करते हैं तो यह सबसे छोटी शंट प्रतिरोध का उपयोग करेगा, आप थोड़ी सी सटीकता खोने की कीमत पर मीटर के श्रृंखला में होने के प्रभाव को कम कर सकते हैं।

* नोट: बैटरियों में लगातार आंतरिक प्रतिरोध नहीं होता है, लेकिन यह एक उचित अनुमान है। यह कारकों की एक टन पर निर्भर करता है, लेकिन संग्रहीत ऊर्जा, तापमान और भार तक सीमित नहीं है।


बंद प्रतिरोध मूल्य DMM के डेटशीट में पाया जाता है, यहां तक ​​कि वास्तव में भद्दे लोगों के लिए भी।
फिजा

बहुत विस्तृत उत्तर के लिए धन्यवाद। मैं गणित पर डटा हुआ हूँ, हालाँकि। मुझे Vemf और V + के बीच अंतर नहीं मिलता है। मुझे इस फॉर्मूले से पता चलता है कि Vemf V + माइनस है जो वोल्टेज मोटर के प्रतिरोध द्वारा गिराया जाता है, लेकिन मुझे नहीं लगता कि यह सर्किट से कैसे संबंधित है। क्या Vemf वोल्टेज मोटर द्वारा गिराया जाता है?
बास

1
Vemfएक विद्युत जनरेटर के रूप में मोटर कार्य कर रहा है: प्रत्येक विद्युत मोटर एक विद्युत जनरेटर भी है। Vemfएक इलेक्ट्रिक मोटर को मोटर में लागू वोल्टेज के विरोध में उत्पादित किया जाता है, और मोटर की गति के लिए आनुपातिक होता है। यही कारण है कि एक मोटर को रोकना मोटर के लिए बुरा है: Vemf = 0और आप अनिवार्य रूप से मोटर के माध्यम से वर्तमान को अधिकतम कर रहे हैं, जिससे थर्मल क्षति (उर्फ ओवरहीटिंग) हो सकती है।
हेलोवर्ल्ड 922

VemfV+=Vemf+VRmVRm

1
वैकल्पिक रूप से अधिकांश मीटर, विशेष रूप से सस्ते वाले के साथ, आप ओम रेंज का उपयोग कर सकते हैं, और शंट प्रतिरोध को मापने के लिए वर्तमान सॉकेट में सकारात्मक लीड को प्रहार कर सकते हैं। उड़ा फ़्यूज़ की जाँच के लिए भी उपयोगी है।
ह्यूगोगो

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Helloworld922 का उत्तर सही है और काफी अच्छा है, लेकिन मैंने सोचा कि यह आपके प्रश्नों को एक बार में सीधे उत्तर देने में आपकी मदद कर सकता है।

बैटरी वोल्टेज को पढ़ने के लिए मल्टीमीटर का उपयोग करना (जुड़ा हुआ कुछ भी नहीं) के साथ मुझे 3.18 वी मिला, जो समझ में आता है क्योंकि वे ताजा एए बैटरी थे। मैंने तब पंप को जोड़ने का फैसला किया और पंप पर दो कनेक्टर्स पर वोल्टेज पढ़ा। यह 2.9V पढ़ा, जो मेरे लिए आश्चर्यजनक था क्योंकि जाहिरा तौर पर 0.28V गायब हो गया था। बैटरी से पंप तक के तार दोनों केवल कुछ सेंटीमीटर लंबे होते हैं, इसलिए ऐसा लगता है कि बहुत सारे तारों को खोने के लिए बहुत सारे वोल्टेज चाहिए।

बैटरियों (और कुछ अन्य वोल्टेज स्रोत) कोई लोड जुड़ा होने पर सामान्य से अधिक वोल्टेज उत्पन्न कर सकता है। एए बैटरी का नाममात्र वोल्टेज 1.5V है, इसलिए आपका दूसरा माप वास्तव में नाममात्र के करीब है। कोटिंग विकिपीडिया : "बिना डिस्चार्ज किए हुए क्षारीय बैटरी का प्रभावी शून्य-लोड वोल्टेज 1.50 से 1.65 V तक भिन्न होता है, जो इस्तेमाल किए गए मैंगनीज डाइऑक्साइड और इलेक्ट्रोलाइट में जिंक ऑक्साइड की सामग्री पर निर्भर करता है। लोड के तहत औसत वोल्टेज स्तर पर निर्भर करता है। डिस्चार्ज और चालू होने की मात्रा, 1.1 से 1.3 V तक बदलती है। " आपके तारों के पार वोल्टेज ड्रॉप शून्य के पास होना चाहिए।

मैंने तब सर्किट में मल्टीमीटर डाला और 0.19A मापा। अंत में, मैंने पंप के प्रतिरोध को मापा, जो 3.5 ओम था। अब, ओम के नियम के अनुसार, यू = आई * आर, इसलिए 0.19 ए * 3.5 ओम = 0.665 वी। पंप पर मापा गया 3.18V या 2.9VI से बहुत दूर रोना। यह कैसे संभव है?

HelloWorld922 का उत्तर इसे कवर करता है। यहां समझने के लिए दो महत्वपूर्ण बातें हैं। सबसे पहले, एक मोटर एक रोकनेवाला नहीं है, हालांकि इसके तारों में प्रतिरोध है। दूसरा, एक मोटर एक वोल्टेज उत्पन्न करता है जब वह मुड़ता है, तथाकथित बैक-ईएमएफ। बैक-ईएमएफ मोटर करंट का विरोध करता है। आप उम्मीद करते हैं कि पंप उपभोग करेगा:

I=VR=2.9 V3.5 Ω830 mA

इस करंट को स्टाल करंट कहा जाता है, और यदि पंप अटक जाता है तो आपसे यही अपेक्षा की जाएगी। उस मामले में, बैटरी पर एकमात्र लोड पंप वायरिंग का प्रतिरोध है। जब पंप चल रहा है, तो आपको बैक-ईएमएफ पर विचार करना होगा। वर्तमान वास्तव में स्थिर नहीं होगा, या तो।

कुछ और कोशिश करते हुए, मैंने पंप को एक पुराने पीसी की बिजली आपूर्ति से 5V मोलेक्स कनेक्टर को हुक कर दिया। ... सर्किट में मल्टीमीटर सम्मिलित करते हुए, मैंने अचानक 0.28 ए पढ़ा। तो जाहिर है, पंप अचानक 200mA की तुलना में अधिक हो गया है, जो पहले अजीब लगता है: क्या एक घटक को केवल उस वर्तमान को खींचने की आवश्यकता नहीं है जो इसकी आवश्यकता है?

नहीं। यह कुछ ट्रांजिस्टर-आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का सच है, लेकिन सभी घटकों का नहीं। (ट्रांजिस्टर मोटे तौर पर एक स्थिर करंट सिंक की तरह काम कर सकते हैं।)

मैंने श्रृंखला में 1 ओम प्रतिरोधों के एक जोड़े को जोड़ा, जिसके परिणामस्वरूप 4.3 ओम का प्रतिरोध मापा गया। अब, यदि मैं मल्टीमीटर को सर्किट में सम्मिलित करता हूं तो मुझे 0.24 ए मिलता है, फिर भी एक अलग वर्तमान। प्रतिरोधों के पार वोल्टेज मापने पर मुझे 0.98V ... 0.24A * 4.3 ओम = 1.032V मिलता है, जिसे 0.98VV नहीं मापा जाता है।

मल्टीमीटर उन सर्किट को प्रभावित करते हैं जिनसे वे जुड़े होते हैं। आपको सटीक गणना करने के लिए इसके चश्मे की जांच करनी होगी। सहज रूप से, मीटर आपके 4.3 ओम के समानांतर समानांतर में काम करता है। यह कुल प्रतिरोध को कम करता है, जो वोल्टेज ड्रॉप को कम करता है। (यह मेरा अनुमान है, वैसे भी - जैसा मैंने कहा, यह मीटर पर निर्भर करता है।)

मैं स्पष्ट रूप से सर्किट या ओम के नियम के बारे में कुछ मौलिक याद कर रहा हूं, लेकिन मैं इसका पता नहीं लगा सकता।

ओम का नियम विद्युत परिपथों का पूर्ण नियम नहीं है। यह कुछ सामग्रियों की संपत्ति है, जिन्हें ओमिक सामग्री कहा जाता है। सामान्य परिस्थितियों में भी बहुत कम वास्तविक उपकरणों को साधारण प्रतिरोधक के रूप में तैयार किया जा सकता है! (उच्च आवृत्तियों पर, यहां तक ​​कि (भौतिक) प्रतिरोधों (सर्किट सिद्धांत) प्रतिरोधों का होना बंद हो जाता है, लेकिन मैं आपको उन विवरणों को अभी के लिए छोड़ दूंगा।)

जिन नियमों पर आप भरोसा कर सकते हैं (कम-आवृत्ति) विद्युत सर्किट हैं:

  1. किर्चॉफ वोल्टेज नियम: एक बंद लूप के चारों ओर वोल्टेज की राशि शून्य के बराबर होनी चाहिए।
  2. किरचॉफ का वर्तमान कानून: एक सर्किट नोड में प्रवेश करने और छोड़ने की धाराओं का योग शून्य के बराबर होना चाहिए।
  3. ऊर्जा का संरक्षण: एक सर्किट में प्रत्येक घटक द्वारा उत्पादित और उपभोग की गई तात्कालिक शक्ति (v (t) * i (t)) का योग शून्य के बराबर होना चाहिए।

बाकी सब मॉडलिंग है। यदि आप एक सर्किट के व्यवहार की भविष्यवाणी करना चाहते हैं, तो आपको अपने घटकों के लिए अच्छे मॉडल की आवश्यकता है। और जैसा कि सभी ने कहा है, एक अवरोधक एक पंप के लिए एक अच्छा मॉडल नहीं है।


1
व्यक्तिगत रूप से इन विभिन्न सवालों के जवाब देने के लिए समय निकालने के लिए धन्यवाद। मैंने उन्हें अलग-अलग प्रश्नों में विभाजित करने पर विचार किया था, लेकिन वे केवल एक दूसरे के संदर्भ में समझ में आते हैं।
बास

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बैटरी वोल्टेज को पढ़ने के लिए मल्टीमीटर का उपयोग करना (जुड़ा हुआ कुछ भी नहीं) के साथ मुझे 3.18 वी मिला, जो समझ में आता है क्योंकि वे ताजा एए बैटरी थे। मैंने तब पंप को जोड़ने का फैसला किया और पंप पर दो कनेक्टर्स पर वोल्टेज पढ़ा। यह 2.9V पढ़ा, जो मेरे लिए आश्चर्यजनक था क्योंकि जाहिरा तौर पर 0.28V गायब हो गया था।

विचार करें कि क्या होगा यह मामला नहीं था। क्या होगा यदि आप बैटरी को एक लोड कनेक्ट कर सकते हैं और वोल्टेज अपरिवर्तित रहे? क्या होगा अगर वह लोड सिर्फ एक तार है?

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध

I=E/R

I=3V0Ω

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

अभ्यास तारों में कुछ प्रतिरोध होता है, इसलिए हम वास्तव में एक ब्रह्मांड-अंत की विलक्षणता का निर्माण नहीं करते हैं। क्या होगा अगर तार बहुत छोटा और मोटा है, और 0.0001 pretty का प्रतिरोध है?

I=3V0.0001Ω=30000A

वाह यह बहुत चालू है। मुझे उम्मीद है कि एक पल में तार वाष्पीकृत हो जाएगा।

बेशक यह वास्तव में क्या होता है। वास्तविक बैटरियों में आंतरिक प्रतिरोध होता है , जो उनके धातु भागों के वास्तविक प्रतिरोध का एक योग होता है, और उनमें इलेक्ट्रोलाइट्स की परिमित चालकता, और रासायनिक गुण जो बैटरी में होने वाली प्रतिक्रिया की दर को सीमित करते हैं जो उन्हें पंप करने में सक्षम बनाता है विद्युत आवेश।

हम गणना कर सकते हैं कि यह आंतरिक प्रतिरोध क्या है, लगभग। हम जानते हैं कि 0A पर, बैटरी के पार वोल्टेज 3.18V है। और हम जानते हैं कि पंप चलाने के साथ आपने 2.9V और 0.19A मापा। इसलिए:

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें

हम जानते हैं कि एक सीरीज़ सर्किट में हर जगह करंट समान होता है, रेसिस्टर के माध्यम से 0.19A प्रवाहित होना चाहिए। और हमें उस रोकनेवाला के मूल्य की गणना करने की आवश्यकता है जैसे कि वोल्टेज उस पार "0.28V" गायब है। यह ओम के नियम के लिए एक आवेदन है:

R=0.28V0.19A=1.47Ω

अंत में, मैंने पंप के प्रतिरोध को मापा, जो 3.5 ओम था

यह ओम के कानून के लिए एक आवेदन नहीं है । ओम का नियम केवल प्रतिरोधों पर लागू होता है। यह लागू नहीं होता है:

  • मोटर्स
  • डायोड
  • ट्रांजिस्टर
  • संधारित्र
  • प्रेरक
  • फ्लोरोसेंट लाइट ब्लब

इस मामले में थे कि करंट हमेशा प्रतिरोध से गुणा वोल्टेज के बराबर होता था, हम वास्तव में हमारे द्वारा बनाए जा सकने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के प्रकार में सीमित होंगे! हम केवल रैखिक सर्किट बना सकते हैं , जिसका अर्थ है कि हमारे पास कंप्यूटर या रेडियो नहीं हो सकते हैं, उदाहरण के लिए।


मैं वास्तव में सैद्धांतिक "क्या अगर" परिदृश्य की सराहना करता हूं। यह वास्तव में मेरे लिए एक तरह के व्यावहारिक संदर्भ में बात रखने में मदद करता है, धन्यवाद!
बास

4

एक मोटर एक ओमिक प्रतिरोध नहीं है। नाटक में प्रेरक और चुंबकीय क्षेत्र होते हैं, जो आपके मल्टीमीटर के साथ जो मापते हैं उससे परे स्पष्ट प्रतिरोध (प्रतिबाधा) को बदलते हैं।


लेकिन प्रतिरोधों की श्रृंखला में मेरे द्वारा पढ़े गए मूल्यों को कैसे समझा जाए?
बास

3

हर बैटरी में एक आंतरिक प्रतिरोध होता है जो कुछ वोल्टेज को भर देता है। आप यह अंतर क्यों देखते हैं (3.18V से 2.9V)। आप मोटर के प्रतिरोध पर भरोसा नहीं कर सकते। यह बहुत सारे कारकों के साथ अलग-अलग होगा।


लेकिन अगर प्रतिरोध बैटरी के लिए आंतरिक है, तो क्या मुझे बैटरी के टर्मिनलों को मापने के लिए गिरा हुआ मूल्य भी नहीं मापना चाहिए? इसके अलावा, मुझे लगता है कि मोटर का प्रतिरोध भिन्न होता है, लेकिन श्रृंखला प्रतिरोधों के बारे में क्या? जिन मूल्यों को मैंने वहां मापा है, वे ओम के नियम में शामिल नहीं हैं।
बास

3
आपकी मल्टीमीटर लगभग आपकी बैटरी से कोई शक्ति नहीं लेती है, इसलिए करंट लगभग शून्य हो जाएगा और आपको उस प्रतिरोध के पार कोई भी वोल्टेज दिखाई नहीं देगा। इसके अलावा जब आप लोड (200 mA) का उपयोग करते हैं तो यह प्रतिरोध श्रृंखला में होता है इसलिए यह 200mA बैटरी का x प्रतिरोध वोल्टेज ड्रॉप का निर्धारण करेगा। बैटरी का प्रतिरोध स्वभाव और कई अन्य कारकों के साथ अलग-अलग होगा। आप बैटरी के डेटा शीट की जांच कर सकते हैं।
स्टीफन मेरफू

3

ओम का नियम वास्तव में एक कानून नहीं है, क्योंकि सांख्यिकीय थर्मो और एक भौतिक संपत्ति के परिणामस्वरूप कुछ शर्तें दी गई हैं।

@ Helloworld992 में थोड़ा जोड़ने के लिए, मोटर का वर्तमान ड्रा उसके पार लोड पर निर्भर करता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि Vemf घूर्णी गति पर निर्भर करता है।

यदि मोटर पूरी तरह से दोषरहित है, तो यह एक बार चालू (और इसलिए शक्ति) आकर्षित करेगा, क्योंकि यह गति तक है।

इसके बजाय, यदि आप मोटर को रोकते हैं, तो आप बैटरी, तारों, ect से आंतरिक प्रतिरोध द्वारा सीमित वर्तमान के साथ एक शॉर्ट सर्किट बनाएंगे।

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