Chapter 7 · Section 1Textbook pages 131–135

Charge Flow and Potential Difference വൈദ്യുതപ്രവാഹവും പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസവും

Why does an LED glow for only a moment on a charged capacitor, but for hours on a tiny button cell? Water, heat and air answer it for us: things flow only when there is a difference – of level, of temperature, of pressure. For electric charges that difference is the potential difference, and a cell is the "pump" that keeps it going. You will meet the volt, the emf and the formula V = W/Q.

📖 What you need (pages 1–4 of this guide)

Rubbing transfers electrons; an electron carries a negative charge. Charge is measured in coulombs (C) (page 1).
Water, heat and air flow from "high" to "low" – level, temperature, pressure (page 2).
Work W is measured in joules (J); a pump does work to lift water (Chapter 6, page 3 of this guide).
A circuit must be closed for current to flow; LEDs work one way round only (page 4).

1. The science-fair circuit (page 131)

At the school science fair (ശാസ്ത്രോത്സവം) an LED was lit with a battery. A student noticed one extra part in the circuit and asked:

LED പ്രകാശിക്കുവാൻ എന്തിനായിരിക്കും ഈ ഘടകം സെർക്കീട്ടിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയത്?Why was this component included in the circuit to light the LED?

🎬 The LED circuit at the science fair

Keep the student's question in mind. You will be able to answer it yourself on page 10 (Fig 7.33) – after you have learnt about current and resistance.

ഉരസൽ മൂലം വസ്തുക്കൾക്ക് വൈദ്യുതചാർജ് ലഭിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോണുകൾ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നതുകൊണ്ടാണെന്ന് അറിയാമല്ലോ? – You know that objects get charged by rubbing because electrons are transferred from one to the other.

Textbook questions (page 131) – a quick recap

ഉരസൽമൂലം വസ്തുക്കൾക്ക് ലഭിക്കുന്ന വൈദ്യുതചാർജുകൾ ഏതൊക്കെയാണ്? – What kinds of charge do objects get by rubbing?
ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചാർജ് ഏതാണ്? – What is the charge of an electron?
വൈദ്യുതചാർജിന്റെ യൂണിറ്റ് എന്താണ്? – What is the unit of electric charge?

1. Positive and negative (പോസിറ്റീവ് / നെഗറ്റീവ്). Why: the object that loses electrons becomes positive; the one that gains them becomes negative.
2. Negative. Why: that is why gaining electrons makes an object negative.
3. The coulomb (C) (കൂളോം). Why: it is the SI unit of charge; one electron carries only a tiny part of a coulomb.

2. A capacitor and a button cell (Fig 7.1, 7.2)

ചാർജ് ചെയ്യപ്പെട്ട ഒരു കപ്പാസിറ്റർ (6 V, 500 µF) LED യുമായി ചിത്രം 7.1 ൽ കാണുന്നതുപോലെ ബന്ധിപ്പിക്കുക. – Connect a charged capacitor (കപ്പാസിറ്റർ; 6 V, 500 µF) to an LED as in Fig 7.1. Then do another experiment: connect a button cell (ബട്ടൺ സെൽ), the kind used in calculators, to the same LED (Fig 7.2).

🧪 Virtual lab: capacitor or button cell? (Fig 7.1, 7.2)

Model, with time slowed down: the real capacitor flash lasts only a moment. The LED glows only while the p.d. across it is above about 1.8 V (a red LED, approx.), so the capacitor goes dark while some charge is still left on it.

Textbook questions (pages 131–132)

നിങ്ങളുടെ നിരീക്ഷണം എന്ത്? – What do you observe (Fig 7.1)?
LED യുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചപ്പോൾ കപ്പാസിറ്ററിലെ വൈദ്യുതചാർജിന് എന്ത് സംഭവിക്കുന്നു? – What happens to the charge in the capacitor when it is connected to the LED?
ഈ ക്രമീകരണത്തിൽ LED തുടർച്ചയായി പ്രകാശിക്കാത്തതിന് കാരണമെന്തായിരിക്കും? – Why does the LED not glow continuously in this arrangement?
ഇവിടെ LED തുടർച്ചയായി പ്രകാശിക്കുന്നുണ്ടോ? – With the button cell (Fig 7.2), does the LED glow continuously?

1. The LED glows brightly for a moment and then fades out. Why: the capacitor can push charge only while it still has a p.d. between its terminals.
2. The charge flows out of the capacitor through the LED – the capacitor discharges (ഡിസ്ചാർജ്). Why: its + and − plates are now joined through the LED, so the charges can move.
3. The small store of charge is used up very quickly, and nothing keeps the potential difference going. Why: a capacitor only stores charge; it has no energy source inside to keep pushing.
4. Yes – it glows steadily for a long time. Why: the chemicals in the cell keep supplying energy and keep the p.d. between its terminals.

ഒന്നാമത്തെ പരീക്ഷണത്തിൽ വളരെ കുറഞ്ഞ സമയത്തേക്കും രണ്ടാമത്തേതിൽ തുടർച്ചയായും വൈദ്യുത ചാർജിന്റെ പ്രവാഹം ഉണ്ടാകുന്നു – so in the first experiment charge flows for a very short time; in the second it flows continuously.

⭐ Key idea (textbook page 132) – Capacitor കപ്പാസിറ്റർ

വൈദ്യുതോർജം സംഭരിക്കാനും ആവശ്യമുള്ളപ്പോൾ ഡിസ്ചാർജ് വഴി ബാഹ്യ സെർക്കീട്ടിലൂടെ വൈദ്യുത പ്രവാഹം അല്പസമയത്തേക്ക് സാധ്യമാക്കുവാനും ഉപയോഗിക്കുന്ന ഘടകമാണ് കപ്പാസിറ്റർ.

A capacitor is a component that stores electrical energy and, when needed, discharges to drive a current through the outside circuit for a short time. Almost all electronic devices contain capacitors. To charge one, join its terminals marked + and − to the + and − terminals of a cell for a short time.

⭐ Key idea (textbook page 132) – electric current

ചാർജുകളുടെ ചലനം സെർക്കീട്ടിലൂടെ ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കുന്നു.

The flow of charges through a circuit creates an electric current (വൈദ്യുതപ്രവാഹം).

💡 Go further – how much charge?

A 6 V, 500 µF capacitor holds only about 0.003 C (Q = CV = 500 × 10⁻⁶ × 6, a Class 11 formula). A CR2032 button cell can push roughly 800 C round a circuit during its life (it is rated about 220 mAh, approx.). No wonder one flashes and the other glows for hours!

3. Water flows only when levels differ (Fig 7.3, 7.4)

A, B എന്നീ രണ്ട് പാത്രങ്ങളിൽ ഒന്നിൽ ഏതെങ്കിലും നിറം ചേർത്ത ജലവും രണ്ടാമത്തേതിൽ സാധാരണ ജലവും ഒരേ അളവിൽ എടുക്കുക. – Take the same amount of coloured water in beaker A and plain water in beaker B. Fill a plastic tube with water (a siphon, സൈഫൺ) and dip its ends into the two beakers (Fig 7.3). Then raise A a little (Fig 7.4).

🧪 Virtual lab: the siphon (Fig 7.3, 7.4)

raise beaker A (block height) cm

Try it: with the block at 0 cm nothing happens. Raise A to 4 cm and watch the coloured water run into B until the two water surfaces are at the same height.

Textbook questions (page 132)

A എന്ന പാത്രത്തിൽ നിന്ന് B എന്ന പാത്രത്തിലേക്ക് ജലം ഒഴുകുന്നുണ്ടോ? – Does water flow from A to B (Fig 7.3)?
രണ്ട് പാത്രങ്ങളിലെയും ജലനിരപ്പിന്റെ ഉയരം കൊണ്ടുണ്ടാകുന്ന ഗ്രാവിറ്റേഷണൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ തുല്യമാണോ? – Is the gravitational potential due to the height of the water level the same in both beakers? (equal / different)
A എന്ന പാത്രത്തിൽ നിന്ന് B എന്ന പാത്രത്തിലേക്ക് ഇപ്പോൾ ജലം ഒഴുകുന്നുണ്ടോ? – After raising A, does water flow from A to B now?

1. No. Why: the two water surfaces are at the same height, so there is no level difference to drive a flow.
2. Equal (തുല്യമാണ്). Why: same level ⇒ same gravitational potential (same potential energy for each kilogram of water).
3. Yes, water flows from A to B – until the levels become equal again. Why: raising A makes its water level higher, so its water has a higher gravitational potential.

ചിത്രം 7.3 ലെ പരീക്ഷണത്തിൽ രണ്ട് പാത്രത്തിലെയും ജലനിരപ്പിന്റെ ഉയരത്തിൽ വ്യത്യാസമില്ലാത്തതിനാലാണ് ജലം ഒഴുകാത്തത്. – Water does not flow in Fig 7.3 because there is no difference in level; it flows in Fig 7.4 because there is.

4. Heat and air flow too (Fig 7.5, 7.6, Table 7.1)

Situation 1 (സന്ദർഭം 1): an iron rod PQ is held at P and its end Q touches a candle flame (Fig 7.5). Situation 2 (സന്ദർഭം 2): a tyre tube filled with as much air as it can hold (Fig 7.6).

🧪 Virtual lab: heat along a rod, air out of a tube (Fig 7.5, 7.6)

The temperatures are from a simple model (heat spreading along the rod). The pressure bars compare the air inside the tube with the air outside.

Textbook questions (page 133)

മെഴുകുതിരി ജ്വാലയിൽ സ്പർശിച്ച ഉടൻ ദണ്ഡിന്റെ ഏതു ഭാഗത്തായിരിക്കും താപനില (temperature) ഉയരുന്നത്? – As soon as the rod touches the flame, where does the temperature rise first? (P / Q)
ദണ്ഡിലൂടെ താപം ഒഴുകുന്നത് എവിടെ നിന്ന് എങ്ങോട്ടായിരിക്കും? – In which direction does heat flow through the rod? (P to Q / Q to P)
വായു മർദം (pressure) കൂടുതൽ എവിടെയാണ്? – Where is the air pressure higher? (inside the tube / outside the tube)
ട്യൂബിന്റെ വാൽവ് തുറന്നാൽ വായു എവിടെ നിന്ന് എങ്ങോട്ടായിരിക്കും പ്രവഹിക്കുക? – If the valve is opened, in which direction will the air flow?

1. At Q. Why: Q is the end in the flame, so it gets hot first.
2. From Q to P. Why: heat flows from the hotter end (Q) to the cooler end (P) – which is why the hand at P slowly feels the warmth.
3. Inside the tube (ട്യൂബിനകത്ത്). Why: a lot of air has been forced into a closed space.
4. From inside to outside. Why: air flows from the region of higher pressure to the region of lower pressure, until the pressures are equal.

📝 Table 7.1 – direction of flow (പ്രവാഹദിശ)

Situation സന്ദർഭം	Direction of flow പ്രവാഹദിശ

ജലപ്രവാഹം ഉണ്ടായത് ഉയരവ്യത്യാസമുള്ള രണ്ട് സ്ഥാനങ്ങൾ ഉള്ളതുകൊണ്ടാണല്ലോ? – Water flowed because there were two places at different heights; heat flowed because of a difference in temperature; air flowed because of a difference in pressure. Every flow needs a difference.

5. Keeping the flow going – the pump (Fig 7.7)

സൈഫൺ മാത്രം ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ പാത്രം A യിൽ നിന്ന് പാത്രം B യിലേക്കുള്ള ജലപ്രവാഹം, രണ്ട് പാത്രങ്ങളിലെയും ജലനിരപ്പ് തുല്യമാകുന്നത് വരെ മാത്രമല്ലേ സാധ്യമാവുകയുള്ളൂ. – With a siphon alone, water flows from A to B only until the levels become equal. But suppose a pump sends back from B to A, every second, as much water as flows from A to B in that second…

🧪 Virtual lab: siphon + pump (Fig 7.7)

Textbook question (page 134) – പാത്രം A യിൽ നിന്ന് പാത്രം B യിലേക്ക് ജലം തുടർച്ചയായി പ്രവഹിക്കുകയില്ലേ? എന്തായിരിക്കും കാരണം? – Water now flows from A to B continuously. What is the reason?

The pump, an external source of energy (ബാഹ്യ ഊർജസ്രോതസ്സ്), keeps the difference in level between A and B. Why: it does work lifting water back up, so the level difference never disappears – and as long as there is a difference, water keeps flowing.

🌴 Kerala connection – the overhead tank and the motor

In most Kerala homes water flows from the overhead tank on the roof to the taps below because the tank is higher. When the tank empties, the flow stops – unless someone switches on the motor pump, which lifts water from the well or sump back up to the tank. The motor is the energy source that keeps the "level difference" going. In a circuit, the cell plays the part of the motor.

The thinking student asks: ഒരു സെർക്കീട്ടിലൂടെ വൈദ്യുതചാർജുകളുടെ പ്രവാഹം സാധ്യമാകുന്നത് എങ്ങനെയാണ്? – How is a flow of charges through a circuit possible? Let us find out.

6. Potential difference (Fig 7.8)

ചിത്രം 7.8 ലെ സെർക്കീട്ട് നിരീക്ഷിക്കുക. – Look at the circuit of Fig 7.8: a bulb and a switch, with two free ends C and D and nothing between them.

🧪 Virtual lab: what is missing between C and D? (Fig 7.8)

Textbook questions (page 134)

സ്വിച്ച് ഓൺ ചെയ്താൽ ബൾബ് പ്രകാശിക്കുമോ? – If the switch is turned on, will the bulb glow?
എന്തായിരിക്കും കാരണം? – What is the reason?

1. No. Why: even with the switch on, nothing makes the charges move.
2. There is no source to maintain a potential difference between C and D. Why: for the bulb to glow continuously, charges must keep flowing through it – and, just like the pump for water, an external source is needed to keep a potential difference between C and D.

⭐ Key idea (textbook page 134) – Potential difference പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം

ഒരു സെർക്കീട്ടിലെ ഒരു ബിന്ദുവിൽ നിന്ന് മറ്റൊരു ബിന്ദുവിലേക്ക് യൂണിറ്റ് ചാർജിനെ ചലിപ്പിക്കാൻ ആവശ്യമായ പ്രവൃത്തിയുടെ അളവാണ് അവയ്ക്കിടയിലെ പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം.

The potential difference between two points in a circuit is the work needed to move a unit charge (1 C) from one point to the other.

📚 Side box (page 134) – electric potential ഇലക്ട്രിക് പൊട്ടൻഷ്യൽ

ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൽ (electric field) സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന യൂണിറ്റ് ചാർജിൽ ഉള്ള സ്ഥിതികോർജമാണ് ഇലക്ട്രിക് പൊട്ടൻഷ്യൽ. – Electric potential (or simply potential) at a point is the potential energy of a unit charge placed at that point in an electric field. It is like the "height" of the water: charges flow from higher potential to lower potential in the outside circuit.

⭐ Key idea (textbook page 134) – source of electricity വൈദ്യുതസ്രോതസ്സ്

ഒരു വൈദ്യുത സെർക്കീട്ടിലെ രണ്ട് ബിന്ദുക്കൾക്കിടയിൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം നിലനിർത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഊർജസ്രോതസ്സിനെ വൈദ്യുതസ്രോതസ്സ് എന്നാണ് പറയുന്നത്.

An energy source used to maintain a potential difference between two points of a circuit is called a source of electricity.

7. emf and the volt (page 135)

⭐ Key idea (textbook page 135) – emf വിദ്യുത്ചാലകബലം

ഒരു വൈദ്യുതസ്രോതസ്സിൽ നിന്ന് സെർക്കീട്ടിലേക്ക് വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഇല്ലാത്ത സന്ദർഭത്തിൽ (open circuit) അതിന്റെ ടെർമിനലുകൾ തമ്മിലുള്ള പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസമാണ് ആ വൈദ്യുതസ്രോതസ്സിന്റെ വിദ്യുത്ചാലകബലം (electromotive force-emf).

The potential difference between the terminals of a source when no current is drawn from it (open circuit) is its electromotive force (emf). It is the maximum potential difference the source can give, so a source of electricity is also called a source of emf.

The potential difference between any two points of a working circuit is also called the voltage (വോൾട്ടേജ്). Both emf and potential difference are measured in volts (V) with a voltmeter (വോൾട്ട്മീറ്റർ).

potential difference = workcharge V = WQ പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം (V) = പ്രവൃത്തി (W) / ചാർജ് (Q)

unit of p.d. = unit of workunit of charge = JC = volt (V)

⭐ Key idea (textbook page 135) – one volt

ഒരു ബിന്ദുവിൽ നിന്ന് മറ്റൊരു ബിന്ദുവിലേക്ക് ഒരു കൂളോം (1 C) വൈദ്യുത ചാർജ് എത്തിക്കുവാൻ ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തി ഒരു ജൂൾ (1 J) ആണെങ്കിൽ ആ ബിന്ദുക്കൾ തമ്മിലുള്ള പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം ഒരു വോൾട്ട് (1 V) ആയിരിക്കും.

If 1 J of work is done to move 1 C of charge from one point to another, the potential difference between them is 1 volt (1 V). 1 V = 1 J/C. അലസ്സാൻഡ്രോ വോൾട്ട എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞനോടുള്ള ആദരസൂചകമായാണ് ഈ പേര് നൽകപ്പെട്ടത്. – The unit is named in honour of the scientist Alessandro Volta (more about him on page 6).

🧪 Virtual lab: what does "1.5 V" mean? – joules for every coulomb

charge moved Q C

Like the pump lifting water, the source "lifts" every coulomb of charge through V volts – that is, it gives each coulomb V joules. The charges hand this energy over in the bulb.

Worked example (practice). 9 J of work is done in moving 6 C of charge from point A to point B in a circuit. Find the potential difference between A and B.

Potential difference = work done on each coulomb: divide the work (J) by the charge (C).

🎬 Solution in exam layout

Answer: V = W/Q = 9 J ÷ 6 C = 1.5 V (the p.d. of one torch cell). More solved questions: page 11 ▶

⚠ Never experiment with the mains supply (230 V AC) at home – it can kill. Use only torch cells or a 9 V battery.

🌐 Explore online needs internet · opens in a new tab

🧪 Balloons and Static Electricity (PhET simulation) PhET, University of Colorado Boulder
Rub a balloon on a sweater and watch negative charges jump across, then see like charges repel.
📄 Static electricity and electrical charge Science Learning Hub (NZ)
How rubbing moves electrons and leaves objects positively or negatively charged.
📄 Charge Interactions The Physics Classroom
Like charges repel, unlike charges attract - and why a charged object pulls on a neutral one.
📄 Electric Potential The Physics Classroom
Compares electric potential with height and gravity, so 'high' and 'low' potential make sense.
📄 Electric Potential Difference The Physics Classroom
What a volt really means: the energy given to each coulomb of charge, V = W/Q.
🧪 John Travoltage (PhET simulation) PhET, University of Colorado Boulder
Shuffle John's foot on the carpet to build up charge, then bring his hand near the doorknob for a spark.

8. Check yourself

🧭 Summary

A flow of charges is an electric current. A charged capacitor drives it only for a moment; a cell drives it continuously.
Water flows from a higher level to a lower one, heat from higher to lower temperature, air from higher to lower pressure. A pump keeps a level difference so water flows on.
Potential difference = work done to move a unit charge between two points. A source of electricity keeps it going.
emf = p.d. across the terminals of a source when no current is drawn – the maximum p.d. it can give.
V = W/Q; unit J/C = volt (V); 1 V = 1 J per 1 C.

Next: emf, cells, batteries and combining cells ▶