विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना एक ऐसी घटना है जिसमें एक चुंबकीय क्षेत्र में स्थित शरीर में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल या वोल्टेज की घटना होती है जो लगातार बदल रही है। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के परिणामस्वरूप एक इलेक्ट्रोमोटिव बल भी उत्पन्न होता है यदि कोई पिंड एक स्थिर और गैर-समान चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, या एक चुंबकीय क्षेत्र में घूमता है ताकि एक बंद लूप को काटने वाली उसकी रेखाएं बदल जाएं।
प्रेरित विद्युत धारा
"प्रेरण" की अवधारणा के तहत किसी अन्य प्रक्रिया के प्रभाव के परिणामस्वरूप एक प्रक्रिया का उदय होता है। उदाहरण के लिए, एक विद्युत प्रवाह को प्रेरित किया जा सकता है, अर्थात यह एक कंडक्टर को एक चुंबकीय क्षेत्र में एक विशेष तरीके से उजागर करने के परिणामस्वरूप प्रकट हो सकता है। इस तरह के विद्युत प्रवाह को प्रेरित कहा जाता है। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना के परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह के गठन की शर्तों पर लेख में बाद में चर्चा की गई है।
चुंबकीय क्षेत्र की अवधारणा
पहलेविद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना का अध्ययन शुरू करने के लिए, यह समझना आवश्यक है कि चुंबकीय क्षेत्र क्या है। सरल शब्दों में, एक चुंबकीय क्षेत्र अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है जिसमें एक चुंबकीय सामग्री अपने चुंबकीय प्रभाव और गुणों को प्रदर्शित करती है। अंतरिक्ष के इस क्षेत्र को चुंबकीय क्षेत्र रेखा नामक रेखाओं का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है। इन रेखाओं की संख्या एक भौतिक मात्रा का प्रतिनिधित्व करती है जिसे चुंबकीय प्रवाह कहा जाता है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं बंद हैं, वे चुंबक के उत्तरी ध्रुव से शुरू होती हैं और दक्षिण पर समाप्त होती हैं।
चुंबकीय क्षेत्र में चुंबकीय गुणों वाले किसी भी पदार्थ पर कार्य करने की क्षमता होती है, जैसे विद्युत प्रवाह के लौह कंडक्टर। यह क्षेत्र चुंबकीय प्रेरण द्वारा विशेषता है, जिसे बी दर्शाया गया है और इसे टेस्लास (टी) में मापा जाता है। 1 टी का चुंबकीय प्रेरण एक बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र है जो 1 न्यूटन के बल के साथ 1 कूलम्ब के बिंदु चार्ज पर कार्य करता है, जो 1 मीटर / सेकेंड की गति से चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के लंबवत उड़ता है, यानी 1 टी=1 एनएस / (एमसीएल)।
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की परिघटना की खोज किसने की?
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण, जिसके सिद्धांत पर कई आधुनिक उपकरण आधारित हैं, की खोज उन्नीसवीं सदी के शुरुआती 30 के दशक में की गई थी। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना की खोज का श्रेय आमतौर पर माइकल फैराडे (खोज तिथि - 29 अगस्त, 1831) को दिया जाता है। वैज्ञानिक डेनिश भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ हैंस ओर्स्टेड के प्रयोगों के परिणामों पर आधारित थे, जिन्होंने पाया कि एक कंडक्टर जिसके माध्यम से एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता हैअपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र, यानी यह चुंबकीय गुण दिखाना शुरू कर देता है।
फैराडे ने बदले में ओर्स्टेड द्वारा खोजी गई घटना के विपरीत खोज की। उन्होंने देखा कि एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र, जिसे कंडक्टर में विद्युत प्रवाह के मापदंडों को बदलकर बनाया जा सकता है, किसी भी वर्तमान कंडक्टर के सिरों पर एक संभावित अंतर की उपस्थिति की ओर जाता है। यदि इन सिरों को जोड़ा जाता है, उदाहरण के लिए, एक विद्युत लैंप के माध्यम से, तो ऐसे परिपथ से विद्युत धारा प्रवाहित होगी।
परिणामस्वरूप, फैराडे ने एक भौतिक प्रक्रिया की खोज की, जिसके परिणामस्वरूप एक कंडक्टर में चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन के कारण एक विद्युत प्रवाह दिखाई देता है, जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना है। उसी समय, एक प्रेरित धारा के निर्माण के लिए, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि क्या चलता है: चुंबकीय क्षेत्र या स्वयं कंडक्टर। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना पर एक उपयुक्त प्रयोग करके इसे आसानी से दिखाया जा सकता है। तो, चुंबक को धातु के सर्पिल के अंदर रखकर, हम इसे स्थानांतरित करना शुरू करते हैं। यदि आप सर्पिल के सिरों को विद्युत प्रवाह के किसी संकेतक के माध्यम से एक सर्किट में जोड़ते हैं, तो आप वर्तमान की उपस्थिति देख सकते हैं। अब आपको चुंबक को अकेला छोड़ देना चाहिए और चुंबक के सापेक्ष सर्पिल को ऊपर और नीचे ले जाना चाहिए। संकेतक सर्किट में करंट के अस्तित्व को भी दिखाएगा।
फैराडे प्रयोग
फैराडे के प्रयोगों में एक कंडक्टर और एक स्थायी चुंबक के साथ काम करना शामिल था। माइकल फैराडे ने पहली बार पता लगाया कि जब कोई कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र के अंदर जाता है, तो उसके सिरों पर एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है। गतिमान कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं को पार करना शुरू कर देता है, जो अनुकरण करता हैइस क्षेत्र को बदलने का प्रभाव।
वैज्ञानिक ने पाया कि परिणामी संभावित अंतर के सकारात्मक और नकारात्मक संकेत उस दिशा पर निर्भर करते हैं जिसमें कंडक्टर चलता है। उदाहरण के लिए, यदि कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र में उठाया जाता है, तो परिणामी संभावित अंतर में + - ध्रुवीयता होगी, लेकिन यदि यह कंडक्टर कम हो जाता है, तो हमें पहले से ही - + ध्रुवीयता मिल जाएगी। क्षमता के संकेत में ये परिवर्तन, जिसके अंतर को इलेक्ट्रोमोटिव बल (EMF) कहा जाता है, एक प्रत्यावर्ती धारा के एक बंद सर्किट में प्रकट होता है, अर्थात एक धारा जो लगातार अपनी दिशा को विपरीत दिशा में बदलती रहती है।
फैराडे द्वारा खोजे गए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की विशेषताएं
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना की खोज किसने की और प्रेरित धारा क्यों होती है, यह जानने के बाद, हम इस घटना की कुछ विशेषताओं की व्याख्या करेंगे। तो, आप जितनी तेजी से कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र में घुमाएंगे, सर्किट में प्रेरित धारा का मान उतना ही अधिक होगा। घटना की एक अन्य विशेषता इस प्रकार है: क्षेत्र का चुंबकीय प्रेरण जितना अधिक होगा, अर्थात यह क्षेत्र जितना मजबूत होगा, कंडक्टर को क्षेत्र में ले जाने पर यह उतना ही अधिक संभावित अंतर पैदा कर सकता है। यदि कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में आराम कर रहा है, तो उसमें कोई ईएमएफ उत्पन्न नहीं होता है, क्योंकि कंडक्टर को पार करने वाली चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं में कोई बदलाव नहीं होता है।
विद्युत धारा की दिशा और बाएं हाथ का नियम
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना के परिणामस्वरूप निर्मित विद्युत प्रवाह के कंडक्टर में दिशा निर्धारित करने के लिए, आप कर सकते हैंतथाकथित बाएं हाथ के नियम का उपयोग करें। इसे निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है: यदि बाएं हाथ को रखा जाता है ताकि चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं, जो चुंबक के उत्तरी ध्रुव से शुरू होती हैं, हथेली में प्रवेश करती हैं, और उभरे हुए अंगूठे को कंडक्टर की गति की दिशा में निर्देशित किया जाता है। चुंबक का क्षेत्र, तो बाएं हाथ की शेष चार अंगुलियां कंडक्टर में गति प्रेरित धारा की दिशा को इंगित करेंगी।
इस नियम का एक और संस्करण है, वह इस प्रकार है: यदि बाएं हाथ की तर्जनी को चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं के साथ निर्देशित किया जाता है, और उभरे हुए अंगूठे को कंडक्टर की दिशा में निर्देशित किया जाता है, तो मध्यमा उंगली हथेली की ओर 90 डिग्री मुड़ी हुई है, यह कंडक्टर में दिखाई देने वाली धारा की दिशा को इंगित करेगी।
आत्म-प्रेरण की घटना
हंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने एक कंडक्टर या कॉइल के चारों ओर करंट के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र के अस्तित्व की खोज की। वैज्ञानिक ने यह भी पाया कि इस क्षेत्र की विशेषताओं का सीधा संबंध करंट की ताकत और उसकी दिशा से है। यदि कुण्डली या चालक में धारा परिवर्तनशील है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करेगा जो स्थिर नहीं होगा, अर्थात यह बदल जाएगा। बदले में, यह प्रत्यावर्ती क्षेत्र एक प्रेरित धारा (विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना) की उपस्थिति की ओर ले जाएगा। इंडक्शन करंट की गति हमेशा कंडक्टर के माध्यम से परिसंचारी प्रत्यावर्ती धारा के विपरीत होगी, अर्थात यह कंडक्टर या कॉइल में करंट की दिशा में प्रत्येक परिवर्तन का विरोध करेगी। इस प्रक्रिया को स्व-प्रेरण कहा जाता है। परिणामी विद्युत अंतरक्षमता को आत्म-प्रेरण का ईएमएफ कहा जाता है।
ध्यान दें कि स्व-प्रेरण की घटना न केवल तब होती है जब वर्तमान की दिशा बदल जाती है, बल्कि जब यह बदलती है, उदाहरण के लिए, जब सर्किट में प्रतिरोध में कमी के कारण वृद्धि होती है।
सेल्फ-इंडक्शन के कारण सर्किट में करंट में किसी भी बदलाव के द्वारा लगाए गए प्रतिरोध के भौतिक विवरण के लिए, इंडक्शन की अवधारणा पेश की गई, जिसे हेनरीज (अमेरिकी भौतिक विज्ञानी जोसेफ हेनरी के सम्मान में) में मापा जाता है। एक हेनरी एक ऐसा इंडक्शन है जिसके लिए, जब 1 सेकंड में करंट में 1 एम्पीयर का परिवर्तन होता है, तो सेल्फ-इंडक्शन की प्रक्रिया में 1 वोल्ट के बराबर एक ईएमएफ उत्पन्न होता है।
अल्टरनेटिंग करंट
जब एक प्रारंभ करनेवाला चुंबकीय क्षेत्र में घूमना शुरू करता है, तो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना के परिणामस्वरूप, यह एक प्रेरित धारा बनाता है। यह विद्युत धारा परिवर्तनशील है, अर्थात यह व्यवस्थित रूप से दिशा बदलती है।
प्रत्यावर्ती धारा की तुलना में प्रत्यावर्ती धारा अधिक सामान्य है। तो, केंद्रीय विद्युत नेटवर्क से संचालित होने वाले कई उपकरण इस प्रकार के करंट का उपयोग करते हैं। प्रत्यावर्ती धारा को प्रेरित करना और प्रत्यक्ष धारा की तुलना में परिवहन करना आसान है। एक नियम के रूप में, घरेलू प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति 50-60 हर्ट्ज होती है, अर्थात 1 सेकंड में इसकी दिशा 50-60 बार बदल जाती है।
प्रत्यावर्ती धारा का ज्यामितीय निरूपण एक साइनसॉइडल वक्र है जो समय पर वोल्टेज की निर्भरता का वर्णन करता है। घरेलू करंट के लिए साइनसॉइडल वक्र की पूरी अवधि लगभग 20 मिलीसेकंड है। ऊष्मीय प्रभाव के अनुसार प्रत्यावर्ती धारा धारा के समान होती हैDC, जिसका वोल्टेज Umax/√2 है, जहां Umax एसी साइनसॉइडल वक्र पर अधिकतम वोल्टेज है।
प्रौद्योगिकी में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का उपयोग
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना की खोज ने प्रौद्योगिकी के विकास में एक वास्तविक उछाल पैदा किया। इस खोज से पहले, मनुष्य केवल इलेक्ट्रिक बैटरी का उपयोग करके सीमित मात्रा में बिजली उत्पन्न करने में सक्षम थे।
वर्तमान में, इस भौतिक घटना का उपयोग विद्युत ट्रांसफार्मर में, हीटर में जो प्रेरित धारा को गर्मी में परिवर्तित करते हैं, और इलेक्ट्रिक मोटर्स और कार जनरेटर में किया जाता है।
