एनसीईआरटी कक्षा 10 विज्ञान अध्याय 13 - विधुत धारा संशोधन नोट्स के चुंबकीय प्रभाव

इस अध्याय में हम विद्युत धारा के प्रभावों का अध्ययन करेंगे : गतिमान आवेश या विद्युत धारा एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।

1.  हैंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड (1777-1851)

ओर्स्टेड ने दिखाया कि बिजली और चुंबकत्व एक दूसरे से संबंधित हैं। उनके शोध को बाद में रेडियो, टेलीविजन आदि में इस्तेमाल किया गया।
चुंबकीय क्षेत्र की ताकत की इकाई को उनके सम्मान में ओर्स्टेड नाम दिया गया है।
2.  ओर्स्टेड प्रयोग

परिपथ में तांबे के तार XY से धारा प्रवाहित करने पर, कंडक्टर के पास रखी कम्पास सुई विक्षेपित हो जाती है। यदि हम धारा की दिशा को उलट दें, तो कम्पास सुई विपरीत दिशा में विक्षेपित हो जाती है। यदि हम धारा के प्रवाह को रोक देते हैं, तो सुई विरामावस्था में आ जाती है।
इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि बिजली और चुंबकत्व एक दूसरे से जुड़े हुए हैं। यह दर्शाता है कि जब भी कंडक्टर के माध्यम से करंट प्रवाहित होगा, तब एक चुंबकीय क्षेत्र विकसित होगा।
3.  चुंबकीय क्षेत्र : यह चुम्बक के चारों ओर का क्षेत्र है, जिसमें चुम्बक के बल का पता लगाया जा सकता है। यह एक सदिश राशि है, जिसमें दिशा और परिमाण दोनों होते हैं।
4.  कंपास सुई  : यह एक छोटा दंड चुम्बक होता है, जिसका उत्तरी सिरा उत्तरी ध्रुव की ओर तथा दक्षिणी छोर पृथ्वी के दक्षिणी ध्रुव की ओर इशारा करता है।
5.  चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं  : किसी बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र रेखा की स्पर्श रेखा उस बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा देती है।

इसलिए, चुंबकीय क्षेत्र रेखा एक पथ है जिसके साथ एक काल्पनिक मुक्त उत्तरी ध्रुव दक्षिणी ध्रुव की ओर बढ़ता है।

6.  चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के अभिलक्षण  :

(ए) चुंबक के बाहर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा हमेशा चुंबक के उत्तरी ध्रुव से दक्षिणी ध्रुव की ओर होती है और एक तीर द्वारा इंगित की जाती है। चुंबक के अंदर, क्षेत्र रेखाओं की दिशा इसके दक्षिणी ध्रुव से उत्तरी ध्रुव की ओर होती है। इस प्रकार चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं बंद वक्र होती हैं।
(बी) चुंबकीय क्षेत्र की ताकत चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की निकटता से व्यक्त की जाती है। रेखाएँ जितनी निकट होंगी, उतनी ही अधिक शक्ति होगी और रेखाएँ जितनी दूर होंगी, चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति उतनी ही कम होगी।
(सी) कोई भी दो क्षेत्र रेखाएं एक दूसरे को नहीं काटती हैं। यदि वे छेड़छाड़ करते हैं, तो चौराहे के बिंदु पर कंपास सुई चुंबकीय क्षेत्र की दो दिशाओं को दिखाएगी जो संभव नहीं है।

7.  धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र

उपरोक्त विद्युत परिपथ जिसमें एक तांबे के तार को कम्पास सुई के समानांतर रखा जाता है, यह दर्शाता है कि सुई में विक्षेपण उलट जाता है, जब धारा की दिशा उलट जाती है। इसलिए बिजली और चुंबकत्व एक दूसरे से संबंधित हैं।

8.  दाहिने हाथ के अंगूठे का नियम

यह करंट ले जाने वाले कंडक्टर से जुड़े चुंबकीय क्षेत्र की दिशा खोजने का एक सुविधाजनक तरीका है। अपने दाहिने हाथ में करंट ले जाने वाले सीधे तार को इस तरह पकड़ें कि अंगूठा करंट की दिशा की ओर इशारा करे, फिर कंडक्टर के चारों ओर आपकी मुड़ी हुई उंगलियां चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दिखाएंगी।

इस नियम को मैक्सवेल का कॉर्कस्क्रू नियम भी कहते हैं।

9.  एक सीधे कंडक्टर के माध्यम से वर्तमान के कारण चुंबकीय क्षेत्र

मान लीजिए कि एक धारावाही चालक को लंबवत रूप से निलंबित कर दिया जाता है और विद्युत धारा दक्षिण से उत्तर की ओर प्रवाहित हो रही है। इस मामले में, चुंबकीय क्षेत्र की दिशा वामावर्त होगी। यदि धारा उत्तर से दक्षिण की ओर प्रवाहित हो रही है, तो चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दक्षिणावर्त होगी।
एक धारावाही सीधे चालक में संकेंद्रित वृत्तों के रूप में चुंबकीय क्षेत्र होता है; चारों ओर से। विद्युत धारावाही सीधे चालक के चुंबकीय क्षेत्र को चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं द्वारा दिखाया जा सकता है।

10.  वृत्ताकार लूप से विद्युत धारा के कारण चुंबकीय क्षेत्र

करंट ले जाने वाले तार का हर बिंदु चुंबकीय क्षेत्र को जन्म देता है, जो लूप के केंद्र में एक सीधी रेखा के रूप में दिखाई देता है। दाहिने हाथ के अंगूठे के नियम को लागू करके, हम तार के प्रत्येक खंड पर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा का पता लगा सकते हैं।
11.  सोलेनॉइड: एक सिलेंडर के आकार में लपेटे गए इन्सुलेटेड तांबे के तार के कई गोलाकार घुमावों को सोलनॉइड कहा जाता है।

12. परिनालिका में धारा के कारण चुंबकीय क्षेत्र :

• आरएच थंब नियम का उपयोग करके, हम एक धारावाही 'सोलेनॉइड' के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का पैटर्न बना सकते हैं।
• परिनालिका का एक सिरा चुंबकीय उत्तरी ध्रुव की तरह व्यवहार करता है, जबकि दूसरा सिरा दक्षिणी ध्रुव की तरह व्यवहार करता है।
• सोलेनोइड के अंदर दायर रेखाएं समानांतर सीधी रेखाओं के रूप में होती हैं, जिसका अर्थ है कि परिनालिका के अंदर चुंबकीय क्षेत्र सभी बिंदुओं पर समान होता है अर्थात क्षेत्र एक समान होता है।

उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति इस पर निर्भर करती है
: (ए) घुमावों की संख्या
(बी) सोलेनोइड बनाने में उपयोग किए जाने वाले सोलेनोइड में वर्तमान की ताकत।
13.  विद्युत चुम्बक  : परिनालिका के भीतर प्रबल चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग चुंबकीय पदार्थ को चुम्बकित करने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए नरम लोहा, जब इसे कुंडल के अंदर रखा जाता है। इस प्रकार बने चुम्बक को विद्युत चुम्बक कहते हैं। यह अस्थायी चुम्बक है।
चुंबकीय क्षेत्र के गुण:

• महत्व; विद्युत धारा में वृद्धि के साथ चुंबकीय क्षेत्र बढ़ता है और विद्युत प्रवाह में कमी के साथ घटता है।
• चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण; विद्युत प्रवाह द्वारा उत्पादित; दूरी में वृद्धि के साथ घटता है और इसके विपरीत। चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के संकेंद्रित वृत्तों का आकार चालक से दूरी के साथ बढ़ता है, जो दर्शाता है कि दूरी के साथ चुंबकीय क्षेत्र घटता जाता है।
• चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं हमेशा एक दूसरे के समानांतर होती हैं।
• कोई भी दो क्षेत्र रेखाएं एक दूसरे को काटती नहीं हैं।

14.  चुंबकीय क्षेत्र में धारावाही चालक पर बल।

आंद्रे मैरी एम्पीयर (1775-1836) ने सुझाव दिया कि चुंबक भी वर्तमान वाहक कंडक्टर पर एक समान और विपरीत बल लगाता है।

हम देखेंगे कि छड़ विस्थापित हो जाएगी अर्थात छड़ को उसकी लंबाई के लंबवत दिशा में चुंबकीय क्षेत्र में रखने पर बल का अनुभव होगा।

• यदि कंडक्टर के माध्यम से धारा की दिशा उलट दी जाती है, तो लगाए गए बल की दिशा उलट जाएगी।
• यदि हम चुंबक के दो ध्रुवों को आपस में बदलकर क्षेत्र की दिशा बदलते हैं, तो फिर से बल की दिशा बदल जाएगी।
• इसलिए लगाए गए बल की दिशा निर्भर करती है

(ए) वर्तमान की दिशा
(बी) चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा।

15.  बाएं हाथ का फ्लेमिंग नियम

या

• इस नियम के अनुसार,  अपने  बाएं हाथ  के अंगूठे ,  तर्जनी और  मध्यमा को इस तरह फैलाएं कि वे एक-दूसरे  के लंबवत  हों ।

यदि तर्जनी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा का प्रतिनिधित्व करती है और मध्यमा धारा की दिशा का प्रतिनिधित्व करती है, तो अंगूठा चालक पर गति या बल की दिशा में इंगित करेगा।

- विद्युत मोटर :

विद्युत मोटर का उपयोग करके विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। इलेक्ट्रिक मोटर  मैरी एम्पीयर और फ्लेमिंग के लेफ्ट हैंड रूल द्वारा सुझाए गए नियम के आधार पर काम करती है।
एक विद्युत मोटर में, एक चुंबकीय क्षेत्र के दो ध्रुवों के बीच एक आयताकार कुंडल निलंबित होता है। कॉइल को विद्युत आपूर्ति एक कम्यूटेटर से जुड़ी होती है। कम्यूटेटर एक उपकरण है जो एक सर्किट के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह की दिशा को उलट देता है।

जब विद्युत मोटर की कुण्डली में विद्युत धारा की आपूर्ति की जाती है, तो यह चुंबकीय क्षेत्र के कारण विक्षेपित हो जाती है। जैसे ही यह आधे रास्ते तक पहुंचता है, स्प्लिट रिंग जो कम्यूटेटर के रूप में कार्य करता है, विद्युत प्रवाह के प्रवाह की दिशा को उलट देता है। धारा की दिशा का उत्क्रमण कुण्डली पर कार्य करने वाले बलों की दिशा को उलट देता है। बल की दिशा में परिवर्तन कुंडल को धक्का देता है; और यह एक और आधा मोड़ लेता है। इस प्रकार, कुंडल धुरी के चारों ओर एक चक्कर पूरा करता है। इस प्रक्रिया के जारी रहने से मोटर घूमता रहता है।
वाणिज्यिक मोटर में, विद्युत चुंबक; स्थायी चुंबक के बजाय; और आर्मेचर का प्रयोग किया जाता है। आर्मेचर एक नरम लोहे का कोर होता है जिसके ऊपर बड़ी संख्या में संवाहक तार होते हैं। चालक तार के घुमावों की बड़ी संख्या आर्मेचर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाती है।

16.  माइकल फैराडेइलेक्ट्रो मैग्नेटिक इंडक्शन  का नियम दिया  : जब एक कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र के अंदर ले जाने के लिए सेट किया जाता है या एक कंडक्टर के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र को बदलने के लिए सेट किया जाता है, तो कंडक्टर में विद्युत प्रवाह प्रेरित होता है।
17.  गैल्वेनोमीटर  : यह एक ऐसा उपकरण है जो किसी परिपथ में धारा की उपस्थिति का पता लगा सकता है। यदि पॉइंटर शून्य (स्केल का केंद्र) पर है तो करंट का प्रवाह नहीं होगा।

यदि सूचक दाएँ या बाएँ दोनों ओर विक्षेपित होता है, तो यह धारा की दिशा दिखाएगा। द्वारा प्रस्तुत

बिजली पैदा करने वाला :

विद्युत जनरेटर की संरचना विद्युत मोटर के समान होती है। एक विद्युत जनरेटर के मामले में एक स्थायी चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र के भीतर एक आयताकार आर्मेचर रखा जाता है। आर्मेचर तार से जुड़ा होता है और इसे इस तरह से तैनात किया जाता है कि यह एक धुरी के चारों ओर घूम सके।
जब आर्मेचर चुंबकीय क्षेत्र के भीतर गति करता है तो विद्युत धारा प्रेरित होती है। प्रेरित धारा की दिशा बदल जाती है, जब आर्मेचर अपने घूर्णन के आधे रास्ते को पार कर जाता है। इस प्रकार, प्रत्येक घुमाव में एक बार वर्तमान की दिशा बदल जाती है। इसके कारण, विद्युत जनरेटर आमतौर पर वैकल्पिक धारा, यानी एसी उत्पन्न करता है। एक एसी जनरेटर को डीसी जनरेटर में बदलने के लिए, एक स्प्लिट रिंग कम्यूटेटर का उपयोग किया जाता है। यह डायरेक्ट करंट पैदा करने में मदद करता है।

18. विद्युत चुम्बकीय प्रेरण: दो प्रयोगों द्वारा समझाया जा सकता है

(ए) पहला प्रयोग   " सेल्फ इंडक्शन "

इस प्रयोग में, जब बार चुंबक के उत्तरी ध्रुव को कॉइल के करीब या कॉइल से दूर लाया जाता है, तो हम नल बिंदु के दोनों ओर गैल्वेनोमीटर की सुई में क्षणिक विक्षेपण देखते हैं। पहले दाएं और फिर बाएं।
इसी प्रकार यदि हम चुम्बक को स्थिर रखते हैं और कुण्डली चुम्बक के उत्तरी ध्रुव की ओर या उससे दूर जाने के लिए बनाई जाती है। फिर से हम गैल्वेनोमीटर की सुई में विक्षेपण देखेंगे।
यदि छड़ चुम्बक और कुण्डली दोनों को स्थिर रखा जाए तो गैल्वेनोमीटर में कोई विक्षेप नहीं होगा। यह प्रयोग चुंबक के दक्षिणी ध्रुव के साथ भी किया जा सकता है, हम गैल्वेनोमीटर में विक्षेपण देखेंगे, लेकिन यह पिछले मामले के विपरीत दिशा में होगा।
 यह निष्कर्ष निकालता है कि कुंडल या इसके विपरीत चुंबक की गति चुंबकीय क्षेत्र को बदल देती है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं में इस परिवर्तन के कारण, उसी कुंडल में संभावित अंतर प्रेरित होता है, जो सर्किट में एक प्रेरित धारा स्थापित करता है।

(बी)  दूसरा प्रयोग: पारस्परिक प्रेरण

इस प्रयोग में कुँजी को बैटरी से जोड़ने वाली कुंजी लगाएँ और गैल्वेनोमीटर में विक्षेपण का निरीक्षण करें। अब बैटरी से कॉइल -1 को डिस्कनेक्ट करने वाली कुंजी को प्लग आउट करें और गैल्वेनोमीटर में विक्षेपण का निरीक्षण करें, जो विपरीत दिशा में होगा।
इसलिए, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि प्राथमिक कॉइल (कॉइल -1) (कुंजी के चालू और बंद) में, जब भी करंट में कोई बदलाव होता है, तो सेकेंडरी कॉइल (कॉइल -2) में संभावित अंतर प्रेरित होता है।
ऐसा इसलिए है, क्योंकि जब भी प्राथमिक कॉइल में करंट में बदलाव होता है, तो इससे

जुड़ा चुंबकीय क्षेत्र भी बदल जाता है

, अब सेकेंडरी कॉइल (कॉइल -2) के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं बदल जाएंगी और उसमें विद्युत प्रवाह को प्रेरित करेगा (सुई के विक्षेपण द्वारा देखा गया) सेकेंडरी सर्किट में गैल्वेनोमीटर का)
यह प्रक्रिया, जिसके द्वारा प्राथमिक कॉइल में करंट की ताकत में बदलाव, सेकेंडरी कॉइल में करंट को प्रेरित करता है, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन कहलाता है”
प्रेरित करंट उच्चतम पाया जाता है जब कॉइल की गति की दिशा चुंबकीय क्षेत्र के समकोण पर होती है।

19.  फ्लेमिंग के दाहिने हाथ का नियम

या

नियम को इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है:
दाहिने हाथ की खिंचाव, अंगूठा, तर्जनी और मध्यमा, ताकि वे एक दूसरे के लंबवत हों। तर्जनी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा बताती है, अंगूठा चालक की गति की दिशा दिखाता है, फिर मध्यमा उंगली प्रेरित धारा की दिशा दिखाती है।
विद्युत जनरेटर  विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत पर आधारित है। यह यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

21.  डायरेक्ट करंट (DC) पर अल्टरनेट करंट (AC) के फायदे

ऊर्जा की अधिक हानि के बिना विद्युत शक्ति को लंबी दूरी तक प्रेषित किया जा सकता है। इसलिए ट्रांसमिशन की लागत कम है।
भारत में एसी की फ्रीक्वेंसी 50Hz है। यानी हर 1/100 सेकेंड के बाद यह अपनी दिशा बदलता है।

22.  घरेलू विद्युत परिपथ :

हमारे घरों में, आपूर्ति की जाने वाली विद्युत शक्ति संभावित अंतर V = 220V और आवृत्ति 50Hz है।
इसमें तीन तार होते हैं: -
(1) लाल इन्सुलेशन कवर के साथ तार - लाइव तार (पॉज़िटिव) लाइव तार 220V की उच्च क्षमता पर है
(2) ब्लैक इंसुलेशन कवर के साथ तार - न्यूट्रल वायर (नकारात्मक) तटस्थ तार शून्य क्षमता पर है इसलिए , दोनों के बीच संभावित अंतर 220V है।
(3) हरे रंग के इन्सुलेशन कवर के साथ तार - पृथ्वी के तार
यह घर के पास जमीन में गहरे तांबे की प्लेट से जुड़ा होता है।
उपकरणों की धातु की बॉडी को सुरक्षा उपाय के रूप में अर्थ वायर से जोड़ा जाता है।

अर्थ वायर करंट को कम प्रतिरोध प्रदान करता है इसलिए उपकरणों के धात्विक शरीर में करंट का कोई भी रिसाव, इसकी क्षमता को पृथ्वी के बराबर रखता है। इसका मतलब है कि शून्य क्षमता और उपयोगकर्ता को गंभीर बिजली के झटके से बचाया जाता है।

घरेलू सर्किट में ध्यान देने योग्य बिंदु

(ए) प्रत्येक उपकरण में चालू / बंद का एक अलग स्विच होता है
(बी) प्रत्येक उपकरण को समान संभावित अंतर प्रदान करने के लिए, उन्हें एक दूसरे के समानांतर जोड़ा जाना चाहिए। ताकि इनका कभी भी ऑपरेशन किया जा सके।

24.  शॉर्ट सर्किटिंग

उपकरणों में खराबी या दो तारों के इन्सुलेशन में क्षति के कारण, सर्किट वर्तमान के प्रवाह के लिए शून्य या नगण्य प्रतिरोध प्रदान करेगा। कम प्रतिरोध के कारण बड़ी मात्रा में करंट प्रवाहित होगा।
जूल के ताप प्रभाव के नियम के अनुसार, लाइव तार में गर्मी उत्पन्न होती है और चिंगारी पैदा करती है, जिससे उपकरण और वायरिंग को नुकसान होता है।

25.  ओवरलोडिंग

ओवरलोडिंग का कारण हो सकता है (1) एक ही सॉकेट में बहुत से उपकरणों को जोड़ने या (2) आपूर्ति वोल्टेज में आकस्मिक वृद्धि यदि किसी विशेष समय पर उपकरणों द्वारा खींची गई कुल धारा उस तार की असर क्षमता से अधिक हो जाती है, तो यह गर्म हो जाएगा . इसे ओवरलोडिंग के रूप में जाना जाता है। फ्यूज एक सुरक्षा उपकरण सर्किट को ओवरलोडिंग और शॉर्ट सर्किटिंग से रोक सकता है।