इंडक्टेंस और ट्रांसफार्मर

इंडक्टेंस और ट्रांसफार्मर चुंबकत्व और विद्युतचुंबकत्व के अध्ययन में बुनियादी अवधारणाएं हैं। वे कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और प्रणालियों की रीढ़ बनाते हैं, जिसमें पावर ग्रिड, मोटर, इंडक्टर्स, और अधिक शामिल हैं। इस पाठ में, हम सरल भाषा, कई उदाहरणों और दृश्य चित्रणों का उपयोग करके इन अवधारणाओं का विस्तार से अन्वेषण करेंगे।

इंडक्शन को समझना

इंडक्टेंस एक विद्युत चालक की वह विशेषता है जो वर्णन करती है कि चालक किस प्रकार से वर्तमान के परिवर्तन का विरोध करता है। एक इंडक्टर एक उपकरण है, जो आमतौर पर एक तार के कुंडल से बना होता है, जो इस गुण का उपयोग करता है।

इंडक्शन के पीछे मुख्य विचार फैराडे का इंडक्शन का नियम है, जो कहता है कि एक सर्किट के माध्यम से चुम्बकीय फ्लक्स में परिवर्तन सर्किट में एक विद्युत्चालक बल (EMF) पैदा करता है। गणितीय रूप से, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

EMF = -dΦ/dt

जहाँ:

• EMF वोल्ट में इलेक्ट्रोमोटिव फोर्स है।
• Φ वैबर (Wb) में चुंबकीय फ्लक्स है।
• t समय सेकंड्स में है।

स्वयं प्रेरण

जब वर्तमान एक कुंडल के माध्यम से बहती है, तो यह उसके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। यदि वर्तमान बदलता है, तो चुंबकीय क्षेत्र भी बदलता है, जो उसी कुंडल के भीतर एक EMF उत्पन्न करता है। इस घटना को आत्म-प्रेरण के रूप में जाना जाता है।

स्वयं प्रेरित EMF दिया जाता है:

EMF = -L (di/dt)

जहाँ:

• L हेनरी (H) में कुंडल का इंडक्टेंस है।
• di/dt वर्तमान के परिवर्तन की दर एम्पीयर प्रति सेकंड (A/s) है।

स्वयं प्रेरित उदाहरण

एक साधारण कुंडल पर विचार करें जिसकी इन्डक्टेंस 2 हेनरी है। यदि कुंडल के माध्यम से बहने वाला वर्तमान 3 एम्पीयर प्रति सेकंड की दर से बदलता है, तो कुंडल में प्रेरित EMF की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

EMF = - 2 * 3 = -6 V

इसका अर्थ है कि 6 वोल्ट का एक EMF वर्तमान में परिवर्तन के विपरीत दिशा में प्रेरित होता है।

परस्पर प्रेरण

जब एक कुंडल में वर्तमान का परिवर्तन एक अन्य निकटवर्ती कुंडल में एक EMF उत्पन्न करता है, तो इसे परस्पर प्रेरण कहा जाता है। यह सिद्धांत ट्रांसफार्मर का आधार है, जहाँ ऊर्जा का हस्तांतर दो या अधिक कुंडलों के बीच होता है।

दो कुंडलों के बीच परस्पर इंडक्टेंस इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

EMF = -M (di/dt)

जहाँ:

• M कुंडलों के बीच परस्पर इंडक्टेंस है, जिसे हेनरी (H) में मापा जाता है।
• di/dt पहले कुंडल में वर्तमान के परिवर्तन की दर है।

ऊपर के चित्रण में, कुंडल 1 में भिन्न होता हुआ वर्तमान है जो उनकी परस्पर इंडक्टेंस के कारण कुंडल 2 में एक EMF प्रेरित करता है।

परस्पर प्रेरण का उदाहरण

मान लीजिए कि दो कुंडलों की परस्पर इंडक्टेंस 0.5 हेनरी है, और पहले कुंडल में वर्तमान 4 एम्पीयर प्रति सेकंड की दर से बदलता है। दूसरे कुंडल में प्रेरित EMF होगा:

EMF = - 0.5 * 4 = -2 V

इसका मतलब है कि 2 वोल्ट का प्रेरित EMF कुंडल 2 के पार उत्पन्न होता है।

ट्रांसफार्मर

एक ट्रांसफार्मर एक उपकरण है जो परस्पर प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करता है दो सर्किटों के बीच ऊर्जा हस्तांतरित करने के लिए। एक विशिष्ट ट्रांसफार्मर में दो कुंडल होते हैं: प्राथमिक और द्वितीयक कुंडल, जो एक चुंबकीय कोर के चारों ओर लपेटे होते हैं।

ट्रांसफार्मर का कार्य सिद्धांत

जब प्राथमिक कुंडल के माध्यम से वैकल्पिक धारा (AC) बहती है, तो यह एक बदलता हुआ चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यह बदलता हुआ चुंबकीय क्षेत्र फिर फैराडे के नियम के अनुसार द्वितीयक कुंडल में एक इलेक्ट्रोमोटिव फोर्स प्रेरित करता है।

चित्र एक साधारण ट्रांसफार्मर को दर्शाता है जिसमें एक प्राथमिक और एक द्वितीयक कुंडल है। नारंगी रेखा चुंबकीय क्षेत्र का पथ दिखाती है।

ट्रांसफार्मर समीकरण

एक ट्रांसफार्मर का कार्य आशुलॉक पथ के अनुपात और उनके पारित तनाव के बीच संबंध के द्वारा वर्णित होता है। मूल समीकरण है:

Vp/Vs = Np/Ns

जहाँ:

• Vp प्राथमिक कुंडल में वोल्टेज है।
• Vs द्वितीयक कुंडल में वोल्टेज है।
• Np प्राथमिक कुंडल में आगिमों की संख्या है।
• Ns द्वितीयक कुंडल में आगिमों की संख्या है।

ट्रांसफार्मर में शक्ति (हानियों की अनदेखी करते हुए) निम्नलिखित समीकरण द्वारा दी जाती है:

Vp * Ip = Vs * Is

जहाँ:

• Ip प्राथमिक कुंडल में प्रवाहित वर्तमान है।
• वहाँ is द्वितीयक कुंडल में वर्तमान है।

स्टेप-अप और स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर्स

ट्रांसफार्मर्स को उनके turns अनुपात के आधार पर स्टेप-अप और स्टेप-डाउन में वर्गीकृत किया जा सकता है।

• स्टेप-अप ट्रांसफार्मर: प्राथमिक से द्वितीयक तक वोल्टेज को बढ़ाता है। इसमें प्राथमिक कुंडल में कम आगिम और द्वितीयक में अधिक होते हैं (Np < Ns)।
• स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर: प्राथमिक से द्वितीयक तक वोल्टेज को घटाता है। इसमें प्राथमिक कुंडल में अधिक आगिम और द्वितीयक में कम होते हैं (Np > Ns)।

ट्रांसफार्मर गणना का उदाहरण

आइए मान लें कि एक ट्रांसफार्मर में 100 आगिमों का एक प्राथमिक कुंडल और 200 आगिमों का एक द्वितीयक कुंडल है। यदि प्राथमिक वोल्टेज 120 वोल्ट है, तो द्वितीयक वोल्टेज क्या है?

Vp/Vs = Np/Ns

120/Vs = 100/200

Vs = 240 वोल्ट

यह साधारण गणना दिखाती है कि ट्रांसफार्मर वोल्टेज को 120 वोल्ट से 240 वोल्ट तक बढ़ाता है।

इंडक्शन और ट्रांसफार्मर के अनुप्रयोग

आधुनिक तकनीक में इंडक्टेंस और ट्रांसफार्मर महत्वपूर्ण हैं। कुछ अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

• विद्युत संचरण: ट्रांसफार्मरों का प्रयोग विद्युत ग्रिड्स में वोल्टेज को स्टेप-अप और स्टेप-डाउन करने के लिए किया जाता है, ताकि बिजली को लंबी दूरी पर प्रभावी रूप से स्थानांतरित किया जा सके।
• इलेक्ट्रॉनिक उपकरण: ट्यूनिंग सर्किट्स में इच्छित आवृत्तियों को चुनने के लिए, पावर सप्लाई में धारा को स्मूथ करने के लिए, और अनचाहे संकेतों को ब्लॉक करने के लिए फिल्टर्स में इंडक्टर्स का उपयोग किया जाता है।
• मोटर्स और जनरेटर: इंडक्शन मोटर्स विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलने के लिए इंडक्शन का उपयोग करती हैं।

निष्कर्ष

इंडक्शन और ट्रांसफार्मर विद्युतचुंबकत्व के क्षेत्र में महत्वपूर्ण भूमिकाएँ निभाते हैं, जो विद्युत धाराओं और चुंबकीय क्षेत्रों के नियंत्रण और हेरफेर की अनुमति देते हैं। इन अवधारणाओं को समझना भौतिकी के ज्ञान को समृद्ध करता है और विभिन्न तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक उपकरण प्रदान करता है।

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