विद्युत चुंबकत्व

विद्युत चुंबकत्व प्रकृति की मौलिक बलों में से एक है और यह आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया का उत्तरदायी होता है। यह विद्युत और चुंबकत्व के दोनों प्रभावों को एक ही घटना में जोड़ता है। विद्युत चुंबकत्व को समझने के लिए यह जानना होता है कि कैसे विद्युत आवेश विद्युत क्षेत्र का निर्माण करते हैं और कैसे विद्युत धारा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।

विद्युत आवेश के बुनियादी सिद्धांत

विद्युत आवेश इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉनों, और अन्य उपपरमाणवी कणों की एक मौलिक विशेषता होती है। दो प्रकार के आवेश होते हैं: धनात्मक और ऋणात्मक। इन आवेशों के बीच परस्पर क्रिया निम्नलिखित नियमों द्वारा शासित होती है:

• समान आवेश एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं।
• विषम आवेश एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं।

आवेश की इकाई कूलम्ब (C) होती है, और इलेक्ट्रॉन का आवेश लगभग -1.6 × 10-19 C है।

विद्युत क्षेत्र और विद्युत बल

विद्युत क्षेत्र एक आवेशित वस्तु के चारों ओर का वह क्षेत्र होता है जहां अन्य आवेशित वस्तुएं बल का अनुभव करती हैं। इस क्षेत्र की ताकत वोल्ट प्रति मीटर (V/m) में मापी जाती है। एक बिंदु आवेश Q के कारण विद्युत क्षेत्र E को कूलम्ब के नियम का उपयोग करके गणना की जा सकती है:

    E = K * (|Q| / R2)
    

जहां:

• k कूलम्ब स्थिरांक है, लगभग 8.99 × 109 N m2/C2
• r आवेश से दूरी है

विद्युत क्षेत्र रेखाएं एक धनात्मक आवेश से बाहर की ओर और एक ऋणात्मक आवेश की ओर अंदर की ओर विकिरण करती हैं।

विद्युत विभव और वोल्टेज

विद्युत विभव, वोल्ट्स (V) में मापा जाता है, एक सन्दर्भ बिंदु से विद्युत क्षेत्र के भीतर एक विशिष्ट बिंदु तक एक इकाई आवेश को बिना किसी त्वरण के ले जाने के लिए आवश्यक ऊर्जा है। वोल्टेज दो बिंदुओं के बीच के विभव अंतर को दर्शाता है। विद्युत क्षेत्र और विभव अंतर के बीच का संबंध निम्नलिखित है:

    V = E * D
    

जहां:

• V विभव अंतर है
• E विद्युत क्षेत्र की शक्ति है
• d बिंदुओं के बीच की दूरी है

चुंबकत्व और चुंबकीय क्षेत्र

विद्युत आवेशों के आंदोलन से चुंबकत्व उत्पन्न होता है। चुंबकीय क्षेत्र एक सदिश क्षेत्र होता है जो विद्युत आवेश, विद्युत धाराओं, और चुंबकीय पदार्थों पर चुंबकीय प्रभाव को वर्णित करता है। इसे आमतौर पर प्रतीक B द्वारा दर्शाया जाता है, और इसकी माप की इकाई टेस्ला (T) होती है।

एक साधारण चुंबक या धारा प्रवाहित करने वाले तार को एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति प्रदर्शित कर सकते हैं। आप चुंबकीय क्षेत्र को काल्पनिक रेखाओं के साथ चित्रित कर सकते हैं। यहां, रेखाएं चुंबक के उत्तर ध्रुव से निकलती हैं और दक्षिण ध्रुव के माध्यम से पुनः प्रवेश करती हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

यहां, लाल रेखाएं एक बार चुंबक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का प्रतिनिधित्व करती हैं।

वैद्युत चुम्बकीय प्रेरण

वैद्युत चुम्बकीय प्रेरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक कुंडल की तार में परिवर्तित हो रहे चुंबकीय क्षेत्र से कुंडल के छोरों पर वोल्टेज प्रेरित होता है। यह कई विद्युत जेनरेटर और ट्रांसफार्मरों के पीछे का बुनियादी सिद्धांत है। फैराडे के प्रेरण नियम द्वारा इसे मात्रा में वर्णित किया गया है:

    ε = -n * (dΦ/dt)
    

जहां:

• ε प्रेरित विद्युतगतिक बल (EMF) है
• N कुंडल के चक्कर की संख्या है
• dΦ/dt चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तन की दर है

एसी और जेनरेटर

जेनरेटर यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए वैद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करते हैं। एक प्रत्यावर्ती धारा (AC) जेनरेटर में, कुंडल एक चुंबकीय क्षेत्र में घुमता है, जिससे कुंडल के माध्यम से चुंबकीय फ्लक्स बदलता है, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रत्यावर्ती वोल्टेज उत्पन्न होता है।

एक सरल AC वोल्टेज निम्नलिखित समीकरण के द्वारा वर्णित किया जा सकता है:

    v(t) = v₀ * sin(ωt + φ)
    

जहां:

• V(t) समय t पर वोल्टेज है
• V₀ शिखर वोल्टेज है
• ω कोणीय आवृत्ति है
• φ विक्षेपन कोण है

वैद्युत चुम्बकीय तरंगें

वैद्युत चुम्बकीय तरंगें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की तरंगें होती हैं जो अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा करती हैं। इन तरंगों को माध्यम की आवश्यकता नहीं होती और ये निर्वात में भी यात्रा कर सकती हैं। प्रकाश, रेडियो तरंगें, एक्स-रे, और माइक्रोवेव वैद्युत चुम्बकीय तरंगों के उदाहरण हैं। ये प्रकाश की गति (c ≈ 3 × 108 m/s) से यात्रा करती हैं और तरंग समीकरण द्वारा वर्णित की जा सकती हैं:

    c = λ * f
    

जहां:

• λ तरंग दैर्ध्य है
• f आवृत्ति है

वैद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम विभिन्न तरंग दैर्ध्यों या आवृत्तियों के आधार पर वैद्युत चुम्बकीय तरंगों का वर्गीकरण करता है। यह लंबी तरंग दैर्ध्य रेडियो तरंगों से लेकर कम तरंग दैर्ध्य गामा किरणों तक विस्तृत होता है।

नीचे चित्र में एक वैद्युत चुम्बकीय तरंग में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच संबंध को दर्शाया गया है:

नीली रेखा विद्युत क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करती है, और लाल रेखा चुंबकीय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करती है, दोनों क्षेत्र तरंग के प्रसार दिशा के लम्बवत दोलन करते हैं।

विद्युत चुंबकत्व के अनुप्रयोग

विद्युत चुंबकत्व का आधुनिक तकनीकी में व्यापक अनुप्रयोग है:

• विद्युत मोटर: विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक गति में परिवर्तित करती हैं।
• ट्रांसफार्मर: विद्युत ऊर्जा को चक्रों के बीच स्थानांतरित करने के लिए वैद्युत चुंबकीय प्रेरण का उपयोग करती हैं, आमतौर पर वोल्टेज स्तर बदलते हुए।
• संवाद: रेडियो तरंगें, वैद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक प्रकार, प्रसारण, सेल फोन, और वायरलेस नेटवर्क में उपयोग की जाती हैं।
• चिकित्सा चित्रण: MRI जैसी तकनीकें मानव शरीर के अंदर के चित्र बनाने के लिए वैद्युत चुंबकीय क्षेत्रों पर निर्भर करती हैं।

निष्कर्ष

विद्युत चुंबकत्व भौतिकी का आधार है, यह यह समझने में सहायता करता है कि कैसे आवेशित कण परस्पर क्रिया करते हैं और आधुनिक जीवन की कई तकनीकों का आधार बनाता है। विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों, वैद्युत चुम्बकीय तरंगों, और इन सिद्धांतों के अनुप्रयोगों के सिद्धांतों को समझकर, कोई विद्युत चुंबकत्व के प्रभाव की गहराई और व्यापकता की सराहना कर सकता है।

टिप्पणियाँ