फराडे का नियम

परिचय

फराडे का नियम विद्युत चुम्बकत्व का एक मूलभूत सिद्धांत है जो यह बताता है कि किस प्रकार से विद्युत धाराएँ चुम्बकीय क्षेत्रों में परिवर्तन के कारण उत्पन्न होती हैं। यह नियम विद्युतचुम्बकीय सिद्धांत का मूल है और समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि विभिन्न विद्युत यंत्र कैसे काम करते हैं, जैसे ट्रांसफॉर्मर्स, विद्युत जनरेटर, और इंडक्टर्स।

मूल अवधारणा

फराडे के नियम के अनुसार, तार की एक कुंडली के चुम्बकीय वातावरण में परिवर्तन से उस कुंडली में विद्युत प्रेरक बल (EMF) उत्पन्न होगा। यदि सर्किट बंद होता है, तो प्रेरित EMF धारा का संचालन करता है, और इस प्रक्रिया को विद्युतचुम्बकीय प्रेरण कहा जाता है।

गणितीय रूप से, फराडे का नियम निम्नलिखित समीकरण द्वारा वर्णित है:

EMF = -dΦB/dt

यहाँ, EMF वोल्ट्स में विद्युत प्रेरक बल है, और ΦB वेबर्स में चुम्बकीय फ्लक्स है। ऋणात्मक चिन्ह प्रेरित EMF की दिशा को दर्शाता है और यह लेन्ज़ के नियम पर आधारित है, जो कहता है कि प्रेरित EMF उस परिवर्तन का विरोध करेगा जिसने इसे उत्पन्न किया।

चुम्बकीय फ्लक्स

चुम्बकीय फ्लक्स, जिसे ΦB द्वारा दर्शाया जाता है, किसी निर्दिष्ट क्षेत्र से गुजरने वाले चुम्बकीय क्षेत्र की परिमाण का माप होता है। इसे निम्नलिखित रूप से गणना की जाती है:

ΦB = B * A * cos(θ)

जहां:

• B टेस्ला में चुम्बकीय क्षेत्र शक्ति है।
• A वर्ग मीटर में वो क्षेत्र है जिससे होकर क्षेत्र रेखाएँ गुजरती हैं।
• θ क्षेत्र रेखाओं और सतह के लंबवत के बीच का कोण है।

चुम्बकीय फ्लक्स चुम्बकीय क्षेत्र की शक्ति, क्षेत्र के आकार, और चुम्बकीय क्षेत्र के सापेक्ष क्षेत्र के परिप्रेक्ष कोण पर निर्भर करता है।

चुम्बकीय फ्लक्स का दृश्य रूप

ऊपर दिए गए चित्र में चुम्बकीय क्षेत्र वेक्टरों को दर्शाने वाला क्षेत्र दिखाया गया है, जहाँ B चुम्बकीय क्षेत्र है और A वह क्षेत्र है जिससे होकर रेखाएँ गुजरती हैं। कोण θ क्षेत्र और सतह (A) के लंबवत के बीच होता है, जो चुम्बकीय फ्लक्स को प्रभावित करता है।

फराडे का नियम और प्रेरित emf

फराडे के नियम द्वारा वर्णित विद्युतचुम्बकीय प्रेरण, किस प्रकार से चुम्बकीय फ्लक्स में परिवर्तन विद्युत प्रेरक बल उत्पन्न करता है, के विषय में है। इसे देखने के लिए, एक सरल कुंडली को एक चुम्बकीय क्षेत्र से गुजरते हुए या जब एक स्थिर कुंडली के चारों और चुम्बकीय क्षेत्र बदलता है, पर विचार करें।

उदाहरण: एक चलने वाली लूप

एक साधारण वृत्ताकार लूप पर विचार करें जो एक चुम्बकीय क्षेत्र में अंदर बाहर चलता है। जैसे-जैसे क्षेत्र के भीतर लूप की मात्रा बदलती है, लूप के माध्यम से चुम्बकीय फ्लक्स बदलता है, जो फराडे के नियम के अनुसार एक EMF प्रेरित करता है।

उदाहरण के लिए, यदि एक लूप एक निश्चित चुम्बकीय क्षेत्र के साथ एक स्थान से गुजरती है:

EMF = -N * (dΦB/dt)

जहां N कुंडली में चक्कर की संख्या है। यह दिखाता है कि प्रेरित EMF न सिर्फ चुम्बकीय फ्लक्स के परिवर्तन की दर (dΦB/dt) पर निर्भर करता है बल्कि कुंडली में चक्करों की संख्या पर भी।

चालक कुंडली के चलने का दृश्य रूप

इस सरल चित्र में, कुंडली को आयताकार के रूप में दिखाया गया है, जिसके गोलाकार खंड हैं, और यह एक समान चुम्बकीय क्षेत्र में (नीले तीर) चलती है। कुंडली के भीतर क्षेत्र में परिवर्तन कुंडली के माध्यम से चुम्बकीय फ्लक्स को बदलते हैं, जिससे एक EMF प्रेरित होता है।

उदाहरण: एक कुंडली का घूर्णन

एक और व्यावहारिक उदाहरण चुम्बकीय क्षेत्र में एक कुंडली का घूर्णन है, जैसे कि एक विद्युत जनरेटर में। विद्युत और ग्रहक के बीच का कोण θ समय के साथ बदलता है, फ्लक्स को प्रभावित करता है और EMF प्रेरित करता है।

घूर्णन करती कुंडली में EMF को निम्नलिखित रूप में समझा जा सकता है:

EMF(t) = NBAω * sin(ωt)

जहां:

• N चक्कर की संख्या है
• B चुम्बकीय क्षेत्र की शक्ति है
• A कुंडली का क्षेत्र है
• ω घूर्णन की कोणीय आवृत्ति है
• t समय है

इस अभिव्यक्ति को दर्शाता है कि प्रेरित EMF की परिमाण घूर्णन की आवृत्ति पर निर्भर करती है और समय के साथ साइनसोइडल रूप से बदलती है।

लेन्ज़ के नियम की भूमिका

लेन्ज़ का नियम प्रेरित धारा की दिशा निर्धारित करने में महत्वपूर्ण है। यह कहता है कि प्रेरित धारा की दिशा ऐसी होगी कि वह प्रेरित करने वाले चुम्बकीय फ्लक्स के परिवर्तन का विरोध करेगी। इसीलिए फराडे के समीकरण में ऋणात्मक चिन्ह होता है।

एक चुम्बकीय क्षेत्र को माना जाए जिसकी शक्ति बढ़ती है। प्रेरित धारा अपना स्वयं का चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करेगी विपरीत दिशा में जो परिवर्तन को न्यूनतम करेगी।

उदाहरण: चुम्बकीय डैम्पिंग

लेन्ज़ के नियम के दूसरे अनुप्रयोग के रूप में, एक धातु के छल्ले का विचार करें जिसे एक परिवर्तनशील चुम्बकीय क्षेत्र में रखा गया हो। छल्ले में प्रेरित धारा परिवर्तन का विरोध करेगी, और इस विरोध को विद्युतचुम्बकीय ब्रेकिंग प्रणाली में चुम्बकीय डैम्पिंग कहा जाता है।

जब एक चुम्बकीय क्षेत्र एक चालक में से गुजरता है और सापेक्ष गति होती है, तो एडी करंट उत्पन्न होते हैं। स्वभाविक रूप से ये करंट परिवर्तन का विरोध करते हैं, लेन्ज़ के नियम की वजह से।

फराडे के नियम का अनुप्रयोग

फराडे का नियम ट्रांसफॉर्मर, विद्युत जनरेटर और कई प्रकार के सेंसरों के कार्य में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। विद्युतचुम्बकीय प्रेरण का सिद्धांत इन उपकरणों में विभिन्न तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है।

ट्रांसफॉर्मरों में, विचार यह होता है कि विद्युत ऊर्जा को विद्युतचुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से दो या अधिक सर्किटों के बीच स्थानांतरित किया जाए। जनरेटर मैकेनिकल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलते हैं चुम्बकीय क्षेत्रों के परिवर्तन के सिद्धांतों का उपयोग करके।

निष्कर्ष

फराडे का विद्युतचुम्बकीय प्रेरण का नियम हमारे चारों ओर की कई प्रौद्योगिकियों को समझने के लिए मौलिक है। इस सिद्धांत की खोज और अनुप्रयोग के माध्यम से, विद्युत उत्पादन और विद्युतचुम्बकत्व में नवाचार ने हमारे विश्व को पुनर्गठित किया है।

यह सिद्धांत न केवल एक विशाल श्रेणी की तकनीकों का आधार बनता है, बल्कि विद्युत और चुम्बकत्व के बीच की पारस्परिक क्रिया का भी समृद्ध समझ प्रदान करता है, और हमें भौतिक घटनाओं की गहरी अंतर्दृष्टि देता है।

टिप्पणियाँ