स्नातक → विद्युत-चुंबकत्व → विद्युतचुम्बकीय प्रेरण ↓
लेन्ज़ का नियम
लेन्ज़ का नियम इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म में एक मौलिक सिद्धांत है, भौतिकी की एक शाखा जो विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की पारस्परिक क्रिया से संबंधित है। इसका नाम जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक लेन्ज़ के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने इसे 1834 में प्रतिपादित किया था। लेन्ज़ का नियम प्रेरित विद्युतवाहक बल (ईएमएफ) की दिशा और चुंबकीय फ्लक्स में परिवर्तन के कारण उत्पन्न धारा के संबंध में होता है। यह नियम विद्युत चुम्बकीय प्रेरण को समझने के लिए आवश्यक है, चुंबकीय क्षेत्र से विद्युत धारा उत्पन्न करने की प्रक्रिया। इस संदर्भ में लेन्ज़ के नियम को सरलता से लिखा जा सकता है: प्रेरित धारा की दिशा ऐसी होगी कि वह उस चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तन का विरोध करेगी जो इसे उत्पन्न करता है।
आधार को समझना
लेन्ज़ के नियम को सही ढंग से समझने के लिए, पहले चुंबकीय फ्लक्स और विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की अवधारणा को समझना महत्वपूर्ण है। चुंबकीय फ्लक्स किसी दिए गए सतह क्षेत्र के माध्यम से गुजरने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की संख्या का माप है। इसे गणितीय रूप से इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
Φ = B * A * cos(θ)जहाँ Φ चुंबकीय फ्लक्स है, B चुंबकीय क्षेत्र की ताकत है, A वह क्षेत्र है जिसके माध्यम से क्षेत्र रेखाएँ गुजरती हैं, और θ क्षेत्र रेखाओं और सतह के लिए सामान्य के बीच का कोण है।
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का तात्पर्य उस चालक पर विद्युतवाहक बल (ईएमएफ) के उत्पादन से होता है जब उसे बदलते चुंबकीय क्षेत्र के अधीन किया जाता है। प्रेरण का फैराडे का नियम, जिसे माइकल फैराडे ने खोजा था, इस प्रक्रिया का मात्रात्मक मूल्यांकन करता है। यह कहता है कि किसी भी बंद सर्किट में प्रेरित ईएमएफ चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तन की दर के बराबर होता है।
लेन्ज़ का नियम का कथन
लेन्ज़ का नियम फैराडे की खोज को आगे बढ़ाता है और प्रेरित धारा की दिशा निर्धारित करता है। लेन्ज़ का नियम निम्नलिखित रूप में लिखा गया है:
किसी बंद सर्किट में प्रेरित विद्युतवाहक बल और धारा की दिशा ऐसी होती है कि वह इसे उत्पन्न करने वाले चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तन का विरोध करती है।
उदाहरण: चलती चुंबक
लेन्ज़ के नियम को बेहतर ढंग से समझने के लिए, आइए एक उदाहरण की कल्पना करें। एक सलाख चुंबक की कल्पना करें जो चालक तार के लूप की ओर बढ़ रहा हो। जैसे ही चुंबक पास आता है, लूप के माध्यम से चुंबकीय फ्लक्स बढ़ जाता है।
लेन्ज़ के नियम के अनुसार, लूप में प्रेरित धारा ऐसा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है जो चुंबकीय फ्लक्स में वृद्धि का विरोध करता है। तब लूप अपने ध्रुव को सलाख चुंबक के सटे हुए ध्रुव के विपरीत बनाता है। यदि चुंबक का उत्तरी ध्रुव लूप की ओर बढ़ रहा है, तो लूप एक धारा प्रेरित करता है जो पास की चुंबक को पीछे धकेलने के लिए निकटतम ओर पर एक उत्तरी ध्रुव बनाता है।
लेन्ज़ के नियम का गणितीय स्वरूप
लेन्ज़ का नियम स्वाभाविक रूप से फैराडे के प्रेरण के नियम में ऋण चिह्न के माध्यम से शामिल है।
ε = -dΦ/dtइस सूत्र में, ε प्रेरित ईएमएफ के लिए खड़ा है, और -dΦ/dt चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तन की दर का प्रतिनिधित्व करता है। ऋणात्मक चिह्न लेन्ज़ के नियम का गणितीय अभिव्यक्ति है, जो दिखाता है कि प्रेरित ईएमएफ चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तन की विपरीत दिशा में है।
एक और उदाहरण: क्षेत्र बदलना
एक समान चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए समय-समापित क्षेत्र के साथ तार के लूप पर विचार करें। जब लूप का क्षेत्र बदल जाता है, तो चुंबकीय फ्लक्स तदनुसार बदल जाता है। यदि लूप का क्षेत्र बढ़ता है, तो लेन्ज़ का नियम भविष्यवाणी करता है कि प्रेरित धारा ऐसी दिशा में प्रवाहित होगी जो वृद्धि के विरोध में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।
लेन्ज़ का नियम और दैनिक घटनाएं
जबकि सैद्धांतिक उदाहरण अवधारणाओं को स्पष्ट करने में मदद करते हैं, लेन्ज़ का नियम कई वास्तविक दुनिया की स्थितियों में देखा जा सकता है:
- इंडक्शन कुकस्टोव: इंडक्शन कुकिंग में, कुकवेयर लूप की तरह काम करता है, और कुकटॉप द्वारा उत्पन्न परिवर्तनीय चुंबकीय क्षेत्र कुकवेयर के भीतर बवंडर धारे गति करता है। ये धारे प्रतिरोध के कारण सीधे कुकवेयर को गर्म करते हैं।
- रेलों में चुंबकीय ब्रेक: कुछ रेलगाड़ियाँ ब्रेकिंग के लिए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करती हैं। जब शक्तिशाली चुंबक मेटल रेलों या पहियों के खिलाफ घूमते हैं, तो बवंडर धारे उत्पन्न होते हैं और गति के विपरीत चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं, जिससे रेलगाड़ी धीमी हो जाती है।
- इलेक्ट्रिक गिटार: इलेक्ट्रिक गिटार में पिकअप लेन्ज़ के नियम का उपयोग करके स्ट्रिंग वाइब्रेशन्स को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं। स्ट्रिंग की गति चुंबकीय क्षेत्र को बदलती है, जिससे कॉइल में एक धारा प्रेरित होती है, जिसे ध्वनि उत्पन्न करने के लिए फिर से बढ़ाया जाता है।
अवधारणात्मक दृश्य: वरण धारे
वरण धारे लेन्ज़ के नियम का एक अन्य रोचक अनुप्रयोग प्रदान करते हैं। ये कुछ संचालक के भीतर चिह्नित चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रेरित विद्युत धारे होते हैं। वे महत्वपूर्ण विद्युत प्रतिरोध उत्पन्न कर सकते हैं, जिससे सामग्री गरम हो जाती है।
लेन्ज़ का नियम और ऊर्जा संरक्षण
लेन्ज़ का नियम ऊर्जा संरक्षण के नियम से निकटता से जुड़ा हुआ है। चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तनों का विरोध करके, यह सुनिश्चित करता है कि ऊर्जा संरक्षित हो। चुंबकीय फ्लक्स को बदलने के लिए किया गया कार्य, जैसे कि कुंडली की ओर चुंबक को हिलाना, कुंडली में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।
निष्कर्ष
लेन्ज़ का नियम विद्युतचुम्बकीय सिद्धांत का एक कोने का पत्थर है, जो बदलते चुंबकीय क्षेत्रों में सर्किट्स और सामग्रियों के व्यवहार के बारे में जानकारी प्रदान करता है। चुंबकीय क्षेत्रों में बदलाव का विरोध करके, यह ऊर्जा के संरक्षण को सुनिश्चित करता है और कई प्रौद्योगिकियों और दैनिक उपकरणों में व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रदान करता है। लेन्ज़ के नियम को समझना हमें भौतिक संसार में विद्युत और चुंबकत्व की पारस्परिक क्रिया पर एक महत्वपूर्ण दृष्टिकोण से लैस करता है।
टिप्पणियाँ