विद्युतचुम्बकीय प्रेरण
विद्युतचुम्बकीय प्रेरण स्नातक भौतिकी में विद्युतचालन के मौलिक धारणाओं में से एक है। इसे पहले माइकल फैराडे द्वारा 1831 में खोजा गया था। यह घटना तब घटित होती है जब चुम्बकीय क्षेत्र में परिवर्तन से एक विद्युतचालित बल (EMF) उत्पन्न होता है और परिणामस्वरूप, एक वृताकार परिपथ में धारा उत्पन्न होती है। विद्युतचुम्बकीय प्रेरण आज की कई प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों का मुख्य आधार है, जैसे कि विद्युत जेनरेटर, ट्रांसफार्मर, प्रेरक और कई अन्य उपकरण। इस पाठ में, हम विद्युतचुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांतों, गणितीय सूत्रों और अनुप्रयोगों को विस्तार से जानेंगे।
विद्युतचुम्बकीय प्रेरण के मूल तत्व
विद्युतचुम्बकीय प्रेरण चुम्बकीय क्षेत्रों और चालक सामग्री के बीच के परस्पर क्रिया पर आधारित है। इसे समझने के लिए, हमें पहले कुछ मूलभूत सिद्धांतों को जान लेना चाहिए:
चुम्बकीय क्षेत्र
चुम्बकीय क्षेत्र वह क्षेत्र है जो चलित विद्युत आवेशों और चुम्बकीय द्विध्रुवों द्वारा उत्पन्न होता है। यह अन्य चलित आवेशों और चुम्बकीय द्विध्रुवों पर एक बल डालता है। चुम्बकीय क्षेत्र को सामान्यतः B प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है और इसे टेस्ला (T) में मापा जाता है।
विद्युतचालित बल (emf)
विद्युतचालित बल (EMF), सामान्यतः ε द्वारा दर्शाई जाती है, एक परिवर्तनशील चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा उत्पन्न वोल्टेज है। यह पारंपरिक अर्थ में एक बल नहीं है, बल्कि यह विद्युत धारा उत्पन्न करने के लिए प्रति आवेश प्रदान की गई ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। इसे वोल्ट में मापा जाता है।
फैराडे का प्रेरण नियम
फैराडे के नियम के अनुसार एक वृताकार परिपथ में प्रेरित EMF परिच्छेद के माध्यम से चुम्बकीय फ्लक्स के परिवर्तन की समय दर के ऋणात्मक के बराबर होता है। गणितीय रूप से, फैराडे के नियम को निम्न रूप में व्यक्त किया जा सकता है:
ε = -dΦ/dtऋणात्मक चिह्न प्रेरित ईएमएफ (और धारा) की दिशा को इंगित करता है जो चुम्बकीय फ्लक्स में परिवर्तन का विरोध करता है, जिसे लेंज के नियम के रूप में जाना जाता है। यह सिद्धांत ऊर्जा संरक्षण को बनाए रखता है और संवेग के संरक्षण का सीधा परिणाम है।
चुम्बकीय फ्लक्स की समझ
चुम्बकीय फ्लक्स, जिसे Φ द्वारा दर्शाया जाता है, एक विशेष क्षेत्र पर चुम्बकीय क्षेत्र की ताकत और विस्तार का माप है। इसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा दिया गया है:
Φ = B * A * cos(θ)Bचुम्बकीय क्षेत्र की ताकत है।Aवह क्षेत्र है जिसके माध्यम से क्षेत्र रेखाएँ गुजरती हैं।θचुम्बकीय क्षेत्र और क्षेत्रAके लंबवत के बीच का कोण है।
लेंज का नियम
लेंज का नियम हमें प्रेरित धारा की दिशा निर्धारित करने में मदद करता है। यह कहता है कि प्रेरित ईएमएफ की दिशा और, इस प्रकार, इसके माध्यम से प्रवाहित धारा ऐसी होती है कि यह इसे उत्पन्न करने वाले चुम्बकीय फ्लक्स के परिवर्तन का विरोध करती है। यह प्रकृति का एक मौलिक सिद्धांत दर्शाता है, जो निरंतर गति को रोकता है और संरक्षण नियमों को बनाए रखता है।
उदाहरण: सरल कॉइल
एक सरल कॉइल को समझें जिसमें N घुमाव हैं, जो कि एक समय-परिवर्तनशील चुम्बकीय क्षेत्र में स्थित है। फैराडे के नियम के अनुसार, इस कॉइल के लिए प्रेरित EMF है:
ε = -N * (dΦ/dt)यहाँ, N कॉइल में घुमाव की संख्या है।
विद्युतचुम्बकीय प्रेरण की दृष्टि
विद्युतचुम्बकीय प्रेरण को बेहतर ढंग से समझने के लिए, परिवर्तित होते हुए चुम्बकीय क्षेत्र के एक कॉइल के निम्नलिखित उदाहरण पर विचार करें:
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