वैद्युत चुम्बकीय प्रेरणा

फैराडे का नियम

• फैराडे का चुम्बकीय प्रेरणा का नियम कहता है कि एक परिवर्तनशील चुम्बकीय क्षेत्र निर्दोषित में एक चालक में एक विद्युतीक बल (ईएमएफ) उत्पन्न करता है। (NCERT कक्षा 12, अध्याय 6, वैद्युत चुम्बकीय प्रेरणा)

$$\text{विद्युतीक बल}=-\frac{d\phi_B}{dt}$$ जहां,

• (\text{विद्युतीक बल}) विद्युतीय चालकता है

• (\phi_B) चुम्बकीय फ्लक्स है

• ईएमएफ की मात्रा चुम्बकीय फ्लक्स के प्रवाह की दर के बराबर होती है।

• लेंज का नियम यह तय करता है कि चुम्बकीय फील्ड द्वारा उत्पन्न किया गया ईएमएफ और विद्युत धारा का दिशा। (NCERT कक्षा 12, अध्याय 6, वैद्युत चुम्बकीय प्रेरणा)

• उत्पन्न की गई धारा का दिशा वह होती है जिसमें चुम्बकीय फील्ड ने मूल चुम्बकीय फील्ड में परिवर्तन के विरुद्ध बदलाव को रोका है।

आत्म-चुम्बकीयता

• एक कोइल की आत्म-चुम्बकीयता उसके द्वारा प्रवाहित धारा में परिवर्तन को रोकने की गुणवत्ता होती है, जिसके द्वारा वह अपने आप में एक ईएमएफ उत्पन्न करती है। (NCERT कक्षा 12, अध्याय 7, परिवर्ती धारा)
• कोइल की आत्म-चुम्बकीयता ((L)) कोइल के साथ जुड़े मुक़द्दमे के चुम्बकीय फलक्स ((\phi)) के मात्रा ((I)) के अनुपात के रूप में परिभाषित की जाती है। $$L=\frac{\phi}{I}$$
• आत्म-चुम्बकीयता की सुक्रिया हेनरी (H) है।
• लम्बाई वाली चुम्बक, क्रॉस-सेक्शन ((A)) और (N) के पारिकट हर करने वाले बेलन में आत्म-चुम्बकीयता दी जाती है: $$L=\frac{\mu_0N^2A}{l}$$
• यहां (\mu_0) एक मुक्त समय का विभावन है, जिसकी मान (4\pi\times10^{-7}\text{ T m/A या H/m}) होती है।
• एक टोराइड की आत्म-चुम्बकीयता दी जाती है $$L=\frac{\mu_0N^2}{2\pi R}$$ यहां (R) टोराइड का माध्यम त्रिज्या है।

चुम्बकीय क्षेत्र में संग्रहित ऊर्जा

• जब एक इंडक्टर उसमे प्रवाहित धारा के परिवर्तन का विरोध करता है, तो कुछ विद्युतीय ऊर्जा इंडक्टर के संगठित चुम्बकीय क्षेत्र में संग्रहित होती है।
• एक इंडक्टर में संग्रहित चुम्बकीय क्षेत्र ((U_B)) को इस प्रकार दिया जाता है $$U_B =\frac{1}{2}LI^2$$
• यहां (I) इंडक्टर में प्रवाहित धारा होती है।

इंडक्टर्स

• इंडक्टर्स वैद्युतिक घटक हैं जिनका उच्च आत्म-चुम्बकीयता होती है।
• इंडक्टर्स कोर के उपयोग किए जाने वाले सामग्री के आधार पर दो प्रकार में वर्गीकृत किया जा सकता है:
• हवा-कोर इंडक्टर्स: इनमें हवा को कोर सामग्री के रूप में प्रयोग किया जाता है।
• ताम्र-कोर इंडक्टर्स: इनमें लौह को कोर सामग्री के रूप में प्रयोग किया जाता है। ताम्र-कोर इंडक्टर्स, हवा-कोर इंडक्टर्स की तुलना में अधिक आत्म-चुम्बकीयता होती है।
• श्रृंखला में इंडक्टर्स: जब इंडक्टर्स को श्रृंखला में जोड़ा जाता है, तो पाठ्यक्रम की कुल आत्म-चुम्बकीयता व्यवस्था कोइलों के इंदिवीजुअल आत्म-चुम्बकीयताओं का योग होता है। $$L_{eq}=L_1+L_2+…..+L_n$$
• पथर में इंडक्टर्स: जब इंडक्टर्स को पथर में जोड़ा जाता है, तो पाठ्यक्रम की कुल आत्म-चुम्बकीयता योग द्वारा दी जाती है $$ \frac{1}{L_{eq}}=\frac{1}{L_1}+\frac{1}{L_2}+\frac{1}{L_n}$$
• इंडक्टर में संग्रहित ऊर्जा: इंडक्टर में संग्रहित ऊर्जा को इस प्रकार दिया जाता है $$ U_L=\frac{1}{2}LI^2$$ यहां (I) इंडक्टर में प्रवाहित धारा होती है।

RL परिपथ

• जब एक इंडक्टर और एक रेजिस्टर को सीरीज में कनेक्ट किया जाता है, तो इसे एक RL सर्किट कहते हैं।
• RL सर्किट की समय निर्धारिता (({\tau})): RL सर्किट की समय निर्धारिता सर्किट को स्विच ऑन करते समय धारा को इसके स्थिर-अवस्था मान के 1-1/e\times100%\approx63.2% तक पहुंचने में लगता है। $$$$\tau=\frac{L}{R}$$
• RL सर्किटों का रिक्तीय विश्लेषण सर्किट को स्विच ऑन या स्विच ऑफ करने पर कैसे व्यवहार करते हैं, इसे अध्ययन करने की शामिल होता है। - चार्जिंग के दौरान, अर्थात सर्किट को स्विच ऑन किया जाता है, धारा समय के साथ एक्सपोनेंशियल रूप से बढ़ती है जिसका सम्बंध $$i(t)=I_0(1-e^{-t/\tau})$$ के अनुसार होता है। $$- जब t=\tau, i=\frac{I_0}{e}[[प्रायः 63% अपने अंतिम मान का]$$
• डिस्चार्जिंग के दौरान, अर्थात सर्किट को स्विच ऑफ किया जाता है, धारा समय के साथ एक्सपोनेंशियल रूप से घटती है जैसे $$i(t)=I_0\ e^{-t/\tau}$$ $$-तब ( t=\tau, i=\frac{I_0}{e}[[प्रायः 37% अपने प्रारंभिक मान का]$$

आवेशानुवांशिकता और विद्युतचुम्बकीय आवेश

• ट्रांसफॉर्मर: ट्रांसफॉर्मर उपकरण हैं जो आवेशानुवांशिकता और विद्युतचुम्बकीय आवेश के सिद्धांतों का उपयोग करके एक स्तर से दूसरे स्तर पर विकर्णीय धारा वोल्टेज बदलने के लिए करते हैं। इनमें दो कोइल होते हैं, एक प्राथमिक कोइल और एक द्वितीय कोइल, जो एकीकृत लोहे के चारों ओर विंडित होते हैं। प्राथमिक कोइल में लगाए गए विकसित वोल्टेज स्थायी मेज़निकी परिवर्तनीग्र के चंगणी म्याग्नेटिक फील्ड को उत्पन्न करते हैं, जिससे द्वितीय कोइल में एकांतरित होता है। प्राथमिक कोइल में छोड़ने वाले कोइलों के संख्या का अनुपात ट्रांसफॉर्मर का वोल्टेज परिवर्तन अनुपात निर्धारित करता है।

• मोटर और जनरेटर: मोटर और जनरेटर विद्युत-मेकेनिकल उपकरण हैं जो विद्युत ऊर्जा को यानि विन्यास से मैकेनिकल ऊर्जा में और उम्रद ढंग से बदलते हैं। मोटर और जनरेटर दोनों विद्युतचुम्बकीय आवेश के सिद्धांतों पर आधारित हैं। मोटर में, तार की एक कोइल में बह रही विद्युतीय धारा एक चुम्बकीय फील्ड उत्पन्न करती है। यह चुम्बकीय फील्ड स्थायी चुम्बक के चुम्बकीय फील्ड के साथ संचरण करता है और इससे कोइल घूमता है। जनरेटर में, उल्टी प्रक्रिया होती है: बह रही तार की एक कोइल एक चुम्बकीय फ़ील्ड में घूमने करने से विद्युत धारा पैदा करती है।

• मैग्नेटिक रिजनोंनेन्सचित्रण (एमआरआई): एमआरआई एक चिकित्सा इमेजिंग तकनीक है जो विद्युतचुम्बकीय आवेश के सिद्धांतों का उपयोग करती है ताकि शरीर के अंदर की विस्तृत छवियों को बनाया जा सके। एमआरआई मशीनें मजबूत चुम्बकों का उपयोग करती हैं जो एक मजबूत चुम्बकीय क्षेत्र बनाते हैं, जो शरीर के पानी के मोलेक्यूलों की चक्रव्रत्तीकलित चक्रों को संरेखित करता है। रेडियो तरंगें शरीर में डाली जाती हैं, जिससे प्रोटॉन्स अपने चक्रव्रत्तीकलित चक्र को फ्लिप कर देते हैं। जब रेडियो तरंगें बंद हो जाती हैं, तो प्रोटॉन्स अपने मूल चक्रव्रत्तीकलित चक्र में लौटते हैं, विद्युतचुम्बकीय तरंगें उत्पन्न करते हैं। इन तरंगों को एमआरआई मशीन द्वारा पहचाना जाता है और इसका उपयोग शरीर के ऊतकों की छवियों को बनाने के लिए किया जाता है।