चुंबकीय क्षेत्र तथा क्षेत्र रेखाएँ
फ्रिज पर लगा चुंबक बिना गोंद के दरवाज़े से चिपकता है और हाथ में रखा दिक्सूचक सदा उत्तर की ओर रुकता है। दोनों बातें चुंबक के चारों ओर फैले अदृश्य खिंचाव या धक्के को दिखाती हैं।
चुंबक के दो ध्रुव होते हैं, उत्तरी और दक्षिणी। समान ध्रुव प्रतिकर्षित करते हैं और असमान ध्रुव आकर्षित। चुंबकीय क्षेत्र चुंबक के चारों ओर का वह क्षेत्र है जिसमें उसका बल अनुभव होता है; इसमें परिमाण और दिशा दोनों होते हैं। क्षेत्र को क्षेत्र रेखाओं से दिखाते हैं : चुंबक के बाहर वे उत्तरी ध्रुव से दक्षिणी ध्रुव की ओर और भीतर दक्षिण से उत्तर की ओर जाती हैं, इसलिए वे बंद वक्र बनाती हैं। जहाँ रेखाएँ सटी हों वहाँ क्षेत्र प्रबल (ध्रुवों के पास) होता है और दो रेखाएँ कभी एक-दूसरे को नहीं काटतीं। दिक्सूचक की सुई एक छोटा चुंबक है जो क्षेत्र के अनुदिश घूमता है; उसका उत्तरी ध्रुव क्षेत्र की दिशा दिखाता है।
सूत्र / समीकरण : चुंबक के बाहर : N → S · भीतर : S → N · सटी रेखाएँ = प्रबल क्षेत्र · रेखाएँ कभी नहीं कटतीं · समान ध्रुव प्रतिकर्षित, असमान आकर्षित
आकृति में : क्षेत्र रेखाएँ उत्तरी ध्रुव से निकलती हैं, दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं और ध्रुवों के पास सबसे सटी होती हैं।
नियम 1 : ध्रुव : आकर्षण या प्रतिकर्षण — असमान ध्रुव (N–S) एक-दूसरे को खींचते हैं; समान ध्रुव (N–N या S–S) दूर धकेलते हैं। दिक्सूचक की सुई ऐसे घूमती है कि उसका उत्तरी ध्रुव क्षेत्र की दिशा में संकेत करे।
- सरल : दो चुंबकों के उत्तरी ध्रुव आमने-सामने रखे : वे दूर धकेले जाते हैं।
- मध्यम : छड़ चुंबक के दक्षिणी ध्रुव के पास दिक्सूचक रखा। उसका उत्तरी सिरा चुंबक की ओर मुड़ता है, क्योंकि असमान ध्रुव आकर्षित होते हैं।
- परीक्षा के लिए : लटका चुंबक दिक्सूचक सुई के उत्तरी सिरे को प्रतिकर्षित करता है। चुंबक का वह सिरा उत्तरी ध्रुव है, क्योंकि केवल समान ध्रुव ही प्रतिकर्षित करते हैं।
नियम 2 : क्षेत्र रेखाएँ पढ़ना — प्रबलता जानने के लिए देखें कि रेखाएँ कितनी पास हैं, और दिशा के लिए तीर देखें। सटी रेखाएँ प्रबल क्षेत्र और दूर-दूर रेखाएँ दुर्बल क्षेत्र बताती हैं। बराबर दूरी की समानांतर रेखाएँ एकसमान क्षेत्र बताती हैं।
- सरल : P पर रेखाएँ 2 mm दूर और Q पर 6 mm दूर : क्षेत्र P पर अधिक प्रबल।
- मध्यम : छोटा उत्तरी ध्रुव सटी रेखाओं वाले भाग से दूर-दूर रेखाओं वाले भाग में ले जाया गया। उस पर बल घटता है।
- परीक्षा के लिए : एक छात्र कहता है कि ध्रुव के पास दो क्षेत्र रेखाएँ कटती हैं। यह असंभव है, क्योंकि कटान बिंदु पर दिक्सूचक को एक साथ दो दिशाओं में संकेत करना पड़ेगा।
क्षेत्र रेखाएँ काल्पनिक हैं। ये क्षेत्र की कल्पना करने का एक तरीका हैं; लौह-चूर्ण से पैटर्न दिखाई देता है।
यह कहना कि क्षेत्र रेखाएँ ध्रुवों पर समाप्त हो जाती हैं, गलत है। वे चुंबक के भीतर दक्षिण से उत्तर जाकर बंद पाश बनाती हैं।
N से बाहर, S में भीतर, बंद पाश, कभी नहीं कटतीं। याद रखने की युक्ति : "उत्तर से बाहर, दक्षिण में भीतर" : चुंबक के बाहर रेखाएँ उत्तरी ध्रुव से निकलकर दक्षिणी ध्रुव में जाती हैं।
अंतर पहचानिए
| बिंदु | प्रबल क्षेत्र | दुर्बल क्षेत्र |
|---|---|---|
| क्षेत्र रेखाएँ | सटी, पास-पास | दूर-दूर |
| कहाँ मिलता है | ध्रुवों के पास | चुंबक से दूर |
अभ्यास के प्रश्न
- 1चुंबक के चारों ओर जिस क्षेत्र में उसका बल अनुभव होता है उसे क्या कहते हैं?
- 2छड़ चुंबक के बाहर क्षेत्र रेखाएँ किस दिशा में जाती हैं?
- 3क्षेत्र रेखाएँ कितनी पास हैं, इससे क्या पता चलता है?
- 4दो क्षेत्र रेखाएँ कभी क्यों नहीं कटतीं?
- 5ध्रुव A के पास रेखाएँ 3 mm दूर और चुंबक के पार्श्व के पास 9 mm दूर हैं। क्षेत्र कहाँ प्रबल है?
- 6चुंबक के दक्षिणी ध्रुव के पास दिक्सूचक सुई लाई गई। सुई का कौन-सा सिरा चुंबक की ओर मुड़ता है?
- 7एकसमान क्षेत्र किस आकार की रेखाएँ दिखाती हैं?
- 8मानव शरीर के कौन-से दो अंग MRI के लिए उपयोगी हो सकने योग्य चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1चुंबकीय क्षेत्र।
- 2उत्तरी ध्रुव से दक्षिणी ध्रुव की ओर (और भीतर दक्षिण से उत्तर की ओर)।
- 3क्षेत्र की प्रबलता : सटी रेखाएँ अर्थात् प्रबल क्षेत्र।
- 4क्योंकि कटान बिंदु पर क्षेत्र की एक साथ दो दिशाएँ हो जाएँगी।
- 5ध्रुव A के पास, क्योंकि वहाँ रेखाएँ पास हैं।
- 6उसका उत्तरी सिरा, क्योंकि असमान ध्रुव आकर्षित होते हैं।
- 7बराबर दूरी की समानांतर सीधी रेखाएँ।
- 8हृदय और मस्तिष्क।
सीधे विद्युतवाही तार के कारण चुंबकीय क्षेत्र
स्विच दबाते ही तार के पास रखा दिक्सूचक एक ओर झटका खाता है। सुई को कोई छूता नहीं; तार की धारा उसके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र बना देती है।
1820 में हांस क्रिश्चियन ऑर्स्टेड ने देखा कि धारावाही तार पास की दिक्सूचक सुई को विक्षेपित करती है, जिससे पता चला कि विद्युत और चुंबकत्व जुड़े हुए हैं। लंबे सीधे तार के चारों ओर क्षेत्र रेखाएँ तार के लंबवत तल में संकेंद्री वृत्त होती हैं। इनकी दिशा दाएँ हाथ के अँगूठे के नियम से मिलती है : तार को दाएँ हाथ में ऐसे पकड़ें कि अँगूठा धारा की दिशा में हो; मुड़ी उँगलियाँ क्षेत्र की दिशा बताती हैं (मैक्सवेल का पेंच नियम भी यही बताता है)। धारा उलटने पर क्षेत्र उलट जाता है। धारा बढ़ने पर क्षेत्र बढ़ता है और तार से दूर जाने पर घटता है।
सूत्र / समीकरण : अँगूठा = धारा · मुड़ी उँगलियाँ = क्षेत्र · I बढ़ने पर क्षेत्र बढ़ता है · दूरी बढ़ने पर क्षेत्र घटता है (B ∝ I/d)
आकृति में : सीधे तार का क्षेत्र वृत्तों का समूह होता है; दायाँ हाथ लें, अँगूठा धारा की दिशा में।
नियम 1 : क्षेत्र की दिशा — दाएँ हाथ का अँगूठा धारा की दिशा में रखें और उँगलियाँ मोड़ें। धारा आपकी ओर हो तो वृत्त वामावर्त; आपसे दूर हो तो दक्षिणावर्त।
- सरल : ऊर्ध्वाधर तार में धारा ऊपर की ओर : ऊपर से देखने पर क्षेत्र के वृत्त वामावर्त चलते हैं।
- मध्यम : क्षैतिज तार में धारा पूर्व की ओर। तार के ठीक ऊपर क्षेत्र दक्षिण की ओर; ठीक नीचे उत्तर की ओर।
- परीक्षा के लिए : ऊर्ध्वाधर तार के दोनों ओर समान दूरी पर दो दिक्सूचक रखे। उनकी सुइयाँ विपरीत दिशाओं में विक्षेपित होती हैं, क्योंकि विपरीत ओर क्षेत्र की दिशा विपरीत होती है।
नियम 2 : क्षेत्र की प्रबलता — किसी बिंदु पर क्षेत्र धारा के अनुक्रमानुपाती होता है और तार से दूरी बढ़ने पर दुर्बल होता है। धारा दोगुनी करने पर क्षेत्र दोगुना; दूरी तीन गुनी करने पर क्षेत्र एक-तिहाई।
- सरल : उसी बिंदु पर धारा 2 A से 6 A हुई : क्षेत्र 3 गुना हो जाता है।
- मध्यम : तार से 2 cm दूर का दिक्सूचक 6 cm दूर वाले से अधिक विक्षेपित होता है, क्योंकि तार से दूर क्षेत्र दुर्बल होता है।
- परीक्षा के लिए : 3 cm पर क्षेत्र B है और धारा वही है। 9 cm पर क्षेत्र B ÷ 3, अर्थात् B से कम। आवरण का रंग बदलने से कुछ नहीं बदलता।
धारा न हो तो तार का क्षेत्र नहीं होता : स्विच बंद करने पर दिक्सूचक फिर उत्तर-दक्षिण स्थिति में आ जाता है।
अँगूठे के नियम के लिए बायाँ हाथ लगाना। तार के क्षेत्र के लिए दायाँ हाथ लें; बायाँ हाथ बल के नियम के लिए है।
अँगूठा = धारा, उँगलियाँ = क्षेत्र, दायाँ हाथ। याद रखने की युक्ति : "अँगूठा = धारा" : दायाँ हाथ, अँगूठा = धारा, मुड़ी उँगलियाँ = क्षेत्र।
अंतर पहचानिए
| बिंदु | सीधा तार | छड़ चुंबक |
|---|---|---|
| क्षेत्र रेखाएँ | तार के चारों ओर संकेंद्री वृत्त | बाहर N से S बंद वक्र |
| दिशा का नियम | दाएँ हाथ के अँगूठे का नियम | दिक्सूचक का उत्तरी ध्रुव बताता है |
अभ्यास के प्रश्न
- 1धारावाही तार दिक्सूचक सुई को विक्षेपित करता है, यह किसने खोजा?
- 2लंबे सीधे तार के चारों ओर क्षेत्र रेखाओं का आकार क्या है?
- 3दाएँ हाथ के अँगूठे का नियम बताइए।
- 4धारा उलटने पर दिक्सूचक के विक्षेप का क्या होता है?
- 51.5 A धारा बढ़ाकर 4.5 A की गई। निश्चित बिंदु पर क्षेत्र कितने गुना बदलता है?
- 6ऊर्ध्वाधर तार में धारा नीचे की ओर है। ऊपर से देखने पर क्षेत्र के वृत्त दक्षिणावर्त हैं या वामावर्त?
- 7क्षैतिज तार में धारा उत्तर की ओर है। तार के ठीक ऊपर क्षेत्र किस दिशा में है?
- 8क्या किसी बिंदु पर क्षेत्र तार के आवरण के रंग पर निर्भर करता है?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1हांस क्रिश्चियन ऑर्स्टेड।
- 2तार पर केंद्रित संकेंद्री वृत्त।
- 3तार को दाएँ हाथ में अँगूठा धारा की दिशा में रखकर पकड़ें; मुड़ी उँगलियाँ क्षेत्र की दिशा देती हैं।
- 4विक्षेप उलट जाता है।
- 54.5 ÷ 1.5 = 3, अतः क्षेत्र 3 गुना हो जाता है।
- 6दक्षिणावर्त।
- 7पूर्व की ओर।
- 8नहीं। यह केवल धारा और दूरी पर निर्भर करता है।
वृत्ताकार पाश, परिनालिका तथा विद्युत चुंबक
कबाड़खाने की क्रेन एक बड़ी चकती से टूटी गाड़ी उठा लेती है और चालक के स्विच दबाते ही उसे गिरा देती है। वह चकती विद्युत चुंबक है : धारा बहने पर ही वह चुंबक रहती है।
धारावाही वृत्ताकार पाश का प्रत्येक छोटा भाग वृत्ताकार क्षेत्र रेखाएँ देता है और पाश के केंद्र के पास वे पाश के तल के लंबवत सीधी रेखाओं जैसी दिखती हैं। n फेरों वाली कुंडली n गुना क्षेत्र देती है, क्योंकि सभी फेरों के क्षेत्र जुड़ जाते हैं। परिनालिका अनेक सटे वृत्ताकार फेरों की लंबी कुंडली है; इसका क्षेत्र छड़ चुंबक जैसा होता है, भीतर एकसमान और अक्ष के समानांतर, एक सिरा उत्तरी ध्रुव और दूसरा दक्षिणी ध्रुव। ध्रुव जानने के लिए एक सिरे को देखें : वामावर्त धारा = उत्तरी ध्रुव, दक्षिणावर्त धारा = दक्षिणी ध्रुव। परिनालिका में रखा नरम लोहे का टुकड़ा प्रबल चुंबक बन जाता है, जिसे विद्युत चुंबक कहते हैं। इसे बंद किया जा सकता है और इसकी प्रबलता धारा तथा फेरों की संख्या से बदली जा सकती है।
सूत्र / समीकरण : क्षेत्र ∝ फेरों की संख्या · क्षेत्र ∝ धारा · वामावर्त सिरा = N · दक्षिणावर्त सिरा = S · नरम लोहे की क्रोड = विद्युत चुंबक
आकृति में : अधिक फेरे, अधिक धारा और नरम लोहे की क्रोड से विद्युत चुंबक प्रबल होता है।
वृत्ताकार पाश, परिनालिका तथा विद्युत चुंबक
ऐप में इस आकृति को हाथ से हिलाकर देख सकते हैं।
ऐप में खोलेंनियम 1 : कुंडली या परिनालिका की प्रबलता — केंद्र पर क्षेत्र फेरों की संख्या और धारा बढ़ाने पर बढ़ता है और पाश बड़ा करने पर घटता है। फेरे या धारा दोगुनी करने पर क्षेत्र दोगुना होता है।
- सरल : 25 फेरों वाली कुंडली में 2 A है; उतने ही आकार की 50 फेरों वाली में भी 2 A : क्षेत्र दोगुना प्रबल।
- मध्यम : 40 फेरों वाली कुंडली उतनी ही धारा पर एक फेरे से लगभग 40 गुना क्षेत्र देती है, क्योंकि सभी 40 क्षेत्र जुड़ जाते हैं।
- परीक्षा के लिए : 100 फेरों वाली कुंडली में 3 A बहता है। धारा 1.5 A और फेरे 200 कर दें तो क्षेत्र वही रहता है : धारा आधी पर फेरे दोगुने।
नियम 2 : कुंडली के ध्रुव तथा विद्युत चुंबकों के उपयोग — कुंडली के एक सिरे को देखें। वामावर्त धारा हो तो वह सिरा उत्तरी ध्रुव; दक्षिणावर्त हो तो दक्षिणी ध्रुव। सेल उलटने पर ध्रुव बदल जाते हैं। विद्युत चुंबक क्रेन, विद्युत घंटी और लोहे के कण निकालने में प्रयुक्त होते हैं।
- सरल : परिनालिका के एक सिरे को देखने पर धारा दक्षिणावर्त : वह सिरा दक्षिणी ध्रुव।
- मध्यम : परिनालिका के एक सिरे ने दिक्सूचक के उत्तरी ध्रुव को प्रतिकर्षित किया। वह सिरा उत्तरी ध्रुव है, क्योंकि समान ध्रुव प्रतिकर्षित करते हैं।
- परीक्षा के लिए : कुंडली में रखा इस्पात धारा बंद होने पर भी चुंबकित रहता है, इसलिए स्थायी चुंबक बनता है; नरम लोहा शीघ्र चुंबकत्व खो देता है, इसलिए विद्युत चुंबक के लिए उपयुक्त है।
लंबी परिनालिका के भीतर क्षेत्र एकसमान होता है, इसलिए रेखाएँ समानांतर और बराबर दूरी पर होती हैं; बाहर वह दुर्बल होता है।
विद्युत चुंबक की क्रोड के लिए इस्पात लेना। इस्पात चुंबकत्व बनाए रखता है, इसलिए धारा बंद करने पर भी भार नहीं गिरेगा। नरम लोहा लें।
वामावर्त = उत्तर, दक्षिणावर्त = दक्षिण; नरम लोहे की क्रोड, अधिक फेरे, अधिक धारा। याद रखने की युक्ति : "वामावर्त = उत्तर" : Anticlockwise = North (A–N), Clockwise = South (C–S)। याद रखें : "उलटा उत्तर, सीधा दक्षिण"।
अंतर पहचानिए
| बिंदु | विद्युत चुंबक | स्थायी चुंबक |
|---|---|---|
| किससे बनता है | कुंडली में नरम लोहे की क्रोड | इस्पात |
| प्रबलता व बंद करना | बदली या बंद की जा सकती है | निश्चित, बंद नहीं की जा सकती |
अभ्यास के प्रश्न
- 1परिनालिका क्या है?
- 2लंबी परिनालिका के भीतर क्षेत्र कैसा होता है?
- 3परिनालिका के एक सिरे को देखने पर धारा वामावर्त है। वह सिरा कौन-सा ध्रुव है?
- 4विद्युत चुंबक की क्रोड के लिए नरम लोहा क्यों लेते हैं?
- 5विद्युत चुंबक को प्रबल बनाने के दो उपाय बताइए।
- 660 फेरों वाली कुंडली को उतने ही आकार की 180 फेरों वाली कुंडली से बदला गया, धारा वही। केंद्रीय क्षेत्र कैसे बदलता है?
- 7परिनालिका का सेल उलट दिया गया। उसके ध्रुवों का क्या होता है?
- 8विद्युत चुंबकों के दो उपयोग बताइए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1विद्युतरोधी तार के अनेक सटे वृत्ताकार फेरों की लंबी कुंडली।
- 2एकसमान : अक्ष के अनुदिश समानांतर सीधी रेखाएँ।
- 3उत्तरी ध्रुव।
- 4यह आसानी से चुंबकित होता है और आसानी से चुंबकत्व खो देता है।
- 5धारा बढ़ाना; फेरों की संख्या बढ़ाना।
- 6180 ÷ 60 = 3, अतः क्षेत्र 3 गुना हो जाता है।
- 7ध्रुव आपस में बदल जाते हैं।
- 8क्रेन से लोहे का कबाड़ उठाना; विद्युत घंटी (तथा आँख से लोहे के कण निकालना)।
विद्युतवाही चालक पर बल (फ्लेमिंग का बाएँ हाथ का नियम)
छत का पंखा, मिक्सर और पानी का पंप, सब एक ही विचार से घूमते हैं : चुंबकीय क्षेत्र में रखा धारावाही तार बगल की ओर धकेला जाता है।
चुंबकीय क्षेत्र में स्थित धारावाही चालक पर बल लगता है, क्योंकि चुंबक और धारा एक-दूसरे पर बल लगाते हैं (यह सुझाव आन्द्रे-मैरी ऐम्पियर ने दिया)। जब धारा क्षेत्र के लंबवत हो तो बल अधिकतम और क्षेत्र के समानांतर हो तो शून्य होता है। धारा या क्षेत्र उलटने पर बल उलट जाता है। बल की दिशा फ्लेमिंग का बाएँ हाथ का नियम देता है : बाएँ हाथ का अँगूठा, तर्जनी और मध्यमा परस्पर लंबवत फैलाएँ; यदि तर्जनी क्षेत्र और मध्यमा धारा दर्शाए, तो अँगूठा बल दर्शाता है। विद्युत मोटर कुंडली पर लगने वाले इसी बल का उपयोग करती है और विभक्त वलय दिक्परिवर्तक हर आधे चक्कर पर धारा उलट देता है, ताकि कुंडली एक ही दिशा में घूमती रहे। इलेक्ट्रॉन पुंज जैसे गतिमान आवेश पर भी ऐसा ही बल लगता है।
सूत्र / समीकरण : बल अधिकतम जब I ⟂ B और शून्य जब I ∥ B · अँगूठा = बल, तर्जनी = क्षेत्र, मध्यमा = धारा · बल ∝ धारा
आकृति में : तर्जनी क्षेत्र, मध्यमा धारा, अँगूठा बल; तीनों समकोण पर और सब बाएँ हाथ की।
नियम 1 : बल की दिशा — बायाँ हाथ लें। तर्जनी को क्षेत्र की दिशा में और मध्यमा को धारा की दिशा में रखें; अँगूठा बल देता है। धारा या क्षेत्र में से एक उलटे तो बल उलटता है; दोनों उलटें तो बल वही रहता है।
- सरल : क्षेत्र ऊपर की ओर और धारा दक्षिण से उत्तर की ओर : अँगूठा पूर्व की ओर, अतः बल पूर्व की ओर।
- मध्यम : क्षेत्र उत्तर की ओर और धारा ऊपर की ओर : तर्जनी उत्तर, मध्यमा ऊपर, अतः अँगूठा पश्चिम की ओर और बल पश्चिम की ओर।
- परीक्षा के लिए : प्रोटॉन क्षेत्र की दिशा में ही चल रहा है। उस पर बल नहीं लगता, क्योंकि गति क्षेत्र के समानांतर हो तो बल शून्य होता है।
नियम 2 : बल का परिमाण और मोटर — बल धारा, चुंबक की प्रबलता और क्षेत्र में तार की लंबाई के साथ बढ़ता है। मोटर अधिक फेरों, प्रबल चुंबक या अधिक धारा से तेज़ घूमती है; बैटरी उलटने से केवल घूमने की दिशा उलटती है।
- सरल : तार पर 4 A पर बल 0.3 N है। 2 A पर यह 0.15 N, क्योंकि बल धारा के अनुक्रमानुपाती है।
- मध्यम : मोटर को उलटा घुमाने के लिए बैटरी उलटें। तेज़ घुमाने के लिए फेरे बढ़ाएँ, प्रबल चुंबक लें या धारा बढ़ाएँ; केवल बैटरी उलटने से गति नहीं बढ़ती।
- परीक्षा के लिए : दिक्परिवर्तक न हो तो कुंडली आधा चक्कर घूमकर रुक जाती, क्योंकि धारा नहीं उलटती और बल उसे वापस खींच लेते।
एक ही दिशा में धारा वाले दो समानांतर तार एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं; विपरीत धाराएँ प्रतिकर्षित करती हैं।
बल के लिए दायाँ हाथ लगाना। बल के नियम में बायाँ हाथ लगता है। दाएँ हाथ का अँगूठे का नियम केवल तार के क्षेत्र के लिए है।
बायाँ हाथ, तीन उँगलियाँ समकोण पर : क्षेत्र – धारा – बल। याद रखने की युक्ति : "FBI" : F (बल) = अँगूठा, B (क्षेत्र) = तर्जनी, I (धारा) = मध्यमा, सब बाएँ हाथ की। याद रखें : "बायाँ हाथ = मोटर"।
अंतर पहचानिए
| बिंदु | दाएँ हाथ के अँगूठे का नियम | फ्लेमिंग का बाएँ हाथ का नियम |
|---|---|---|
| क्या ज्ञात करता है | धारा से उत्पन्न क्षेत्र की दिशा | क्षेत्र में धारा पर बल की दिशा |
| उँगलियाँ | अँगूठा = धारा, मोड़ = क्षेत्र | अँगूठा = बल, तर्जनी = क्षेत्र, मध्यमा = धारा |
अभ्यास के प्रश्न
- 1क्षेत्र में धारावाही चालक पर बल कब सर्वाधिक होता है?
- 2फ्लेमिंग का बाएँ हाथ का नियम बताइए।
- 3यदि धारा और क्षेत्र दोनों उलट दिए जाएँ तो बल का क्या होता है?
- 4धारा पूर्व की ओर है और क्षेत्र ऊपर की ओर। बल किस दिशा में है?
- 5मोटर में विभक्त वलय दिक्परिवर्तक का कार्य क्या है?
- 6एक तार पर 5 A पर 0.8 N बल लगता है। उसी क्षेत्र में 2 A पर बल कितना होगा?
- 7विद्युत मोटर में ऊर्जा का रूपांतरण बताइए।
- 8क्षेत्र की दिशा में रखे तार पर बल क्यों नहीं लगता?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1जब धारा क्षेत्र के लंबवत हो।
- 2बाएँ हाथ का अँगूठा, तर्जनी और मध्यमा समकोण पर फैलाएँ : तर्जनी = क्षेत्र, मध्यमा = धारा, अँगूठा = बल।
- 3बल वही रहता है : दो उलटफेर निरस्त हो जाते हैं।
- 4दक्षिण की ओर (तर्जनी ऊपर, मध्यमा पूर्व, अँगूठा दक्षिण)।
- 5यह हर आधे चक्कर पर कुंडली में धारा उलट देता है ताकि कुंडली एक ही दिशा में घूमती रहे।
- 6बल ∝ धारा, अतः 0.8 × 2 ÷ 5 = 0.32 N।
- 7विद्युत ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा में बदलती है।
- 8क्योंकि धारा क्षेत्र के समानांतर हो तो बल शून्य होता है।
घरेलू विद्युत परिपथ तथा सुरक्षा
दीवार के सॉकेट में गीज़र लगाने पर उसके धातु के आवरण से भूमि से जुड़ा हरा तार होता है। कोई ढीला तार आवरण को छू भी जाए तो धारा आपको झटका दिए बिना भूमि में चली जाती है।
भारत में घरों को लगभग 220 V और 50 Hz की प्रत्यावर्ती धारा (AC) मिलती है, यानी दिशा प्रति सेकंड 100 बार उलटती है; सेल दिष्ट धारा (DC) देता है। तीन तार होते हैं : उच्च विभव पर विद्युन्मय तार (लाल), शून्य विभव पर उदासीन तार (काला) और भूमि में गड़ी धातु की प्लेट तथा उपकरणों के धातु आवरणों से जुड़ा भू-संपर्क तार (हरा)। उपकरण पार्श्वक्रम में जोड़े जाते हैं, इसलिए प्रत्येक को 220 V मिलता है और वह स्वतंत्र रूप से चलता है। फ्यूज़ कम गलनांक का छोटा तार है जो विद्युन्मय तार के श्रेणीक्रम में जुड़ता है; धारा अधिक होने पर वह पिघलकर परिपथ तोड़ देता है। विद्युन्मय और उदासीन तार छू जाएँ और धारा विशाल हो जाए तो लघुपथन होता है; एक परिपथ से बहुत उपकरण धारा लें तो अतिभारण होता है। घर में बल्ब-पंखों के लिए 5 A और गीज़र-वातानुकूलक के लिए 15 A का परिपथ रखते हैं। अब कई घरों में फ्यूज़ के स्थान पर MCB लगता है।
सूत्र / समीकरण : I = P/V · विद्युन्मय = लाल, उदासीन = काला, भू-संपर्क = हरा · 5 A परिपथ ≈ 1100 W · 15 A परिपथ ≈ 3300 W (220 V पर)
आकृति में : फ्यूज़ सबसे कमज़ोर कड़ी है : उपकरण को हानि होने से पहले वह पिघलकर परिपथ तोड़ देता है।
नियम 1 : ली गई धारा और उचित फ्यूज़ — ली गई धारा = शक्ति ÷ विभव, I = P/V। इस सामान्य धारा से थोड़ी अधिक रेटिंग का फ्यूज़ चुनें। बहुत कम रेटिंग का फ्यूज़ बार-बार जलता है; बहुत अधिक रेटिंग का सुरक्षा नहीं देता।
- सरल : 220 V पर 2200 W का ओवन I = 2200 ÷ 220 = 10 A लेता है।
- मध्यम : 660 W का उपकरण 3 A लेता है, अतः 5 A का फ्यूज़ उचित है। 1 A का फ्यूज़ चालू करते ही हर बार जल जाएगा।
- परीक्षा के लिए : एक 15 A, 220 V परिपथ पर 3 kW का एयर-कूलर और 400 W का पंखा चलते हैं। कुल शक्ति 3400 W, I = 3400 ÷ 220 ≈ 15.5 A, जो 15 A से अधिक है, इसलिए परिपथ अतिभारित हो जाता है।
नियम 2 : भू-संपर्क तार, लघुपथन तथा अतिभारण — भू-संपर्क तार क्षरण धारा को भूमि तक जाने का सुरक्षित, कम प्रतिरोध का पथ देता है, इसलिए धातु के उपकरण का आवरण कभी उच्च विभव पर नहीं रहता। लघुपथन और अतिभारण दोनों में धारा बहुत बड़ी हो जाती है और फ्यूज़ या MCB उसे काट देता है।
- सरल : विद्युन्मय तार भू-संपर्कित इस्त्री के धातु आवरण को छू गया : धारा भू-संपर्क तार से भूमि में चली जाती है और आप सुरक्षित रहते हैं।
- मध्यम : स्विच विद्युन्मय तार में लगाना चाहिए। बंद होने पर उपकरण उच्च विभव से कट जाता है और विद्युन्मय नहीं रहता।
- परीक्षा के लिए : जले हुए 5 A फ्यूज़ की जगह मोटा ताँबे का तार लगाना खतरनाक है : ताँबे का गलनांक अधिक होने से वह नहीं पिघलेगा और अतिरिक्त धारा से सुरक्षा समाप्त हो जाएगी।
तीन-पिन प्लग की भू-संपर्क पिन लंबी और मोटी होती है, इसलिए भू-संपर्क पहले जुड़ता और अंत में टूटता है।
स्विच उदासीन तार में लगाना या ताँबे के तार को फ्यूज़ बनाना। स्विच विद्युन्मय तार में ही हो और फ्यूज़ तार आसानी से पिघलने वाला हो।
विद्युन्मय लाल, उदासीन काला, भू-संपर्क हरा; फ्यूज़ और स्विच विद्युन्मय तार में। याद रखने की युक्ति : "RBG" : Red = विद्युन्मय, Black = उदासीन, Green = भू-संपर्क। याद रखें : "लाल विद्युन्मय, काला उदासीन, हरा भूमि का"।
अंतर पहचानिए
| बिंदु | लघुपथन | अतिभारण |
|---|---|---|
| कारण | विद्युन्मय और उदासीन तार छू जाते हैं | एक परिपथ पर बहुत उपकरण |
| परिणाम | प्रतिरोध घटता है, विशाल धारा | कुल धारा सुरक्षित सीमा से अधिक |
अभ्यास के प्रश्न
- 1भारत में घरेलू AC आपूर्ति का विभव और आवृत्ति कितनी है?
- 2विद्युन्मय, उदासीन और भू-संपर्क तारों का रंग-संकेत बताइए।
- 3भू-संपर्क तार उपकरण के धातु आवरण से क्यों जोड़ा जाता है?
- 4फ्यूज़ किस सिद्धांत पर कार्य करता है और किस तार में लगाया जाता है?
- 5220 V पर 1100 W की इस्त्री कितनी धारा लेती है?
- 6एक 15 A, 220 V परिपथ से 3300 W का गीज़र और 220 W का पंखा जुड़े हैं। क्या वह अतिभारित है?
- 7घरेलू उपकरण पार्श्वक्रम में क्यों जोड़े जाते हैं?
- 8फ्यूज़ तार कम गलनांक वाले पदार्थ का क्यों होना चाहिए?
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1लगभग 220 V और 50 Hz।
- 2विद्युन्मय : लाल; उदासीन : काला; भू-संपर्क : हरा।
- 3ताकि क्षरण धारा भूमि में चली जाए और उपयोगकर्ता को तीव्र झटका न लगे।
- 4धारा का ऊष्मीय प्रभाव; इसे विद्युन्मय तार के श्रेणीक्रम में लगाते हैं।
- 5I = 1100 ÷ 220 = 5 A।
- 6कुल 3520 W, I = 3520 ÷ 220 = 16 A, जो 15 A से अधिक है, इसलिए हाँ।
- 7प्रत्येक को पूरा 220 V मिलता है और वह दूसरों से स्वतंत्र चलता है।
- 8ताकि धारा अधिक होने पर वह आसानी से पिघलकर परिपथ तोड़ दे।