चुंबकीय क्षेत्र व क्षेत्र रेषा
फ्रिजवरचा चुंबक गोंदाशिवाय दाराला चिकटतो आणि हातातील होकायंत्र नेहमी उत्तरेकडे वळून स्थिर होते. दोन्ही गोष्टी चुंबकाभोवती पसरलेला अदृश्य ओढ-ढकल दाखवतात.
चुंबकाला उत्तर व दक्षिण असे दोन ध्रुव असतात. सजातीय ध्रुव एकमेकांना दूर ढकलतात, विजातीय आकर्षित करतात. चुंबकीय क्षेत्र म्हणजे चुंबकाभोवतीचा तो भाग जिथे त्याचे बल जाणवते; त्याला परिमाण व दिशा दोन्ही असतात. क्षेत्र क्षेत्र रेषांनी दाखवतात : चुंबकाबाहेर त्या उत्तर ध्रुवाकडून दक्षिण ध्रुवाकडे, आणि आत दक्षिणेकडून उत्तरेकडे जातात, म्हणून त्या बंदिस्त वक्र असतात. रेषा दाट असतील तिथे क्षेत्र तीव्र (ध्रुवांजवळ) आणि दोन रेषा कधीच एकमेकींना छेदत नाहीत. होकायंत्राची सुई हा लहान चुंबक असून तो क्षेत्राच्या दिशेने वळतो; तिचा उत्तर ध्रुव क्षेत्राची दिशा दाखवतो.
सूत्र / समीकरण : चुंबकाबाहेर : N → S · आत : S → N · दाट रेषा = तीव्र क्षेत्र · रेषा कधी छेदत नाहीत · सजातीय ध्रुव दूर ढकलतात, विजातीय आकर्षित करतात
आकृतीत : क्षेत्र रेषा उत्तर ध्रुवातून निघतात, दक्षिण ध्रुवात शिरतात आणि ध्रुवांजवळ सर्वात जवळ असतात.
नियम 1 : ध्रुव : आकर्षण की प्रतिसारण — विजातीय ध्रुव (N–S) एकमेकांना ओढतात; सजातीय ध्रुव (N–N किंवा S–S) दूर ढकलतात. होकायंत्राची सुई अशी वळते की तिचा उत्तर ध्रुव क्षेत्राच्या दिशेने निर्देश करतो.
- सोपे : दोन चुंबकांचे उत्तर ध्रुव समोरासमोर धरले : ते दूर ढकलले जातात.
- मध्यम : दंडचुंबकाच्या दक्षिण ध्रुवाजवळ होकायंत्र ठेवला. त्याचे उत्तर टोक चुंबकाकडे वळते, कारण विजातीय ध्रुव आकर्षित होतात.
- परीक्षेसाठी : टांगलेला चुंबक होकायंत्राच्या सुईच्या उत्तर टोकाला दूर ढकलतो. चुंबकाचे ते टोक उत्तर ध्रुव आहे, कारण फक्त सजातीय ध्रुव दूर ढकलतात.
नियम 2 : क्षेत्र रेषा वाचणे — ताकद ओळखण्यासाठी रेषा किती जवळ आहेत ते पाहा, आणि दिशेसाठी बाण पाहा. दाट रेषा म्हणजे तीव्र क्षेत्र; विरळ रेषा म्हणजे दुर्बल. समान अंतराच्या समांतर रेषा म्हणजे एकसमान क्षेत्र.
- सोपे : P वर रेषा 2 mm अंतरावर व Q वर 6 mm अंतरावर : क्षेत्र P वर जास्त तीव्र.
- मध्यम : लहान उत्तर ध्रुव दाट रेषांच्या भागातून विरळ रेषांच्या भागात नेला. त्यावरील बल कमी होते.
- परीक्षेसाठी : एक विद्यार्थी म्हणतो ध्रुवाजवळ दोन क्षेत्र रेषा एकमेकींना छेदतात. हे अशक्य आहे, कारण छेदनबिंदूवर होकायंत्राला एकाच वेळी दोन दिशांना निर्देश करावा लागेल.
क्षेत्र रेषा काल्पनिक आहेत. क्षेत्राची कल्पना करण्याची ती एक पद्धत आहे; लोहचूर्णामुळे आकृती दिसते.
क्षेत्र रेषा ध्रुवांवर संपतात असे म्हणणे चूक. त्या चुंबकाच्या आत दक्षिणेकडून उत्तरेकडे जाऊन बंदिस्त वेटोळी बनवतात.
N मधून बाहेर, S मध्ये आत, बंदिस्त वेटोळी, कधी छेदत नाहीत. आठवणीची युक्ती : "नॉर्थमधून बाहेर, साउथमध्ये आत" : चुंबकाबाहेर रेषा उत्तर ध्रुवातून निघतात व दक्षिण ध्रुवात शिरतात. आठवा : "उ-बाहेर, द-आत".
फरक ओळखा
| मुद्दा | तीव्र क्षेत्र | दुर्बल क्षेत्र |
|---|---|---|
| क्षेत्र रेषा | दाट, जवळ जवळ | विरळ, दूर दूर |
| कोठे असते | ध्रुवांजवळ | चुंबकापासून दूर |
सरावासाठी प्रश्न
- 1चुंबकाभोवतीचा जिथे त्याचे बल जाणवते तो भाग काय म्हणतात?
- 2दंडचुंबकाबाहेर क्षेत्र रेषा कोणत्या दिशेने जातात?
- 3क्षेत्र रेषा किती जवळ आहेत यावरून काय कळते?
- 4दोन क्षेत्र रेषा कधीच का छेदत नाहीत?
- 5A ध्रुवाजवळ रेषा 3 mm अंतरावर व चुंबकाच्या बाजूजवळ 9 mm अंतरावर आहेत. क्षेत्र कोठे तीव्र आहे?
- 6चुंबकाच्या दक्षिण ध्रुवाजवळ होकायंत्राची सुई आणली. सुईचे कोणते टोक चुंबकाकडे वळते?
- 7एकसमान क्षेत्र कोणत्या आकाराच्या रेषा दाखवतात?
- 8मानवी शरीरातील कोणते दोन अवयव MRI साठी उपयुक्त ठरेल इतके चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतात?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1चुंबकीय क्षेत्र.
- 2उत्तर ध्रुवाकडून दक्षिण ध्रुवाकडे (आणि आत दक्षिणेकडून उत्तरेकडे).
- 3क्षेत्राची तीव्रता : दाट रेषा म्हणजे तीव्र क्षेत्र.
- 4कारण छेदनबिंदूवर क्षेत्राला एकाच वेळी दोन दिशा मिळतील.
- 5A ध्रुवाजवळ, कारण तिथे रेषा जवळ आहेत.
- 6त्याचे उत्तर टोक, कारण विजातीय ध्रुव आकर्षित होतात.
- 7समान अंतरावरील समांतर सरळ रेषा.
- 8हृदय व मेंदू.
सरळ विद्युतवाहक तारेमुळे निर्माण होणारे चुंबकीय क्षेत्र
कळ दाबताच तारेशेजारी ठेवलेला होकायंत्र एका बाजूला झटकतो. सुईला काहीही स्पर्श करत नाही; तारेतील प्रवाह तिच्याभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतो.
1820 मध्ये हान्स ख्रिश्चन ऑर्स्टेड यांनी पाहिले की विद्युतवाहक तार जवळच्या होकायंत्राची सुई विचलित करते; त्यावरून विद्युत व चुंबकत्व एकमेकांशी जोडलेले आहेत हे दिसले. लांब सरळ तारेभोवती क्षेत्र रेषा तारेला लंब असलेल्या प्रतलात एककेंद्री वर्तुळे असतात. त्यांची दिशा उजव्या हाताच्या अंगठ्याच्या नियमाने मिळते : तार उजव्या हातात अशी धरा की अंगठा प्रवाहाच्या दिशेने असेल; वळलेली बोटे क्षेत्राची दिशा दाखवतात (मॅक्सवेलच्या स्क्रू नियमातूनही तेच मिळते). प्रवाह उलटला की क्षेत्र उलटते. प्रवाह वाढला की क्षेत्र वाढते आणि तारेपासून दूर गेल्यावर ते कमी होते.
सूत्र / समीकरण : अंगठा = प्रवाह · वळलेली बोटे = क्षेत्र · I वाढले की क्षेत्र वाढते · अंतर वाढले की क्षेत्र कमी होते (B ∝ I/d)
आकृतीत : सरळ तारेचे क्षेत्र वर्तुळांचा संच असते; उजवा हात वापरा, अंगठा प्रवाहाच्या दिशेने.
नियम 1 : क्षेत्राची दिशा — उजव्या हाताचा अंगठा प्रवाहाच्या दिशेने ठेवा व बोटे वळवा. प्रवाह तुमच्याकडे असेल तर वर्तुळे घड्याळ्याच्या काट्यांच्या उलट; प्रवाह तुमच्यापासून दूर असेल तर काट्यांच्या दिशेने.
- सोपे : उभ्या तारेत प्रवाह वरच्या दिशेने : वरून पाहिल्यास क्षेत्राची वर्तुळे घड्याळ्याच्या काट्यांच्या उलट जातात.
- मध्यम : आडव्या तारेत प्रवाह पूर्वेकडे. तारेच्या अगदी वर क्षेत्र दक्षिणेकडे; अगदी खाली उत्तरेकडे.
- परीक्षेसाठी : उभ्या तारेच्या दोन्ही बाजूंना समान अंतरावर दोन होकायंत्र ठेवले. त्यांच्या सुया विरुद्ध दिशांना विचलित होतात, कारण विरुद्ध बाजूंना क्षेत्राची दिशा विरुद्ध असते.
नियम 2 : क्षेत्राची तीव्रता — एखाद्या बिंदूवरील क्षेत्र प्रवाहाशी प्रत्यक्ष प्रमाणात असते आणि तारेपासून अंतर वाढल्यास दुर्बल होते. प्रवाह दुप्पट केल्यास क्षेत्र दुप्पट; अंतर तिप्पट केल्यास क्षेत्र एक-तृतीयांश.
- सोपे : त्याच बिंदूवर प्रवाह 2 A वरून 6 A झाला : क्षेत्र 3 पट होते.
- मध्यम : तारेपासून 2 cm वरील होकायंत्र 6 cm वरील होकायंत्रापेक्षा जास्त विचलित होतो, कारण तारेपासून दूर क्षेत्र दुर्बल असते.
- परीक्षेसाठी : 3 cm वर क्षेत्र B आहे व प्रवाह तोच आहे. 9 cm वर क्षेत्र B ÷ 3, म्हणजे B पेक्षा कमी. आवरणाचा रंग बदलल्याने काहीही फरक पडत नाही.
प्रवाह नसेल तर तारेचे क्षेत्र नसते : कळ बंद केल्यावर होकायंत्र पुन्हा उत्तर-दक्षिण स्थितीत येतो.
अंगठ्याच्या नियमासाठी डावा हात वापरणे. तारेच्या क्षेत्रासाठी उजवा हात वापरा; डावा हात बलाच्या नियमासाठी आहे.
अंगठा = प्रवाह, बोटे = क्षेत्र, उजवा हात. आठवणीची युक्ती : "उजवा हात, अंगठा = प्रवाह" : वळलेली बोटे = क्षेत्र. आठवा : "उजवा हात, अंगठा प्रवाह".
फरक ओळखा
| मुद्दा | सरळ तार | दंडचुंबक |
|---|---|---|
| क्षेत्र रेषा | तारेभोवती एककेंद्री वर्तुळे | बाहेर N ते S बंदिस्त वक्र |
| दिशेचा नियम | उजव्या हाताचा अंगठ्याचा नियम | होकायंत्राचा उत्तर ध्रुव दाखवतो |
सरावासाठी प्रश्न
- 1विद्युतवाहक तार होकायंत्राची सुई विचलित करतो हे कोणी शोधले?
- 2लांब सरळ तारेभोवतीच्या क्षेत्र रेषांचा आकार कोणता?
- 3उजव्या हाताचा अंगठ्याचा नियम सांगा.
- 4प्रवाह उलट केल्यावर होकायंत्राच्या विक्षेपणाचे काय होते?
- 51.5 A प्रवाह वाढवून 4.5 A केला. निश्चित बिंदूवर क्षेत्र किती पटीने बदलते?
- 6उभ्या तारेत प्रवाह खालच्या दिशेने आहे. वरून पाहिल्यास क्षेत्राची वर्तुळे घड्याळ्याच्या काट्यांच्या दिशेने की उलट?
- 7आडव्या तारेत प्रवाह उत्तरेकडे आहे. तारेच्या अगदी वर क्षेत्र कोणत्या दिशेने आहे?
- 8एखाद्या बिंदूवरील क्षेत्र तारेच्या आवरणाच्या रंगावर अवलंबून असते का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1हान्स ख्रिश्चन ऑर्स्टेड.
- 2तारेवर केंद्र असलेली एककेंद्री वर्तुळे.
- 3तार उजव्या हातात अंगठा प्रवाहाच्या दिशेने धरा; वळलेली बोटे क्षेत्राची दिशा देतात.
- 4विक्षेपण उलटते.
- 54.5 ÷ 1.5 = 3, म्हणून क्षेत्र 3 पट होते.
- 6घड्याळ्याच्या काट्यांच्या दिशेने.
- 7पूर्वेकडे.
- 8नाही. ते फक्त प्रवाह व अंतरावर अवलंबून असते.
वर्तुळाकार वेटोळे, परिनलिका व विद्युतचुंबक
भंगार आवारातील क्रेन मोठ्या चकतीने तुटकी गाडी उचलते आणि चालकाने कळ दाबताच ती खाली सोडते. ती चकती विद्युतचुंबक आहे : प्रवाह वाहत असतानाच ते चुंबक असते.
वर्तुळाकार वेटोळ्याचा प्रत्येक लहान भाग वर्तुळाकार क्षेत्र रेषा देतो आणि वेटोळ्याच्या केंद्राजवळ त्या सरळ रेषांसारख्या, वेटोळ्याच्या प्रतलाला लंब दिसतात. n फेऱ्यांचे वेटोळे n पट क्षेत्र देते, कारण सर्व फेऱ्यांची क्षेत्रे मिळतात. परिनलिका म्हणजे अनेक जवळजवळ वर्तुळाकार फेऱ्यांचे लांब वेटोळे; तिचे क्षेत्र दंडचुंबकासारखे असते, आत एकसमान व अक्षाला समांतर, एक टोक उत्तर ध्रुव व दुसरे दक्षिण ध्रुव. ध्रुव ओळखण्यासाठी टोकाकडे पाहा : घड्याळ्याच्या काट्यांच्या उलट प्रवाह = उत्तर ध्रुव, काट्यांच्या दिशेचा प्रवाह = दक्षिण ध्रुव. परिनलिकेत ठेवलेला मऊ लोखंडाचा तुकडा प्रबल चुंबक बनतो, त्याला विद्युतचुंबक म्हणतात. तो बंद करता येतो आणि त्याची प्रबलता प्रवाह व फेऱ्यांच्या संख्येने बदलता येते.
सूत्र / समीकरण : क्षेत्र ∝ फेऱ्यांची संख्या · क्षेत्र ∝ प्रवाह · काट्यांच्या उलट टोक = N · काट्यांच्या दिशेचे टोक = S · मऊ लोखंडी गाभा = विद्युतचुंबक
आकृतीत : जास्त फेरे, जास्त प्रवाह आणि मऊ लोखंडी गाभा यांनी विद्युतचुंबक प्रबल होतो.
वर्तुळाकार वेटोळे, परिनलिका व विद्युतचुंबक
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : वेटोळे वा परिनलिकेची प्रबलता — केंद्रावरील क्षेत्र फेऱ्यांची संख्या व प्रवाह वाढवल्यास वाढते आणि वेटोळे मोठे केल्यास कमी होते. फेरे किंवा प्रवाह दुप्पट केल्यास क्षेत्र दुप्पट होते.
- सोपे : 25 फेऱ्यांच्या वेटोळ्यातून 2 A वाहतो; तेवढ्याच आकाराच्या 50 फेऱ्यांच्या वेटोळ्यातूनही 2 A : क्षेत्र दुप्पट प्रबल.
- मध्यम : 40 फेऱ्यांचे वेटोळे तेवढ्याच प्रवाहावर एका फेऱ्याच्या सुमारे 40 पट क्षेत्र देते, कारण सर्व 40 क्षेत्रे मिळतात.
- परीक्षेसाठी : 100 फेऱ्यांच्या वेटोळ्यातून 3 A वाहतो. प्रवाह 1.5 A व फेरे 200 केल्यास क्षेत्र तेच राहते : प्रवाह निम्मा पण फेरे दुप्पट.
नियम 2 : वेटोळ्याचे ध्रुव व विद्युतचुंबकांचे उपयोग — वेटोळ्याच्या एका टोकाकडे पाहा. काट्यांच्या उलट प्रवाह असेल तर ते टोक उत्तर ध्रुव; काट्यांच्या दिशेचा असेल तर दक्षिण ध्रुव. घट उलटला की ध्रुव बदलतात. विद्युतचुंबक क्रेन, विद्युत घंटा आणि लोखंडी कण काढण्यासाठी वापरतात.
- सोपे : परिनलिकेच्या एका टोकाकडे पाहताना प्रवाह काट्यांच्या दिशेने : ते टोक दक्षिण ध्रुव.
- मध्यम : परिनलिकेच्या एका टोकाने होकायंत्राचा उत्तर ध्रुव दूर ढकलला. ते टोक उत्तर ध्रुव, कारण सजातीय ध्रुव दूर ढकलतात.
- परीक्षेसाठी : कुंडलात ठेवलेले पोलाद प्रवाह थांबल्यावरही चुंबकित राहते, म्हणून कायमचे चुंबक बनते; मऊ लोखंड लवकर चुंबकत्व गमावते, म्हणून विद्युतचुंबकासाठी योग्य.
लांब परिनलिकेच्या आत क्षेत्र एकसमान असते, म्हणून रेषा समांतर व समान अंतरावर असतात; बाहेर ते दुर्बल असते.
विद्युतचुंबकाच्या गाभ्यासाठी पोलाद वापरणे. पोलाद चुंबकत्व टिकवते, म्हणून प्रवाह बंद केला तरी भार खाली पडणार नाही. मऊ लोखंड वापरा.
काट्यांच्या उलट = उत्तर, काट्यांच्या दिशेने = दक्षिण; मऊ लोखंडी गाभा, जास्त फेरे, जास्त प्रवाह. आठवणीची युक्ती : "काट्यांच्या उलट = उत्तर" : Anticlockwise = North (A–N), Clockwise = South (C–S). आठवा : "उलटा उत्तर, सरळ दक्षिण".
फरक ओळखा
| मुद्दा | विद्युतचुंबक | कायमचे चुंबक |
|---|---|---|
| कशाचे बनते | कुंडलात मऊ लोखंडी गाभा | पोलाद |
| प्रबलता व बंद करणे | बदलता येते, बंद करता येते | निश्चित, बंद करता येत नाही |
सरावासाठी प्रश्न
- 1परिनलिका म्हणजे काय?
- 2लांब परिनलिकेच्या आत क्षेत्र कसे असते?
- 3परिनलिकेच्या एका टोकाकडे पाहताना प्रवाह काट्यांच्या उलट आहे. ते टोक कोणता ध्रुव?
- 4विद्युतचुंबकाच्या गाभ्यासाठी मऊ लोखंड का वापरतात?
- 5विद्युतचुंबक प्रबल करण्याचे दोन मार्ग सांगा.
- 660 फेऱ्यांचे वेटोळे तेवढ्याच आकाराच्या 180 फेऱ्यांच्या वेटोळ्याने बदलले, प्रवाह तोच. केंद्रावरील क्षेत्र कसे बदलते?
- 7परिनलिकेचा घट उलटा केला. तिच्या ध्रुवांचे काय होते?
- 8विद्युतचुंबकाचे दोन उपयोग सांगा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1विद्युतरोधी तारेच्या अनेक जवळजवळ वर्तुळाकार फेऱ्यांचे लांब वेटोळे.
- 2एकसमान : अक्षाच्या दिशेने समांतर सरळ रेषा.
- 3उत्तर ध्रुव.
- 4ते सहज चुंबकित होते व सहज चुंबकत्व गमावते.
- 5प्रवाह वाढवणे; फेऱ्यांची संख्या वाढवणे.
- 6180 ÷ 60 = 3, म्हणून क्षेत्र 3 पट होते.
- 7ध्रुव परस्पर बदलतात.
- 8क्रेनने लोखंडी भंगार उचलणे; विद्युत घंटा (तसेच डोळ्यातील लोखंडी कण काढणे).
विद्युतवाहक वाहकावरील बल (फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम)
छताचा पंखा, मिक्सर आणि पाण्याचा पंप हे सर्व एका कल्पनेमुळे फिरतात : चुंबकीय क्षेत्रातील प्रवाहवाही तार बाजूला ढकलली जाते.
चुंबकीय क्षेत्रातील प्रवाहवाही वाहकावर बल लागते, कारण चुंबक व प्रवाह एकमेकांवर बल लावतात (हे आंद्रे-मारी अँपिअर यांनी सुचवले). प्रवाह क्षेत्राला काटकोनात असताना बल सर्वाधिक आणि क्षेत्राला समांतर असताना शून्य असते. प्रवाह किंवा क्षेत्र उलटल्यास बल उलटते. बलाची दिशा फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम देतो : डाव्या हाताचा अंगठा, तर्जनी व मधले बोट परस्पर काटकोनात ताणा; तर्जनी क्षेत्र व मधले बोट प्रवाह दाखवत असेल तर अंगठा बल दाखवतो. विद्युत मोटर वेटोळ्यावरील या बलाचा वापर करते आणि विभक्त कड्याचा दिक्परिवर्तक दर अर्ध्या फेऱ्याला प्रवाह उलट करतो, म्हणून वेटोळे एकाच दिशेने फिरत राहते. इलेक्ट्रॉनच्या झोतासारख्या गतिमान भारावरही असेच बल लागते.
सूत्र / समीकरण : बल सर्वाधिक जेव्हा I ⟂ B आणि शून्य जेव्हा I ∥ B · अंगठा = बल, तर्जनी = क्षेत्र, मधले बोट = प्रवाह · बल ∝ प्रवाह
आकृतीत : तर्जनी क्षेत्र, मधले बोट प्रवाह, अंगठा बल; तिन्ही काटकोनात, आणि सर्व डाव्या हाताची.
नियम 1 : बलाची दिशा — डावा हात वापरा. तर्जनी क्षेत्राच्या दिशेने व मधले बोट प्रवाहाच्या दिशेने ठेवा; अंगठा बल दाखवतो. प्रवाह किंवा क्षेत्र यांपैकी एक उलटले तर बल उलटते; दोन्ही उलटले तर बल तेच राहते.
- सोपे : क्षेत्र वरच्या दिशेने आणि प्रवाह दक्षिणेकडून उत्तरेकडे : अंगठा पूर्वेकडे, म्हणून बल पूर्वेकडे.
- मध्यम : क्षेत्र उत्तरेकडे आणि प्रवाह वरच्या दिशेने : तर्जनी उत्तरेकडे, मधले बोट वर, म्हणून अंगठा पश्चिमेकडे व बल पश्चिमेकडे.
- परीक्षेसाठी : प्रोटॉन क्षेत्राच्या दिशेनेच जात आहे. त्यावर बल लागत नाही, कारण गती क्षेत्राला समांतर असताना बल शून्य असते.
नियम 2 : बलाचे परिमाण व मोटर — बल प्रवाह, चुंबकाची प्रबलता व क्षेत्रातील तारेची लांबी यांसोबत वाढते. मोटर जास्त फेरे, प्रबल चुंबक किंवा जास्त प्रवाहाने जास्त वेगाने फिरते; घट उलटल्याने फक्त फिरण्याची दिशा उलटते.
- सोपे : तारेवर 4 A ला बल 0.3 N आहे. 2 A ला ते 0.15 N, कारण बल प्रवाहाशी प्रत्यक्ष प्रमाणात असते.
- मध्यम : मोटर उलट फिरवण्यासाठी घट उलटा करा. ती जास्त वेगाने फिरवण्यासाठी फेरे वाढवा, प्रबल चुंबक वापरा किंवा प्रवाह वाढवा; फक्त घट उलटल्याने वेग वाढत नाही.
- परीक्षेसाठी : दिक्परिवर्तक नसता तर वेटोळे अर्धा फेरा फिरून थांबले असते, कारण प्रवाह उलटला नसता आणि बले त्याला मागे ओढली असती.
एकाच दिशेने प्रवाह वाहणाऱ्या दोन समांतर तारा एकमेकींना आकर्षित करतात; विरुद्ध दिशेचे प्रवाह दूर ढकलतात.
बलासाठी उजवा हात वापरणे. बलाच्या नियमासाठी डावा हात वापरतात. उजव्या हाताचा अंगठ्याचा नियम फक्त तारेच्या क्षेत्रासाठी आहे.
डावा हात, तीन बोटे काटकोनात : क्षेत्र – प्रवाह – बल. आठवणीची युक्ती : "FBI" : F (Force) = अंगठा, B (क्षेत्र) = तर्जनी, I (प्रवाह) = मधले बोट, सर्व डाव्या हाताची. आठवा : "डावा हात = मोटर".
फरक ओळखा
| मुद्दा | उजव्या हाताचा अंगठ्याचा नियम | फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम |
|---|---|---|
| काय शोधतो | प्रवाहामुळे होणाऱ्या क्षेत्राची दिशा | क्षेत्रातील प्रवाहावरील बलाची दिशा |
| बोटे | अंगठा = प्रवाह, वळण = क्षेत्र | अंगठा = बल, तर्जनी = क्षेत्र, मधले = प्रवाह |
सरावासाठी प्रश्न
- 1क्षेत्रातील प्रवाहवाही वाहकावरील बल केव्हा सर्वाधिक असते?
- 2फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम सांगा.
- 3प्रवाह व क्षेत्र दोन्ही उलटले तर बलाचे काय होते?
- 4प्रवाह पूर्वेकडे आहे आणि क्षेत्र वरच्या दिशेने. बल कोणत्या दिशेने?
- 5मोटरमधील विभक्त कड्याच्या दिक्परिवर्तकाचे कार्य काय?
- 6एका तारेवर 5 A ला 0.8 N बल लागते. त्याच क्षेत्रात 2 A ला बल किती?
- 7विद्युत मोटरमधील ऊर्जा रूपांतर सांगा.
- 8क्षेत्राच्या दिशेने ठेवलेल्या तारेवर बल का लागत नाही?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1जेव्हा प्रवाह क्षेत्राला काटकोनात असतो.
- 2डाव्या हाताचा अंगठा, तर्जनी व मधले बोट काटकोनात ताणा : तर्जनी = क्षेत्र, मधले बोट = प्रवाह, अंगठा = बल.
- 3बल तेच राहते : दोन उलटफेर रद्द होतात.
- 4दक्षिणेकडे (तर्जनी वर, मधले बोट पूर्वेकडे, अंगठा दक्षिणेकडे).
- 5ते दर अर्ध्या फेऱ्याला वेटोळ्यातील प्रवाह उलट करते, म्हणून वेटोळे एकाच दिशेने फिरत राहते.
- 6बल ∝ प्रवाह, म्हणून 0.8 × 2 ÷ 5 = 0.32 N.
- 7विद्युत ऊर्जेचे यांत्रिक ऊर्जेत रूपांतर होते.
- 8कारण प्रवाह क्षेत्राला समांतर असताना बल शून्य असते.
घरगुती विद्युत मंडल व सुरक्षितता
भिंतीतील सॉकेटमध्ये गीझर लावला की त्याच्या धातूच्या कवचाला जमिनीशी जोडलेली हिरवी तार असते. एखादी सैल तार कवचाला लागलीच तर प्रवाह तुम्हाला धक्का न देता जमिनीत जातो.
भारतातील घरांना सुमारे 220 V व 50 Hz चा प्रत्यावर्ती प्रवाह (AC) मिळतो, म्हणजे दिशा सेकंदाला 100 वेळा उलटते; घट दिष्ट प्रवाह (DC) देतो. तीन तारा असतात : उच्च विभवावरील जिवंत तार (लाल), शून्य विभवावरील उदासीन तार (काळी) आणि जमिनीत पुरलेल्या धातूच्या पत्र्याला व साधनांच्या धातूच्या कवचांना जोडलेली भू तार (हिरवी). साधने समांतर जोडतात, म्हणून प्रत्येकाला 220 V मिळते व ते स्वतंत्र चालते. फ्यूज म्हणजे कमी द्रवणांकाची लहान तार जी जिवंत तारेशी श्रेणीत जोडतात; प्रवाह जास्त झाला की ती वितळून मंडल तोडते. जिवंत व उदासीन तार एकमेकींना लागल्या आणि प्रवाह प्रचंड झाला की लघुपथन होते; एका मंडलातून खूप साधनांनी प्रवाह घेतला की अतिभारण होते. घरात दिवे-पंख्यांसाठी 5 A आणि गीझर-वातानुकूलकासाठी 15 A चे मंडल वापरतात. आता अनेक घरांत फ्यूजऐवजी MCB वापरतात.
सूत्र / समीकरण : I = P/V · जिवंत = लाल, उदासीन = काळी, भू = हिरवी · 5 A मंडल ≈ 1100 W · 15 A मंडल ≈ 3300 W (220 V वर)
आकृतीत : फ्यूज हा सर्वात कमकुवत दुवा आहे : साधनाचे नुकसान होण्यापूर्वी तो आधी वितळून मंडल तोडतो.
नियम 1 : घेतला जाणारा प्रवाह व योग्य फ्यूज — घेतला जाणारा प्रवाह = शक्ती ÷ विभव, I = P/V. या सामान्य प्रवाहापेक्षा थोडी जास्त क्षमतेचा फ्यूज निवडा. खूप कमी क्षमतेचा फ्यूज सतत उडतो; खूप जास्त क्षमतेचा संरक्षण देत नाही.
- सोपे : 220 V वर 2200 W चा ओव्हन I = 2200 ÷ 220 = 10 A घेतो.
- मध्यम : 660 W चे साधन 3 A घेते, म्हणून 5 A चा फ्यूज योग्य. 1 A चा फ्यूज चालू केल्यावर प्रत्येक वेळी उडेल.
- परीक्षेसाठी : एका 15 A, 220 V मंडलावर 3 kW चा एअर-कूलर आणि 400 W चा पंखा चालतात. एकूण शक्ती 3400 W, I = 3400 ÷ 220 ≈ 15.5 A, जो 15 A पेक्षा जास्त आहे, म्हणून मंडल अतिभारित होते.
नियम 2 : भू तार, लघुपथन व अतिभारण — भू तार गळती प्रवाहाला जमिनीकडे जाणारा सुरक्षित, कमी रोधाचा मार्ग देते, म्हणून धातूच्या साधनाचे कवच कधीच उच्च विभवावर राहत नाही. लघुपथन व अतिभारण या दोन्हींमुळे प्रवाह खूप मोठा होतो आणि फ्यूज किंवा MCB तो तोडतो.
- सोपे : जिवंत तार भू जोडलेल्या इस्त्रीच्या धातूच्या कवचाला लागली : प्रवाह भू तारेतून जमिनीत जातो आणि तुम्ही सुरक्षित राहता.
- मध्यम : कळ जिवंत तारेत बसवावी. ती बंद असताना साधन उच्च विभवापासून तुटते आणि जिवंत राहत नाही.
- परीक्षेसाठी : उडालेल्या 5 A फ्यूजच्या जागी जाड तांब्याची तार लावणे धोकादायक आहे : तांब्याचा द्रवणांक जास्त असल्याने ती वितळणार नाही आणि जादा प्रवाहापासूनचे संरक्षण जाते.
तीन-पिनी प्लगची भू पिन लांब व जाड असते, म्हणून भू जोडणी आधी होते व शेवटी तुटते.
कळ उदासीन तारेत बसवणे किंवा तांब्याची तार फ्यूज म्हणून वापरणे. कळ जिवंत तारेतच हवी आणि फ्यूज तार सहज वितळणारी असावी.
जिवंत लाल, उदासीन काळी, भू हिरवी; फ्यूज व कळ जिवंत तारेत. आठवणीची युक्ती : "RBG" : Red = जिवंत, Black = उदासीन, Green = भू. आठवा : "लाल जिवंत, काळी उदासीन, हिरवी जमिनीची".
फरक ओळखा
| मुद्दा | लघुपथन | अतिभारण |
|---|---|---|
| कारण | जिवंत व उदासीन तारा एकमेकींना लागतात | एका मंडलावर खूप साधने |
| परिणाम | रोध कमी, प्रचंड प्रवाह | एकूण प्रवाह सुरक्षित मर्यादेबाहेर |
सरावासाठी प्रश्न
- 1भारतातील घरगुती AC पुरवठ्याचे विभव व वारंवारता किती?
- 2जिवंत, उदासीन व भू तारांचा रंगसंकेत सांगा.
- 3भू तार उपकरणाच्या धातूच्या कवचाला का जोडतात?
- 4फ्यूज कोणत्या तत्त्वावर चालतो आणि कोणत्या तारेत बसवतात?
- 5220 V वर 1100 W ची इस्त्री किती प्रवाह घेते?
- 6एका 15 A, 220 V मंडलाला 3300 W चा गीझर व 220 W चा पंखा जोडला आहे. ते अतिभारित आहे का?
- 7घरगुती साधने समांतर का जोडतात?
- 8फ्यूज तार कमी द्रवणांकाच्या पदार्थाची का असावी लागते?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1सुमारे 220 V आणि 50 Hz.
- 2जिवंत : लाल; उदासीन : काळी; भू : हिरवी.
- 3म्हणजे गळती प्रवाह जमिनीत जातो आणि वापरकर्त्याला तीव्र धक्का बसत नाही.
- 4प्रवाहाचा उष्णता परिणाम; तो जिवंत तारेत श्रेणीत बसवतात.
- 5I = 1100 ÷ 220 = 5 A.
- 6एकूण 3520 W, I = 3520 ÷ 220 = 16 A, जो 15 A पेक्षा जास्त, म्हणून होय.
- 7प्रत्येकाला पूर्ण 220 V मिळते आणि ते इतरांपासून स्वतंत्र चालते.
- 8म्हणजे प्रवाह जास्त झाल्यावर ती सहज वितळून मंडल तोडते.