इलेक्ट्रोडायनामिक्स के सबसे महत्वपूर्ण नियम संक्षिप्त और सुलभ रूप में

आधुनिक दुनिया में इलेक्ट्रोडायनामिक्स का महत्व मुख्य रूप से व्यापक तकनीकी संभावनाओं से जुड़ा है जो लंबी दूरी के तारों पर विद्युत ऊर्जा के संचरण के लिए खुलता है, बिजली के वितरण और अन्य रूपों में रूपांतरण के तरीकों के लिए - यांत्रिक, थर्मल, प्रकाश, आदि की।

बिजली संयंत्रों में उत्पन्न, विद्युत ऊर्जा मीलों तक बिजली लाइनों में भेजी जाती है - घरों और औद्योगिक सुविधाओं के लिए, जहां विद्युत चुम्बकीय बल विभिन्न उपकरणों, घरेलू उपकरणों, प्रकाश व्यवस्था, हीटिंग उपकरणों, और बहुत कुछ के मोटर्स को चलाते हैं। एक शब्द में, आधुनिक अर्थव्यवस्था की कल्पना करना असंभव है और दीवार पर आउटलेट के बिना एक भी कमरा नहीं है।

यह सब केवल इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के ज्ञान के लिए संभव हो गया है, जो सिद्धांत को बिजली के व्यावहारिक अनुप्रयोग से जोड़ने की अनुमति देता है। इस लेख में, हम इनमें से चार सबसे व्यावहारिक कानूनों पर करीब से नज़र डालेंगे।

विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम

विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम बिजली संयंत्रों में स्थापित सभी विद्युत जनरेटर के संचालन का आधार है, और न केवल। लेकिन यह सब एक बमुश्किल ध्यान देने योग्य धारा के साथ शुरू हुआ, जिसकी खोज 1831 में माइकल फैराडे ने एक कॉइल के सापेक्ष एक इलेक्ट्रोमैग्नेट की गति के साथ एक प्रयोग में की थी।

जब फैराडे से उनकी खोज की संभावनाओं के बारे में पूछा गया, तो उन्होंने अपने प्रयोग के परिणाम की तुलना ऐसे बच्चे के जन्म से की जो अभी बड़ा नहीं हुआ है। जल्द ही यह नवजात एक सच्चा नायक बन गया जिसने पूरी सभ्य दुनिया का चेहरा बदल दिया। देखें - विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के कानून का व्यावहारिक अनुप्रयोग

जर्मनी में एक ऐतिहासिक पनबिजली संयंत्र में एक जनरेटर

आधुनिक बिजली संयंत्र जनरेटर यह सिर्फ एक चुंबक के साथ कुंडल नहीं है। यह एक विशाल संरचना है जिसमें स्टील संरचनाएं, इंसुलेटेड कॉपर बसबार्स के कई कॉइल, टन आयरन, इंसुलेटिंग सामग्री, साथ ही बड़ी संख्या में छोटे हिस्से एक मिलीमीटर के अंशों तक सटीकता के साथ निर्मित होते हैं।

प्रकृति में, बेशक, इस तरह के एक जटिल उपकरण को नहीं पाया जा सकता है, लेकिन प्रयोग में प्रकृति ने मनुष्य को दिखाया कि कैसे उपकरण को एक उपलब्ध बाहरी बल के प्रभाव में यांत्रिक आंदोलनों के माध्यम से बिजली का उत्पादन करने के लिए काम करना चाहिए।

पावर प्लांट में उत्पन्न बिजली को परिवर्तित, वितरित और फिर से धन्यवाद के रूप में परिवर्तित किया जाता है बिजली ट्रांसफार्मर, जिसका काम भी विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना पर आधारित है, केवल एक ट्रांसफार्मर, एक जनरेटर के विपरीत, इसके डिजाइन में लगातार चलने वाले भागों को शामिल नहीं करता है, इसके बजाय इसमें कॉइल के साथ एक चुंबकीय सर्किट होता है।

एक एसी वाइंडिंग (प्राथमिक वाइंडिंग) चुंबकीय सर्किट पर कार्य करती है, चुंबकीय सर्किट द्वितीयक वाइंडिंग (ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग) पर कार्य करती है। ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग से बिजली अब उपभोक्ताओं को वितरित की जाती है। यह सब इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन की घटना और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के संबंधित कानून के ज्ञान के कारण काम करता है, जिसे फैराडे कहा जाता है।

विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम का भौतिक अर्थ एक एड़ी विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति है जब चुंबकीय क्षेत्र समय के साथ बदलता है, जो एक कार्यशील ट्रांसफार्मर में होता है।

व्यवहार में, जब कंडक्टर द्वारा बंधी सतह को भेदने वाला चुंबकीय प्रवाह बदल जाता है, तो कंडक्टर में एक ईएमएफ प्रेरित होता है, जिसका मूल्य चुंबकीय प्रवाह (एफ) के परिवर्तन की दर के बराबर होता है, जबकि प्रेरित ईएमएफ का संकेत किए गए परिवर्तन F की दर के विपरीत है। इस संबंध को "प्रवाह नियम" भी कहा जाता है:

लूप में प्रवेश करने वाले चुंबकीय प्रवाह को सीधे बदलने के अलावा, इसमें EMF प्राप्त करने का एक और तरीका संभव है, - लोरेंत्ज़ बल का उपयोग.

लोरेंत्ज़ बल का परिमाण, जैसा कि आप जानते हैं, चुंबकीय क्षेत्र में आवेश की गति की गति पर निर्भर करता है, चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण के परिमाण पर और उस कोण पर जिस पर दिया गया आवेश प्रेरण सदिश के सापेक्ष चलता है। चुंबकीय क्षेत्र की:

एक सकारात्मक चार्ज के लिए लोरेंत्ज़ बल की दिशा "बाएं हाथ" नियम द्वारा निर्धारित की जाती है: यदि आप अपने बाएं हाथ की स्थिति रखते हैं ताकि चुंबकीय प्रेरण का वेक्टर हथेली में प्रवेश करे, और चार उँगलियों को गति की दिशा में रखा जाए धनात्मक आवेश है, तो 90 डिग्री पर मुड़ा हुआ अंगूठा लोरेंत्ज़ बल की दिशा को इंगित करेगा।

ऐसे मामले का सबसे सरल उदाहरण चित्र में दिखाया गया है। यहाँ, लोरेंट्ज़ बल एक चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान एक कंडक्टर के ऊपरी सिरे (जैसे, तांबे के तार का एक टुकड़ा) को सकारात्मक रूप से आवेशित करने का कारण बनता है और इसका निचला सिरा ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश होता है और यह वे हैं जो यहाँ चलते हैं .

इलेक्ट्रॉन तब तक नीचे जाएंगे जब तक कि उनके बीच कूलम्ब आकर्षण और तार के विपरीत दिशा में धनात्मक आवेश लोरेंत्ज़ बल को संतुलित नहीं करता।

यह प्रक्रिया कंडक्टर में प्रेरण के ईएमएफ की उपस्थिति का कारण बनती है और जैसा कि यह निकला, सीधे विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के कानून से संबंधित है। वास्तव में, तार में विद्युत क्षेत्र की ताकत E को निम्नानुसार पाया जा सकता है (मान लें कि तार समकोण पर वेक्टर B पर चलता है):

इसलिए, प्रेरण का ईएमएफ निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

यह ध्यान दिया जा सकता है कि दिए गए उदाहरण में चुंबकीय प्रवाह F स्वयं (एक वस्तु के रूप में) अंतरिक्ष में परिवर्तन से नहीं गुजरता है, लेकिन तार उस क्षेत्र को पार करता है जहां चुंबकीय प्रवाह स्थित है, और आप आसानी से उस क्षेत्र की गणना कर सकते हैं जो एक तार से गुजरता है एक निश्चित समय के दौरान अंतरिक्ष के उस क्षेत्र के माध्यम से आगे बढ़ने से (अर्थात, ऊपर उल्लिखित चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर)।

सामान्य स्थिति में, हम यह निष्कर्ष निकालने के हकदार हैं कि "फ्लक्स नियम" के अनुसार एक सर्किट में EMF उस सर्किट के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर के बराबर होता है, जो विपरीत चिन्ह के साथ लिया जाता है, भले ही इसका मूल्य विस्थापन (चुंबकीय प्रवाह को पार करने) या लूप के विरूपण या दोनों के परिणामस्वरूप एक निश्चित लूप पर समय के साथ चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण में बदलाव के कारण फ्लक्स एफ सीधे बदल जाता है।

एम्पीयर का नियम

बिजली संयंत्रों में उत्पन्न ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा उद्यमों को भेजा जाता है, जहां विभिन्न धातु काटने वाली मशीनों के इंजनों को बिजली की आपूर्ति की जाती है। इलेक्ट्रिक मोटर्स का संचालन उनके डिजाइनरों की समझ पर आधारित है एम्पीयर का नियम.

यह कानून आंद्रे मैरी एम्पीयर द्वारा 1820 में प्रत्यक्ष धाराओं के लिए बनाया गया था (यह कोई संयोग नहीं है कि इस कानून को विद्युत धाराओं के परस्पर क्रिया का नियम भी कहा जाता है)।

एम्पीयर के नियम के अनुसार, एक ही दिशा में धारा वाले समानांतर तार एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, और विपरीत दिशा में धारा वाले समानांतर तार एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। इसके अतिरिक्त, एम्पीयर का नियम उस बल को निर्धारित करने के लिए अंगूठे के नियम को संदर्भित करता है जिसके साथ एक चुंबकीय क्षेत्र किसी दिए गए क्षेत्र में वर्तमान-वाहक कंडक्टर पर कार्य करता है।

एक सरल रूप में, एम्पीयर के नियम को निम्नानुसार कहा जा सकता है: बल (एम्पीयर का बल कहा जाता है) जिसके साथ एक चुंबकीय क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र में एक वर्तमान-वाहक कंडक्टर के एक तत्व पर कार्य करता है, कंडक्टर में वर्तमान की मात्रा के सीधे आनुपातिक होता है। और चुंबकीय प्रेरण के मूल्य से तार की लंबाई के तत्व का वेक्टर उत्पाद।

तदनुसार, एम्पीयर के बल के मापांक को खोजने के लिए अभिव्यक्ति में चुंबकीय प्रेरण वेक्टर और कंडक्टर में वर्तमान वेक्टर के बीच कोण की ज्या होती है, जिस पर यह बल कार्य करता है (एम्पीयर के बल की दिशा निर्धारित करने के लिए, आप बाएं हाथ के नियम का उपयोग कर सकते हैं ):

दो परस्पर क्रिया करने वाले कंडक्टरों पर लागू, एम्पीयर का बल उनमें से प्रत्येक पर उन कंडक्टरों में धाराओं की संबंधित दिशाओं पर निर्भर दिशा में कार्य करेगा।

मान लीजिए कि I1 और I2 धाराओं के साथ निर्वात में दो असीम रूप से लंबे पतले कंडक्टर हैं, और हर जगह कंडक्टरों के बीच की दूरी r के बराबर है।तार की एक इकाई लंबाई पर कार्य करने वाले एम्पीयर बल को खोजना आवश्यक है (उदाहरण के लिए, पहले तार पर दूसरे की तरफ)।

बायो-सावर्ट-लाप्लास कानून के अनुसार, वर्तमान I2 के साथ एक अनंत कंडक्टर से कुछ दूरी पर, चुंबकीय क्षेत्र में एक प्रेरण होगा:

अब आप एम्पीयर बल पा सकते हैं जो चुंबकीय क्षेत्र में दिए गए बिंदु पर स्थित पहले तार पर कार्य करेगा (दिए गए प्रेरण वाले स्थान पर):

लंबाई पर इस अभिव्यक्ति को एकीकृत करना, और फिर लंबाई के लिए एक को प्रतिस्थापित करना, हम दूसरे तार की तरफ पहले तार की प्रति इकाई लंबाई पर कार्य करने वाला एम्पीयर-बल प्राप्त करते हैं। समान बल, केवल विपरीत दिशा में, दूसरे तार पर पहले की ओर से कार्य करेगा।

एम्पीयर के नियम की समझ के बिना, कम से कम एक सामान्य इलेक्ट्रिक मोटर को गुणात्मक रूप से डिजाइन और असेंबल करना असंभव होगा।

विद्युत मोटर के संचालन और डिजाइन का सिद्धांत

अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्स के प्रकार, उनकी विशेषताएं

जूल-लेनज़ कानून

सभी विद्युत ऊर्जा संचरण लाइन, इन तारों को गर्म करने का कारण बनता है। इसके अलावा, महत्वपूर्ण विद्युत ऊर्जा का उपयोग विभिन्न ताप उपकरणों को बिजली देने के लिए किया जाता है, टंगस्टन फिलामेंट्स को उच्च तापमान आदि में गर्म करने के लिए। विद्युत धारा के ऊष्मीय प्रभाव की गणना जूल-लेनज़ नियम पर आधारित है, जिसे 1841 में जेम्स जूल द्वारा और स्वतंत्र रूप से 1842 में एमिल लेनज़ द्वारा खोजा गया था।

यह कानून विद्युत प्रवाह के थर्मल प्रभाव को मापता है।इसे निम्नानुसार तैयार किया गया है: "माध्यम की प्रति इकाई आयतन (w) में जारी ऊष्मा की शक्ति जब इसमें एक प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, विद्युत क्षेत्र की ताकत के मान से विद्युत प्रवाह घनत्व (j) के उत्पाद के समानुपाती होता है। (ई) «।

पतले तारों के लिए, कानून के अभिन्न रूप का उपयोग किया जाता है: "सर्किट के एक खंड से प्रति यूनिट समय में जारी गर्मी की मात्रा खंड के प्रतिरोध द्वारा विचार किए गए खंड में वर्तमान के वर्ग के उत्पाद के समानुपाती होती है। » यह निम्नलिखित रूप में लिखा गया है:

लंबी दूरी के तारों पर विद्युत ऊर्जा के संचरण में जूल-लेनज़ नियम का विशेष व्यावहारिक महत्व है।

निष्कर्ष यह है कि बिजली लाइन पर करंट का ऊष्मीय प्रभाव अवांछनीय है क्योंकि इससे ऊर्जा की हानि होती है। और चूँकि संचरित शक्ति वोल्टेज और करंट के परिमाण दोनों पर रैखिक रूप से निर्भर करती है, जबकि हीटिंग पावर करंट के वर्ग के समानुपाती होती है, यह उस वोल्टेज को बढ़ाने के लिए फायदेमंद होता है जिस पर बिजली का संचार होता है, तदनुसार करंट को कम करता है।

ओम कानून

विद्युत परिपथ का मूल नियम - ओम का नियम, 1826 में जॉर्ज ओम द्वारा खोजा गया।… कानून तार के विद्युत प्रतिरोध या चालकता (विद्युत चालकता) के आधार पर विद्युत वोल्टेज और वर्तमान के बीच संबंध निर्धारित करता है। आधुनिक शब्दों में, एक पूर्ण परिपथ के लिए ओम का नियम इस प्रकार लिखा जाता है:

आर - स्रोत आंतरिक प्रतिरोध, आर - लोड प्रतिरोध, ई - स्रोत ईएमएफ, आई - सर्किट करंट

इस रिकॉर्ड से यह पता चलता है कि एक बंद सर्किट में EMF जिसके माध्यम से स्रोत प्रवाह द्वारा दी गई धारा बराबर होगी:

इसका मतलब है कि एक बंद सर्किट के लिए, स्रोत ईएमएफ बाहरी सर्किट के वोल्टेज ड्रॉप और स्रोत के आंतरिक प्रतिरोध के योग के बराबर है।

ओम का नियम निम्नानुसार तैयार किया गया है: "सर्किट के एक खंड में धारा इसके सिरों पर वोल्टेज के सीधे आनुपातिक होती है और सर्किट के इस खंड के विद्युत प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है।" ओम के नियम का एक अन्य अंकन चालन G (विद्युत चालकता) द्वारा है:

एक सर्किट के एक खंड के लिए ओम का नियम

व्यवहार में ओम के नियम का अनुप्रयोग

वोल्टेज, करंट, प्रतिरोध क्या हैं और व्यवहार में इनका उपयोग कैसे किया जाता है