એમ્પીયરનો કાયદો

આ લેખમાં, અમે એમ્પીયરના કાયદા વિશે વાત કરીશું, જે ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના મૂળભૂત નિયમોમાંનો એક છે. એમ્પીયરનું બળ આજે ઘણા વિદ્યુત મશીનો અને સ્થાપનોમાં કામ કરી રહ્યું છે, અને 20મી સદીમાં એમ્પીયરના બળને કારણે ઉત્પાદનના ઘણા ક્ષેત્રોમાં વિદ્યુતીકરણને લગતી પ્રગતિ શક્ય બની. એમ્પીયરનો કાયદો આજ દિન સુધી અડગ છે અને આધુનિક એન્જિનિયરિંગને વિશ્વાસપૂર્વક સેવા આપવાનું ચાલુ રાખે છે. તો ચાલો યાદ કરીએ કે આપણે આ પ્રગતિ કોના ઋણી છીએ અને આ બધું કેવી રીતે શરૂ થયું.

1820 માં, મહાન ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી આન્દ્રે મેરી એમ્પીયરે તેની શોધની જાહેરાત કરી. તેમણે એકેડેમી ઑફ સાયન્સમાં બે વર્તમાન વહન કરનારા વાહકની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ઘટના વિશે વાત કરી: વિરોધી પ્રવાહો સાથેના વાહક એકબીજાને ભગાડે છે, અને સીધા પ્રવાહો સાથે તેઓ એકબીજાને આકર્ષે છે. એમ્પીયરે એ પણ સૂચવ્યું કે ચુંબકત્વ સંપૂર્ણપણે વિદ્યુત છે.

થોડા સમય માટે, વૈજ્ઞાનિકે તેના પ્રયોગો કર્યા અને આખરે તેની ધારણાની પુષ્ટિ કરી. છેવટે, 1826 માં, તેમણે અનુભવમાંથી વિશિષ્ટ રીતે તારવેલી ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક ઘટનાનો સિદ્ધાંત પ્રકાશિત કર્યો.તે બિંદુથી, ચુંબકીય પ્રવાહીના વિચારને બિનજરૂરી તરીકે બરતરફ કરવામાં આવ્યો હતો, કારણ કે ચુંબકત્વ, જેમ તે બહાર આવ્યું છે, તે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહોને કારણે થયું હતું.

એમ્પીયરે તારણ કાઢ્યું હતું કે સ્થાયી ચુંબકની અંદર વિદ્યુત પ્રવાહો પણ હોય છે, ગોળ પરમાણુ અને અણુ પ્રવાહો કાયમી ચુંબકના ધ્રુવોમાંથી પસાર થતી ધરીને લંબરૂપ હોય છે. કોઇલ કાયમી ચુંબકની જેમ વર્તે છે જેના દ્વારા સર્પાકારમાં પ્રવાહ વહે છે. એમ્પીયરને આત્મવિશ્વાસપૂર્વક દાવો કરવાનો સંપૂર્ણ અધિકાર પ્રાપ્ત થયો: "બધી ચુંબકીય ઘટનાઓ વિદ્યુત ક્રિયાઓમાં ઘટાડી દેવામાં આવે છે."

તેમના સંશોધન કાર્ય દરમિયાન, એમ્પીયરે આ પ્રવાહોની તીવ્રતા સાથે વર્તમાન તત્વોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના બળ વચ્ચેનો સંબંધ પણ શોધી કાઢ્યો, તેને આ બળ માટે અભિવ્યક્તિ પણ મળી. એમ્પેરે ધ્યાન દોર્યું કે પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દળો ગુરુત્વાકર્ષણ દળોની જેમ કેન્દ્રિય નથી. એમ્પીયરે મેળવેલ સૂત્ર આજે ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના દરેક પાઠ્યપુસ્તકમાં સમાવવામાં આવેલ છે.

એમ્પીયરે જાણવા મળ્યું કે વિરુદ્ધ દિશામાંથી આવતા પ્રવાહો ભગાડે છે અને તે જ દિશામાંથી આવતા પ્રવાહો આકર્ષે છે, જો પ્રવાહો લંબરૂપ હોય તો તેમની વચ્ચે કોઈ ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા થતી નથી. ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના સાચા મૂળ કારણો તરીકે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની વૈજ્ઞાનિકની તપાસનું આ પરિણામ છે. એમ્પીયરે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહોની યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો નિયમ શોધી કાઢ્યો અને આમ ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સમસ્યા હલ કરી.

પ્રવાહોની યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દળો અન્ય જથ્થાઓ સાથે સંબંધિત હોય તેવા નિયમોને સ્પષ્ટ કરવા માટે, આજે એમ્પીયરના પ્રયોગ જેવો જ પ્રયોગ કરવો શક્ય છે.આ કરવા માટે, વર્તમાન I1 સાથે પ્રમાણમાં લાંબા વાયર સ્થિર સ્થિર છે, અને વર્તમાન I2 સાથે ટૂંકા વાયરને જંગમ બનાવવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, વર્તમાન સાથે જંગમ ફ્રેમની નીચેની બાજુ બીજો વાયર હશે. જ્યારે જીવંત વાહક સમાંતર હોય ત્યારે ફ્રેમ પર કાર્ય કરતા બળ F માપવા માટે ફ્રેમ ડાયનામોમીટર સાથે જોડાયેલ છે.

શરૂઆતમાં, સિસ્ટમ સંતુલિત છે અને પ્રાયોગિક સેટઅપના વાયર વચ્ચેનું અંતર R આ વાયરની લંબાઈ l ની સરખામણીમાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછું છે. પ્રયોગનો હેતુ વાયરની પ્રતિકૂળ શક્તિને માપવાનો છે.

વર્તમાન, સ્થિર અને ફરતા વાયર બંનેમાં, રિઓસ્ટેટ્સનો ઉપયોગ કરીને નિયમન કરી શકાય છે. વાયર વચ્ચેનું અંતર R બદલીને, તેમાંના દરેકમાં વર્તમાનને બદલીને, વ્યક્તિ સરળતાથી નિર્ભરતા શોધી શકે છે, જુઓ કે વાયરની યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની મજબૂતાઈ વર્તમાન અને અંતર પર કેવી રીતે આધાર રાખે છે.

જો મૂવિંગ ફ્રેમમાં વર્તમાન I2 અપરિવર્તિત હોય અને સ્થિર વાયરમાં વર્તમાન I1 ચોક્કસ સંખ્યામાં વખત વધે, તો વાયરની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું બળ F સમાન રકમથી વધશે. એ જ રીતે, પરિસ્થિતિ વિકસે છે જો નિશ્ચિત વાયરમાં વર્તમાન I1 અપરિવર્તિત હોય અને ફ્રેમમાં વર્તમાન I2 બદલાય, તો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ F એ જ રીતે બદલાય છે જે રીતે સ્થિર વાયરમાં વર્તમાન I1 બદલાય છે જ્યારે I2 માં સ્થિર પ્રવાહ સાથે. ફ્રેમ આમ આપણે સ્પષ્ટ નિષ્કર્ષ પર પહોંચીએ છીએ — વાયર F ની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું બળ વર્તમાન I1 અને વર્તમાન I2 ના સીધા પ્રમાણસર છે.

જો આપણે હવે અરસપરસ વાયરો વચ્ચેનું અંતર R બદલીએ, તો તે તારણ આપે છે કે જેમ આ અંતર વધે છે તેમ, બળ F ઘટે છે અને અંતર R જેટલા જ પરિબળથી ઘટે છે.આમ, I1 અને I2 પ્રવાહો સાથેના વાયરની યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા Fનું બળ તેમની વચ્ચેના અંતર Rના વિપરિત પ્રમાણસર છે.

જંગમ વાયરના કદ l માં ફેરફાર કરીને, તે ખાતરી કરવી સરળ છે કે બળ પણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી બાજુની લંબાઈના સીધા પ્રમાણસર છે.

પરિણામે, તમે પ્રમાણસરતા પરિબળ દાખલ કરી શકો છો અને લખી શકો છો:

આ સૂત્ર તમને બળ F શોધવા માટે પરવાનગી આપે છે કે જેની સાથે વર્તમાન I1 સાથેના અનંત લાંબા વાહક દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર વર્તમાન I2 સાથેના વાહકના સમાંતર વિભાગ પર કાર્ય કરે છે, જ્યારે વિભાગની લંબાઈ l અને R છે અંતર છે. અરસપરસ વાહક વચ્ચે. આ સૂત્ર ચુંબકત્વના અભ્યાસમાં અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.

આસ્પેક્ટ રેશિયોને ચુંબકીય સ્થિરાંકના સંદર્ભમાં આ રીતે વ્યક્ત કરી શકાય છે:

પછી સૂત્ર ફોર્મ લેશે:

બળ F ને હવે એમ્પીયરનું બળ કહેવામાં આવે છે, અને કાયદો જે આ બળની તીવ્રતા નક્કી કરે છે તે એમ્પીયરનો કાયદો છે. એમ્પીયરના કાયદાને કાયદો પણ કહેવામાં આવે છે જે બળને નિર્ધારિત કરે છે કે જેના વડે ચુંબકીય ક્ષેત્ર વર્તમાન વહન કરનાર વાહકના નાના વિભાગ પર કાર્ય કરે છે:

«બળ dF કે જેની સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વર્તમાન સાથે વાહકના તત્વ dl પર કાર્ય કરે છે તે વાહકમાં વર્તમાન dI ની મજબૂતાઈ અને લંબાઈ dl સાથે તત્વના વેક્ટર ઉત્પાદનના સીધા પ્રમાણસર છે. વાહક અને ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B «:

એમ્પીયરના બળની દિશા વેક્ટર ઉત્પાદનની ગણતરી માટેના નિયમ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જે ડાબી બાજુના નિયમનો ઉપયોગ કરીને યાદ રાખવા માટે અનુકૂળ છે, જે સંદર્ભ આપે છે ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગના મૂળભૂત કાયદા, અને એમ્પીયર ફોર્સ મોડ્યુલસની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરી શકાય છે:

અહીં, આલ્ફા એ ચુંબકીય ઇન્ડક્શન વેક્ટર અને વર્તમાન દિશા વચ્ચેનો કોણ છે.

દેખીતી રીતે, જ્યારે વર્તમાન-વહન વાહકનું તત્વ ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B ની રેખાઓ પર લંબ હોય ત્યારે એમ્પીયર બળ મહત્તમ હોય છે.

એમ્પીયરની શક્તિને કારણે, આજે ઘણા વિદ્યુત મશીનો કામ કરે છે, જ્યાં વર્તમાન વહન કરતા વાયર એકબીજા સાથે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. મોટા ભાગના જનરેટર અને મોટરો એક યા બીજી રીતે તેમના કામમાં એમ્પીયર પાવરનો ઉપયોગ કરે છે. ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સના રોટર્સ એમ્પીયરના બળને કારણે તેમના સ્ટેટરના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરે છે.

ઈલેક્ટ્રિક વાહનો: સ્ટ્રીટકાર, ઈલેક્ટ્રિક ટ્રેન, ઈલેક્ટ્રિક કાર — તે બધા જ તેમના પૈડાંને ફેરવવા માટે એમ્પીયરની શક્તિનો ઉપયોગ કરે છે. ઈલેક્ટ્રિક લોક, લિફ્ટના દરવાજા વગેરે. લાઉડસ્પીકર, લાઉડસ્પીકર - તેમાં વર્તમાન કોઇલનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર કાયમી ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરીને ધ્વનિ તરંગો બનાવે છે. અંતે, એમ્પીયરના બળને કારણે પ્લાઝ્મા ટોકમાક્સમાં સંકુચિત થાય છે.