સંક્ષિપ્ત અને સુલભ સ્વરૂપમાં ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના સૌથી મહત્વપૂર્ણ નિયમો

આધુનિક વિશ્વમાં ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સનું મહત્વ મુખ્યત્વે વિશાળ તકનીકી શક્યતાઓ સાથે સંકળાયેલું છે જે તે લાંબા-અંતરના વાયરો પર વિદ્યુત ઉર્જાના પ્રસારણ માટે, વિતરણની પદ્ધતિઓ અને વીજળીના અન્ય સ્વરૂપોમાં રૂપાંતર માટે ખુલે છે, — યાંત્રિક, થર્મલ, પ્રકાશ, વગેરે.

પાવર પ્લાન્ટ્સમાં ઉત્પન્ન થતી, વિદ્યુત ઉર્જા પાવર લાઇનોના માઇલો પર મોકલવામાં આવે છે — ઘરો અને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં, જ્યાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દળો વિવિધ સાધનો, ઘરગથ્થુ ઉપકરણો, લાઇટિંગ, હીટિંગ ઉપકરણો અને વધુની મોટર ચલાવે છે. એક શબ્દમાં, આધુનિક અર્થતંત્રની કલ્પના કરવી અશક્ય છે અને દિવાલ પર આઉટલેટ વિના એક પણ ઓરડો નથી.

આ બધું માત્ર ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના નિયમોના જ્ઞાનને કારણે જ શક્ય બન્યું છે, જે સિદ્ધાંતને વીજળીના વ્યવહારિક ઉપયોગ સાથે જોડવાની મંજૂરી આપે છે. આ લેખમાં, અમે આમાંના ચાર સૌથી વ્યવહારુ કાયદાઓ પર નજીકથી નજર નાખીશું.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનનો કાયદો

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનનો કાયદો પાવર પ્લાન્ટ્સમાં સ્થાપિત તમામ ઇલેક્ટ્રિક જનરેટર્સના સંચાલનનો આધાર છે, અને માત્ર નહીં. પરંતુ તે બધાની શરૂઆત ભાગ્યે જ ધ્યાનપાત્ર પ્રવાહથી થઈ હતી, જે 1831માં માઈકલ ફેરાડે દ્વારા કોઇલને સંબંધિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટની હિલચાલ સાથેના પ્રયોગમાં શોધી કાઢવામાં આવી હતી.

જ્યારે ફેરાડેને તેની શોધની સંભાવનાઓ વિશે પૂછવામાં આવ્યું, ત્યારે તેણે તેના પ્રયોગના પરિણામની તુલના એક બાળકના જન્મ સાથે કરી જે હજુ મોટા થવાનું બાકી છે. ટૂંક સમયમાં જ આ નવજાત એક સાચો હીરો બની ગયો જેણે સમગ્ર સંસ્કારી વિશ્વનો ચહેરો બદલી નાખ્યો. જુઓ — ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનના કાયદાનો વ્યવહારુ ઉપયોગ

જર્મનીમાં ઐતિહાસિક હાઇડ્રોઇલેક્ટ્રિક પ્લાન્ટમાં જનરેટર

આધુનિક પાવર પ્લાન્ટ જનરેટર તે માત્ર ચુંબક સાથેની કોઇલ નથી. તે એક વિશાળ માળખું છે જેમાં સ્ટીલ સ્ટ્રક્ચર્સ, ઇન્સ્યુલેટેડ કોપર બસબાર્સની ઘણી કોઇલ, ટન લોખંડ, ઇન્સ્યુલેટીંગ મટિરિયલ તેમજ મિલીમીટરના અપૂર્ણાંક સુધી ચોકસાઇ સાથે ઉત્પાદિત મોટી સંખ્યામાં નાના ભાગો છે.

પ્રકૃતિમાં, અલબત્ત, આવા જટિલ ઉપકરણ શોધી શકાતા નથી, પરંતુ પ્રયોગમાં પ્રકૃતિએ માણસને બતાવ્યું કે ઉપકરણ ઉપલબ્ધ બાહ્ય બળના પ્રભાવ હેઠળ યાંત્રિક હલનચલન દ્વારા વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે કેવી રીતે કાર્ય કરવું જોઈએ.

પાવર પ્લાન્ટમાં ઉત્પન્ન થતી વીજળીનું રૂપાંતર, વિતરણ અને ફરીથી રૂપાંતર થાય છે પાવર ટ્રાન્સફોર્મર્સ, જેનું કાર્ય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટના પર પણ આધારિત છે, માત્ર એક ટ્રાન્સફોર્મર, જનરેટરથી વિપરીત, તેની ડિઝાઇનમાં સતત ફરતા ભાગોનો સમાવેશ કરતું નથી, તેના બદલે તે કોઇલ સાથે ચુંબકીય સર્કિટ ધરાવે છે.

એસી વિન્ડિંગ (પ્રાથમિક વિન્ડિંગ) મેગ્નેટિક સર્કિટ પર કામ કરે છે, મેગ્નેટિક સર્કિટ સેકન્ડરી વિન્ડિંગ્સ (ટ્રાન્સફોર્મરની સેકન્ડરી વિન્ડિંગ્સ) પર કામ કરે છે. ટ્રાન્સફોર્મરના ગૌણ વિન્ડિંગ્સમાંથી વીજળી હવે ગ્રાહકોને વિતરિત કરવામાં આવે છે. આ બધું ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટના અને ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના અનુરૂપ કાયદાના જ્ઞાનને આભારી છે, જે ફેરાડે નામ ધરાવે છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનના કાયદાનો ભૌતિક અર્થ એડી ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડનો દેખાવ છે જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમય જતાં બદલાય છે, જે કાર્યકારી ટ્રાન્સફોર્મરમાં બરાબર થાય છે.

વ્યવહારમાં, જ્યારે વાહક દ્વારા બંધાયેલ સપાટીને ઘૂસીને ચુંબકીય પ્રવાહ બદલાય છે, ત્યારે વાહકમાં એક EMF પ્રેરિત થાય છે, જેનું મૂલ્ય ચુંબકીય પ્રવાહ (F) ના ફેરફારના દર જેટલું હોય છે, જ્યારે પ્રેરિત EMF ની નિશાની કરેલા ફેરફાર F ના દરની વિરુદ્ધ છે. આ સંબંધને "પ્રવાહ નિયમ" પણ કહેવામાં આવે છે:

લૂપમાં પ્રવેશતા ચુંબકીય પ્રવાહને સીધો બદલવા ઉપરાંત, તેમાં EMF મેળવવાની બીજી પદ્ધતિ શક્ય છે, — લોરેન્ટ્ઝ બળનો ઉપયોગ કરીને.

લોરેન્ટ્ઝ ફોર્સની તીવ્રતા, જેમ તમે જાણો છો, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ચાર્જની ગતિની ગતિ પર, ચુંબકીય ક્ષેત્રના ઇન્ડક્શનની તીવ્રતા પર અને આપેલ ચાર્જ ઇન્ડક્શન વેક્ટરની તુલનામાં કયા ખૂણા પર ફરે છે તેના પર આધાર રાખે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રના:

સકારાત્મક ચાર્જ માટે લોરેન્ટ્ઝ બળની દિશા "ડાબા-હાથ" નિયમ દ્વારા નિર્ધારિત કરવામાં આવે છે: જો તમે તમારા ડાબા હાથને એવી રીતે સ્થાન આપો છો કે ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનો વેક્ટર હથેળીમાં પ્રવેશે છે, અને ચાર વિસ્તરેલી આંગળીઓને હલનચલનની દિશામાં મૂકવામાં આવે છે. સકારાત્મક ચાર્જ, પછી 90 ડિગ્રી પર વળેલો અંગૂઠો લોરેન્ટ્ઝ બળની દિશા સૂચવે છે.

આવા કેસનું સૌથી સરળ ઉદાહરણ આકૃતિમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. અહીં, લોરેન્ટ્ઝ બળ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા વાહક (કહો, તાંબાના તારનો ટુકડો) ના ઉપલા છેડાને સકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરે છે અને તેના નીચલા છેડાને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરે છે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન નકારાત્મક ચાર્જ ધરાવે છે અને તે જ અહીં ખસેડે છે. .

ઈલેક્ટ્રોન ત્યાં સુધી નીચે જશે જ્યાં સુધી તેમની વચ્ચે કૂલમ્બ આકર્ષણ ન થાય અને વાયરની વિરુદ્ધ બાજુ પરનો સકારાત્મક ચાર્જ લોરેન્ટ્ઝ બળને સંતુલિત ન કરે.

આ પ્રક્રિયા કંડક્ટરમાં ઇન્ડક્શનના ઇએમએફના દેખાવનું કારણ બને છે અને, જેમ તે બહાર આવ્યું છે, તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનના કાયદા સાથે સીધો સંબંધિત છે. વાસ્તવમાં, વાયરમાં ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ E નીચે મુજબ મળી શકે છે (ધારો કે વાયર જમણા ખૂણા પર વેક્ટર B તરફ જાય છે):

તેથી, ઇન્ડક્શનનું EMF નીચે પ્રમાણે વ્યક્ત કરી શકાય છે:

એ નોંધવું જોઇએ કે આપેલ ઉદાહરણમાં ચુંબકીય પ્રવાહ F પોતે (એક પદાર્થ તરીકે) અવકાશમાં ફેરફાર થતો નથી, પરંતુ વાયર તે વિસ્તારને પાર કરે છે જ્યાં ચુંબકીય પ્રવાહ સ્થિત છે, અને તમે સરળતાથી વાયર પસાર થાય છે તે વિસ્તારની ગણતરી કરી શકો છો. આપેલ સમય દરમિયાન અવકાશના તે ક્ષેત્રમાંથી આગળ વધીને (એટલે ​​​​કે, ઉપર જણાવેલ ચુંબકીય પ્રવાહના પરિવર્તનનો દર).

સામાન્ય કિસ્સામાં, અમે નિષ્કર્ષ પર આવવા માટે હકદાર છીએ કે "ફ્લક્સ નિયમ" અનુસાર સર્કિટમાં EMF એ સર્કિટ દ્વારા ચુંબકીય પ્રવાહના પરિવર્તનના દરની બરાબર છે, જે વિરુદ્ધ ચિહ્ન સાથે લેવામાં આવે છે, પછી ભલે તેનું મૂલ્ય સ્થિર લૂપ પર સમય સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્રના ઇન્ડક્શનમાં ફેરફારને કારણે ફ્લક્સ F સીધો બદલાય છે કાં તો વિસ્થાપન (ચુંબકીય પ્રવાહને પાર કરીને) અથવા લૂપના વિકૃતિ અથવા બંનેના પરિણામે.

એમ્પીયરનો કાયદો

પાવર પ્લાન્ટ્સમાં પેદા થતી ઉર્જાનો નોંધપાત્ર હિસ્સો એંટરપ્રાઇઝને મોકલવામાં આવે છે, જ્યાં વિવિધ મેટલ કટીંગ મશીનોના એન્જિનને વીજળી પૂરી પાડવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનું સંચાલન તેમના ડિઝાઇનર્સની સમજ પર આધારિત છે એમ્પીયરનો કાયદો.

આ કાયદો 1820 માં આન્દ્રે મેરી એમ્પીયર દ્વારા સીધા પ્રવાહો માટે બનાવવામાં આવ્યો હતો (તે કોઈ સંયોગ નથી કે આ કાયદાને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો કાયદો પણ કહેવામાં આવે છે).

એમ્પીયરના નિયમ મુજબ, સમાન દિશામાં પ્રવાહો સાથેના સમાંતર વાયરો એકબીજાને આકર્ષે છે, અને વિપરિત નિર્દેશિત પ્રવાહો સાથેના સમાંતર વાયરો એકબીજાને ભગાડે છે. વધુમાં, એમ્પીયરનો કાયદો આપેલ ક્ષેત્રમાં વર્તમાન-વહન વાહક પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર કાર્ય કરે છે તે બળ નક્કી કરવા માટેના અંગૂઠાના નિયમનો સંદર્ભ આપે છે.

એક સરળ સ્વરૂપમાં, એમ્પીયરનો નિયમ નીચે મુજબ કહી શકાય: બળ (જેને એમ્પીયરનું બળ કહેવાય છે) જેની સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વર્તમાન-વહન વાહકના તત્વ પર કાર્ય કરે છે તે વાહકમાં રહેલા પ્રવાહના પ્રમાણના સીધા પ્રમાણસર છે. અને ચુંબકીય ઇન્ડક્શનના મૂલ્યમાંથી વાયરની લંબાઈના તત્વનું વેક્ટર ઉત્પાદન.

તદનુસાર, એમ્પીયરના બળના મોડ્યુલસને શોધવા માટેની અભિવ્યક્તિમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન વેક્ટર અને વાહકમાં વર્તમાન વેક્ટર વચ્ચેના કોણની સાઈન હોય છે જેના પર આ બળ કાર્ય કરે છે (એમ્પીયરના બળની દિશા નક્કી કરવા માટે, તમે ડાબા હાથના નિયમનો ઉપયોગ કરી શકો છો. ):

બે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરનારા વાહક પર લાગુ, એમ્પીયરનું બળ તે દરેક પર તે વાહકમાંના પ્રવાહોની સંબંધિત દિશાઓ પર આધારિત દિશામાં કાર્ય કરશે.

ધારો કે શૂન્યાવકાશમાં I1 અને I2 પ્રવાહો સાથે બે અનંત લાંબા પાતળા વાહક છે અને દરેક જગ્યાએ વાહક વચ્ચેનું અંતર r જેટલું છે.વાયરની એકમ લંબાઈ (ઉદાહરણ તરીકે, બીજાની બાજુના પ્રથમ વાયર પર) પર કામ કરતું એમ્પીયર બળ શોધવું જરૂરી છે.

બાયો-સાવર્ટ-લાપ્લેસ કાયદા અનુસાર, વર્તમાન I2 સાથેના અનંત વાહકથી r ના અંતરે, ચુંબકીય ક્ષેત્રનું ઇન્ડક્શન હશે:

હવે તમે એમ્પીયર બળ શોધી શકો છો જે ચુંબકીય ક્ષેત્રના આપેલ બિંદુ પર સ્થિત પ્રથમ વાયર પર કાર્ય કરશે (આપેલ ઇન્ડક્શન સાથેની જગ્યાએ):

આ અભિવ્યક્તિને લંબાઈ પર એકીકૃત કરીને, અને પછી લંબાઈ માટે એકને બદલીને, અમે બીજાની બાજુના પ્રથમ વાયરની એકમ લંબાઈ દીઠ એમ્પીયર-ફોર્સ એક્ટિંગ મેળવીએ છીએ. સમાન બળ, ફક્ત વિરુદ્ધ દિશામાં, પ્રથમની બાજુથી બીજા વાયર પર કાર્ય કરશે.

એમ્પીયરના કાયદાની સમજણ વિના, ઓછામાં ઓછી એક સામાન્ય ઇલેક્ટ્રિક મોટરને ગુણાત્મક રીતે ડિઝાઇન કરવી અને એસેમ્બલ કરવું અશક્ય છે.

ઇલેક્ટ્રિક મોટરના સંચાલન અને ડિઝાઇનનો સિદ્ધાંત

અસુમેળ ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સના પ્રકાર, તેમની લાક્ષણિકતાઓ

જોલ-લેન્ઝ કાયદો

તમામ વિદ્યુત ઊર્જા ટ્રાન્સમિશન લાઇન, આ વાયરોને ગરમ કરવા માટેનું કારણ બને છે. વધુમાં, નોંધપાત્ર વિદ્યુત ઉર્જાનો ઉપયોગ વિવિધ હીટિંગ ઉપકરણોને પાવર કરવા, ટંગસ્ટન ફિલામેન્ટ્સને ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવા વગેરે માટે થાય છે. વિદ્યુત પ્રવાહની ગરમીની અસરની ગણતરીઓ 1841માં જેમ્સ જૌલે અને સ્વતંત્ર રીતે 1842માં એમિલ લેન્ઝ દ્વારા શોધાયેલ જૌલ-લેન્ઝ કાયદા પર આધારિત છે.

આ કાયદો ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની થર્મલ અસરને પ્રમાણિત કરે છે.તે નીચે પ્રમાણે ઘડવામાં આવે છે: "માધ્યમના એકમ વોલ્યુમ (w) દીઠ પ્રકાશિત ગરમીની શક્તિ જ્યારે તેમાં સીધો વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે ત્યારે તે વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિના મૂલ્ય દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક વર્તમાન ઘનતા (j) ના ઉત્પાદનના પ્રમાણમાં હોય છે. (ઇ) «.

પાતળા વાયર માટે, કાયદાના અભિન્ન સ્વરૂપનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે: "સર્કિટના એક વિભાગમાંથી એકમ સમય દીઠ છોડવામાં આવતી ગરમીની માત્રા વિભાગના પ્રતિકાર દ્વારા માનવામાં આવેલા વિભાગમાં વર્તમાનના ચોરસના ઉત્પાદનના પ્રમાણસર છે. » તે નીચેના સ્વરૂપમાં લખાયેલ છે:

લાંબા-અંતરના વાયરો પર વિદ્યુત ઉર્જાના પ્રસારણમાં જુલ-લેન્ઝ કાયદો વિશેષ વ્યવહારુ મહત્વ ધરાવે છે.

નિષ્કર્ષ એ છે કે પાવર લાઇન પર વર્તમાનની થર્મલ અસર અનિચ્છનીય છે કારણ કે તે ઊર્જાના નુકસાન તરફ દોરી જાય છે. અને ટ્રાન્સમિટેડ પાવર વર્તમાનના વોલ્ટેજ અને મેગ્નિટ્યુડ બંને પર રેખીય રીતે આધાર રાખે છે, જ્યારે હીટિંગ પાવર વર્તમાનના ચોરસના પ્રમાણમાં હોય છે, તે વોલ્ટેજને વધારવું ફાયદાકારક છે કે જેના પર વિદ્યુત પ્રસારિત થાય છે, તે મુજબ વર્તમાન ઘટાડે છે.

ઓહ્મનો કાયદો

ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટનો મૂળભૂત કાયદો - 1826 માં જ્યોર્જ ઓહ્મ દ્વારા શોધાયેલ ઓહ્મનો કાયદો.… કાયદો વાયરના વિદ્યુત પ્રતિકાર અથવા વાહકતા (વિદ્યુત વાહકતા) ના આધારે ઇલેક્ટ્રિક વોલ્ટેજ અને વર્તમાન વચ્ચેનો સંબંધ નક્કી કરે છે. આધુનિક શબ્દોમાં, સંપૂર્ણ સર્કિટ માટે ઓહ્મનો નિયમ નીચે પ્રમાણે લખાયેલ છે:

r — સ્ત્રોત આંતરિક પ્રતિકાર, R — લોડ પ્રતિકાર, e — સ્ત્રોત EMF, I — સર્કિટ કરંટ

આ રેકોર્ડ પરથી તે અનુસરે છે કે બંધ સર્કિટમાં EMF જેના દ્વારા સ્ત્રોત દ્વારા આપવામાં આવેલ પ્રવાહ સમાન હશે:

આનો અર્થ એ છે કે બંધ સર્કિટ માટે, સ્રોત ઇએમએફ એ બાહ્ય સર્કિટના વોલ્ટેજ ડ્રોપના સરવાળા અને સ્રોતના આંતરિક પ્રતિકારની બરાબર છે.

ઓહ્મનો કાયદો નીચે પ્રમાણે ઘડવામાં આવ્યો છે: "સર્કિટના એક વિભાગમાંનો પ્રવાહ તેના છેડા પરના વોલ્ટેજના સીધા પ્રમાણસર છે અને સર્કિટના આ વિભાગના વિદ્યુત પ્રતિકારના વિપરિત પ્રમાણસર છે." ઓહ્મના કાયદાનું બીજું સંકેત વાહકતા G (વિદ્યુત વાહકતા) દ્વારા છે:

સર્કિટના વિભાગ માટે ઓહ્મનો કાયદો

વ્યવહારમાં ઓહ્મના કાયદાનો ઉપયોગ

વોલ્ટેજ, વર્તમાન, પ્રતિકાર શું છે અને વ્યવહારમાં તેનો ઉપયોગ કેવી રીતે થાય છે