⚡ इलेक्ट्रिशियन – चुंबकत्व और कैपेसिटर (Electrician – Magnetism and Capacitors)
चुंबकीय परिपथ – स्व और पारस्परिक प्रेरित emfs (The Magnetic Circuits – Self and Mutually Induced EMFs)
🎯 उद्देश्य (Objectives):
इस पाठ (lesson) के अंत में आप निम्नलिखित विषयों को समझने में सक्षम होंगे:
- चुंबकीय परिपथ (magnetic circuit) में उपयोग होने वाले चुंबकीय शब्दों को परिभाषित करना (जैसे: M.M.F., reluctance, flux, field strength, flux density, permeability, relative permeability)।
- हिस्टेरेसिस (Hysteresis) के बारे में बताना।
1. मैग्नेटोमोटिव फ़ोर्स (MagnetoMotive Force – MMF) 🎛️
कोर (core) में सेट होने वाली फ्लक्स डेंसिटी (flux density) की मात्रा पाँच कारकों (factors) पर निर्भर करती है:
- करंट (Current)
- घुमावों की संख्या (Number of turns)
- चुंबकीय कोर की सामग्री (Material of the magnetic core)
- कोर की लंबाई (Length of core)
- कोर का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (Cross-sectional area)
जितना अधिक करंट (current) और तार के घुमाव (turns) होंगे, मैग्नेटाइजिंग प्रभाव (magnetising effect) उतना ही अधिक होगा। टर्न और करंट के इस गुणनफल (product) को हम मैग्नेटोमोटिव फ़ोर्स (mmf) कहते हैं, जो इलेक्ट्रोमोटिव फ़ोर्स (emf) के समान होता है।
सूत्र (Formula):
MMF = NI ampere-turns
जहाँ:
- mmf – मैग्नेटोमोटिव फ़ोर्स (ampere turns में)
- N – कोर पर लिपटे घुमावों की संख्या (number of turns)
- I – कॉइल में करंट (amperes, A में)
उदाहरण: यदि 200 टर्न वाली कॉइल से 1 एम्पीयर करंट बह रहा है, तो mmf 200 ampere turns होगा।
2. रिलक्टेंस (Reluctance – S) 🧱
चुंबकीय परिपथ (magnetic circuit) में इलेक्ट्रिकल रेजिस्टेंस (electrical resistance) के समान ही कुछ होता है, जिसे रिलक्टेंस (reluctance) कहा जाता है (प्रतीक S)। कुल फ्लक्स (total flux) रिलक्टेंस के व्युत्क्रमानुपाती (inversely proportional) होता है।
सूत्र (Formula):
$\phi = \frac{NI}{S}$
जहाँ $S = \frac{l}{\mu_0 \mu_r a}$
- S – रिलक्टेंस (Reluctance)
- l – चुंबकीय पथ की लंबाई (length of the magnetic path in metres)
- $\mu_0$ – मुक्त स्थान की पारगम्यता (permeability of free space)
- $\mu_r$ – सापेक्ष पारगम्यता (relative permeability)
- a – चुंबकीय पथ का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (cross-sectional area in sq.mm)
इकाई (Unit): रिलक्टेंस की इकाई ampere turns/Wb है।
3. चुंबकीय फ्लक्स (Magnetic Flux – Ø) 🌊
एक चुंबकीय परिपथ में चुंबकीय फ्लक्स (magnetic flux), फ्लक्स की दिशा के समकोण (right angle) पर चुंबकीय कोर के क्रॉस-सेक्शन पर मौजूद रेखाओं की कुल संख्या के बराबर होता है।
- इसका प्रतीक Ø है।
- इसकी SI इकाई वेबर (weber) है।
4. फ्लक्स डेंसिटी (Flux Density – B) 📏
चुंबकीय कोर के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के प्रति वर्ग मीटर बल रेखाओं (lines of force) की कुल संख्या को फ्लक्स डेंसिटी कहा जाता है।
- इसे प्रतीक B द्वारा दर्शाया जाता है।
- इसकी SI इकाई (MKS सिस्टम में) टेस्ला (tesla) या वेबर प्रति मीटर वर्ग (weber per metre square) है।
सूत्र (Formula):
$B = \frac{\phi}{A}$ Weber/ $m^2$
जहाँ:
- $\phi$ – कुल फ्लक्स (webers में)
- A – कोर का क्षेत्रफल (square metres में)
5. पारगम्यता (Permeability – μ) 🧲
किसी चुंबकीय सामग्री की पारगम्यता (permeability) को उस सामग्री में बनाए गए फ्लक्स और हवा (air) में बनाए गए फ्लक्स के अनुपात (ratio) के रूप में परिभाषित किया जाता है।
सूत्र (Formula):
$\mu = \frac{B}{H}$
जहाँ:
- B – फ्लक्स डेंसिटी (flux density) है।
- H – मैग्नेटाइजिंग फ़ोर्स (magnetising force) है।
नोट: अनुपात होने के कारण इसकी कोई इकाई नहीं होती। हवा की पारगम्यता $\mu_{air} = 1$ (unity) होती है। लोहे और स्टील की सापेक्ष पारगम्यता ($\mu_r$) 50 से 2000 तक होती है।
6. हिस्टेरेसिस (Hysteresis) 📉
एक चुंबकीय सामग्री के लिए B और H के बीच ग्राफिकल संबंध पर विचार करें। चूँकि $\mu = B/H$, यह ग्राफिकल संबंध दिखाता है कि किसी सामग्री की पारगम्यता (permeability) मैग्नेटाइजिंग इंटेंसिटी (magnetizing intensity) H के साथ कैसे बदलती है।
मान लें कि शुरुआत में Magnetic Core पूरी तरह से demagnetised (चुंबकत्व रहित) है।
- H और B का संबंध: जैसे-जैसे हम current बढ़ाते हैं, $H = \frac{NI}{l}$ बढ़ता है। इसके साथ ही Flux Density (B) में भी वृद्धि होती है।
- Saturation Point (संतृप्ति बिंदु): एक स्थिति ऐसी आती है जहाँ $H$ को बहुत ज्यादा बढ़ाने पर भी $B$ में खास बढ़ोत्तरी नहीं होती। इस point को Saturation Point कहते हैं। 📍
- Retentiveness (अवशेष चुंबकत्व): यदि current को धीरे-धीरे घटाकर zero कर दिया जाए, तो $H$ तो zero हो जाता है, लेकिन $B$ zero नहीं होता। Core में कुछ चुंबकत्व बाकी रह जाता है जिसे Residual Magnetism या Retentiveness कहते हैं (इसे ग्राफ में OR से दिखाया गया है)।
- Coercivity (निग्रह बल): Core के चुंबकत्व को zero करने के लिए विपरीत दिशा (reverse direction) में जो $H$ लगाया जाता है, उसे Coercivity कहते हैं (इसे ग्राफ में OC से दिखाया गया है)।
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Instructor Note: “छात्रों को यह समझना चाहिए कि जैसे विद्युत परिपथ में Voltage काम करता है, वैसे ही चुंबकीय परिपथ में MMF काम करता है।” 👨🏫