EMF ઇન્ડક્શન શું છે અને તે ક્યારે થાય છે?

આ લેખમાં, અમે ઇન્ડક્ટિવ EMF ની વિભાવનાને એવી પરિસ્થિતિઓમાં સમજીશું જ્યાં તે થાય છે. જ્યારે વાહકમાં વિદ્યુત ક્ષેત્ર દેખાય ત્યારે ચુંબકીય પ્રવાહના ઉદભવ માટેના મુખ્ય પરિમાણ તરીકે અમે ઇન્ડક્ટન્સને પણ જોઈશું.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શન એ ચુંબકીય ક્ષેત્રો દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું નિર્માણ છે જે સમય જતાં બદલાય છે. ફેરાડે અને લેન્ઝની શોધોને આભારી, નિયમિતતાઓને કાયદામાં ઘડવામાં આવી હતી, જેણે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રવાહોની સમજમાં સમપ્રમાણતા રજૂ કરી હતી. મેક્સવેલના સિદ્ધાંતે વિદ્યુત પ્રવાહ અને ચુંબકીય પ્રવાહનું જ્ઞાન એકસાથે લાવ્યું. હર્ટ્ઝની શોધો દ્વારા, માનવજાતે દૂરસંચાર વિશે શીખ્યા.

ચુંબકીય પ્રવાહ

વિદ્યુત પ્રવાહ સાથે વાહકની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર દેખાય છે, પરંતુ વિપરીત ઘટના, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શન પણ સમાંતરમાં થાય છે. ચાલો એક ઉદાહરણ તરીકે ચુંબકીય પ્રવાહને ધ્યાનમાં લઈએ: જો વાહકની ફ્રેમ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં ઇન્ડક્શન સાથે મૂકવામાં આવે છે અને બળની ચુંબકીય રેખાઓ સાથે ઉપરથી નીચે તરફ અથવા જમણેથી ડાબે કાટખૂણે ખસેડવામાં આવે છે, તો ફ્રેમમાંથી પસાર થતો ચુંબકીય પ્રવાહ સતત મૂલ્ય બનો.

જો ફ્રેમ તેની ધરીની આસપાસ ફરે છે, તો પછી થોડા સમય પછી ચુંબકીય પ્રવાહ ચોક્કસ મૂલ્ય દ્વારા બદલાશે. પરિણામે, ફ્રેમમાં ઇન્ડક્શનનો EMF આવશે અને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ દેખાશે, જેને ઇન્ડક્શન કરંટ કહેવામાં આવે છે.

ઇન્ડક્શનનું EMF

ચાલો વિગતવાર સમજીએ કે ઇન્ડક્ટિવ EMF નો ખ્યાલ શું છે. જ્યારે વાહકને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે છે અને ક્ષેત્ર રેખાઓ ક્રોસિંગ સાથે આગળ વધે છે, ત્યારે વાહકમાં ઇન્ડક્ટિવ EMF નામનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ દેખાય છે. જો વાહક સ્થિર રહે અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર કંડક્ટર સાથે ક્ષેત્ર રેખાઓ ખસેડે અને ક્રોસ કરે તો પણ તે થાય છે.

જ્યારે વાહક, જ્યાં EMF થાય છે, બાહ્ય સર્કિટને બંધ કરે છે, ત્યારે આ EMFની હાજરીને કારણે સર્કિટમાંથી ઇન્ડક્શન પ્રવાહ વહેવાનું શરૂ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની રેખાઓ દ્વારા ઓળંગવામાં આવે તે ક્ષણે વાહકમાં EMF ના ઇન્ડક્શનની ઘટનાનો સમાવેશ થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શન એ યાંત્રિક ઊર્જાના ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહમાં રૂપાંતર કરવાની વિપરીત પ્રક્રિયા છે. આ ખ્યાલ અને તેના કાયદાનો વ્યાપકપણે વિદ્યુત ઇજનેરીમાં ઉપયોગ થાય છે, મોટાભાગની ઇલેક્ટ્રિક મશીનો આ ઘટના પર આધારિત છે.

ફેરાડે અને લેન્ઝના કાયદા

ફેરાડે અને લેન્ઝના કાયદા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની પેટર્ન દર્શાવે છે.

ફેરાડેએ જાહેર કર્યું કે સમય જતાં ચુંબકીય પ્રવાહમાં થતા ફેરફારોના પરિણામે ચુંબકીય અસરો દેખાય છે. જ્યારે વાહકને વૈકલ્પિક ચુંબકીય પ્રવાહ દ્વારા ઓળંગવામાં આવે છે, ત્યારે વાહકમાં ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ ઉદભવે છે, જેના પરિણામે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ આવે છે. કાયમી ચુંબક અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ બંને વર્તમાન પેદા કરી શકે છે.

વૈજ્ઞાનિકે નક્કી કર્યું કે સર્કિટને પાર કરતી પાવર લાઇનની સંખ્યામાં ઝડપી ફેરફાર સાથે વર્તમાનની તીવ્રતા વધે છે. એટલે કે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનનું EMF ચુંબકીય પ્રવાહના દર પર સીધી નિર્ભરતામાં રહે છે.

ફેરાડેના કાયદા અનુસાર, EMF ઇન્ડક્શન માટેના સૂત્રો નીચે પ્રમાણે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે:

E = - dF/dt.

"માઈનસ" ચિહ્ન પ્રેરિત EMF ની ધ્રુવીયતા, પ્રવાહની દિશા અને બદલાતા વેગ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે.

લેન્ઝના કાયદા અનુસાર, તેની દિશાના આધારે ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળનું લક્ષણ દર્શાવવું શક્ય છે. કોઇલમાં ચુંબકીય પ્રવાહમાં કોઈપણ ફેરફાર ઇન્ડક્શનના EMFમાં પરિણમે છે અને ઝડપી ફેરફાર સાથે EMFમાં વધારો થાય છે.

જો ઇન્ડક્શન EMF સાથેની કોઇલને બાહ્ય સર્કિટમાં ટૂંકાવી દેવામાં આવે છે, તો તેમાંથી ઇન્ડક્શન પ્રવાહ વહે છે, જેના કારણે વાહકની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર દેખાય છે અને કોઇલ સોલેનોઇડના ગુણધર્મો પ્રાપ્ત કરે છે. પરિણામે, કોઇલની આસપાસ પોતાનું એક ચુંબકીય ક્ષેત્ર રચાય છે.

E. H. Lenz એ કાયદો સ્થાપિત કર્યો જે મુજબ કોઇલમાં ઇન્ડક્શન પ્રવાહની દિશા અને ઇન્ડક્શન EMF નક્કી કરવામાં આવે છે. કાયદો જણાવે છે કે કોઇલમાં ઇન્ડક્શનનું EMF દિશાની કોઇલમાં પ્રવાહ બનાવે છે જેમાં કોઇલનો આપેલ ચુંબકીય પ્રવાહ બાહ્ય ચુંબકીય પ્રવાહમાં ફેરફારને ટાળવાનું શક્ય બનાવે છે.

લેન્ઝનો કાયદો કંડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રિક કરંટ ઇન્ડક્શનની તમામ પરિસ્થિતિઓને લાગુ પડે છે, તેમની ગોઠવણી અથવા બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રને બદલવાની પદ્ધતિને ધ્યાનમાં લીધા વિના.

ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વાયરની હિલચાલ

પ્રેરિત EMF નું મૂલ્ય ક્ષેત્ર રેખાઓ દ્વારા ઓળંગી રહેલા કંડક્ટરની લંબાઈ અનુસાર નક્કી કરવામાં આવે છે. જો બળની વધુ રેખાઓ હોય, તો પ્રેરિત EMF નું મૂલ્ય વધે છે. જેમ જેમ ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને ઇન્ડક્શન વધે છે તેમ, વાહકમાં EMF નું વધુ મૂલ્ય ઉદભવે છે. આમ, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા વાહકમાં EMF ઇન્ડક્શનનું મૂલ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રના ઇન્ડક્શન, વાહકની લંબાઈ અને તેની હિલચાલની ઝડપ પર સીધું નિર્ભર છે.

આ અવલંબન સૂત્ર E = Blv માં પ્રતિબિંબિત થાય છે, જ્યાં E એ ઇન્ડક્શનનું EMF છે; B એ ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનું મૂલ્ય છે; હું કંડક્ટરની લંબાઈ છે; v એ તેની હિલચાલની ગતિ છે.

નોંધ કરો કે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા વાહકમાં, ઇન્ડક્શન EMF ત્યારે જ દેખાય છે જ્યારે તે બળની ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓને પાર કરે છે. જો કંડક્ટર ક્ષેત્રની રેખાઓ સાથે આગળ વધે છે, તો કોઈ EMF પ્રેરિત નથી. આ કારણોસર, સૂત્ર માત્ર ત્યારે જ લાગુ થાય છે જ્યારે વાહકની ગતિ બળની રેખાઓ પર લંબ નિર્દેશિત હોય.

કંડક્ટરમાં પ્રેરિત ઇએમએફ અને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની દિશા કંડક્ટરની દિશા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. દિશા જાણવા માટે જમણા હાથનો નિયમ વિકસાવવામાં આવ્યો છે. જો તમે તમારા જમણા હાથની હથેળીને એવી રીતે પકડી રાખો કે ક્ષેત્ર રેખાઓ તેની દિશામાં પ્રવેશે અને તમારો અંગૂઠો કંડક્ટરની ગતિની દિશા દર્શાવે છે, તો બીજી ચાર આંગળીઓ પ્રેરિત EMFની દિશા અને વિદ્યુત પ્રવાહની દિશા દર્શાવે છે. કંડક્ટર

ફરતી કોઇલ

ઇલેક્ટ્રિક વર્તમાન જનરેટરનું કાર્ય ચુંબકીય પ્રવાહમાં કોઇલના પરિભ્રમણ પર આધારિત છે, જ્યાં ચોક્કસ સંખ્યામાં વળાંક હોય છે. EMF ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટમાં હંમેશા પ્રેરિત થાય છે જ્યારે તેને ચુંબકીય પ્રવાહ દ્વારા ઓળંગવામાં આવે છે, સૂત્ર ચુંબકીય પ્રવાહ F = B x S x cos α (સપાટી વિસ્તાર દ્વારા ગુણાકાર કરાયેલ ચુંબકીય ઇન્ડક્શન જેના દ્વારા ચુંબકીય પ્રવાહ પસાર થાય છે અને કોણનું કોસાઇન રચાય છે તેના આધારે. દિશા વેક્ટર દ્વારા અને લાઇન પ્લેન પર લંબ)

સૂત્ર મુજબ, પરિસ્થિતિઓમાં ફેરફારો દ્વારા F અસર થાય છે:

• જ્યારે ચુંબકીય પ્રવાહ બદલાય છે ત્યારે દિશા વેક્ટર બદલાય છે;
• સર્કિટ ફેરફારો દ્વારા બંધ વિસ્તાર;
• કોણ બદલાય છે.

જ્યારે ચુંબક સ્થિર હોય અથવા વર્તમાન અપરિવર્તિત હોય ત્યારે તેને EMF પ્રેરિત કરવાની મંજૂરી આપવામાં આવે છે, પરંતુ જ્યારે કોઇલ ચુંબકીય ક્ષેત્રની અંદર તેની ધરીની આસપાસ ફરે છે. આ કિસ્સામાં, ચુંબકીય પ્રવાહ બદલાય છે કારણ કે કોણનું મૂલ્ય બદલાય છે. કોઇલ ફરતી વખતે બળની ચુંબકીય પ્રવાહ રેખાઓને પાર કરે છે, પરિણામે EMF થાય છે. સમાન પરિભ્રમણ સાથે, ચુંબકીય પ્રવાહમાં સમયાંતરે ફેરફાર થાય છે.તેમજ દર સેકન્ડે ઓળંગવામાં આવતી બળની રેખાઓની સંખ્યા સમાન સમય અંતરાલોમાં સમાન બની જાય છે.

વ્યવહારમાં, વૈકલ્પિકમાં, કોઇલ સ્થિર રહે છે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ તેની આસપાસ પરિભ્રમણ કરે છે.

સ્વ-ઇન્ડક્શન EMF

જ્યારે વૈકલ્પિક વિદ્યુત પ્રવાહ કોઇલમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે વૈકલ્પિક ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે, જે બદલાતા ચુંબકીય પ્રવાહ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે જે EMF પ્રેરિત કરે છે. આ ઘટનાને સ્વ-ઇન્ડક્શન કહેવામાં આવે છે.

કારણ કે ચુંબકીય પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની તીવ્રતાના પ્રમાણસર છે, તો સ્વ-ઇન્ડક્શન EMF માટેનું સૂત્ર નીચે મુજબ છે:

F = L x I, જ્યાં L એ ઇન્ડક્ટન્સ છે, જે Gn માં માપવામાં આવે છે. તેનું મૂલ્ય એકમ લંબાઈ દીઠ વળાંકની સંખ્યા અને તેમના ક્રોસ વિભાગના કદ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

મ્યુચ્યુઅલ ઇન્ડક્શન

જ્યારે બે કોઇલ એકબીજાની બાજુમાં મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે મ્યુચ્યુઅલ ઇન્ડક્શનનું EMF હોય છે, જે બે સર્કિટના રૂપરેખાંકન અને તેમના પરસ્પર અભિગમ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. જેમ જેમ સર્કિટનું વિભાજન વધે છે તેમ, મ્યુચ્યુઅલ ઇન્ડક્ટન્સનું મૂલ્ય ઘટે છે કારણ કે બે કોઇલમાં સામાન્ય ચુંબકીય પ્રવાહમાં ઘટાડો થાય છે.

ચાલો પરસ્પર ઇન્ડક્શનની પ્રક્રિયાને વિગતવાર ધ્યાનમાં લઈએ. N1 વળાંકવાળા વર્તમાન I1 પ્રવાહ સાથેના એકના વાયરની સાથે બે કોઇલ છે, જે ચુંબકીય પ્રવાહ બનાવે છે અને N2 નંબર સાથેની બીજી કોઇલમાંથી પસાર થાય છે.

પ્રથમના સંદર્ભમાં બીજા કોઇલના પરસ્પર ઇન્ડક્ટન્સનું મૂલ્ય:

M21 = (N2 x F21)/I1.

ચુંબકીય પ્રવાહનું મૂલ્ય:

F21 = (M21/N2) x I1.

પ્રેરિત EMF ની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરવામાં આવે છે:

E2 = - N2 x dF21/dt = - M21x dI1/dt.

પ્રથમ કોઇલમાં, પ્રેરિત EMF નું મૂલ્ય છે:

E1 = - M12 x dI2/dt.

એ નોંધવું અગત્યનું છે કે કોઇલમાંથી એકમાં મ્યુચ્યુઅલ ઇન્ડક્શન દ્વારા પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ અન્ય કોઇલમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહમાં થતા ફેરફારના સીધા પ્રમાણસર હોય છે.

મ્યુચ્યુઅલ ઇન્ડક્ટન્સ પછી સમાન ગણવામાં આવે છે:

M12 = M21 = M.

પરિણામે, E1 = - M x dI2/dt અને E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), જ્યાં K એ ઇન્ડક્ટન્સના બે મૂલ્યો વચ્ચેનું જોડાણ પરિબળ છે.

ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં ઇન્ટરઇન્ડક્શનનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, જે વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના મૂલ્યોને બદલવાની શક્યતા આપે છે. ઉપકરણ એ કોઇલની જોડી છે જે સામાન્ય કોર પર ઘા હોય છે. પ્રથમ કોઇલમાં વર્તમાન ચુંબકીય કોરમાં બદલાતા ચુંબકીય પ્રવાહ અને બીજા કોઇલમાં પ્રવાહ બનાવે છે. બીજા કોઇલ કરતાં પ્રથમ કોઇલમાં ઓછા વળાંક સાથે, વોલ્ટેજ વધે છે, અને અનુરૂપ પ્રથમ કોઇલમાં વધુ વળાંક સાથે, વોલ્ટેજ ઘટે છે.

વિદ્યુત ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા અને રૂપાંતરિત કરવા ઉપરાંત, અન્ય ઉપકરણોમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શનની ઘટનાનો ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ચુંબકીય લેવિટેશન ટ્રેનોમાં, રેલના પ્રવાહ સાથે સીધો સંપર્ક કર્યા વિના આગળ વધે છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રિસ્પ્લેશનને કારણે બે સેન્ટિમીટર વધારે છે.

સંબંધિત લેખો: