ईएमएफ इंडक्शन म्हणजे काय आणि ते कधी होते?

या लेखात, आम्ही प्रेरक EMF ची संकल्पना ज्या परिस्थितीत ती उद्भवते ते समजून घेऊ. जेव्हा कंडक्टरमध्ये विद्युत क्षेत्र दिसून येते तेव्हा चुंबकीय प्रवाहाच्या उदयासाठी मुख्य पॅरामीटर म्हणून आम्ही इंडक्टन्सकडे देखील पाहू.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शन म्हणजे चुंबकीय क्षेत्राद्वारे विद्युत प्रवाहाची निर्मिती जी कालांतराने बदलते. फॅराडे आणि लेन्झच्या शोधांबद्दल धन्यवाद, नियमांमध्ये नियमितता तयार केली गेली, ज्याने इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फ्लक्सेसच्या आकलनामध्ये सममिती आणली. मॅक्सवेलच्या सिद्धांताने विद्युत प्रवाह आणि चुंबकीय प्रवाह यांचे ज्ञान एकत्र केले. हर्ट्झच्या शोधांद्वारे मानवजातीला दूरसंचाराबद्दल शिकले.

चुंबकीय प्रवाह

विद्युत् प्रवाह असलेल्या कंडक्टरभोवती एक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड दिसते, परंतु उलट घटना, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शन देखील समांतर येते. एक उदाहरण म्हणून चुंबकीय प्रवाहाचा विचार करूया: जर कंडक्टर फ्रेम विद्युत क्षेत्रात इंडक्शनसह ठेवली असेल आणि बलाच्या चुंबकीय रेषांसह वरपासून खालपर्यंत किंवा उजवीकडून डावीकडे लंबवत हलवली असेल, तर फ्रेममधून जाणारा चुंबकीय प्रवाह एक स्थिर मूल्य व्हा.

जर फ्रेम त्याच्या अक्षाभोवती फिरत असेल तर काही काळानंतर चुंबकीय प्रवाह एका विशिष्ट मूल्याने बदलेल. परिणामी, फ्रेममध्ये इंडक्शनचा EMF येईल आणि विद्युत प्रवाह दिसेल, ज्याला इंडक्शन करंट म्हणतात.

इंडक्शनचा EMF

प्रेरक EMF ची संकल्पना काय आहे ते तपशीलवार समजून घेऊ. जेव्हा कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्रामध्ये ठेवला जातो आणि फील्ड लाइन्स ओलांडून पुढे जातो तेव्हा कंडक्टरमध्ये एक इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स दिसून येतो ज्याला प्रेरक EMF म्हणतात. कंडक्टर स्थिर राहिल्यास आणि चुंबकीय क्षेत्र कंडक्टरसह फील्ड रेषा हलवल्यास आणि ओलांडल्यास देखील असे होते.

जेव्हा कंडक्टर, जेथे EMF उद्भवते, बाह्य सर्किटला बंद करते, तेव्हा या EMF च्या उपस्थितीमुळे सर्किटमधून इंडक्शन करंट वाहू लागतो. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनमध्ये चुंबकीय क्षेत्र रेषा ओलांडल्याच्या क्षणी कंडक्टरमध्ये ईएमएफच्या इंडक्शनची घटना समाविष्ट असते.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शन ही यांत्रिक उर्जेचे विद्युत प्रवाहात रूपांतर करण्याची उलट प्रक्रिया आहे. ही संकल्पना आणि त्याचे कायदे इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात, बहुतेक इलेक्ट्रिक मशीन या इंद्रियगोचरवर आधारित आहेत.

फॅराडे आणि लेन्झचे नियम

फॅराडे आणि लेन्झचे नियम इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनचे नमुने दर्शवतात.

फॅराडेने हे उघड केले की कालांतराने चुंबकीय प्रवाहातील बदलांमुळे चुंबकीय प्रभाव दिसून येतो. ज्या क्षणी कंडक्टरला पर्यायी चुंबकीय प्रवाह ओलांडला जातो, त्या क्षणी कंडक्टरमध्ये एक इलेक्ट्रोमोटिव्ह बल निर्माण होते, परिणामी विद्युत प्रवाह होतो. स्थायी चुंबक आणि विद्युत चुंबक दोन्ही विद्युत प्रवाह निर्माण करू शकतात.

शास्त्रज्ञाने ठरवले की सर्किट ओलांडणाऱ्या पॉवर लाईन्सच्या संख्येत झपाट्याने बदल होऊन विद्युत् प्रवाहाची तीव्रता वाढते. म्हणजेच, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनचा EMF चुंबकीय प्रवाहाच्या दरावर थेट अवलंबून राहतो.

फॅराडेच्या कायद्यानुसार, ईएमएफ इंडक्शनची सूत्रे खालीलप्रमाणे परिभाषित केली आहेत:

E = - dF/dt.

"वजा" चिन्ह प्रेरित ईएमएफची ध्रुवता, प्रवाह दिशा आणि बदलणारा वेग यांच्यातील संबंध दर्शवते.

लेन्झच्या कायद्यानुसार, त्याच्या दिशेनुसार इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सचे वैशिष्ट्यीकृत करणे शक्य आहे. कॉइलमधील चुंबकीय प्रवाहातील कोणत्याही बदलाचा परिणाम इंडक्शनच्या EMF मध्ये होतो आणि जलद बदलाने EMF वाढतो.

जर इंडक्शन ईएमएफ असलेली कॉइल बाह्य सर्किटमध्ये लहान केली असेल, तर त्यातून एक इंडक्शन करंट वाहतो, ज्यामुळे कंडक्टरभोवती चुंबकीय क्षेत्र दिसते आणि कॉइल सोलनॉइडचे गुणधर्म प्राप्त करते. परिणामी, कॉइलभोवती स्वतःचे चुंबकीय क्षेत्र तयार होते.

E. H. Lenz ने कायदा स्थापित केला ज्यानुसार कॉइलमधील इंडक्शन करंट आणि इंडक्शन EMF ची दिशा निर्धारित केली जाते. कायदा सांगतो की कॉइलमधील इंडक्शनचा EMF त्या दिशेच्या कॉइलमध्ये विद्युत प्रवाह तयार करतो ज्यामध्ये कॉइलचा दिलेला चुंबकीय प्रवाह बाह्य चुंबकीय प्रवाहातील बदल टाळणे शक्य करतो.

लेन्झचा नियम कंडक्टरमध्ये विद्युत प्रवाह प्रेरण करण्याच्या सर्व परिस्थितींना लागू होतो, त्यांची संरचना किंवा बाह्य चुंबकीय क्षेत्र बदलण्याची पद्धत विचारात न घेता.

चुंबकीय क्षेत्रात वायरची हालचाल

प्रेरित ईएमएफचे मूल्य फील्ड लाइन्सद्वारे ओलांडलेल्या कंडक्टरच्या लांबीनुसार निर्धारित केले जाते. बलाच्या अधिक रेषा असल्यास, प्रेरित EMF चे मूल्य वाढते. चुंबकीय क्षेत्र आणि प्रेरण वाढत असताना, कंडक्टरमध्ये EMF चे मोठे मूल्य निर्माण होते. अशा प्रकारे, चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फिरणाऱ्या कंडक्टरमध्ये EMF इंडक्शनचे मूल्य थेट चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, कंडक्टरची लांबी आणि त्याच्या हालचालीच्या गतीवर अवलंबून असते.

हे अवलंबित्व E = Blv या सूत्रामध्ये दिसून येते, जेथे E हा प्रेरणाचा EMF आहे; बी हे चुंबकीय प्रेरणाचे मूल्य आहे; मी कंडक्टरची लांबी आहे; v हा त्याच्या हालचालीचा वेग आहे.

लक्षात घ्या की चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फिरणाऱ्या कंडक्टरमध्ये, प्रेरण EMF तेव्हाच दिसून येते जेव्हा ते बलाच्या चुंबकीय क्षेत्र रेषा ओलांडते. जर कंडक्टर फील्ड लाईन्सच्या बाजूने फिरला तर कोणताही EMF प्रेरित होत नाही. या कारणास्तव, सूत्र फक्त तेव्हाच लागू होते जेव्हा कंडक्टरची गती बलाच्या रेषांना लंब निर्देशित केली जाते.

कंडक्टरमधील प्रेरित ईएमएफ आणि विद्युत प्रवाहाची दिशा कंडक्टरच्याच दिशेने निर्धारित केली जाते. दिशा प्रकट करण्यासाठी उजव्या हाताचा नियम विकसित केला गेला आहे. जर तुम्ही तुमच्या उजव्या हाताचा तळहात धरला म्हणजे फील्ड रेषा त्याच्या दिशेने येतात आणि तुमचा अंगठा कंडक्टरच्या हालचालीची दिशा दर्शवितो, तर इतर चार बोटांनी प्रेरित ईएमएफची दिशा आणि विद्युत प्रवाहाची दिशा दर्शविली. कंडक्टर

फिरवत कॉइल

विद्युत प्रवाह जनरेटरचे कार्य चुंबकीय प्रवाहातील कॉइलच्या फिरण्यावर आधारित असते, जेथे विशिष्ट संख्येने वळणे असतात. चुंबकीय प्रवाह F = B x S x cos α (चुंबकीय प्रवाह ज्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रातून चुंबकीय प्रवाह जातो आणि कोनाचा कोसाइन तयार होतो त्या भागाद्वारे गुणाकार केलेले चुंबकीय प्रवाह) या सूत्रावर आधारित EMF नेहमी चुंबकीय प्रवाहाने ओलांडल्यावर विद्युत सर्किटमध्ये प्रेरित होते. दिशा वेक्टरद्वारे आणि रेषेच्या समतलाला लंब).

सूत्रानुसार, परिस्थितीतील बदलांमुळे F प्रभावित होतो:

• जेव्हा चुंबकीय प्रवाह बदलतो तेव्हा दिशा वेक्टर बदलतो;
• सर्किटने बंद केलेले क्षेत्र बदलते;
• कोन बदलतो.

जेव्हा चुंबक स्थिर असतो किंवा विद्युतप्रवाह अपरिवर्तित असतो तेव्हा EMF प्रवृत्त करण्याची परवानगी असते, परंतु जेव्हा कॉइल चुंबकीय क्षेत्रामध्ये त्याच्या अक्षाभोवती फिरते तेव्हा. या प्रकरणात, कोनाचे मूल्य बदलल्यामुळे चुंबकीय प्रवाह बदलतो. गुंडाळी फिरत असताना ती चुंबकीय प्रवाह रेषा ओलांडते, परिणामी EMF होते. एकसमान रोटेशनसह, चुंबकीय प्रवाहात नियतकालिक बदल होतो.तसेच प्रत्येक सेकंदाला ओलांडलेल्या बलाच्या रेषांची संख्या समान वेळेच्या अंतराने समान होते.

व्यवहारात, अल्टरनेटरमध्ये, कॉइल स्थिर राहते आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेट त्याच्याभोवती फिरते.

सेल्फ-इंडक्शन ईएमएफ

जेव्हा वैकल्पिक विद्युत प्रवाह कॉइलमधून जातो, तेव्हा एक पर्यायी चुंबकीय क्षेत्र तयार होते, जे बदलत्या चुंबकीय प्रवाहाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत होते जे EMF ला प्रेरित करते. या घटनेला सेल्फ-इंडक्शन म्हणतात.

चुंबकीय प्रवाह विद्युत प्रवाहाच्या तीव्रतेच्या प्रमाणात असल्यामुळे, सेल्फ-इंडक्शन ईएमएफचे सूत्र खालीलप्रमाणे आहे:

F = L x I, जेथे L हे इंडक्टन्स आहे, जे Gn मध्ये मोजले जाते. त्याचे मूल्य प्रति युनिट लांबीच्या वळणांची संख्या आणि त्यांच्या क्रॉस सेक्शनच्या आकाराद्वारे निर्धारित केले जाते.

म्युच्युअल इंडक्शन

जेव्हा दोन कॉइल एकमेकांच्या शेजारी ठेवल्या जातात, तेव्हा म्युच्युअल इंडक्शनचा एक EMF असतो, जो दोन सर्किट्सच्या कॉन्फिगरेशनद्वारे आणि त्यांच्या परस्पर अभिमुखतेद्वारे निर्धारित केला जातो. सर्किटचे पृथक्करण जसजसे वाढते तसतसे, परस्पर इंडक्टन्सचे मूल्य कमी होते कारण दोन कॉइलमध्ये सामाईक चुंबकीय प्रवाह कमी होतो.

म्युच्युअल इंडक्शनच्या प्रक्रियेचा तपशीलवार विचार करूया. N1 वळण करंट I1 प्रवाह असलेल्या एका वायरच्या बाजूने दोन कॉइल आहेत, ज्यामुळे चुंबकीय प्रवाह तयार होतो आणि N2 वळणांच्या संख्येसह दुसऱ्या कॉइलमधून जातो.

पहिल्याच्या संदर्भात दुसऱ्या कॉइलच्या म्युच्युअल इंडक्टन्सचे मूल्य:

M21 = (N2 x F21)/I1.

चुंबकीय प्रवाहाचे मूल्य:

F21 = (M21/N2) x I1.

प्रेरित EMF ची गणना सूत्रानुसार केली जाते:

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

पहिल्या कॉइलमध्ये, प्रेरित EMF चे मूल्य आहे:

E1 = - M12 x dI2/dt.

हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की एका कॉइलमध्ये परस्पर प्रेरणाने प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव्ह शक्ती कोणत्याही परिस्थितीत दुसऱ्या कॉइलमधील विद्युत प्रवाहातील बदलाच्या थेट प्रमाणात असते.

म्युच्युअल इंडक्टन्स नंतर समान मानले जाते:

M12 = M21 = M.

परिणामी, E1 = - M x dI2/dt आणि E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), जेथे K हा इंडक्टन्सच्या दोन मूल्यांमधील कपलिंग घटक आहे.

ट्रान्सफॉर्मर्समध्ये इंटरइंडक्शनचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो, ज्यामुळे वैकल्पिक विद्युत प्रवाहाची मूल्ये बदलण्याची शक्यता असते. डिव्हाइस कॉइलची एक जोडी आहे जी सामान्य कोरवर जखमेच्या आहेत. पहिल्या कॉइलमधील विद्युतप्रवाह चुंबकीय कोरमध्ये बदलणारे चुंबकीय प्रवाह आणि दुसऱ्या कॉइलमध्ये विद्युत प्रवाह तयार करतो. दुसर्‍या कॉइलपेक्षा पहिल्या कॉइलमध्ये कमी वळणाने, व्होल्टेज वाढते आणि त्याचप्रमाणे पहिल्या कॉइलमध्ये अधिक वळण घेतल्यास, व्होल्टेज कमी होते.

विद्युत उर्जा निर्माण आणि परिवर्तन करण्याव्यतिरिक्त, इतर उपकरणांमध्ये चुंबकीय प्रेरणाचा वापर केला जातो. उदाहरणार्थ, चुंबकीय उत्सर्जन गाड्यांमध्ये, रेलमधील विद्युत् प्रवाहाशी थेट संपर्क न करता फिरणे, परंतु इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक प्रतिकर्षणामुळे दोन सेंटीमीटर जास्त.

संबंधित लेख: