संक्षिप्त आणि प्रवेशयोग्य स्वरूपात इलेक्ट्रोडायनामिक्सचे सर्वात महत्वाचे कायदे

आधुनिक जगात इलेक्ट्रोडायनामिक्सचे महत्त्व प्रामुख्याने लांब पल्ल्याच्या तारांवर विद्युत उर्जेचे प्रसारण, वितरण आणि विजेचे इतर प्रकारांमध्ये रूपांतर करण्याच्या पद्धतींसाठी उघडलेल्या विस्तृत तांत्रिक शक्यतांशी संबंधित आहे, — यांत्रिक, थर्मल, प्रकाश इ.

पॉवर प्लांट्समध्ये व्युत्पन्न केलेली, विद्युत उर्जा मैलांच्या पावर लाईन्सवर पाठवली जाते — घरे आणि औद्योगिक सुविधांमध्ये, जेथे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक शक्ती विविध उपकरणे, घरगुती उपकरणे, प्रकाश, गरम साधने आणि बरेच काही यांच्या मोटर चालवतात. एका शब्दात, आधुनिक अर्थव्यवस्थेची कल्पना करणे अशक्य आहे आणि भिंतीवर आउटलेटशिवाय एक खोली नाही.

हे सर्व केवळ इलेक्ट्रोडायनामिक्सच्या नियमांच्या ज्ञानामुळेच शक्य झाले आहे, जे सिद्धांताला विजेच्या व्यावहारिक वापराशी जोडण्यास अनुमती देते. या लेखात, आम्ही यापैकी चार सर्वात व्यावहारिक कायद्यांकडे जवळून पाहणार आहोत.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनचा नियम

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनचा कायदा पॉवर प्लांट्समध्ये स्थापित केलेल्या सर्व इलेक्ट्रिक जनरेटरच्या ऑपरेशनचा आधार आहे, आणि केवळ नाही. परंतु हे सर्व अगदी सहज लक्षात येण्याजोग्या प्रवाहाने सुरू झाले, 1831 मध्ये मायकेल फॅराडे यांनी एका कॉइलच्या सापेक्ष इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या हालचालीच्या प्रयोगात शोधून काढले.

जेव्हा फॅराडेला त्याच्या शोधाच्या संभाव्यतेबद्दल विचारण्यात आले तेव्हा त्याने त्याच्या प्रयोगाच्या परिणामाची तुलना एका मुलाच्या जन्माशी केली जी अद्याप वाढली नाही. लवकरच हा नवजात खरा हिरो बनला ज्याने संपूर्ण सुसंस्कृत जगाचा चेहरामोहरा बदलून टाकला.पहा — इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या कायद्याचा व्यावहारिक अनुप्रयोग

जर्मनीमधील ऐतिहासिक जलविद्युत प्रकल्पातील जनरेटर

आधुनिक पॉवर प्लांट जनरेटर हे फक्त चुंबक असलेली कॉइल नाही. ही एक प्रचंड रचना आहे ज्यामध्ये स्टील संरचना, उष्णतारोधक तांब्याच्या बसबारच्या अनेक कॉइल्स, टन लोखंड, इन्सुलेट सामग्री, तसेच मिलिमीटरच्या अपूर्णांकांपर्यंत अचूकतेने तयार केलेले अनेक छोटे भाग आहेत.

निसर्गात, अर्थातच, असे जटिल उपकरण सापडत नाही, परंतु निसर्गाने प्रयोगात माणसाला दाखवले की उपलब्ध बाह्य शक्तीच्या प्रभावाखाली यांत्रिक हालचालींद्वारे वीज निर्माण करण्यासाठी उपकरणाने कसे कार्य केले पाहिजे.

पॉवर प्लांटमध्ये निर्माण होणारी वीज रूपांतरित केली जाते, वितरित केली जाते आणि पुन्हा रूपांतरित होते धन्यवाद पॉवर ट्रान्सफॉर्मर, ज्याचे कार्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या घटनेवर देखील आधारित आहे, केवळ एक ट्रान्सफॉर्मर, जनरेटरच्या विपरीत, त्याच्या डिझाइनमध्ये सतत हलणारे भाग समाविष्ट करत नाहीत, त्याऐवजी त्यात कॉइलसह चुंबकीय सर्किट असते.

AC वाइंडिंग (प्राथमिक वळण) चुंबकीय सर्किटवर कार्य करते, चुंबकीय सर्किट दुय्यम विंडिंग्स (ट्रान्सफॉर्मरचे दुय्यम विंडिंग) वर कार्य करते. ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम विंडिंगमधून वीज आता ग्राहकांना वितरित केली जाते. हे सर्व कार्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या घटनेमुळे आणि इलेक्ट्रोडायनामिक्सच्या संबंधित कायद्याच्या ज्ञानामुळे होते, ज्याला फॅराडे नाव आहे.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या कायद्याचा भौतिक अर्थ म्हणजे जेव्हा चुंबकीय क्षेत्र कालांतराने बदलते तेव्हा एडी इलेक्ट्रिक फील्ड दिसणे, जे कार्यरत ट्रान्सफॉर्मरमध्ये घडते.

व्यवहारात, जेव्हा कंडक्टरने बांधलेल्या पृष्ठभागावर प्रवेश करणारा चुंबकीय प्रवाह बदलतो तेव्हा कंडक्टरमध्ये एक EMF प्रेरित केला जातो, ज्याचे मूल्य चुंबकीय प्रवाह (F) च्या बदलाच्या दराइतके असते, तर प्रेरित EMF चे चिन्ह हे बदल F च्या दराच्या विरुद्ध आहे. या संबंधाला "प्रवाह नियम" देखील म्हणतात:

लूपमध्ये प्रवेश करणारा चुंबकीय प्रवाह थेट बदलण्याव्यतिरिक्त, त्यात ईएमएफ मिळविण्याची दुसरी पद्धत शक्य आहे, — Lorentz शक्ती वापरून.

लॉरेन्ट्झ फोर्सचे परिमाण, जसे की तुम्हाला माहिती आहे, चुंबकीय क्षेत्रामध्ये चार्जच्या हालचालीच्या गतीवर, चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रेरणाच्या परिमाणावर आणि दिलेला चार्ज इंडक्शन वेक्टरच्या सापेक्ष ज्या कोनावर फिरतो त्यावर अवलंबून असते. चुंबकीय क्षेत्राचे:

पॉझिटिव्ह चार्जसाठी लॉरेंट्झ फोर्सची दिशा "डाव्या हाताच्या" नियमाद्वारे निर्धारित केली जाते: जर तुम्ही तुमचा डावा हात अशा प्रकारे ठेवला की चुंबकीय प्रेरणाचा वेक्टर तळहातात प्रवेश करेल आणि चार पसरलेली बोटे त्याच्या हालचालीच्या दिशेने ठेवली जातील. पॉझिटिव्ह चार्ज, नंतर 90 अंशांवर वाकलेला अंगठा लॉरेन्ट्झ फोर्सची दिशा दर्शवेल.

अशा केसचे सर्वात सोपे उदाहरण आकृतीमध्ये दर्शविले आहे. येथे, लॉरेन्ट्झ बलामुळे चुंबकीय क्षेत्रात फिरणाऱ्या कंडक्टरच्या वरच्या टोकाला (म्हणजे, तांब्याच्या तारेचा तुकडा) सकारात्मक चार्ज होतो आणि त्याच्या खालच्या टोकाला नकारात्मक चार्ज होतो, कारण इलेक्ट्रॉनांवर ऋण शुल्क असते आणि तेच इथे हलतात. .

इलेक्ट्रॉन त्यांच्यामधील कुलॉम्ब आकर्षण आणि वायरच्या विरुद्ध बाजूवरील सकारात्मक चार्ज लॉरेंट्झ बल संतुलित करेपर्यंत खाली सरकतील.

या प्रक्रियेमुळे कंडक्टरमध्ये इंडक्शनचा ईएमएफ दिसण्यास कारणीभूत ठरते आणि जसे की ते बाहेर आले, ते थेट इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या कायद्याशी संबंधित आहे. किंबहुना, वायरमधील विद्युत क्षेत्राची ताकद E खालीलप्रमाणे आढळू शकते (वायर काटकोनातून वेक्टर B कडे सरकते असे गृहीत धरा):

म्हणून, इंडक्शनचा EMF खालीलप्रमाणे व्यक्त केला जाऊ शकतो:

हे लक्षात घेतले जाऊ शकते की दिलेल्या उदाहरणात चुंबकीय प्रवाह F (वस्तू म्हणून) अंतराळात बदल होत नाही, परंतु वायर ज्या क्षेत्रामध्ये चुंबकीय प्रवाह स्थित आहे ते क्षेत्र ओलांडते आणि आपण वायर ज्या क्षेत्रापासून पुढे जाते त्या क्षेत्राची गणना सहज करू शकता. दिलेल्या वेळेत जागेच्या त्या प्रदेशातून फिरून (म्हणजे वर नमूद केलेल्या चुंबकीय प्रवाहाच्या बदलाचा दर).

सर्वसाधारण बाबतीत, आम्हाला असा निष्कर्ष काढण्याचा अधिकार आहे की "फ्लक्स नियम" नुसार सर्किटमधील ईएमएफ हे सर्किटद्वारे चुंबकीय प्रवाहाच्या बदलाच्या दराच्या बरोबरीचे असते, विरुद्ध चिन्हासह घेतले जाते, मग त्याचे मूल्य कितीही असो. ठराविक लूपमध्ये वेळेनुसार चुंबकीय क्षेत्राच्या इंडक्शनमध्ये बदल झाल्यामुळे फ्लक्स एफ थेट बदलतो एकतर विस्थापन (चुंबकीय प्रवाह ओलांडणे) किंवा लूपच्या विकृतीमुळे किंवा दोन्ही.

अँपिअरचा कायदा

पॉवर प्लांट्समध्ये निर्माण होणाऱ्या ऊर्जेचा एक महत्त्वपूर्ण भाग उपक्रमांना पाठवला जातो, जेथे विविध मेटल कटिंग मशीनच्या इंजिनांना वीज पुरवली जाते. इलेक्ट्रिक मोटर्सचे ऑपरेशन त्यांच्या डिझाइनरच्या समजुतीवर आधारित आहे अँपिअरचा कायदा.

हा कायदा 1820 मध्ये आंद्रे मेरी अँपिअरने थेट प्रवाहांसाठी तयार केला होता (हा योगायोग नाही की या कायद्याला विद्युत प्रवाहांच्या परस्परसंवादाचा कायदा देखील म्हटले जाते).

अँपिअरच्या नियमानुसार, एकाच दिशेने प्रवाह असलेल्या समांतर तारा एकमेकांना आकर्षित करतात आणि विरुद्ध दिशेने निर्देशित करंट असलेल्या समांतर तारा एकमेकांना मागे टाकतात. याव्यतिरिक्त, अँपिअरचा नियम दिलेल्या फील्डमध्ये विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरवर चुंबकीय क्षेत्र कोणत्या बलाने कार्य करते हे ठरवण्यासाठी अंगठ्याच्या नियमाचा संदर्भ देते.

सोप्या स्वरूपात, अँपिअरचा नियम खालीलप्रमाणे सांगता येतो: चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरच्या घटकावर चुंबकीय क्षेत्र कार्य करते ते बल (ज्याला अँपिअरचे बल म्हणतात) कंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाहाच्या प्रमाणाशी थेट प्रमाणात असते. आणि चुंबकीय इंडक्शनच्या मूल्यापासून वायरच्या लांबीच्या घटकाचे वेक्टर उत्पादन.

त्यानुसार, अँपिअरच्या बलाचे मापांक शोधण्यासाठीच्या अभिव्यक्तीमध्ये चुंबकीय प्रेरण सदिश आणि ज्या कंडक्टरवर हे बल कार्य करते त्या कंडक्टरमधील वर्तमान सदिश यांच्यातील कोनाची साईन असते (अँपिअरच्या बलाची दिशा ठरवण्यासाठी, तुम्ही डाव्या हाताचा नियम वापरू शकता. ):

दोन परस्परसंवादी कंडक्टरवर लागू केलेले, अँपिअरचे बल त्या प्रत्येकावर त्या कंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाहांच्या संबंधित दिशांवर अवलंबून असलेल्या दिशेने कार्य करेल.

समजा निर्वात प्रवाह I1 आणि I2 सह दोन अमर्याद लांब पातळ कंडक्टर आहेत आणि सर्वत्र कंडक्टरमधील अंतर r च्या समान आहे.वायरच्या एका युनिट लांबीवर (उदाहरणार्थ, दुसऱ्याच्या बाजूला असलेल्या पहिल्या वायरवर) अँपिअर फोर्स शोधणे आवश्यक आहे.

बायो-सावर्त-लाप्लेस कायद्यानुसार, वर्तमान I2 सह अनंत कंडक्टरपासून r अंतरावर, चुंबकीय क्षेत्रामध्ये एक प्रेरण असेल:

आता तुम्ही अँपिअर फोर्स शोधू शकता जे चुंबकीय क्षेत्राच्या दिलेल्या बिंदूवर (दिलेल्या इंडक्शन असलेल्या ठिकाणी) असलेल्या पहिल्या वायरवर कार्य करेल:

या अभिव्यक्तीला लांबीवर एकत्रित केल्याने, आणि नंतर लांबीसाठी एक बदलून, आम्हाला दुसऱ्याच्या बाजूला असलेल्या पहिल्या वायरच्या प्रति युनिट लांबीनुसार अँपिअर-फोर्स प्राप्त होतो. समान शक्ती, फक्त विरुद्ध दिशेने, पहिल्याच्या बाजूने दुसऱ्या वायरवर कार्य करेल.

अँपिअरचा नियम समजून घेतल्याशिवाय, किमान एक सामान्य इलेक्ट्रिक मोटर गुणात्मकपणे डिझाइन करणे आणि एकत्र करणे अशक्य आहे.

इलेक्ट्रिक मोटरचे ऑपरेशन आणि डिझाइनचे सिद्धांत

असिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्सचे प्रकार, त्यांची वैशिष्ट्ये

जौल-लेन्झ कायदा

सर्व विद्युत ऊर्जा ट्रान्समिशन लाइन, मुळे या तारा गरम होतात. याव्यतिरिक्त, महत्त्वपूर्ण विद्युत उर्जेचा वापर विविध हीटिंग उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी, टंगस्टन फिलामेंट्सला उच्च तापमानापर्यंत गरम करण्यासाठी इ. विद्युत प्रवाहाच्या गरम प्रभावाची गणना जौल-लेन्झ कायद्यावर आधारित आहे, जेम्स जौल यांनी 1841 मध्ये शोधून काढले आणि स्वतंत्रपणे 1842 मध्ये एमिल लेन्झ यांनी शोधले.

हा कायदा विद्युत प्रवाहाच्या थर्मल प्रभावाचे प्रमाण ठरवतो.हे खालीलप्रमाणे तयार केले आहे: "माध्यमाच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूम (w) मध्ये प्रकाशीत होणारी उष्णतेची शक्ती जेव्हा त्यात थेट विद्युत प्रवाह वाहतो तेव्हा विद्युत प्रवाहाच्या घनतेच्या (j) उत्पादनाच्या विद्युत क्षेत्राच्या सामर्थ्याच्या मूल्याच्या प्रमाणात असते. (ई) «.

पातळ तारांसाठी, कायद्याचे अविभाज्य स्वरूप वापरले जाते: "सर्किटच्या एका विभागातून प्रति युनिट वेळेत सोडल्या जाणार्‍या उष्णतेचे प्रमाण विभागाच्या प्रतिकाराने विचारात घेतलेल्या विभागातील विद्युत् प्रवाहाच्या वर्गाच्या गुणानुपातिक असते. » हे खालील फॉर्ममध्ये लिहिलेले आहे:

जौल-लेन्झ कायद्याला लांब-अंतराच्या तारांवर विद्युत उर्जेचे प्रसारण करण्यासाठी विशेष व्यावहारिक महत्त्व आहे.

निष्कर्ष असा आहे की पॉवर लाइनवरील विद्युत् प्रवाहाचा थर्मल प्रभाव अवांछित आहे कारण यामुळे ऊर्जा नुकसान होते. आणि प्रसारित केलेली शक्ती विद्युत् प्रवाहाच्या व्होल्टेज आणि परिमाण या दोन्हींवर रेखीय रीतीने अवलंबून असल्याने, तापविण्याची शक्ती विद्युत् प्रवाहाच्या चौरसाच्या प्रमाणात असते, तेव्हा वीज प्रसारित होणारी व्होल्टेज वाढवणे, त्यानुसार विद्युत् प्रवाह कमी करणे फायदेशीर आहे.

ओमचा कायदा

इलेक्ट्रिक सर्किटचा मूलभूत नियम - 1826 मध्ये जॉर्ज ओम यांनी शोधलेला ओमचा कायदा.… कायदा वायरच्या विद्युत प्रतिरोध किंवा चालकता (विद्युत चालकता) वर अवलंबून विद्युत व्होल्टेज आणि करंट यांच्यातील संबंध निर्धारित करतो. आधुनिक भाषेत, संपूर्ण सर्किटसाठी ओमचा नियम खालीलप्रमाणे लिहिला आहे:

r — स्त्रोत अंतर्गत प्रतिकार, R — लोड प्रतिरोध, e — स्रोत EMF, I — सर्किट करंट

या नोंदीवरून असे दिसून येते की बंद सर्किटमधील ईएमएफ ज्याद्वारे स्त्रोताद्वारे प्रवाहित होणारा प्रवाह समान असेल:

याचा अर्थ असा की बंद सर्किटसाठी, स्रोत ईएमएफ बाह्य सर्किटच्या व्होल्टेज ड्रॉपच्या बेरीज आणि स्त्रोताच्या अंतर्गत प्रतिकारांच्या समान आहे.

ओहमचा नियम खालीलप्रमाणे तयार केला आहे: "सर्किटच्या एका विभागातील विद्युत् प्रवाह त्याच्या टोकावरील व्होल्टेजच्या थेट प्रमाणात आणि सर्किटच्या या विभागाच्या विद्युतीय प्रतिकाराच्या व्यस्त प्रमाणात आहे." ओमच्या नियमाचे आणखी एक संकेत म्हणजे कंडक्टन्स जी (विद्युत चालकता):

सर्किटच्या विभागासाठी ओमचा नियम

ओमच्या कायद्याचा व्यवहारात वापर

व्होल्टेज, करंट, रेझिस्टन्स म्हणजे काय आणि ते सरावात कसे वापरले जातात