विद्युत एवं चुंबकत्व (Electricity and Magnetism)

ए. इलेक्ट्रिक सर्किट और योजनाबद्ध प्रतीक:

An इलेक्ट्रिक सर्किट एक बंद संचालन पथ है जिसके माध्यम से विद्युत धारा किसी शक्ति स्रोत के सकारात्मक टर्मिनल से नकारात्मक टर्मिनल तक प्रवाहित होती है।

• इलेक्ट्रिक सेल: लंबी पतली रेखा (धनात्मक टर्मिनल $+$) एक छोटी मोटी रेखा (नकारात्मक टर्मिनल $-$) के साथ जोड़ी गई।
• बैटरी: श्रृंखला में जुड़े दो या दो से अधिक कोशिकाओं का संयोजन।
• स्विच / कुंजी: स्विच खोलें (सर्किट तोड़ता है, करंट $= 0$); बंद स्विच (लूप पूरा करता है, करंट प्रवाहित होता है)।
• बल्ब: एक सर्कल के अंदर एक लूप वाला फिलामेंट।

बी. कंडक्टर बनाम इंसुलेटर:

• कंडक्टर: सामग्री जिसमें प्रचुर मात्रा में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं जो विद्युत धारा को नगण्य प्रतिरोध के साथ प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं (जैसे, तांबा, एल्यूमीनियम, चांदी, ग्रेफाइट, नल का पानी)।
• इन्सुलेटर्स: ऐसी सामग्रियां जिनके इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक से मजबूती से बंधे होते हैं, जो वर्तमान प्रवाह के लिए अत्यधिक उच्च प्रतिरोध प्रदान करते हैं (जैसे, रबर, पीवीसी प्लास्टिक, कांच, सूखी लकड़ी, चीनी मिट्टी के बरतन)। घातक बिजली के झटके को रोकने के लिए बिजली के तारों को पीवीसी में लेपित किया जाता है।

ए. जूल का तापन नियम:

जब एक उच्च-प्रतिरोध कंडक्टर के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो गतिमान इलेक्ट्रॉन धातु आयनों से टकराते हैं, विद्युत ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं:

• हीटिंग उपकरण (आयरन, हीटर, टोस्टर): इसके बहुत उच्च विद्युत प्रतिरोध और असाधारण रूप से उच्च पिघलने बिंदु ($~1,400^\circ\text{C}$) के कारण नाइक्रोम (निकेल, क्रोमियम और आयरन का एक मिश्र धातु) से बने हीटिंग तत्वों का उपयोग करें; यह ऑक्सीकरण या पिघले बिना लाल-गर्म चमकता है।

बी. इलेक्ट्रिक फ़्यूज़ (सुरक्षा उपकरण):

• सर्किट को ओवरलोडिंग और शॉर्ट-सर्किटिंग से बचाने के लिए लाइव वायर में एक सुरक्षा उपकरण डाला गया है।
• सामग्री: सीसा और टिन ($63\%\text{ Sn} + 37\%\text{ Pb}$) के मिश्रधातु से बना तार का एक छोटा टुकड़ा जिसमें कम गलनांक और अपेक्षाकृत उच्च प्रतिरोध होता है।
• तंत्र: जब सर्किट के माध्यम से अत्यधिक करंट प्रवाहित होता है, तो जूल हीटिंग के कारण फ्यूज तार तेजी से गर्म हो जाता है और पिघल जाता है, जिससे सर्किट टूट जाता है और बिजली की आग और उपकरण क्षति को रोका जा सकता है।
• आधुनिक घरेलू सर्किट लघु सर्किट ब्रेकर (एमसीबी) का उपयोग करते हैं, जो वर्तमान उछाल के दौरान स्वचालित रूप से एक विद्युत चुम्बकीय स्विच को ट्रिप कर देता है और प्रतिस्थापन के बिना रीसेट किया जा सकता है।

ए. चुंबकत्व के मौलिक नियम:

1. प्रत्येक चुंबक के दो विपरीत ध्रुव होते हैं: एक उत्तर की ओर उन्मुख ध्रुव ($N$) और एक दक्षिण की ओर उन्मुख ध्रुव ($S$)। पृथक चुंबकीय मोनोपोल मौजूद नहीं हैं!
2. आकर्षण और प्रतिकर्षण का नियम: समान ध्रुव एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं ($N-N$ या $S-S$), जबकि विपरीत ध्रुव एक दूसरे को आकर्षित करते हैं ($N-S$).

बी. प्रतिकर्षण ही चुंबक का एकमात्र निश्चित परीक्षण क्यों है:

एक चुंबक आकर्षित करता है:

• दूसरे चुंबक का विपरीत ध्रुव (विपरीत ध्रुव आकर्षित करते हैं).
• प्रेरित चुंबकत्व के कारण कोई भी सामान्य अचुंबकीय चुंबकीय सामग्री (जैसे लोहे की कील)!

इसलिए, चुंबक और गैर-चुंबकीय लोहे के टुकड़े के बीच आकर्षण हो सकता है। हालाँकि, प्रतिकर्षण विशेष रूप से दो समान चुंबकीय ध्रुवों के बीच होता है! इस प्रकार, प्रतिकर्षण यह पुष्टि करने वाला एकमात्र निश्चित परीक्षण है कि दी गई धातु की छड़ एक वास्तविक स्थायी चुंबक है।

ए. विद्युत चुम्बक निर्माण एवं गुण:

An इलेक्ट्रोमैग्नेट एक अस्थायी चुंबक है जो नरम लोहे की कोर के चारों ओर इंसुलेटेड तांबे के तार को लपेटकर और कुंडल के माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित करके बनाया जाता है।

• करंट बंद होते ही इसका चुंबकीय क्षेत्र पूरी तरह से गायब हो जाता है। नरम लोहे का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि इसमें उच्च चुंबकीय पारगम्यता और शून्य धारणशीलता होती है (चुंबकत्व तुरंत खो देता है)।
• विद्युत चुम्बक को मजबूत बनाना: 1. धारा का परिमाण बढ़ाएँ, 2. कुंडल में घुमावों की संख्या बढ़ाएँ।

बी. इलेक्ट्रिक बेल का कार्य तंत्र:

1. जब पुश-बटन स्विच दबाया जाता है, तो सर्किट पूरा हो जाता है, और इलेक्ट्रोमैग्नेट कॉइल के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है।
2. नरम लोहे का कोर दृढ़ता से चुम्बकित हो जाता है और नरम लोहे के आर्मेचर को आकर्षित करता है।
3. आर्मेचर से जुड़ा हथौड़ा पीतल के घंटे पर प्रहार करता है, जिससे तेज ध्वनि उत्पन्न होती है।
4. जैसे ही आर्मेचर आगे बढ़ता है, यह समायोज्य संपर्क स्क्रू से दूर चला जाता है, सर्किट को तोड़ता है संपर्क बिंदु पर!
5. करंट बंद होने पर, विद्युत चुंबक तुरंत अपना चुंबकत्व खो देता है। एक स्प्रिंग आर्मेचर को संपर्क पेंच के विरुद्ध पीछे खींचता है।
6. यह विद्युत कनेक्शन को बहाल करता है, करंट फिर से प्रवाहित होता है, और चक्र तेजी से दोहराता है, जिससे लगातार घंटी बजती रहती है!