विद्युत धारा का चुंबकीय प्रभाव (Magnetic Effects of Current)

किसी चुंबक के चारों ओर का वह क्षेत्र जिसमें उसका चुंबकीय का संसूचन (अनुभव बल) किया जा सकता है, उस चुंबक का चुंबकीय क्षेत्र (चुंबकीय क्षेत्र) विभाग हैं।

• चुंबकीय क्षेत्र एक सादिश राशि (वेक्टर मात्रा) है, जिसका आयाम और दिशा दोनों होते हैं।
• इसका एसआई क्वार्टक टेस्ला (टेस्ला, टी) है।

(के) चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं (चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं)

चुंबकीय क्षेत्र को निरूपित करने के लिए खींचे गए वे काल्पनिक स्थिर वज्र जिन पर कोई स्वतंत्र काल्पनिक ध्रुव गमन करेगा, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं कहलाती हैं।

(ख) चुंबकीय क्षेत्र के 4 प्रमुख गुण (जेएसी बोर्ड पसंदीदा 3 अंक):

1. दिशा (उत्तरी से दक्षिणी ध्रुव): चुंबक के बाह्य क्षेत्र रेखाएँ उत्तरी ध्रुव (एन) से रेखा दक्षिणी ध्रुव (एस) में प्रवेश करती हैं; जबकि चुंबक की भीतरी दिशा दक्षिणी ध्रुव (एस) से उत्तरी ध्रुव (एन) की ओर है। मूलतः ये रेखाएं बंद सतत वज्र (बंद निरंतर लूप) रचनाएं हैं।
2. स्पर्श रेखा द्वारा दिशा: क्षेत्र रेखा के किसी बिंदु पर खींची गई स्पर्श रेखा पर उस बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र की यथास्थिति दिशा को दी जाती है।
3. क्षेत्र की प्रबलता (सघनता): जहां क्षेत्र रेखाएं एक-दूसरे के विशाल निकट (साघन/भीड़) होती हैं, वहां चुंबकीय क्षेत्र अत्यधिक प्रबलताहोती है (जैसे चुंबक के ध्रुवों के किनारे); और जहां दूर-दूर रेखाएं होती हैं, वहां चुंबकीय क्षेत्र डर्बल होता है।
4. दो क्षेत्र रेखाएँ कभी एक-दूसरे को नहीं काटतीं (प्रतिच्छेद नहीं करतीं):
   यदि दो रेखाएं किसी बिंदु पर एक-दूसरे को खींचती हैं, तो कटन बिंदु पर दो स्पर्श रेखाएं खींची जा सकती हैं, जिसका अर्थ यह होगा कि उस एक ही बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र की दो दिशाएं निहित हैं—जो भौतिक रूप से सर्वथा प्रभावशाली है!

(के) सीधे धारावाहिनी चालक का चुंबकीय क्षेत्र

जब किसी सीधे तांबे के तार में विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो उसके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र संकेंद्रीय वृत्त (संकेंद्रित वृत्त) के रूप में उत्पन्न होता है, केंद्रीय केंद्र वह तार स्वयं होता है।

• चुंबकीय क्षेत्र की प्रबलता ($B$):
  1. तार में प्रवाहित धारा के अनुरूपानुपात होता है ($B \propto I$).
  2. तार से दूरी के वुत्क्रमानुपति होते हैं ($B \propto \frac{1}{r}$)—जैसे तार से दूर जाते हैं, वृत्त बड़े और चुंबकीय प्रभाव क्षीण होते हैं।

(ख) दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम (दाहिने हाथ के अंगूठे का नियम)

इसे मैक्सवेल का कॉर्कस्क्रू नियम (मैक्सवेल का कॉर्कस्क्रू नियम) भी कहते हैं।

(जी) परिनालिका (सोलेनॉइड) विद्युत विद्युत चुंबक

पास-पास-पास के तार की बेलनाकार कई फेरों वाली कुंडली को परिणालिका कहते हैं:

• जब परिनालिका में धारा प्रवाहित होती है, तो यह चुंबकीय क्षेत्र ठीक है एक छद चुंबक (बार चुंबक) के चुंबकीय क्षेत्र के समान व्यवहार होता है। यह एक सिरा उत्तरी ध्रुव (एन) और दूसरा सिरा दक्षिणी ध्रुव (एस) बन जाता है।
• परिनालिका के अंदर के क्षेत्र में: परिनालिका के अंदर के सभी स्थानों पर चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएँ समान सरल रेखाएँ होती हैं। इसका अर्थ है कि परिनालिका के अंदर चुंबकीय क्षेत्र सभी पिंड पर एकसमान (वर्दी)होता है।
• विद्युत चुंबक (इलेक्ट्रोमैग्नेट): परिनालिका के अंदर के तीव्र चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किसी भी चुंबकीय पदार्थ (जैसे नर्म आयरन की छड़ी / सॉफ्ट आयरन कोर) को उसके अंदर चुंबक चुंबकीय क्षेत्र में किया जाता है। इस प्रकार चुंबक बनाने को विद्युत चुंबक कहते हैं।
• विद्युत चुंबक बनाम स्थायी चुंबक:
  • विद्युत चुंबक एक अस्थायी चुंबक है; धारा बंद होने से ही चुंबकत्व समाप्त हो जाता है। इसकी शक्ति धारा अनुदान या फेरों की संख्या ($N$) शक्ति धारा इच्छानुसार बहुत अधिक हो सकती है।
  • स्थायी चुंबक (जैसे कार्बन स्टील का चुंबक) का चुंबकत्व आसानी से समाप्त नहीं होता है और इसकी शक्ति स्थिर होती है।

फ्रांसीसी वैज्ञानिक आंद्रे-मेरी एम्पीयर ने प्रतिपादित किया कि यदि धारावाही चालक चुंबक पर बल लगाया जाता है, तो चुंबक को भी धारावाही चालक पर आयाम में समान और विपरीत दिशा में बल लगाया जाना चाहिए।

(के) चालक पर प्रमुख वाले बल की शुरुआत ($F = BIl \sin\theta$):

• चुंबकीय क्षेत्र की प्रबलता ($B$) पर क्रमिकानुपति।
• चालक में प्रवाहित धारा ($I$) पर असंगतानुपति।
• चालक की लंबाई ($l$) पर अनुक्रमानुपति.
• अधिकतम बल: जब चालक चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के लंबवत ($90^\circ$) रखा जाता है, तो उस पर लीज वाला बल अधिकतम होता है।
• शून्य बल: जब चालक चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के समान अंश ($0^\circ$ या $180^\circ$) रखा जाता है, तो उस पर समान बल वाला शून्य होता है।

(ख) फ्लेमिंग का वामहस्त नियम (फ्लेमिंग का वामहस्त नियम)

चुंबकीय क्षेत्र में धारावाहिनी चालक पर स्थित बल (या गति) की ज्ञात दिशा निर्धारित करने का स्वर्णिम नियम:

याद रखने की ट्रिक (पिता - माता - बच्चा):

• Fअर्थउंगली (तर्जनी) = Mचुंबकीय क्षेत्र (चुंबकीय क्षेत्र)
• Cकेंद्र/मध्यमा उंगली (मध्यमा) = Cवर्तमान (धारा)
• Thumb (अंगूठा) = Force / Motion (बल या गति)

(जी) विद्युत मोटर (इलेक्ट्रिक मोटर) का सिद्धांत

विद्युत मोटर एक ऐसी ऊर्जा युक्त है जो विद्युत ऊर्जा को पारिस्थितिक ऊर्जा में रूपांतरित करती है करती है।

• कार्य सिद्धांत: यह फ्लेमिंग के वामहस्त नियम पर आधारित है। जब किसी चुंबकीय क्षेत्र में छिपकली कुण्डल (आर्मेचर) में धारा प्रवाहित की जाती है, तो कुंडल के दोनों विपरीत भुजाओं पर समान उपग्रह विपरीत दिशा में बल कार्य करते हैं। यह बल युग्म (टॉर्क) कुंडल लगातार एक ही दिशा में घुमाता है।
• विभक्त वलय (स्प्लिट रिंग्स / दिकपरिवर्तक - कम्यूटेटर) का कार्य: विभक्त वलय प्रत्येक अलग-अलग ढलान में धारा की दिशा को उलट देता है, जिससे कुंडल लगातार एक ही दिशा में घूमता रहता है।

(के)विद्युत चुम्बकीय प्रेरण (Electromagnetic Induction)

सन 1831 में माइकल फैराडे ने यह युग ट्रांसकारी खोज की थी कि जब किसी चालक और चुंबकीय क्षेत्र के बीच परापेक्षिक गति होती है (या कुंडल से बद्ध चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन होता है), तो कुंडल में एक विद्युत विभवांतर और धारा प्रेरित होती है। इस परिघटना को विद्युत चुंबकीय धारा कहते हैं और उत्पन्न धारा को प्रेरणा धारा (प्रेरित धारा) कहते हैं।

(ख) फ्लेमिंग का दक्षिण-हस्त नियम (फ्लेमिंग का दाहिना हाथ नियम)

अपने दाहिने हाथ के अँगूठे, मछुआरे और मध्यमा को आकर्षित करने वाली धारा की दिशा ज्ञात करने के उद्देश्य:

• तर्जनी = चुंबकीय क्षेत्र की दिशा
• अंगूठा = चालक की गति की दिशा
• मध्यमा = आवेशित विद्युत धारा की दिशा को दर्शनयोग्य.

(जी) दिष्ट धारा (डीसी) बनाम प्रत्यावर्ती धारा (एसी)

हमारे घरों में बिजली के खंभों या भूमिगत केबलों द्वारा मुख्य आपूर्ति (Main Supply) प्राप्त होती है। यह आपूर्ति 220 वोल्ट विभवांतर एवं 50 Hz आवृत्ति की प्रत्यावर्ती धारा होती है।

(क) घरेलू परिपथ के तीन मुख्य तार एवं रंग संहिता (Color Code):

(ख) भूसंपर्क तार का क्या कार्य है और यह क्यों आवश्यक है? (JAC Board 3 अंक)

• धातु के आवरण वाले विद्युत उपकरणों (जैसे विद्युत प्रेस, टोस्टर, मेज का पंखा, रेफ्रिजरेटर, कूलर) के धात्विक खोल को भूसंपर्क तार से जोड़ दिया जाता है।
• सुरक्षा कार्य: यदि कभी उपकरण का पुराना या कटा हुआ सजीव तार (Live wire) उपकरण की धातु की बॉडी को छू लेता है, तो भूसंपर्क तार उस क्षरित करंट को अत्यंत कम प्रतिरोध का मार्ग प्रदान करके सीधे जमीन (पृथ्वी) में पहुँचा देता है।
• इससे उपकरण का विभव पृथ्वी के विभव (शून्य) के बराबर बना रहता है, और यदि कोई व्यक्ति उस उपकरण को छू ले, तो उसे कोई गंभीर या जानलेवा बिजली का झटका (Electric Shock) नहीं लगता।

(ग) लघुपथन बनाम अतिभारण (Short-Circuit vs Overloading):