इलेक्ट्रोमैग्नेट: रचना, भागों, यह कैसे काम करता है और अनुप्रयोग - शारीरिक - 2025

एक इलेक्ट्रोमैग्नेट एक उपकरण है जो विद्युत प्रवाह से चुंबकत्व का उत्पादन करता है। यदि विद्युत प्रवाह बंद हो जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र भी गायब हो जाता है। 1820 में यह पता चला कि एक विद्युत प्रवाह अपने वातावरण में एक चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करता है। चार साल बाद पहले इलेक्ट्रोमैग्नेट का आविष्कार और निर्माण किया गया था।

पहले इलेक्ट्रोमैग्नेट में एक लोहे की घोड़े की नाल होती थी जिसे इन्सुलेट वार्निश के साथ चित्रित किया जाता था, और बिजली के इन्सुलेशन के बिना तांबे के तार के अठारह मोड़ इस पर घाव थे।

चित्र 1. इलेक्ट्रोमैग्नेट। स्रोत: पिक्साबे

आधुनिक इलेक्ट्रोमैग्नेट में अंतिम उपयोग के आधार पर विभिन्न आकार हो सकते हैं जो उन्हें दिए जाने वाले हैं; और यह केबल है जो वार्निश के साथ अछूता है न कि लोहे की कोर से। लौह कोर का सबसे आम आकार बेलनाकार है, जिस पर अछूता तांबे का तार घाव है।

आप एक चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने वाले घुमावदार के साथ एक विद्युत चुंबक बना सकते हैं, लेकिन लोहे की कोर क्षेत्र की तीव्रता को गुणा करती है।

जब विद्युत प्रवाह एक विद्युत चुंबक की घुमावदार से गुजरता है, तो लोहे का कोर चुंबकित हो जाता है। यही है, सामग्री के आंतरिक चुंबकीय क्षण संरेखित करते हैं और जोड़ते हैं, कुल चुंबकीय क्षेत्र को तेज करते हैं।

इस तरह के चुंबकत्व को कम से कम 600 ईसा पूर्व से जाना जाता है, जब ग्रीक थेल्स ऑफ़ मिलेटस ने चुंबक के बारे में विस्तार से बात की थी। लौह खनिज मैग्नेटाइट, प्राकृतिक रूप से और स्थायी रूप से चुंबकत्व का उत्पादन करता है।

इलेक्ट्रोमैग्नेट्स के लाभ

विद्युत चुंबक का एक निस्संदेह लाभ यह है कि विद्युत क्षेत्र को नियंत्रित करके चुंबकीय क्षेत्र को स्थापित, बढ़ाया, घटाया या हटाया जा सकता है। स्थायी मैग्नेट बनाते समय, इलेक्ट्रोमैग्नेट आवश्यक होते हैं।

अब ऐसा क्यों हो रहा है? इसका उत्तर यह है कि चुम्बकत्व केवल विद्युत के समान ही आंतरिक है, लेकिन दोनों ही घटनाएं कुछ विशेष परिस्थितियों में ही प्रकट होती हैं।

हालांकि, यह कहा जा सकता है कि चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत विद्युत आवेश या विद्युत प्रवाह है। अंदर के पदार्थ, परमाणु और आणविक स्तर पर, इन धाराओं का उत्पादन किया जाता है जो सभी दिशाओं में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं जो एक दूसरे को रद्द करते हैं। यही कारण है कि सामग्री सामान्य रूप से चुंबकत्व नहीं दिखाती है।

यह समझाने का सबसे अच्छा तरीका यह है कि छोटे मैग्नेट (चुंबकीय क्षण) को इस मामले के अंदर रखा जाता है जो सभी दिशाओं में इंगित करते हैं, इसलिए उनका मैक्रोस्कोपिक प्रभाव रद्द हो जाता है।

फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों में, चुंबकीय क्षण संरेखित कर सकते हैं और चुंबकीय डोमेन कहे जाने वाले क्षेत्र बना सकते हैं। जब कोई बाहरी फ़ील्ड लागू होती है, तो ये डोमेन संरेखित होते हैं।

जब बाहरी फ़ील्ड निकाल दी जाती है, तो ये डोमेन अपनी मूल यादृच्छिक स्थिति में वापस नहीं आते हैं, लेकिन आंशिक रूप से संरेखित रहते हैं। इस तरह सामग्री चुंबकित हो जाती है और एक स्थायी चुंबक बन जाती है।

संरचना और एक विद्युत चुंबक के कुछ हिस्सों

एक इलेक्ट्रोमैग्नेट से बना है:

- वार्निश के साथ अछूता केबल का एक तार।

- एक लोहे का कोर (वैकल्पिक)।

- एक वर्तमान स्रोत, जो प्रत्यक्ष या वैकल्पिक हो सकता है।

चित्रा 2. एक विद्युत चुंबक के कुछ हिस्सों। स्रोत: स्व बनाया

घुमावदार कंडक्टर है जिसके माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने वाला वर्तमान गुजरता है और वसंत के रूप में घाव होता है।

घुमावदार में, मोड़ या मोड़ आमतौर पर एक साथ बहुत करीब होते हैं। इसलिए यह बेहद महत्वपूर्ण है कि जिस तार से घुमावदार बनाया जाता है, उसमें विद्युत इन्सुलेशन होता है, जिसे एक विशेष वार्निश के साथ प्राप्त किया जाता है। वार्निशिंग का उद्देश्य यह है कि यहां तक ​​कि जब मोड़ एक साथ समूहीकृत होते हैं और एक-दूसरे को स्पर्श करते हैं, तो वे विद्युत रूप से अलग-थलग रहते हैं और वर्तमान अपने सर्पिल पाठ्यक्रम को जारी रखता है।

घुमावदार कंडक्टर जितना अधिक मोटा होगा, केबल उतना अधिक चालू होगा, लेकिन घावों की कुल संख्या को सीमित कर सकता है। यह इस कारण से है कि कई इलेक्ट्रोमैग्नेट कॉइल एक पतली तार का उपयोग करते हैं।

उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र उस धारा के आनुपातिक होगा जो घुमावदार कंडक्टर से गुजरता है और घुमावों के घनत्व के लिए आनुपातिक भी है। इसका मतलब यह है कि प्रति यूनिट लंबाई जितनी अधिक मुड़ती है, क्षेत्र की तीव्रता उतनी ही अधिक होती है।

तंग मोड़ घुमावदार हैं, अधिक से अधिक संख्या जो किसी दिए गए लंबाई में फिट होगी, उनका घनत्व बढ़ जाएगा और इसलिए परिणामी क्षेत्र। यह एक और कारण है कि इलेक्ट्रोमैग्नेट्स प्लास्टिक या अन्य सामग्री के बजाय वार्निश के साथ केबल अछूता का उपयोग करते हैं, जो मोटाई जोड़ देगा।

solenoid

एक विलेय या बेलनाकार इलेक्ट्रोमैग्नेट में जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता निम्नलिखित संबंधों द्वारा दी जाएगी:

बी = μ⋅n =I

जहाँ B वह चुंबकीय क्षेत्र (या चुंबकीय प्रेरण) है, जिसे अंतरराष्ट्रीय प्रणाली की इकाइयों में टेस्ला में मापा जाता है, μ कोर की चुंबकीय पारगम्यता है, n प्रति मीटर घुमावों की संख्या या घुमावों का घनत्व है और अंत में वर्तमान I कि घुमावदार के माध्यम से घूमता है जो amps (ए) में मापा जाता है।

लोहे की कोर की चुंबकीय पारगम्यता इसकी मिश्रधातु पर निर्भर करती है और आमतौर पर हवा की पारगम्यता के 200 से 5000 गुना के बीच होती है। परिणामी फ़ील्ड को लोहे के कोर के बिना एक इलेक्ट्रोमैग्नेट के संबंध में इसी कारक से गुणा किया जाता है। हवा की पारगम्यता लगभग एक वैक्यूम के बराबर होती है, जो μ ₀ = 1.26 × 10 ^-6 T * m / A है।

यह कैसे काम करता है?

विद्युत चुंबक के संचालन को समझने के लिए चुंबकत्व के भौतिकी को समझना आवश्यक है।

चलो एक वर्तमान I को ले जाने वाले एक साधारण सीधे तार से शुरू करते हैं, यह धारा तार के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र B पैदा करती है।

चित्रा 3. एक सीधे तार द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

सीधे तार के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं लीड तार के चारों ओर संकेंद्रित वृत्त हैं। फ़ील्ड लाइनें दाहिने हाथ के नियम का अनुपालन करती हैं, अर्थात, यदि दाहिने हाथ का अंगूठा वर्तमान की दिशा में इंगित करता है, तो दाहिने हाथ की अन्य चार उंगलियां चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की गति की दिशा का संकेत देंगी।

एक सीधे तार का चुंबकीय क्षेत्र

इससे दूरी r पर एक सीधे तार के कारण चुंबकीय क्षेत्र है:

मान लें कि हम तार को मोड़ते हैं ताकि यह एक सर्कल या लूप बनाए, फिर इसके अंदर की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं एक साथ सभी दिशाओं को जोड़ते हुए, जोड़ते हुए और मजबूत करती हैं। लूप या सर्कल के आंतरिक भाग में बाहरी भाग की तुलना में क्षेत्र अधिक तीव्र होता है, जहाँ फ़ील्ड अलग और कमजोर हो जाती है।

चित्रा 4. एक सर्कल में एक तार द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

एक लूप के केंद्र में चुंबकीय क्षेत्र

त्रिज्या के लूप के केंद्र में जिसके परिणामस्वरूप चुंबकीय क्षेत्र एक वर्तमान I होता है:

यदि हम हर बार केबल को मोड़ते हैं तो इसका प्रभाव कई गुना बढ़ जाता है, क्योंकि इसमें दो, तीन, चार,… और कई मोड़ होते हैं। जब हम बहुत करीब कॉइल के साथ वसंत के रूप में केबल को हवा देते हैं, तो वसंत के अंदर चुंबकीय क्षेत्र एक समान और बहुत तीव्र होता है, जबकि बाहर की तरफ यह व्यावहारिक रूप से शून्य है।

मान लें कि हमने केबल को 30 सेमी के एक सर्पिल में 1 सेमी लंबे और 1 सेमी व्यास में घुमाया। यह 3000 मीटर प्रति मीटर के मोड़ का घनत्व देता है।

आदर्श सोलेनोइड चुंबकीय क्षेत्र

एक आदर्श सोलेनोइड में इसके अंदर चुंबकीय क्षेत्र दिया गया है:

संक्षेप में, एक केबल के लिए हमारी गणना जो वर्तमान के 1 एम्पीयर को ले जाती है और माइक्रोटेसेलस में चुंबकीय क्षेत्र की गणना करती है, हमेशा विभिन्न कॉन्फ़िगरेशन में केबल से 0.5 सेमी की दूरी पर होती है:

1. सीधी केबल: 40 ​​माइक्रोटेसेल।
2. व्यास में 1 सेमी के एक चक्र में केबल: 125 माइक्रोटेसेल।
3. 1 सेमी में 300 मोड़ का फैलाव: 3770 माइक्रोटेसेल = 0.003770 टेस्ला।

लेकिन अगर हम 100 के सापेक्ष पारगम्यता वाले सर्पिल को एक लोहे की कोर में जोड़ते हैं, तो क्षेत्र को 100 गुना गुणा किया जाता है, जो कि 0.37 टेस्ला है।

यह भी संभव है कि बल की गणना करें कि सोलनॉइड में इलेक्ट्रोमैग्नेट क्रॉस सेक्शन के लौह कोर के एक भाग पर स्थित है।

1.6 टेस्ला के एक संतृप्ति चुंबकीय क्षेत्र को मानते हुए, इलेक्ट्रोमैग्नेट द्वारा उत्सर्जित लौह कोर क्षेत्र के प्रति वर्ग मीटर बल 10 ^ 6 किलोटन बल के बराबर 10 ^ 6 न्यूटन होगा, जो 0.1 टन प्रति टन है। क्रॉस सेक्शन का वर्ग मीटर।

इसका मतलब यह है कि 1.6 टेस्ला के एक संतृप्ति क्षेत्र के साथ एक इलेक्ट्रोमैग्नेट 1 सेमी ^{2 के} क्रॉस सेक्शन के साथ लोहे के कोर पर 10 किलो की ताकत लगाता है ।

इलेक्ट्रोमैग्नेट एप्लीकेशन

इलेक्ट्रोमैग्नेट कई गैजेट और उपकरणों का हिस्सा हैं। उदाहरण के लिए, वे अंदर मौजूद हैं:

- विद्युत मोटर्स।

- अल्टरनेटर और डायनेमो।

- बोलने वाले।

- इलेक्ट्रोकेमिकल रिले या स्विच।

- बिजली की घंटी।

- प्रवाह नियंत्रण के लिए सोलेनॉइड वाल्व।

- कंप्यूटर हार्ड ड्राइव।

- स्क्रैप मेटल लिफ्टिंग क्रेन।

- शहरी कचरे से धातु विभाजक।

- ट्रेनों और ट्रकों के लिए इलेक्ट्रिक ब्रेक।

- परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग मशीनें।

और कई और उपकरण।

संदर्भ

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