चुंबकीय परिपथ: Difference between revisions
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[[चुंबकीय]] परिपथ एक या | [[चुंबकीय]] परिपथ, [[ चुंबकीय प्रवाह |चुंबकीय प्रवाह]] वाले एक या अधिक बंद लूप मार्गों से बना होता है। प्रवाह सामान्यतः स्थायी चुम्बकों या [[ विद्युत ]] चुम्बकों द्वारा उत्पन्न होता है और [[ चुंबकीय कोर ]] के द्वारा लोहे जैसे [[लौह चुंबकीय]] सामग्री से बना होता है, चूंकि रास्ते में हवा का अंतराल या अन्य सामग्री हो सकती है। चुंबकीय परिपथों को कई यंत्रों जैसे [[ बिजली की मोटर |बिजली की मोटर]], [[जेनरेटर]], [[ट्रांसफॉर्मर]], [[रिले]], उत्तोलक, विद्युत चुम्बक, स्क्विड्स, [[ बिजली की शक्ति नापने का यंत्र ]]तथा [[ चुंबकीय क्षेत्र | चुंबकीय अभिलेखन]] को कुशलतापूर्वक चुंबकीय क्षेत्रों के लिए प्रयुक्त किया जाता है। | ||
[[ चुंबकीय संतृप्ति |चुंबकीय संतृप्ति]] चुंबकीय परिपथ में चुंबकीय प्रवाह, चुंबकत्व बल और चुंबकीय [[ अनिच्छा ]] के बीच के संबंध को हॉपकिन्सन के नियम द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो विद्युत परिपथ में ओम के नियम के लिए स्पष्ट समानता रखता है, जिसके परिणामस्वरूप चुंबकीय परिपथ के गुणों के बीच एक पत्राचार होता है। इस अवधारणा का उपयोग करके विद्युत परिपथों के लिए विकसित विधियों और प्रौद्योगिकी का उपयोग करके ट्रांसफार्मर जैसे जटिल उपकरणों के चुंबकीय क्षेत्र को जल्दी से हल किया जा सकता है। | |||
चुंबकीय परिपथ के कुछ उदाहरण | चुंबकीय परिपथ के कुछ उदाहरण इस प्रकार है | ||
* | * [[ घोड़े की नाल |घोड़े की नाल]] चुंबक लोहे की कीपर कम अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है। | ||
* घोड़े की नाल चुंबक बिना कीपर के | * घोड़े की नाल चुंबक बिना लोहे की कीपर के उच्च अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है। | ||
* इलेक्ट्रिक मोटर | * इलेक्ट्रिक मोटर चर अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है। | ||
* कुछ प्रकार के [[ चुंबकीय कारतूस ]] | * कुछ प्रकार के [[ चुंबकीय कारतूस | चुंबकीय कार्ट्रिज]] चर अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है। | ||
== मैग्नेटोमोटिव बल (एमएमएफ) == | == मैग्नेटोमोटिव बल (एमएमएफ) == | ||
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विद्युत परिपथों में, ओम का नियम इलेक्ट्रोमोटिव बल के बीच एक अनुभवजन्य संबंध है <math>\mathcal{E}</math> एक तत्व और वर्तमान (बिजली) में लागू <math>I</math> यह उस तत्व के माध्यम से उत्पन्न होता है। इसे इस प्रकार लिखा गया है: | विद्युत परिपथों में, ओम का नियम इलेक्ट्रोमोटिव बल के बीच एक अनुभवजन्य संबंध है <math>\mathcal{E}</math> एक तत्व और वर्तमान (बिजली) में लागू <math>I</math> यह उस तत्व के माध्यम से उत्पन्न होता है। इसे इस प्रकार लिखा गया है: | ||
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जहाँ R उस पदार्थ का विद्युत प्रतिरोध है। चुंबकीय परिपथों में प्रयुक्त ओम के नियम का एक प्रतिरूप है। इस | जहाँ R उस पदार्थ का विद्युत प्रतिरोध है। चुंबकीय परिपथों में प्रयुक्त ओम के नियम का एक प्रतिरूप है। इस नियम को अधिकांशतः [[ जॉन हॉपकिंसन ]] के बाद 'हॉपकिंसन का कानून' कहा जाता है, लेकिन वास्तव में इसे 1873 में [[ हेनरी ऑगस्टस रोलैंड ]] द्वारा तैयार किया गया था।<ref>Rowland H., Phil. Mag. (4), vol. 46, 1873, p. 140.</ref> यह प्रकट करता है की<ref>{{Cite web |url=http://www.ginerdelosrios.org/pizarra/electronica/nemesio/pizarra_neme/simuladores/parametros_magneticos.swf |title=Magnetism (flash)}}</ref><ref>{{cite book |title= EMC Analysis Methods and Computational Models |last=Tesche |first=Fredrick | author2=Michel Ianoz |author3=Torbjörn Karlsson |year= 1997| publisher= Wiley-IEEE|isbn=0-471-15573-X|pages=513 }}</ref> | ||
<math display="block">\mathcal{F}=\Phi \mathcal{R}.</math> | <math display="block">\mathcal{F}=\Phi \mathcal{R}.</math> | ||
कहाँ पे <math>\mathcal{F}</math> एक चुंबकीय तत्व में चुंबकत्व बल (एमएमएफ) है, <math>\Phi</math> चुंबकीय तत्व के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह है, और <math>\mathcal{R}</math> उस तत्व की चुंबकीय अनिच्छा है। (यह बाद में दिखाया जाएगा कि यह संबंध ''एच''-क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र ''बी'', ''बी''=''μH'' के बीच अनुभवजन्य संबंध के कारण है, जहां ''μ '' सामग्री की [[ पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) ]] है)। ओम के नियम की भांति, हॉपकिंसन के नियम की व्याख्या या तो एक अनुभवजन्य समीकरण के रूप में की जा सकती है जो कुछ सामग्रियों के लिए काम करता है, या यह अनिच्छा की परिभाषा के रूप में काम कर सकता है। | कहाँ पे <math>\mathcal{F}</math> एक चुंबकीय तत्व में चुंबकत्व बल (एमएमएफ) है, <math>\Phi</math> चुंबकीय तत्व के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह है, और <math>\mathcal{R}</math> उस तत्व की चुंबकीय अनिच्छा है। (यह बाद में दिखाया जाएगा कि यह संबंध ''एच''-क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र ''बी'', ''बी''=''μH'' के बीच अनुभवजन्य संबंध के कारण है, जहां ''μ '' सामग्री की [[ पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) ]] है)। ओम के नियम की भांति, हॉपकिंसन के नियम की व्याख्या या तो एक अनुभवजन्य समीकरण के रूप में की जा सकती है जो कुछ सामग्रियों के लिए काम करता है, या यह अनिच्छा की परिभाषा के रूप में काम कर सकता है। | ||
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* विद्युत धाराएँ कणों (इलेक्ट्रॉनों) के प्रवाह का प्रतिनिधित्व करती हैं और [[ शक्ति (भौतिकी) ]] को ले जाती हैं, जिनमें से कुछ या सभी को प्रतिरोधों में गर्मी के रूप में फैलाया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र किसी भी चीज के प्रवाह का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं, और अनिच्छा में कोई शक्ति नष्ट नहीं होती है। | * विद्युत धाराएँ कणों (इलेक्ट्रॉनों) के प्रवाह का प्रतिनिधित्व करती हैं और [[ शक्ति (भौतिकी) ]] को ले जाती हैं, जिनमें से कुछ या सभी को प्रतिरोधों में गर्मी के रूप में फैलाया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र किसी भी चीज के प्रवाह का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं, और अनिच्छा में कोई शक्ति नष्ट नहीं होती है। | ||
* विशिष्ट विद्युत परिपथों में धारा बहुत कम रिसाव के साथ परिपथ तक ही सीमित होती है। ठेठ चुंबकीय परिपथ में सभी चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय परिपथ तक ही सीमित नहीं होते हैं क्योंकि चुंबकीय पारगम्यता सामग्री के बाहर भी उपलब्ध होती है ([[ वैक्यूम पारगम्यता ]] देखें)। इस प्रकार, चुंबकीय कोर के बाहर अंतरिक्ष में महत्वपूर्ण [[ रिसाव प्रवाह ]] हो सकता है, जिसे ध्यान में रखा जाना चाहिए लेकिन गणना करना अधिकांशतः मुश्किल होता है। | * विशिष्ट विद्युत परिपथों में धारा बहुत कम रिसाव के साथ परिपथ तक ही सीमित होती है। ठेठ चुंबकीय परिपथ में सभी चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय परिपथ तक ही सीमित नहीं होते हैं क्योंकि चुंबकीय पारगम्यता सामग्री के बाहर भी उपलब्ध होती है ([[ वैक्यूम पारगम्यता ]] देखें)। इस प्रकार, चुंबकीय कोर के बाहर अंतरिक्ष में महत्वपूर्ण [[ रिसाव प्रवाह ]] हो सकता है, जिसे ध्यान में रखा जाना चाहिए लेकिन गणना करना अधिकांशतः मुश्किल होता है। | ||
* सबसे महत्वपूर्ण बात, चुंबकीय परिपथ अरैखिक तत्व हैं; एक चुंबकीय परिपथ में प्रतिरोध स्थिर नहीं है, जैसा कि प्रतिरोध है, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र के आधार पर भिन्न होता है। उच्च चुंबकीय प्रवाह पर चुंबकीय परिपथ [[ संतृप्ति (चुंबकीय) ]] के कोर के लिए उपयोग की जाने वाली [[ फेरोमैग्नेटिक सामग्री ]], चुंबकीय प्रवाह की और वृद्धि को सीमित करती है, इसलिए इस स्तर से ऊपर अनिच्छा तेजी से बढ़ जाती है। इसके अतिरिक्त , | * सबसे महत्वपूर्ण बात, चुंबकीय परिपथ अरैखिक तत्व हैं; एक चुंबकीय परिपथ में प्रतिरोध स्थिर नहीं है, जैसा कि प्रतिरोध है, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र के आधार पर भिन्न होता है। उच्च चुंबकीय प्रवाह पर चुंबकीय परिपथ [[ संतृप्ति (चुंबकीय) ]] के कोर के लिए उपयोग की जाने वाली [[ फेरोमैग्नेटिक सामग्री | लौह-चुंबकीय सामग्री]] , चुंबकीय प्रवाह की और वृद्धि को सीमित करती है, इसलिए इस स्तर से ऊपर अनिच्छा तेजी से बढ़ जाती है। इसके अतिरिक्त , लौह-चुंबकीय सामग्री [[ हिस्टैरिसीस ]] से पीड़ित होती है, इसलिए उनमें प्रवाह न केवल तात्कालिक एमएमएफ पर अपितु एमएमएफ के इतिहास पर भी निर्भर करता है। चुंबकीय प्रवाह के स्रोत को बंद करने के बाद, लौह-चुंबकीय सामग्रियों में अवशेष चुंबकत्व छोड़ दिया जाता है, जिससे कोई एमएमएफ वाला प्रवाह नहीं होता है। | ||
=== परिपथ कानून === | === परिपथ कानून === | ||
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यह चुम्बकत्व के लिए गॉस के नियम का अनुसरण करता है। गॉस का नियम और किरचॉफ के परिपथ कानूनों के अनुरूप है। विद्युत परिपथों के विश्लेषण के लिए किरचॉफ का वर्तमान नियम। | यह चुम्बकत्व के लिए गॉस के नियम का अनुसरण करता है। गॉस का नियम और किरचॉफ के परिपथ कानूनों के अनुरूप है। विद्युत परिपथों के विश्लेषण के लिए किरचॉफ का वर्तमान नियम। | ||
साथ में, उपरोक्त तीन | साथ में, उपरोक्त तीन नियम विद्युत परिपथ के समान तरीके से चुंबकीय परिपथ का विश्लेषण करने के लिए एक पूर्ण प्रणाली बनाते हैं। दो प्रकार के परिपथ ों की तुलना करने से पता चलता है कि: | ||
* प्रतिरोध R के समतुल्य अनिच्छा है <math>\mathcal{R}_\mathrm{m}</math> | * प्रतिरोध R के समतुल्य अनिच्छा है <math>\mathcal{R}_\mathrm{m}</math> | ||
* वर्तमान I के समतुल्य चुंबकीय प्रवाह Φ है | * वर्तमान I के समतुल्य चुंबकीय प्रवाह Φ है | ||
* वोल्टेज वी के बराबर मैग्नेटोमोटिव फोर्स एफ है | * वोल्टेज वी के बराबर मैग्नेटोमोटिव फोर्स एफ है | ||
शुद्ध स्रोत/प्रतिरोध परिपथ के लिए किरचॉफ के परिपथ कानूनों | किरचॉफ के वोल्टेज | शुद्ध स्रोत/प्रतिरोध परिपथ के लिए किरचॉफ के परिपथ कानूनों | किरचॉफ के वोल्टेज नियम ([[ केवीएल ]]) के चुंबकीय समकक्ष के आवेदन से प्रत्येक शाखा में प्रवाह के लिए चुंबकीय परिपथ को हल किया जा सकता है। विशेष रूप से, जबकि केवीएल बताता है कि लूप पर लागू वोल्टेज उत्तेजना [[ लूप करंट ]] चारों ओर वोल्टेज ड्रॉप्स (प्रतिरोध समय वर्तमान) के योग के बराबर है, चुंबकीय एनालॉग बताता है कि मैग्नेटोमोटिव बल (एम्पियर-टर्न उत्तेजना से प्राप्त) के बराबर है MMF का योग शेष लूप में गिरता है (प्रवाह और अनिच्छा का उत्पाद)। (यदि कई लूप हैं, तो प्रत्येक शाखा में करंट को एक मैट्रिक्स समीकरण के माध्यम से हल किया जा सकता है - लूप विश्लेषण में मेष परिपथ शाखा धाराओं के लिए एक मैट्रिक्स समाधान के रूप में प्राप्त किया जाता है - जिसके बाद भिन्न -भिन्न शाखा धाराओं को जोड़कर और / या घटाकर प्राप्त किया जाता है। घटक लूप धाराएं, जैसा कि अपनाए गए साइन कन्वेंशन और लूप ओरिएंटेशन द्वारा इंगित किया गया है।) एम्पीयर के नियम के अनुसार, उत्तेजना करंट का उत्पाद है और पूरे किए गए लूप की संख्या है और इसे एम्पीयर-टर्न में मापा जाता है। अधिक सामान्यतः कहा गया है: | ||
<math display="block">F = NI = \oint \mathbf{H} \cdot d\mathbf{l}.</math> | <math display="block">F = NI = \oint \mathbf{H} \cdot d\mathbf{l}.</math> | ||
स्टोक्स के प्रमेय द्वारा, का बंद [[ रेखा अभिन्न ]] {{math|''H''·d''l''}} एक समोच्च के चारों ओर कर्ल के खुले सतह के अभिन्न अंग के बराबर है {{math|'''H'''·''d'''''A'''}} बंद समोच्च से घिरी सतह के पार। चूंकि, मैक्सवेल के समीकरणों से, {{math|1=curl '''H''' = '''J'''}}, बंद लाइन का अभिन्न अंग {{math|'''H'''·''d'''''l'''}} सतह से गुजरने वाली कुल धारा का मूल्यांकन करता है। यह उत्तेजना के बराबर है, {{math|''NI''}}, जो सतह से गुजरने वाली धारा को भी मापता है, जिससे यह सत्यापित होता है कि एक बंद प्रणाली में सतह के माध्यम से शुद्ध वर्तमान प्रवाह शून्य एम्पीयर-टर्न है जो ऊर्जा का संरक्षण करता है। | स्टोक्स के प्रमेय द्वारा, का बंद [[ रेखा अभिन्न ]] {{math|''H''·d''l''}} एक समोच्च के चारों ओर कर्ल के खुले सतह के अभिन्न अंग के बराबर है {{math|'''H'''·''d'''''A'''}} बंद समोच्च से घिरी सतह के पार। चूंकि, मैक्सवेल के समीकरणों से, {{math|1=curl '''H''' = '''J'''}}, बंद लाइन का अभिन्न अंग {{math|'''H'''·''d'''''l'''}} सतह से गुजरने वाली कुल धारा का मूल्यांकन करता है। यह उत्तेजना के बराबर है, {{math|''NI''}}, जो सतह से गुजरने वाली धारा को भी मापता है, जिससे यह सत्यापित होता है कि एक बंद प्रणाली में सतह के माध्यम से शुद्ध वर्तमान प्रवाह शून्य एम्पीयर-टर्न है जो ऊर्जा का संरक्षण करता है। | ||
अधिक जटिल चुंबकीय प्रणाली, जहां | अधिक जटिल चुंबकीय प्रणाली, जहां प्रवाह एक साधारण पाश तक सीमित नहीं है, मैक्सवेल के समीकरणों का उपयोग करके पहले सिद्धांतों से विश्लेषण किया जाना चाहिए। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
Revision as of 22:10, 18 January 2023
| Part of a series on |
| Magnetic circuits |
|---|
| Models |
| Variables |
| Elements |
चुंबकीय परिपथ, चुंबकीय प्रवाह वाले एक या अधिक बंद लूप मार्गों से बना होता है। प्रवाह सामान्यतः स्थायी चुम्बकों या विद्युत चुम्बकों द्वारा उत्पन्न होता है और चुंबकीय कोर के द्वारा लोहे जैसे लौह चुंबकीय सामग्री से बना होता है, चूंकि रास्ते में हवा का अंतराल या अन्य सामग्री हो सकती है। चुंबकीय परिपथों को कई यंत्रों जैसे बिजली की मोटर, जेनरेटर, ट्रांसफॉर्मर, रिले, उत्तोलक, विद्युत चुम्बक, स्क्विड्स, बिजली की शक्ति नापने का यंत्र तथा चुंबकीय अभिलेखन को कुशलतापूर्वक चुंबकीय क्षेत्रों के लिए प्रयुक्त किया जाता है।
चुंबकीय संतृप्ति चुंबकीय परिपथ में चुंबकीय प्रवाह, चुंबकत्व बल और चुंबकीय अनिच्छा के बीच के संबंध को हॉपकिन्सन के नियम द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो विद्युत परिपथ में ओम के नियम के लिए स्पष्ट समानता रखता है, जिसके परिणामस्वरूप चुंबकीय परिपथ के गुणों के बीच एक पत्राचार होता है। इस अवधारणा का उपयोग करके विद्युत परिपथों के लिए विकसित विधियों और प्रौद्योगिकी का उपयोग करके ट्रांसफार्मर जैसे जटिल उपकरणों के चुंबकीय क्षेत्र को जल्दी से हल किया जा सकता है।
चुंबकीय परिपथ के कुछ उदाहरण इस प्रकार है
- घोड़े की नाल चुंबक लोहे की कीपर कम अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है।
- घोड़े की नाल चुंबक बिना लोहे की कीपर के उच्च अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है।
- इलेक्ट्रिक मोटर चर अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है।
- कुछ प्रकार के चुंबकीय कार्ट्रिज चर अनिच्छा परिपथ के रूप में होती है।
मैग्नेटोमोटिव बल (एमएमएफ)
जिस प्रकार से वैद्युतवाहक बल (इलेक्ट्रोमोटिव बल) विद्युत परिपथों में विद्युत आवेश की धारा को चलाता है, चुंबकीय परिपथों के माध्यम से चुंबकत्व बल (एमएमएफ) चुंबकीय प्रवाह को 'संचालित' करता है। चूंकि , 'मैग्नेटोमोटिव बल' शब्द एक मिथ्या नाम है क्योंकि यह कोई बल नहीं है और न ही कोई गतिमान है। इसे केवल MMF कहना शायद बेहतर होगा। इलेक्ट्रोमोटिव बल की परिभाषा के अनुरूप, मैग्नेटोमोटिव बल एक बंद लूप के आसपास परिभाषित किया गया है:
एमएमएफ उस क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है जो लूप को पूरा करके एक काल्पनिक चुंबकीय मोनोपोल हासिल करेगा। जो चुंबकीय प्रवाह संचालित होता है वह चुंबकीय आवेश की धारा नहीं है; इसका केवल MMF से वही संबंध है जो विद्युत धारा का EMF से है। (आगे के विवरण के लिए नीचे अनिच्छा की सूक्ष्म उत्पत्ति देखें।)
मैग्नेटोमोटिव बल की इकाई [[ एम्पेयर -टर्न ]] (एटी) है, जो एक खालीपन में विद्युत प्रवाह कीय सामग्री के सिंगल-टर्न लूप में बहने वाले एक एम्पीयर के स्थिर, प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह द्वारा दर्शाया जाता है। 1930 में अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रोटेक्निकल कमीशन द्वारा स्थापित गिल्बर्ट (Gb),[1] मैग्नेटोमोटिव बल की सीजीएस इकाई है और एम्पीयर-टर्न की तुलना में थोड़ी छोटी इकाई है। यूनिट का नाम विलियम गिल्बर्ट (खगोलविद) (1544-1603) अंग्रेजी चिकित्सक और प्राकृतिक दार्शनिक के नाम पर रखा गया है।
मैग्नेटोमोटिव बल की गणना एम्पीयर के परिपथीय नियम | एम्पीयर के नियम का उपयोग करके अधिकांशतः जल्दी से की जा सकती है। उदाहरण के लिए, मैग्नेटोमोटिव बल एक लंबी कुंडल की है:
जहाँ N टर्न (ज्यामिति) की संख्या है और I कॉइल में करंट है। अभ्यास में इस समीकरण का उपयोग वास्तविक प्रारंभ करनेवाला ्स के एमएमएफ के लिए किया जाता है जिसमें एन इंडक्टिंग कॉइल की वाइंडिंग संख्या होती है।
चुंबकीय प्रवाह
एक लागू MMF सिस्टम के चुंबकीय घटकों के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह को 'संचालित' करता है। एक चुंबकीय घटक के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह चुंबकीय क्षेत्र # चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की संख्या के समानुपाती होता है जो उस घटक के क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र से गुजरती हैं। यह शुद्ध संख्या है, अर्थात एक दिशा में गुजरने वाली संख्या, दूसरी दिशा में गुजरने वाली संख्या घटाएं। चुंबकीय क्षेत्र सदिश 'B' की दिशा परिभाषा के अनुसार चुम्बक के भीतर चुम्बक के दक्षिण से उत्तरी ध्रुव की ओर होती है; मैदान के बाहर रेखाएँ उत्तर से दक्षिण की ओर जाती हैं।
चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के लंबवत क्षेत्र के एक तत्व के माध्यम से प्रवाह चुंबकीय क्षेत्र और क्षेत्र तत्व के उत्पाद द्वारा दिया जाता है। अधिक सामान्यतः , चुंबकीय प्रवाह Φ को चुंबकीय क्षेत्र और क्षेत्र तत्व वेक्टर के स्केलर उत्पाद द्वारा परिभाषित किया जाता है। मात्रात्मक रूप से, सतह S के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह को सतह के क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्र के अभिन्न अंग के रूप में परिभाषित किया गया है