વિદ્યુત પ્રવાહ ધારિત તાર વડે ઉદભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર 20 MCQ સાથે

આ પોસ્ટ સાંભળો:

ટીપ: તમે લખાણના કોઈ પણ વાક્ય પર બે વાર (Double Click) કરીને ત્યાંથી જ સાંભળવાનું શરૂ કરી શકો છો.

વિદ્યુત પ્રવાહની ચુંબકીય અસરો

આકૃતિ: હોકાયંત્ર અને ગજિયા ચુંબકની ક્ષેત્રરેખાઓ

1. પ્રસ્તાવના અને ઓર્સ્ટેડનો પ્રયોગ

વિદ્યુત અને ચુંબકત્વ એકબીજા સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલા છે. આ વાતની શોધ સૌપ્રથમ 1820 માં ડેનિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી હાન ક્રિશ્ચિયન ઓર્સ્ટેડ (Hans Christian Oersted) દ્વારા કરવામાં આવી હતી.

ઓર્સ્ટેડે જોયું કે જ્યારે કોઈ વાહક તારમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેની નજીક રાખેલું હોકાયંત્ર (Compass) કોણાવર્તન દર્શાવે છે. આ અવલોકન સાબિત કરે છે કે "વિદ્યુત પ્રવાહ પોતાની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે." આ ઘટનાને વિદ્યુત પ્રવાહની ચુંબકીય અસર કહે છે.

યાદ રાખો: ગતિમાન વિદ્યુતભારો (વિદ્યુત પ્રવાહ) હંમેશા ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે, જ્યારે સ્થિર વિદ્યુતભારો માત્ર વિદ્યુત ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે.

2. ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને ક્ષેત્રરેખાઓ

ચુંબકીય ક્ષેત્ર (Magnetic Field): ચુંબકની આસપાસનો એવો વિસ્તાર કે જ્યાં સુધી તેની અસર (આકર્ષણ કે અપાકર્ષણ બળ) અનુભવાય છે, તેને ચુંબકીય ક્ષેત્ર કહે છે. તે સદિશ રાશિ છે, એટલે કે તેને મૂલ્ય અને દિશા બંને હોય છે. તેનો SI એકમ ટેસ્લા (Tesla) અથવા વેબર/મીટર² (Wb/m²) છે.

ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની લાક્ષણિકતાઓ:

ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા અને પ્રબળતા દર્શાવવા માટે કાલ્પનિક રેખાઓ દોરવામાં આવે છે.

• દિશા (ચુંબકની બહાર): ક્ષેત્રરેખાઓ હંમેશા ઉત્તર ધ્રુવ (N) માંથી નીકળીને દક્ષિણ ધ્રુવ (S) માં દાખલ થાય છે.
• દિશા (ચુંબકની અંદર): ચુંબકની અંદર ક્ષેત્રરેખાઓની દિશા દક્ષિણ (S) થી ઉત્તર (N) તરફ હોય છે. આમ, તે બંધ ગાળાઓ (Closed Loops) રચે છે.
• ગીચતા: જ્યાં ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજાની વધુ નજીક (ગીચ) હોય, ત્યાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રબળ હોય છે (ધ્રુવો પાસે). જ્યાં રેખાઓ છૂટીછવાઈ હોય, ત્યાં ક્ષેત્ર નિર્બળ હોય છે.
• છેદન: બે ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ ક્યારેય એકબીજાને છેદતી નથી. જો છેદે, તો છેદનબિંદુ પાસે હોકાયંત્ર બે દિશા દર્શાવે, જે શક્ય નથી.

[attachment_0](attachment)

3. સુરેખ વાહક તાર વડે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર

જ્યારે કોઈ સીધા (સુરેખ) વાહક તારમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે તેની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે. આ ક્ષેત્ર તારની આસપાસ સમકેન્દ્રીય વર્તુળો (Concentric Circles) ના સ્વરૂપમાં હોય છે.

જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ (Right-Hand Thumb Rule):

ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા જાણવા માટે આ નિયમ વપરાય છે.
👉 "તમારા જમણા હાથમાં વાહક તારને એવી રીતે પકડો કે જેથી અંગૂઠો વિદ્યુત પ્રવાહની દિશામાં રહે. હવે તમારી આંગળીઓ તારની ફરતે જે દિશામાં વીંટળાય, તે દિશા ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની દિશા દર્શાવે છે."

ચુંબકીય ક્ષેત્ર પર અસર કરતા પરિબળો:

• વિદ્યુત પ્રવાહ (I): પ્રવાહનું મૂલ્ય વધારતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રબળ બને છે. (B ∝ I)
• અંતર (r): વાહક તારથી જેમ દૂર જઈએ તેમ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઘટતું જાય છે. (B ∝ 1/r)

4. વર્તુળાકાર લૂપ (રીંગ) વડે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર

જો સુરેખ તારને વાળીને વર્તુળાકાર લૂપ બનાવવામાં આવે, તો ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ તારની નજીક વર્તુળાકાર હોય છે. જેમ આપણે લૂપના કેન્દ્ર તરફ જઈએ તેમ આ વર્તુળો મોટા થતા જાય છે અને કેન્દ્ર પાસે રેખાઓ લગભગ સીધી (સુરેખ) બની જાય છે.

• લૂપના કેન્દ્ર પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર મહત્તમ અને લૂપના સમતલને લંબ હોય છે.
• જો ગૂંચળામાં આંટાઓની સંખ્યા (N) વધારવામાં આવે, તો ચુંબકીય ક્ષેત્ર પણ N ગણું વધી જાય છે. (B ∝ N).

ક્લોક રૂલ (Clock Rule):
જો લૂપમાં જોતાં પ્રવાહ સમઘડી (Clockwise) દિશામાં હોય, તો તે છેડો દક્ષિણ ધ્રુવ (S) તરીકે વર્તે.
જો પ્રવાહ વિષમઘડી (Anti-clockwise) દિશામાં હોય, તો તે છેડો ઉત્તર ધ્રુવ (N) તરીકે વર્તે.

5. સોલેનોઈડ (Solenoid)

પાસપાસે વીંટાળેલા, અલગ કરેલા તાંબાના તારના અનેક આંટાઓ વડે બનતા નળાકાર ગૂંચળાને સોલેનોઈડ કહે છે.

લાક્ષણિકતાઓ:

• સોલેનોઈડમાંથી પ્રવાહ પસાર કરતા તે ગજિયા ચુંબક જેવું વર્તન કરે છે. તેનો એક છેડો ઉત્તર ધ્રુવ (N) અને બીજો દક્ષિણ ધ્રુવ (S) બને છે.
• સોલેનોઈડની અંદરના વિસ્તારમાં ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજાને સમાંતર સુરેખાઓ હોય છે. આ દર્શાવે છે કે સોલેનોઈડની અંદર ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન (Uniform) હોય છે.

[attachment_1](attachment)

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ (Electromagnet):

જો સોલેનોઈડની અંદર નરમ લોખંડ (Soft Iron) જેવો પદાર્થ મૂકવામાં આવે, તો ચુંબકીય ક્ષેત્ર અત્યંત શક્તિશાળી બને છે. આ રચનાને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ કહે છે. આ કામચલાઉ ચુંબક છે; પ્રવાહ બંધ કરતા તેનું ચુંબકત્વ નાશ પામે છે.

કાયમી ચુંબક (Permanent Magnet) બનાવવા માટે સ્ટીલ અથવા 'અલ્નિકો' જેવી મિશ્રધાતુ વપરાય છે, જે સરળતાથી ચુંબકત્વ ગુમાવતું નથી.

6. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વાહક પર લાગતું બળ

ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક આન્દ્રે મેરી એમ્પિયર દર્શાવ્યું કે જેમ ચુંબક વાહક પર બળ લગાડે છે, તેમ વાહક પણ ચુંબક પર સમાન અને વિરુદ્ધ બળ લગાડે છે.

જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રહેલા વાહકમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે તેના પર બળ લાગે છે અને તે ગતિ કરે છે. (આ સિદ્ધાંત પર મોટર કામ કરે છે, જે આપણે અહીં નથી ભણવાના).

• મહત્તમ બળ: જ્યારે વાહકને ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ રૂપે (90°) રાખવામાં આવે.
• શૂન્ય બળ: જ્યારે વાહક ચુંબકીય ક્ષેત્રને સમાંતર હોય.

ફ્લેમિંગનો ડાબા હાથનો નિયમ (Fleming's Left-Hand Rule):

આ નિયમ વાહક પર લાગતા બળની દિશા શોધવા માટે છે. તમારા ડાબા હાથનો અંગૂઠો, પ્રથમ આંગળી (તર્જની) અને વચ્ચેની આંગળી (મધ્યમા) એકબીજાને લંબ રહે તેમ પ્રસાલો:

• તર્જની (Index Finger): ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા દર્શાવે.
• મધ્યમા (Middle Finger): વિદ્યુત પ્રવાહની દિશા દર્શાવે.
• અંગૂઠો (Thumb): વાહક પર લાગતા બળ (ગતિ) ની દિશા દર્શાવે.

સ્વ-મૂલ્યાંકન ક્વિઝ (20 પ્રશ્નો)

તૈયારી ચકાસવા માટે નીચેના MCQ ના જવાબ આપો.

તમારો સ્કોર:

0

/ 20