छात्र
छात्र निम्नलिखित कार्य करने में सक्षम होंगे:
संदर्भ: एनसीईआरटी पुस्तक संरेखण
यह पाठ एनसीईआरटी ग्रेड 12 भौतिकी पाठ्यपुस्तक, अध्याय 4: गतिमान आवेश और चुंबकत्व, खंड 7 – सोलेनोइड के साथ संरेखित है ।
पाठ के अंत तक, छात्र निम्नलिखित कार्य करने में सक्षम हो जायेंगे:
सोलेनॉइड विद्युत चुंबकत्व में सबसे महत्वपूर्ण उपकरणों में से एक हैं। यह तार की एक लंबी, कसकर लिपटी हुई कुंडलिनी होती है जो विद्युत धारा प्रवाहित होने पर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। एम्पीयर के परिपथीय नियम के अनुसार , एक लंबी सोलेनॉइड के अंदर चुंबकीय क्षेत्र एकसमान, प्रबल और अपनी धुरी के अनुदिश निर्देशित होता है, जबकि बाहर का क्षेत्र नगण्य रूप से छोटा होता है।
इस पाठ में, छात्र यह पता लगाते हैं कि अलग-अलग वृत्ताकार लूपों के कारण चुंबकीय क्षेत्र कैसे संयोजित होते हैं, पड़ोसी घुमावों के बीच का क्षेत्र कैसे रद्द होता है, और आदर्शित लंबी सोलेनोइड किस प्रकार अभिव्यक्ति की ओर ले जाती है
B= μ₀nI
जहाँ n प्रति इकाई लंबाई में घुमावों की संख्या है। यह समझ विद्युत चुम्बकीय प्रेरण, चुंबकीय पदार्थ और विद्युत चुम्बक जैसी बाद की अवधारणाओं के लिए आधारभूत है।
| शीर्षक | अनुमानित अवधि | प्रक्रिया | संदर्भ सामग्री |
|---|---|---|---|
| संलग्न करें | 6 | विद्यार्थियों को एक छड़ चुम्बक और एक धारावाही कुंडली दिखाएं और पूछें: परिमित सोलेनोइड क्षेत्र पैटर्न को दर्शाने वाले एनसीईआरटी चित्र 4.15(बी) को प्रदर्शित करें और छात्रों से एक बार चुंबक से अंतर का निरीक्षण करने के लिए कहें। | स्लाइड्स |
| अन्वेषण करें | 10 | सोलेनोइड के लिए वीआर लैब का अन्वेषण करें। | स्लाइड्स + वर्चुअल लैब |
| व्याख्या करें | 10 |
B= μ₀nI
| स्लाइड्स |
| मूल्यांकन करें | 10 | छात्र एलएमएस पर स्व-मूल्यांकन कार्य का प्रयास करेंगे । | वर्चुअल लैब |
| विस्तरित करें | 5 | छात्रों को चुनौती दें: “नरम लोहे का कोर डालने से सोलेनोइड के अंदर क्षेत्र कैसे परिवर्तित होता है?” | स्लाइड्स |
सोलेनॉइड एक लंबी, बेलनाकार कुंडली होती है जो विद्युतरोधी तार के कई फेरों को एक-दूसरे के साथ कसकर लपेटकर बनाई जाती है। जब इसमें से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो सोलेनॉइड एक छड़ चुंबक जैसा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। एक आदर्श लंबी सोलेनॉइड के अंदर का क्षेत्र एकसमान, प्रबल और अपनी धुरी के अनुदिश निर्देशित होता है, जो इसे विद्युत चुम्बकों, प्रेरकों और एमआरआई मशीनों जैसे उपकरणों में अत्यंत उपयोगी बनाता है। विद्युत चुम्बकत्व में महारत हासिल करने के लिए इस चुंबकीय क्षेत्र के निर्माण और गुणों को समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है।
एक परिनालिका एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है क्योंकि धारा का प्रत्येक वृत्ताकार लूप अपना चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। जब ऐसे कई लूप एक-दूसरे के पास-पास लपेटे जाते हैं, तो अलग-अलग घुमावों के चुंबकीय क्षेत्र परिनालिका के अंदर जुड़ जाते हैं और बाहर निरस्त हो जाते हैं। इससे अंदर एक प्रबल, समरूप क्षेत्र और बाहर एक बहुत ही दुर्बल या नगण्य क्षेत्र उत्पन्न होता है।
सोलेनॉइड के अंदर चुंबकीय क्षेत्र: एक लंबी सोलेनॉइड के अंदर, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ लगभग समानांतर, समान दूरी पर और प्रबल होती हैं। यह एकरूपता कई सघन रूप से पैक किए गए लूपों से आने वाले क्षेत्रों के अध्यारोपण से उत्पन्न होती है। एम्पीयर के परिपथीय नियम का उपयोग करते हुए, एक लंबी सोलेनॉइड के अंदर चुंबकीय क्षेत्र इस प्रकार व्युत्पन्न किया जाता है:
B= μ₀nI
जहाँ,
यह सूत्र उस परिनालिका पर अच्छी तरह लागू होता है जिसकी लंबाई उसकी त्रिज्या से बहुत अधिक होती है (आदर्श लंबी परिनालिका)।
व्युत्पत्ति:
क्षेत्र का निर्धारण करने के लिए हम एक आयताकार एम्पेरियन लूप abcd पर विचार करते हैं। यदि परिनालिका को लंबा किया जाए तो यह एक लंबी बेलनाकार धातु की चादर जैसा प्रतीत होता है। परिनालिका के बाहर का क्षेत्र शून्य के करीब पहुँच जाता है। हम मान लेंगे कि बाहरी क्षेत्र शून्य है।
अंदर का क्षेत्र हर जगह अक्ष के समांतर हो जाता है। जैसा कि ऊपर तर्क दिया गया है, cd के अनुदिश क्षेत्र शून्य है। अनुप्रस्थ काट bc और ad के अनुदिश, क्षेत्र घटक शून्य है। इस प्रकार, इन दोनों खंडों का कोई योगदान नहीं है।
मान लीजिए कि ab के अनुदिश क्षेत्र B है। इस प्रकार, एम्पेरियन लूप की प्रासंगिक लंबाई L = h है। मान लीजिए कि प्रति इकाई लंबाई में घुमावों की संख्या n है, तो घुमावों की कुल संख्या nh है।
संलग्न धारा Ie= I (nh) है, जहाँ I सोलेनोइड में धारा है।
एम्पीयर के परिपथीय नियम BL = µ0 Ie से,
B h = μ₀ I (n h)
B = μ₀ n I
क्षेत्र की दिशा दक्षिण-हस्त नियम द्वारा दी जाती है। एकसमान चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के लिए आमतौर पर परिनालिका का उपयोग किया जाता है। परिनालिका के बाहर चुंबकीय क्षेत्र: एक आदर्श लंबी परिनालिका के बाहर चुंबकीय क्षेत्र अत्यंत छोटा होता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि पड़ोसी घुमावों द्वारा उत्पन्न वृत्ताकार चुंबकीय क्षेत्र बाहरी दिशा में एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।
परिमित बनाम दीर्घ परिनालिका परिमित परिनालिका में, केंद्र के पास का क्षेत्र लगभग दीर्घ परिनालिका के समान ही व्यवहार करता है—एकसमान और प्रबल। सिरों के पास, क्षेत्र कम एकसमान हो जाता है और फैल जाता है।
सोलेनोइड के अनुप्रयोग: सोलेनोइड का उपयोग निम्नलिखित में किया जाता है:
नियंत्रित, एकसमान चुंबकीय क्षेत्र बनाने की उनकी क्षमता उन्हें आधुनिक विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में आवश्यक बनाती है।
यह पूरे पाठ में प्रयुक्त शब्दावली शब्दों की सूची है।
यह वर्चुअल रियलिटी (VR) लैब आपको यह समझने में मदद करने के लिए डिज़ाइन की गई है कि विद्युत धारा द्वारा चुंबकीय क्षेत्र कैसे उत्पन्न होते हैं। आप कई ऐसे इमर्सिव दृश्यों से गुज़रेंगे जो बुनियादी चुंबकीय क्षेत्र अवधारणाओं से लेकर एक सोलेनोइड के चुंबकीय क्षेत्र तक आगे बढ़ते हैं। प्रत्येक दृश्य चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को स्पष्ट रूप से दर्शाता है ताकि आप उन क्षेत्रों के पैटर्न, दिशाओं और शक्तियों का अवलोकन कर सकें जो अन्यथा अदृश्य होते हैं। अंतिम दृश्य में इंटरैक्टिव स्लाइडर शामिल हैं जो आपको धारा और घुमावों की संख्या को बदलने की अनुमति देते हैं ताकि यह देखा जा सके कि सोलेनोइड के अंदर चुंबकीय क्षेत्र कैसे बदलता है। यह लैब एनसीईआरटी कक्षा 12 भौतिकी, अध्याय 4 – गतिमान आवेश और चुंबकत्व की आपकी समझ को मज़बूत करेगी।
चरण 1: परिचय – छड़ चुंबक और चुंबकीय क्षेत्र
चरण 2: धारावाही सीधे चालक से होकर गुजरने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ
चरण 3: एक लूप के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र
चरण 4: सोलेनोइड की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ
चरण 5: एक सोलेनोइड की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ
चरण 6: मूल्यांकन