धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र

धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र

सामग्री मानक

छात्र

  • विद्युत धारा और चुंबकीय क्षेत्र के बीच संबंध की जाँच करेंगे
  • चालकों और लूपों के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का चित्रण करें।
  • चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर बदलती धारा और दूरी के प्रभावों का अवलोकन करें।
  • चुंबकीय क्षेत्र पैटर्न को दर्शाने के लिए मॉडल, आरेख और प्रयोगात्मक सेटअप का उपयोग करें।

प्रदर्शन मानकों

छात्र निम्न कार्य करने में सक्षम होंगे:

  • धारावाही सीधे चालक और लूप के चारों ओर क्षेत्र रेखा पैटर्न सही ढंग से बनाना
  • दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम का उपयोग करके चुंबकीय क्षेत्र की दिशा का पूर्वानुमान लगाएं।
  • पाठ्यपुस्तक से संकल्पनात्मक और अनुप्रयोग-आधारित प्रश्नों का सटीक उत्तर दें।

संरेखण मानक

संदर्भ: एनसीईआरटी पुस्तक संरेखण 

यह पाठ एनसीईआरटी कक्षा 10 विज्ञान पाठ्यपुस्तक, अध्याय 12: विद्युत धारा के चुंबकीय प्रभाव, खंड 2 – धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित है

पूर्वापेक्षाएँ (पूर्व ज्ञान)

  • समझें कि विद्युत धारा और परिपथ क्या हैं (अध्याय 11: विद्युत से)।
  • छड़ चुम्बकों के चारों ओर चुम्बकीय क्षेत्र और क्षेत्र रेखाओं के बारे में जानें।
  • चुंबकीय दिशाओं की पहचान करने के लिए कम्पास सुई का उपयोग करने में सक्षम होना।

सीखने के उद्देश्य

पाठ के अंत तक, छात्र निम्न कार्य करने में सक्षम होंगे:

  • यह प्रदर्शित करना कि एक धारावाही चालक एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है
  • एक सीधे चालक, वृत्ताकार लूप और परिनालिका के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के पैटर्न का वर्णन करें।
  • चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा निर्धारित करने के लिए दाहिने हाथ के अंगूठे के नियम को लागू करें।
  • समझाइए कि चुंबकीय क्षेत्र की ताकत धारा और चालक से दूरी के साथ कैसे बदलती है।
  • इस अवधारणा को विद्युत चुम्बकों और विद्युत उपकरणों जैसे व्यावहारिक अनुप्रयोगों से संबंधित करें।

परिचय

जब विद्युत धारा किसी चालक से होकर गुजरती है, तो उसके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। यह घटना विद्युत और चुंबकत्व के बीच संबंध को दर्शाती है – जिसे विद्युत चुंबकत्व कहते हैं । इस चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और प्रबलता धारा की मात्रा और चालक के आकार पर निर्भर करती है। यह विषय छात्रों को यह समझने में मदद करता है कि धारावाही चालक चुंबकीय क्षेत्र कैसे बनाते हैं, दाहिने हाथ के अंगूठे के नियम का उपयोग करके उनकी दिशाएँ कैसे निर्धारित की जाती हैं, और ये क्षेत्र सीधे तारों, वृत्ताकार लूपों और परिनालिकाओं में कैसे दिखाई देते हैं

समयरेखा (40 मिनट)

शीर्षकअनुमानित अवधिप्रक्रियासंदर्भ सामग्री
संलग्न करें5

एक चर्चा से शुरू करें: “क्या बिजली चुंबकत्व उत्पन्न कर सकती है?

  • बैटरी, तार और कंपास का उपयोग करके एक सरल प्रदर्शन दिखाएँ। विद्यार्थियों से पूछें कि जब धारा प्रवाहित होती है तो कंपास की सुई का क्या होता है।
  • विद्यार्थियों को यह पता लगाने में मदद करें कि विद्युत धारा प्रवाहित करने वाला तार चुम्बक की तरह व्यवहार करता है।

स्लाइड्स

अन्वेषण करें10

विभिन्न आकृतियों के धारावाही चालक द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र को समझने के लिए आभासी प्रयोगशाला का अन्वेषण करें 

स्लाइड्स +  वर्चुअल लैब

व्याख्या करें10

दाएं हाथ के अंगूठे के नियम पर चर्चा करें यदि आप अपने दाएं हाथ में एक धारावाही चालक को इस प्रकार पकड़ते हैं कि अंगूठा धारा की दिशा में इंगित करता है, तो आपकी अंगुलियों का घुमाव चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा बताता है।

  • विभिन्न आकारों में चुंबकीय क्षेत्रों की व्याख्या करें:
    • सीधा चालक → संकेन्द्री वृत्तीय क्षेत्र रेखाएँ।
    • वृत्ताकार लूप → क्षेत्र रेखाएँ अधिक मजबूत होती हैं और केंद्र पर लगभग सीधी होती हैं।
    • सोलेनोइड → क्षेत्र एक बार चुंबक (अंदर एकसमान क्षेत्र) जैसा दिखता है।

स्लाइड्स

मूल्यांकन करें10

छात्र एलएमएस पर स्व-मूल्यांकन कार्य का प्रयास करेंगे

वर्चुअल लैब

विस्तरित करें5

अवधारणा को वास्तविक जीवन के अनुप्रयोगों से जोड़ें:

  • क्रेन, विद्युत घंटियों और मोटरों में प्रयुक्त विद्युत चुम्बक।
  • विद्युत लाइनों और कुंडलियों में चुंबकीय क्षेत्र की दिशा।

विद्यार्थियों से दक्षिण-हस्त नियम का उपयोग करके नमूना समस्याओं में क्षेत्र की दिशा निर्धारित करने के लिए कहें।

स्लाइड्स

धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र

परिचय

यह विषय हमें यह समझने में मदद करता है:

विद्युत धारा के कारण चुंबकीय क्षेत्र कैसे बनते हैं?

इन क्षेत्रों की दिशा और पैटर्न का निर्धारण कैसे किया जाए।

  • इन प्रभावों का उपयोग दैनिक जीवन में विद्युत चुम्बकों, विद्युत घंटियों और मोटरों जैसे उपकरणों के माध्यम से कैसे किया जाता है।
  • धारावाही चालकों के चुंबकीय प्रभाव का अध्ययन करके, छात्र आधुनिक विद्युत प्रौद्योगिकी के वैज्ञानिक आधार को सीखते हैं।
  • सिद्धांत

 

लिखित

1. चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा चुंबक के बाहर उत्तरी ध्रुव से दक्षिणी ध्रुव की ओर होती है।

क्षेत्र रेखाएं जितनी निकट होंगी, चुंबकीय क्षेत्र उतना ही प्रबल होगा।

  • The direction of magnetic field lines is from the north pole to the south pole outside the magnet.
  • The closer the field lines, the stronger the magnetic field.

जब किसी चालक से धारा प्रवाहित होती है, तो वह चुम्बक की तरह व्यवहार करती है तथा अपने चारों ओर समान क्षेत्र रेखाएँ बनाती है।

2. सीधे धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र

जब विद्युत धारा किसी सीधे चालक (जैसे तांबे के तार) से होकर गुजरती है, तो उसके चारों ओर संकेंद्रित वृत्ताकार चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ उत्पन्न होती हैं। इसे लोहे के बुरादे के प्रयोग से या चालक के पास एक कंपास रखकर प्रदर्शित किया जा सकता है।

मुख्य अवलोकन:

  • चुंबकीय क्षेत्र तार के चारों ओर वृत्त बनाता है।
  • चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति धारा के साथ बढ़ती है और तार से दूरी के साथ घटती है
  • यदि धारा की दिशा उलट दी जाए तो चुंबकीय क्षेत्र की दिशा भी उलट जाती है।

3. वृत्ताकार लूप के कारण चुंबकीय क्षेत्र

यदि किसी चालक को वृत्ताकार लूप में मोड़ा जाए, तो लूप के विभिन्न भागों के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं संयोजित होकर केंद्र में एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं।

  • केंद्र में क्षेत्र की दिशा दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम द्वारा दी गई है।
  • लूप में धारा या घुमावों की संख्या बढ़ाने से क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है।

इस सिद्धांत का उपयोग विद्युत चुम्बक और सोलेनोइड बनाने में किया जाता है।

4. एक सोलेनोइड का चुंबकीय क्षेत्र

सोलेनॉइड कई वृत्ताकार मोड़ों वाला एक लंबा तार होता है, जो बेलन के आकार में कसकर लपेटा जाता है। जब इसमें से धारा प्रवाहित होती है, तो सोलेनॉइड के अंदर चुंबकीय क्षेत्र एक समान और प्रबल हो जाता है, जो एक छड़ चुंबक के समान होता है।

  • एक छोर उत्तरी ध्रुव की तरह व्यवहार करता है, और दूसरा छोर दक्षिणी ध्रुव की तरह व्यवहार करता है।
  • चुंबकीय क्षेत्र की ताकत इस पर निर्भर करती है:
    • परिनालिका की प्रति इकाई लम्बाई में घुमावों की संख्या।
    • धारा की ताकत.
    • सोलेनोइड के अंदर की कोर सामग्री (लोहे की कोर इसे अधिक मजबूत बनाती है)।

यह एकसमान क्षेत्र गुण सोलेनोइड्स को विद्युत चुम्बकों, विद्युत मोटरों और ट्रांसफार्मरों में उपयोगी बनाता है।

5. दाहिने हाथ के अंगूठे का नियम

दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम किसी धारावाही चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा ज्ञात करने में सहायता करता है।

कथन: यदि आप अपने दाहिने हाथ में एक धारावाही चालक को इस प्रकार पकड़ते हैं कि अंगूठा धारा की दिशा में इंगित करता है, तो उंगलियों का घुमाव चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा बताता है।

उदाहरण:

  • यदि धारा एक ऊर्ध्वाधर तार से ऊपर की ओर प्रवाहित होती है, तो चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ उसके चारों ओर वामावर्त होती हैं
  • यदि धारा नीचे की ओर प्रवाहित होती है, तो क्षेत्र रेखाएं दक्षिणावर्त होती हैं।

यह नियम चुंबकीय क्षेत्र के 3D पैटर्न को देखने में मदद करता है और विद्युत चुंबकत्व में एक मौलिक अवधारणा है।

6. चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को प्रभावित करने वाले कारक

  1. धारा का परिमाण: अधिक धारा → अधिक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र।
  2. चालक से दूरी: अधिक दूरी → कमजोर चुंबकीय क्षेत्र।
  3. घुमावों की संख्या (कुंडली में): अधिक घुमाव → अधिक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र।
  4. कुंडली के अंदर माध्यम: लोहे का कोर डालने से क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है।

शब्दावली

यह पूरे पाठ में प्रयुक्त शब्दावली शब्दों की सूची है।

  • चुंबकीय क्षेत्र: चुंबक या धारावाही चालक के आसपास का क्षेत्र जहाँ चुंबकीय प्रभाव अनुभव किए जाते हैं
  • चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ: चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और शक्ति को दर्शाने वाली काल्पनिक रेखाएँ।
  • चालक: वह पदार्थ जो विद्युत धारा को अपने माध्यम से प्रवाहित होने देता है, जैसे तांबा या एल्युमीनियम।
  • विद्युत धारा: किसी चालक के माध्यम से विद्युत आवेश का प्रवाह।
  • दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम: एक नियम जो धारा-वाहक चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा बताता है।
  • सोलेनोइड: तार की एक बेलनाकार कुंडली जो धारा प्रवाहित होने पर छड़ चुंबक की तरह कार्य करती है।
  • विद्युत चुम्बक: एक अस्थायी चुम्बक जो नरम लोहे के कोर के चारों ओर लिपटी कुंडली में विद्युत धारा प्रवाहित करके बनाया जाता है।
  • वृत्ताकार लूप: एक वृत्ताकार मोड़ा हुआ चालक जो धारा प्रवाहित होने पर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है।
  • विद्युत धारा का चुंबकीय प्रभाव: वह घटना जिसके द्वारा विद्युत धारा अपने चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।
  • चुंबकीय ध्रुव: चुंबक के दो सिरे (उत्तर और दक्षिण) जहां चुंबकीय बल सबसे मजबूत होता है।
  • क्षेत्र शक्ति: यह माप है कि किसी विशेष बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र कितना मजबूत है।
  • लंबवत संबंध: चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं हमेशा धारा की दिशा के समकोण पर होती हैं।
  • एकसमान चुंबकीय क्षेत्र: एक चुंबकीय क्षेत्र जिसकी सभी बिंदुओं पर समान शक्ति और दिशा होती है।

धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र

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परिचय

चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ और धारा के चुंबकीय प्रभाव वर्चुअल लैब छात्रों को यह कल्पना करने में मदद करने के लिए डिज़ाइन की गई है कि चुंबकीय क्षेत्र कैसे बनते हैं और विभिन्न परिस्थितियों में उनके पैटर्न कैसे बदलते हैं

इस आभासी प्रयोगशाला में, छात्र एक छड़ चुंबक के चारों ओर अदृश्य चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का अन्वेषण करेंगे और देखेंगे कि कैसे चालकों और कुंडलियों से होकर गुजरने वाली विद्युत धारा समान क्षेत्र उत्पन्न करती है। यह प्रयोगशाला चुंबकत्व और विद्युत की अवधारणाओं को जोड़ती है, यह दर्शाती है कि विद्युत धारा चुंबक की तरह व्यवहार कर सकती है – एक सिद्धांत जिसकी खोज सबसे पहले हैंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने की थी।

इस वी.आर. अनुभव के माध्यम से, छात्र:

  • देखें कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं किस प्रकार उभरती और विलीन होती हैं।
  • पहचानें कि चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और ताकत किस प्रकार बदलती है।
  • चालकों के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा निर्धारित करने के लिए दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम का प्रयोग करें।
  • विभिन्न व्यवस्थाओं – सीधे तार, वृत्ताकार लूप और सोलेनोइड – द्वारा उत्पादित चुंबकीय पैटर्न की तुलना करें।

प्रयोगशाला के अंत तक, छात्र विद्युत और चुंबकत्व के बीच संबंध तथा इसके वास्तविक दुनिया में अनुप्रयोग को समझ जायेंगे।

प्रमुख विशेषताऐं

  • इमर्सिव 3D वातावरण: विभिन्न चालकों और चुम्बकों के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की कल्पना करें
  •  क्षेत्र दृश्यावलोकन मोड: संकेंद्रित वृत्त या बार चुंबक पैटर्न बनाने वाली क्षेत्र रेखाओं के गतिशील एनिमेशन देखें।
  •  दाएँ हाथ का अंगूठा उपकरण: दाएँ हाथ के अंगूठा नियम को अंतःक्रियात्मक रूप से समझने के लिए आभासी हाथ मॉडल।
  • अवधारणा एकीकरण: चुंबकीय क्षेत्र रेखा सिद्धांत को धारा दिशा और ध्रुवता समझ के साथ जोड़ता है।
  • सीखने के चेकपॉइंट: अवधारणाओं को सुदृढ़ करने के लिए अंत में इंटरैक्टिव प्रश्न।

वीआर अनुभव के लिए चरण-दर-चरण प्रक्रिया

चरण 1: परिचय- एक छड़ चुंबक के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं

  • छात्र यह देखते हैं कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं किस प्रकार उत्तरी ध्रुव से निकलकर दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं।
  • वे सीखते हैं कि क्षेत्र रेखा घनत्व क्षेत्र की ताकत को दर्शाता है, और रेखाएं कभी भी एक दूसरे को नहीं काटती हैं।

 चरण 2: धारावाही सीधे चालक से होकर गुजरने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ

  • पता लगाएँ कि एक धारावाही तार अपने चारों ओर संकेन्द्रित वृत्ताकार चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ उत्पन्न करता है।
  • जानें कि धारा को उलटने से चुंबकीय क्षेत्र की दिशा उलट जाती है।

चरण 3: एक वृत्ताकार कुंडली की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ

  • देखें कि लूप के केंद्र पर चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं लगभग सीधी और मजबूत हैं।
  • समझें कि क्षेत्र की ताकत धारा और घुमावों की संख्या के साथ बढ़ती है।

चरण 4: सोलेनोइड की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ और दाहिने हाथ के अंगूठे का नियम

  • कल्पना करें कि एक परिनालिका एक छड़ चुंबक के समान एकसमान चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।
  • सोलेनोइड के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों की पहचान करने के लिए दाहिने हाथ के अंगूठे के नियम का प्रयोग करें।

चरण 5: मूल्यांकन

  • बातचीत के बाद, छात्र प्रश्नोत्तरी की ओर बढ़ते हैं:
    • 2 बहुविकल्पीय प्रश्न
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