विद्युत धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र

Magnetic Field due to current carrying conductor

जब विद्युत धारा किसी चालक से होकर गुजरती है, तो यह उसके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है, जिसे एम्पीयर के परिपथीय नियम और बायोट-सावर्ट नियम द्वारा वर्णित किया जाता है। जब किसी चालक से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो उसके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र बनता है। यह चुंबकीय क्षेत्र, चालक में उप-परमाणु कणों, जैसे कि परमाणु कक्षाओं में गतिमान इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है। इस चुंबकीय क्षेत्र के बारे में कुछ खास बातेंः

• चुंबकीय क्षेत्र की दिशा तार के लंबवत होती है।
• चुंबकीय क्षेत्र की दिशा जानने के लिए, दाहिने हाथ की उंगलियों को तार के चारों ओर लपेटें। अंगूठा धारा की दिशा में इंगित करेगा और उंगलियों का कर्ल चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को इंगित करेगा।
• चुंबकीय क्षेत्र, चालक में धारा और बिंदु से दूरी पर निर्भर करता है।
• चुंबकीय क्षेत्र में परिमाण और दिशा दोनों होते हैं, जो इसे B द्वारा निरूपित एक सदिश राशि बनाता है।
• विद्युत चुंबकों को परिनालिका का उपयोग करके बनाया जाता है। परिनालिका में विद्युत धारा प्रवाहित करने पर, परिनालिका के अंदर और चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।
• चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए धारावाही चालक पर बल लगता है। यह बल, चालक से प्रवाहित विद्युत धारा के कारण उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र के कारण लगता है।

सीधे विद्युत-प्रवाह चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र

ओर्स्टेड का प्रयोग: हैंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने पाया कि विद्युत-प्रवाह चालक अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। सीधे चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को दाएं हाथ के अंगूठे के नियम का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है।

दाएं हाथ के अंगूठे का नियम: दक्षिण हस्त अंगुष्ठ नियम के मुताबिक, अगर आप अपने दाहिने हाथ में धारावाही चालक पकड़ते हैं, तो अंगूठा धारा की दिशा की ओर इशारा करेगा। इस स्थिति में, आपकी उंगलियां चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की क्षेत्र रेखाओं की दिशा में लिपटेंगी। दक्षिण हस्त अंगुष्ठ नियम के अनुसार अंगूठे की दिशा सीधे चालक में प्रवाहित धारा की दिशा को निर्दिष्ट करती है, जबकि फ्लेमिंग वामहस्त नियम बाह्य चुंबकीय क्षेत्र में रखे किसी धारावाही चालक पर आरोपित बल की दिशा बताता है।

"आप अपने दाहिने हाथ में विद्युत धारावाही चालक को इस प्रकार पकड़े हुए हैं कि आपका अंगूठा विद्युत धारा की दिशा की ओर संकेत करता है, तो आपकी अंगुलियाँ चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की क्षेत्र रेखाओं की दिशा में लिपटी होंगी। इसे दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम कहते हैं।"

दाएं हाथ के अंगूठे के नियम का कथन

यदि आप अपने दाएं हाथ में एक सीधा चालक (जैसे तार) इस तरह से पकड़ते हैं कि आपका अंगूठा विद्युत धारा की दिशा में इंगित करता है, तो आपके दाएं हाथ की मुड़ी हुई उंगलियां चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा में इंगित करेंगी।

नियम का उपयोग कैसे करें:

• अंगूठे को आगे की ओर फैलाकर अपना दाहिना हाथ फैलाएँ।
• अपने अंगूठे को पारंपरिक धारा (धनात्मक से ऋणात्मक टर्मिनल) की दिशा में इंगित करें।
• अपनी उंगलियों को चालक के चारों ओर मोड़ें। जिस दिशा में आपकी उंगलियां मुड़ती हैं, वह चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दर्शाती है।

चुंबकीय क्षेत्र की ताकत

कंडक्टर से 𝑟

r दूरी पर एक लंबे, सीधे कंडक्टर के कारण चुंबकीय क्षेत्र की ताकत (B) इस प्रकार दी जाती है:

$B={\frac {\mu _{0}I}{2\pi r}}$

जहाँ:

μ₀ = मुक्त स्थान की पारगम्यता है 4π×10⁻⁷ Tm/A),

I = कंडक्टर के माध्यम से प्रवाहित धारा है,

r = कंडक्टर से उस बिंदु तक की लंबवत दूरी है जहाँ क्षेत्र मापा जाता है।

B = चुंबकीय क्षेत्र

यह समीकरण दर्शाता है कि चुंबकीय क्षेत्र

B धारा I के समानुपाती है और दूरी r के व्युत्क्रमानुपाती है।

सोलेनोइड के कारण चुंबकीय क्षेत्र

सोलेनोइड कई मोड़ों वाला तार का एक कुंडल होता है, जो धारा प्रवाहित होने पर लगभग एकसमान चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है।

सोलेनोइड के अंदर चुंबकीय क्षेत्र

एक आदर्श, लंबे सोलेनोइड के अंदर चुंबकीय क्षेत्र एकसमान होता है और सोलेनोइड की धुरी के समानांतर होता है। B एक सोलेनोइड के अंदर क्षेत्र की ताकत B जिसमें प्रति इकाई लंबाई में n मोड़ (मोड़/मीटर) धारा I ले जा रहा है, इस प्रकार दी जाती है:

$B=\mu _{0}nI$

जहाँ:

μ₀ = मुक्त स्थान की पारगम्यता है,

n प्रति इकाई लंबाई में घुमावों की संख्या है,

I सोलेनोइड के माध्यम से प्रवाहित धारा है।

सोलेनोइड के बाहर चुंबकीय क्षेत्र

लंबे सोलेनोइड के बाहर चुंबकीय क्षेत्र बहुत कमज़ोर होता है और इसे अक्सर नगण्य माना जाता है, क्योंकि क्षेत्र रेखाएँ फैली हुई होती हैं।