సంక్షిప్త మరియు ప్రాప్యత రూపంలో ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ యొక్క అత్యంత ముఖ్యమైన చట్టాలు

ఆధునిక ప్రపంచంలో ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ యొక్క ప్రాముఖ్యత ప్రధానంగా సుదూర వైర్ల ద్వారా విద్యుత్ శక్తిని ప్రసారం చేయడానికి, విద్యుత్ పంపిణీ మరియు ఇతర రూపాల్లోకి మార్చే పద్ధతుల కోసం విస్తృత సాంకేతిక అవకాశాలతో ముడిపడి ఉంది, — మెకానికల్, థర్మల్, లైట్ మొదలైనవి.

పవర్ ప్లాంట్‌లలో ఉత్పత్తి చేయబడిన, విద్యుత్ శక్తి మైళ్ల విద్యుత్ లైన్‌లకు పంపబడుతుంది - గృహాలు మరియు పారిశ్రామిక సౌకర్యాలకు, విద్యుదయస్కాంత శక్తులు వివిధ పరికరాలు, గృహోపకరణాలు, లైటింగ్, తాపన పరికరాలు మరియు మరిన్నింటి యొక్క మోటార్‌లను డ్రైవ్ చేస్తాయి. ఒక్క మాటలో చెప్పాలంటే, ఆధునిక ఆర్థిక వ్యవస్థను ఊహించడం అసాధ్యం మరియు గోడపై అవుట్లెట్ లేకుండా ఒక్క గది కూడా కాదు.

ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ యొక్క చట్టాల జ్ఞానానికి మాత్రమే ఇవన్నీ సాధ్యమయ్యాయి, ఇది విద్యుత్తు యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనంతో సిద్ధాంతాన్ని కనెక్ట్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ ఆర్టికల్‌లో, ఈ చట్టాలలో అత్యంత ఆచరణాత్మకమైన నాలుగు చట్టాలను మనం నిశితంగా పరిశీలిస్తాము.

విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క చట్టం

విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క చట్టం పవర్ ప్లాంట్లలో ఇన్స్టాల్ చేయబడిన అన్ని ఎలక్ట్రిక్ జనరేటర్ల ఆపరేషన్ యొక్క ఆధారం, మరియు మాత్రమే కాదు. కానీ ఇదంతా కేవలం గుర్తించదగిన కరెంట్‌తో ప్రారంభమైంది, 1831లో మైఖేల్ ఫెరడే ఒక కాయిల్‌కు సంబంధించి విద్యుదయస్కాంతం యొక్క కదలికతో చేసిన ప్రయోగంలో కనుగొన్నాడు.

ఫెరడే తన ఆవిష్కరణకు గల అవకాశాల గురించి అడిగినప్పుడు, అతను తన ప్రయోగం యొక్క ఫలితాన్ని ఇంకా ఎదగని పిల్లల పుట్టుకతో పోల్చాడు. త్వరలో ఈ నవజాత మొత్తం నాగరిక ప్రపంచం యొక్క ముఖాన్ని మార్చిన నిజమైన హీరో అయ్యాడు. చూడండి — విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ చట్టం యొక్క ప్రాక్టికల్ అప్లికేషన్

జర్మనీలోని చారిత్రాత్మక జలవిద్యుత్ కర్మాగారంలో ఒక జనరేటర్

ఆధునిక పవర్ ప్లాంట్ జనరేటర్ ఇది కేవలం అయస్కాంతముతో కూడిన కాయిల్ కాదు. ఇది ఉక్కు నిర్మాణాలు, ఇన్సులేటెడ్ కాపర్ బస్‌బార్‌ల అనేక కాయిల్స్, టన్నుల ఇనుము, ఇన్సులేటింగ్ పదార్థాలు, అలాగే మిల్లీమీటర్ భిన్నాల వరకు ఖచ్చితత్వంతో తయారు చేయబడిన పెద్ద సంఖ్యలో చిన్న భాగాలను కలిగి ఉన్న భారీ నిర్మాణం.

ప్రకృతిలో, వాస్తవానికి, అటువంటి సంక్లిష్టమైన పరికరం కనుగొనబడదు, కానీ ప్రయోగంలో ప్రకృతి మనిషికి అందుబాటులో ఉన్న బాహ్య శక్తి ప్రభావంతో యాంత్రిక కదలికల ద్వారా విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి పరికరం ఎలా పని చేయాలో చూపించింది.

పవర్ ప్లాంట్‌లో ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్తు మార్చబడుతుంది, పంపిణీ చేయబడుతుంది మరియు మళ్లీ మార్చబడుతుంది శక్తి ట్రాన్స్ఫార్మర్లు, దీని పని కూడా విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క దృగ్విషయం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది, ఒక ట్రాన్స్ఫార్మర్ మాత్రమే, ఒక జనరేటర్ వలె కాకుండా, దాని రూపకల్పనలో నిరంతరం కదిలే భాగాలను కలిగి ఉండదు, బదులుగా అది కాయిల్స్తో ఒక మాగ్నెటిక్ సర్క్యూట్ను కలిగి ఉంటుంది.

AC వైండింగ్ (ప్రాధమిక వైండింగ్) మాగ్నెటిక్ సర్క్యూట్‌పై పనిచేస్తుంది, మాగ్నెటిక్ సర్క్యూట్ ద్వితీయ వైండింగ్‌లపై పనిచేస్తుంది (ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క సెకండరీ వైండింగ్‌లు). ట్రాన్స్ఫార్మర్ యొక్క ద్వితీయ వైండింగ్ల నుండి విద్యుత్ ఇప్పుడు వినియోగదారులకు పంపిణీ చేయబడుతుంది. విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క దృగ్విషయం మరియు ఫెరడే అనే పేరును కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ యొక్క సంబంధిత చట్టం యొక్క జ్ఞానానికి ఇదంతా కృతజ్ఞతలు.

విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క చట్టం యొక్క భౌతిక అర్ధం ఏమిటంటే, అయస్కాంత క్షేత్రం కాలక్రమేణా మారినప్పుడు ఒక ఎడ్డీ ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క రూపాన్ని సూచిస్తుంది, ఇది సరిగ్గా పనిచేసే ట్రాన్స్ఫార్మర్లో జరుగుతుంది.

ఆచరణలో, కండక్టర్‌తో సరిహద్దులుగా ఉన్న ఉపరితలంలోకి చొచ్చుకుపోయే అయస్కాంత ప్రవాహం మారినప్పుడు, కండక్టర్‌లో EMF ప్రేరేపించబడుతుంది, దీని విలువ అయస్కాంత ప్రవాహం (F) యొక్క మార్పు రేటుకు సమానం, అయితే ప్రేరేపిత EMF యొక్క సంకేతం చేసిన మార్పు F రేటుకు వ్యతిరేకం. ఈ సంబంధాన్ని "ఫ్లో రూల్" అని కూడా అంటారు:

లూప్‌లోకి చొచ్చుకుపోయే అయస్కాంత ప్రవాహాన్ని నేరుగా మార్చడంతో పాటు, దానిలో EMF పొందే మరొక పద్ధతి సాధ్యమవుతుంది, — లోరెంజ్ ఫోర్స్ ఉపయోగించి.

లోరెంజ్ శక్తి యొక్క పరిమాణం, మీకు తెలిసినట్లుగా, అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఛార్జ్ యొక్క కదలిక వేగంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క ఇండక్షన్ పరిమాణం మరియు ఇండక్షన్ వెక్టర్‌కు సంబంధించి ఇచ్చిన ఛార్జ్ కదిలే కోణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అయస్కాంత క్షేత్రం:

సానుకూల ఛార్జ్ కోసం లోరెంజ్ శక్తి యొక్క దిశ "ఎడమ చేతి" నియమం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది: మీరు మీ ఎడమ చేతిని ఉంచినట్లయితే, అయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క వెక్టర్ అరచేతిలోకి ప్రవేశిస్తుంది మరియు నాలుగు విస్తరించిన వేళ్లు కదలిక దిశలో ఉంచబడతాయి. ధనాత్మక చార్జ్, అప్పుడు 90 డిగ్రీల వద్ద వంగిన బొటనవేలు లోరెంజ్ శక్తి యొక్క దిశను సూచిస్తుంది.

అటువంటి కేసు యొక్క సరళమైన ఉదాహరణ చిత్రంలో చూపబడింది. ఇక్కడ, లోరెంజ్ ఫోర్స్ అయస్కాంత క్షేత్రంలో కదులుతున్న కండక్టర్ యొక్క ఎగువ చివరను (చెప్పండి, రాగి తీగ ముక్క) ధనాత్మకంగా ఛార్జ్ చేయడానికి మరియు దాని దిగువ చివర ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయడానికి కారణమవుతుంది, ఎందుకంటే ఎలక్ట్రాన్లు ప్రతికూల చార్జ్ కలిగి ఉంటాయి మరియు అవి ఇక్కడ కదులుతాయి. .

ఎలక్ట్రాన్లు వాటి మధ్య కూలంబ్ ఆకర్షణ మరియు వైర్ ఎదురుగా ఉన్న ధనాత్మక చార్జ్ లారెంజ్ శక్తిని సమతుల్యం చేసే వరకు క్రిందికి కదులుతాయి.

ఈ ప్రక్రియ కండక్టర్‌లో ఇండక్షన్ యొక్క EMF రూపాన్ని కలిగిస్తుంది మరియు అది మారినట్లుగా, విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క చట్టానికి నేరుగా సంబంధించినది. వాస్తవానికి, వైర్‌లోని ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం Eని ఈ క్రింది విధంగా కనుగొనవచ్చు (వైర్ వెక్టర్ Bకి లంబ కోణంలో కదులుతుందని భావించండి):

కాబట్టి, ఇండక్షన్ యొక్క EMF క్రింది విధంగా వ్యక్తీకరించబడుతుంది:

ఇచ్చిన ఉదాహరణలో, మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ ఎఫ్ (ఒక వస్తువుగా) అంతరిక్షంలో మార్పులకు లోనవుతుందని గమనించవచ్చు, అయితే వైర్ మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ ఉన్న ప్రాంతాన్ని దాటుతుంది మరియు మీరు వైర్ ప్రయాణించే ప్రాంతాన్ని సులభంగా లెక్కించవచ్చు. నిర్దిష్ట సమయంలో (అంటే, పైన పేర్కొన్న అయస్కాంత ప్రవాహం యొక్క మార్పు రేటు) సమయంలో ఆ ప్రదేశంలో కదలడం ద్వారా.

సాధారణ సందర్భంలో, "ఫ్లక్స్ నియమం" ప్రకారం, సర్క్యూట్‌లోని EMF అనేది ఆ సర్క్యూట్ ద్వారా మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ యొక్క మార్పు రేటుకు సమానం అని నిర్ధారించడానికి మాకు అర్హత ఉంది, దాని విలువతో సంబంధం లేకుండా వ్యతిరేక గుర్తుతో తీసుకోబడుతుంది. స్థానభ్రంశం (మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్‌ను దాటడం) లేదా లూప్ యొక్క వైకల్యం లేదా రెండింటి ఫలితంగా స్థిరమైన లూప్‌లో సమయంతో అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క ఇండక్షన్‌లో మార్పు కారణంగా ఫ్లక్స్ F నేరుగా మారుతుంది.

ఆంపియర్ యొక్క చట్టం

పవర్ ప్లాంట్లలో ఉత్పత్తి చేయబడిన శక్తిలో గణనీయమైన భాగం సంస్థలకు పంపబడుతుంది, ఇక్కడ వివిధ మెటల్ కట్టింగ్ మెషీన్ల ఇంజన్లు విద్యుత్తుతో సరఫరా చేయబడతాయి. ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లు యొక్క ఆపరేషన్ వారి డిజైనర్ల అవగాహనపై ఆధారపడి ఉంటుంది ఆంపియర్ యొక్క చట్టం.

ఈ చట్టాన్ని ప్రత్యక్ష ప్రవాహాల కోసం 1820లో ఆండ్రీ మేరీ ఆంపియర్ రూపొందించారు (ఈ చట్టాన్ని విద్యుత్ ప్రవాహాల పరస్పర చర్య యొక్క చట్టం అని కూడా పిలుస్తారు).

ఆంపియర్ యొక్క చట్టం ప్రకారం, ఒకే దిశలో ప్రవాహాలు ఉన్న సమాంతర తీగలు ఒకదానికొకటి ఆకర్షిస్తాయి మరియు వ్యతిరేక దిశలో ఉన్న ప్రవాహాలతో సమాంతర తీగలు ఒకదానికొకటి వికర్షిస్తాయి. అదనంగా, ఆంపియర్ యొక్క చట్టం ఇచ్చిన ఫీల్డ్‌లో కరెంట్-వాహక కండక్టర్‌పై అయస్కాంత క్షేత్రం పనిచేసే శక్తిని నిర్ణయించడానికి బొటనవేలు నియమాన్ని సూచిస్తుంది.

సరళమైన రూపంలో, ఆంపియర్ యొక్క నియమాన్ని ఈ క్రింది విధంగా పేర్కొనవచ్చు: అయస్కాంత క్షేత్రంలోని విద్యుత్తును మోసే కండక్టర్ యొక్క మూలకంపై అయస్కాంత క్షేత్రం పనిచేసే శక్తి (ఆంపియర్ యొక్క శక్తి అని పిలుస్తారు) కండక్టర్‌లోని కరెంట్ మొత్తానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. మరియు మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ విలువ నుండి వైర్ యొక్క పొడవు యొక్క మూలకం యొక్క వెక్టర్ ఉత్పత్తి.

దీని ప్రకారం, ఆంపియర్ యొక్క శక్తి యొక్క మాడ్యులస్‌ను కనుగొనే వ్యక్తీకరణలో మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ వెక్టర్ మరియు ఈ శక్తి పనిచేసే కండక్టర్‌లోని ప్రస్తుత వెక్టర్ మధ్య కోణం యొక్క సైన్ ఉంటుంది (ఆంపియర్ యొక్క శక్తి యొక్క దిశను నిర్ణయించడానికి, మీరు ఎడమ చేతి నియమాన్ని ఉపయోగించవచ్చు. ):

రెండు ఇంటరాక్టింగ్ కండక్టర్లకు వర్తించబడుతుంది, ఆంపియర్ యొక్క శక్తి వాటిలో ప్రతిదానిపై ఆ కండక్టర్లలోని ప్రవాహాల సంబంధిత దిశలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

I1 మరియు I2 ప్రవాహాలతో శూన్యంలో రెండు అనంతమైన పొడవైన సన్నని కండక్టర్లు ఉన్నాయని అనుకుందాం మరియు ప్రతిచోటా కండక్టర్ల మధ్య దూరం r కి సమానంగా ఉంటుంది.వైర్ యొక్క యూనిట్ పొడవు (ఉదాహరణకు, రెండవ వైపున ఉన్న మొదటి వైర్‌లో) పనిచేసే ఆంపియర్ ఫోర్స్‌ను కనుగొనడం అవసరం.

బయో-సావర్ట్-లాప్లేస్ చట్టం ప్రకారం, ప్రస్తుత I2తో అనంతమైన కండక్టర్ నుండి r దూరంలో, అయస్కాంత క్షేత్రం ఇండక్షన్ కలిగి ఉంటుంది:

ఇప్పుడు మీరు అయస్కాంత క్షేత్రంలో (ఇచ్చిన ఇండక్షన్ ఉన్న ప్రదేశంలో) ఇచ్చిన పాయింట్ వద్ద ఉన్న మొదటి వైర్‌పై పనిచేసే ఆంపియర్ శక్తిని కనుగొనవచ్చు:

పొడవుపై ఈ వ్యక్తీకరణను ఏకీకృతం చేయడం, ఆపై పొడవు కోసం ఒకదానిని ప్రత్యామ్నాయం చేయడం, మేము రెండవ వైపున ఉన్న మొదటి వైర్ యొక్క యూనిట్ పొడవుకు ఆంపియర్-ఫోర్స్ నటనను పొందుతాము. ఇదే విధమైన శక్తి, వ్యతిరేక దిశలో మాత్రమే, మొదటి వైపు నుండి రెండవ వైర్పై పని చేస్తుంది.

ఆంపియర్ చట్టంపై అవగాహన లేకుండా, కనీసం ఒక సాధారణ ఎలక్ట్రిక్ మోటారును గుణాత్మకంగా రూపొందించడం మరియు సమీకరించడం అసాధ్యం.

ఎలక్ట్రిక్ మోటారు యొక్క ఆపరేషన్ మరియు రూపకల్పన యొక్క సూత్రం

అసమకాలిక ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లు రకాలు, వాటి లక్షణాలు

జౌల్-లెంజ్ చట్టం

అన్ని విద్యుత్ శక్తి ప్రసారణ తంత్రి, ఈ వైర్లు వేడెక్కేలా చేస్తాయి. అదనంగా, వివిధ తాపన పరికరాలను శక్తివంతం చేయడానికి, టంగ్స్టన్ తంతువులను అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు వేడి చేయడానికి, మొదలైన వాటికి ముఖ్యమైన విద్యుత్ శక్తి ఉపయోగించబడుతుంది. ఎలెక్ట్రిక్ కరెంట్ యొక్క తాపన ప్రభావం యొక్క గణనలు జూల్-లెంజ్ చట్టంపై ఆధారపడి ఉంటాయి, దీనిని 1841లో జేమ్స్ జూల్ మరియు స్వతంత్రంగా 1842లో ఎమిల్ లెంజ్ కనుగొన్నారు.

ఈ చట్టం విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క ఉష్ణ ప్రభావాన్ని అంచనా వేస్తుంది.ఇది ఈ క్రింది విధంగా రూపొందించబడింది: "మీడియం యొక్క యూనిట్ వాల్యూమ్ (w)లో ఒక ప్రత్యక్ష విద్యుత్ ప్రవాహం ప్రవహించినప్పుడు విడుదలయ్యే ఉష్ణ శక్తి విద్యుత్ క్షేత్ర బలం యొక్క విలువ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహ సాంద్రత (j) యొక్క ఉత్పత్తికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. (ఇ) ".

సన్నని తీగల కోసం, చట్టం యొక్క సమగ్ర రూపం ఉపయోగించబడుతుంది: "సర్క్యూట్ యొక్క ఒక విభాగం నుండి యూనిట్ సమయానికి విడుదలయ్యే వేడి మొత్తం విభాగం యొక్క ప్రతిఘటన ద్వారా పరిగణించబడిన విభాగంలోని ప్రస్తుత స్క్వేర్ యొక్క ఉత్పత్తికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. » ఇది క్రింది రూపంలో వ్రాయబడింది:

జూల్-లెంజ్ చట్టం సుదూర వైర్లపై విద్యుత్ శక్తిని ప్రసారం చేయడంలో ప్రత్యేక ఆచరణాత్మక ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంది.

ముగింపు విద్యుత్ లైన్పై ప్రస్తుత ఉష్ణ ప్రభావం అవాంఛనీయమైనది ఎందుకంటే ఇది శక్తి నష్టాలకు దారితీస్తుంది. మరియు ప్రసారం చేయబడిన శక్తి వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ యొక్క పరిమాణం రెండింటిపై సరళంగా ఆధారపడి ఉంటుంది, అయితే తాపన శక్తి ప్రస్తుత చతురస్రానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది, విద్యుత్ ప్రసారం చేసే వోల్టేజ్‌ను పెంచడం ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది, తదనుగుణంగా కరెంట్‌ను తగ్గిస్తుంది.

ఓం యొక్క చట్టం

ఎలక్ట్రిక్ సర్క్యూట్ యొక్క ప్రాథమిక చట్టం - ఓంస్ లా, 1826లో జార్జ్ ఓం కనుగొన్నారు.… వైర్ యొక్క విద్యుత్ నిరోధకత లేదా వాహకత (విద్యుత్ వాహకత) ఆధారంగా విద్యుత్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ మధ్య సంబంధాన్ని చట్టం నిర్ణయిస్తుంది. ఆధునిక పరంగా, పూర్తి సర్క్యూట్ కోసం ఓం యొక్క చట్టం క్రింది విధంగా వ్రాయబడింది:

r — మూల అంతర్గత నిరోధం, R — లోడ్ నిరోధకత, e — మూలం EMF, I — సర్క్యూట్ కరెంట్

ఈ రికార్డు నుండి, క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్‌లోని EMF మూలం ద్వారా అందించబడిన కరెంట్ దీనికి సమానంగా ఉంటుంది:

దీని అర్థం క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్ కోసం, మూలం emf బాహ్య సర్క్యూట్ యొక్క వోల్టేజ్ డ్రాప్ మొత్తానికి మరియు మూలం యొక్క అంతర్గత నిరోధకతకు సమానంగా ఉంటుంది.

ఓం యొక్క చట్టం ఈ క్రింది విధంగా రూపొందించబడింది: "సర్క్యూట్ యొక్క ఒక విభాగంలోని కరెంట్ దాని చివర్లలోని వోల్టేజ్‌కు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు సర్క్యూట్ యొక్క ఈ విభాగం యొక్క విద్యుత్ నిరోధకతకు విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది." ఓంస్ చట్టం యొక్క మరొక సంజ్ఞామానం వాహకత G (విద్యుత్ వాహకత):

సర్క్యూట్ యొక్క ఒక విభాగానికి ఓం యొక్క చట్టం

ఆచరణలో ఓం చట్టం యొక్క దరఖాస్తు

వోల్టేజ్, కరెంట్, రెసిస్టెన్స్ అంటే ఏమిటి మరియు అవి ఆచరణలో ఎలా ఉపయోగించబడతాయి