This GSEB Class 10 Science Notes Chapter 13 વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસરો covers all the important topics and concepts as mentioned in the chapter.
વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસરો Class 10 GSEB Notes
→ ચુંબક (Magnet) ચુંબક એ ચુંબકીય દ્રવ્યનો એક ટુકડો છે જે કાં તો કુદરતી રીતે મળે અથવા લોખંડ કે સ્ટીલને કૃત્રિમ રીતે ચુંબકીય બનાવવાથી મળે. તે લોખંડ, કોબાલ્ટ એને નિકલ જેવાં ચુંબકીય દ્રવ્યોના ટુકડાઓને આકર્ષે છે.
→ ચુંબકીય ક્ષેત્ર (Magnetic field) ચુંબકની આસપાસનો વિસ્તાર કે જેમાં ચુંબકના બળની (આકર્ષણ અને અપાકર્ષણ બળની) અસર (ચુંબક કે ચુંબકીય પદાર્થો વાપરીને) શોધી શકાય છે, તેને ચુંબકીય ક્ષેત્ર કહે છે. [આ ક્ષેત્રના દરેક બિંદુ આગળ અમુક પ્રબળતા હોય છે. દરેક બિંદુએ ક્ષેત્રની ચોક્કસ દિશા પણ હોય છે.
→ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ (Magnetic field lines) ગજિયા ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પ્રવર્તતા બળના કારણે લોખંડની ભૂકી જે રેખાઓની દિશામાં ગોઠવાય છે. તે રેખાઓને ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ કહે છે. નોંધઃ ગજિયા ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલ હોકાયંત્રની સોય(ચુંબકીય સોય)નો ઉત્તર ધ્રુવ જે માર્ગને અનુસરે છે, તે માર્ગને ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખા કહે છે. તે એક બિંદુથી બીજા બિંદુએ ચુંબકીય બળ કેવી રીતે બદલાય છે તે દર્શાવે છે.
→ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની લાક્ષણિકતાઓ (Properties of magnetic field lines) :
- ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ ઉત્તર ધ્રુવમાંથી નીકળે છે અને ચુંબકની બહારની બાજુએ દક્ષિણ ધ્રુવમાં દાખલ થાય છે, જ્યારે ચુંબકની અંદર ક્ષેત્રરેખાઓની દિશા તેના દક્ષિણ ધ્રુવથી ઉત્તર ધ્રુવ તરફ હોય છે. આમ, ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ બંધગાળા (વક્રો) રચે છે.
- ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ ધ્રુવો પાસે એકબીજાની વધુ નજીક (ગીચ) હોય છે, જ્યાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રબળ હોય છે. ચુંબકના મધ્યભાગમાં અને ચુંબકથી દૂર તેઓ એકબીજાથી દૂર (છૂટી છૂટી) હોય છે, જ્યાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર નિર્બળ હોય છે.
- ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ કદાપિ એકબીજીને છેદતી નથી, કારણ કે જો છેદે તો છેદનબિંદુ પાસે હોકાયંત્રની સોય ચુંબકીય ક્ષેત્રની બે દિશાઓ દર્શાવશે, જે શક્ય નથી.
- જો ક્ષેત્રરેખાઓ સમાંતર અને એકબીજાથી સમાન અંતરે હોય તો તે સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રને દર્શાવે છે. અગત્યની નોંધઃ ચુંબકીય ક્ષેત્રની સાપેક્ષ પ્રબળતા ક્ષેત્રરેખાઓની ગીચતાની માત્રા વડે દર્શાવાય છે.
→ ઑસ્ટંડનાં અવલોકનો (Oersted’s observations) જ્યારે ચુંબકીય સોયને વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તારની નજીક મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે તે કોરાવર્તન પામે છે. જ્યારે પ્રવાહની દિશા ઊલટાવવામાં આવે છે, ત્યારે કોરાવર્તન વિરુદ્ધ દિશામાં થાય છે. આ દર્શાવે છે કે જ્યારે વાહક તારમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે તેની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે.
→ સુરેખ વાહકમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર (Magnetic field due to a current through a straight conductor) સુરેખ વાહકમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતી ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ વાહકની આસપાસ સમકેન્દ્રિય વર્તુળાકાર હોય છે. આ ચુંબકીય ક્ષેત્રની પ્રબળતા (તીવ્રતા) વાહકમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહના સમપ્રમાણમાં અને આપેલ બિંદુનું વાહકથી અંતરના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
→ જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ (Right-hand thumb rule) : કલ્પના કરો કે તમે તમારા જમણા હાથમાં વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સુરેખ વાહકને એવી રીતે પકડો છો કે જેથી તમારો અંગૂઠો વિદ્યુતપ્રવાહની દિશાનું સૂચન કરે છે, તો તમારા જમણા હાથની આંગળીઓ વાહકની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓની દિશામાં વીંટળાય છે.
→ વર્તુળાકાર લૂપમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર (Magnetic field due to a current through a circular loop) : વર્તુળાકાર લૂપમાંથી વહેતા પ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓ સમકેન્દ્રીય વર્તુળો રચે છે. આપણે જેમ તારથી દૂર જઈએ તેમ આ વર્તુળો મોટાં ને મોટાં થતાં જાય છે અને વર્તુળાકાર લૂપના કેન્દ્રની નજીક આ મોટાં વર્તુળોની ચાપ લગભગ સુરેખ રેખાઓ જેવી દેખાય છે. વર્તુળના લૂપના કેન્દ્ર પાસે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર, લૂપમાંથી વહેતા પ્રવાહના સમપ્રમાણમાં અને વર્તુળાકાર લૂપની ત્રિજ્યાના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
→ સોલેનૉઇડ (Solenoid) : અલગ કરેલા તાંબાના તારના અત્યંત નજીક વીંટાળેલા ઘણા વર્તુળાકાર આંટા વડે બનતા નળાકાર જેવા આકારને સોલેનૉઇડ કહે છે. સોલેનૉઇડમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉત્પન્ન થતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર એ ગજિયા ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્ર જેવું જ છે. સોલેનૉઇડની અંદર ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજીને સમાંતર હોય છે. સોલેનૉઇડની અંદર સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્ર હોય છે.
→ ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ (વિદ્યુતચુંબક) (Electromagnet) : નરમ લોખંડના સળિયાના ગર્ભ પર વીંટાળેલા, અલગ કરેલા તાંબાના તારના લાંબા ગૂંચળા વડે બનતા ચુંબકને ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ કહે છે. જ્યારે ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ વહેવડાવવામાં આવે છે, ત્યારે જ તે ચુંબકત્વ ધારણ કરે છે.
→ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક પર લાગતું બળ (Force on a current-carrying conductor in magnetic field) : જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે તેના પર ચુંબકીય બળ લાગે છે. આ બળ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાને તથા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશાને લંબરૂપે હોય છે. તદ્ઘપરાંત, તે વિદ્યુતપ્રવાહને, ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્રને, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રહેલ વાહકની લંબાઈને તથા ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા વચ્ચેના ખૂણાના સમપ્રમાણમાં હોય છે. આ ખૂણો જ્યારે 90° હોય છે ત્યારે તે મહત્તમ હોય છે. આ બળની દિશા ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના નિયમ વડે જાણી શકાય છે.
→ ફ્લેમિંગનો ડાબા હાથનો નિયમ (Fleming’s left-hand rule) : તમારા ડાબા હાથનો અંગૂઠો, પ્રથમ આંગળી અને વચ્ચેની આંગળી આ ત્રણેયને એવી રીતે પ્રસારો કે જેથી તેઓ એકબીજાને પરસ્પર લંબ રહે. જો પ્રથમ આંગળી ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશામાં હોય અને વચ્ચેની (બીજી) આંગળી વિદ્યુતપ્રવાહની દિશામાં હોય, તો અંગૂઠાની દિશા વાહક પર લાગતા બળની દિશા અથવા વાહકના સ્થાનાંતરની દિશા દર્શાવે છે.
→ વિદ્યુત મોટર (Electric motor) તે વિદ્યુત-ઊર્જાનું યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે. આ કિસ્સામાં, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવેલ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત ગૂંચળું બળ અનુભવે છે. પરિણામે ગૂંચળું પરિભ્રમણ કરવા લાગે છે.
→ વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ (Electromagnetic induction): જે પ્રક્રિયા દ્વારા કોઈ વાહકના બદલાતાં જતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે અન્ય વાહકમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે, તેને વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ કહે છે.
અથવા
બંધ પરિપથમાં બદલાતાં જતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતપ્રવાહને પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ કહે છે અને આ ઘટનાને વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ કહે છે.
→ પ્રેરિત વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (અથવા વિદ્યુતચાલક બળ) (Induced potential difference (or electromotive force)) ચુંબક અને લૂપની સાપેક્ષ ગતિના કારણે અથવા લૂપની પાસે રહેલ વાહકમાં બદલાતાં વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે, લૂપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની સંખ્યાના ફેરફારના દરને લીધે લૂપની અંદર વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત ઉદ્ભવે છે, તેને પ્રેરિત વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (અથવા વિદ્યુતચાલક બળ) કહે છે. લૂપમાં પ્રેરિત થતું આ વિદ્યુતચાલક બળ, લૂપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની સંખ્યાના ફેરફારના દરના અને લૂપના આંટાઓની સંખ્યાના સમપ્રમાણમાં હોય છે.
→ ફ્લેમિંગનો જમણા હાથનો નિયમ (Fleming’s right-hand rule) : જમણા હાથનો અંગૂઠો, તર્જની અને મધ્યમા આંગળી એવી રીતે પ્રસારો કે ત્રણેય એકબીજાને પરસ્પર લંબ રહે. જો તર્જની ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાનું સૂચન કરતી હોય તથા અંગૂઠો વાહકની ગતિની દિશાનું સૂચન કરતો હોય, તો મધ્યમાન આંગળી પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા દર્શાવે છે.
→ વિદ્યુત જનરેટર (Electric generatory : તે યાંત્રિક ઊર્જાનું. વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે. તેનું કાર્ય વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણની ઘટના પર આધારિત છે. જે જનરેટર વડે એકદિશ પ્રવાહ (DC) ઉત્પન્ન કરી શકાય છે, તેને DC જનરેટર અને જેના દ્વારા ઊલટસૂલટ પ્રવાહ (AC) ઉત્પન્ન કરી શકાય છે, તેને AC જનરેટર કહે છે.
→ એકદિશ પ્રવાહ (DC) અને ઊલટસૂલટ પ્રવાહ (AC) Direct Current (DC) and Alternating Current (AC)): જો વિદ્યુતપ્રવાહ માત્ર એક જ દિશામાં વહેતો હોય તો તેને એકદિશ પ્રવાહ (DC) કહે છે. બૅટરી અને DC જનરેટર વડે એકદિશ પ્રવાહ મેળવાય છે.
→ જો વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા આવર્ત રીતે સમય સાથે બદલાતી હોય તો તેને ઊલટસૂલટ પ્રવાહ (AC) કહે છે. AC જનરેટર વડે ઊલટસૂલટ પ્રવાહ મેળવાય છે.
→ ઘરેલુ વિદ્યુત પરિપથો (Domestic electric circuits) : ભારતમાં ઘરેલુ હેતુઓ માટે વપરાતો AC વૉલ્ટેજ (વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત) 220 V હોય છે અને તેની આવૃત્તિ 50 Hz છે. ત્રણ વાયરો જેવાં કે, live વાયર, neutral વાયર અને earthing વાયર મિટરબોર્ડના ઇલેક્ટ્રિક મિટરમાં થઈને ફ્યુઝ મારફતે આપણા ઘરમાં આવે છે. ive વાયર અને neutral વાયર વચ્ચે વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત 220 v છે. ઘર પાસે ખોદવામાં આવેલ ઊંડા ખાડામાં મૂકેલ તાંબાની પ્લેટ સાથે earthing વાયર જોડવામાં આવે છે. આ વાયર વિદ્યુત-ઉપકરણોની ધાતુની સપાટી સાથે જોડવામાં આવે છે, જેથી વિદ્યુત-શૉક લાગે નહિ. ઘરેલુ ઉપયોગ માટે બે પ્રકારના વિદ્યુત પરિપથો ઉપલબ્ધ છે. એક 5A અને બીજો 152 રેટિંગવાળો પરિપથ. ઘરનું સમગ્ર વાયરિંગ સમાંતર જોડાણમાં હોય છે.
→ ક્યૂઝ (Fuse) : તમામ ઘરેલુ વિદ્યુત પરિપથોમાં વિદ્યુત ફ્યુઝ એક મહત્ત્વનો વિદ્યુતઘટક છે. પરિપથમાં (a) શૉર્ટસર્કિટ અથવા (b) ઓવર- લોડિંગ(નિયત મર્યાદા કરતાં વધુ વિદ્યુતપ્રવાહ ખેંચવો તે)ને કારણે થતા અકસ્માતો જેવાં કે, વિદ્યુત-શૉક, આગ, વિદ્યુત-ઉપકરણોને નુકસાન વગેરે અટકાવી શકાય છે. ક્યૂઝ એ અતિ મહત્વની સલામત રચના છે. ક્યૂઝ એ નીચા ગલનબિંદુવાળો ટૂંકો, પાતળો tin-plated તાંબાના તારનો બનેલો હોય છે. પરિપથમાં વિદ્યુતપ્રવાહ સલામત મર્યાદા કરતાં વધી જાય તો તે ઓગળીને તૂટી જાય છે અને તેથી પરિપથ ખુલ્લો બની જાય છે. ક્યૂઝ હંમેશાં live વાયર સાથે શ્રેણીમાં અને પરિપથના આરંભમાં જોડાયેલ હોય છે.