మైఖేల్ ఫారడే 1791, సెప్టెంబరు 22న ఒక నిరుపేద కుటుంబంలో జన్మించాడు. పత్రికలు పంచిపెట్టే కుర్రాడిగా జీవితం ప్రారంభించారు. 1812 ఫిబ్రవరి, మార్చి, ఏప్రిల్ నెలల్లో ప్రఖ్యాత శాస్త్రవేత్త డెవీ ఇచ్చిన ఉపన్యాసాలు విన్నాడు. 1821లో విద్యుదయస్కాంత భ్రమణ సూత్రాన్ని కనుక్కున్న ఫారడే 1825లో రాయల్ ఇన్స్టిట్యూట్ డైరెక్టర్ అయ్యాడు. ఆనోడ్, కాథోడ్, ఆనయాన్, కాటయాన్, ఎలక్ట్రోడ్ మొదలైన పదజాలాన్ని ప్రవేశపెట్టారు.
కీలక పదాలు
* అయస్కాంత అభివాహం * అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత
* విద్యుత్ మోటారు * స్లిప్ రింగ్స్
* పేరిత విద్యుత్ ప్రవాహం * ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బలం
* విద్యుత్ జనరేటర్ * ఏకముఖ విద్యుత్ ప్రవాహం (DC)
* ఫారడే నియమం * ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహం (AC)
* rms విలువలు * సోలినాయిడ్
* కుడిచేతి నిబంధన * లెంజ్ నియమం
కీలక పదాలు - వివరణలు
అయస్కాంత అభివాహం: క్షేత్రానికి లంబంగా A వైశాల్యమున్న తలం ద్వారా వెళ్లే బలరేఖల సంఖ్యను అయస్కాంత అభివాహం అంటారు. దీనిని Φ తో సూచిస్తారు.
అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత: ప్రమాణ వైశాల్యం ద్వారా వెళ్లే అయస్కాంత అభివాహాన్ని అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత (B) అంటారు.
విద్యుత్ మోటారు: విద్యుత్ మోటారు విద్యుచ్ఛక్తిని యాంత్రిక శక్తిగా మారుస్తుంది.
స్లిప్ రింగ్స్: రెండు చిన్న గుల్లని కాపర్ స్తూపాలను తీగచుట్ట చివర కొనలకు కలుపుతారు. ఇవి కిందికి జారుతూ కార్బన్ బ్రష్లతో కలుస్తూ ఉంటాయి.
ప్రేరిత విద్యుత్ ప్రవాహం: తీగచుట్టలో అయస్కాంత అభివాహాన్ని నిరంతరం మారుస్తూ ఉంటే ఆ తీగచుట్టలో విద్యుత్ ప్రవాహం ఏర్పడుతుంది. దీన్నే ప్రేరిత విద్యుత్ ప్రవాహం అంటారు.
ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బలం: తీగచుట్టలో అయస్కాంత అభివాహాన్ని నిరంతరంగా మారుస్తూ ఉంటే ఆ తీగ చుట్టలో ఏర్పడే విద్యుచ్ఛాలక బలాన్ని ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బలం అంటారు.
విద్యుత్ జనరేటర్: యాంత్రికశక్తిని విద్యుచ్ఛక్తిగా మార్చే పరికరం.
ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహం (AC): నిర్దిష్ట కాల వ్యవధిలో విద్యుత్ ప్రవాహ దిశ కచ్చితమైన పౌనఃపున్యంతో మారుతూ ఉంటుంది. ఇదే ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహం.
ఏకముఖ విద్యుత్ ప్రవాహం (DC): కాలంతో పాటు విద్యుత్ ప్రవాహ పరిమాణం, దిశ స్థిరంగా ఉండే విద్యుత్తును ఏకముఖ విద్యుత్ ప్రవాహం అంటారు.
ఫారడే నియమం: సంపూర్ణ వలయంలో జనించే ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బలం (induced emf) దాని ద్వారా వెళ్లే అయస్కాంత అభివాహ రేటుకు సమానం.
rms విలువలు: I0, V0 లను ఏకాంతర విద్యుత్, ఏకాంతర విద్యుచ్ఛాలక బలాల గరిష్ఠ విలువలు అనుకుందాం.
సోలినాయిడ్: సమ సర్పిలంగా (హెలిక్స్), దగ్గరగా చుట్టిన పొడవైన తీగనే సోలినాయిడ్ అంటారు.
కుడిచేతి నిబంధన: కుడిచేతి బొటనవేలు, చూపుడు వేలు, మధ్యవేలును పరస్పరం లంబంగా ఉంచినప్పుడు చూపుడువేలు ఆవేశ వేగ దిశను, మధ్యవేలు క్షేత్రం B దిశను, బొటనవేలు బలం F దిశను సూచిస్తాయి.
లెంజ్ నియమం: తీగచుట్టలో అభివాహ మార్పును వ్యతిరేకించే దిశలో ప్రేరిత విద్యుత్ ప్రవాహం ఉంటుంది. దీన్నే లెంజ్ నియమం అంటారు.
సారాంశ సంగ్రహం
* దండాయస్కాంతం లాంటి జనకాల చుట్టూ క్షేత్రం ఆవరించి ఉంటుంది. ఈ క్షేత్రానికి క్షేత్ర దిశ, క్షేత్ర బలం అనే లక్షణాలు ఉంటాయి.
* అయస్కాంత దిక్సూచిని ఉపయోగించి క్షేత్ర దిశను కనుక్కోవచ్చు.
* అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖలు ఊహాజనితమైనవి మాత్రమే. ఈ రేఖలు అయస్కాంత క్షేత్ర స్వభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి ఉపయోగపడతాయి.
* అయస్కాంత బలరేఖలు దట్టమైన సమూహంగా ఉన్నచోట క్షేత్రం బలంగా ఉంటుంది.
* అయస్కాంత బలరేఖలు దూరంగా విస్తరించి ఉన్నచోట క్షేత్రం బలహీనంగా ఉంటుంది.
* క్షేత్రానికి లంబంగా A వైశాల్యం ఉన్న తలం ద్వారా వెళ్లే బలరేఖల సంఖ్యను అయస్కాంత అభివాహం అంటారు. దీన్ని Φ తో సూచిస్తారు.
* అయస్కాంత అభివాహానికి S.I. ప్రమాణం వెబర్.
* అయస్కాంత క్షేత్రానికి లంబంగా ఉన్న ఏకాంక వైశాల్యం గల తలం ద్వారా వెళ్లే అయస్కాంత అభివాహాన్ని అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత (B) గా నిర్వచిస్తారు. Bని అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రేరణ అని కూడా అంటారు.
* B =
* అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రతకు ప్రమాణం = దీన్నే టెస్లా అని కూడా పిలుస్తారు.
* విద్యుత్ ప్రవాహం ఉన్న తీగ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. కుడిచేతి బొటనవేలు నిబంధన ద్వారా బలరేఖల దిశను సులభంగా గుర్తించవచ్చు.
* విద్యుత్ ప్రవహించే తీగను కుడిచేతితో పట్టుకుని బొటనవేలు దిశలో విద్యుత్ ప్రవాహదిశ ఉండేలా చేస్తే తీగ చుట్టూ ఉన్న మిగతా వేళ్లు అయస్కాంత క్షేత్ర దిశను సూచిస్తాయి.
* విద్యుత్ ప్రవాహదిశలో మీ చేతి వేళ్లను ముడిస్తే మీ బొటనవేలు దిశ అయస్కాంత క్షేత్ర దిశను సూచిస్తుందని కుడిచేతి నిబంధన తెలియజేస్తుంది.
* సోలినాయిడ్ ఏర్పరిచే క్షేత్ర దిశను కుడిచేతి నిబంధనతో తెలుసుకోవచ్చు.
* కుడిచేతి వేళ్లను మొదటగా కదిలే ఆవేశపు దిశలో ఉంచి తర్వాత అయస్కాంత క్షేత్ర దిశలో చుట్టి ఉంచితే బొటనవేలు చూపే దిశ అయస్కాంత బలదిశ అవుతుంది.
* సమసర్పిలంగా (హెలిక్స్), దగ్గరగా చుట్టి ఉంచిన పొడవైన తీగనే సోలినాయిడ్ అంటారు.
* సోలినాయిడ్ వల్ల ఏర్పడే బలరేఖలు దండాయస్కాంతంతో ఏర్పడిన బలరేఖల్లా సంవృత వలయాలు. దీన్ని బట్టి సోలినాయిడ్ దండయస్కాంతంలా ప్రవర్తిస్తుందని తెలుస్తుంది.
* సోలినాయిడ్ బయట ఉండే అయస్కాంత బలరేఖలు దాని లోపల కూడా కొనసాగుతాయి. సోలినాయిడ్ బయట బలరేఖలు ఉత్తర దిశ నుంచి దక్షిణ వైపు, లోపలి బలరేఖలు దక్షిణ దిశ నుంచి ఉత్తర దిశకు ఉంటాయి.
* విద్యుత్ ప్రవహించే తీగ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. అంటే చలించే విద్యుదావేశాలు అయస్కాంత క్షేత్రాలను ఏర్పరచగలవు.
* q విద్యుదావేశం, v వేగంతో అయస్కాంత క్షేత్రం Bకు లంబంగా కదులుతుంటే ఆ ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత బలం
F = qvB
* కదిలే ఆవేశానికి, అయస్కాంత క్షేత్రానికి మధ్య కోణం 'θ' ఉన్నట్లయితే ఆ ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత బలం F = qvB sin θ ఉంటుందని ప్రయోగపూర్వకంగా నిరూపించారు.
* అయస్కాంత క్షేత్రానికి సమాంతరంగా (క్షేత్రంతో పాటుగా లేదా దానికి వ్యతిరేక దిశలో) ఒక ఆవేశం కదిలితే θ విలువ శూన్య అవుతుంది. θ శూన్యం అయితే θ = 0, sin θ = sin 0 = 0 అంటే F = 0 అవుతుంది.
* అయస్కాంత క్షేత్రానికి సమాంతరంగా కదిలే ఆవేశంపై ఎలాంటి బల ప్రభావం ఉండదు.
* కదిలే ఆవేశంపై అయస్కాంత బలదిశ ఏ విధంగా ఉంటుందో తెలుసుకోవడానికి ఒక సులువైన విధానం ఉంది.
* మీ కుడిచేతి వేళ్లను మొదట కదిలే ఆవేశపు దిశలో ఉంచి తర్వాత అయస్కాంత క్షేత్ర దిశలో చుట్టినట్లయితే బొటనవేలు చూపే దిశ అయస్కాంత బలదిశ అవుతుంది.
* అయస్కాంత క్షేత్రదిశ, ఆవేశ వేగదిశకు మధ్యకోణం ఎంత ఉన్నప్పటికీ ఈ నిబంధన పనిచేస్తుంది. అయస్కాంత బలదిశ ఎల్లప్పుడూ కదిలే ఆవేశ వేగదిశ, అయస్కాంత క్షేత్ర దిశ రెండింటికీ లంబంగా ఉంటుంది.
* సాధారణంగా కుడిచేతి నిబంధనను ఆవేశ వేగ దిశ, క్షేత్రదిశ పరస్పరం లంబంగా ఉన్నప్పుడు మాత్రమే ఉపయోగించవచ్చు.
* కుడిచేతి బొటనవేలు, మధ్యవేలును పరస్పరం లంబంగా ఉంచితే చూపుడువేలు ఆవేశ వేగ దిశను (విద్యుత్ ప్రవాహం I), మధ్యవేలు క్షేత్రం B దిశను, బొటనవేలు బలం F దిశను సూచిస్తాయి. ఈ నిబంధన కదిలే ధనావేశానికి మాత్రమే వర్తిస్తుంది.
* క్షేత్రంలో కదిలే రుణావేశంపై బలం ఏ దిశలో పనిచేస్తుందో తెలుసుకోవడానికి మొదట ధనావేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత బలదిశను కనుక్కోవాలి. ఇప్పుడు దాన్ని తారుమారు చేస్తే ఏర్పడిన దిశ రుణాత్మక ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత బలదిశను సూచిస్తుంది.
* అయస్కాంత క్షేత్రం (B) లో విద్యుత్ ప్రవాహం (I) ఉన్న తీగ 'θ' కోణం చేస్తే దానిపై పనిచేసే బలం F = ILB sin θ. ఇక్కడ L పొడవున్న తీగ అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంది. ఇది ఏ కోణానికైనా సరిపోతుంది.
* విద్యుత్ ప్రవాహం ఉండే తీగపై క్షేత్రం ప్రయోగించే బలదిశను తెలుసుకోవడానికి మాత్రమే కుడిచేతి నిబంధన ఉపయోగపడుతుంది. కానీ తీగ అపవర్తనానికి ఉండే కారణాలను తెలుసుకోవడానికి ఉపయోగపడదు.
* విద్యుత్ మోటారు పనిచేసే విధానాన్ని అర్థం చేసుకోవాలంటే ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంచిన తీగచుట్ట ప్రవర్తించే తీరును అర్థం చేసుకోవాలి.
* విద్యుత్ మోటారులో విద్యుత్ శక్తి యాంత్రిక శక్తిగా మారుతుంది.
* తీగచుట్టలో అయస్కాంత అభివాహాన్ని నిరంతరంగా మారుస్తూ ఉంటే ఆ తీగచుట్టలో విద్యుత్ ప్రవాహం ఏర్పడుతుంది. ఇది ఫారడే నియమానికి ఒక రూపం.
* ఒక సంవృత ఉచ్చు (closed loop)లో ఏర్పడిన విద్యుచ్ఛాలక బలం విలువ దాని ద్వారా వెళ్లే అయస్కాంత అభివాహపు మార్పు రేటుకు సమానం.
* గణిత రూపంలో ఈ విధంగా రాయవచ్చు.
ఈ సమీకరణాన్ని ఫారడే విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమం అంటారు.
* తీగచుట్టలో ఒక తీగకు సంబంధించిన అభివాహం Φ0, ఆ తీగ చుట్టలోని చుట్ల సంఖ్య N అయితే మొత్తం తీగచుట్టకు సంబంధించిన అభివాహం NΦ0 అవుతుంది.
Φ = NΦ0
* తీగచుట్టలో అభివాహ మార్పును వ్యతిరేకించే దిశలో ప్రేరిత విద్యుత్ ప్రవాహం ఉంటుంది. దీన్నే లెంజ్ నియమం అంటారు.
మన పరిసరాల్లో విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణకు సంబంధించిన అనువర్తనాలను వివిధ సందర్భాల్లో గుర్తించవచ్చు.
* సెక్యూరిటీ చెకింగ్ కోసం ఏర్పాటు చేసే పెద్ద ద్వారంలో ఒక పెద్దతీగను చుట్టి ఉంచుతారు. అది బలహీనమైన సహజ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. మనం ఏదైనా ఇనుము లాంటి అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రభావిత వస్తువును ఆ ద్వారం ద్వారా తీసుకెళ్లామనుకుందాం. అప్పుడు తీగచుట్ట అయస్కాంత క్షేత్ర అభివాహంలో మార్పు ఏర్పడి, విద్యుత్ ప్రవాహం ఉద్భవించడం వల్ల అలారం మోగుతూ హెచ్చరిస్తుంది.
* ఇండక్షన్ స్టవ్ విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమంపై ఆధారపడి పనిచేస్తుంది.
* ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహం AC (Alternating Current)లో నిర్దిష్ట కాలవ్యవధిలో విద్యుత్ ప్రవాహ దిశ మారుతూ ఉంటుంది. కాబట్టి ఏకాంతర విద్యుత్ కచ్చితమైన పౌనఃపున్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
* AC విద్యుచ్ఛాలక బలాలు, ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహాలను rms విలువల్లో వ్యక్తపరుస్తారు.
* I0, V0 అనేవి ఏకాంతర విద్యుత్, ఏకాంతర విద్యుచ్ఛాలక బలాల గరిష్ఠ విలువలు అనుకుందాం.
అప్పుడు
* జనరేటర్ యాంత్రిక శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మారుస్తుంది.