విద్యుదయస్కాంతం

తీగచుట్టలో ఆకర్షణ శక్తి!

విద్యుత్తు ప్రవాహాన్ని తీగ ద్వారా పంపి తాత్కాలికంగా సృష్టించే అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని విద్యుదయస్కాంతం అంటారు. విద్యుత్తు ప్రవహించినంతసేపు ఆ అయస్కాంత తత్వం పనిచేస్తుంది. ఇందులో విద్యుత్తు ప్రవాహాన్ని నియంత్రిస్తూ అయస్కాంత బలాన్ని పెంచవచ్చు లేదా తగ్గించవచ్చు. నిజజీవితంలో అందరూ ఉపయోగించే మోటార్లు, జనరేటర్లు, ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌లు, లౌడ్‌ స్పీకర్లు వంటివన్నీ ఈ సూత్రంపైనే పనిచేస్తాయి. భౌతిక శాస్త్రంలో ప్రాధాన్య అంశమైన విద్యుదయస్కాంతం, సంబంధిత సాంకేతిక అంశాల గురించి అభ్యర్థులు శాస్త్రీయంగా తెలుసుకోవాలి. అయస్కాంత క్షేత్రం పనితీరు, విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ, అనువర్తనాలు, ఏసీ, డీసీ విద్యుత్తు జనరేటర్ల పనితీరు, విద్యుత్తు ప్రవాహ దిశలను మార్చే నియమాలు, నిజజీవిత అనువర్తనాలను అర్థం చేసుకోవాలి.

 

విద్యుదయస్కాంతత్వాన్ని అవగాహన చేసుకోవడంలో 19వ శతాబ్దపు ప్రముఖ శాస్త్రవేత్తల్లో ఒకరైన అయిర్‌స్టడ్‌ కీలకపాత్ర వహించాడు. ఈయన అనేక ప్రాంతాలు తిరుగుతూ పలు అంశాలను అధ్యయనం చేస్తూ గొప్ప ప్రసంగాలతో ప్రజల్లో ప్రఖ్యాతిగాంచాడు. 1820, ఏప్రిల్‌లో అయిర్‌స్టడ్‌ ఒక ప్రయోగం నిర్వహించాడు. అయస్కాంత దిక్సూచిని తీగ కింద ఉంచి ఆ తీగ నుంచి విద్యుత్తు ప్రవాహాన్ని పంపాడు. అప్పుడు అయస్కాంత దిక్సూచిలోని సూచిక కదలడాన్ని గమనించాడు. ఈ ప్రయోగంతో అనేకమంది శాస్త్రవేత్తలు ప్రేరణ పొంది కొత్త శాస్త్రీయ సిద్ధాంతాలతో పాటు డైనమో, మోటార్, రేడియో, టెలివిజన్, ఆప్టికల్‌ ఫైబర్‌ వంటి ఆవిష్కరణలు చేశారు. అయిర్‌స్టడ్‌ గౌరవార్ధం అయస్కాంత క్షేత్ర బలానికి ఆయన పేరునే ప్రమాణంగా సూచించారు. 1822లో అయిర్‌స్టడ్‌ రాయల్‌ స్వీడిష్‌ అకాడమీ ఆఫ్‌ సైన్సెస్‌లో విదేశీ సభ్యుడిగా నియమితులయ్యాడు.

అయస్కాంత క్షేత్రం: ఒక అయస్కాంతం ఎంత అంతరాళం మేర దాని ప్రభావాన్ని ప్రదర్శిస్తుందో, ఆ మొత్తాన్ని అయస్కాంత క్షేత్రం అంటారు.

అయస్కాంత క్షేత్ర బలరేఖలు:ఇవి ఊహారేఖలు, సరళ సంవృతవక్రాలు. ఒక దానితో ఒకటి ఖండించుకోవు. త్రిమితీయ నిర్మాణంలో ఉంటాయి. అయస్కాంతం బయటవైపు ఉత్తర ధ్రువం నుంచి దక్షిణ ధ్రువంలోకి ప్రవేశిస్తాయి. అయస్కాంత లోపలివైపు దక్షిణ ధ్రువం నుంచి ఉత్తర ధ్రువంలోకి వెళతాయి..

అయస్కాంత అభివాహం: క్షేత్రానికి లంబంగా A వైశాల్యం ఉన్న తలం నుంచి వెళ్లే బలరేఖల సంఖ్యను అయస్కాంత అభివాహం అంటారు. దీనిని ϕ అనే అక్షరంతో సూచిస్తాము.

 * అయస్కాంత అభివాహం అనేది క్షేత్రంలోని తలం దిగ్విన్యాసంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. 

* అయస్కాంత అభివాహ S.I ప్రమాణం - వెబర్‌

అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత: క్షేత్రానికి లంబంగా ఉన్న ఏకాంక వైశాల్యం ఉన్న తలం నుంచి వెళ్లే అయస్కాంత అభివాహాన్ని అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత అంటారు. దీనిని B అనే అక్షరంతో సూచిస్తారు. 

అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత S.I ప్రమాణం - Wb/m² లేదా టెస్లా. 

*  అయస్కాంత క్షేత్రం B కి, A వైశాల్యం ఉన్న తలం లంబానికి మధ్యకోణం θ అనుకుంటే క్షేత్రానికి లంబంగా ప్రభావం చూపే తలం వైశాల్యం cosθ అవుతుంది. ఈ సందర్భంలో అయస్కాంతక్షేత్ర ప్రేరణ    అవుతుంది. 

 

అయస్కాంతక్షేత్ర బలం (F): అయస్కాంత క్షేత్రంలో కదిలే ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత బలాన్ని అయస్కాంతక్షేత్ర బలం అంటారు. దీని S.I ప్రమాణం - అయిర్‌స్టడ్‌

1) చలనంలో ఉన్న ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంతక్షేత్ర బలం: ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంతక్షేత్ర బలం అనేది ఆవేశ పరిమాణం ‘q’, దానివేగం ‘V’, అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత ‘B’ అనే మూడు అంశాల లబ్దానికి సమానం. ఆవేశపు వేగదిశ అయస్కాంత క్షేత్ర దిశకు లంబంగా ఉన్నప్పుడు ఒక సమీకరణం వర్తిస్తుంది.F = qVB

* కదిలే ఆవేశానికి, అయస్కాంత క్షేత్రానికి మధ్యకోణం θ ఉన్నట్లయితే ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంతబలం F = qVB sinθ.

* అయస్కాంత క్షేత్రానికి సమాంతరంగా కదిలే ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత క్షేత్రబలం F = 0 అవుతుంది.

* అయస్కాంత క్షేత్రానికి లంబంగా కదిలే ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత బలం F = qVB గరిష్ఠంగా ఉంటుంది.

2) విద్యుత్తు ప్రవహించే తీగను అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంచినప్పుడు దీనిపై పనిచేసే అయస్కాంత క్షేత్రబలం F అనేది తీగ పొడవు l  , అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత B, విద్యుత్తు ప్రవాహం (i) లబ్దానికి సమానం.  F = BiL

* అయస్కాంత క్షేత్ర దిశకు, విద్యుత్తు ప్రవాహదిశకు మధ్యకోణం θ అయితే విద్యుత్తు ప్రవాహం ఉన్న తీగపై పనిచేసే అయస్కాంత క్షేత్ర బలం F = BiLsinθ

* అయస్కాంత క్షేత్రానికి సమాంతరంగా విద్యుత్తు ప్రవహించే తీగపై పనిచేసే అయస్కాంత క్షేత్ర బలం F = 0 అవుతుంది. 

* అయస్కాంత క్షేత్రానికి లంబంగా విద్యుత్తు ప్రవహించే తీగపై పనిచేసే అయస్కాంత క్షేత్ర బలం F = BiL  అవుతుంది. 

విద్యుత్తు ప్రవాహం వల్ల ఏర్పడే అయస్కాంతక్షేత్రం:

1) సరళరేఖ మాదిరి ఉన్న తీగలో విద్యుత్తు వల్ల ఏర్పడిన అయస్కాంత క్షేత్రం: ఇందులో బలరేఖలు వృత్తాకారంలో ఏర్పడతాయి. అయస్కాంత క్షేత్ర బలదిశను తెలుసుకోవడానికి ఆంపియర్‌ కుడిచేతి బొటనవేలు నిబంధన ఉపయోగిస్తారు. ఇందులో బొటనవేలు దిశ విద్యుత్తు ప్రవాహదిశను, మిగిలిన వేళ్లు అయస్కాంత క్షేత్రదిశను తెలియజేస్తాయి.

2) వలయాకార తీగలో విద్యుత్తు వల్ల ఏర్పడిన అయస్కాంత క్షేత్రం: ఇందులో బలరేఖలు వృత్తాకారంలోనే ఏర్పడతాయి. అయస్కాంత క్షేత్ర బలదిశను తెలుసుకోవడానికి ఆంపియర్‌ కుడిచేతి బొటనవేలు నిబంధన వాడతారు. ఇందులో బొటనవేలు దిశ అయస్కాంత క్షేత్ర దిశను, మిగిలిన వేళ్లు విద్యుత్తు ప్రవాహదిశను తెలియజేస్తాయి.

3) సాలినాయిడ్‌ వంటి తీగ వల్ల ఏర్పడే అయస్కాంత క్షేత్రం: సాలినాయిడ్‌ ఏర్పరచిన బలరేఖలు దండాయస్కాంత బలరేఖలను పోలి ఉంటాయి. దగ్గరగా చుట్టలుగా ఉన్న తీగచుట్టనే సాలినాయిడ్‌ అంటారు. సాలినాయిడ్‌ ఏర్పరిచే క్షేత్రదిశను కుడిచేతి నిబంధనతో తెలుసుకోవచ్చు. సాలినాయిడ్‌ రెండు చివర్లలో ఒకటి ఉత్తర ధ్రువంగా, మరొకటి దక్షిణ ధ్రువంగా ప్రవర్తిస్తాయి. సాలినాయిడ్‌ లోపలి బలరేఖలు దక్షిణ ధ్రువం నుంచి, ఉత్తర ధ్రువానికి; బయటి బలరేఖలు ఉత్తర ధ్రువం నుంచి దక్షిణ ధ్రువంలోకి ప్రవేశిస్తాయి. సాలినాయిడ్‌ వల్ల ఏర్పడిన బలరేఖలు సంవృత వలయాలు.

విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ: ఒక సంవృత వలయంలో ఏర్పడిన విద్యుత్తుచ్ఛాలక బలం విలువ దాని నుంచి వెళ్లే అయస్కాంత అభివాహపు మార్పు రేటుకు సమానం.

విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ ఏర్పడినప్పుడు యాంత్రిక శక్తి, విద్యుత్తు శక్తిగా మారుతుంది. ఇది శక్తినిత్యత్వ నియమానికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. దీనిని మైకేల్‌ ఫారడే ప్రతిపాదించాడు. వలయంలో ఎలాంటి విద్యుత్తు జనకం లేకుండానే తీగచుట్టకు, దండాయస్కాంతానికి మధ్య సాపేక్ష చలనం వల్ల అయస్కాంత అభివాహంలో మార్పు వల్ల విద్యుత్తు జనించే ప్రక్రియను విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ అంటారు.

అనువర్తనాలు:

1) సెక్యూరిటీ చెకింగ్‌ కోసం ఏర్పాటుచేసే పెద్ద ముఖద్వారాల్లో ఈ నియమం ఉంటుంది. 

2) పాటలు వినటానికి లేదా రికార్డు చేయడానికి ఉపయోగించే టేప్‌రికార్డర్‌ విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమంపై ఆధారపడి పనిచేస్తుంది.

3) ఏటీయం కార్డులో ఉండే అయస్కాంత పట్టీని స్కానర్‌లో స్వైప్‌ చేసినప్పుడు అందులో విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమం దాగి ఉంటుంది.

4) ఇండక్షన్‌ స్టవ్‌ విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమంపై ఆధారపడి పనిచేస్తుంది.

* B అయస్కాంత ప్రేరణ ఉన్న క్షేత్రానికి లంబంగా V ఆవేశం ఉన్న కణం, q వేగంతో కదిలితే ఆవేశమార్గం యొక్క వ్యాసార్ధం

లెంజ్‌ నియమం: తీగచుట్టలో అయస్కాంత అభివాహ మార్పును వ్యతిరేకించే దిశలో ప్రేరణ విద్యుత్తు ప్రవాహం ఉంటుంది. దీనినే ‘లెంజ్‌ నియమం’ అంటారు. తీగచుట్టలో అయస్కాంత అభివాహం పెరిగితే ఆ తీగచుట్ట ఆ పెరుగుదలను వ్యతిరేకిస్తుంది. తీగచుట్టలో అభివాహం తగ్గితే తీగచుట్ట ఆ తగ్గుదలను వ్యతిరేకిస్తుంది.

విద్యుత్తు మోటార్‌: దీనిని మైకేల్‌ ఫారడే కనుక్కున్నాడు. ఇది విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. ఇది విద్యుత్తుశక్తిని యాంత్రిక శక్తిగా మారుస్తుంది. సమ అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంచిన విద్యుత్తు ప్రవాహం ఉన్న తీగచుట్టపై సమాన బలాలు వ్యతిరేక దిశలో పనిచేయడం వల్ల అది భ్రమణం చేస్తుంది. ఈ తీగచుట్ట కదలికను ఫ్లెమింగ్‌ ఎడమచేతి నిబంధన ద్వారా తెలుసుకోవచ్చు. ఇందులో కమ్యూటేటర్‌ అనే పరికరం విద్యుత్తు ప్రవాహ దిశను నిరంతరం మారుస్తూ ఉంటుంది. దీర్ఘచతురస్రాకార తీగచుట్ట ప్రతి అర్ధ భ్రమణానికి కమ్యూటేటర్‌ విద్యుత్తు ప్రవాహదిశను మార్చడం వల్ల ఆర్మేచర్‌ భ్రమణదిశ ఎల్లప్పుడు ఒకే దిశలో నిరంతరంగా అవిచ్ఛిన్నంగా తిరుగుతుంది. ఉదా: ప్రెజర్‌మిషన్స్, ఎలివేటర్స్, వ్యాక్యూమ్‌ ట్యూబ్స్, హెయిర్‌ డ్రయర్, ఫ్యాన్, ఏసీ మొదలైనవి.

జనరేటర్‌: దీనిని కనుగొన్న శాస్త్రవేత్త - మైకేల్‌ ఫారడే. ఇది విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. యాంత్రిక శక్తిని విద్యుత్తు శక్తిగా మారుస్తుంది. అయస్కాంత క్షేత్రంలో దీర్ఘచతురస్రాకార తీగచుట్టను తిప్పడం వల్ల అయస్కాంత అభివాహంలో మార్పు జరిగి విద్యుత్తు ఉత్పత్తి అవుతుంది. ఇందులో AC జనరేటర్, DC జనరేటర్‌ అని రెండు రకాలుంటాయి. AC జనరేటర్‌లో ప్రతి అర్ధ భ్రమణానికి విద్యుత్తు ప్రవాహదిశ మారుతూ ఉంటుంది. దీనిని AC విద్యుత్తు లేదా ఏకాంతర విద్యుత్తు అంటారు. AC విద్యుత్తు పౌనఃపున్యం 50Hz. 

DC జనరేటర్‌లో కమ్యూటేటర్‌ అనే పరికరం వల్ల విద్యుత్తు ప్రవాహదిశ ఒకే విధంగా ఉంటుంది. కాబట్టి, ఈ విద్యుత్తును DC విద్యుత్తు లేదా ఏకముఖ విద్యుత్తు అంటారు. 

మాదిరి ప్రశ్నలు
 

1. తీగచుట్ట గుండా విద్యుత్‌ను ప్రవహింపజేస్తే అది తన చుట్టూ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తుందని తెలిపినవారు?

1) బెంజిమన్‌ ఫ్రాంక్లిన్‌   2) హన్స్‌ అయిర్‌స్టడ్‌     3) మైకేల్‌ ఫారడే     4) ప్లెమింగ్‌

 

2. అయస్కాంత అభివాహం S.I. ప్రమాణం గుర్తించండి. 

1) ఆంపియర్‌    2) టెస్లా    3) వెబర్‌     4) మీటర్‌²

 

3. అయస్కాంత బలరేఖలకు సంబంధించి సరికాని అంశాన్ని గుర్తించండి. 

1) ఇవి ఒకదానితో ఒకటి ఖండించుకుంటాయి. 

2) ఇవి త్రిమితీయ నిర్మాణంలో ఉంటాయి.

3) ఇవి ఊహారేఖలు 

4) ఇవి సంవృత వక్రరేఖలు

4. అయస్కాంత అభివాహ సాంద్రత S.I. ప్రమాణం గుర్తించండి.

1) మీటర్‌-సెకను   2) వెబర్‌²    3) ఆంపియర్‌-మీటర్‌    4) టెస్లా 

5. అయస్కాంత క్షేత్రానికి సమాంతరంగా కదిలే ఆవేశంపై పనిచేసే అయస్కాంత క్షేత్ర బలం? 

1) F = qvb    2) f = 0    3) f = qvbsinθ     4) f = BiL

 

6. అయస్కాంత క్షేత్రానికి లంబంగా విద్యుత్‌ ప్రవహించే తీగపై పనిచేసే అయస్కాంత క్షేత్రబలం?

1) f = BiL    2) f = 0     3) f = BiLsinθ     4) F = qvb

7. విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమంపై ఆధారపడి పనిచేసే పరికరం కానిది? 

1) ఏటీయం కార్డు    2) ఇండక్షన్‌ స్టవ్‌    3) టేప్‌రికార్డర్‌    4) ఎలక్ట్రికల్‌ బల్బ్‌

8. విద్యుత్‌ మోటార్‌లోని శక్తి ఏ విధంగా మార్పు జరుగుతుంది? 

1) యాంత్రికశక్తి - విద్యుత్‌శక్తి    2) విద్యుత్‌శక్తి - యాంత్రికశక్తి 

3) ఉష్ణశక్తి - యాంత్రికశక్తి     4) యాంత్రికశక్తి - ఉష్ణశక్తి

9. ఇనుప తీగ చుట్ట, దండయస్కాంతం సాపేక్ష చలనం వల్ల అయస్కాంత అభివాహంలో మార్పు జరిగి విద్యుత్‌ జనిస్తుందని తెలిపినవారు?

1) మైకేల్‌ ఫారడే    2) హన్స్‌ అయిర్‌స్టడ్‌    3) అలెగ్జాండర్‌ ఫ్లెమింగ్‌    4) ఆంపియర్‌ 

10. AC విద్యుత్‌ పౌనఃపున్యం గుర్తించండి.

1) 100HZ    2) 25HZ     3) 75HZ    4) 50HZ

సమాధానాలు

1-2 ; 2-3 ; 3-1 ; 4-4 ; 5-2 ; 6-1  ; 7-4 ; 8-2 ; 9-1 ;10-4.