Gujarat Board | Class 10Th | Physics | Model Question Paper & Solution | Chapter – 13 Magnetic Effects Electric Current (વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસરો)
Gujarat Board | Class 10Th | Physics | Model Question Paper & Solution | Chapter – 13 Magnetic Effects Electric Current (વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસરો)
પ્રકરણસાર
1. 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 અને નિકલ જેવાં ચુંબકીય દ્રવ્યોના ટુકડાઓને આકર્ષે છે.
2. 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.]
3. 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.
નોંધ : 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.
4. ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની લાક્ષણિકતાઓ (Properties of magnetic field lines):
(1) 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.
(2) 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.
(3) ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ કદાપિ એકબીજીને છેદતી નથી, કારણ કે જો છેદે તો છેદનબિંદુ પાસે હોકાયંત્રની સોય ચુંબકીય ક્ષેત્રની બે દિશાઓ દર્શાવશે, જે શક્ય નથી.
(4) જો ક્ષેત્રરેખાઓ સમાંતર અને એકબીજાથી સમાન અંતરે હોય તો તે સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રને દર્શાવે છે.
અગત્યની નોંધ : ચુંબકીય ક્ષેત્રની સાપેક્ષ પ્રબળતા ક્ષેત્રરેખાઓની ગીચતાની માત્રા વડે દર્શાવાય છે.
5. ઑસ્ટેંડનાં અવલોકનો (Oersted’s observations) : જ્યારે ચુંબકીય સોયને વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તારની નજીક મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે તે કોણાવર્તન પામે છે. જ્યારે પ્રવાહની દિશા ઊલટાવવામાં આવે છે, ત્યારે કોણાવર્તન વિરુદ્ધ દિશામાં થાય છે. આ દર્શાવે છે કે જ્યારે વાહક તારમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે તેની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે.
6. સુરેખ વાહકમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય a (Magnetic field due to a current through 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.
7. જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ (RIght-hand thumb rule) : કલ્પના કરો કે તમે તમારા જમણા હાથમાં વિદ્યુત- પ્રવાહધારિત સુરેખ વાહકને એવી રીતે પડો છો કે જેથી તમારો અંગૂઠો વિદ્યુતપ્રવાહની દિશાનું સૂચન કરે છે, તો તમારા જમણા હાથની આંગળીઓ વાહકની આરાપારા ચુંબકીય ક્ષેત્રની મોત્રરેખાઓની દિશામાં વીંટળાય છે.
8. વર્તુળાકાર લૂપમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય a (Magnetic field due to a current through a crcular 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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. તદ્ઉપરાંત, 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.
12, 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) બળી વિદ્યુતપ્રવાહની દિશામાં હોય, તો માની દિશા વાહક પર લાગતા બળની દિશા અથવા વાહકના સ્થાનાંતરની દિશા દર્શાવે છે.
13. વિદ્યુત મોટર (Electrle motor) : તે વિદ્યુત-ઊર્જાનું ત્રિક ઊર્જામાં રૂપિતરણ કરે છે. આ કિસ્સામાં, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવેલ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત ગૂંચળું બળ અનુભવે છે. પરિણામે ગૂંચળું પરિભ્રમણ કરવા લાળે છે,
14. વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ (Electromagnetle inductlon): જે પ્રક્રિયા દ્વારા કોઇ 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.
15. પ્રેરિત વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (અથવા વિદ્યુતચાલક બળ) (Induced potential difference (or electromotive force)) : ચુંબક અને લૂપની સાપેક્ષ ગતિના કારણે અથવા પની પાસે રહેલ વાહકમાં બદલાતાં વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે, લુપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની સંખ્યાના ફેરફારના દરને લીધે લૂપની અંદર વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત ઉદ્દભવે 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.
16. ફ્લેમિંગનો જમણા હાથનો નિયમ (Fleming’s right-hand rule) : જમણા હાથનો અંગૂઠો, તર્જની અને મધ્યમાન 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.
17. વિદ્યુત જનરેટર (Electric generator) : 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.
18, એકદિશ પ્રવાહ (DC) અને ઊલટસૂલટ પ્રવાહ (AC) (Direct Current (DC) and Alterating 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.
19. ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથો (Domestic electriccircuits) : ભારતમાં ઘરેલુ હેતુઓ માટે વપરાતો AC વૉલ્ટેજ (વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત) 220V હોય છે અને તેની આવૃત્તિ 50 Hz છે. ત્રણ વાયરો જેવાં કે, live વાયર, neutral વાયર અને earthing વાયર મિટરબોર્ડના ઇલેક્ટ્રિક મિટરમાં થઈને ફ્યૂઝ મારફતે આપણા ઘરમાં આવે છે. live વાયર અને neutral વાયર વચ્ચે વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત 220 છે.
ઘર પાસે ખોદવામાં આવેલ ઊંડા ખાડામાં મૂકેલ તાંબાની પ્લેટ સાથે earthing વાય૨ જોડવામાં આવે છે. આ વાયર વિદ્યુત-ઉપકરણોની ધાતુની સપાટી સાથે જોડવામાં આવે છે, જેથી વિદ્યુત-શૉક લાગે નહિ.
ઘરેલુ ઉપયોગ માટે બે પ્રકારના વિદ્યુતપરિપથો ઉપલબ્ધ છે. એક 5 A અને બીજો 15 A રેટિંગવાળો પરિપથ. ઘરનું સમગ્ર વાયર્નિંગ સમાંતર જોડાણમાં હોય છે.
20. ફ્યૂઝ (Fuse) : તમામ ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથોમાં વિદ્યુત ફ્યૂઝ 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 વગે૨ે અટકાવી શકાય છે.
ફ્યૂઝ એ અતિ મહત્ત્વની સલામત રચના છે. ફ્યૂઝ 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.
ફ્યૂઝ હંમેશાં live વાયર સાથે શ્રેણીમાં અને પરિપથના આરંભમાં જોડાયેલ હોય છે.
પ્રશ્નોત્તર
પ્રસ્તાવના
પ્રશ્ન 1. ચુંબક એટલે શું?
ઉત્તર : 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 અને નિકલ જેવાં ચુંબકીય દ્રવ્યોના ટુકડાઓને આકર્ષે છે.
પ્રશ્ન 2. વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસર પર કાર્ય કરતાં સાધનોનાં નામ આપો.
ઉત્તર : વિદ્યુતચુંબક અને વિદ્યુત મોટરનું કાર્ય વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસર પર આધારિત છે,
13.1 ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને ક્ષેત્રરેખાઓ
પ્રશ્ન 3. હોકાયંત્ર પર ટૂંક નોંધ લખો. અથવા હોકાયંત્ર શું છે? તેના વિશે ટૂંકી માહિતી આપી.
ઉત્તર : હોકાયંત્ર એ એવું સાધન છે, જેનો ઉપયોગ કોઈ બિંદુ પાસે ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા શોધવા (અને દર્શાવવા) થાય છે,
→ હોકાયંત્ર એ દર્શકરૂપે એક નાના ચુંબકનું બનેલું હોય છે. આ નાનું ચુંબક એવી રીતે ગોઠવેલ (ટેકવેલ) હોય છે કે જેથી તે સમક્ષિતિજ સમતલમાં મુક્ત રીતે ભ્રમણ કરી શકે,
→ હોકાયંત્રમાંના નાના ચુંબકને ચુંબકીય સૌય (અથવા માત્ર સોય) પણ કહે છે, તે એક નાનું ગજિયા ચુંબક છે,
→ હોકાયંત્રની સૌયના છૈડા લગભગ ભૌગોલિક ઉત્તર અને દક્ષિણ દિશા તરફ રહે છે,
→ ખરેખર તો, તે પૃથ્વીના ચુંબકીય દક્ષિણ તથા ઉત્તર દિશામાં રહે છે, કારણ કે પૃથ્વી એક રાક્ષસી ગજિયા ચુંબક તરીકે વર્તે છે,
(પૃથ્વીના ભૌગોલિક ધ્રુવો અને ચુંબકીય ધ્રુવો પૃથ્વી પરનાં દરેક સ્થળોએ એકબીજા પર ચોક્કસ રીતે સંપાત થતા નથી.)
→ સૌયનો એક છેડો (શીર્ષ) ઉત્તર દિશા દર્શાવે છે તેને ઉત્તર ધ્રુવ અને બીજો છેડો (પુચ્છ) દક્ષિણ દિશા દર્શાવે છે તેને દક્ષિણ ધ્રુવ કહે છે.
પ્રશ્ન 4. બે ચુંબકીના (1) સમાન ધ્રુવી અને (2) અસમાન ધ્રુવી વચ્ચે કયા પ્રકારનું શુંબકીય બળ પ્રવર્તે છે?
ઉત્તર : (1) સમાન ધ્રુવી (N – N અને S–S) વચ્ચે અપાકર્ષણ બળ પ્રવર્તે છે, (2)જ્યારે અસમાન ધ્રુવી (N – S અને S – N) વચ્ચે આકર્ષણ બળ પ્રવર્તે છે.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 5. હોકાયંત્રની સોયને જિયા ચુંબકની નજીક લઈ જતાં તેનું કૌણાવર્તન કેમ થાય છે?
ઉત્તર : હોકાયંત્રની સૌય એક નાનું જિયા ચુંબક છે. તેને એક ઉત્તર ધ્રુવ અને બીજો દક્ષિણ ધ્રુવ હોય છે. જ્યારે હોકાયંત્રને ગજિયા ચુંબક પાસે લાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેની સોયના ધ્રુવી પર વિજયા ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્રને લીધે બળો લાગે છે, પરિણામે સોયનું કૌણાવર્તન થાય છે.
નોંધ : જ્યારે હોકાયંત્રને જિયા ચુંબક પાસે લાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેની સોય પર પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે તથા ગજિયા ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે બળ લાગે છે. તેથી તેનું કોણાવર્તન થાય છે અને અંતે તે પરિણામી બળની દિશામાં સ્થિર થાય છે.
પ્રશ્ન 6. ( 1 ) ચુંબકીય ક્ષેત્રની વ્યાખ્યા લખો. ( 2 ) ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એટલે શું?
ઉત્તર : ( 1 ) ચુંબકીય ક્ષેત્ર : ચુંબની 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.]
( 2 ) ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ : ગજિયા ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પ્રવર્તતા બળના કારણે લોખંડની ભૂકી જે રેખાઓની દિશામાં ગોઠવાય છે, તે રેખાઓને ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ કહે છે.
નોંધ : 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.
પ્રશ્ન 7. ચુંબકીય ક્ષેત્ર એ કયા પ્રકારની રાશિ છે? કોઈ બિંદુ આગળ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા કેવી રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે?
ઉત્તર : ચુંબકીય ક્ષેત્ર એ સદિશ રાશિ છે, તેને દિશા અને મૂલ્ય બંને હોય છે.
→ કોઈ બિંદુ આગળ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા તે બિંદુ પાસે નાના હોકાયંત્રની સોયને મૂકીને નક્કી કરી શકાય છે. હોકાયંત્રની સોયનો ઉત્તર ધ્રુવ ક્ષેત્રની અંદર જે દિશામાં ગતિ કરે (દાખલ થતો હોય), તે દિશાને ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા લેવામાં આવે છે.
પ્રશ્ન 8. ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની લાક્ષણિકતાઓ જણાવો.
ઉત્તર : ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની લાક્ષણિકતાઓ નીચે મુજબ છે :
( 1 ) 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.
( 2 ) 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.
( 3 ) ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ કદાપિ એકબીજીને છેદતી નથી, કારણ કે જો છેદે તો છેદનબિંદુ પાસે હોકાયંત્રની સોય ચુંબકીય ક્ષેત્રની બે દિશાઓ દર્શાવશે, જે શક્ય નથી.
( 4 ) જો ક્ષેત્રરેખાઓ સમાંતર અને એકબીજાથી સમાન અંતરે હોય, તો તે સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રને દર્શાવે છે.
અગત્યની નોંધ : ચુંબકીય ક્ષેત્રની સાપેક્ષ પ્રબળતા(તીવ્રતા)ને ક્ષેત્રરેખાઓની ગીચતાની (નિકટતાની) માત્રા વડે દર્શાવાય છે.
13.2.1 સુરેખ વાહકમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહ વડે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર
પ્રશ્ન 9. (1) સુરેખ વાહકમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રનું મૂલ્ય કયાં પરિબળો પર આધાર રાખે છે તે જણાવો. ( 2 ) સુરેખ વાહકમાં વહેતા પ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓની ભાત દોરો.
ઉત્તર : ( 1 ) સુરેખ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર નીચેનાં પરિબળો પર આધાર રાખે છે :
(i) સુરેખ વાહકમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય
(ii) સુરેખ વાહકથી હોકાયંત્રનું અંતર
(2)
પ્રશ્ન 10. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સુરેખ તારની પાસે હોકાયંત્ર મૂકેલ છે. નીચેના કિસ્સાઓ માટે તમારું અવલોકન જણાવો અને દરેક કિસ્સા માટે તે માટેનું કારણ આપો :
(1) તારમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઉલટાવવામાં આવે છે.
(2) તારમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય વધારવામાં આવે છે.
(3) હોકાયંત્રને સુરેખ તારથી દૂર તરફ લઈ જવામાં આવે છે.
ઉત્તર : (1) હોકાયંત્રની સોયનું કોણાવર્તન બદલાય છે.
કારણ કે વિદ્યુતપ્રવાહને લીધે ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા, વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા પર આધાર રાખે છે. તેથી જો વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા બદલાય તો હોકાયંત્રની સોયનું કોણાવર્તન બદલાય છે.
(2) આપેલ બિંદુ પાસે હોકાયંત્રની સોયનું કોણાવર્તન વધે છે. કારણ કે ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતાનું મૂલ્ય, વિદ્યુતપ્રવાહના મૂલ્યના સમપ્રમાણમાં હોય છે.
(3) આપેલ વિદ્યુતપ્રવાહ માટે હોકાયંત્રની સોયનું કોણાવર્તન ઘટે છે.
કારણ કે ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતાનું મૂલ્ય તારથી અંતરના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
13.2.2 જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ
પ્રશ્ન 11. સુરેખ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકની આસપાસ ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા નક્કી કરવા માટેના નિયમનું નામ જણાવો અને તે નિયમ લખો. જરૂરી આકૃતિ પણ દોરો.
ઉત્તર : નિયમનું નામ : જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ આ નિયમને *મૅક્સવેલનો કૉર્ક સ્ક્રૂનો નિયમ પણ કહે છે.
નિયમઃ કલ્પના કરો કે તમે તમારા જમણા હાથમાં વિદ્યુત- પ્રવાહધારિત 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.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 12. ગજિયા ચુંબકની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ દોરો.
ઉત્તર :
[આકૃતિ 13.10 : ગજિયા ચુંબકની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ]
પ્રશ્ન 13. ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની લાક્ષણિકતાની સૂચિ બનાવો.
ઉત્તર : જુઓ પ્રશ્ન 8નો ઉત્તર.
પ્રશ્ન 14. બે ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજીને કેમ છેદતી નથી?
ઉત્તર : આપેલ બિંદુએ ચુંબકીય ક્ષેત્ર Bની દિશા તે બિંદુએ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાને સ્પર્શક દોરીને મેળવી શકાય છે.
→ જો બે ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજીને છેદે તો તેનો અર્થ એ થાય કે છેદનબિંદુ પાસે ચુંબકીય ક્ષેત્રની બે દિશાઓ હોય, જે શક્ય કે નથી. કારણ કે ચુંબકીય ક્ષેત્ર એ અવકાશમાં આપેલ બિંદુએ સદિશ રાશિ છે. તેથી તેને માત્ર એક જ દિશા હોઈ શકે, (અથવા આપેલ બિંદુએ ધ્રુવ (ઉત્તર / દક્ષિણ) પર લાગતું પરિણામી બળ માત્ર એક જ દિશામાં હોઈ શકે.)
13.2.3 વર્તુળાકાર લૂપ(પાશ અર્થાત્ એક પ્રકારનો બંધગાળો) -માંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહ વડે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર
પ્રશ્ન 15. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર લૂપના કારણે ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ચર્ચા કરો.
અથવા
વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર લૂપને લીધે ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની લાક્ષણિકતાઓ જણાવો. તેની ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ દોરો.
ઉત્તર : જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર લૂપમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે.
→ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર લૂપને લીધે ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓ દ્વારા રચાતી ભાત (ચિત્ર) આકૃતિ 13.11માં દર્શાવવામાં આવી છે.
[આકૃતિ 13.11 : વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર લૂપ વડે ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓ]
→ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર લૂપ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓ વર્તુળાકાર અને લૂપ પાસે સંકેન્દ્રિત હોય છે. → વિદ્યુતપ્રવાહધારિત લૂપની આસપાસ દરેક બિંદુએ ઉત્પન્ન થતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રને દર્શાવતાં કેન્દ્રિત વર્તુળોની સાઇઝ તારથી દૂર જતાં સતત મોટી ને મોટી થતી જાય છે.
(અહીં ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર લૂપમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહના સમપ્રમાણમાં હોય છે તથા આપણે જેમ લૂપથી દૂર જઈએ તેમ તે ઘટતું જાય છે.)
→ જ્યારે આપણે વર્તુળાકાર લૂપના કેન્દ્ર પાસે પહોંચીએ છીએ ત્યારે આ મોટાં વર્તુળોના ચાપ લગભગ સુરેખ રેખા જેવા દેખાય છે.
→ અહીં, વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તારના દરેક બિંદુએથી ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર (ક્ષેત્રરેખાઓ) લૂપના કેન્દ્ર પાસે સીધી રેખાઓ જેવું દેખાય છે.
જમણા હાથના અંગૂઠાના નિયમનો ઉપયોગ કરીને આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે, તારનો દરેક ભાગ લૂપના અંદરના વિસ્તારમાં એક જ દિશામાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર/ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ ઉત્પન્ન કરવામાં ફાળો આપે છે.
→ જેથી વર્તુળાકાર લૂપના કેન્દ્ર પર બધી જ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એક જ દિશામાં હોય છે તથા એક્બીજાને સહાય કરે છે, પરિણામે ત્યાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં વધારો થાય છે.
→ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર ગૂંચળાના (અથવા લૂપના) કિસ્સામાં તમામ આંટાઓની ત્રિજ્યા લગભગ સમાન છે તેમ માનીએ તો અને ગૂંચળામાં આંટાઓની સંખ્યા N હોય, તો ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર કરતાં N ગણું હોય છે.
કારણ કે, દરેક વર્તુળાકાર આંટામાં વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા સમાન (એક જ) હોય છે અને દરેક આંટા વડે ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો માત્ર સરવાળો થાય છે.
→ આમ, ગૂંચળાના કેન્દ્ર પાસે ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રનું મૂલ્ય
(1) તેમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહ Iના સમપ્રમાણમાં હોય છે એટલે કે, B ∝ I.
(2) ગૂંચળાની ત્રિજ્યા ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે એટલે કે, B ∝ 1/r
(3) ગૂંચળાના કુલ આંટાઓની સંખ્યા Nના સમપ્રમાણમાં હોય છે એટલે કે, B ∝ N.
પ્રશ્ન 16. વર્તુળાકાર ગૂંચળામાં વહેતાં વિદ્યુતપ્રવાહને કારણે ગૂંચળાના કેન્દ્ર પાસે ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા કેવી રીતે વધારી શકાય તે જણાવો.
ઉત્તર : વર્તુળાકાર ગૂંચળામાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહના કારણે ગૂંચળાના કેન્દ્ર પાસે ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા નીચે મુજબ વધારી શકાય છે :
(1) ગૂંચળામાં આંટાઓની સંખ્યા N માં વધારો કરીને (B ∝ N).
(2) ગૂંચળામાંથી વહેતો વિદ્યુતપ્રવાહ I વધારીને (B ∝ I).
(3) ગૂંચળાની ત્રિજ્યા ૪ માં ઘટાડો કરીને (B ∝ 1/r).
[નોંધ : અહીં એવી ધારણા કરવામાં આવી છે કે ગૂંચળાના બધા આંટા વ્યવહારિક રીતે એક જ સમતલમાં છે અને દરેકની ત્રિજ્યા લગભગ સમાન છે.]
13.2.4 સોલેનૉઇડમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહના કારણે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર
પ્રશ્ન 17. સોલેનૉઇડ એટલે શું? વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડને લીધે ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની ચર્ચા કરો.
અથવા
વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના કારણે ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની લાક્ષણિકતાઓ જણાવો. ચુંબકીય ક્ષેત્રની આકૃતિ દોરો.
ઉત્તર : અલગ કરેલા તાંબાના તારના અત્યંત નજીક વીંટાળેલા ઘણા વર્તુળાકાર આંટા વડે બનતા નળાકાર જેવા આકારને સોલેનૉઇડ કહે છે.
અથવા
પાસપાસે વીંટેલા અલગ કરેલા તાંબાના (વાહક) તારના હેલીકલ ગૂંચળાને સોલેનૉઇડ કહે છે.
→ જ્યારે સોલેનૉઇડમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે ત્યારે તેની અંદર અને તેની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે.
→ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના કારણે તેની અંદર અને તેની આસપાસ રચાતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની ભાત (ચિત્ર) આકૃતિ 13.14માં દર્શાવી છે.
[આકૃતિ 13.15: : વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડને લીધે તેની અંદર અને તેની આસપાસ રચાતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ ]
→ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના કારણે ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર ગજિયા ચુંબકના કારણે ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર જેવું જ છે.
→ સોલેનૉઇડનો એક છેડો ગજિયા ચુંબકની માફક ચુંબકીય ઉત્તર ધ્રુવ N અને બીજો છેડો ચુંબકીય દક્ષિણ ધ્રુવ S તરીકે વર્તે છે.
→ સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ પરસ્પર સમાંતર સુરેખાઓ છે.
જે દર્શાવે છે કે સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં દરેક બિંદુએ ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન હોય છે. એટલે કે સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન હોય છે.
→ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર Bનું મૂલ્ય :
(1) તેમાંથી પસાર થતા વિદ્યુતપ્રવાહ I ના સમપ્રમાણમાં હોય છે, એટલે કે B ∝ I
(2) સોલેનૉઇડના એકમ લંબાઈદીઠ આંટાઓની સંખ્યા n ના સમપ્રમાણમાં હોય છે. એટલે કે B ∝ n અથવા B ∝ N/l ;
જ્યાં, N = સોલેનૉઇડના કુલ આંટાઓની સંખ્યા અને l = સોલેનૉઇડની લંબાઈ
(3) સોલેનૉઇડની બનાવટ વખતે વપરાતા અંતઃસ્થ ભાગની- દ્રવ્યની (ગર્ભની) જાત પર આધાર રાખે છે.
(નરમ લોખંડના સળિયાનો સોલેનૉઇડના અંતઃસ્થ ભાગની (ગર્ભની) રચનામાં ઉપયોગ કરવાથી ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં વધારો થાય છે.)
[નોંધઃ : માત્ર આદર્શ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડ માટે (એટલે કે અનંત લંબાઈના સોલેનૉઇડ માટે) તેના અંદરના વિસ્તારમાં દરેક બિંદુએ ચુંબકીય ક્ષેત્રનું મૂલ્ય અને દિશા એક્સમાન હોય છે.]
પ્રશ્ન 18. ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ એટલે શું? તે ક્યા સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે તે જણાવો. યોગ્ય પરિપથ – આકૃતિની મદદથી સમજાવો કે નરમ લોખંડના સળિયામાંથી કેવી રીતે ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ બનાવી શકાય છે. ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટના ઉપયોગો જણાવો.
ઉત્તર : ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ (વિદ્યુતચુંબક) : નરમ લોખંડના સળિયાના ગર્ભ પર વીંટાળેલા, અલગ કરેલા તાંબાના તારના લાંબા ગૂંચળા વડે બનતા ચુંબકને ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ કહે છે.
અથવા
ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ એ હંગામી પ્રબળ ચુંબક છે અને તે માત્ર એક સોલેનૉઇડ છે, જેને નરમ લોખંડના ગર્ભ ૫૨ ગૂંચળું વીંટાળીને તૈયા૨ કરવામાં આવે છે.
→ ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટનું કાર્ય એ વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસર પર આધારિત છે.
[આકૃતિ 13.17 : ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ –વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડની મદદથી તેના અંદરના વિસ્તારમાં મૂકેલા નરમ લોખંડના સળિયાને મૅગ્નેટાઇઝ (ચુંબકીય) બનાવવામાં આવે છે. ]
→ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં ઉત્પન્ન થતા પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે ગૂંચળા / સોલેનૉઇડની અંદર મૂકેલા નરમ લોખંડના ટુકડા જેવા ચુંબકીય દ્રવ્યને મૅગ્નેટાઇઝ (ચુંબકીય) કરી શકાય છે (આકૃતિ 13.17). આ રીતે બનતા ચુંબકને ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ કહે છે.
→ સોલેનૉઇડમાંથી જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે જ ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ ચુંબકીય ગુણધર્મો પ્રાપ્ત કરે છે.
→ જ્યારે ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટમાંથી વહેતો વિદ્યુતપ્રવાહ બંધ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે પોતાનો ચુંબકીય ગુણધર્મ લગભગ ગુમાવી દે છે કારણ કે નરમ લોખંડની રિટેન્ટિવિટી (ચુંબકત્વ જાળવી રાખવાની ક્ષમતા) બહુ જ ઓછી હોય છે.
→ ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટની ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા નીચેની બાબતો પર આધાર રાખે છે :
(i) સોલેનૉઇડના એકમ લંબાઈદીઠ આંટાઓની સંખ્યા n પર
(ii) સોલેનૉઇડમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહ I ૫૨
ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટના ઉપયોગો :
(1) ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટનો ઉપયોગ વિદ્યુત ઘંટડી, વિદ્યુત પંખા, ટેલિગ્રાફ, વિદ્યુત ટ્રેન, વિદ્યુત મોટર, જનરેટર જેવા વિદ્યુત ઉપકરણોમાં કરવામાં આવે છે.
(2) લોખંડનો પાટડો (ગર્ડર) જેવી ભારે વસ્તુઓ ઊંચકવા માટે અને તેમની હેરફેર કરવા માટે તેમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
(3) શરીર પર પડેલા ઘામાંથી લોખંડના નાના ટુકડાઓને દૂર કરવા માટે મેડિકલક્ષેત્રે તેમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 19. ટેબલના સમતલમાં રહેલ તારનું વર્તુળાકાર લૂપ ધ્યાનમાં લો. ધારો કે આ લૂપમાંથી સમઘડી દિશામાં પ્રવાહ પસાર થાય છે. જમણા હાથના અંગૂઠાના નિયમનો ઉપયોગ કરી લૂપની અંદર -તેમજ બહાર ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા શોધો.
ઉત્તર : જમણા હાથના અંગૂઠાના નિયમનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર લૂપના અંદરના અને બહારના વિસ્તારમાં ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા શોધી શકાય છે, જે આકૃતિ 13.18માં દર્શાવેલ છેઃ
→ તૂટક રેખાઓ દ્વારા દર્શાવેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ પાનાના પૃષ્ઠને / સમતલને લંબરૂપે હોય છે.
→ લૂપનો આગળનો ભાગ (લક) દક્ષિણ ધ્રુવની જેમ વર્તે છે. અને લૂપનો પાછળનો ભાગ (ફલક) એટલે કે ટેબલના સમતલના સંપર્કમાં રહેલ ભાગ (ફલક) ઉત્તર ધ્રુવની જેમ વર્તે છે.
પ્રશ્ન 20. આપેલ વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન છે. આ દર્શાવતી આકૃતિ દોરો.
ઉત્તર : સુરેખ, સમાંતર અને સમાન અંતરે આવેલી ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓ દ્વારા સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રની ૨જૂઆત કરવામાં આવે છે.
પ્રશ્ન 21. સાચો વિકલ્પ પસંદ કરો :
અતિ લાંબા સુરેખ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર,
(a) શૂન્ય હોય છે.
(b) આપણે જેમ છેડા તરફ જઈએ તેમ ઘટતું જાય છે.
(c) આપણે જેમ છેડા તરફ જઈએ તેમ વધતું જાય છે.
(d) બધાં બિંદુઓએ સમાન હોય છે.
ઉત્તર : (d) બધાં બિંદુઓએ સમાન હોય છે.
Hint : અતિ લાંબા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન હોય છે. જે સમાન અંતરે આવેલી સુરેખ અને સમાંતર રેખાઓ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. આમ, વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડની અંદર દરેક બિંદુએ ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન હોય છે.
13.3 ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વિધુતપ્રવાહધારિત વાહક ૫૨ લાગતું બળ
પ્રશ્ન 22. બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક પર લાગતા બળ પર ટૂંક નોંધ લખો.
ઉત્તર : ઑસ્ટેડે શોધી કાઢ્યું કે, વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક તેની નજીક મૂકેલ હોકાયંત્રની સોય (એટલે કે નાના ગજિયા ચુંબક) પર બળ લગાડે છે.
એન્ડ્રુ ઍમ્પિયરે સૂચવ્યું કે, તેનાથી ઊલટું પણ સાચું હોવું જોઈએ. એટલે કે ચુંબક પણ સમાન મૂલ્યનું અને વિરુદ્ધ દિશામાંનું આટલું જ બળ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક પર લગાડે છે અને પ્રયોગો પરથી આ સાબિત પણ થયું છે.
→ આમ, જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહધારિત (સુરેખ) વાહકને બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે છે ત્યારે તેના પર બળ લાગે છે, સિવાય કે તેને ચુંબકીય ક્ષેત્રને સમાંતર મૂકવામાં આવે.
→ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક પર લાગતું બળ એ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકના કારણે ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને જે બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વાહકને મૂકવામાં આવ્યો છે, તેમની વચ્ચેની આંતરક્રિયાના કારણે ઉત્પન્ન થાય છે.
પ્રશ્ન 23. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક પર લાગતું બળ કયાં પરિબળો પર આધાર રાખે છે? તેના પર લાગતા બળનું મૂલ્ય મહત્તમ ક્યારે હોય છે, તે પણ જણાવો.
ઉત્તર : આપેલ વાહક પર લાગતું બળ (અને તેથી તેના સ્થાનાંતરની દિશા પણ) નીચેની બાબતો પર આધાર રાખે છે :
( 1 ) વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા અને
( 2 ) ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા
→ પ્રયોગો દર્શાવે છે કે, જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા પરસ્પર લંબ હોય છે ત્યારે સળિયા પર લાગતા બળનું (અને સળિયાના સ્થાનાંતરનું) મૂલ્ય મહત્તમ હોય છે.
પ્રશ્ન 24. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સળિયા પર કઈ સ્થિતિમાં મહત્તમ ચુંબકીય બળ લાગે અને કઈ સ્થિતિમાં ચુંબકીય બળ નહીં લાગે?
(અહીં ધારણા કરો કે, આપેલ સળિયામાંથી વહેતા પ્રવાહનું મૂલ્ય અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતાના મૂલ્યમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી.)
ઉત્તર : ( 1 ) જ્યા૨ે વાહક સળિયામાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા પરસ્પર લંબ હોય ત્યારે સળિયા પર મહત્તમ ચુંબકીય બળ લાગે છે.
( 2 ) જ્યારે સળિયામાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા એકસમાન હોય અથવા વિરુદ્ધ હોય ત્યારે વાહક સળિયા પર ચુંબકીય બળ લાગતું નથી.
પ્રશ્ન 25. એક સુરેખ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં એવી રીતે મૂકવામાં આવેલ છે કે, જેથી તેની લંબાઈ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાને લંબ હોય. આ વાહક પર લાગતાં બળની દિશા શોધવા માટેના નિયમનું નામ તથા નિયમ જણાવો. જરૂરી આકૃતિ પણ દોરો.
ઉત્તર : આપેલ પરિસ્થિતિમાં વાહક પર લાગતા બળની દિશા શોધવા માટે ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના નિયમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
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 ગતિની (સ્થાનાંતરની) દિશા દર્શાવે છે.
નોંધ : પ્રયોગો પરથી સાબિત થયું છે કે, જો સળિયામાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા પરસ્પર લંબ હોય, તો સળિયા પર લાગતા બળની દિશા બંનેને લંબરૂપે હોય છે.
પ્રશ્ન 26. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ થતા હોય તેવાં સાધનોનાં નામ જણાવો.
ઉત્તર : વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ વિદ્યુત મોટર, વિદ્યુત જનરેટર, લાઉડ સ્પીકર, માઇક્રોફોન અને માપન કરતાં સાધનોમાં કરવામાં આવે છે.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 27. જ્યારે એક પ્રોટોન ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મુક્ત રીતે ગતિ કરે છે ત્યારે નીચેના પૈકી તેનો કયો ગુણધર્મ બદલાશે? (એક કરતાં વધુ સાચા જવાબ હોઈ શકે છે.)
(a) દળ (b) ઝડપ (c) વેગ (d) વેગમાન
ઉત્તર : (C) વેગ અને (d) વેગમાન
Hint : પ્રોટોન એક વિદ્યુતભારિત કણ છે. જ્યારે વિદ્યુતભારિત કણ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશામાં અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની વિરુદ્ધ દિશા સિવાયની દિશામાં ગતિ કરતો હોય ત્યારે તેના પર ચુંબકીય બળ લાગે છે. પરિણામે તેના વેગ અને વેગમાન (દળ × વેગ) બંનેમાં ફેરફાર થાય છે.
નોંધ : ચુંબકીય બળ હંમેશાં વિદ્યુતભારિત ક્લના (અહીં પ્રોટોનના) વેગને લંબરૂપે હોય છે. તેથી વિદ્યુતભારિત કણના વેગની માત્ર દિશા બદલાય છે. એટલે કે વિદ્યુતભારિત કણના વેગના મૂલ્યમાં (ઝડપમિ) કોઈ ફેરફાર થતો નથી. ઉપરાંત (વિદ્યુતભારિત કણના) દળમાં પણ કોઈ ફેરફાર થતો નથી.
પ્રશ્ન 28. પ્રવૃત્તિ 13.7માં નીચેના કિસ્સામાં સળિયા ABના સ્થાનાંતર પર કઈ અસર થશે?
(i) સળિયા ABમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ વધે.
(ii) વધુ પ્રબળ નાળ ચુંબકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે,
(iii) સળિયા ABની લંબાઈ વધારવામાં આવે.
ઉત્તર : પ્રયોગોએ દર્શાવ્યું છે કે જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં એવી રીતે મૂકવામાં આવે છે કે જેથી તેની લંબાઈ ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબરૂપે હોય, તો વાહક પર લાગતું બળ અને પરિણામે તેનું સ્થાનાંતર (વાહક પ્રારંભમાં સ્થિર અવસ્થામાં છે) નીચેની ભૌતિક રાશિઓના સમપ્રમાણમાં હોય છે :
( a ) વાહકમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહના
(b) ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતાને
(c) વાહકની લંબાઈને
(i) જ્યારે સળિયા ABમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ વધે છે ત્યારે સળિયા પર વધુ બળ લાગે છે અને જેના કારણે સળિયાનું સ્તાનાંતર પણ વધે છે. (સમપ્રમાણમાં)
(ii) જો વધુ પ્રબળ નાળ ચુંબકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તો ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં વધારો થાય અને પરિણામે સળિયા પર વધુ બળ લાગે. સળિયા પર લાગતા વધુ બળના કારણે સળિયાનું સ્થાનાંતર પણ વધુ મળે. (સમપ્રમાણમાં)
(iii) જો સળિયા ABની લંબાઈ વધા૨વામાં આવે, તો સળિયા પર લાગતું બળ પણ વધે છે અને પરિણામે સળિયાનું સ્થાનાંતર પણ વધે છે. (સમપ્રમાણમાં)
પ્રશ્ન 29. પશ્ચિમ દિશામાં પ્રક્ષિપ્ત કરેલ ધન વિદ્યુતભારિત કણ(a-કણ)નું ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા ઉત્તર દિશામાં વિચલન થાય છે, તો ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા …
(a) દક્ષિણ તરફ છે.
(b) પૂર્વ તરફ છે.
(c) અધોદિશામાં છે.
(d) ઊદિશામાં છે.
ઉત્તર : (d) ઊર્ધ્વદિશામાં છે.
Hint:
→ અહીં, ધન વિદ્યુતભારિત કણ (-કણ) પ્રારંભમાં પશ્ચિમ દિશામાં ગતિ કરી રહ્યો છે, જેનાથી રચાતા પ્રવાહ(ઇલેક્ટ્રૉન-પ્રવાહની વિરુદ્ધ દિશામાં રચાતા પ્રવાહ)ની દિશા પશ્ચિમ દિશામાં છે.
→ -કણનું વિચલન ઉત્તર દિશામાં મળે છે, જે દર્શાવે છે કે તેના પર લાગતું ચુંબકીય બળ ઉત્તર(દિશા)માં છે.
→ તેથી અહીં (a) વિદ્યુતપ્રવાહ 1 પશ્ચિમ દિશામાં છે અને (b) બળ F ઉત્તર દિશામાં છે.
→ હવે તમારા ડાબા હાથની તર્જની (પ્રથમ આંગળી), મધ્યમા (વચ્ચેની આંગળી) અને અંગૂઠાને એવી રીતે પ્રસારો કે ત્રણેય એકબીજાને લંબરૂપે ગોઠવાય.
→ ડાબા હાથને એવી રીતે ગોઠવો કે જેથી મધ્યમા (વચ્ચેની આંગળી) પશ્ચિમ દિશામાં રહે (વિદ્યુતપ્રવાહની દિશામાં) અને અંગૂઠો ઉત્તર દિશામાં રહે (બળની દિશામાં).
આ કિસ્સામાં તમારી પ્રથમ આંગળી (તર્જની) ઊર્ધ્વદિશામાં ગોઠવાય છે (જે આકૃતિમાં Θ સંજ્ઞા વડે દર્શાવેલ છે). પ્રથમ આંગળીની દિશા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા દર્શાવતી હોવાથી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઊધ્વદિશામાં હશે. [જુઓ આકૃતિ 13.23 (a) અથવા 13.23 (b)].
13.4 વિદ્યુત મોટર
પ્રશ્ન 30. વિદ્યુત મોટર એટલે શું? વિદ્યુત મોટરના અમુક ઉપયોગો જણાવો.
ઉત્તર : વિદ્યુત મોટર એ ભ્રમણ કરતી એક એવી રચના છે કે જે વિદ્યુત-ઊર્જાનું યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે.
→ વિદ્યુત મોટરનો ઉપયોગ વિદ્યુત પંખા, રેફ્રિજરેટર્સ, મિક્સર, વૉશિંગ મશીન, કમ્પ્યૂટર, MP3 પ્લેયર વગેરેમાં થાય છે.
પ્રશ્ન 31. વિદ્યુત મોટરનો સિદ્ધાંત શો છે?
ઉત્તર : જ્યા૨ે વિદ્યુતપ્રવાહધારિત લંબચોરસ ગૂંચળાને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ હોય તેવી તેની બે સમાંતર ભુજાઓ ૫૨, ભુજાઓને લંબરૂપે સમાન મૂલ્યના અને વિરુદ્ધ દિશાનાં બળો લાગે છે, જેના પરિણામસ્વરૂપે ગૂંચળું સતત ભ્રમણ કરે છે.
પ્રશ્ન 32. યોગ્ય આકૃતિની મદદથી વિદ્યુત મોટર(DC મોટર)ની અને કાર્યપદ્ધતિ રચના સમજાવો.
ઉત્તર : વિદ્યુત મોટર આકૃતિ 13,24(a)માં દર્શાવી છે.
[નોંધ : આકૃતિ 13.24 (b) – વિદ્યુત મોટરનો Topoleo’ એ માત્ર જાણકારી માટે છે.]
રચના : (1) વિદ્યુત મોટરમાં અવાહક આવરણ ધરાવતા તાંબાના તારનું લંબચોરસ ગૂંચળું ABCD આવેલું હોય છે.
(2) આ ગૂંચળાને કાયમી ચુંબકના બે ધ્રુવો વચ્ચે એવી રીતે મૂકવામાં આવે છે કે, જેથી તેની AB અને CD ભુજાઓ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાને લંબરૂપે રહે.
(3) ગૂંચળાના બે છેડાઓને એક રિંગના બે અડધિયા (સ્પ્લિટ રિંગ) P અને Q સાથે જોડવામાં આવે છે.
(4) આ અડધિયાઓની અંદરની બાજુઓ અવાહક હોય છે અને તેમને ઍક્સલ (ધરી) સાથે એવી રીતે જોડવામાં આવે છે કે, જેથી તેઓ સંયુક્ત રીતે સરળતાથી ભ્રમણ કરી શકે.
(5) P અને ઊની બહારની વાહક બાજુઓ બે સ્થાયી અને વાહક બ્રશ (કાર્બનની પટ્ટીઓ) X અને Y સાથે અડીને (સંપર્કમાં) હોય છે.
(6) આકૃતિ 13.24માં દર્શાવ્યા અનુસાર આ બ્રશોને પ્લગ કળ અને બૅટરી સાથે જોડવામાં આવે છે.
કાર્યપદ્ધતિ : (1) ઉદ્ગમ – બૅટરીમાંથી આવતો વિદ્યુતપ્રવાહ ગૂંચળા ABCDમાં બ્રશ X મારફતે દાખલ થાય છે અને બ્રશ Y મારફતે પુનઃ બૅટરી સુધી પાછો પહોંચે છે.
(2) ગૂંચળાની ભુજા ABમાંથી વહેતો પ્રવાહ Aથી B તરફ છે. જ્યારે ભુજા CDમાંથી પ્રવાહ Cથી D તરફ વહે છે, એટલે કે તે ભુજા ABમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની વિરુદ્ધ દિશામાં વહે છે. AB અને CD બંનેમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહો ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાને લંબરૂપે હોય છે.
(3) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક પર લાગતા બળની દિશા શોધવા માટેના ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના નિયમનો ઉપયોગ કરીને આપણે જાણી શકીએ છીએ કે ભુજા AB પર લાગતું બળ તેને અધોદિશામાં ધકેલે છે. જ્યારે ભુજા CD પર લાગતું બળ તેને ઊર્ધ્વદિશામાં ધકેલે છે. અહીં બંને બળો સમાન મૂલ્યના અને ભુજાઓ AB અને CDની લંબાઈને લંબરૂપે લાગે છે.
(4) આમ, ગૂંચળું અને ઍક્સલ જે અક્ષની ફરતે મુક્ત ઘૂમી શકે છે, તે વિષમઘડી દિશામાં ભ્રમણ કરે છે.
(5) અર્ધપરિભ્રમણ બાદ છુ બ્રશ X સાથે અને P બ્રશ Y સાથે સંપર્કમાં આવે છે. આથી ગૂંચળામાંથી વહેતા પ્રવાહની દિશા ઊલટાય છે અને પ્રવાહ DCBA માર્ગે વહે છે.
(6) પરિપથમાંથી વહેતા પ્રવાહની દિશા ઊલટાવે તેવા સાધનને કમ્યુટેટર (commutator) કહે છે.
વિદ્યુત મોટરમાં અલગ રિંગો – Split rings કમ્યુટેટર તરીકે કામ કરે છે.
(7) હવે, ગૂંચળામાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઊલટાઈ જતાં ભુજાઓ AB અને CD પર લાગતાં બળોની દિશા પણ ઊલટાઈ જાય છે. આમ, ભુજા AB પર અગાઉ અધોદિશામાં લાગતું બળ, હવે ઊર્ધ્વદિશામાં લાગે છે અને ભુજા CD પર અગાઉ ઊર્ધ્વદિશામાં લાગતું બળ હવે અધોદિશામાં લાગે છે અર્થાત્ ભુજા AB હવે ઊર્ધ્વદિશામાં અને ભુજા CD અધોદિશામાં ધકેલાય છે.
(8) તેથી ગૂંચળું અને ઍક્સલ બીજું અર્ધપરિભ્રમણ એ જ દિશામાં પૂરું કરે છે.
(9) વિદ્યુતપ્રવાહ ઉલટાવવાની આ ક્રિયા દર અર્ધપરિભ્રમણને અંતે પુનરાવર્તિત થાય છે, જેના કારણે ગૂંચળું અને ઍક્સલ બંને સતત ભ્રમણ ચાલુ રાખે છે.
અગત્યની નોંધ : જ્યારે ભુજાઓ BC અને DAમાંથી વહેતા પ્રવાહ ચુંબકીય ક્ષેત્રને સમાંત૨ કે પ્રતિસમાંતર હોય ત્યારે તેમની ઉપર ચુંબકીય બળ લાગતું નથી.
પ્રશ્ન 33. ઔદ્યોગિક વિદ્યુત મોટરની વિશેષ લાક્ષણિકતાઓ કઈ છે ?
ઉત્તર : (1) ઔઘોગિક મોટરમાં કાયમી ચુંબકના સ્થાને ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
(2) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત ગૂંચળામાં વાહક તારના આંટાઓની સંખ્યા વધુ હોય છે.
(3) તેમાં નરમ લોખંડના ગર્ભ ૫૨ ગૂંચળાને વિંટાયેલું હોય છે.
નરમ લોખંડનો ગર્ભ કે જેના પર ગૂંચળું વિંટાળેલું હોય તે અને ગૂંચળાને સંયુક્ત રીતે આર્મેચર (armature) કહે છે, જેના દ્વારા મોટરના પાવરમાં વધારો થાય છે.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 34. ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના નિયમનું વિધાન લખો.
ઉત્તર : જુઓ પ્રશ્ન 25નો ઉત્તર.
પ્રશ્ન 35. વિદ્યુત મોટરનો સિદ્ધાંત શું છે?
ઉત્તર : જુઓ પ્રશ્ન 31નો ઉત્તર.
પ્રશ્ન 36. વિદ્યુત મોટરમાં સ્પ્લિટ રિંગની ભૂમિકા શું છે?
ઉત્તર : વિદ્યુત મોટરમાં સ્લિટ રિંગ કમ્યુટેટરની જેમ વર્તે છે અને તે ગૂંચળાના અર્ધપરિભ્રમણ બાદ ગૂંચળામાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશાને ઉલટાવવાનું કાર્ય કરે છે.
વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઉલટાવવાના કારણે ગૂંચળાના ભ્રમણ માટે જવાબદાર બળયુગ્મ(એટલે કે ટૉર્ક)ની દિશામાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી અને ગૂંચળું તે જ દિશામાં ભ્રમણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે.
13.5 વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ
પ્રશ્ન 37. આકૃતિ 13.28 માં દર્શાવ્યા મુજબ એક અવાહક નળાકાર પર તાંબાના અલગ કરેલા બે ગૂંચળાઓને વીંટાળવામાં આવ્યા છે. ગૂંચળા 1માં આંટાઓની સંખ્યા વધારે છે.
(1) જ્યારે (a) પ્લગ કળ K ને બંધ કરવામાં આવે ત્યારે અને (b) પ્લગ કળ K ને ખુલ્લી કરવામાં આવે ત્યારે તમારાં અવલોકનો જણાવો.
(2) તમારાં અવલોકનો માટે કારણ આપો.
(3) આ અવલોકનો માટે જવાબદાર ઘટનાનું નામ આપો અને તેની વ્યાખ્યા લખો.
(4) આ પ્રયોગમાં વપરાતાં બે ગૂંચળાઓનાં નામ આપો.
અથવા
આ બંને ગૂચળાઓ શું કહેવાય છે?
ઉત્તર : (1) (a) ગૅલ્વેનોમિટર દ્વારા ક્ષણિક આવર્તન દર્શાવાય છે.
(b) ગૅલ્વેનોમિટર દ્વારા ક્ષણિક આવર્તન દર્શાવાય છે પણ તે પહેલાંના કિસ્સા કરતાં વિરુદ્ધ દિશામાં હશે.
(2) જ્યારે કળ ચાલુ કે બંધ હોય છે ત્યારે ગૂચળા 1માં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહમાં ફેરફાર થાય છે. તેથી ગૂંચળા 2 સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફેરફાર થાય છે અને પરિણામે તેમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં સમય સાથે વધારો કે ઘટાડો થાય છે કે કેમ? તેના પર પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા આધાર રાખે છે.
(3) વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ.
વ્યાખ્યા : જે પ્રક્રિયા દ્વારા કોઈ વાહકના બદલાતા જતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે અન્ય વાહકમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે. તેને વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ કહે છે.
(4) ગૂંચળું 1 : પ્રાથમિક ગૂંચળું
ગૂંચળું 2 : ગૌણ ગૂંચળું
પ્રશ્ન 38. પ્રેરિત વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (અથવા વિદ્યુતચાલક બળ) અને પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ સમજાવો. પ્રેરિત વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (અથવા વિદ્યુતચાલક બળ) કયાં પરિબળો પર આધાર રાખે છે?
ઉત્તર : 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.
આ વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવતને લીધે લૂપમાં વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે, જેને પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ કહે છે.
લૂપમાં પ્રેરિત થતું આ વિદ્યુતચાલક બળ, લૂપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની સંખ્યાના ફેરફારના દરના અને લૂપના આંટાઓની સંખ્યાના સમપ્રમાણમાં હોય છે.
અગત્યની નોંધ :
( 1 ) પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ (1) પ્રેરિત વિદ્યુતચાલક બળના સમપ્રમાણમાં હોય છે અને (2) વિદ્યુતપરિપથના અવરોધના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
(2) જો વિદ્યુતપરિપથ ખુલ્લો હોય તો તેમાં પ્રેરિત વિદ્યુતચાલક બળ પ્રેરિત થઈ શકે છે. પણ તેમાં વિદ્યુતપ્રવાહ વહેતો નથી.
પ્રશ્ન 39. લૂપમાં મોટા પ્રમાણમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ કેવી રીતે મેળવી શકાય છે?
ઉત્તર : લૂપમાં મોટા પ્રમાણમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ નીચેની ત્રણ રીતે મેળવી શકાય છે :
( 1 ) લૂપની નજીક યોગ્ય રીતે ગોઠવેલાં ચુંબકને ઝડપથી લૂપ તરફ કે લૂપથી દૂર લઈ જતાં લૂપ સાથે સંકળાયેલ ક્ષેત્રરેખાઓની સંખ્યામાં થતા ફેરફારનો દર વધે છે, પરિણામે લૂપમાં મોટા પ્રમાણમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ મળે છે.
( 2 ) લૂપના આંટાઓની સંખ્યામાં વધારો કરીને મોટા પ્રમાણમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ મેળવી શકાય છે.
( 3 ) વાહકને (લૂપને) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં, ક્ષેત્રની લંબદિશામાં ઝડપથી ગતિ કરાવીને તેમાં મોટા પ્રમાણમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ મેળવી શકાય છે.
પ્રશ્ન 40. વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ એટલે શું?
ઉત્તર : 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 જતા ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતપ્રવાહને પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ કહે છે અને આ ઘટનાને વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ કહે છે.
પ્રશ્ન 41. ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત કરવાની રીત લખો.
અથવા
ગૂંચળામાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવાની પદ્ધતિ જણાવો.
ઉત્તર : ચુંબક(અથવા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક)ના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ગૂંચળાને યોગ્ય રીતે ગતિ કરાવવાથી અથવા ચુંબકને સ્થિર ગૂંચળા તરફ અથવા તેનાથી દૂર તરફ ખસેડવાથી ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત કરી શકાય છે.
પ્રશ્ન 42. ગૂંચળામાં પ્રેરિત થતો વિદ્યુતપ્રવાહ મહત્તમ ક્યારે હોય છે?
ઉત્તર : સામાન્ય રીતે જ્યારે ગૂંચળાની ગતિની દિશા ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબરૂપે હોય છે, ત્યારે ગૂંચળામાં પ્રેરિત થતો વિદ્યુતપ્રવાહ મહત્તમ હોય છે.
(આનો કોઈ એક ઉત્તર ન હોઈ શકે. ઘણી રીતે આ થઈ શકે છે.)
પ્રશ્ન 43. પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા નક્કી કરવા માટેના નિયમનું નામ જણાવો અને નિયમ લખો. જરૂરી આકૃતિ પણ દોરો.
ઉત્તર : વિદ્યુતવાહકમાં પ્રેરિત થતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ફ્લેમિંગના જમણા હાથના નિયમની મદદથી જાણી શકાય છે.
ફ્લેમિંગનો જમણા હાથનો નિયમ ઃ જમણા હાથનો અંગૂઠો, તર્જની (પ્રથમ આંગળી) અને મધ્યમાન (વચલી) 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.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 44. કોઈ ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત કરવાની જુદી જુદી રીતો જણાવો.
ઉત્તર : ( 1 ) ચુંબકને સ્થિર ગૂંચળાની નજીક અથવા દૂર લઈ જતાં અથવા ગૂંચળાને સ્થિર ચુંબકથી દૂર કે નજીક લઈ જતાં, ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત કરી શકાય છે.
( 2 ) આપેલ ગૂંચળાની નજીક યોગ્ય રીતે મૂકેલ બીજા ગૂંચળામાં વહેતો વિદ્યુતપ્રવાહ બદલીને આપેલ ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત કરી શકાય છે.
( 3 ) અસમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ગૂંચળાને યોગ્ય રીતે ગતિ કરાવીને અથવા સ્થિર ગૂંચળાની આસપાસના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં સમય સાથે કોઈ પણ રીતે ફેરફાર કરીને આપેલ ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત કરી શકાય છે.
( 4 ) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં આપેલ ગૂંચળાને યોગ્ય રીતે ધુમાવતાં અથવા ગૂંચળા પાસે મૂકેલ ચુંબકને યોગ્ય રીતે ઘુમાવતાં, ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત કરી શકાય છે.
[નોંધઃ અહીં વપરાયેલ ચુંબક કાં તો ગજિયો ચુંબક હોય અથવા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત કોઈ વાહક હોય.]
13.6 વિદ્યુત જનરેટર
પ્રશ્ન 45. વિદ્યુત જનરેટર એટલે શું?
ઉત્તર : વિદ્યુત જનરેટર એ એવું સાધન છે, જેનો ઉપયોગ યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતર કરવા માટે થાય છે.
પ્રશ્ન 46. વિદ્યુત જનરેટરનું કાર્ય કયા સિદ્ધાંત પર આધારિત છે તે જણાવો.
ઉત્તર : જ્યા૨ે ગૂંચળાને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં યોગ્ય રીતે ભ્રમણ કરાવવામાં આવે છે ત્યારે તેમાં વિદ્યુતચાલક બળ પ્રેરિત થાય છે. પરિણામે, વિદ્યુતપ્રવાહ તે ગૂંચળું ધરાવતાં વિદ્યુતપરિપથમાં વહેવા લાગે છે.
પ્રશ્ન 47. વિદ્યુત જનરેટર(AC જનરેટર – ઑલ્ટરનેટર)ની રચના અને કાર્યપદ્ધતિ (March 20)નું વર્ણન કરો. વિદ્યુત જનરેટરનો ઉપયોગ લખો. (March 20)
ઉત્તર : વિદ્યુત જનરેટર એ એક એવું સાધન છે જે યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે. તેનું કાર્ય વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ પર આધારિત છે.
[આકૃતિ 13.30 (a) : AC જનરેટર(ઑલ્ટરનેટર)ના સિદ્ધાંતનું નિદર્શન]
(આકૃતિ 13.30 (b) : ગૂંચળા ABCDના સમઘડી દિશામાં અડધા પરિભ્રમણ દરમિયાન તેની AB અને CD ભુજાઓની ગતિની દિશા, બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર તથા તેમાં પ્રેરિત થતા વિદ્યુતપ્રવાહો]
રચનાઃ
(1) આકૃતિ 13.30 (a) AC જનરેટરની રચના દર્શાવે છે. તે કાયમી ચુંબકના બે ધ્રુવો વચ્ચે મૂકેલ લંબચોરસ ગૂંચળા ABCDથી રચાયેલ છે.
(2) આ ગુંચળાના બે છેડાઓને બે ધાતુ(તાંબા)ની રિંગો R અને R, સાથે જોડવામાં આવેલ છે. આ રિંગોની અંદરની બાજુઓ અવાહક કરેલી છે.
(3) બે સ્થિર વાહક ‘બ્રશ B, અને Bpને અનુક્રમે રિંગ R1 અને R ૢ સાથે અડકીને (સંપર્કમાં) રાખવામાં આવેલ છે.
(4) બંને રિંગ R અને R૰ને આંતરિક રીતે એક ધરી (ઍક્સલ) સાથે જોડેલ હોય છે. આ ધરીને બહારથી યાંત્રિક રીતે પરિભ્રમણ કરાવવાથી ગૂંચળું ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પરિભ્રમણ કરે છે.
(5) બંને બ્રશના બહારના છેડાઓને ગૅલ્વેનોમિટર સાથે જોડવામાં આવે છે. જે બાહ્ય પરિપથમાં વહેતો વિદ્યુતપ્રવાહ દર્શાવે છે.
કાર્યપદ્ધતિ :
(1) ધારો કે, બંને રિંગ સાથે જોડાયેલી ધરીને (ઍક્સલને) એવી રીતે પરિભ્રમણ કરાવવામાં આવે છે, કે જેથી કાયમી ચુંબક દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ભુજા AB ઉપરની તરફ અને ભુજા CD નીચેની તરફ ગતિ કરે. પરિણામે આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબની ગોઠવણીમાં ગૂંચળું ABCD સમઘડી દિશામાં પરિભ્રમણ કરે છે. ફ્લેમિંગના જમણા હાથનો નિયમ લાગુ પાડતાં, આપણને જાણવા મળે છે, કે આ ભુજાઓમાં AB અને CD દિશાઓમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહો ઉદ્ભવે છે. આમ, ગૂંચળામાં ABCD દિશામાં પ્રવાહ વહે છે. એનો અર્થ એ થાય કે બાહ્ય પરિપથમાં વિદ્યુતપ્રવાહ બ્રશ B2થી B1 તરફ વહે છે.
[જો ગૂંચળું વધારે આંટાઓનું બનેલું હોય, તો દરેક આંટાઓમાં એકસમાન દિશામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થવાથી, ઉત્પન્ન થયેલ પ્રવાહોના સરવાળા થવાથી, ગૂંચળામાં મોટાં પ્રમાણમાં વિદ્યુતપ્રવાહ મળે છે.]
(2) અડધા પરિભ્રમણ પછી ભુજા CD ઉપરની તરફ અને ભુજા AB નીચેની તરફ ગતિ કરવા લાગે છે. પરિણામે બંને ભુજાઓમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહોની દિશાઓ ઊલટાઈ જાય છે. તેથી પરિણામી (ચોખ્ખો) પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ DCBA દિશામાં વહેવા લાગે છે. એનો અર્થ એ થાય કે બાહ્ય પરિપથમાં વિદ્યુતપ્રવાહ બ્રશ B1થી B2 તરફ વહે છે.
(3) આમ, દરેક અડધા પરિભ્રમણ પછી અનુરૂપ ભુજાઓમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહોની દિશા બદલાય (ઊલટાય) છે.
[બીજા શબ્દોમાં પ્રત્યેક અર્ધ-પરિભ્રમણ પછી પ્રવાહનું વત્વ (polarity) અનુરૂપ ભુજાઓમાં બદલાય છે.]
આવો પ્રવાહ, કે જે એકસરખા સમયગાળા પછી દિશા બદલે છે. તેને પ્રત્યાવર્તી પ્રવાહ – ઑલ્ટરનેટિંગ પ્રવાહ (ટૂંકમાં AC) કહે છે. આ પ્રકારના જનરેટરને AC જનરેટર કહે છે.
ઉપયોગ : વિદ્યુતપુરવઠો બંધ હોય ત્યારે દુકાનો, બૅન્કો, હૉસ્પિટલો વગેરેમાં તેનો ઉપયોગ વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે.
પ્રશ્ન 48. સુઘડ નામનિર્દેશવાળી આકૃતિ દોરી વિદ્યુત જનરેટર, જે એકદિશ પ્રવાહ DC આપે છે. તેની રચના અને કાર્યપદ્ધતિ વર્ણવો.
ઉત્તર : વિદ્યુત જનરેટર એક એવું સાધન છે જે યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે.
→ તેની કાર્યપદ્ધતિ વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ પર આધારિત છે.
[આકૃતિ 13.31 : DC જનરેટર(ડાયનેમો)ના સિદ્ધાંતનું ઉદાહરણ]
[નોંધ : આકૃતિ 13.31 (b) – DC જનરેટરનો Top view’ એ માત્ર જાણકારી માટે છે.
રચના :
(1) આકૃતિ 13.31 એ DC વિદ્યુત જનરેટરની રચના દર્શાવે છે.
તે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલ ગૂંચળા ABCDનું બનેલું છે. તેના બંને છેડા બે અર્ધવર્તુળાકાર રિંગ P અને 9 સાથે જોડાયેલ છે. આ રિંગનો અંદરનો ભાગ (બાજુ) અવાહક હોય છે. આ રિંગો એકબીજાથી અલગ કરેલી છે.
(2) બે વાહક સ્થિર બ્રશ X અને Y સાથે સંપર્કમાં રહીને આ રિંગો સરકી શકે છે.
આંતરિક રીતે રિંગો P અને Q ઍક્સલ (ધરી) સાથે જોડાયેલ છે. બાહ્ય રીતે ઍક્સલ (ધરી) યાંત્રિક રીતે પરિભ્રમણ કરી શકે છે અને તેથી ગૂંચળું ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પરિભ્રમણ કરી શકે છે.
બંને બ્રશના બાહ્ય છેડાઓ સાથે ગૅલ્વેનોમિટર જોડેલ છે.
કાર્યપદ્ધતિ :
(1) ગૂંચળાને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં એવી રીતે ભ્રમણ કરાવવામાં આવે છે કે જેથી ભુજા AB ઉ૫૨ તરફ અને ભુજા CD નીચે તરફ ગતિ કરે છે. એટલે કે ગૂંચળું ABCD સમઘડી દિશામાં પરિભ્રમણ કરે છે. તેથી ગૂંચળા સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની સંખ્યા સમય સાથે બદલાય છે અને પરિણામે ગૂંચળાની બે ભુજાઓ (તાર) AB અને CDમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે.
(2) પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ફ્લેમિંગના જમણા હાથના નિયમનો ઉપયોગ કરીને શોધી શકાય છે.
આકૃતિ 13.31માં બતાવ્યા પ્રમાણે પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ દિશા B-A-X-G-Y-D-C-Bમાં વહે છે.
(3) ગૂંચળાના અડધા પરિભ્રમણ બાદ રિંગ P બ્રશ જૂના સંપર્કમાં અને રિંગ Q બ્રશ Xના સંપર્કમાં આવે છે.
(4) બ્રશ X હંમેશાં જે ભુજા (બાજુ) ઉ૫૨ તરફ ગતિ કરતી હોય તેના સંપર્કમાં રહે છે. જ્યારે બ્રશ Y હંમેશાં જે ભુજા (બાજુ) નીચે તરફ ગતિ કરે છે તેના સંપર્કમાં રહે છે. પરિણામે વિદ્યુતપ્રવાહ દરેક સમયે માત્ર એક જ દિશામાં વહે છે.
(5) આ એક જ દિશામાં વહેતા પ્રવાહને એકદિશ પ્રવાહ (DC) કહે છે.
આ પ્રકારના જનરેટરને DC જનરેટર કહે છે.
પ્રશ્ન 49. એકદિશ પ્રવાહ (DC) સમજાવો.
અથવા
એકદિશ પ્રવાહ (DC) ઉપર ટૂંક નોંધ લખો. આ બાબત
ઉત્તર : DC : આ વિદ્યુતપ્રવાહ માત્ર એક જ દિશામાં વહે છે. જો સમય સાથે વૉલ્ટેજ ન બદલાય તો વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય અચળ રહે છે. આકૃતિ 13.32માં દર્શાવેલ છે.
→ જ્યારે કોષ (સેલ) કે બૅટરી DC મેળવવા માટે વપરાશમાં હોય ત્યારે સમય સાથે તેની ઊર્જા વપરાવવાથી, તેનો વૉલ્ટેજ ઘટે છે. પરિણામે વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય પણ ઘટે છે.
→ વિદ્યુતપરિપથમાંવિદ્યુતપ્રવાહ કોષ કે બૅટરીના ધન ધ્રુવથી બાહ્ય પરિપથમાં બૅટરીનાં ઋણ ધ્રુવ તરફ જ વહે છે એટલે કે એક જ દિશામાં વહે છે.
→ આમ, કોષ (સેલ) કે બૅટરી દ્વારા મળતો વિદ્યુતપ્રવાહ એક દિશામાં જ હોય છે, જેને એકદિશ પ્રવાહ (DC) કહે છે.
→ જે જનરેટર એકદિશ પ્રવાહ (DC) ઉત્પન્ન કરે છે, જેને DC જનરેટર કહે છે. તેને ડાયનેમો પણ કહે છે.
→ રેડિયો, સેલફોન, ઘડિયાળ, લૅપટૉપ વગેરેમાં DC વપરાય છે.
પ્રશ્ન 50. ઊલટસૂલટ પ્રવાહ અથવા પ્રત્યાવર્તી પ્રવાહ (AC) સમજાવો.
અથવા
ઊલટસૂલટ પ્રવાહ અથવા પ્રત્યાવર્તી પ્રવાહ (AC) વિશે ટૂંક નોંધ લખો.
ઉત્તર : AC : જે વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા (અને મૂલ્ય) સમય સાથે આવર્ત રીતે બદલાય છે, તેને પ્રત્યાવર્તી પ્રવાહ (AC) કહે છે.
આ બાબત આકૃતિ 13.33માં દર્શાવેલ છે :
→ અહીં, T આવર્તકાળ છે. એટલે કે 1 ચક્ર પૂર્ણ કરવા માટે વિદ્યુતપ્રવાહને લાગતો સમય T છે. જે AC જનરેટરમાં એક પરિભ્રમણ પૂર્ણ કરવા માટે ઘૂમતા (ફરતા) ગૂંચળાએ લીધેલ સમય જેટલો જ હોય છે.
→ f = 1/T એ ACની આવૃત્તિ છે. જે AC જનરેટરમાં ગૂંચળાના પરિભ્રમણની આવૃત્તિ જેટલી જ હોય છે.
→ ભારતમાં ઘરગથ્થુ હેતુ માટે 220 V AC અને 50 Hz આવૃત્તિનો ઉપયોગ થાય છે.
તેથી ભારતમાં ACની દિશા 1 સેકન્ડમાં 100 વખત બદલાય અથવા AC દરેક 1/100 સેકન્ડ પછી દિશા બદલે છે.
→ રેફ્રિજરેટર, મિક્સર, વિદ્યુત ઇસ્ત્રી, પંખા વગે૨ે AC ઉપર કામ કરે છે.
પ્રશ્ન 51, રોજિંદા જીવનમાં AC વાપરવાથી થતા ફાયદા જણાવો.
ઉત્તર : રોજિંદા જીવનમાં AC વપરાશના ફાયદા નીચે મુજબ છે :
(1) DCના ઉત્પાદનની સાપેક્ષે, ACનું ઉત્પાદન કરવું સહેલું અને સસ્તું છે.
(2) ACને ખુબ ઓછી ઊર્જાના વ્યય સાથે વાહક તાર વડે દૂરના અંતર સુધી પ્રસારિત કરી (મોકલી) શકાય છે.
(3) વિદ્યુત-ઊર્જાના ખૂબ જ ઓછા વ્યય સાથે AC વૉલ્ટેજમાં વધારો કે ઘટાડો કરી શકાય છે.
[AC વૉલ્ટેજમાં વધારો કે ઘટાડો ટ્રાન્સફાર્મર નામના સાધનથી કરી શકાય છે.]
પ્રશ્ન 52. એકદિશ પ્રવાહ DCના ગેરફાયદા કયા છે?
ઉત્તર : એકદિશ પ્રવાહ DCના ગેરફાયદા નીચે મુજબ છે :
(1) ACના ઉત્પાદનની સાપેક્ષે, DC વૉલ્ટેજનું ઉત્પાદન પ્રમાણમાં અઘરું અને ખર્ચાળ છે.
(2) DCને વાહક તાર વડે દૂરના અંતરે લઈ જતાં વિદ્યુત- ઊર્જાનો વ્યય મોટા પ્રમાણમાં થાય છે.
(3) વિદ્યુત-ઊર્જાનો વ્યય કર્યા સિવાય અપેક્ષિત DC વૉલ્ટેજ | પ્રવાહ પર નિયંત્રણ મેળવી શકાતું નથી.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 53. વિદ્યુત જનરેટરનો સિદ્ધાંત જણાવો.
ઉત્તર : વિદ્યુત જનરેટરનું કાર્ય વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે.
સિદ્ધાંત : બંધપરિપથમાં અથવા ગૂંચળામાં બદલાતાં જતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતપ્રવાહને પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ કહે છે. આ ઘટનાને વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ કહે છે.
પ્રશ્ન 54. એકદિશ પ્રવાહ(DC)ના કેટલાક સ્રોતોનાં નામ આપો.
ઉત્તર : વિદ્યુતરાસાયણિક સૂકો કોષ, બૅટરી, DC જનરેટર, સૂર્યકોષ વગેરે એકદિશ પ્રવાહ(DC)ના કેટલાક સ્રોત છે.
પ્રશ્ન 55. કયા સ્રોત ઊલટસૂલટ (પ્રત્યાવર્તી) પ્રવાહ (AC) ઉત્પન્ન કરે છે?
ઉત્તર : AC જનરેટર (અથવા પાવરહાઉસ જનરેટ૨), કાર – ઑલ્ટરનેટર, બાઇસિકલ ડાયનેમો વગેરે પ્રત્યાવર્તી પ્રવાહ(AC)ના સ્રોત છે.
પ્રશ્ન 56. સાચો વિકલ્પ પસંદ કરો :
તાંબાના તારનું એક લંબચોરસ ગૂંચળું ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં (યોગ્ય રીતે) પરિભ્રમણ કરે છે. તેમાં પ્રેરિત થતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા દર …… પછી બદલાય છે.
(a) બે ભ્રમણ
(b) એક ભ્રમણ
(c) અડધા (અર્ધ)-ભ્રમણ
(d) એક-ચતુર્થાંશ ભ્રમણ
ઉત્તર : (c) અડધા (અર્ધ)-ભ્રમણ
Hint : દરેક અર્ધ-પરિભ્રમણ પછી, ગૂંચળાની બે સમતિર ભુજા(AB અને CD)ની ગતિની દિશાઓ બદલાય (ઊલટાય) છે અને પરિણામે પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા દરેક અર્ધ-પરિભ્રમણ બાદ (એક વખત) બદલાય છે.
13.7 ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથો
પ્રશ્ન 57. ઘરેલુ પરિપથોમાં વપરાતા વાયરના ત્રણ પ્રકારોનાં નામ તેમના આવરણ સંબંધિત રંગોના સંદર્ભમાં જણાવો.
ઉત્તર : ઘરેલુ પરિપથોમાં વપરાતા વાયરના ત્રણ પ્રકારનાં નામ અને તેમના આવરણ સંબંધિત રંગો નીચે પ્રમાણે છે :
(1) લાઇવ (જીવંત અથવા positive) વાયર પર લાલ રંગનું અવાહક આવરણ હોય છે.
(2) ન્યૂટ્રલ (neutral અથવા negative) વાયર પર કાળા રંગનું અવાહક આવરણ હોય છે.
(3) અર્થિંગ વાયર પર લીલા રંગનું અવાહક આવરણ હોય છે.
પ્રશ્ન 58. આપણા દેશમાં વપરાતા લાઇવ વાયર અને ન્યૂટ્રલ વાયરના વિદ્યુતસ્થિતિમાન (વિભવ) જણાવો. આ વાયરો વચ્ચે વિદ્યુત- સ્થિતિમાનનો તફાવત (Potential difference = p.d.) કેટલો છે?
ઉત્તર : આપણા દેશમાં લાઇવ વાયર(લાલ રંગનું અવાહક આવરણ)નું વિદ્યુતસ્થિતિમાન (વિભવ) 220V (ઊંચું વિદ્યુતસ્થિતિમાન) છે અને ન્યૂટ્રલ વાયર(કાળા રંગનું અવાહક આવરણ)નું વિદ્યુતસ્થિતિમાન (વિભવ) 0 V (-વિભવ, નીચું વિદ્યુતસ્થિતિમાન) છે.
→ આ વાયરો વચ્ચે વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (p.d.) = 220 – 0 = 220 છે.
પ્રશ્ન 59. અર્થિંગ વાયરનું કાર્ય શું છે? ધાતુનાં સાધનોનું અર્થિંગ શા માટે કરવું જરૂરી છે?
ઉત્તર : અર્થિંગ વાયરનું કાર્યઃ અર્થિંગ વાયરનો ઉપયોગ મોટે ભાગે ધાતુનું આવરણ ધરાવતાં વિદ્યુતસાધનોમાં સુરક્ષાના ઉપાય સંદર્ભે કરવામાં આવે છે. આ અર્થિંગ વાયરને સાધનોની ધાતુની સપાટી સાથે જોડવામાં આવે છે.
વિદ્યુતસાધનમાંથી લીક થયેલ વિદ્યુતપ્રવાહ જમીનમાં સહેલાઈથી જતો રહે એટલા માટે, અર્થિંગ વાયર તે પ્રવાહને નીચા વિદ્યુતઅવરોધવાળો વહન-પથ (વાહક પથ) પૂરો પાડે છે અને તેથી તે વિદ્યુતસાધન વાપરનારને વિદ્યુત-શૉકથી રક્ષણ મળે છે.
→ તેથી ધાતુનાં સાધનો જેવાં કે વિદ્યુત ઇસ્ત્રી, ટૉસ્ટર, ટેબલ પંખો, રેફ્રિજરેટર વગેરેને અર્થિંગ કરવું જરૂરી છે.
કેટલીક વાર આકસ્મિક રીતે વિદ્યુતસાધનો સાથે જોડેલ વાયરોનું અવાહક આવરણ પીગળી જાય છે. પરિણામે સાધનના ધાતુના આવરણમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ આવે છે. આવા સાધનને કોઈ વ્યક્તિ અડે તો તેને ભયંકર વિદ્યુત-શૉક (વિદ્યુત-આંચકો) લાગે છે, જે ઘાતક પણ નીવડી શકે છે. આને નિવારવા, વિદ્યુતપ્રવાહને જમીનમાં જવા દેવો જોઈએ.
→ વધુમાં, અર્થિંગ વાયર પરિપથને ખૂબ નીચો અવરોધ (લગભગ નહિવત) પૂરો પાડે છે. તેથી તે પરિપથમાં વિદ્યુતપ્રવાહ ખુબ વધી જાય છે. પરિણામે તે પરિપથમાંનો ફ્યૂઝ પીગળી જાય છે અને ત્યાં વિદ્યુતપુરવઠો અટકી જાય છે.
આમ, વિદ્યુતસાધનોને યોગ્ય અર્થિંગ આપવાથી શક્ય એવા વિદ્યુત-શૉથી બચી શકાય છે.
પ્રશ્ન 60. એક સામાન્ય ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથની આકૃતિ દોરી, ઘરેલુ વાયરિંગ પદ્ધતિની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓની ચર્ચા કરો.
ઉત્તર :
(1) આપણને આપણાં ઘરોમાં વિદ્યુતપાવર પુરવઠો મેઇન સપ્લાય (અથવા મેઇન્સ) દ્વારા મળે છે. તે ઓવરહેડ વિદ્યુતના થાંભલા અથવા ભૂમિગત કૅબલો દ્વારા આપણા સુધી પહોંચે છે.
(2) આ સપ્લાય લાઇવ | positive વાયર (લાલ અવાહક આવરણ), ન્યૂટ્રલ / negative વાયર (કાળું અવાહક આવરણ) અને અર્થિંગ વાયર (લીલું અવાહક આવરણ) દ્વારા આવે છે.
(3) લાઇવ વાયર અને ન્યૂટ્રલ વાયર વચ્ચે વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તપાવત 220 V હોય છે અને ACની આવૃત્તિ 50 Hz છે.
(4) ઘરમાં લગાડેલ મિટરબોર્ડમાં આ વાયરો મુખ્ય ફ્યૂઝમાં પસાર થઈને વિદ્યુત મિટરમાં દાખલ થાય છે.
(5) તેમને મેઇન સ્વિચમાંથી પસાર કરી ઘરના લાઇન વાયરો સાથે જોડવામાં આવે છે.
(6) આ વાયરો ઘરના જુદા જુદા પરિપથોને વિદ્યુત-ઊર્જા પૂરી પાડે છે.
(7) ઘણી વાર, ઘરોમાં બે અલગ પરિપથ હોય છે. એક 15 A વિદ્યુતપ્રવાહ રેટિંગ ધરાવતો પરિપથ કે જે વધુ પાવર રેટિંગ ધરાવતાં વિદ્યુતઉપકરણો જેવાં કે ગીઝર, ઍરકૂલર વગેરે માટે વપરાય છે. જ્યારે બીજો 5A વિદ્યુતપ્રવાહ રેટિંગ ધરાવતો પરિપથ કે જે બલ્બ, પંખા, રેડિયો વગેરે માટે વપરાય છે.
(8) અર્થિંગ વાયર મોટે ભાગે ઘરની નજીક ઊંડે જમીનમાં ધાતુની પ્લેટ સાથે સ્થાનિક અર્થિંગ તરીકે જોડેલ હોય છે.
(9) ઘરની અંદર, દરેક અલગ પરિપથમાં અલગ અલગ ઉપકરણો લાઇવ અને ન્યૂટ્રલ વાયરો વચ્ચે જોડવામાં આવે છે. દરેક ઉપકરણને (સાધનને) અલગ ‘ON’/‘OFF’ સ્વિચ હોય છે. જેથી પરિપથ કાં તો પૂર્ણ કરી શકાય અથવા પરિપથમાંનો વિદ્યુતપ્રવાહ બંધ પણ કરી શકાય.
(10) દરેક ઉપકરણને સમાન વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (p.d.) મળે એટલા માટે તેમને એક્બીજા સાથે સમાંતર જોડાણમાં વિદ્યુત સપ્લાય સાથે જોડવામાં આવે છે.
[નોંધ : સમાંતર જોડાણના ફાયદા માટે પ્રકરણ 12 જુઓ.]
પ્રશ્ન 61. ફ્યૂઝ વિશે ટૂંક નોંધ લખો. અથવા વિદ્યુત ફ્યૂઝ એટલે શું? તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?
ઉત્તર : તમામ ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથોમાં વિદ્યુત ફ્યૂઝ એક મહત્ત્વનો વિદ્યુતઘટક છે.
→ તેના ઉપયોગથી પરિપથમાં (a) શૉર્ટસર્કિટ અથવા (b) ઓવરલોડિંગ- (નિયત મર્યાદા કરતાં વધુ વિદ્યુતપ્રવાહ ખેંચવો તે)ને કારણે થતા અકસ્માતો જેવા કે વિદ્યુત-શૉક, આગ, વિદ્યુત-ઉપકરણોને નુકસાન વગેરે અટકાવી શકાય છે.
→ ફ્યૂઝ એ અતિ મહત્ત્વની સલામત રચના છે. ફ્યૂઝ 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. તેથી પરિપથ ખુલ્લો બની જાય છે.
→ ફ્યૂઝ વિશે અગત્યના મુદ્દાઓ :
(1) ફ્યૂઝને હંમેશાં લાઇવ વાયર સાથે શ્રેણીમાં જોડવામાં આવે છે.
(2) ફ્યૂઝને હંમેશાં પરિપથની શરૂઆતમાં જોડવામાં આવે છે.
(3) ફ્યૂઝ વાયર જેમ જાડો તેમ તેની વિદ્યુતપ્રવાહ વહેવડાવવાની ક્ષમતા વધુ હોય છે.
(4) મહત્તમ વિદ્યુતપ્રવાહ જે પરિપથ (કે વિદ્યુતસાધન) ખમી શકે છે. તેના કરતાં ઓછા વિદ્યુતપ્રવાહ ધારણ-ક્ષમતા(જેને વિદ્યુતપ્રવાહ રેટિંગ પણ કહે છે)વાળો ફ્યૂઝ હોવો (વા૫૨વો) જોઈએ.
→ ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથમાં વપરાતા બે વિવિધ પ્રકારના વિદ્યુત ફ્યૂઝ આકૃતિ 13.35માં દર્શાવેલ છે.
→ વિદ્યુત ફ્યૂઝના ઉપયોગથી વિદ્યુતપરિપથ તથા વિદ્યુત-ઉપકરણમાં વહેતા અનિચ્છનીય ઉચ્ચ વિદ્યુતપ્રવાહને અટકાવી સંભવિત નુકસાનથી બચી શકાય છે. જૂલ તાપન(જૂલ હીટિંગ)ને લીધે ફ્યૂઝ પીગળે છે. પરિણામે વિદ્યુતપરિપથમાં ભંગાણ સર્જાય છે.
પ્રશ્ન 62. શૉર્ટસર્કિટિંગ અને ઓવરલોડિંગ વચ્ચેનો તફાવત જણાવો.
ઉત્તર : શૉર્ટસર્કિટિંગ : જો લાઇવ વાયર અને ન્યૂટ્રલ વાયરનું પ્લાસ્ટિક અવાહક આવરણ તૂટી જાય ત્યારે બે વાયર કાં તો સીધી રીતે અથવા કોઈ વાહક દ્વારા સંપર્કમાં આવે છે. આમ, લાઇવ વાયર અને ન્યૂટ્રલ વાયરનું એકબીજા સાથે સંપર્કમાં આવવું તેને શૉર્ટસર્કિટિંગ કહે છે.
આ કિસ્સામાં પરિપથનો અવરોધ લગભગ શૂન્ય થાય છે. પરિણામે પિરપથમાં મોટા મૂલ્યનો વિદ્યુતપ્રવાહ વહેવા લાગે છે. તેથી વાયર ખૂબ ગરમ થાય છે અને આગ પણ લાગી શકે છે.
ઓવરલોડિંગ : ઘરેલુ વાયરિંગમાં અમુક સમયે વહેતો વિદ્યુતપ્રવાહ વપરાતાં વિદ્યુતસાધનોના પાવર રેટિંગ ઉપર આધારિત હોય છે. જો ઉચ્ચ પાવર રેટિંગવાળા ઘણાં બધાં વિદ્યુતસાધનો જેમ કે વિદ્યુત ઇસ્ત્રી, વૉટર હીટર, ઍરકંડિશનર વગેરે એકસાથે ચાલુ કરવામાં આવે તો તે સાધનો પરિપથમાંથી ખૂબ જ મોટા પ્રમાણમાં વિદ્યુતપ્રવાહ ખેંચે છે. આને ઓવરલોડિંગ કહે છે.
તેથી ઘરેલુ વાયરિંગમાં તાંબા | ઍલ્યુમિનિયમના વાયર અતિ ઊંચા તાપમાને ગરમ થાય છે, તેનાથી આગ પણ લાગી શકે છે.
પ્રશ્ન 63. ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથોમાં ઓવરલોડિંગ માટે જવાબદાર ત્રણ પરિબળોની યાદી બનાવો.
ઉત્તર : ઓવરલોડિંગ માટે જવાબદાર ત્રણ પરિબળો નીચે પ્રમાણે છે :
(1) લાઇવ વાયર અને ન્યૂટ્રલ વાયરનો સીધો સંપર્ક
(2) પુરવઠા વૉલ્ટેજમાં અચાનક મોટો વધારો
(3) એક જ સૉકિટમાં ઘણાં બધાં વિદ્યુતઉપકરણો જોડવા અને તેમનો એકસામટો ઉપયોગ કરવો.
પ્રશ્ન 64. રમણભાઈના ઘરમાં વિદ્યુત પરિપથમાં ઓવરલોડિંગ થવાને કારણે આગ લાગી તો રમણભાઈએ સાવચેતીનાં કયાં પગલાં ભર્યાં હોત તો આ ઘટનાને નિવારી શકાઈ હોત?
ઉત્તર : ૨મણભાઈએ ઓવરલોડિંગ નિવારવા નીચેનાં પગલાં લેવા જોઈએ :
ઉત્તર માટે જુઓ પ્રશ્ન 67.
Intext પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 65. વિદ્યુતપરિપથો અને ઉપકરણોમાં સામાન્ય રીતે વપરાતા બે સુરક્ષા ઉપાયોનાં નામ લખો.
ઉત્તર : (1) યોગ્ય રેટિંગવાળો (સલામત) ફ્યૂઝ વાપરવો ઃ જેના કારણે ઓવરલોડિંગના લીધે સાધનો અને પરિપથને થતું નુકસાન નિવારી શકાય છે.
(2) યોગ્ય અર્થિંગ વાયર વાપરવો : જ્યારે લાઇવ વાયર અકસ્માતે વિદ્યુતસાધનના ધાતુના ભાગને સ્પર્શે છે, ત્યારે શક્ય એવા વિદ્યુત- શૉકથી બચી શકાય છે.
પ્રશ્ન 66. 2 kW પાવર રેટિંગ ધરાવતું એક ઇલેક્ટ્રિક ઓવન 5Aનું પ્રવાહ રેટિંગ ધરાવતા એક ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથ(220V)માં વાપરવામાં આવે છે, તો આ પરિપથમાં તમે કેવાં (કાં) પરિણામોની અપેક્ષા રાખો છો? સમજાવો.
ઉત્તર : વિદ્યુત ઓવન દ્વારા ખેંચાતો વિદ્યુતપ્રવાહ,
અહીં, વિદ્યુતપરિપથનું પ્રવાહ રેટિંગ 5 A છે. તેનો અર્થ આ પરિપથમાં વપરાયેલો (જોડેલો) ફ્યૂઝ 5Aની પ્રવાહ ક્ષમતાવાળો છે.
હવે, જ્યારે ઓવનને ચાલુ કરવામાં આવે ત્યારે ફ્યૂઝ વાયર (5 A રેટિંગવાળો) ઘણો ગરમ થઈ જશે અને તેથી ઓગળી જશે. પરિણામે પરિપથમાં ભંગાણ સર્જાશે. આના કારણે વિદ્યુત ઓવનને થતું નુકસાન અટકી જશે.
[જો આ રિપથમાં 9.09A કરવા વધારે રેટિંગવાળો ફ્યૂઝ વાપર્યો હોત અથવા આ પરિપથમાં કોઈ ફ્યૂઝ વાપર્યો જ ન હોત, તો કદાચ આગ લાગી હોત.]
પ્રશ્ન 67. ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથોમાં ઓવરલોડિંગને નિવારવા માટે કઈ સાવધાની રાખવી જોઈએ?
ઉત્તર : ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથોમાં ઓવરલોડિંગથી બચવા નીચેની સાવધાની રાખવી જોઈએ :
(1) વિદ્યુતપ્રવાહનું વહન કરતા વાયર, યોગ્ય પ્રવાહ રેટિંગવાળા વાપરવા જોઈએ.
(2) ઘરમાં બે અલગ પરિપત્ર હોવા જોઈએ. એક BA વિદ્યુતપ્રવાહ રેટિંગ ધરાવતો પરિપથ જે બહબ, ખૂબલાઇટ, ટીવી, પંખા વગેરે સાધનો માટે અને બીજો 15 A વિદ્યુતપ્રવાહ રેટિંગ ધરાવતો પરિપથ જે તાપન સાધનો જેવા કે ગીઝર, AC (વાતાનુકૂલ કરનાર) વગેરે માટે વાપરવો જોઈએ,
(3) સમાંતર પરિપથનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ અને દરેક પરિપથમાં યોગ્ય પ્રવાહ રેટિંગવાળો ફ્યૂઝ વાપરવો જોઈએ.
(4) ઊંચો પાવર રેટિંગ ધરાવતા વિવિધ વિદ્યુતસાધનો જેવાં કે વિદ્યુત ઇસ્ત્રી, ગીઝર, વાતાનુકૂલ કરનાર (AC) વગેરેને એક જ સમયે ચાલુ કરવા ન જોઈએ.
(5) ઘણાં બધાં વિદ્યુતસાધનોને એક જ સાકિટમાં એકસાથે વાપરવા ન જોઈએ.
(6) દર 5થી 6 વર્ષ પછી જૂના તારની જગ્યાએ, ચોક્કસ પ્રવાહ રેટિંગવાળા અને સારું અવાહક આવરણ ધરાવતા નવા તાર વાપરવા જોઈએ.
(7) સારી ગુણવત્તા ધરાવતાં PVC વાપરવા જોઈએ.
સ્વાધ્યાયના પ્રશ્નોત્તર
1. લાંબા (વિદ્યુતપ્રવાહધારિત) સુરેખ તાર નજીક ચુંબકીય ક્ષેત્ર માટે નીચેનામાંથી કયું (વિધાન) સાચું છે?
(a) ક્ષેત્ર તારને લંબ એવી સુરેખાઓનું બનેલું છે.
(b) ક્ષેત્ર તારને સમાંતર એવી સુરેખાઓનું બનેલું છે.
(c) ક્ષેત્ર તારમાંથી ઉદ્ભવતી ત્રિજ્યાવર્તી રેખાઓનું બનેલું છે.
(d) ક્ષેત્ર તાર પર કેન્દ્ર ધરાવતા સમકેન્દ્રીય વર્તુળોનું બનેલું છે.
ઉત્તર : (d) ક્ષેત્ર તાર પર કેન્દ્ર ધરાવતા સમકેન્દ્રીય વર્તુળોનું બનેલું છે.
Hint : આ એક પ્રાયોગિક હકીકત છે, જે માત્ર જમણા હાથના અંગૂઠાના નિયમ દ્વારા પ્રદર્શિત થાય છે.
2. વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણની ઘટના એ.
(a) પદાર્થને વિદ્યુતભારિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
(b) કૉઇલ(ગૂંચળા)માંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરી, તેનાથી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા છે.
(c) ચુંબક અને કૉઇલ (ગૂંચળા) વચ્ચેની સાપેક્ષ ગતિથી ગૂંચળામાં પ્રેરિત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા છે.
(d) ઇલેક્ટ્રિક મોટરની કૉઇલને ભ્રમણ કરાવવાની પ્રક્રિયા છે.
ઉત્તર : (c) ચુંબક અને કૉઇલ (ગૂંચળા) વચ્ચેની સાપેક્ષ ગતિને કારણે ગૂંચળામાં પ્રેરિત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા છે.
3. વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવા માટે વપરાતા સાધનને …. કહે છે.
(a) જનરેટર
(b) ગૅલ્વેનોમિટર
(c) એમિટર
(d) મોટર
ઉત્તર : (a) જનરેટર
Hint : જનરેટર એ યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે.
4. AC જનરેટર અને DC જનરેટર વચ્ચેનો મૂળ તફાવત એ છે કે …
(a) AC જનરેટરમાં ઇલેક્ટ્રોમૅગ્નેટ હોય છે, જ્યારે DC જનરેટરમાં કાયમી ચુંબક હોય છે.
(b) DC જનરેટર ઊંચો વૉલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે.
(c) AC જનરેટર ઊંચો વૉલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે.
(d) AC જનરેટરમાં સ્લિપ રિંગ હોય છે, જ્યારે DC જનરેટરમાં કમ્યુટેટર હોય છે.
ઉત્તર : (d) AC જનરેટરમાં સ્લિપ રિંગ હોય છે, જ્યારે DC જનરેટરમાં કમ્યુટેટર હોય છે.
[સ્લિપ રિંગના લીધે, AC જનરેટર વડે ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા નિયમિત સમયગાળામાં ઊલટાઈ જાય છે, જ્યારે DC જનરેટર વડે ઉત્પન્ન થતો વિદ્યુતપ્રવાહ હંમેશાં એક જ દિશામાં વહે છે.]
5. શૉર્ટસર્કિટ વખતે સર્કિટમાં વિદ્યુતપ્રવાહ ..
(a) ખૂબ જ ઘટી જાય છે.
(b) બદલાતો નથી.
(c) ખૂબ વધી જાય છે.
(d) સતત બદલાય છે.
ઉત્તર : (C) ખૂબ વધી જાય છે.
6. નીચેનાં વિધાનો સાચાં છે કે ખોટાં તે જણાવો :
(a) વિદ્યુત મોટર યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે.
(b) વિદ્યુત જનરેટર વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણના સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે.
(c) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત મોટી વર્તુળાકાર કૉઇલ(ગૂંચળા)ના કેન્દ્ર પરનું (ચુંબકીય) ક્ષેત્ર સમાંતર સુરેખાઓ હોય છે.
(d) વિદ્યુતપુરવઠામાં લીલા રંગનું અવાહક આવરણ (પડ) ધરાવતો વાયર સામાન્ય રીતે લાઇવ વાયર હોય છે.
ઉત્તર : (a) ખોટું
[વિદ્યુત મોટર વિદ્યુત-ઊર્જાનું યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે.]
(b) સાચું
(c) સાચું
(d) ખોટું
[વિદ્યુતપુરવઠામાં લીલા રંગનું અવાહક આવરણ ધરાવતો વાયર એ અર્થિંગ વાયર છે, જ્યારે લાલ રંગનું અવાહક આવરણ ધરાવતો વાયર લાઇવ વાયર હોય છે.]
7. ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરવા માટેની બે રીતો લખો.
ઉત્તર : નીચેનામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવાથી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરી શકાય છે :
(1) સુરેખ વાહક, (2) વર્તુળાકાર લૂપ અને (3) સોલેનૉઇડ.
8. સોલેનૉઇડ ચુંબક તરીકે કેવી રીતે વર્તે છે? શું તમે ગજિયા ચુંબકની મદદથી વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડનો (ચુંબકીય) ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવ શોધી શકો? સમજાવો.
ઉત્તર : (1) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડ એ ગજિયા ચુંબકની માફક વર્તે છે અને તેના બંને છેડાની ચુંબકીય ધ્રુવીયતા તેમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ૫૨ આધાર રાખે છે.
(2) હા. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના ઉત્તર ધ્રુવ અને દક્ષિણ ધ્રુવ નક્કી કરવા માટે આપણે ગજિયા ચુંબકનો ઉપયોગ કરી શકીએ.
(3) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના ચુંબકીય ધ્રુવો નક્કી કરવા માટે તેને પિત્તળના એક હૂકમાં વ્યવસ્થિત મૂકો અને પછી તેને લાંબી દોરી વડે દૃઢ આધાર પરથી લટકાવો કે જેથી કરીને તે સમક્ષિતિજ સમતલમાં મુક્ત રીતે ફરી (ભ્રમણ) શકે.
→ સોલેનૉઇડના એક છેડાની નજીક ગજિયા ચુંબકનો ઉત્તર ધ્રુવ લાવો. જો સોલેનૉઇડનો તે છેડો ગજિયા ચુંબક તરફ ગતિ કરે, તો તે છેડો દક્ષિણ ધ્રુવ હશે અને બીજો છેડો ઉત્તર ધ્રુવ હશે. આનાથી ઊલટું, જો સોલેનૉઇડનો તે છેડો ગજિયા ચુંબકથી દૂર તરફ ગતિ કરે, તો તે છેડો ઉત્તર ધ્રુવ હશે અને બીજો છેડો દક્ષિણ ધ્રુવ હશે.
9. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક ક્યારે મહત્તમ બળ અનુભવશે?
ઉત્તર : જ્યા૨ે વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકમાં વહેતો વિદ્યુતપ્રવાહ, અનુભવાયેલ, ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ હશે ત્યારે તે વાહક દ્વારા બળ મહત્તમ હશે.
સંદર્ભ માટે નીચેની આકૃતિ જુઓઃ
10. ધારો કે, તમે એક રૂમમાં એક દીવાલના ટેકે બેઠા છો. પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્રને કારણે તમારી પાછળની દિશામાંથી આગળની દીવાલ તરફ આવતું સમક્ષિતિજ ઇલેક્ટ્રૉનનું બીમ તમારી જમણી બાજુની દિશામાં ફંટાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા કઈ હશે?
ઉત્તર :
→ સંદર્ભ માટે આકૃતિ 13.39 (a) અને (b) જુઓ.
→ રેવાજિક વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઇલેક્ટ્રૉનની ગતિની વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે.
→ ફ્લેમિંગનો ડાબા હાથનો નિયમ વાપરતાં માલૂમ પડે છે કે, જો ડાબા હાથની વચલી આંગળી વિદ્યુતપ્રવાહની દિશામાં અને અંગૂઠાને બળની દિશામાં રાખવામાં આવે, તો પ્રથમ આંગળી શિરોલંબ અધોદિશામાં (નીચેની તરફ) રહે છે. જે ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા આપે છે.
11. વિદ્યુત મોટરની નામનિર્દેશનવાળી આકૃતિ દોરો. તેનો સિદ્ધાંત અને કાર્ય સમજાવો. વિદ્યુત મોટરમાં સ્લિટ રિંગનું કાર્ય શું છે?
ઉત્તર : વિદ્યુત મોટરની નામનિર્દેશનવાળી આકૃતિ માટે જુઓ પ્રશ્નોત્તર વિભાગના પ્રશ્ન 32નો ઉત્તર.
→ સિદ્ધાંત માટે જુઓ પ્રશ્નોત્તર વિભાગના પ્રશ્ન 31નો ઉત્તર.
→ સ્લિટ રિંગનું કાર્ય : વિદ્યુત મોટરમાં સ્લિટ રિંગ પ્રકારના કમ્યુટેટરના કારણે કૉઇલમાંના વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા, કોઇલના દરેક અડધા પરિભ્રમણ પછી ઊલટાય (બદલાય) છે. જેના લીધે કૉઇલની ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ એવી બે સમાંતર ભુજાઓ પર લાગતાં બળની દિશા ઊલટાય છે. કૉઇલની જે ભુજા પહેલા નીચેની તરફ ધકેલાતી હતી તે હવે ઉપર તરફ ખેંચાય છે, જ્યારે બીજી ભુજા હવે નીચેની તરફ ધકેલાય છે. તેથી કોઇલ તે જ દિશામાં સતત ભ્રમણ ચાલુ રાખે છે.
12. જે સાધનોમાં (ઉપકરણોમાં) વિદ્યુત મોટર વપરાતી હોય તેવાં થોડાં સાધનોનાં નામ આપો.
ઉત્તર : વિદ્યુત પંખા, રેફ્રિજરેટર, મિક્સર અને ગ્રાઇન્ડર, વૉશિંગ મશીન, પાણીના પંપ, કૂલર વગેરેમાં વિદ્યુત મોટર વપરાય છે.
13. અવાહક આવરણ ધરાવતા તાંબાના વાયરના ગૂંચળાને ગૅલ્વેનોમિટર સાથે જોડવામાં આવ્યું છે. જો ગજિયા ચુંબકને
(1) ગૂંચળાની અંદર ધકેલીએ, (2) ગૂંચળામાંથી બહાર કાઢીએ અને (3) ગૂંચળાની અંદર સ્થિર રાખીએ, તો (ગૅલ્વેનોમિટરમાં) શું થશે?
ઉત્તર : (1) ગૅલ્વેનોમિટર એક દિશામાં ક્ષણિક આવર્તન દર્શાવશે. એનો અર્થ, ગૂંચળા અને ચુંબક વચ્ચેની સાપેક્ષ ગતિના કારણે ગૂંચળામાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ એક દિશામાં ઉત્પન્ન થાય છે.
(2) ગૅલ્વેનોમિટર વિરુદ્ધ દિશામાં ક્ષણિક આવર્તન દર્શાવશે એનો અર્થ, ગૂંચળા અને ચુંબક વચ્ચેની સાપેક્ષ ગતિના કારણે ગૂંચળામાં પહેલાં કરતાં વિરુદ્ધ દિશામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે.
(3) ગૅલ્વેનોમિટર કોઈ આવર્તન દર્શાવશે નહીં. એનો અર્થ, ગૂંચળા અને ચુંબક વચ્ચે સાપેક્ષ ગતિ ન હોવાથી ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થશે નહીં.
[નોંધઃ ચુંબકની ગતિની ઝડપ જેમ વધારે તેમ ગૅલ્વેનોમિટરના દર્શકનું કોણાવર્તન વધુ.]
14. બે વર્તુળાકાર ગૂંચળા (કૉઇલ) A અને B એકબીજાથી નજીક યોગ્ય રીતે ગોઠવવામાં આવેલ છે. જો કૉઇલ Aમાંથી પસાર થતા (વિદ્યુત) પ્રવાહને બદલવામાં આવે, તો શું ગૂંચળા (કૉઇલ) Bમાં પ્રેરિતપ્રવાહ ઉદ્ભવશે? કારણ આપો.
ઉત્તર : હા, ગૂંચળા Bમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થશે.
કારણ : જ્યારે ગૂંચળા Aમાં વિદ્યુતપ્રવાહ બદલાશે ત્યારે તેની આસપાસનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર બદલાશે.
બંને વર્તુળાકાર કૉઇલ (બંનેના સમતલ એકબીજાને સમાંતર છે) એક્બીજાની ખૂબ નજીક હોવાથી ગૂંચળા B સાથે સંકળાયેલું ચુંબકીય ક્ષેત્ર પણ બદલાશે. તેથી ગૂંચળા Bમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થશે.
15. (1) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સુરેખ વાહકની આસપાસ ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા નક્કી કરવા માટેનો નિયમ લખો.
(2) ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ મૂકેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સુરેખ વાહક દ્વારા અનુભવાતા બળની દિશા નક્કી કરવા માટેનો નિયમ લખો.
(3) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ગૂંચળાને ભ્રમણ કરાવતાં તેમાં પ્રેરિત થતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા નક્કી કરવા માટેનો નિયમ લખો.
ઉત્તર : (1) જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ : નિયમ માટે જુઓ પ્રશ્નોત્તર વિભાગના પ્રશ્ન 11નો ઉત્તર.
(2) ફ્લેમિંગનો ડાબા હાથનો નિયમ : નિયમ માટે જુઓ પ્રશ્નોત્તર વિભાગના પ્રશ્ન 25નો ઉત્તર.
(3) ફ્લેમિંગનો જમણા હાથનો નિયમઃ નિયમ માટે જુઓ પ્રશ્નોત્તર વિભાગના પ્રશ્ન 43નો ઉત્તર.
16. નામનિર્દેશનવાળી આકૃતિ દોરી, વિદ્યુત જનરેટરની અંતર્ગત રહેલો સિદ્ધાંત અને તેનું કાર્ય સમજાવો. તેમાં બ્રશનું કાર્ય શું છે?
ઉત્તર : સિદ્ધાંત : જુઓ પ્રશ્નોત્તર વિભાગના પ્રશ્ન 46નો ઉત્તર.
→ નામનિર્દેશનવાળી આકૃતિ અને કાર્ય: જુઓ પ્રશ્નોત્તર વિભાગના પ્રશ્ન 47નો ઉત્તર.
→ વિદ્યુત જનરેટરમાં બ્રશનું કાર્ય : ABCD ગૂંચળામાં પ્રેરિત થતા વિદ્યુતપ્રવાહને બહારના પરિપથમાં મોકલવાનું કાર્ય બ્રશ કરે છે.
17. વિદ્યુત શૉર્ટસર્કિટ ક્યારે (કેવા સંજોગોમાં) થાય છે?
ઉત્તર : વિદ્યુતપુરવઠાની લાઇનમાંના લાઇવ વાયર અને ન્યૂટ્રલ વાય૨ બંને જ્યારે એકબીજા સાથે સીધા કે આડકતરી રીતે વાહક તાર મારફતે સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે વિદ્યુત શૉર્ટસર્કિટ થાય છે.
આ ત્યારે બને છે જ્યારે બંને વાયરોનું અવાહક આવરણ નુકસાન પામેલ હોય (કે નીકળી ગયેલ હોય) અથવા વિદ્યુતઉપકરણમાં કોઈ ક્ષતિ હોય.
હેતુલક્ષી પ્રશ્નોત્તર
પ્રશ્ન 1. નીચેના પ્રશ્નોના ઉત્તર એક શબ્દ/વાક્યમાં આપો :
(1) ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા નક્કી કરવા માટે વપરાતા સાધનનું નામ આપો.
(2) ગજિયા ચુંબકના કયા સ્થાને તેનું ચુંબકત્વ મહત્તમ હોય છે?
(3) ચુંબકીય ક્ષેત્ર એ અદિશ રાશિ છે કે સદિશ રાશિ?
(4) આકૃતિમાં દર્શાવેલ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર રિંગની અંદર ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા કઈ હશે?
(5) આકૃતિમાં દર્શાવ્યા અનુસાર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રહેલા વિદ્યુતપ્રવાહ- ધારિત તાર પર અધોદિશામાં ચુંબકીય બળ લાગે છે, તો ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા કઈ હશે ? વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તાર I (વિદ્યુતપ્રવાહ)
(6) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રહેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તાર પર બળ લાગે છે, તેવું સૌપ્રથમ કયા વૈજ્ઞાનિકે સૂચવ્યું?
(7) વાહકમાં મહત્તમ પ્રવાહ પ્રેરિત (ઉત્પન્ન) થાય તે માટે આપેલા ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં તેની ગતિની દિશા કઈ હોવી જોઈએ?
(8) જ્યારે ચુંબકને ગૂંચળા તરફ ઝડપથી ગતિ કરાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેમાં પ્રેરિતપ્રવાહ વધે કે ઘટે? શા માટે?
(9) કયા પ્રકારના પ્રવાહને વિદ્યુત-ઊર્જાના વધારે વ્યય વગર ખૂબ દૂરના અંતરે મોકલી શકાય?
(10) વિદ્યુતઉપકરણો માટે કયા પ્રકારનું જોડાણ કરેલું હોય છે?
(11) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર કોના જેવું હોય છે?
(12) જ્યા૨ે ચુંબક અને ગૂંચળું બંને એક સુરેખા પર સમાન વેગથી ગતિ કરતાં હોય ત્યારે ગૂંચળામાં કેટલો પ્રવાહ પ્રેરિત થશે?
(13) જમણા હાથના અંગૂઠાના નિયમનું બીજું નામ શું છે?
(14) જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં તા૨ ઉપર-નીચે ગતિ કરે ત્યારે તારમાં પ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે. આ ઘટના કયા નામથી ઓળખાય છે?
ઉત્તર :
( 1 ) ચુંબકીય સોય
( 2 ) તેના ચુંબકીય ધ્રુવો પાસે
( 3 ) સદિશ
( 4 ) પાનાના સમતલને લંબરૂપે અને પાનાના સમતલમાંથી બહાર આવતી દિશામાં
( 5 ) પાનાના સમતલને લંબરૂપે અને પાનાના સમતલમાંથી બહાર આવતી દિશામાં
( 6 ) ઍમ્પિયરે
( 7 ) ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબરૂપે
( 8 ) વધે છે, કારણ કે ગૂંચળા સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની સંખ્યાના ફેરફારનો દર વધે છે.
( 9 ) AC
(10) સમાંતર
(11) ગજિયા ચુંબક
(12) શૂન્ય
(13) મૅક્સવેલનો કૉર્ક સ્ક્રૂનો નિયમ
(14) વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ
પ્રશ્ન 2. ખાલી જગ્યા પૂરોઃ
(1) જે વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓ નજીક નજીક હોય તે વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર ……. હોય છે.
(2) વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસરની શોધ ……… નામના વૈજ્ઞાનિકે કરી.
(3) ……. ની મદદથી વિદ્યુતપ્રવાહની હાજરી જાણી શકાય છે.
(4) વિદ્યુત મોટર એ …….. -ઊર્જાનું ……… ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
(5) ફ્યૂઝ વાયરનો અવરોધ …….. અને ગલનબિંદુ ……… હોય છે.
(6) અર્થિંગ વાયરના આવરણનો રંગ ………. હોય છે.
(7) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર રિંગનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર તેના અંદરના વિસ્તારમાં ………. ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
(8) ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના નિયમમાં અંગૂઠો ………. ની દિશા સૂચવે છે.
(9) જે ઉપકરણની મદદથી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરી શકાય તેને ……… કહે છે.
(10) લૂપમાં ઉદ્ભવતું પ્રેરિત વિદ્યુતચાલક બળ એ ગૂંચળા સાથે સંકળાયેલ ………. ના ફેરફારના (સમય) દરના સમપ્રમાણમાં હોય છે.
(11) વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણની શોધ …….. એ કરી હતી.
(12) ભારતમાં ACની દિશા એક સેકન્ડમાં ……… વખત બદલાય છે.
(13) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખેલા વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તાર પર લાગતું ચુંબકીય બળ ચુંબકીય ક્ષેત્રને …….. દિશામાં હોય છે.
(14) અલગ કરેલા વાહક તારને લાંબા નળાકાર ગૂંચળા સ્વરૂપે વીંટાળેલ હોય, તો તેને …….. કહે છે.
(15) વિદ્યુત મોટરનું કાર્ય ……… ના નિયમ પર આધારિત છે.
(16) વિદ્યુત જનરેટરનું કાર્ય …….. ના નિયમ પર આધારિત છે.
(17) એક કૉઇલ / સોલેનૉઇડના એક છેડાને તેના આડછેદને લંબરૂપે જોતાં તેમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા વિષમઘડી દિશામાં માલૂમ પડે, તો કૉઇલ / સોલેનૉઇડનો તે છેડો ……… ધ્રુવ તરીકે વર્તે છે.
(18) એક કૉઇલ / સોલેનૉઇડના એક છેડાને તેના આડછેદને લંબરૂપે જોતાં તેમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા સમઘડી દિશામાં માલૂમ પડે, તો કૉઇલ / સોલેનૉઇડનો તે છેડો ……… ધ્રુવ તરીકે વર્તે છે.
(19) વિદ્યુત મોટરમાં સ્લિટ રિંગ …….. તરીકે વર્તે છે.
(20) ઇલેક્ટ્રિક મોટર અથવા જનરેટરમાં વપરાતા વધારે આંટાવાળા ગૂંચળાને …… કહે છે.
ઉત્તર :
( 1 ) પ્રબળ
( 2 ) ઑસ્ટેંડ
( 3 ) ગૅલ્વેનોમિટર
( 4 ) વિદ્યુત, યાંત્રિક
( 5 ) વધુ, નીચું
( 6 ) લીલો
( 7 ) તેની ત્રિજ્યા
( 8 ) ચુંબકીય બળ
( 9 ) વિદ્યુત જનરેટર
(10) ચુંબકીય ક્ષેત્ર- રેખાઓની સંખ્યા
(11) માઇકલ ફેરેડે
(12) 100
(13) લંબ
(14) સોલેનૉઇડ
(15) ફ્લેમિંગના ડાબા હાથ
(16) ફ્લેમિંગના હાથ
(17) ઉત્તર
(18) દક્ષિણ
(19) કમ્યુટેટર
(20) આર્મેચર જમણા
પ્રશ્ન 3. નીચેનાં વિધાનો ખરાં છે કે ખોટાં તે જણાવો :
(1) ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ બંધગાળાઓ રચે છે.
(2) ચુંબકનું ચુંબકત્વ તેના કેન્દ્ર પાસે મહત્તમ હોય છે.
(3) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક તારથી ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના નિયમથી જાણી શકાય છે.
(4) ચુંબકથી દૂર જતાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રબળ બને છે.
(5) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં દરેક બિંદુએ ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન હોય છે.
(6) વિદ્યુત જનરેટર એ વિદ્યુત-ઊર્જાનું યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરે છે.
(7) ભારતમાં AC પ્રવાહની આવૃત્તિ 50Hz છે.
(8) ઘરમાં બધાં વિદ્યુતઉપકરણો શ્રેણીમાં જોડેલાં હોય છે.
(9) ન્યૂટ્રલ વાયર પરનું અવાહક આવરણ (પડ) કાળા રંગનું હોય છે.
(10) વિદ્યુતપ્રવાહ અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર વચ્ચે સંબંધ (Link) છે.
(11) ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજીને છેદે છે.
(12) વર્તુળાકાર લૂપમાં પ્રેરિત પ્રવાહના મૂલ્યનો આધાર, ચુંબકની ગૂંચળા તરફની ગતિની ઝડપ પર છે.
(13) સમય સાથે DCની દિશા અચળ રહે છે.
(14) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં મિશ્રધાતુ એલ્વિકોનો સળિયો મૂકવાથી વિદ્યુતચુંબક બને છે.
(15) ઘણાં બધાં વિદ્યુત ઉપકરણોને એક જ સૉકિટમાં જોડીને એક જ સમયે ચાલુ કરતાં ઓવરલોડિંગ થાય છે.
(16) સ્થિત વિદ્યુતભાર, ચુંબકીય ક્ષેત્રથી ઘેરાયેલો હોય છે.
(17) લાઇવ તારને અડકવું સલામત છે.
ઉત્તર :
( 1 ) ખરું
( 2 ) ખોટું
( 3 ) ખોટું
( 4 ) ખોટું
( 5 ) ખરું
( 6 ) ખોટું
( 7 ) ખરું
( 8 ) ખોટું
( 9 ) ખરું
(10) ખરું
(11) ખોટું
(12) ખરું
(13) ખરું
(14) ખોટું
(15) ખરું
(16) ખોટું
(17) ખોટું
પ્રશ્ન 4. નીચેના દરેક પ્રશ્નના ઉત્તર માટે આપેલા વિકલ્પોમાંથી સાચો વિકલ્પ પસંદ કરો :
1. જિયા ચુંબકની બહારના વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની દિશા …
A. ચુંબકના N ધ્રુવથી S ધ્રુવ તરફ હોય છે.
B. ચુંબકના S ધ્રુવથી N ધ્રુવ તરફ હોય છે.
C. ચુંબકના બંને ધ્રુવોમાંથી બહાર નીકળતી દિશામાં હોય છે.
D. ચુંબકના બંને ધ્રુવોમાં અંદર દાખલ થતી દિશામાં હોય છે.
ઉત્તર : A. ચુંબકના N ધ્રુવથી S ધ્રુવ તરફ હોય છે.
2. નીચેનામાંથી કયું વિધાન ખોટું છે?
A. ગજિયા ચુંબકના બહારના વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની દિશા Nથી S તરફ હોય છે.
B. જે વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજાની નજીક હોય ત્યાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રબળ હોય છે.
C. ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ બંધગાળાઓ રચે છે.
D. ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજા પરથી પસાર થઈ શકે છે.
ઉત્તર : D. ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓ એકબીજા પરથી પસાર થઈ શકે છે.
3. ચુંબકીય ક્ષેત્રની હાજરી કયા સાધન વડે જાણી શકાય છે?
A. વૉલ્ટમિટર
B. એમિટર
C. ગૅલ્વેનોમિટર
D. ચુંબકીય સોય
ઉત્તર : D. ચુંબકીય સોય
4. વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસર સૌપ્રથમ કોણે શોધી?
A. ફેરેડે
B. ઑસ્ટેંડ
C. વૉલ્ટા
D. ઍમ્પિયર
ઉત્તર : B. ઑસ્ટેંડ
5. કયા નિયમની મદદથી ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા જાણી શકાય છે?
A. ફેરેડેનો નિયમ
B. ફ્લેમિંગનો જમણા હાથનો નિયમ
C. જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ
D. ફ્લેમિંગનો ડાબા હાથનો નિયમ
ઉત્તર : C. જમણા હાથના અંગૂઠાનો નિયમ
6. જમણા હાથના અંગૂઠાના નિયમ મુજબ અંગૂઠો શેની દિશા દર્શાવે છે?
A. વિદ્યુતપ્રવાહ
B. ચુંબકીય ક્ષેત્ર
C. ચુંબકીય બળ
D. વાહકની ગતિ
ઉત્તર : A. વિદ્યુતપ્રવાહ
7. સુરેખ વાહક તારમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરતાં ઉદ્ભવતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર …
A. પ્રવાહની દિશામાં હોય છે.
B. પ્રવાહની વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે.
C. તારની આજુબાજુ વર્તુળાકારે હોય છે.
D. તારને સમાંતર એવી દિશામાં હોય છે.
ઉત્તર : C. તારની આજુબાજુ વર્તુળાકારે હોય છે.
8. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વર્તુળાકાર રિંગના કેન્દ્રમાંથી પસાર થતી ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્ષેત્રરેખાઓનો આકાર કેવો હોય છે?
A. વર્તુળાકાર
B. સીધી રેખા
C. લંબગોળ
D. રિંગના કેન્દ્ર પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર શૂન્ય હોય છે.
ઉત્તર : B. સીધી રેખા
9. કોનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર એ ગજિયા ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્ર જેવું હોય છે?
A. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તાર
B. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત રિંગ
C. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડ
D. નાળ ચુંબક (Horseshoe magnet)
ઉત્તર : C. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડ
10. વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણની ઘટનાની શોધ કોણે કરી?
A. ફે૨ેડેએ
B. ઑસ્ટેડ
C. ઍમ્પિયરે
D. વૉલ્ટાએ
ઉત્તર : A. ફે૨ેડેએ
11. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તારને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકતાં તેના પર લાગતું ચુંબકીય બળ કઈ દિશામાં હોય છે?
A. ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશામાં
B. વિદ્યુતપ્રવાહની દિશામાં
C. ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંદિશામાં
D. ચુંબકીય ક્ષેત્રની વિરુદ્ધ દિશામાં
ઉત્તર : C. ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંદિશામાં
12. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તારને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં કેવી રીતે મૂકવામાં આવે કે જેથી તેના પર ચુંબકીય બળ લાગે નહીં?
A. ચુંબકીય ક્ષેત્રને સમાંતર
B. ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ
C. ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે 45°ના ખૂણે
D. ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે 120°ના ખૂણે
ઉત્તર : A. ચુંબકીય ક્ષેત્રને સમાંતર
13. નીચેના કયા કિસ્સા માટે લૂપમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ નહિ મળે?
A. લૂપને ચુંબક તરફની દિશામાં ગતિ કરાવવામાં આવે.
B. ચુંબકને લૂપ તરફની દિશામાં ગતિ કરાવવામાં આવે.
C. લૂપ અને ચુંબકને સમાન ઝડપથી પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં ગતિ કરાવવામાં આવે.
D. લૂપ અને ચુંબકને સમાન ઝડપથી એક જ દિશામાં ગતિ કરાવવામાં આવે.
ઉત્તર : D. લૂપ અને ચુંબકને સમાન ઝડપથી એક જ દિશામાં ગતિ કરાવવામાં આવે.
14. વિદ્યુત-ઊર્જાનું યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતર કરવા માટે કયું સાધન વપરાય છે?
A. વિદ્યુત જનરેટર
B. વિદ્યુત મોટર
C. વિદ્યુત ઇસ્ત્રી
D. વિદ્યુત ઓવન
ઉત્તર : B. વિદ્યુત મોટર
15. વિદ્યુત જનરેટર કયા સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે?
A. વિદ્યુત-ઊર્જાનું યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
B. વિદ્યુત-ઊર્જાનું ઉષ્મા-ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
C. યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
D. વિદ્યુત-ઊર્જાનું પ્રકાશ-ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
ઉત્તર : C. યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
16. બૅટરી દ્વારા મળતો વિદ્યુતપ્રવાહ કયા પ્રકારનો હોય છે?
A. DC
B. AC
C. AC અને DC બંને
D. બૅટરીના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે.
ઉત્તર : A. DC
17. વિદ્યુતપ્રવાહની હાજરી જાણવા કયું સાધન વપરાય છે?
A. ફ્યૂઝ
B. ગૅલ્વેનોમિટર
C. વૉલ્ટમિટર
D. ચુંબકીય સોય
ઉત્તર : B. ગૅલ્વેનોમિટર
18. ફ્યૂઝ એ ……… તાર હોય છે.
A. નીચા ગલનબિંદુવાળો વાહક
B. નીચા ગલનબિંદુવાળો અવાહક
C. નીચા ગલનબિંદુવાળો અર્ધવાહક
D. ઊંચા ગલનબિંદુવાળો વાહક
ઉત્તર : A. નીચા ગલનબિંદુવાળો વાહક
19. પરિપથમાં પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા જાણવા માટે ……. નિયમનો ઉપયોગ થાય છે.
A. ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના
B. ફ્લેમિંગના જમણા હાથના
C. જમણા હાથના અંગૂઠાના
D. ઍમ્પિયરના
ઉત્તર : B. ફ્લેમિંગના જમણા હાથના
20.50Hz આવૃત્તિવાળો AC વિદ્યુતપ્રવાહ એક સેકન્ડમાં કેટલી વખત દિશા બદલે છે?
A. 25
B. 50
C. 100
D. 200
ઉત્તર : C. 100
21. જિયા ચુંબકની અંદરના વિસ્તારમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની દિશા …
A. ચુંબકના N ધ્રુવથી S ધ્રુવ તરફ હોય છે.
B. ચુંબકના S ધ્રુવથી N ધ્રુવ તરફ હોય છે.
C. ચુંબકના બંને ધ્રુવોમાંથી બહાર નીકળતી દિશામાં હોય છે.
D. ચુંબકના બંને ધ્રુવોમાં અંદર દાખલ થતી દિશામાં હોય છે.
ઉત્તર : B. ચુંબકના S ધ્રુવથી N ધ્રુવ તરફ હોય છે.
22. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સુરેખ તાર દ્વારા ઉદ્ભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા કયાં પરિબળો પર આધાર રાખે છે?
A. વિદ્યુતપ્રવાહના મૂલ્ય
B. વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા
C. સુરેખ તારની લંબાઈ
D. સુરેખ તારના દ્રવ્ય
ઉત્તર : B. વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા
23. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડ માટે નીચેનું કયું વિધાન ખોટું છે?
A. સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં દરેક બિંદુએ ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન હોય છે.
B. સોલેનૉઇડની અંદર લોખંડની વસ્તુ મૂકતાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્રબળ બને છે.
C. સોલેનૉઇડની ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની ભાત ગજિયા ચુંબકની ક્ષેત્રરેખાઓની ભાત કરતાં અલગ છે.
D. સોલેનૉઇડમાં વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઉલટાવતાં સોલેનૉઇડના N અને S ધ્રુવના સ્થાન બદલાય છે.
ઉત્તર : C. સોલેનૉઇડની ચુંબકીય ક્ષેત્રરેખાઓની ભાત ગજિયા ચુંબકની ક્ષેત્રરેખાઓની ભાત કરતાં અલગ છે.
24. વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના અંદરના વિસ્તારમાં લોખંડનો ટુકડો દાખલ કરતાં, સોલેનૉઇડનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર …….
A. વધે છે
B. ઘટે છે
C. પહેલાં વધે છે અને પછી ઘટે છે
D. બદલાશે નહિ
ઉત્તર : A. વધે છે
25. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકેલા વાહક તાર પર લાગતું ચુંબકીય બળ …….. ના સમપ્રમાણમાં હોય છે.
A. વિદ્યુતપ્રવાહ
B. ચુંબકીય ક્ષેત્ર
C. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રહેલા તારની લંબાઈ
D. આપેલ તમામ
ઉત્તર : D. આપેલ તમામ
26. ગજિયા ચુંબકને (વર્તુળાકાર) ગૂંચળાની નજીક ઝડપથી લાવતાં શું થાય છે?
A. ગૂંચળાનો અવરોધ વધે છે.
B. ગૂંચળા સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઘટે છે.
C. ગૂંચળા સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર વધે છે.
D. ગૂંચળું ચુંબક તરફ ગતિ કરવા લાગે છે.
ઉત્તર : C. ગૂંચળા સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર વધે છે.
27. નીચેના કયા કિસ્સા માટે લૂપમાં મહત્તમ વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રેરિત થશે?
A. લૂપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઝડપથી બદલાય.
B. લૂપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ધીમે ધીમે બદલાય.
C. લૂપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર અચળ રહે.
D. લૂપને વિદ્યુતક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે.
ઉત્તર : A. લૂપ સાથે સંકળાયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઝડપથી બદલાય.
28. 220V DC વૉલ્ટેજની આવૃત્તિ કેટલી હોય?
A. 50Hz
B. 60 Hz
C. 220Hz
D. શૂન્ય
ઉત્તર : D. શૂન્ય
29. વિદ્યુતબોર્ડમાંથી આવતા ન્યૂટ્રલ વાયર પરનું અવાહક આવરણ કયા રંગનું હોય છે?
A. લાલ
B. કાળા
C. લીલા
D. સફેદ
ઉત્તર : B. કાળા
30. વિદ્યુતબોર્ડના મેઇન્સમાંથી આવતા લાલ રંગના અવાહક આવરણવાળા વાયરને શું કહે છે?
A. અર્થિંગ વાયર
B. ન્યૂટ્રલ વાયર
C. લાઇવ (Live) વાયર
D. ફ્યૂઝ વાયર
ઉત્તર : C. લાઇવ (Live) વાયર
31. વિદ્યુતપ્રવાહની કઈ અસ૨ ઉપ૨ ફ્યૂઝ કામ (કાર્ય) કરે છે?
A. વિદ્યુતપ્રવાહની ચુંબકીય અસર
B. વિદ્યુતપ્રવાહની રાસાયણિક અસર
C. વિદ્યુતપ્રવાહની તાપીય અસર
D. વિદ્યુતપ્રવાહની વિદ્યુત અસર
ઉત્તર : C. વિદ્યુતપ્રવાહની તાપીય અસર
32. પરિપથમાં શૉર્ટસર્કિટ થાય ત્યારે વિદ્યુતપ્રવાહ …….
A. એકદમ ઘટે છે
B. એકદમ વધે છે
C. તરત જ શૂન્ય થાય છે
D. બદલાતો નથી
ઉત્તર : B. એકદમ વધે છે
33. વિદ્યુતચુંબક બનાવવા માટે કઈ ધાતુના ટુકડા પર વાહક તારનું ગૂંચળું વીંટવામાં આવે છે?
A. તાંબું
B. નરમ લોખંડ
C. ઍલ્યુમિનિયમ
D. નિક્રોમ
ઉત્તર : B. નરમ લોખંડ
34. વિદ્યુત જનરેટરમાં ઉદ્ભવતા વૉલ્ટેજનું મૂલ્ય બમણું કરવા માટે …
A. ગૂંચળાના ભ્રમણની ઝડપ અડધી કરવી જોઈએ.
B. ગૂંચળાના આંટાની સંખ્યા બમણી કરવી જોઈએ.
C. ગૂંચળાના આડછેદનું ક્ષેત્રફળ અડધું કરવું જોઈએ.
D. આપેલ પૈકી એક પણ નહિ.
ઉત્તર : B. ગૂંચળાના આંટાની સંખ્યા બમણી કરવી જોઈએ.
પ્રશ્ન 5. નીચેના પ્રશ્નોના માગ્યા પ્રમાણે ઉત્તર આપો (પ્રકીર્ણ) :
(1) ફ્લેમિંગના જમણા હાથના નિયમમાં અંગૂઠો અને તર્જની આંગળીની દિશા જે ભૌતિક રાશિઓ દર્શાવે છે. તેનાં નામ આપો.
ઉત્તર : અંગૂઠો એ વાહકની ગતિની દિશા દર્શાવે છે અને તર્જની આંગળી એ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા દર્શાવે છે.
(2) જ્યારે સુરેખ વાહકમાંથી વહેતો વિદ્યુતપ્રવાહ વધતો હોય ત્યારે તેની પાસેના કોઈ બિંદુએ ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા પર થતી અસર જણાવો.
ઉત્તર : ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા વધે છે.
(3) જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સુરેખ વાહક મહત્તમ બળ અનુભવે ત્યારે સુરેખ વાહક અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર વચ્ચેનો ખૂણો જણાવો.
ઉત્તર : 90°
(4) ચુંબકીય ક્ષેત્રોના બે સ્રોત જણાવો.
ઉત્તર : ચુંબક, અવકાશમાં ગતિ કરતા વિદ્યુતભાર, વાહકમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ.
(5) તમારી પાસે બે તાર છે. તેમાંના એકમાં વિદ્યુતપ્રવાહ વહે છે, તો તમે કેવી રીતે શોધી શકો કે કયા તા૨માં પ્રવાહ વહે છે?
ઉત્તર : વારાફરતી બંને તારની નજીક ચુંબકીય સોય લાવો. વિદ્યુતપ્રવાહનું વહન કરતાં તારથી સોયનું આવર્તન થશે, જ્યારે પ્રવાહનું વહન ન કરતાં તારથી સોયનું આવર્તન થશે નહિ.
(6) નિયમિત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહક (સળિયો) જ્યારે મૂકીએ ત્યારે તે બળ અનુભવે છે. તે દર્શાવતા પ્રયોગમાં જો પરિપથમાં બૅટરીના ધ્રુવોનું જોડાણ અદલાબદલી કરવામાં આવે તો શું થશે?
ઉત્તર : જેમ પ્રવાહની દિશા ઊલટાવીએ તેમ વાહક(સળિયા)નું કોણાવર્તન વિરુદ્ધ દિશામાં થાય છે.
(7) એક વિદ્યુતપ્રવાહધારિત તારની નજીક એક કંપાસ (ચુંબકીય સોય) મૂકેલી છે. જ્યારે તારમાં પ્રવાહ વધારવામાં આવે ત્યારે તમારું અવલોકન જણાવો. કારણ આપો.
ઉત્તર : કંપાસ(ચુંબકીય સોય)નું કોણાવર્તન વધશે.
કારણ : વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સુરેખ તારના લીધે તેની નજીકમાં ઉત્પન્ન થતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા, તારમાંથી વહેતા પ્રવાહના સમપ્રમાણમાં હોય છે. (B ∝ I)
(8) એકદિશ પ્રવાહ(DC)ના બે સ્રોતનાં નામ લખો.
ઉત્તર : વિદ્યુત સેલ અને DC જનરેટર
(9) ઓવરલોડિંગ અથવા શૉર્ટસર્કિટથી વિદ્યુતઉપકરણો અને ઘરેલુ પરિપથમાં થતું નુકસાન અટકાવવા માટે વપરાતા સાધનનું નામ લખો.
ઉત્તર : વિદ્યુત ફ્યૂઝ
(10) આપણા દેશમાં પાવર સપ્લાયમાં લાઇવ વાયર અને ન્યૂટ્રલ વાયર વચ્ચેના વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવતનું મૂલ્ય જણાવો.
ઉત્તર : 220 V
(11) વિદ્યુત હીટર અને ફ્યૂઝમાં વપરાતા તારના દ્રવ્ય વચ્ચેનો એક તફાવત લખો.
ઉત્તર : વિદ્યુત હીટરમાં વપરાતા તારના દ્રવ્યનું ગલનબિંદુ ઊંચું અને ફ્યૂઝ તરીકે વપરાતા તારના દ્રવ્યનું ગલનબિંદુ નીચું હોય છે.
(12) ઘરેલુ વિદ્યુતપરિપથના વાયરિંગમાં આપણે કયા વાયર સાથે ફ્યૂઝ જોડવો જોઈએ?
ઉત્તર : લાઇવ (Live) વાયર
(13) વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા વધારવા માટેની બે રીતો જણાવો.
ઉત્તર : વિદ્યુતપ્રવાહધારિત સોલેનૉઇડના ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા વધારવા માટેની રીતો :
(i) સોલેનૉઇડના આંટાની સંખ્યા વધારીને.
(ii) સોલેનૉઇડમાં વહેતા પ્રવાહને વધારીને.
(14) ઘરેલુ પરિપથમાં વિદ્યુત મીટર મૂકવાનો આશય જણાવો.
ઉત્તર : ઘરેલુ રિપથમાં વપરાયેલ વિદ્યુત-ઊર્જાને kWh એકમમાં (વિદ્યુત-ઊર્જાનો વાણિજ્યિક એકમમાં) નોંધવા માટે વિદ્યુત મીટરનો ઉપયોગ થાય છે.
(15) વિદ્યુતચુંબકના કોઈ પણ બે ઉપયોગો લખો.
ઉત્તર : (1) વિદ્યુત બેલમાં, (2) ધાતુના ભંગારમાંથી ચુંબકીય ગુણધર્મ ધરાવતા પદાર્થો જેવા કે લોખંડ અને બીજા પદાર્થોને અલગ કરવામાં, (3) દવાખાનામાં ડૉક્ટરો દર્દીની આંખમાંથી લોખંડ અથવા સ્ટીલના નાના કણોને બહાર કાઢવાના ઉપયોગમાં
(16) ઘરેલુ પરિપથમાં વિદ્યુતપ્રવાહ, ઘડિયાળને ચલાવવા માટે વપરાતા પ્રવાહથી કઈ રીતે જુદો પડે છે?
ઉત્તર : ઘરેલુ પરિપથમાં પ્રવાહ AC (ઊલટસૂલટ) હોય છે, જ્યારે ઘડિયાળને ચલાવવા માટે DC પ્રવાહનો ઉપયોગ થાય છે.
(17) જો વિદ્યુત મોટરના ગૂંચળામાં વહેતા પ્રવાહની દિશા ઊલટાઈ જાય, તો ગૂંચળાના પરિભ્રમણની દિશામાં કેવો ફેરફાર થશે તે જણાવો.
ઉત્તર : ગૂંચળાના પરિભ્રમણની દિશા ઊલટાઈ જશે.
(18) મૅક્સવેલના કૉર્ક સ્ક્રૂના નિયમનો ઉપયોગ જણાવો.
ઉત્તર : સુરેખ વિદ્યુતપ્રવાહધારિત વાહકની આસપાસ ઉદ્ભવતાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા નક્કી કરવા માટે મૅક્સવેલના કૉર્ક સ્ક્રૂના નિયમનો ઉપયોગ થાય છે.
(19) કયા પ્રકારના ડાઇનેમો (કોઈ પાવરને વિદ્યુતપાવરમાં રૂપાંતર કરનાર મશીન અથવા વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન કરનાર મશીન) (i) સાઇકલ અને (ii) ઉદ્યોગોમાં વપરાય છે?
ઉત્તર : (i) સાઇકલમાં DC ડાઇનેમોનો ઉપયોગ થાય છે, જ્યારે (ii) ઉદ્યોગોમાં AC ડાઇનેમોનો ઉપયોગ થાય છે.
(20) ઘરેલુ પરિપથમાં શ્રેણી-જોડાણનો ઉપયોગ શાથી થતો નથી, તેનું એક કારણ આપો.
ઉત્તર : જો શ્રેણી-જોડાણમાં કોઈ એક સાધન કાર્ય કરતું ન હોય તો પરિપથ અપૂર્ણ બને છે, પરિણામે ઘરેલુ પરિપથના બીજાં સાધનો કાર્ય કરતાં બંધ થઈ જશે.
(21) વિદ્યુતનાં બે ગંભીર જોખમો જણાવો.
ઉત્તર : (i) જો કોઈ વ્યક્તિ અકસ્માતે લાઇવ વાયરને અડકે, તો તેને સખત શૉક લાગે છે, જે પ્રાણઘાતક સાબિત થાય.
(ii) શૉર્ટસર્કિટ અથવા ઓવરલોડિંગના કારણે સ્પાર્ક થાય જેનાથી મકાનમાં આગ લાગી શકે.
(22) દરિયાઈ સફરમાં ઉપયોગી સાધનનું નામ આપો.
ઉત્તર : ચુંબકીય કંપાસ સોય (હોકાયંત્ર)
(23) શૉર્ટસર્કિટના સમયે પરિપથના અવરોધ પર શી અસર થાય છે?
ઉત્તર : શૉર્ટસર્કિટના સમયે પરિપથનો અવરોધ ઘણો ઓછો (લગભગ શૂન્ય) થઈ જાય છે.
(24) કમ્યુટેટર (Commutator) શું છે?
ઉત્તર : જે સાધન વિદ્યુત મોટરના પરિપથમાંથી વહેતા વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઊલટાવે છે, તેને કમ્યુટેટર કહે છે.
(25) ગૅલ્વેનોમિટર શું છે?
ઉત્તર : પરિપથમાં વિદ્યુતપ્રવાહની હાજરી નક્કી કરવા વપરાતું સાધન એ ગૅલ્વેનોમિટર છે.
(26) સામાન્ય રીતે સૌથી વધુ વપરાતા બે ઘરેલુ પરિપથો ક્યા છે?
ઉત્તર : (1) નીચા પાવર દરવાળાં સાધનો માટે 5 A નો પરિપથ અને (2) ઊંચા પાવર દરવાળાં સાધનો માટે 15Aનો પરિપથ.
(27) અર્થિંગનો અર્થ તમે શું કરો છો?
ઉત્તર : અર્થિંગ એટલે વિદ્યુતઉપકરણની ધાતુની કેસનુ ધાતુના તારથી પૃથ્વી સાથે (શૂન્ય વિદ્યુતસ્થિતિમાને) જોડાણ ક૨વું. આ તારને અર્થિંગ વાયર કહે છે.
મૂલ્યો આધારિત પ્રશ્નોત્તર (Value Based Questions with Answers)
- નીચે આપેલ દરેક ફકરો વાંચો અને તેની નીચે આપેલા પ્રશ્નોના ઉત્તર આપો :
1. શાલિની અને તેનો ભાઈ અમેય ON (ચાલુ) અર્થાત્ કામ કરતા પાણીના પંપને જુએ છે. શાલિનીએ તપાસ કરી કે વિદ્યુત મોટર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે. અમેય વિદ્યુત મોટરના જુદા જુદા ભાગો દા. ત., ક્ષેત્રચુંબકો, કાર્બન બ્રશો, આર્મેચર, બૅટરી, વિદ્યુતકળ, જોડાણ તાર, સ્પ્લિટ રિંગો વગેરે એકઠાં કરે છે અને શાલિનીને બતાવે છે. પછી અમેય, આર્મેચર કેવી રીતે ભ્રમણ કરે છે તે સમજાવે છે.
(1) વિદ્યુત મોટર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે. તેનો સિદ્ધાંત જણાવો.
(2) પાણીના પંપને ચાલુ રાખવા શું વિદ્યુત મોટરની જરૂર પડે?
(3) અમેયની પ્રવૃત્તિથી તમે કયાં મૂલ્યો શીખ્યાં?
ઉત્તર :
( 1 ) જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વિદ્યુતપ્રવાહધારિત ગૂંચળાને મૂકવામાં આવે ત્યારે તે બળ અનુભવે છે. ફ્લેમિંગના ડાબા હાથના નિયમથી આ બળની દિશા શોધી શકાય છે.
(2) હા, પાણીના પંપને ચાલુ રાખવા વિદ્યુત મોટરની જરૂર પડે છે.
(3) અમેયની આ પ્રવૃત્તિથી તેની પ્રાયોગિક નિદર્શનને લગતી અભિરુચિ અને શીખવા માટેનો ઉત્સાહ જોવા મળે છે.
2. જયનો મિત્ર દેવ ચુંબક સાથે રમતો હતો. જયે તેને કહ્યું કે ચુંબક સાથે કાળજીપૂર્વક ૨મવું જોઈએ, તેમ છતાં દેવે બેકાળજીપૂર્વક રમવાનું ચાલુ રાખ્યું અને ચુંબકને TVના પડદાની નજીક લઈ ગયો. TV ને નુકસાન થયું અને ચુંબકત્વના કારણે TV ના પડદા પરના તે વિસ્તાર પર, કાળા ધબ્બા દેખાયા. જયે પોતાના બધા મિત્રોને આ અંગેની જાણકારી આપી કે, ભવિષ્યમાં આવી બાબતોથી સાવધાની રાખવી.
(1) જ્યારે ચુંબકને TVના પડદાની નજીક લઈ જવામાં આવે છે ત્યારે TV ના પડદા પર કાળા ધબ્બા દેખાવાનું કારણ જણાવો.
(2) વિદ્યુતચુંબકીય અસર પર કાર્ય કરતાં બે ઘરેલુ સાધનોનાં નામ આપો.
(3) જય પાસેથી તમે કયાં મૂલ્યો શીખ્યાં?
ઉત્તર :
(1) TV સેટમાં વિદ્યુતચુંબક સ્થાપિત થયેલું હોય છે. જ્યારે ચુંબકને TV ના પડદાની નજીક લઈ જવામાં આવે છે ત્યારે બે ચુંબકીય ક્ષેત્રો એકબીજા સાથેની દખલગીરીથી TV ના કાર્યને નુકશાન પહોંચાડે છે.
(2) મોબાઇલ ફોન અને CD પ્લેયરોમાં વિદ્યુતચુંબકીય અસર થાય છે.
(3) જય પાસેથી સહાયશીલતા, માયાળુપણું અને બીજાની સંભાળ રાખવી જેવાં મૂલ્યો શીખવા મળે છે.
3. અમિતના ઘરે ધર્મેન્દ્ર વેલ્ડર તરીકે કામ કરે છે અને તે ખુલ્લી આંખે વિદ્યુત વેલ્ડિંગ કરીને, વેલ્ડિંગના જોડાણને લીસા કરવા ગ્રાઇન્ડરનો ઉપયોગ કરે છે. અકસ્માતે કોઈ કણ તેની આંખમાં પડે છે. તેથી દુ:ખાવો થવાથી તે બૂમો પાડે છે અને રડે છે. ટૅક્સી દ્વારા અમિત ધર્મેન્દ્રને આંખની હૉસ્પિટલમાં લઈ ગયો. તેની આંખમાંથી કણને દૂર કરવા ડૉક્ટરે જોડાણ કરેલા બે વિદ્યુત તારોના બનેલા સાધનનો ઉપયોગ કર્યો. ધર્મેન્દ્રએ તપાસ કરી કે તેની આંખ સાથે શું થયું હતું અને તેની આંખમાંથી કણ કાઢવા માટે ડૉક્ટરે ક્યા સાધનનો ઉપયોગ કર્યો હતો. અમિત ધોરણ 10ના વિજ્ઞાન પ્રવાહનો વિદ્યાર્થી હોવાથી ધર્મેન્દ્રને સમજાવ્યું અને તેનો વેલ્ડિંગનો ધંધો જવાબદારીવાળો અને જોખમકારક હોવાથી ભવિષ્યમાં તેને સાવચેતી રાખવાની સલાહ આપી.
(1) વેલ્ડિંગ કરતી વખતે ધર્મેન્દ્રની આંખમાં કર્યો કણ પડ્યો? ધર્મેન્દ્રએ વિદ્યુત વેલ્ડિંગ અને ગ્રાઇન્ડિંગનું કામ કરતી વખતે કઈ સાવચેતી રાખવી જોઈએ?
(2) ડૉક્ટરે આંખમાંથી કણને દૂર કરવા કયા સાધનનો ઉપયોગ કર્યો?
(3) આ પ્રસંગ દરમિયાન તમે અમિત પાસેથી કયાં મૂલ્યો શીખ્યાં?
ઉત્તર :
(1) ધર્મેન્દ્ર જ્યારે વેલ્ડિંગ કરતો હતો ત્યારે તેની આંખમાં લોખંડનો નાનો કણ પડ્યો હશે.
ધર્મેન્દ્રએ વિદ્યુત વેલ્ડિંગ અને ગ્રાઇન્ડિંગના કામ કરતી વખતે આંખના રક્ષણ માટે કોઈ સાધન જેમ કે, વેલ્ડિંગ ગોગલ્સ અથવા હાથમાં પકડવાના રક્ષણાત્મક (ઢાલ જેવાં) સાધનોનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ.
(2) લોખંડના નાના કણને દૂર કરવા ડૉક્ટરે વિદ્યુતચુંબકનો ઉપયોગ કર્યો.
(૩) અમિત પાસેથી આપણને નીચેનાં મૂલ્યો શીખવા મળે છેઃ
(a) બીજાને મદદ કરવાની સંકલ્પશક્તિ અને ભાવના
(b) ગંભીર સ્થિતિમાં શાંતિથી સાંભળવાની ક્ષમતા.
4. ભરત પાસે વિદ્યુત ઇસ્ત્રી છે. તેણે તે ઇસ્ત્રીને બે પિનોવાળા પ્લગ સાથે જોડી. દેખીતી રીતે લીલા આવરણવાળો તાર જોડાણ વગરનો રહી ગયો.
થોડા દિવસો પછી એક વખત કપડાઓને ઇસ્ત્રી કરતી વખતે તેની બહેનને ભયંકર વિદ્યુત-શૉક લાગ્યો. ભરતે ઇલેક્ટ્રિશિયનને બોલાવ્યો. ઇલેક્ટ્રિશિયને કહ્યું કે, જો તેણીએ થ્રી પિન પ્લગ વાપરીને લીલા આવરણવાળા તારને જોડ્યો હોત, તો આ સ્થિતિ નિવારી શકાઈ હોત. ભરતને પાઠ શીખવા મળ્યો.
(1) લીલા આવરણવાળા તારનો ઉપયોગ કરવાથી કયા ટર્મિનલનું જોડાણ થાય છે?
(2) આવી ભૂલો ટાળવા ભરતે કઈ કાળજી રાખવી જોઈતી હતી?
(3) જો તમે ઇલેક્ટ્રિશિયન હોત, તો માત્ર ભરતને સમજાવવા સિવાય તમે બીજું શું કર્યું હોત?
ઉત્તર :
(1) લીલા આવરણવાળા તારનો ઉપયોગ કરવાથી અર્થિંગના ટર્મિનલનું જોડાણ થાય છે.
(2) ભરતે સલામતીના ઉપાયો માટે અને તેને પ્રેક્ટિસમાં મૂકવા માટે વધુ કાળજી રાખવી જોઈએ.
(3) ઇલેક્ટ્રિશિયન તરીકે હું તેના ઘરનાં બીજાં બધાં ઉપકરણોને યોગ્ય અર્થિંગ માટે ચકાસું અને ઘરેલુ પરિપથોમાં ઓવરલોડિંગ છે કે કેમ તે પણ ચકાસું.
5. અતુલે એક નાનું ઘર બાંધ્યું. તેણે તેમાં વાયર્નિંગ માટે સારા અવાહક આવરણવાળા તાંબાના તાર અને સારી ગુણવત્તાવાળી સ્વિચો, સૉકિટ અને પ્લગનો ઉપયોગ કર્યો. તેમ છતાં તેની પાસે નબળી ગુણવત્તાવાળું એક રૂમ હીટર હતું. શિયાળાની એક રાત્રે તે બંધ ઓરડામાં હીટર ચાલુ રાખીને કુટુંબ સાથે સૂતો હતો ત્યારે ઊંઘમાં તેને ગૂંગળામણ થવાથી જાગી ગયો અને જોયું, તો હીટરમાં આગની જ્વાળાઓ દેખાઈ. તેના પુત્ર રાઘવે એકદમ ઊભા થઈને મુખ્ય સ્વિચ (Main switch) બંધ કરી દીધી. તેણે ફાય૨-બ્રિગેડ(અગ્નિશામક ટીમ)ને બોલાવી. ફાયર-બ્રિગેડે પહોંચીને આગ ઓલવી નાખી. અતુલ અને તેના કુટુંબે આગ ઓલવનાર ફાયરમૅનનો આભાર માન્યો.
(1) અતુલના હીટરમાં આગ કેમ લાગી?
(2) અતુલના ઘરમાં વિદ્યુત વાયરિંગમાં જે સલામત સાધન ખૂટતું હતું તેનું નામ લખો.
(3) આ પ્રસંગમાં રાઘવ પાસેથી તમે કયાં મૂલ્યો શીખ્યાં?
ઉત્તર :
(1) નબળી ગુણવત્તા અને ખામીવાળા હીટરના લીધે શૉર્ટસર્કિટ થવાના કારણે આગ લાગી.
(2) વિદ્યુત ફ્યૂઝ એ સલામત સાધન છે, જે અતુલના ઘરના વાયરિંગમાં ખૂટતું હતું.
(3) આ પ્રસંગ પરથી અમે રાઘવ પાસેથી
(a) સજાગતા (સાવધાની)
(b) સમયસૂચકતા જેવાં મૂલ્યો શીખ્યાં.
हमसे जुड़ें, हमें फॉलो करे ..
- Telegram ग्रुप ज्वाइन करे – Click Here
- Facebook पर फॉलो करे – Click Here
- Facebook ग्रुप ज्वाइन करे – Click Here
- Google News ज्वाइन करे – Click Here