ایک مختصر اور قابل رسائی شکل میں برقی حرکیات کے اہم ترین قوانین

جدید دنیا میں برقی حرکیات کی اہمیت بنیادی طور پر ان وسیع تکنیکی امکانات سے وابستہ ہے جو یہ طویل فاصلے کے تاروں پر برقی توانائی کی ترسیل، تقسیم کے طریقوں اور بجلی کی دوسری شکلوں میں تبدیل کرنے کے لیے کھلتی ہے۔ مکینیکل، تھرمل، روشنی، وغیرہ

پاور پلانٹس میں پیدا ہونے والی، برقی توانائی میلوں کے فاصلے پر بجلی کی لائنوں پر بھیجی جاتی ہے — گھروں اور صنعتی سہولیات کو، جہاں برقی مقناطیسی قوتیں مختلف آلات، گھریلو آلات، روشنی، حرارتی آلات اور مزید کی موٹروں کو چلاتی ہیں۔ ایک لفظ میں، جدید معیشت کا تصور کرنا ناممکن ہے اور دیوار پر آؤٹ لیٹ کے بغیر ایک بھی کمرہ نہیں۔

یہ سب کچھ صرف الیکٹرو ڈائنامکس کے قوانین کے علم کی بدولت ہی ممکن ہوا، جو نظریہ کو بجلی کے عملی استعمال سے جوڑنے کی اجازت دیتا ہے۔ اس مضمون میں، ہم ان میں سے چار سب سے زیادہ عملی قوانین پر گہری نظر ڈالیں گے۔

برقی مقناطیسی انڈکشن کا قانون

برقی مقناطیسی انڈکشن کا قانون پاور پلانٹس میں نصب تمام برقی جنریٹرز کے آپریشن کی بنیاد ہے، اور نہ صرف۔ لیکن یہ سب ایک بمشکل قابل دید کرنٹ کے ساتھ شروع ہوا، جسے 1831 میں مائیکل فیراڈے نے ایک کنڈلی کے نسبت برقی مقناطیس کی حرکت کے تجربے میں دریافت کیا۔

جب فیراڈے سے اس کی دریافت کے امکانات کے بارے میں پوچھا گیا تو اس نے اپنے تجربے کے نتیجے کا موازنہ ایک ایسے بچے کی پیدائش سے کیا جو ابھی بڑا ہونا باقی ہے۔ جلد ہی یہ نومولود ایک حقیقی ہیرو بن گیا جس نے پوری مہذب دنیا کا چہرہ بدل دیا۔ برقی مقناطیسی انڈکشن کے قانون کا عملی اطلاق

جرمنی میں ایک تاریخی ہائیڈرو الیکٹرک پلانٹ میں جنریٹر

جدید پاور پلانٹ جنریٹر یہ صرف مقناطیس کے ساتھ ایک کنڈلی نہیں ہے۔ یہ ایک بہت بڑا ڈھانچہ ہے جس میں سٹیل کے ڈھانچے، تانبے کے کئی کنڈلیوں، ٹن لوہے، موصلیت کا سامان، اور ساتھ ہی ایک ملی میٹر کے حصوں تک درستگی کے ساتھ تیار کیے گئے چھوٹے حصوں کی ایک بڑی تعداد ہے۔

فطرت میں، بلاشبہ، اس طرح کا پیچیدہ آلہ نہیں مل سکتا، لیکن تجربے میں قدرت نے انسان کو دکھایا کہ اس آلے کو دستیاب بیرونی قوت کے زیر اثر میکانکی حرکات کے ذریعے بجلی پیدا کرنے کے لیے کس طرح کام کرنا چاہیے۔

کی بدولت پاور پلانٹ میں پیدا ہونے والی بجلی کو تبدیل، تقسیم اور دوبارہ تبدیل کیا جاتا ہے۔ پاور ٹرانسفارمرز، جس کا کام بھی برقی مقناطیسی انڈکشن کے رجحان پر مبنی ہے، صرف ایک ٹرانسفارمر، جنریٹر کے برعکس، اپنے ڈیزائن میں مسلسل حرکت کرنے والے پرزے شامل نہیں کرتا، اس کے بجائے اس میں کنڈلی کے ساتھ مقناطیسی سرکٹ ہوتا ہے۔

ایک AC وائنڈنگ (پرائمری وائنڈنگ) مقناطیسی سرکٹ پر کام کرتی ہے، مقناطیسی سرکٹ سیکنڈری وائنڈنگز (ٹرانسفارمر کی سیکنڈری وائنڈنگز) پر کام کرتا ہے۔ ٹرانسفارمر کی سیکنڈری ونڈنگ سے بجلی اب صارفین میں تقسیم کی جاتی ہے۔ یہ سب کام برقی مقناطیسی انڈکشن کے رجحان اور برقی حرکیات کے متعلقہ قانون کے علم کی بدولت کرتا ہے، جس کا نام فیراڈے ہے۔

الیکٹرومیگنیٹک انڈکشن کے قانون کا فزیکل مفہوم ایک ایڈی برقی فیلڈ کا ظاہر ہونا ہے جب وقت کے ساتھ مقناطیسی فیلڈ میں تبدیلی آتی ہے، جو بالکل کام کرنے والے ٹرانسفارمر میں ہوتا ہے۔

عملی طور پر، جب کنڈکٹر کی طرف سے جکڑے ہوئے سطح میں گھسنے والا مقناطیسی بہاؤ تبدیل ہوتا ہے، تو موصل میں ایک EMF شامل کیا جاتا ہے، جس کی قیمت مقناطیسی بہاؤ (F) کی تبدیلی کی شرح کے برابر ہوتی ہے، جبکہ حوصلہ افزائی EMF کی علامت یہ تبدیلی F کی شرح کے برعکس ہے۔ اس تعلق کو "بہاؤ کا اصول" بھی کہا جاتا ہے:

لوپ میں داخل ہونے والے مقناطیسی بہاؤ کو براہ راست تبدیل کرنے کے علاوہ، اس میں EMF حاصل کرنے کا ایک اور طریقہ ممکن ہے، - Lorentz فورس کا استعمال کرتے ہوئے.

لورینٹز فورس کی شدت، جیسا کہ آپ جانتے ہیں، مقناطیسی میدان میں چارج کی حرکت کی رفتار، مقناطیسی میدان کے انڈکشن کی شدت اور اس زاویہ پر منحصر ہے جس پر دیا گیا چارج انڈکشن ویکٹر کے مقابلے میں حرکت کرتا ہے۔ مقناطیسی میدان:

مثبت چارج کے لیے لورینٹز فورس کی سمت کا تعین "بائیں ہاتھ" کے اصول سے ہوتا ہے: اگر آپ اپنے بائیں ہاتھ کو اس طرح رکھتے ہیں کہ مقناطیسی انڈکشن کا ویکٹر ہتھیلی میں داخل ہو، اور چار پھیلی ہوئی انگلیاں اس کی حرکت کی سمت میں رکھی جائیں۔ مثبت چارج، پھر 90 ڈگری پر جھکا انگوٹھا لورینٹز فورس کی سمت کی نشاندہی کرے گا۔

اس طرح کے معاملے کی سب سے آسان مثال تصویر میں دکھائی گئی ہے۔ یہاں، لورینٹز قوت مقناطیسی میدان میں حرکت کرنے والے کنڈکٹر کے اوپری سرے (کہیں، تانبے کے تار کا ایک ٹکڑا) کو مثبت طور پر چارج کرنے کا سبب بنتی ہے اور اس کے نچلے سرے کو منفی طور پر چارج کیا جاتا ہے، کیونکہ الیکٹرانوں پر منفی چارج ہوتا ہے اور وہی یہاں حرکت کرتے ہیں۔ .

الیکٹران اس وقت تک نیچے چلے جائیں گے جب تک کہ ان کے درمیان کولمب کی کشش اور تار کے مخالف جانب مثبت چارج لورینٹز فورس کو متوازن نہ کر دے۔

یہ عمل کنڈکٹر میں انڈکشن کے EMF کی ظاہری شکل کا سبب بنتا ہے اور جیسا کہ یہ نکلا، برقی مقناطیسی انڈکشن کے قانون سے براہ راست تعلق رکھتا ہے۔ درحقیقت، تار میں الیکٹرک فیلڈ کی طاقت E کو مندرجہ ذیل طور پر پایا جا سکتا ہے (فرض کریں کہ تار صحیح زاویوں سے ویکٹر B کی طرف بڑھتا ہے):

لہذا، شامل کرنے کے EMF کو مندرجہ ذیل طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے:

واضح رہے کہ دی گئی مثال میں مقناطیسی بہاؤ F بذات خود (ایک شے کے طور پر) خلا میں تبدیلیوں سے نہیں گزرتا، لیکن تار اس جگہ کو عبور کرتا ہے جہاں مقناطیسی بہاؤ واقع ہے، اور آپ آسانی سے اس علاقے کا حساب لگا سکتے ہیں جس سے تار گزرتا ہے۔ ایک مقررہ وقت کے دوران خلا کے اس علاقے سے گزر کر (یعنی اوپر ذکر کردہ مقناطیسی بہاؤ کی تبدیلی کی شرح)۔

عام صورت میں، ہم یہ نتیجہ اخذ کرنے کے حقدار ہیں کہ "فلوکس قاعدہ" کے مطابق ایک سرکٹ میں EMF اس سرکٹ کے ذریعے مقناطیسی بہاؤ کی تبدیلی کی شرح کے برابر ہے، مخالف علامت کے ساتھ لیا جاتا ہے، قطع نظر اس کے کہ اس کی قدر ایک مقررہ لوپ پر وقت کے ساتھ مقناطیسی میدان کی شمولیت میں تبدیلی کی وجہ سے یا تو نقل مکانی (مقناطیسی بہاؤ کو عبور کرنے) یا لوپ کی خرابی یا دونوں کے نتیجے میں بہاؤ F براہ راست تبدیل ہوتا ہے۔

ایمپیئر کا قانون

پاور پلانٹس میں پیدا ہونے والی توانائی کا ایک اہم حصہ کاروباری اداروں کو بھیجا جاتا ہے، جہاں مختلف دھاتی کاٹنے والی مشینوں کے انجنوں کو بجلی فراہم کی جاتی ہے۔ الیکٹرک موٹروں کا آپریشن ان کے ڈیزائنرز کی سمجھ پر مبنی ہے۔ ایمپیئر کا قانون.

یہ قانون آندرے میری ایمپیئر نے 1820 میں براہ راست دھاروں کے لیے بنایا تھا (یہ کوئی اتفاق نہیں کہ اس قانون کو برقی رو کے تعامل کا قانون بھی کہا جاتا ہے)۔

ایمپیئر کے قانون کے مطابق، ایک ہی سمت میں کرنٹ کے ساتھ متوازی تاریں ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتی ہیں، اور متوازی تاریں ایک دوسرے کو پیچھے ہٹاتی ہیں۔ مزید برآں، ایمپیئر کا قانون اس قوت کا تعین کرنے کے لیے انگوٹھے کے اصول سے مراد ہے جس کے ساتھ مقناطیسی میدان کسی مخصوص فیلڈ میں کرنٹ لے جانے والے موصل پر کام کرتا ہے۔

ایک سادہ شکل میں، ایمپیئر کے قانون کو اس طرح بیان کیا جا سکتا ہے: وہ قوت (جسے ایمپیئر کی قوت کہا جاتا ہے) جس کے ساتھ مقناطیسی میدان مقناطیسی میدان میں کرنٹ لے جانے والے کنڈکٹر کے عنصر پر کام کرتا ہے وہ کنڈکٹر میں کرنٹ کی مقدار کے براہ راست متناسب ہے۔ اور مقناطیسی انڈکشن کی قدر سے تار کی لمبائی کے عنصر کی ویکٹر پروڈکٹ۔

اس کے مطابق، ایمپیئر کی قوت کے ماڈیولس کو تلاش کرنے کے اظہار میں مقناطیسی انڈکشن ویکٹر اور کنڈکٹر میں موجودہ ویکٹر کے درمیان زاویہ کی سائن ہوتی ہے جس پر یہ قوت کام کرتی ہے (ایمپیئر کی قوت کی سمت کا تعین کرنے کے لیے، آپ بائیں ہاتھ کا اصول استعمال کر سکتے ہیں۔ ):

دو بات چیت کرنے والے کنڈکٹرز پر لاگو، ایمپیئر کی قوت ان میں سے ہر ایک پر ایک سمت میں کام کرے گی جو ان کنڈکٹرز میں کرنٹ کی متعلقہ سمتوں پر منحصر ہے۔

فرض کریں کہ کرنٹ I1 اور I2 کے ساتھ ویکیوم میں دو لامحدود لمبے پتلے کنڈکٹر ہیں اور ہر جگہ کنڈکٹرز کے درمیان فاصلہ r کے برابر ہے۔تار کی ایک یونٹ کی لمبائی پر کام کرنے والی ایمپیئر فورس کو تلاش کرنا ضروری ہے (مثال کے طور پر، دوسرے کی طرف پہلی تار پر)۔

Bio-Savart-Laplace قانون کے مطابقموجودہ I2 کے ساتھ ایک لامحدود موصل سے ایک فاصلے پر، مقناطیسی میدان میں ایک انڈکشن ہوگا:

اب آپ ایمپیئر فورس کو تلاش کر سکتے ہیں جو مقناطیسی میدان میں ایک دیے گئے نقطے پر واقع پہلی تار پر عمل کرے گی (دیے گئے انڈکشن والی جگہ پر):

اس اظہار کو لمبائی کے ساتھ مربوط کرتے ہوئے، اور پھر لمبائی کے لیے ایک کی جگہ لے کر، ہم دوسرے تار کی طرف سے پہلی تار کی فی یونٹ لمبائی پر عمل کرنے والی ایمپیئر قوت حاصل کرتے ہیں۔ اسی طرح کی قوت، صرف مخالف سمت میں، پہلے کی طرف سے دوسرے تار پر کام کرے گی۔

ایمپیئر کے قانون کو سمجھے بغیر، کم از کم ایک عام الیکٹرک موٹر کو معیار کے مطابق ڈیزائن اور اسمبل کرنا محض ناممکن ہوگا۔

الیکٹرک موٹر کے آپریشن اور ڈیزائن کا اصول

غیر مطابقت پذیر الیکٹرک موٹرز کی اقسام، ان کی خصوصیات

جول-لینز کا قانون

تمام برقی توانائی ٹرانسمیشن لائن، ان تاروں کو گرم کرنے کا سبب بنتا ہے۔ اس کے علاوہ، اہم برقی توانائی کا استعمال مختلف حرارتی آلات کو طاقت دینے، ٹنگسٹن فلیمینٹس کو اعلی درجہ حرارت وغیرہ پر گرم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ برقی رو کے حرارتی اثر کے حساب کتاب جول-لینز قانون پر مبنی ہیں، جسے 1841 میں جیمز جول نے دریافت کیا تھا اور آزادانہ طور پر ایمل لینز نے 1842 میں دریافت کیا تھا۔

یہ قانون برقی کرنٹ کے تھرمل اثر کی مقدار بتاتا ہے۔اس کی تشکیل اس طرح کی گئی ہے: "میڈیم کے فی یونٹ حجم (w) جاری ہونے والی حرارت کی طاقت جب اس میں براہ راست برقی رو بہہ رہا ہے تو برقی میدان کی طاقت کی قدر کے لحاظ سے برقی کرنٹ کی کثافت (j) کی پیداوار کے متناسب ہے۔ (E) «.

پتلی تاروں کے لیے، قانون کی اٹوٹ شکل استعمال کی جاتی ہے: "سرکٹ کے کسی حصے سے فی یونٹ وقت میں خارج ہونے والی حرارت کی مقدار سیکشن کی مزاحمت کے لحاظ سے زیر غور حصے میں کرنٹ کے مربع کی پیداوار کے متناسب ہے۔ » یہ درج ذیل شکل میں لکھا گیا ہے:

جول-لینز قانون طویل فاصلے کے تاروں پر برقی توانائی کی ترسیل میں خاص طور پر عملی اہمیت کا حامل ہے۔

نتیجہ یہ ہے کہ بجلی کی لائن پر کرنٹ کا تھرمل اثر ناپسندیدہ ہے کیونکہ اس سے توانائی کا نقصان ہوتا ہے۔ اور چونکہ ترسیلی طاقت کا انحصار وولٹیج اور کرنٹ کی شدت دونوں پر ہوتا ہے، جبکہ حرارتی طاقت کرنٹ کے مربع کے متناسب ہے، اس لیے اس وولٹیج کو بڑھانا فائدہ مند ہے جس پر بجلی کی ترسیل ہوتی ہے، اس کے مطابق کرنٹ کو کم کرنا۔

اوہ کے قانون

الیکٹرک سرکٹ کا بنیادی قانون - اوہم کا قانون، 1826 میں جارج اوہم نے دریافت کیا۔… قانون برقی وولٹیج اور کرنٹ کے درمیان تعلق کا تعین تار کی برقی مزاحمت یا چالکتا (برقی چالکتا) پر منحصر کرتا ہے۔ جدید اصطلاحات میں، مکمل سرکٹ کے لیے اوہم کا قانون اس طرح لکھا جاتا ہے:

r — سورس اندرونی مزاحمت، R — بوجھ مزاحمت، e — سورس EMF، I — سرکٹ کرنٹ

اس ریکارڈ سے یہ معلوم ہوتا ہے کہ بند سرکٹ میں EMF جس کے ذریعے ماخذ کی طرف سے دیا جانے والا کرنٹ اس کے برابر ہوگا:

اس کا مطلب یہ ہے کہ بند سرکٹ کے لیے، سورس emf بیرونی سرکٹ کے وولٹیج ڈراپ اور سورس کی اندرونی مزاحمت کے برابر ہے۔

اوہم کا قانون اس طرح تیار کیا گیا ہے: "سرکٹ کے کسی حصے میں کرنٹ اپنے سروں پر موجود وولٹیج کے براہ راست متناسب ہے اور سرکٹ کے اس حصے کی برقی مزاحمت کے الٹا متناسب ہے۔" اوہم کے قانون کا ایک اور اشارہ کنڈکٹنس جی (برقی چالکتا) کے ذریعے ہے:

سرکٹ کے ایک حصے کے لیے اوہم کا قانون

عملی طور پر اوہم کے قانون کا اطلاق

وولٹیج، کرنٹ، ریزسٹنس کیا ہیں اور وہ عملی طور پر کیسے استعمال ہوتے ہیں۔