ஃபாரடேயின் மின்காந்தவியல் விதியின் விளக்கம்

ஃபாரடேயின் மின்காந்தவியல் விதியின் விளக்கம்

மைக்கேல் ஃபாரடே, அறிவியல் வரலாற்றில் மிகவும் செல்வாக்கு மிக்க விஞ்ஞானிகளில் ஒருவராகத் திகழ்ந்தார். தொடர்ச்சியான ஆக்கப்பூர்வமான சோதனைகள் மற்றும் அயராத ஆர்வத்தின் மூலம், நவீன மின்காந்தவியலின் அடித்தளமாக அமைந்த கருத்துக்களை அவர் கண்டுபிடித்தார். 1831-ல் முதன்முதலில் விவரிக்கப்பட்ட ஃபாரடேயின் மின்காந்தத் தூண்டல் விதி, அவரது முக்கிய பங்களிப்புகளில் ஒன்றாகும். மாறும் காந்தப்புலம் எவ்வாறு ஒரு கடத்தியில் மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது என்பதை இந்த விதி விளக்குகிறது ; இந்த விதியே இன்று நாம் பயன்படுத்தும் பெரும்பாலான மின் தொழில்நுட்பங்களுக்கு அடிப்படையாக விளங்குகிறது.

ஃபாரடே விதியின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள்

ஃபாரடேயின் விதி கூறுவதாவது, “ஒரு மூடிய மின்சுற்றில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை (emf), அந்தச் சுற்றின் வழியே செல்லும் காந்தப் பாயத்தின் மாற்ற விகிதத்திற்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும்.” கணித வடிவில், ஃபாரடேயின் விதியை பின்வருமாறு எழுதலாம்:

\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} \]

இங்கு, \( \mathcal{E} \) (epsilon) என்பது தூண்டப்பட்ட மின்காந்த விசை (emf), மற்றும் \( \Phi_B \) (phi-B) என்பது காந்தப் பாயம் ஆகும். இந்தச் சமன்பாட்டில் உள்ள எதிர்மறைக் குறியானது லென்ஸ் விதியின் விளைவாகும், அவ்விதியின்படி தூண்டப்பட்ட மின்காந்த விசை எப்போதும் காந்தப் பாயத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தை எதிர்க்கும் விதத்தில் செயல்படும்.

காந்தப் பாயம் (\( \Phi_B \)) பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறது:

\[ \Phi_B = B \cdot A \cdot \cos(\theta) \]

இதில் (B) என்பது காந்தப்புலம் , (A) என்பது காந்தப்புலம் கடந்து செல்லும் மேற்பரப்புப் பரப்பளவு, மற்றும் (theta) என்பது காந்தப்புலத்திற்கும் மேற்பரப்பிற்கு செங்குத்தான கோட்டிற்கும் இடையிலான கோணம் ஆகும்.

மின்காந்த தூண்டல் நிகழ்வு

ஃபாரடேயின் விதி நடைமுறையில் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ள, சில செவ்வியல் சோதனைச் சூழல்களை நாம் கற்பனை செய்து பார்க்கலாம். ஒரு எடுத்துக்காட்டாக, சோலனாய்டு அல்லது கம்பிச் சுருளைப் பயன்படுத்துவது உள்ளது. நாம் ஒரு மின்சுற்றை சோலனாய்டுடன் இணைக்கும்போது, ​​கம்பி வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டம் ஒரு காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது.

இப்போது, ​​ஒரு சோலனாய்டுக்குள் நாம் நகர்த்தக்கூடிய ஒரு காந்தம் இருப்பதாகக் கற்பனை செய்து கொள்வோம். காந்தம் நகரும்போது, ​​சோலனாய்டின் உள்ளே உள்ள காந்தப்புலமும் மாறுகிறது. இது கம்பிச் சுருளின் குறுக்கே உள்ள காந்தப் பாயத்தில் ஒரு மாற்றத்தை ஏற்படுத்துகிறது, இது சுருளில் ஒரு மின்சாரத்தைத் தூண்டுகிறது. ஃபாரடேயின் விதி எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதற்கான ஒரு எளிய எடுத்துக்காட்டு இது.

அன்றாட வாழ்வில் ஃபாரடே விதியின் பயன்பாடு

மின்மாற்றி

ஃபாரடே விதியின் மிகவும் பொதுவான பயன்பாடுகளில் ஒன்று மின்மாற்றி ஆகும். மின்மாற்றி என்பது மின்காந்தத் தூண்டல் மூலம் ஒரு மின்சுற்றின் மின்னழுத்த அளவை மற்றொன்றாக மாற்றும் ஒரு கருவியாகும். ஒரு மின்மாற்றியானது, ஒரு பொதுவான இரும்புக் கருவைச் சுற்றிச் சுற்றப்பட்ட இரண்டு கம்பிச் சுருள்களைக் (முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலை) கொண்டுள்ளது. முதன்மைச் சுருள் வழியாக ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்டம் பாயும்போது, ​​இந்த மின்னோட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் காந்தப்புலம் இரண்டாம் நிலைச் சுருள் வழியாகவும் பாய்கிறது. இவ்வாறு மாறும் காந்தப்புலம் இரண்டாம் நிலைச் சுருளில் ஒரு மின்னோட்டத்தைத் தூண்டுகிறது. இந்தக் கொள்கையைப் பயன்படுத்தி, தேவைக்கேற்ப மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கவோ அல்லது குறைக்கவோ முடியும்.

மின்சார ஜெனரேட்டர்

மின்னாக்கிகளும் ஃபாரடே விதியின் நேரடிப் பயன்பாடாகும். ஒரு மின்னாக்கியில், இயந்திர ஆற்றல் மின் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. கம்பிச் சுருள்கள் அல்லது காந்தங்கள் ஒன்றுக்கொன்று சார்பாக நகரும்போது, ​​அந்தச் சுருள்களுக்குக் குறுக்கே மாறும் காந்தப் பாயம் ஒரு மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது. நீர்மின்சாரம், அனல்மின்சாரம், அணுமின்சாரம் அல்லது பிற மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் என எதுவாக இருந்தாலும், மின்னாக்கிகள் அவற்றில் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும்.

இண்டக்ஷன் அடுப்புகளில் இண்டக்ஷன்

தூண்டல் அடுப்புகளும் ஃபாரடே விதியின் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. ஒரு தூண்டல் அடுப்பில், அடுப்பின் கீழே அமைந்துள்ள ஒரு கம்பிச் சுருள் வழியாக ஒரு மாறுதிசை மின்சாரம் பாய்கிறது. இந்த மின்சாரம் ஒரு மாறும் காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது. ஒரு ஃபெரோகாந்தப் பாத்திரத்தை அடுப்பின் மீது வைக்கும்போது, ​​அந்த மாறும் காந்தப்புலம் பாத்திரத்தின் அடிப்பகுதியில் மின்சாரங்களை (சுழல் மின்னோட்டங்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன) தூண்டுகிறது. இது, பாத்திரத்தின் பொருளின் மின்தடையின் காரணமாக வெப்பத்தை உருவாக்குகிறது.

லென்ஸின் விதி மற்றும் ஆற்றல் பாதுகாப்பு

ஃபாரடேயின் சமன்பாட்டில் உள்ள எதிர்மறைக் குறியானது லென்ஸ் விதியிலிருந்து உருவானது என்று நாம் முன்னரே குறிப்பிட்டோம். லென்ஸ் விதியின்படி, காந்தப் பாயத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தால் தூண்டப்படும் மின்னோட்டமானது, அதனை ஏற்படுத்திய மாற்றத்தை எதிர்க்கும் ஒரு காந்தப்புலத்தை எப்போதும் உருவாக்கும். இது ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின் ஓர் வெளிப்பாடாகும்.

நாம் லென்ஸ் விதியைக் கருத்தில் கொள்ளாவிட்டால், ஒன்றுமில்லாததிலிருந்து ஆற்றல் உருவாகும் நிலை ஏற்படக்கூடும், இது ஆற்றல் அழிவின்மை விதியின் தெளிவான மீறலாகும். ஒரு மின்னோட்டத்தை உருவாக்கும் காந்தப் பாய்வில் ஏற்படும் மாற்றம், அதனை ஏற்படுத்திய மாற்றத்தை எப்போதும் எதிர்க்கும் வகையில் செயல்படுவதை உறுதி செய்வதன் மூலம், லென்ஸ் விதி அமைப்பில் ஆற்றல் சமநிலையைப் பராமரிக்கிறது.

உதாரணமாக, நாம் ஒரு சோலனாய்டினுள் ஒரு காந்தத்தைச் செருகும்போது, ​​சுருளில் தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தால் உருவாக்கப்பட்ட காந்தப்புலத்தை எதிர்த்துச் செயல்பட இயந்திரவியல் விசையைப் பிரயோகிக்க வேண்டியுள்ளது. இந்த விசை வெறுமனே வீணாவதில்லை; அது அந்த அமைப்பிற்குள்ளேயே மின் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, நாம் ஒரு சோலனாய்டிலிருந்து ஒரு காந்தத்தை வெளியே இழுக்கும்போதும், தூண்டப்பட்ட காந்தப்புலத்திற்கு எதிராக அந்தக் காந்தத்தை இழுப்பதற்கு இயந்திரவியல் விசை தேவைப்படுகிறது.

ஃபாரடேயின் குறிப்பிடத்தக்க சோதனைகள்

இந்த விதிகளை நிரூபிப்பதில் ஃபாரடேயின் பல சோதனைகள் மகத்தானவையாக இருந்தன. அத்தகைய ஒரு சோதனைதான் ஃபாரடே வட்டு. இது, ஒரு வலிமையான காந்தத்தின் துருவங்களுக்கு இடையில் சுழலும் ஒரு உலோக வட்டைக் கொண்டிருந்தது. இந்தச் சோதனையில், ஒரு காந்தத்திற்கும் ஒரு கடத்திக்கும் இடையிலான சார்பு இயக்கம் ஒரு மின்சாரத்தைத் தூண்டுகிறது என்பதை ஃபாரடே வெற்றிகரமாக நிரூபித்தார். இதனால் இது மின்காந்தவியலின் முக்கிய சோதனைகளில் ஒன்றாக விளங்குகிறது.

செல்வாக்கு மற்றும் தாக்கங்கள்

ஃபாரடேயின் மின்காந்தத் தூண்டல் கண்டுபிடிப்பு, மின் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சிக்கு அடித்தளமிட்டது மட்டுமல்லாமல், மின்சாரத்திற்கும் காந்தத்திற்கும் இடையிலான இடைவினையைப் பற்றிய மேலதிக புரிதலுக்கும் வழிவகுத்தது. ஃபாரடேயின் ஆராய்ச்சி, ஜேம்ஸ் கிளார்க் மேக்ஸ்வெல்லைப் பாதித்தது. அவர் பின்னர், மின்காந்தக் கோட்பாடு என்று அழைக்கப்படும் ஒரு அடிப்படைச் சமன்பாடுகளின் தொகுப்பில் மின்சாரம், காந்தம் மற்றும் ஒளி ஆகியவற்றை இணைத்து மேக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகளை உருவாக்கினார்.

இந்தக் கோட்பாடு, குக்லீல்மோ மார்கோனியின் வானொலிக் கண்டுபிடிப்பு உட்பட, தகவல் தொடர்புத் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியிலும் பெரும் தாக்கங்களை ஏற்படுத்தியதுடன் , இறுதியில் ஸ்மார்ட்போன்கள், வைஃபை மற்றும் ஜிபிஎஸ் போன்ற நவீன கம்பியில்லாத் தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சிக்கும் வழிவகுத்தது.

முடிவுரை

ஃபாரடேயின் மின்காந்தத் தூண்டல் விதி, இயற்பியல் மற்றும் மின் பொறியியலின் மிக முக்கியமான அடித்தளங்களில் ஒன்றாகும். காந்தங்கள் மற்றும் கம்பிச் சுருள்களின் எளிய இயக்கம் முதல், மின்னாக்கிகள் மற்றும் மின்மாற்றிகளில் உள்ள சிக்கலான பயன்பாடுகள் வரை, 19 ஆம் நூற்றாண்டில் மைக்கேல் ஃபாரடேயால் கண்டறியப்பட்ட இந்தக் கொள்கை, நமது அன்றாட வாழ்வில் தொடர்ந்து பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்தி வருகிறது. இந்த விதியைப் புரிந்துகொள்வது, பல நவீன தொழில்நுட்ப சாதனங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்ள உதவுவதோடு மட்டுமல்லாமல், பிரபஞ்சத்தின் அடிப்படைக் கொள்கைகளைப் பற்றிய ஆழமான புரிதலுக்கும் வழிவகுக்கிறது.