ஃபாரடேயின் விதி

ஃபாரடேயின் விதி

பெங்கந்தர்

ஃபாரடேயின் மின்காந்தத் தூண்டல் விதி என்பது, மாறும் காந்தப்புலம் ஒரு கடத்தியில் எவ்வாறு மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது என்பதை விவரிக்கும் இயற்பியலின் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையாகும். 1831-ல் மைக்கேல் ஃபாரடேயால் கண்டறியப்பட்ட இந்த விதி, மின்காந்தவியலின் ஒரு முக்கியத் தூணாக விளங்குவதோடு, மின்னாக்கிகள் மற்றும் மின்மாற்றிகள் போன்ற நவீன தொழில்நுட்பத்தில் எண்ணற்ற பயன்பாடுகளையும் கொண்டுள்ளது. இந்தக் கட்டுரை, ஃபாரடே விதியின் பின்னணியில் உள்ள கோட்பாடு, அதை ஆதரிக்கும் சோதனைகள் மற்றும் அதன் பல்வேறு நடைமுறைப் பயன்பாடுகளை விரிவாக விவரிக்கும்.

அடிப்படை கோட்பாடு

ஃபாரடே விதியின் வரையறை

ஃபாரடேயின் விதிப்படி, ஒரு மூடிய மின்சுற்றில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசை (EMF), அந்தச் சுற்றின் வழியே செல்லும் காந்தப் பாயத்தின் மாற்ற வீதத்திற்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும். கணிதரீதியாக, இந்த விதி பின்வருமாறு கூறப்படுகிறது:

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

எங்கே:
– \( \mathcal{E} \) என்பது தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை (வோல்ட்களில்),
– \( \Phi_B \) என்பது காந்தப் பாயம் (வெபர்களில்),
– \( \frac{d\Phi_B}{dt} \) என்பது காந்தப் பாய்வின் மாற்ற வீதம் ஆகும்.

இந்தச் சமன்பாட்டில் உள்ள எதிர்மறைக் குறியானது லென்ஸ் விதியிலிருந்து வருகிறது. அந்த விதியின்படி, தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையின் திசையானது, அதனை உண்டாக்கும் காந்தப் பாய்வு மாற்றத்தை எப்போதும் எதிர்க்கும் வகையில் இருக்கும்.

காந்தப் பாயம்

காந்தப் பாயம் \( \Phi_B \) என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட பரப்பின் வழியே கடந்து செல்லும் காந்தப்புலத்தின் அளவீடாகும். காந்தப் பாயம் பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறது:

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

எங்கே:
– \( B \) என்பது காந்தப்புலம் (டெஸ்லாவில்),
– \( A \) என்பது காந்தப்புலம் கடந்து செல்லும் பரப்பளவு (சதுர மீட்டரில்),
– \( \theta \) என்பது காந்தப்புலத்திற்கும் பரப்பிற்குச் செங்குத்தான கோட்டிற்கும் இடையேயான கோணம் ஆகும்.

லென்ஸின் விதி

லென்ஸ் விதி, தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை மற்றும் அதன் விளைவான மின்னோட்டத்தின் திசையைத் தருகிறது. லென்ஸ் விதியின்படி, ஒரு மின்சுற்றில் தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டமானது, அதனை ஏற்படுத்திய காந்தப் பாய்வு மாற்றத்தை எதிர்க்கும் ஒரு காந்தப்புலத்தை உருவாக்கும். கணிதரீதியாக, இது ஃபாரடே விதிச் சமன்பாட்டில் உள்ள எதிர்மறைக் குறியீட்டால் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது.

ஃபாரடேயின் பரிசோதனை

மின்காந்த தூண்டலின் கண்டுபிடிப்பு

மைக்கேல் ஃபாரடே 1831-ல் காந்தப்புலங்களுக்கும் மின்னோட்டங்களுக்கும் இடையிலான தொடர்பை ஆராய்வதற்காக தொடர்ச்சியான சோதனைகளை நடத்தினார். ஃபாரடேயின் முக்கிய சோதனைகளில் ஒன்று, ஒரு கால்வனோமீட்டர் (மின்னோட்டத்தை அளவிடும் கருவி) மற்றும் ஒரு பட்டை காந்தத்துடன் இணைக்கப்பட்ட ஒரு கம்பிச் சுருளை உள்ளடக்கியிருந்தது. பட்டை காந்தத்தை கம்பிச் சுருளை நோக்கியோ அல்லது அதிலிருந்து விலகியோ நகர்த்தும்போது, ​​அந்தச் சுருளில் ஒரு மின்னோட்டம் தூண்டப்படுவதையும், அதை கால்வனோமீட்டர் கண்டறிவதையும் ஃபாரடே கண்டுபிடித்தார்.

சோதனை மாறுபாடுகள்

ஃபாரடே, ஒரு இரும்புக் கருவைச் சுற்றி இரண்டு கம்பிச் சுருள்களைப் பயன்படுத்தி இந்தச் சோதனையின் ஒரு மாறுபாட்டையும் நிகழ்த்தினார். முதல் சுருள் (முதன்மைச் சுருள்) வழியாக மின்சாரம் பாய்ச்சப்பட்டபோது, ​​அதன் விளைவாக உருவான காந்தப்புலம் இரண்டாவது சுருளில் (துணைச் சுருள்) ஒரு மின்சாரத்தைத் தூண்டியது. சுருள்களுக்குக் குறுக்கே மாறும் காந்தப்புலமே தூண்டப்பட்ட மின்சாரத்திற்குக் காரணம் என்று ஃபாரடே முடிவு செய்தார்.

ஃபாரடே விதியின் பயன்பாடு

மின்சார ஜெனரேட்டர்

ஃபாரடே விதியின் முதன்மைப் பயன்பாடுகளில் ஒன்று மின்னாக்கி ஆகும். மின்னாக்கிகள், மின்காந்தத் தூண்டல் கொள்கையின் மூலம் இயந்திர ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுகின்றன. ஒரு காந்தப்புலத்தில் கம்பிச் சுருள் சுழலும்போது, ​​அச்சச்சுருளின் குறுக்கே மாறும் காந்தப் பாயம் ஒரு மின்னியக்கு விசையை (emf) உருவாக்குகிறது, இது ஒரு மின்சாரத்தைத் தூண்டுகிறது.

1. ஏசி (மாற்று மின்னோட்ட) ஜெனரேட்டர்
– செயல்படும் முறை: ஒரு ஏசி ஜெனரேட்டர், நிரந்தர காந்தம் அல்லது மின்காந்தத்தால் உருவாக்கப்படும் காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. காந்தப்புலத்தில் ஒரு கம்பிச்சுருள் சுழலும்போது, ​​அச்சுருவின் குறுக்கே உள்ள காந்தப் பாயம் மாறி, ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது.
– பயன்பாடுகள்: ஏசி ஜெனரேட்டர்கள் பெரிய அளவிலான மின் உற்பத்தி நிலையங்கள், காற்றாலைகள் மற்றும் கையடக்க ஜெனரேட்டர்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

2. டிசி (நேரடி மின்னோட்ட) ஜெனரேட்டர்
– செயல்படும் கொள்கை: ஒரு நேர் மின்னோட்ட மின்னாக்கி (DC generator), சுருளில் தூண்டப்படும் மாறுதிசை மின்னோட்டத்தை நேர் மின்னோட்டமாக மாற்றுவதற்கு ஒரு கம்யூடேட்டரைப் பயன்படுத்துகிறது. கம்யூடேட்டர் என்பது மின்னோட்டம் ஒரே திசையில் பாய்வதை உறுதிசெய்யும் ஒரு இயந்திர சாதனமாகும்.
– பயன்பாடுகள்: பேட்டரி மின்னேற்றம், அவசரகால மின் அமைப்புகள் மற்றும் தொழில்துறைப் பயன்பாடுகள் போன்றவற்றில் டிசி ஜெனரேட்டர்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

மின்மாற்றி

மின்மாற்றி என்பது மின்காந்தத் தூண்டல் கொள்கையின் அடிப்படையில், ஒரு மின் விநியோக அமைப்பில் மின்னழுத்தத்தை மாற்றும் ஒரு கருவியாகும். ஒரு மின்மாற்றியானது, ஒரு இரும்புக் கருவைச் சுற்றிச் சுற்றப்பட்ட முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலை என இரண்டு சுருள்களைக் கொண்டுள்ளது.

– செயல்படும் முறை: முதன்மைச் சுருள் வழியாகப் பாயும் மின்சாரம், இரண்டாம் நிலைச் சுருளில் ஒரு மின்னியக்கு விசையைத் தூண்டும் காந்தப் பாயத்தை உருவாக்குகிறது. முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலைச் சுருள்களில் உள்ள சுற்றுகளின் எண்ணிக்கையை மாற்றுவதன் மூலம், தேவைக்கேற்ப மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கவோ அல்லது குறைக்கவோ முடியும்.
– பயன்பாடுகள்: மின் உற்பத்தி நிலையங்களிலிருந்து நுகர்வோருக்கு மின்சாரத்தைத் திறமையாகக் கடத்துவதற்கு ஏதுவாக, மின் அழுத்த அளவை அதிகரிக்க அல்லது குறைக்க மின்மாற்றிகள் மின் விநியோக அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

வயர்லெஸ் சார்ஜிங்

கம்பியில்லா மின்னேற்றம் என்பது, மின்காந்தத் தூண்டல் தத்துவத்தைப் பயன்படுத்தி, வடங்கள் இன்றி ஆற்றலைக் கடத்தும் ஒரு தொழில்நுட்பமாகும்.

– செயல்படும் முறை: கம்பியில்லா மின்னேற்றமானது, மின்னேற்றும் சுருளால் உருவாக்கப்படும் காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்தி, மின்னேற்றப்பட வேண்டிய சாதனத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ள ஏற்கும் சுருளில் ஒரு மின்னியக்கு விசையைத் (EMF) தூண்டுகிறது. இந்த மாறும் காந்தப்புலம் ஏற்கும் சுருளில் ஒரு மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது, இது சாதனத்தின் மின்கலத்தை மின்னேற்றம் செய்யப் பயன்படுகிறது.
– பயன்பாடுகள்: ஸ்மார்ட்போன்கள், ஸ்மார்ட் வாட்ச்கள் மற்றும் கையடக்க மருத்துவ சாதனங்கள் போன்ற மின்னணு சாதனங்களில் கம்பியில்லா மின்னேற்றம் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

தொடர்புடைய நிகழ்வுகள்

1. சுழல் மின்னோட்ட விளைவு
– செயல்படும் கொள்கை: சுழல் மின்னோட்டங்கள் என்பவை, மாறும் காந்தப்புலத்தால் ஒரு கடத்தியில் தூண்டப்படும் மின்னோட்டங்கள் ஆகும். இந்தச் சுழல் மின்னோட்டங்கள், தங்களை ஏற்படுத்திய காந்தப் பாய்வு மாற்றத்தை எதிர்க்கும் ஒரு காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகின்றன.
– பயன்பாடுகள்: சுழல் மின்னோட்டமானது மின்காந்தத் தடுப்பான்கள், உலோகத்தைக் கண்டறிதல் மற்றும் அழிவற்ற சோதனை ஆகியவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

2. காந்த எதிர்ப்பு
– செயல்படும் கொள்கை: காந்தமின்தடை என்பது ஒரு வெளிப்புற காந்தப்புலத்தால் ஒரு பொருளின் மின்தடையில் ஏற்படும் மாற்றமாகும். இந்த நிகழ்வு தரவு சேமிப்பு தொழில்நுட்பம் மற்றும் காந்த உணரிகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
– பயன்பாடுகள்: காந்த மின்தடையானது வன்வட்டு இயக்கிகள், வேக உணர்விகள் மற்றும் நிலை கண்டறியும் அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

3. ஹால் விளைவு
– செயல்படும் கொள்கை: ஹால் விளைவு என்பது, ஒரு கடத்தியில் பாயும் மின்சாரத்திற்குச் செங்குத்தாக உள்ள காந்தப்புலம், அக்கடத்தியின் குறுக்கே ஒரு மின்னழுத்த வேறுபாட்டை உருவாக்கும் ஒரு நிகழ்வாகும். இந்த மின்னழுத்தம் ஹால் மின்னழுத்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.
– பயன்பாடுகள்: ஹால் சென்சார்களில் காந்தப்புலங்கள், திசைவேகம் மற்றும் நிலை ஆகியவற்றை அளவிட ஹால் விளைவு பயன்படுத்தப்படுகிறது.

மேம்பட்ட தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகள்

மருத்துவ தொழில்நுட்பம்: எம்.ஆர்.ஐ (காந்த அதிர்வுப் படமாக்கல்)

எம்.ஆர்.ஐ என்பது மனித உடலின் உள் கட்டமைப்புகளின் விரிவான படங்களை உருவாக்க, காந்தப்புலங்களையும் ரேடியோ அலைகளையும் பயன்படுத்தும் ஒரு மருத்துவப் படமெடுக்கும் நுட்பமாகும்.

– இது செயல்படும் விதம்: எம்.ஆர்.ஐ, உடலுக்குள் உள்ள புரோட்டான்களை ஒருமுகப்படுத்த வலிமையான காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. காந்தப்புலம் இயக்கப்படும்போதும் அணைக்கப்படும்போதும், இந்தப் புரோட்டான்கள் சமிக்ஞைகளை வெளியிடுகின்றன. இந்த சமிக்ஞைகள் கணினியால் பிடிக்கப்பட்டு, படங்களாகச் செயலாக்கப்படுகின்றன.
– பயன்பாடுகள்: கட்டிகள், இதய நோய் மற்றும் நரம்பியல் கோளாறுகள் உள்ளிட்ட பல்வேறு மருத்துவ நிலைகளைக் கண்டறிய எம்.ஆர்.ஐ பயன்படுத்தப்படுகிறது. அயனியாக்கும் கதிர்வீச்சைப் பயன்படுத்தாமல், மிகவும் துல்லியமான படங்களை உருவாக்கும் திறன் எம்.ஆர்.ஐ-யின் ஒரு நன்மையாகும்.

மின்சார மோட்டார்

மின்காந்தத் தூண்டல் கொள்கையின் அடிப்படையில் செயல்படும் ஃபாரடே விதியின் பொதுவான பயன்பாடுகளில் மின் மோட்டார்களும் ஒன்றாகும்.

– செயல்படும் முறை: மின் மோட்டார்கள், காந்தப்புலத்தில் உள்ள ஒரு சுருள் வழியாக மின்சாரத்தைப் பாய்ச்சுவதன் மூலம் செயல்படுகின்றன; இதனால் உருவாகும் விசை, அந்தச் சுருளைச் சுழலச் செய்கிறது.
– பயன்பாடுகள்: வீட்டு உபயோகப் பொருட்கள் முதல் பெரிய தொழிற்சாலை இயந்திரங்கள் வரை பலதரப்பட்ட சாதனங்களில் மின் மோட்டார்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

முடிவுரை

ஃபாரடேயின் மின்காந்தத் தூண்டல் விதி என்பது, மாறும் காந்தப்புலம் ஒரு கடத்தியில் எவ்வாறு மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது என்பதை விளக்கும் இயற்பியலின் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையாகும். 1831-ல் மைக்கேல் ஃபாரடேயால் கண்டறியப்பட்ட இந்த விதி, மின்னாக்கிகள், மின்மாற்றிகள் மற்றும் கம்பியில்லாத் தொழில்நுட்பம் உள்ளிட்ட பல நவீன தொழில்நுட்பங்களுக்கு அடிப்படையாக அமைந்துள்ளது. ஃபாரடேயின் சோதனைகள், காந்தப்புலங்களுக்கும் மின்சாரத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பை நிரூபித்தன; இது பின்னர் மின்காந்தத் தூண்டல் விதி என கணிதரீதியாக விவரிக்கப்பட்டது.

ஃபாரடே விதியின் பயன்பாடுகள் பரந்தவை; மின்சார உற்பத்தி, விநியோகம், கம்பியில்லா மின்னேற்றம், மருத்துவத் தொழில்நுட்பம் மற்றும் மின் மோட்டார்கள் போன்ற துறைகளை இது உள்ளடக்கியுள்ளது. சுழல் மின்னோட்ட விளைவு, காந்தத்தடை மற்றும் ஹால் விளைவு போன்ற தொடர்புடைய நிகழ்வுகள், அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தில் மின்காந்தத் தூண்டலின் பரவலான செல்வாக்கை நிரூபிக்கின்றன. தொழில்நுட்பமும் ஆராய்ச்சியும் முன்னேறும்போது, ​​ஃபாரடே விதியின் பயன்பாடுகள் தொடர்ந்து விரிவடைந்து, எதிர்காலத்தில் இன்னும் நுட்பமான மற்றும் திறமையான கண்டுபிடிப்புகளுக்கு வழி திறக்கும்.