बत्ती जान्छ। फेरि लोडसेडिङ! एक मिनेट नबित्दै कसैले चार्ज गरेर राखेको इमर्जेन्सी लाइट बाल्छन्, कुनामा राखिएको इन्भर्टर बिप बिप गर्न थाल्छ र छिमेकीले पेट्रोलबाट चल्ने सानो जेनेरेटरको डोरी तान्छन्। छानामाथिको सोलार प्यानलले भने चुपचाप ब्याट्री चार्ज गरिरहेको हुन्छ। यसरी विद्युत् पाउने चारओटा उपाय भए पनि यी सबैबाट एकै किसिमको विद्युत् आउँदैन।
यस एकाइमा डाइरेक्ट र अल्टरनेटिङ गरी दुई किसिमका करेन्ट तथा विद्युत् र चुम्बकत्वबिचको गहिरो सम्बन्धबारे अध्ययन गरिन्छ। करेन्टले चुम्बक बनाउँछ भने चल्ने चुम्बकले करेन्ट बनाउँछ। भित्ताको सकेटमा जोडिने लगभग सबै उपकरण यिनै दुई तथ्यमा आधारित भएर चल्छन्: कोठाको छतमा घुम्ने पङ्खा, पानी तान्ने मोटर, नेपालका जलविद्युत् गृहभित्रका जेनेरेटर र मोबाइल चार्ज गर्ने सानो ट्रान्सफर्मर।
डाइरेक्ट करेन्ट र अल्टरनेटिङ करेन्ट
डाइरेक्ट करेन्ट (d.c.)
ड्राइसेललाई स्विच र बल्बसँग जोडेर स्विच अन गर्दा सेल नसकिउन्जेल बल्ब एकनासले बलिरहन्छ। तारभित्र विद्युत् चार्ज एउटै दिशामा मात्र परिपथभरि घुमिरहन्छन्। सेलको एउटा निश्चित पोजेटिभ ध्रुव (+) र एउटा निश्चित नेगेटिभ ध्रुव (−) हुन्छ। यी ध्रुव कहिल्यै साटिँदैनन्।
सोलार प्यानलबाट बल्ब बाल्दा पनि त्यस्तै हुन्छ: यसका चार्ज पनि एउटै निश्चित दिशामा बग्छन्। यसरी एउटै दिशामा मात्र बग्ने करेन्टलाई डाइरेक्ट करेन्ट (d.c.) भनिन्छ। ड्राइसेल, सोलार प्यानल (फोटोसेल) र ब्याट्री d.c. का स्रोत हुन्।
अल्टरनेटिङ करेन्ट (a.c.)
साइकलको डाइनामोबाट पनि बल्ब बल्छ, तर डाइनामोलाई नियालेर हेर्दा यसमा + र − ध्रुव भेटिँदैन। यसभित्र तारको क्वाइलको छेउमा एउटा चुम्बक घुम्छ। चुम्बक घुम्दै जाँदा तारका चार्ज एकपटक अगाडि, फेरि पछाडि र फेरि अगाडि धकेलिन्छन्। यसरी करेन्टको दिशा बदलिइरहन्छ। यसको परिमाण पनि बदलिन्छ: करेन्ट शून्यबाट सबैभन्दा ठुलो मानसम्म बढ्छ, फेरि शून्यमा झर्छ, अर्को दिशामा बढ्छ र फेरि शून्यमा झर्छ। यो क्रम घरी घरी दोहोरिइरहन्छ।
निश्चित समयको अन्तरालमा परिमाण र दिशा बदलिइरहने करेन्टलाई अल्टरनेटिङ करेन्ट (a.c.) भनिन्छ। डाइनामो र a.c. जेनेरेटर a.c. का स्रोत हुन्। घरका सकेटमा आउने विद्युत् पनि a.c. नै हो। यो विद्युत् गृहका ठुला ठुला जेनेरेटरमा उत्पादन गरिन्छ।
यीमध्ये कुन चाहिँ अल्टरनेटिङ करेन्टको स्रोत हो?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
करेन्ट–समय ग्राफ
करेन्ट र समयको ग्राफमा यी दुई करेन्टबिचको भिन्नता एकैछिनमा देखिन्छ।
- d.c. को ग्राफमा करेन्ट तेर्सो सिधा रेखा हुन्छ: हरेक क्षणमा उही 4 A।
- a.c. को ग्राफमा करेन्ट 0 बाट 5 A सम्म बढ्छ, 0 मा झर्छ अनि उल्टो दिशामा −5 A सम्म बढेर फेरि 0 मा फर्कन्छ। यस्तो एउटा पूरा तरङ्गलाई चक्र भनिन्छ।
एक सेकेन्डमा पूरा हुने चक्रको सङ्ख्यालाई a.c. को आवृत्ति भनिन्छ। यसको एकाइ हर्ज (Hz) हो। एक सेकेन्डमा एउटा चक्र पूरा हुँदा आवृत्ति 1 Hz हुन्छ।
नेपालमा a.c. सप्लाइको आवृत्ति 50 Hz र भोल्टेज करिब 230 V हुन्छ। करिब 220 V देखि 240 V सम्मको भोल्टेजलाई सामान्य मानिन्छ। 50 Hz को अर्थ हरेक सेकेन्डमा 50 चक्र हो। हरेक चक्रमा करेन्ट एकपटक एकातिर र एकपटक अर्कोतिर बग्ने भएकाले यसको दिशा हरेक सेकेन्डमा 100 पटक बदलिन्छ। एउटा चक्रलाई 1/50 s = 0.02 s लाग्छ र चित्र 11.3 मा पनि ठ्याक्कै यति नै समय छ।
d.c. को दिशा कहिल्यै नबदलिने भएकाले यसको आवृत्ति शून्य हुन्छ।
कुन उपकरण कुनमा चल्छ?
केही उपकरण a.c. मा, केही d.c. मा र केही दुवैमा चल्छन्।
| a.c. मा चल्ने | (भित्र) d.c. मा चल्ने | दुवैमा चल्ने |
|---|---|---|
| सिलिङ पङ्खा, पानी तान्ने मोटर, रेफ्रिजेरेटर (तिनका मोटर) | मोबाइल, कम्प्युटर, टिभी, LED बत्ती (तिनका परिपथ) | इलेक्ट्रिक हिटर, इस्त्री, फिलामेन्ट बत्ती |
हिटर र फिलामेन्ट बत्तीमा करेन्टबाट तार तताउने काम मात्र हुन्छ। करेन्ट जुनसुकै दिशामा बगे पनि तार तात्छ। इलेक्ट्रोनिक परिपथलाई भने d.c. नै चाहिन्छ। त्यसो भए ल्यापटप a.c. सकेटबाट कसरी चल्छ? यसको एडेप्टरमा a.c. लाई d.c. मा बदल्ने रेक्टिफायर नामको उपकरण हुन्छ।
क्रियाकलाप 11.1: d.c. र a.c. को तुलना
विद्युत् धाराको चुम्बकीय असर
सन् 1820 मा डेनमार्कका भौतिकशास्त्री तथा शिक्षक हान्स क्रिस्चियन ओरस्टेड आफ्नो टेबलमा विद्युत् परिपथ राखेर कक्षा लिँदै थिए। संयोगवश परिपथको एउटा तारनजिकै चुम्बकीय कम्पास रहेछ। तारमा करेन्ट बग्दा कम्पासको निडिल घुम्यो र करेन्टको दिशा उल्टाउँदा निडिल अर्कोतिर घुम्यो। चुम्बकीय क्षेत्र भएमा मात्र कम्पासको निडिल घुम्ने भएकाले करेन्ट आफैँले चुम्बकीय क्षेत्र बनाएको हुनुपर्छ भन्ने निष्कर्ष निस्क्यो।
कुनै सुचालकमा करेन्ट बग्दा त्यसको वरिपरि चुम्बकीय क्षेत्र बन्नुलाई विद्युत् धाराको चुम्बकीय असर भनिन्छ। यसरी बन्ने चुम्बकीय क्षेत्रको दिशा करेन्टको दिशामा भर पर्छ।
तारमुनि एउटा कम्पास राखिएको छ। करेन्ट बग्दा निडिल पूर्वतिर घुम्छ। करेन्ट उल्टाउँदा के हुन्छ?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
सिधा तारको वरिपरिको चुम्बकीय क्षेत्र
सिधा तारको वरिपरिका चुम्बकीय बलरेखा तारलाई केन्द्र मानेर बनेका समकेन्द्रीय वृत्त हुन्। तारनजिक चुम्बकीय क्षेत्र बलियो हुन्छ र तारबाट टाढा जाँदै गर्दा कमजोर हुँदै जान्छ। माथिबाट हेर्दा करेन्ट माथितिर (कार्डबोर्डबाट बाहिर, हेर्नेतिर) बगेमा चुम्बकीय क्षेत्र घडीको सुई घुम्ने दिशाको उल्टो दिशामा हुन्छ। करेन्ट तलतिर (कार्डबोर्डभित्र) बगेमा चुम्बकीय क्षेत्र घडीको सुई घुम्ने दिशामा हुन्छ।
म्याक्सवेलको दायाँ हातको बुढीऔँलाको नियम
कम्पास नभए पनि आफ्नै दायाँ हातबाट चुम्बकीय क्षेत्रको दिशा पत्ता लगाउन सकिन्छ।
म्याक्सवेलको दायाँ हातको बुढीऔँलाको नियम: करेन्ट बगिरहेको तारलाई बुढीऔँला करेन्टको दिशातिर पारेर दायाँ हातले मुठी बाँधी समातेको कल्पना गर्दा मुठीका औँलाले तारको वरिपरिका चुम्बकीय बलरेखाको दिशा सङ्केत गर्छन्।
एउटा लामो सिधा तार ठाडो झुन्डिएको छ र त्यसमा करेन्ट तलतिर बगिरहेको छ। माथिबाट हेर्दा यसको वरिपरिका बलरेखा कता जान्छन्?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
सोलेनोइडको वरिपरिको चुम्बकीय क्षेत्र
सोलेनोइड इन्सुलेटेड तारलाई स्प्रिङको आकारमा बेरेर बनाइएको लामो बेलनाकार क्वाइल हो। सामान्यतया कुनै नलीको वरिपरि इन्सुलेटेड तार बेरेर सोलेनोइड बनाइन्छ। यसका दुई छेउ सेलसँग जोड्दा हरेक फन्कामा करेन्ट बगेर सोलेनोइडभित्र तथा वरिपरि चुम्बकीय क्षेत्र बन्छ।
- सोलेनोइडको बाहिर चुम्बकीय क्षेत्र ठ्याक्कै छड चुम्बकको चुम्बकीय क्षेत्रजस्तै हुन्छ: बलरेखा एउटा छेउबाट निस्केर अर्को छेउबाट फेरि भित्र पस्छन्। चुम्बकीय क्षेत्र दुवै छेउमा बलियो र बिचको भागको छेउमा कमजोर हुन्छ।
- सोलेनोइडको भित्र बलरेखा सिधा, समानान्तर र बराबर दुरीमा हुन्छन्, अर्थात् त्यहाँको चुम्बकीय क्षेत्र एकनासको हुन्छ।
- एउटा छेउ उत्तरी ध्रुव र अर्को छेउ दक्षिणी ध्रुव बन्छ। करेन्ट उल्टाउँदा ध्रुवहरू पनि साटिन्छन्।
म्याक्सवेलको दायाँ हातको ग्रिप नियम
म्याक्सवेलको दायाँ हातको ग्रिप नियम: सोलेनोइडलाई औँलाहरू फन्कामा बग्ने करेन्टको दिशामा बटारिने गरी दायाँ हातले समात्दा बुढीऔँलाले सोलेनोइडको उत्तरी ध्रुव सङ्केत गर्छ।
चुम्बकीय क्षेत्रलाई बलियो बनाउने: विद्युत् चुम्बक
सोलेनोइडको चुम्बकीय क्षेत्रको शक्ति निम्नलिखित कुरामा भर पर्छ:
- सोलेनोइडमा बग्ने करेन्ट: करेन्ट बढी भए चुम्बकीय क्षेत्र बलियो हुन्छ;
- क्वाइलका फन्काको सङ्ख्या: फन्का बढी भए चुम्बकीय क्षेत्र बलियो हुन्छ;
- क्वाइलभित्र राखिएको पदार्थ अर्थात् कोर: नरम फलामको कोर राख्दा चुम्बकीय क्षेत्र सयौँ गुणा बलियो हुन्छ।
नरम फलामको कोर भएको सोलेनोइडलाई विद्युत् चुम्बक भनिन्छ। यसको चुम्बकत्व अस्थायी हुन्छ, अर्थात् करेन्ट बन्द गर्नासाथ हराउँछ। साधारण चुम्बकभन्दा यसको सबैभन्दा ठुलो फाइदा यही हो: विद्युत् चुम्बकलाई अन र अफ गर्न तथा यसको शक्ति घटबढ गर्न सकिन्छ।
कुन परिवर्तनले विद्युत् चुम्बकलाई बलियो बनाउँदैन?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
चुम्बकीय प्रवाह
हरेक चुम्बकीय क्षेत्रलाई चुम्बकीय बलरेखा कोरेर देखाउन सकिन्छ। चुम्बकीय क्षेत्रको स्रोतअनुसार बलरेखाको आकार फरक फरक हुन्छ।
करेन्ट बगिरहेको तारको एउटा गोलाकार लुपको चुम्बकीय क्षेत्र निकै छोटो सोलेनोइडको जस्तै हुन्छ: बलरेखा तारका दुवैपट्टि घुमेर लुपको बिचबाट सिधै छिर्छन्।
चुम्बकीय क्षेत्र बलियो भएको ठाउँमा बलरेखा नजिक नजिक र कमजोर भएको ठाउँमा टाढा टाढा कोरिन्छन्। अब चुम्बकीय क्षेत्रमा एउटा सानो कार्ड समातेर त्यसबाट कतिओटा बलरेखा छिर्छन् भनेर गनेको कल्पना गरौँ। जति धेरै बलरेखा छिर्छन्, कार्डबाट त्यति नै धेरै चुम्बकीय क्षेत्र छिरेको बुझिन्छ।
कुनै सतहबाट छिर्ने चुम्बकीय बलरेखाको कुल सङ्ख्यालाई त्यस सतहको चुम्बकीय प्रवाह भनिन्छ। चुम्बकीय प्रवाहलाई ग्रिक अक्षर Φ (फाई) ले जनाइन्छ र यसको SI एकाइ वेबर (Wb) हो। यो एकाइको नाम जर्मन भौतिकशास्त्री विल्हेम एडुअर्ड वेबरको नामबाट राखिएको हो।
बलरेखा बाक्ला भएको ठाउँमा कुनै क्षेत्रफलबाट छिर्ने प्रवाह बलियो हुन्छ भने पातला भएको ठाउँमा कमजोर हुन्छ। छड चुम्बकको वरिपरि बलरेखा ध्रुवमा खाँदिएका हुने भएकाले प्रवाह ध्रुवमा सबैभन्दा बलियो र बिचमा सबैभन्दा कमजोर हुन्छ।
मोटर असर
करेन्टले चुम्बकीय क्षेत्र बनाउँछ भन्ने थाहा भयो। त्यसो भए करेन्ट बगिरहेको तारलाई अर्को चुम्बकको चुम्बकीय क्षेत्रमा राख्दा के होला? यस्तो अवस्थामा दुई चुम्बकीय क्षेत्रबिच धक्का लागेर तार चल्छ।
करेन्ट बगिरहेको तारलाई चुम्बकीय क्षेत्रमा राख्दा त्यसमा बल लागेर तार चल्छ। यसरी चाल उत्पन्न हुनुलाई मोटर असर भनिन्छ। तारको वरिपरिको वृत्ताकार चुम्बकीय क्षेत्र तथा चुम्बकको सिधा चुम्बकीय क्षेत्र तारको एकापट्टि जोडिएर बलियो र अर्कोपट्टि एकअर्कालाई काटेर कमजोर हुने भएकाले तार बलियो भागबाट कमजोर भागतिर धकेलिन्छ।
विद्युत् मोटर
एकपटक मात्र उफ्रने तार खासै काम लाग्दैन। मोटरमा त्यस्तो धक्कालाई निरन्तर घुमाइमा बदलिन्छ। नरम फलामको कोरमा इन्सुलेटेड तार बेरेर मोटरको क्वाइल (रोटर) बनाइन्छ र यसलाई दुईओटा विपरीत चुम्बकीय ध्रुवका बिचमा राखिन्छ।
क्वाइलका दुई लामा भागमा करेन्ट उल्टो दिशामा बग्ने भएकाले एउटा भाग माथितिर र अर्को तलतिर धकेलिएर क्वाइल घुम्छ। आधा फन्कापछि दुई भाग एकअर्काको ठाउँमा पुगिसकेका हुन्छन्। त्यसपछि पनि उही धक्का लागिरहे क्वाइल उल्टो दिशामा फर्किन्थ्यो। यसो हुन नदिन हरेक आधा फन्कामा क्वाइलको करेन्ट उल्टिनुपर्छ:
- d.c. मोटरमा (खेलौना गाडी, कम्प्युटरको चिसो पार्ने पङ्खा) स्प्लिट रिङ कम्युटेटर र दुईओटा ब्रसले हरेक आधा फन्कामा करेन्ट उल्टाउँछन्।
- a.c. मोटरमा (सिलिङ पङ्खा, पानी तान्ने मोटर, मिक्सर ग्राइन्डर) a.c. सप्लाइ आफैँले सेकेन्डमा 100 पटक करेन्ट उल्टाउँछ र त्यससँगै क्वाइलको चुम्बकीय क्षेत्रको दिशा पनि उल्टिन्छ।
दुवै किसिमका मोटरमा चुम्बकको चुम्बकीय क्षेत्र र क्वाइलको चुम्बकीय क्षेत्रबिचको अन्तरक्रियाका कारण क्वाइल घुमिरहन्छ। क्वाइलले आफ्नो धुरीमा जोडिएका पङ्खाका पाता, पम्प वा मिक्सरका ब्लेडजस्ता वस्तु घुमाउँछ।
मोटरलाई छिटो वा बढी बलले घुमाउन यी उपाय अपनाउन सकिन्छ:
- क्वाइलमा फन्काको सङ्ख्या बढाउने;
- क्वाइलको क्षेत्रफल बढाउने;
- बलियो चुम्बक प्रयोग गर्ने;
- क्वाइललाई नरम फलामको कोरमा बेर्ने;
- (र पक्कै पनि बढी करेन्ट पठाउने)।
d.c. मोटरमा स्प्लिट रिङ कम्युटेटरले के काम गर्छ?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
विद्युत् चुम्बकीय उपपादन
उन्नाइसौँ शताब्दीको सुरुतिर (सन् 1800 को दशकमा) करेन्टको एउटै स्रोत भोल्टाइक सेल थियो। अम्लमा राखिएका धातुका प्लेटको थाकबाट बनेका यी सेल महँगा हुन्थे र छिट्टै सकिन्थे। सन् 1831 मा अङ्ग्रेज वैज्ञानिक माइकल फाराडेले एउटा महत्त्वपूर्ण खोज गरे: सुचालक तारले चुम्बकीय बलरेखालाई काट्दा तारमा भोल्टेज उत्पन्न हुन्छ र तार बन्द परिपथको भाग भएमा त्यसमा करेन्ट बग्छ। यही खोजपछि संसार नै बदलियो। आज हामीले प्रयोग गर्ने लगभग सबै विद्युत् यसै तरिकाले उत्पादन गरिन्छ।
चुम्बकलाई क्वाइलभित्र वा बाहिर चलाउँदा क्वाइलबाट छिर्ने बलरेखाको सङ्ख्या अर्थात् क्वाइलसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाह बदलिइरहन्छ। यसरी प्रवाह बदलिँदा क्वाइलमा भोल्टेज उत्पन्न हुन्छ। क्वाइललाई चलाउँदा वा चुम्बकीय क्षेत्रमा घुमाउँदा पनि यस्तै हुन्छ: क्वाइलबाट छिर्ने प्रवाह बदलिउन्जेल भोल्टेज उत्पन्न भइरहन्छ। हरेक अवस्थामा चुम्बक वा क्वाइल चलाउन गरिएको कार्य अर्थात् यान्त्रिक ऊर्जा विद्युत् ऊर्जामा रूपान्तरण हुन्छ।
कुनै सुचालकसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाह बदलिँदा त्यस सुचालकमा इलेक्ट्रोमोटिभ फोर्स (e.m.f.) अर्थात् भोल्टेज उत्पन्न हुने क्रियालाई विद्युत् चुम्बकीय उपपादन भनिन्छ। यसरी उत्पन्न हुने भोल्टेजलाई उपपादित e.m.f. र करेन्टलाई उपपादित करेन्ट भनिन्छ।
विद्युत् चुम्बकीय उपपादनसम्बन्धी फाराडेको नियम
उपपादित भोल्टेजको परिमाण तीन कुरामा भर पर्छ:
- चुम्बकको शक्ति: चुम्बक बलियो भए भोल्टेज बढी हुन्छ;
- क्वाइलका फन्काको सङ्ख्या: फन्का बढी भए भोल्टेज बढी हुन्छ;
- प्रवाह कति छिटो बदलिन्छ भन्ने कुरा: चुम्बकलाई बिस्तारै चलाउँदा नगन्य भोल्टेज उपपादित हुन्छ भने छिटो चलाउँदा धेरै बढी भोल्टेज उपपादित हुन्छ।
फाराडेले यी कुरालाई एउटा नियमका रूपमा प्रस्तुत गरे:
फाराडेको नियम: सुचालक र चुम्बकबिच सापेक्षिक चाल हुँदा सुचालकमा e.m.f. उपपादित हुन्छ र उक्त e.m.f. को परिमाण सुचालकसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाहको परिवर्तनको दरसँग समानुपातिक हुन्छ।
“परिवर्तनको दर” भन्नाले हरेक सेकेन्डमा प्रवाह कति बदलिन्छ भन्ने बुझिन्छ। चुम्बकलाई दोब्बर छिटो चलाउँदा प्रवाह पनि दोब्बर छिटो बदलिने भएकाले भोल्टेज दोब्बर हुन्छ।
प्रवाह बदलिउन्जेल मात्र e.m.f. उपपादित भइरहने भएकाले निरन्तर विद्युत् पाउन जेनेरेटरमा चुम्बकीय क्षेत्रमा क्वाइललाई लगातार घुमाइरहिन्छ। यही जेनेरेटरको कार्यसिद्धान्त हो र यसबारे पछिका खण्डमा पढिन्छ।
ग्याल्भानोमिटरसँग जोडिएको क्वाइलभित्र एउटा चुम्बक स्थिर छ। मिटरमा के देखिन्छ?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
डाइनामो र a.c. जेनेरेटर
डाइनामोबाट साइकल वा मोटरसाइकलको बत्ती बाल्ने जस्ता कामका लागि थोरै परिमाणमा करेन्ट उत्पादन गरिन्छ भने a.c. जेनेरेटरबाट घरघरमा पुग्ने विद्युत्का लागि ठुलो परिमाणमा करेन्ट उत्पादन गरिन्छ।
साइकलको डाइनामो
साइकल डाइनामोमा फलामको कोरका दुई हातका बिचमा एउटा चुम्बक घुमाइन्छ र कोरमा तारको क्वाइल बेरिएको हुन्छ। डाइनामोको क्याप टायरमा थिचिएको हुने भएकाले पाङ्ग्रा घुम्दा घर्षणका कारण क्याप र त्यससँगै चुम्बक पनि घुम्छ। चुम्बक घुम्दा क्वाइलसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाह बदलिइरहन्छ र क्वाइलमा अल्टरनेटिङ भोल्टेज उपपादित भएर बत्ती बल्छ।
यसरी उपपादित हुने भोल्टेजको परिमाण क्वाइलका फन्काको सङ्ख्या, चुम्बकको शक्ति र चुम्बक कति छिटो घुम्छ भन्ने कुरा अर्थात् प्रवाह परिवर्तनको दरमा भर पर्छ। साइकल छिटो चलाउँदा बत्ती चम्किलो हुन्छ, ढिलो चलाउँदा मधुरो हुन्छ र साइकल रोकिँदा बत्ती निभ्छ।
विद्युत्का ठुला स्रोतहरू
धेरै विद्युत् उत्पादन गर्न बलियो चुम्बकीय क्षेत्रमा राखिएको ठुलो क्वाइललाई निकै छिटो घुमाउनुपर्छ र त्यसका लागि धेरै ऊर्जा चाहिन्छ। जेनेरेटर घुमाउने पाताहरू भएको पाङ्ग्रालाई टर्बाइन भनिन्छ। विद्युत् गृहहरूबिचको फरक टर्बाइनलाई केले घुमाउँछ भन्नेमा मात्र हुन्छ।
- जलविद्युत्: ड्यामपछाडि जम्मा गरिएको (वा खोलाबाट ल्याइएको) पानी उच्च चापमा सुरुङ वा पाइप हुँदै खसेर टर्बाइन घुमाउँछ।
- थर्मल पावर (कोइला, डिजेल): कोइला बालेर पानी उमालिन्छ र उच्च चापको बाफ बनाइन्छ। यही बाफले टर्बाइन घुमाउँछ। डिजेल प्लान्टमा भने डिजेल इन्जिनले जेनेरेटर घुमाउँछ।
- पारमाणविक शक्ति: यसमा कोइलाको प्लान्टमा जस्तै विद्युत् उत्पादन गरिन्छ, तर पानी उमाल्ने ताप युरेनियमका परमाणुलाई सावधानीपूर्वक नियन्त्रण गरेर टुक्र्याउँदा (विखण्डन) प्राप्त हुन्छ। नेपालमा पारमाणविक शक्ति केन्द्र छैन।
- वायु ऊर्जा: हावाले वायु टर्बाइनका पाता घुमाउँछ र टर्बाइनले जेनेरेटर घुमाउँछ।
(सोलार प्यानल भने यीभन्दा फरक हुन्छन्: तिनमा चुम्बक, क्वाइल वा टर्बाइनबिना नै प्रकाशबाट सिधै d.c. बन्छ।)
नेपालमा विद्युत्
नेपालको लगभग सबै विद्युत् खस्ने पानीबाट उत्पादन हुन्छ। हिमालबाट सुरु हुने नदी तराईसम्म पुग्दा हजारौँ मिटर तल झर्छन्। यसरी झर्दाको हरेक मिटरबाट टर्बाइन घुमाउन सकिन्छ।
- नेपालको पहिलो जलविद्युत् गृह काठमाडौँनजिकैको फर्पिङमा सन् 1911 मा 500 kW क्षमतासहित सञ्चालनमा आएको थियो। यसको भवन अझै पनि छ।
- अहिलेसम्मको सबैभन्दा ठुलो जलविद्युत् गृह दोलखाको माथिल्लो तामाकोशी हो। यसको क्षमता 456 MW छ र यो सन् 2021 मा पूरा भएको थियो।
- मकवानपुरको कुलेखानी आयोजना नेपालको एकमात्र ठुलो जलाशययुक्त आयोजना हो। यसमा वर्षाको पानी जम्मा गरेर सुक्खा याममा विद्युत् उत्पादन गरिन्छ। अरू धेरैजसो आयोजना नदीको बहावमा आधारित छन्। यस्ता आयोजनामा नदीमा जति पानी बग्छ त्यति नै प्रयोग गरिने भएकाले जाडोमा कम विद्युत् उत्पादन हुन्छ।
- बनिसकेका विद्युत् गृहले दिन सक्ने सामर्थ्यलाई जडित क्षमता भनिन्छ। नेपालको जडित क्षमता छिटो बढेको छ: सन् 2022 मा यो करिब 2,200 MW (नेपाल विद्युत् प्राधिकरण) थियो भने मार्च 2025 सम्म करिब 3,600 MW (सरकारको आर्थिक सर्वेक्षण 2081/82, सन् 2024/25) पुगेको छ। यसमा लगभग सबै जलविद्युत् नै छ। नेपालका नदीलाई पूरै प्रयोग गरेर उत्पादन गर्न सकिने विद्युत्लाई जलविद्युत् सम्भावना भनिन्छ र यो जडित क्षमताभन्दा धेरै ठुलो छ। सैद्धान्तिक रूपमा यो प्रायः करिब 83,000 MW अनुमान गरिन्छ र त्यसमध्ये करिब 42,000 MW आर्थिक रूपले बनाउन लायक मानिन्छ। कहिलेकाहीँ जडित क्षमतालाई नै “सम्भावना” भनिएको पनि पाइन्छ, तर यी दुईलाई छुट्याएर बुझ्नुपर्छ।
- नेपालमा दुहबी (39 MW, बहुइन्धन) र हेटौँडा (14.4 MW, डिजेल) गरी दुईओटा मात्र साना थर्मल (डिजेल) प्लान्ट छन्। यी दुवैको क्षमता जम्मा करिब 53 MW छ र यिनलाई विरलै चलाइन्छ।
- योजनामा रहेका ठुला आयोजनामा माथिल्लो अरुण (करिब 1,060 MW), दुधकोशी जलाशययुक्त आयोजना (करिब 635 MW) र उत्तरगङ्गा जलाशययुक्त आयोजना (करिब 830 MW) पर्छन्।
a.c. जेनेरेटर
a.c. जेनेरेटरमा निम्नलिखित भाग हुन्छन्:
- चुम्बकीय क्षेत्र बनाउने बलियो चुम्बक (ठुला जेनेरेटरमा विद्युत् चुम्बक);
- नरम फलामको कोरमा इन्सुलेटेड तारका धेरै फन्का बेरेर बनाइएको र ध्रुवहरूका बिचमा घुमाइने आयताकार क्वाइल (यसलाई आर्मेचर भनिन्छ);
- क्वाइलका दुई छेउमा एक एकओटा गरी जोडिएका र क्वाइलसँगै घुम्ने दुईओटा स्लिप रिङ;
- स्लिप रिङमा थिचिएर करेन्टलाई बाहिरी परिपथसम्म पुर्याउने दुईओटा कार्बन ब्रस।
क्वाइल घुम्दा यसबाट छिर्ने चुम्बकीय प्रवाह निरन्तर बदलिन्छ र प्रवाह बदलिने दरको अनुपातमा क्वाइलमा e.m.f. उपपादित हुन्छ।
- क्वाइलको सतह बलरेखासँग समानान्तर हुँदा (बलरेखाकै दिशामा पल्टिँदा) यसका भागहरूले बलरेखालाई सबैभन्दा छिटो काटिरहेका हुन्छन्। यस बेला e.m.f. अधिकतम हुन्छ।
- क्वाइलको सतह बलरेखासँग लम्ब हुँदा (बलरेखातिर फर्कँदा) यसका भाग बलरेखालाई नकाटी बलरेखाकै दिशामा चलिरहेका हुन्छन्। त्यस क्षणमा e.m.f. शून्य हुन्छ।
- आधा फन्कापछि क्वाइलको हरेक भाग चुम्बकीय क्षेत्रमा उल्टो दिशामा चल्ने भएकाले e.m.f. उल्टिन्छ।
यसरी क्वाइलको हरेक फन्काबाट a.c. को एउटा पूरा चक्र प्राप्त हुन्छ। 50 Hz को a.c. उत्पादन गर्न दुई ध्रुव भएको साधारण जेनेरेटर सेकेन्डमा 50 पटक अर्थात् मिनेटमा 3,000 पटक घुम्नुपर्छ। (ढिलो घुम्ने ठुला पानीका टर्बाइनमा भने धेरै जोडी ध्रुव भएका जेनेरेटर प्रयोग गरिन्छन्।)
जेनेरेटर वा डाइनामोबाट बढी करेन्ट पाउन क्वाइलमा बढी फन्का बेर्ने, बलियो चुम्बक प्रयोग गर्ने, क्वाइललाई छिटो घुमाउने र क्वाइललाई नरम फलामको कोरमा बेर्ने उपाय अपनाउन सकिन्छ।
साइकल छिटो चलाउँदा डाइनामोको बत्ती चम्किलो हुन्छ। किन?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
ट्रान्सफर्मर
मोबाइल चार्जरको लेबलमा Input: 100–240 V ~ 50/60 Hz र Output: 5.3 V ⎓ 2.0 A जस्ता कुरा लेखिएका हुन्छन्। सकेटबाट करिब 230 V आउँछ, तर मोबाइललाई करिब 5 V मात्र चाहिने भएकाले चार्जरभित्रको कुनै उपकरणले भोल्टेज घटाउँछ। माइक्रोवेभ ओभनलाई भने उल्टो चाहिन्छ। यसलाई माइक्रोवेभ बनाउन करिब 2,000 V चाहिन्छ र यो भोल्टेज 230 V बाटै प्राप्त गरिन्छ।
अल्टरनेटिङ करेन्टको भोल्टेज बढाउने वा घटाउने उपकरणलाई ट्रान्सफर्मर भनिन्छ।
उत्पादन, प्रसारण र वितरण
विद्युत् घरसम्म आइपुग्नुअघि तीन चरणमा लामो यात्रा गर्छ।
- उत्पादन: विद्युत् गृहको जेनेरेटरले करिब 11 kV (11,000 V) मा a.c. उत्पादन गर्छ।
- प्रसारण: विद्युत् गृहमै रहेको स्टेप अप ट्रान्सफर्मरले भोल्टेजलाई 132 kV, 220 kV वा 400 kV जस्तो उच्च भोल्टेजमा पुर्याउँछ र अग्ला टावरमा टाँगिएका तारबाट विद्युत् देशभर पठाइन्छ।
- वितरण: सबस्टेसन (भार सम्प्रेषण केन्द्र) मा रहेका स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मरहरूले सहरका लाइनका लागि भोल्टेजलाई 33 kV र 11 kV मा घटाउँछन्। त्यसपछि घरनजिकैको पोलमा राखिएको सानो ट्रान्सफर्मरले यसलाई सकेटमा आउने 230 V मा झार्छ।
धनुषाको ढल्केबर सबस्टेसन 400 kV मा सञ्चालन हुन्छ। भारतसँग विद्युत् ल्याउने र लैजाने 400 kV लाइनको नेपालतर्फको छेउ यही सबस्टेसन हो।
ट्रान्सफर्मरको बनोट र कार्यसिद्धान्त
ट्रान्सफर्मरमा एउटै फलामको कोरमा बेरिएका इन्सुलेटेड तामाको तारका दुईओटा क्वाइल हुन्छन्। यी क्वाइल एकअर्कासँग जोडिएका हुँदैनन्।
- इनपुट a.c. पठाइने क्वाइललाई प्राइमरी क्वाइल भनिन्छ। यसका फन्काको सङ्ख्यालाई प्राइमरी फन्का (Nₚ) तथा यसको भोल्टेजलाई प्राइमरी (इनपुट) भोल्टेज (Vₚ) भनिन्छ।
- आउटपुट लिइने क्वाइललाई सेकेन्डरी क्वाइल भनिन्छ। यसका फन्कालाई सेकेन्डरी फन्का (Nₛ) तथा यसको भोल्टेजलाई सेकेन्डरी (आउटपुट) भोल्टेज (Vₛ) भनिन्छ।
दुई क्वाइलका बिचमा कुनै तार नै नहुँदा पनि भोल्टेज एउटा क्वाइलबाट अर्कोमा कसरी पुग्छ? प्राइमरी क्वाइलमा a.c. बग्दा यसले सेकेन्डमा 100 पटक बदलिइरहने चुम्बकीय क्षेत्र बनाउँछ। फलामको कोर हुँदै यो चुम्बकीय क्षेत्र सेकेन्डरी क्वाइलसम्म पुग्छ। सेकेन्डरीबाट छिर्ने प्रवाह बदलिइरहने भएकाले विद्युत् चुम्बकीय उपपादनद्वारा यसमा e.m.f. उपपादित हुन्छ। यसरी छेउको क्वाइलमा करेन्ट बदलेर कुनै क्वाइलमा e.m.f. उपपादन गर्ने क्रियालाई म्युच्युअल इन्डक्सन भनिन्छ। ट्रान्सफर्मर म्युच्युअल इन्डक्सनको सिद्धान्तमा आधारित हुन्छ।
d.c. बग्दा प्राइमरी क्वाइलको चुम्बकीय क्षेत्र स्थिर रहने भएकाले सेकेन्डरीबाट छिर्ने प्रवाह बदलिँदैन र कुनै e.m.f. उपपादित हुँदैन। ट्रान्सफर्मरबाट d.c. को भोल्टेज बदल्न नसकिनुको कारण यही हो।
कोरको लेमिनेसन। ट्रान्सफर्मरको कोर फलामको ठोस ढिक्का होइन। यो E, I र U आकारका फलामका धेरै पातला पाताबाट बनाइन्छ। हरेक पातामा कुचालक पदार्थको (भार्निस वा अक्साइडको) पातलो तह लगाइन्छ र सबै पातालाई थिचेर नटबोल्टले कसिन्छ। यस प्रक्रियालाई लेमिनेसन भनिन्छ। कोर ठोस फलामको भएको भए बदलिइरहने चुम्बकीय क्षेत्रले कोरभित्र पनि करेन्ट उपपादन गर्थ्यो। कोरभित्रै घुमिरहने यस्ता करेन्टलाई एडी करेन्ट भनिन्छ। यिनका कारण कोर तातेर ऊर्जा खेर जान्छ। कुचालक तहले यी करेन्टलाई टुक्र्याउने भएकाले कोर चिसो रहन्छ र कम ऊर्जा खेर जान्छ।
ट्रान्सफर्मरका किसिम
ट्रान्सफर्मरले भोल्टेज बढाउँछ कि घटाउँछ भन्ने कुरा यसका दुई क्वाइलका फन्काको सङ्ख्यामा भर पर्छ।
- स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मर: यसको सेकेन्डरीमा प्राइमरीभन्दा कम फन्का हुन्छन् (Nₛ < Nₚ) र आउटपुट भोल्टेज इनपुटभन्दा कम हुन्छ। फन्काको अनुपात 2 : 1 हुँदा 220 V दिए 110 V निस्कन्छ। मोबाइल चार्जर, एडेप्टर, ढोकाको घन्टी र पोलका ट्रान्सफर्मरमा यसको प्रयोग गरिन्छ।
- स्टेप अप ट्रान्सफर्मर: यसको सेकेन्डरीमा बढी फन्का हुन्छन् (Nₛ > Nₚ) र आउटपुट भोल्टेज बढी हुन्छ। फन्काको अनुपात 1 : 2 हुँदा 110 V दिए 220 V निस्कन्छ। प्रसारणअघि भोल्टेज बढाउन विद्युत् गृहमा तथा माइक्रोवेभ ओभन, एक्स–रे मेसिन र पुराना पिक्चर ट्युब भएका टिभीमा यसको प्रयोग गरिन्छ।
ट्रान्सफर्मर सूत्र
ट्रान्सफर्मरका प्राइमरी र सेकेन्डरी फन्काको अनुपात प्राइमरी र सेकेन्डरी भोल्टेजको अनुपातसँग बराबर हुन्छ:
तारको हरेक फन्कामा भोल्टेजको बराबर भाग पर्ने भएकाले बढी फन्का भएको क्वाइलमा बढी भोल्टेज हुन्छ।
परियोजना कार्य
अभ्यास
1. तलका प्रश्नको सही विकल्प छनोट गर्नुहोस्
क. तलकामध्ये कुन a.c. को स्रोत हो?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
ख. विद्युत् धाराको चुम्बकीय असर कुन वैज्ञानिकले पत्ता लगाएका हुन्?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
ग. सुचालक सिधा तारबाट विद्युत् करेन्ट माथितिर गइरहेको अवस्थामा (माथिबाट हेर्दा) चुम्बकीय क्षेत्रको दिशा कुन हो?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
घ. चित्रमा A साइकलको डाइनामो र B ब्याट्री भएको टर्च छ। यी विद्युत् स्रोतका लागि तलकामध्ये कुन भनाइ सही छ?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
ङ. ट्रान्सफर्मर कुन सिद्धान्तमा आधारित हुन्छ?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
च. ट्रान्सफर्मर सूत्र कुन हो?
किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।
2. फरक लेख्नुहोस्
a.c. र d.c.
उत्तर
| अल्टरनेटिङ करेन्ट (a.c.) | डाइरेक्ट करेन्ट (d.c.) |
|---|---|
| यसको दिशा घरी घरी बदलिन्छ। | यो एउटै दिशामा मात्र बग्छ। |
| यसको परिमाण निरन्तर बदलिन्छ। | यसको परिमाण स्थिर रहन्छ। |
| यसको आवृत्ति हुन्छ (नेपालमा 50 Hz)। | यसको आवृत्ति शून्य हुन्छ। |
| डाइनामो र a.c. जेनेरेटरबाट उत्पादन हुन्छ। | सेल, ब्याट्री र सोलार प्यानलबाट उत्पादन हुन्छ। |
| ट्रान्सफर्मरबाट यसको भोल्टेज बदल्न सकिन्छ। | ट्रान्सफर्मरबाट यसको भोल्टेज बदल्न सकिँदैन। |
डाइनामो र जेनेरेटर
उत्तर
| डाइनामो | जेनेरेटर |
|---|---|
| थोरै परिमाणमा विद्युत् उत्पादन गर्छ। | ठुलो परिमाणमा विद्युत् उत्पादन गर्छ। |
| प्रायः चुम्बक घुम्छ र क्वाइल स्थिर रहन्छ। | साधारण जेनेरेटरमा चुम्बकका ध्रुवबिच क्वाइल घुम्छ (ठुला जेनेरेटरमा स्थिर क्वाइलभित्र विद्युत् चुम्बक घुमाइन्छ)। |
| साइकल वा मोटरसाइकलको पाङ्ग्राबाट घुमाइन्छ। | टर्बाइन (पानी, बाफ, हावा) वा इन्जिनबाट घुमाइन्छ। |
| जस्तै: साइकलको बत्ती बाल्ने डाइनामो | जस्तै: जलविद्युत् गृहका जेनेरेटर |
मोटर र जेनेरेटर
उत्तर
| मोटर | जेनेरेटर |
|---|---|
| विद्युत् ऊर्जालाई यान्त्रिक ऊर्जा (चाल) मा बदल्छ। | यान्त्रिक ऊर्जालाई विद्युत् ऊर्जामा बदल्छ। |
| मोटर असरमा आधारित हुन्छ: चुम्बकीय क्षेत्रमा रहेको करेन्टमा बल लाग्छ। | विद्युत् चुम्बकीय उपपादनमा आधारित हुन्छ: प्रवाह बदलिँदा e.m.f. उपपादित हुन्छ। |
| करेन्ट भित्र पठाइन्छ र क्वाइल घुम्छ। | क्वाइल घुमाइन्छ र करेन्ट बाहिर आउँछ। |
| जस्तै: पङ्खा, पानी तान्ने मोटर | जस्तै: डाइनामो, विद्युत् गृहको जेनेरेटर |
स्टेप अप ट्रान्सफर्मर र स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मर
उत्तर
| स्टेप अप ट्रान्सफर्मर | स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मर |
|---|---|
| a.c. को भोल्टेज बढाउँछ। | a.c. को भोल्टेज घटाउँछ। |
| सेकेन्डरीमा प्राइमरीभन्दा बढी फन्का हुन्छन् (Nₛ > Nₚ)। | सेकेन्डरीमा प्राइमरीभन्दा कम फन्का हुन्छन् (Nₛ < Nₚ)। |
| आउटपुट करेन्ट इनपुट करेन्टभन्दा कम हुन्छ। | आउटपुट करेन्ट इनपुट करेन्टभन्दा बढी हुन्छ। |
| विद्युत् गृह र माइक्रोवेभ ओभनमा प्रयोग गरिन्छ। | चार्जर, एडेप्टर, सबस्टेसन र पोलका ट्रान्सफर्मरमा प्रयोग गरिन्छ। |
3. कारण लेख्नुहोस्
सोलार प्यानलबाट निकालिएको विद्युत् परिपथमा सिलिङ पङ्खा जडान गर्दा उक्त पङ्खा घुम्दैन।
उत्तर
सोलार प्यानलबाट कम भोल्टेजको d.c. आउँछ, तर सिलिङ पङ्खामा करिब 230 V का लागि बनेको a.c. मोटर हुन्छ। यस्तो मोटर घुमिरहन घरी घरी उल्टिने करेन्ट चाहिने भएकाले स्थिर d.c. बाट यो घुम्दैन। सोलार प्यानलबाट पङ्खा चलाउन ब्याट्री र इन्भर्टर (वा d.c. का लागि बनेको पङ्खा) चाहिन्छ।
विद्युत् करेन्ट बगिरहेको परिपथनजिकै चुम्बकीय कम्पास राख्दा यसको निडिल चल्छ।
उत्तर
विद्युत् करेन्ट बग्दा तारको वरिपरि चुम्बकीय क्षेत्र बन्छ (विद्युत् धाराको चुम्बकीय असर)। यस चुम्बकीय क्षेत्रले कम्पासको चुम्बकीय निडिलमा बल लगाउने भएकाले निडिल घुम्छ।
विद्युत् घन्टीमा विद्युत् चुम्बकको प्रयोग गरिन्छ।
उत्तर
घन्टीलाई छिटो छिटो र घरी घरी अन र अफ गर्न सकिने चुम्बक चाहिन्छ। विद्युत् चुम्बकले करेन्ट बगुन्जेल मात्र फलामको पाता र ह्यामरलाई तान्छ। पाता सर्दा परिपथ टुट्छ, चुम्बकत्व हराउँछ र पाता फर्केर परिपथ फेरि जोडिन्छ। सेकेन्डमा धेरै पटक यसो हुँदा ह्यामरले घन्टीलाई घरी घरी हिर्काउँछ। स्थायी चुम्बकलाई बन्द गर्न नसकिने भएकाले यो काम स्थायी चुम्बकबाट हुँदैन।
ट्रान्सफर्मरका प्राइमरी फन्का र सेकेन्डरी फन्काको सङ्ख्या समान हुँदैन।
उत्तर
आउटपुट भोल्टेज फन्काको अनुपातमा भर पर्छ: । फन्का बराबर भए आउटपुट भोल्टेज पनि इनपुट भोल्टेजसँग बराबर हुन्थ्यो र ट्रान्सफर्मरको कुनै काम हुँदैनथ्यो। भोल्टेज बढाउनुपर्दा सेकेन्डरीमा बढी फन्का र घटाउनुपर्दा कम फन्का राखिन्छ।
ट्रान्सफर्मरको कोर लेमिनेसन गरिएको हुन्छ।
उत्तर
बदलिइरहने चुम्बकीय क्षेत्रले फलामको कोरभित्रै करेन्ट (एडी करेन्ट) उपपादन गर्छ। यस्तो करेन्टले कोरलाई तताएर ऊर्जा खेर फाल्छ। कुचालक तहले एकअर्काबाट छुट्याइएका पातला फलामका पाताबाट कोर बनाउँदा यी करेन्ट टुक्रिने भएकाले कम ताप उत्पन्न हुन्छ र कम ऊर्जा खेर जान्छ।
मोबाइल चार्जरमा ट्रान्सफर्मरको प्रयोग गरिएको हुन्छ।
उत्तर
मेनलाइनबाट करिब 230 V को a.c. आउँछ, तर मोबाइलको ब्याट्री करिब 5 V मा चार्ज हुन्छ। चार्जरभित्रको स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मरले भोल्टेज घटाउँछ र त्यसपछि रेक्टिफायरले त्यसलाई d.c. मा बदल्छ। मोबाइललाई सिधै 230 V मा जोडे मोबाइल बिग्रिन्छ।
4. तलका प्रश्नको उत्तर लेख्नुहोस्
हाम्रो देशमा प्रयोग हुने a.c. को आवृत्ति 50 Hz हुन्छ भन्नुको अर्थ लेख्नुहोस्।
उत्तर
यसको अर्थ अल्टरनेटिङ करेन्टले हरेक सेकेन्डमा 50 चक्र पूरा गर्छ भन्ने हो। एउटा चक्रलाई 1/50 s = 0.02 s लाग्छ र हरेक चक्रमा करेन्ट दुईपटक उल्टिने भएकाले यसको दिशा हरेक सेकेन्डमा 100 पटक बदलिन्छ।
डाइरेक्ट करेन्ट र अल्टरनेटिङ करेन्टको करेन्ट–समय ग्राफ कोर्नुहोस्।
उत्तर
चित्र 11.3 मा जस्तै ग्राफ कोरिन्छ। d.c. को करेन्ट (जस्तै 4 A) उही रहने भएकाले यसको ग्राफ समय अक्षभन्दा माथि तेर्सो सिधा रेखा हुन्छ। a.c. को ग्राफ भने शून्यबाट अधिकतम (जस्तै +5 A) सम्म बढ्ने, शून्य हुँदै उल्टो दिशामा उत्तिकै (−5 A) पुग्ने र फेरि शून्यमा फर्कने चिल्लो तरङ्ग हुन्छ। यो एउटा चक्र हो। अक्षहरूमा करेन्ट (A) र समय (s) लेखिन्छ।
धारा विद्युत् बहिरहेको सिधा तारको वरिपरिको र सोलेनोइडको वरिपरिको चुम्बकीय क्षेत्रको रेखाचित्र कोर्नुहोस्।
उत्तर
सिधा तारका लागि तारको वरिपरि समकेन्द्रीय वृत्त कोरिन्छन्। तारनजिक वृत्तहरू नजिक नजिक हुन्छन् र तिनमा दायाँ हातको बुढीऔँलाको नियमअनुसारको दिशा वाण चिह्नले जनाइन्छ (चित्र 11.7 हेर्नुहोस्)। सोलेनोइडका लागि भित्र सिधा समानान्तर रेखा र बाहिर छड चुम्बकको जस्तै उत्तरी छेउबाट घुमेर दक्षिणी छेउतिर जाने रेखा कोरिन्छन् (चित्र 11.8 हेर्नुहोस्)।
निम्नलिखित नियमको व्याख्या गर्नुहोस्:
- i.सिधा तारबाट विद्युत् करेन्ट बग्दा बन्ने चुम्बकीय क्षेत्रको दिशा थाहा पाउने म्याक्सवेलको दायाँ हातको बुढीऔँलाको नियम
- ii.सोलेनोइडको वरिपरिका चुम्बकीय बलरेखाको दिशा पत्ता लगाउने म्याक्सवेलको दायाँ हातको ग्रिप नियम
उत्तर
- i.करेन्ट बगिरहेको सिधा तारलाई बुढीऔँला करेन्टको दिशामा पारेर दायाँ हातले मुठी बाँधी समात्दा मुठीका औँलाले तारको वरिपरिका चुम्बकीय बलरेखाको दिशा सङ्केत गर्छन्।
- ii.सोलेनोइडलाई औँलाहरू फन्कामा बग्ने करेन्टको दिशामा बटारिने गरी दायाँ हातले समात्दा बुढीऔँलाले सोलेनोइडको उत्तरी ध्रुव सङ्केत गर्छ।
धारा विद्युत्को चुम्बकीय असर भनेको के हो?
उत्तर
कुनै सुचालकमा विद्युत् करेन्ट बग्दा त्यसको वरिपरि चुम्बकीय क्षेत्र बन्नुलाई विद्युत् धाराको चुम्बकीय असर भनिन्छ। यस चुम्बकीय क्षेत्रको दिशा करेन्टको दिशामा भर पर्छ। यो असर सन् 1820 मा ओरस्टेडले पत्ता लगाएका थिए।
चुम्बकीय प्रवाहको परिभाषा लेख्नुहोस्।
उत्तर
कुनै सतहबाट छिर्ने चुम्बकीय बलरेखाको कुल सङ्ख्यालाई त्यस सतहको चुम्बकीय प्रवाह भनिन्छ। यसबाट कुनै क्षेत्रफलबाट कति चुम्बकीय क्षेत्र छिर्छ भन्ने थाहा हुन्छ। चुम्बकीय प्रवाहको सङ्केत Φ र SI एकाइ वेबर (Wb) हो।
फलामको धुलो, कार्डबोर्ड र सुचालक सिधा तारको प्रयोगबाट धारा विद्युत् बहिरहेको सिधा तारको वरिपरिको चुम्बकीय क्षेत्र कसरी प्रदर्शन गर्न सकिन्छ, व्याख्या गर्नुहोस्।
उत्तर
तेर्सो राखिएको कार्डबोर्डको बिचबाट बाक्लो सिधा तार ठाडो पारेर छिराइन्छ र तारलाई एउटा (वा दुईओटा) सेल तथा स्विचसँग जोडिन्छ। कार्डबोर्डमा फलामको मसिनो धुलो समान रूपले छरेर करेन्ट अन गरिन्छ र कार्डबोर्डलाई बिस्तारै टकटकाइन्छ। यसो गर्दा धुलो तारको वरिपरि समकेन्द्रीय वृत्तमा मिलेर बस्छ। यसबाट चुम्बकीय बलरेखा तारलाई केन्द्र मानेर बनेका वृत्त हुन् भन्ने थाहा हुन्छ। परिपथमा अवरोध नहुँदा तार तात्ने भएकाले छिट्टै स्विच अफ गर्नुपर्छ।
धारा विद्युत् बहिरहेको सिधा तारको वरिपरिको चुम्बकीय क्षेत्रको चित्र कोर्नुहोस्।
उत्तर
तारलाई ठाडो रेखा (वा माथिबाट हेर्दा वृत्तभित्रको थोप्लो) का रूपमा कोरिन्छ र त्यसको वरिपरि धेरै समकेन्द्रीय वृत्त कोरिन्छन्। बाहिरतिर जाँदै गर्दा वृत्तहरूबिचको दुरी बढ्दै जान्छ। तारमा करेन्टको दिशा र वृत्तमा दायाँ हातको बुढीऔँलाको नियमअनुसार वाण चिह्न लगाइन्छ। करेन्ट माथितिर जाँदा माथिबाट हेर्दा वाण चिह्न घडीको सुई घुम्ने दिशाको उल्टो दिशामा हुन्छन्। चित्र 11.7 हेर्नुहोस्।
सोलेनोइड भनेको के हो? सोलेनोइडको वरिपरिको चुम्बकीय क्षेत्रको चित्र कोर्नुहोस्।
उत्तर
इन्सुलेटेड तारका धेरै फन्का भएको लामो बेलनाकार क्वाइललाई सोलेनोइड भनिन्छ। यसमा करेन्ट बग्दा यो छड चुम्बकजस्तै हुन्छ। चित्रमा क्वाइल कोरेर यसभित्र सिधा समानान्तर बलरेखा र बाहिर एउटा छेउ (N) बाट घुमेर अर्को छेउ (S) तिर जाने बलरेखा कोरिन्छन्। चित्र 11.8 हेर्नुहोस्।
सोलेनोइडका दुईओटा उपयोगिता लेख्नुहोस्।
उत्तर
- नरम फलामको कोर राखेर विद्युत् चुम्बक बनाउन। यस्ता विद्युत् चुम्बक विद्युत् घन्टी, क्रेन र रिलेमा प्रयोग गरिन्छन्।
- लाउडस्पिकर र इयरफोनमा तथा करेन्ट अन गर्दा खुल्ने सोलेनोइड भल्भ र ढोकाका ताल्चामा। (ट्रान्सफर्मर, इन्डक्सन चुलो र MRI मेसिनमा पनि सोलेनोइड प्रयोग गरिन्छ।)
दिइएको चित्रमा कुन असर प्रदर्शन गरिएको छ? (चित्रमा दुईओटा चुम्बकका N र S ध्रुवका बिचमा सिधा तार छ र वाण चिह्नले तार चलेको दिशा जनाउँछ।)
उत्तर
चित्रमा मोटर असर प्रदर्शन गरिएको छ: चुम्बकीय क्षेत्रमा रहेको करेन्ट बोकेको सुचालकमा बल लागेर त्यो चल्छ। कुनै किताबमा यससँगै ड्राइसेलमाथि राखिएको चुम्बकमाथि दुईओटा पेपर क्लिपमा अड्याइएको क्वाइलबाट बनेको साधारण मोटरको चित्र पनि हुन्छ। त्यसमा पनि मोटर असर नै प्रदर्शन गरिएको छ। (सेलको सट्टा तारलाई ग्याल्भानोमिटरसँग जोडेर हातले चलाइएको भए त्यो विद्युत् चुम्बकीय उपपादन हुन्थ्यो: बलरेखा काट्दै चल्ने तारमा भोल्टेज उपपादित हुन्छ।)
क्वाइल, पेपर क्लिप, ड्राइसेल र स्थायी चुम्बक प्रयोग गरेर बनाइएको साधारण विद्युत् मोटर चित्रमा देखाइएको छ। मोटर असरका आधारमा यसको कार्यप्रक्रिया व्याख्या गर्नुहोस्।
उत्तर
पेपर क्लिपहरूले क्वाइललाई अड्याउनुका साथै यसका छेउलाई ड्राइसेलका ध्रुवसँग पनि जोड्छन् र क्वाइलमा करेन्ट बग्छ। करेन्ट बग्दा क्वाइल सानो विद्युत् चुम्बक बन्छ र यो तलको स्थायी चुम्बकको चुम्बकीय क्षेत्रमा पर्छ। दुई चुम्बकीय क्षेत्रबिच अन्तरक्रिया (मोटर असर) हुँदा क्वाइलमा बल लाग्छ र यो घुम्छ। क्वाइलको तारको एउटा छेउको इन्सुलेसन आधा भागमा मात्र खुर्केको हुने भएकाले हरेक फन्काको आधा समय मात्र करेन्ट बग्छ र बाँकी आधा समय क्वाइल आफ्नै संवेगले घुम्छ। यसरी धक्का सधैँ एउटै घुमाउने दिशामा लागेर क्वाइल घुमिरहन्छ।
विद्युत् चुम्बकीय उपपादन भनेको के हो?
उत्तर
कुनै सुचालकसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाह बदलिँदा त्यसमा e.m.f. (भोल्टेज) उत्पन्न हुने क्रियालाई विद्युत् चुम्बकीय उपपादन भनिन्छ। चुम्बकलाई क्वाइलभित्र वा बाहिर चलाउँदा वा चुम्बकीय क्षेत्रमा क्वाइल घुमाउँदा यस्तो हुन्छ। परिपथ बन्द भए उपपादित करेन्ट बग्छ।
दिइएको चित्रको अध्ययन गर्नुहोस् र तल दिइएका अवस्थामा के हुन्छ, लेख्नुहोस्। (चित्रमा ग्याल्भानोमिटरसँग जोडिएको सोलेनोइड र एउटा छड चुम्बक छन्।)
- i.छड चुम्बकलाई बिस्तारै सोलेनोइडभित्र प्रवेश गराउँदा
- ii.छड चुम्बकलाई छिटो सोलेनोइडभित्र प्रवेश गराउँदा
- iii.छड चुम्बकलाई सोलेनोइडभित्र स्थिर राख्दा
- iv.छड चुम्बकलाई सोलेनोइडबाट छिटो बाहिर तान्दा
उत्तर
- i.ग्याल्भानोमिटरको निडिल एकातिर अलिकति सर्छ। प्रवाह बिस्तारै बदलिने भएकाले थोरै करेन्ट उपपादित हुन्छ।
- ii.निडिल त्यतैतिर अझ टाढासम्म सर्छ। प्रवाह छिटो बदलिने भएकाले बढी e.m.f. उपपादित हुन्छ।
- iii.निडिल शून्यमा फर्कन्छ। प्रवाह नबदलिने भएकाले केही उपपादित हुँदैन।
- iv.निडिल उल्टो दिशातिर धेरै सर्छ। प्रवाह छिटो घट्ने भएकाले उल्टो दिशामा ठुलो करेन्ट बग्छ।
विद्युत् चुम्बकीय उपपादनसम्बन्धी फाराडेको नियम लेख्नुहोस्।
उत्तर
सुचालक र चुम्बकबिच सापेक्षिक चाल हुँदा सुचालकमा e.m.f. उपपादित हुन्छ र उक्त e.m.f. को परिमाण सुचालकसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाहको परिवर्तनको दरसँग समानुपातिक हुन्छ।
एउटा साइकलमा जडान गरिएको डाइनामोसँग जोडिएको बल्ब एकनासको चम्किलोपनाले बलेन। यो कहिले चम्किलो त कहिले मधुरो बल्यो र साइकल रोकिँदा निभ्यो। डाइनामोको कार्यप्रक्रियाका आधारमा यसको कारण लेख्नुहोस्।
उत्तर
डाइनामोको चुम्बक टायरले घुमाउँछ। उपपादित e.m.f. प्रवाहको परिवर्तनको दरसँग अर्थात् चुम्बक कति छिटो घुम्छ भन्नेसँग समानुपातिक हुन्छ र चुम्बक कति छिटो घुम्छ भन्ने कुरा साइकलको चालमा भर पर्छ। साइकल छिटो चलाउँदा चुम्बक छिटो घुमेर बल्ब चम्किलो हुन्छ। साइकल ढिलो हुँदा e.m.f. घटेर बल्ब मधुरो हुन्छ। साइकल रोकिँदा चुम्बक पनि रोकिन्छ। प्रवाह नबदलिने भएकाले e.m.f. उपपादित हुँदैन र बल्ब निभ्छ। डाइनामोमा ऊर्जा सञ्चय गर्ने ब्याट्री हुँदैन।
के गर्दा डाइनामोबाट उत्पादन हुने विद्युत्को मात्रा बढाउन सकिन्छ? कुनै दुईओटा उपाय लेख्नुहोस्।
उत्तर
यीमध्ये कुनै दुई:
- 1.क्वाइलमा फन्काको सङ्ख्या बढाउने;
- 2.बलियो चुम्बक प्रयोग गर्ने;
- 3.चुम्बक (वा क्वाइल) छिटो घुमाउने;
- 4.क्वाइललाई नरम फलामको कोरमा बेर्ने।
नेपालमा विद्युत् उत्पादनका कुनै दुई ठुला स्रोत (जस्तै जलविद्युत् गृह र सोलार पावर प्लान्ट) का बारेमा खोजी गरी तिनको क्षमता, त्यसबाट उत्पादन हुने विद्युत्को किसिम र प्रसारण आदि समेटेर खोजमूलक प्रतिवेदन तयार पार्नुहोस्।
नमुना प्रतिवेदन
- माथिल्लो तामाकोशी जलविद्युत् आयोजना, दोलखा। यसको क्षमता 456 MW (76 MW का छओटा युनिट) छ। सन् 2021 मा पूरा भएको यो आयोजना नेपालकै सबैभन्दा ठुलो हो। यो नदीको बहावमा आधारित आयोजना हो: तामाकोशी नदीको पानीलाई ड्यामबाट 8 km लामो हेडरेस सुरुङमा मोडिन्छ र पानी करिब 820 m तल जमिनमुनिको विद्युत् गृहमा खस्छ। यहाँ a.c. उत्पादन हुन्छ र भोल्टेज बढाएर 220 kV लाइनबाट राष्ट्रिय प्रसारण लाइनमा पठाइन्छ।
- नुवाकोट (देवीघाट क्षेत्र) सौर्य विद्युत् प्लान्ट, नुवाकोट। राष्ट्रिय प्रसारण लाइनमा जोडिएको नेपाल विद्युत् प्राधिकरणको पहिलो ठुलो सौर्य प्लान्टको क्षमता 25 MW छ र यो सन् 2022 मा प्रणालीमा जोडिएको थियो। सोलार प्यानलबाट d.c. उत्पादन हुन्छ। इन्भर्टरहरूले त्यसलाई a.c. मा बदल्छन् र ट्रान्सफर्मरहरूले भोल्टेज बढाएर प्रणालीमा जोड्छन्। यहाँ दिउँसो मात्र विद्युत् उत्पादन हुन्छ र नदीमा पानी घट्ने सुक्खा याममा सबैभन्दा धेरै उत्पादन हुने भएकाले यसले जलविद्युत्को कमी राम्ररी पूरा गर्छ।
(तथ्याङ्क हरेक वर्ष बदलिने भएकाले आफ्नो प्रतिवेदनका तथ्याङ्क नेपाल विद्युत् प्राधिकरणको वार्षिक प्रतिवेदनसँग भिडाउनुपर्छ। यो प्रतिवेदन अनलाइन निःशुल्क पाइन्छ।)
ट्रान्सफर्मर भनेको के हो?
उत्तर
अल्टरनेटिङ करेन्टको भोल्टेज बढाउने वा घटाउने उपकरणलाई ट्रान्सफर्मर भनिन्छ। यसमा लेमिनेसन गरिएको फलामको कोरमा बेरिएका इन्सुलेटेड तारका दुईओटा क्वाइल (प्राइमरी र सेकेन्डरी) हुन्छन्। यो म्युच्युअल इन्डक्सनको सिद्धान्तमा आधारित हुन्छ।
चित्रमा देखाइएका ट्रान्सफर्मर J र K को किसिम लेख्नुहोस्। (चित्रमा विद्युत् गृहको विद्युत् ट्रान्सफर्मर J, टावरका प्रसारण लाइन र ट्रान्सफर्मर K हुँदै उपभोक्तासम्म पुग्छ।)
उत्तर
J (विद्युत् गृहमा) स्टेप अप ट्रान्सफर्मर हो। यसले भोल्टेज बढाउने भएकाले विद्युत्लाई थोरै नोक्सानीमा टाढासम्म पठाउन सकिन्छ। K (उपभोक्तानजिक) स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मर हो। यसले भोल्टेजलाई घरमा प्रयोग गरिने सुरक्षित 230 V मा घटाउँछ। चित्र 11.24 हेर्नुहोस्।
स्टेप अप ट्रान्सफर्मर र स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मरका ब्लक रेखाचित्र कोरी प्रत्येकका दुई दुईओटा उपयोगिता लेख्नुहोस्।
उत्तर
चित्र 11.27 मा जस्तै फलामको कोरलाई आयतका रूपमा कोरेर एकातिर प्राइमरी क्वाइल र अर्कोतिर सेकेन्डरी क्वाइल कोरिन्छ। स्टेप अपमा सेकेन्डरीमा बढी फन्का र स्टेप डाउनमा कम फन्का कोरिन्छन्।
स्टेप अप ट्रान्सफर्मरका उपयोगिता:
- 1.प्रसारणका लागि भोल्टेज बढाउन विद्युत् गृहमा;
- 2.माइक्रोवेभ ओभनमा (म्याग्नेट्रोनका लागि करिब 2,000 V)। एक्स–रे मेसिनमा पनि।
स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मरका उपयोगिता:
- 1.मोबाइल र ल्यापटपका चार्जर तथा एडेप्टरमा;
- 2.घरका लागि भोल्टेज 230 V मा झार्न सबस्टेसन र विद्युत् पोलमा। ढोकाको घन्टीमा पनि।
5. गणितीय समस्या
220 V को पावर सप्लाइबाट ल्यापटप चार्ज गर्ने चार्जरको ट्रान्सफर्मरमा प्राइमरी फन्काको सङ्ख्या 550 र सेकेन्डरी भोल्टेज 20 V छ भने सेकेन्डरी फन्काको सङ्ख्या हिसाब गर्नुहोस्।
उत्तर
Nₚ = 550, Vₚ = 220 V, Vₛ = 20 V, Nₛ = ?
सेकेन्डरीमा 50 फन्का छन्।
एउटा माइक्रोवेभ ओभनमा प्रयोग गरिएको ट्रान्सफर्मरको सेकेन्डरी क्वाइलका फन्का प्राइमरी क्वाइलका फन्काको 10 गुणा छन्। उक्त माइक्रोवेभ ओभनलाई 230 V पोटेन्सियल फरक भएको परिपथमा जडान गर्दा सेकेन्डरी भोल्टेज कति हुन्छ?
उत्तर
Nₛ = 10 Nₚ भएकाले Nₚ/Nₛ = 1/10 हुन्छ। Vₚ = 230 V।
सेकेन्डरी भोल्टेज 2,300 V हुन्छ (स्टेप अप ट्रान्सफर्मर)। (कुनै किताबमा यही प्रश्न 220 V सँग दिइएको हुन्छ। त्यसो भए Vₛ = 220 × 10 = 2,200 V हुन्छ।)
एउटा ट्रान्सफर्मरका प्राइमरी फन्का र सेकेन्डरी फन्काको अनुपात 22 : 1 छ। उक्त ट्रान्सफर्मर प्रयोग गरिएको एडेप्टरलाई 220 V पोटेन्सियल फरक भएको परिपथमा जडान गर्दा प्राप्त हुने आउटपुट भोल्टेज हिसाब गर्नुहोस्।
उत्तर
Nₚ/Nₛ = 22/1, Vₚ = 220 V।
आउटपुट भोल्टेज 10 V हुन्छ (स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मर)।
कार्यपत्र: विद्युत् र चुम्बकत्व: करेन्ट, चुम्बकीय क्षेत्र र मोटर (PDF, 4 पृष्ठ)
कार्यपत्र: विद्युत् र चुम्बकत्व: उपपादन, जेनेरेटर र ट्रान्सफर्मर (PDF, 4 पृष्ठ)
पुस्तकका सबै प्रश्नको अभ्यास गर्नुहोस्; नमिलेका प्रश्न छुट्टै देखिन्छन् →