परीक्षा अभ्यास

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 बग्दा तारको वरिपरि चुम्बकीय क्षेत्र बन्छ (विद्युत् धाराको चुम्बकीय असर)। यस चुम्बकीय क्षेत्रले कम्पासको चुम्बकीय निडिलमा बल लगाउने भएकाले निडिल घुम्छ।

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।

आउटपुट भोल्टेज फन्काको अनुपातमा भर पर्छ: $V_s/V_p = N_s/N_p$। 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।

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।

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।

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।

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।

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)।

• 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।

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।

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।

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।

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।

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।

1. नरम फलामको कोर राखेर विद्युत् चुम्बक बनाउन। यस्ता विद्युत् चुम्बक विद्युत् घन्टी, क्रेन र रिलेमा प्रयोग गरिन्छन्।
2. लाउडस्पिकर र इयरफोनमा तथा करेन्ट अन गर्दा खुल्ने सोलेनोइड भल्भ र ढोकाका ताल्चामा। (ट्रान्सफर्मर, इन्डक्सन चुलो र MRI मेसिनमा पनि सोलेनोइड प्रयोग गरिन्छ।)

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।)

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।

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।

• 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।

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।

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।

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।

1. 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।
2. 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।)

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।

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।

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।

Nₚ = 550, Vₚ = 220 V, Vₛ = 20 V, Nₛ = ?
$$\frac{N_p}{N_s} = \frac{V_p}{V_s} \quad\Rightarrow\quad N_s = \frac{N_p \times V_s}{V_p} = \frac{550 \times 20}{220} = 50$$
सेकेन्डरीमा 50 फन्का छन्।

Nₛ = 10 Nₚ भएकाले Nₚ/Nₛ = 1/10 हुन्छ। Vₚ = 230 V।
$$\frac{1}{10} = \frac{230}{V_s} \quad\Rightarrow\quad V_s = 230 \times 10 = 2300\ \text{V}$$
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।)

Nₚ/Nₛ = 22/1, Vₚ = 220 V।
$$\frac{22}{1} = \frac{220}{V_s} \quad\Rightarrow\quad V_s = \frac{220}{22} = 10\ \text{V}$$
आउटपुट भोल्टेज 10 V हुन्छ (स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मर)।