3 मुख्य प्रभाव जिस पर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग निर्भर करता है

यह लेख उन तीन मुख्य प्रभावों पर प्रकाश डालता है जिन पर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग निर्भर करती है। प्रभाव हैं: 1. चुंबकीय प्रभाव 2. विद्युत प्रवाह का ताप प्रभाव 3. रासायनिक प्रभाव।

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग: प्रभाव # 1. चुंबकीय प्रभाव:

हम अपने अनुभव से जानते हैं कि जब भी कोई विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो उसके पथ के चारों ओर का स्थान तुरंत एक चुंबकीय क्षेत्र बन जाता है। अंजीर। 3.1 यहां एक परिपत्र तार का एक क्रॉस सेक्शन दिखाता है, जो एक विद्युत प्रवाह का अनुसरण कर रहा है।

बिंदीदार रेखा एक बेलनाकार चुंबकीय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करती है जो अपनी लंबाई के माध्यम से कंडक्टर को संलग्न करती है। इस चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता और इसकी सीमा तार में बहने वाली धारा की ताकत के साथ बदलती है।

वास्तव में मजबूत वर्तमान, व्यापक और अधिक गहन क्षेत्र है। इसलिए एक विद्युत प्रवाह की एक महत्वपूर्ण संपत्ति यह है कि यह एक चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन कर सकता है, और बिजली की इस संपत्ति का उपयोग मोटर्स, ट्रांसफार्मर, रिले, टेलीफोन, आदि में व्यवहार में किया जाता है। वास्तव में, इस चुंबकीय क्षेत्र के कारण, और विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा। कंडक्टर में संभावित अंतर चुंबकीय क्षेत्र के परिवर्तन की दर के कारण विकसित होता है।

ई = ब्लाव ……………… (eq। 3.1)

जहां वोल्ट में ई -एमएफ।

बी - प्रति वर्ग मीटर के घेरे।

मैं - मीटर में कंडक्टर की लंबाई।

v - मीटर प्रति सेकंड में वेग (गतिमान)।

विद्युत चुम्बकीय प्रेरण केवल तब तक हो सकता है जब तक कि परिवर्तन जारी न हो। जब यह परिवर्तन बंद हो जाता है तो प्रेरण भी तुरंत बंद हो जाता है।

वास्तव में, दो स्पष्ट तरीके हैं जिनमें प्रेरण की शर्तों को पूरा किया जा सकता है:

(1) कंडक्टर और क्षेत्र के बीच सापेक्ष गति से, या तो कंडक्टर क्षेत्र में चलता है, या कंडक्टर में फ़ील्ड स्वीप करता है; और / या

(२) चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता को बदलकर। इसलिए, जब एक कंडक्टर, उदाहरण के लिए तार का एक टुकड़ा, एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, एक इलेक्ट्रोमोटिव बल, ईएमएफ को इसमें प्रेरित किया जाता है, और ये इसके छोरों के बीच एक संभावित अंतर विकसित करते हैं, जैसा कि सूत्र 3.1 में बताया गया है।

यदि एक तार एक सर्किट में जुड़ा हुआ है, तो प्रेरित ईएमएफ एक मौजूदा दौर सर्किट को चलाता है जब तक चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन जारी रहता है। जिस कंडक्टर में ईएमएफ प्रेरित होता है, वह अब सर्किट के लिए ऊर्जा स्रोत है जिसमें यह जुड़ा हुआ है, ताकि वर्तमान से नकारात्मक से पॉजिटिव के साथ-साथ पॉजिटिव से प्रवाह के दौरान पॉजिटिव से नेगेटिव से सर्किट के बाकी हिस्सों में प्रवाहित हो।

तार में प्रेरित ईएमएफ की ताकत उस गति पर निर्भर करती है जिसके साथ इसे चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। यह भी मूल सूत्र 3.1 द्वारा समझाया गया है।

और इसका मतलब है कि केवल एक छोटा ईएमएफ एक कमजोर क्षेत्र में धीमी गति से आंदोलन से प्रेरित होगा, और इसी तरह एक मजबूत ईएमएफ एक कमजोर क्षेत्र में तेजी से आंदोलन, या अधिक गहन क्षेत्र में एक धीमी गति से प्रेरित होगा। और यह भी एक मजबूत ईएमएफ एक गहन क्षेत्र में तेजी से आंदोलन से प्रेरित होगा। वास्तव में यह बहुत ही मूल सिद्धांत इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग का मूलभूत सिद्धांत है।

अब हम दो महत्वपूर्ण सिद्धांतों पर बहुत सरल तरीके से विचार करते हैं:

(ए) जनरेटर सिद्धांत और

(b) मोटर सिद्धांत।

(ए) जनरेटर सिद्धांत:

एक जनरेटर में एक तांबे पर कंडक्टर घाव होता है जो एक चुंबकीय क्षेत्र के भीतर घुमाया जाता है, या तो एक भाप या पानी से चलने वाले टरबाइन द्वारा, या एक आंतरिक दहन इंजन द्वारा, या एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा।

जब आर्मेचर लगातार घूमता रहता है, तो उस पर लगे घाव लगातार चुंबकीय क्षेत्र से गुजर रहे हैं और एक ईएमएफ लगातार प्रेरित होता है। इसलिए प्रत्येक कंडक्टर जो क्षेत्र से गुजरता है, उसमें एक ईएमएफ होता है जो रोटेशन की गति और क्षेत्र की तीव्रता के अनुपात में प्रेरित होता है।

आर्मेचर में कंडक्टर श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। यदि कई कंडक्टरों का उपयोग किया जाता है तो आर्मेचर में विकसित संभावित अंतर कई बार एकल कंडक्टर के सिरों के बीच संभावित अंतर होता है। इसलिए, गति, क्षेत्र की तीव्रता और आर्मेचर में श्रृंखला में कंडक्टर की संख्या मुख्य कारक हैं जो एक जनरेटर द्वारा वितरित वोल्टेज का निर्धारण करते हैं।

अब, जैसा कि आर्मेचर घूमता है, प्रत्येक घुमावदार एक उत्तरी ध्रुव और एक दक्षिणी ध्रुव के पार बारी-बारी से गुजरता है। फ़्लेमिंग के दाहिने हाथ के नियम को अंजीर में दिखाया गया है। 3.2, यह देखा जा सकता है कि हर बार जब यह विपरीत ध्रुवीयता के एक ध्रुव के पार जाता है, तो एक घुमावदार में प्रेरित धारा की दिशा उलट जाती है।

यदि वाइंडिंग सीधे एक सर्किट में जुड़े होते हैं, तो उस सर्किट में एक प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होगी, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 3.3। एक वैकल्पिक चालू जनरेटर को एक अल्टरनेटर कहा जाता है।

इस आंकड़े में, हम देख सकते हैं कि एक जनरेटर स्वाभाविक रूप से एक वैकल्पिक ईएमएफ उत्पन्न करता है और प्रत्येक टर्मिनल वैकल्पिक रूप से सकारात्मक और नकारात्मक है। आवृत्ति रोटेशन की गति पर निर्भर करती है; दिखाए गए सरल दो ध्रुव क्षेत्र के साथ, आवृत्ति प्रति सेकंड कंडक्टर लूप द्वारा पूरी की गई क्रांतियों की संख्या के बराबर होती है।

उत्पन्न वोल्टेज की आवृत्ति उस दर पर निर्भर करती है जिस पर कंडक्टर विपरीत ध्रुवता के ध्रुवों को पारित करते हैं। अंजीर में 3.3, एक दो ध्रुव क्षेत्र दिखाया गया है, लेकिन जनरेटर के क्षेत्र में अधिक ध्रुव हो सकते हैं।

एक जनरेटर क्षेत्र में किसी भी पोल की संख्या हो सकती है; आम तौर पर, चार और छह और आठ डंडे आम हैं। रोटेशन की किसी भी गति के लिए, आर्मेचर कंडक्टर विपरीत ध्रुवों के ध्रुवों को अधिक बार पास करते हैं, ध्रुवों की संख्या के अनुपात में।

उदाहरण के लिए, दो कंडक्टर मशीन में, प्रत्येक कंडक्टर प्रति क्रांति में एक उत्तर और एक दक्षिण ध्रुव गुजरता है, जबकि चार ध्रुव मशीन में प्रत्येक कंडक्टर प्रति चक्कर में दो उत्तर और दो दक्षिण ध्रुव गुजरता है।

किसी भी गति के लिए, इसलिए, एक चार पोल मशीन द्वारा उत्पन्न प्रत्यावर्ती धारा में दो ध्रुव मशीन द्वारा उत्पन्न आवृत्ति की दोगुनी होती है; आठवें पोल ​​मशीन में चार पोल मशीन की आवृत्ति दो बार होती है, और इसी तरह। फ्रीक्वेंसी इसलिए निर्धारित की जाती है जिस गति से जनरेटर चलाया जाता है और क्षेत्र में ध्रुवों की संख्या। यह हमेशा याद रखना चाहिए।

प्रत्यक्ष वर्तमान जनरेटर:

जब जेनरेटर को प्रत्यक्ष करंट की आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है, तो हर बार घुमावदार परिवर्तनों में प्रेरित ईएमएफ की दिशा घुमावदार और शेष सर्किट के बीच संबंध को उलटने के लिए एक उपकरण का उपयोग किया जाना चाहिए। ऐसे उपकरण को कम्यूटेटर कहा जाता है।

एक कम्यूटेटर एक ड्रम है जो आर्मेचर वाइंडिंग के शाफ्ट पर फिट किया जाता है। ड्रम की सतह को धातु सेगमेंट में विभाजित किया गया है, जो प्रत्येक को दूसरों से अछूता है। ब्रश नामक निश्चित संपर्क, बाहरी सर्किट में सीधे जुड़ा हुआ है, कम्यूटेटर की बेलनाकार सतह पर स्थित है, ताकि प्रत्येक धातु के खंडों के साथ संपर्क बनाता है, जैसे कि ड्रम घूमता है।

आर्मेचर वाइंडिंग को कम्यूटेटर के खंडों से जोड़ा जाता है, यह एक ऐसा तरीका है, जो आर्मेचर वाइंडिंग में प्रेरित संभावित अंतर की ध्रुवीयता, बाहरी सर्किट के चारों ओर समान दिशा में प्रवाहित होती है। अंजीर में 3.4 हम एक बहुत ही सरल कम्यूटेटर देखते हैं।

अंजीर में 3.4 (ए), कंडक्टर ए उत्तरी ध्रुव पर घूम रहा है और कंडक्टर बी दक्षिण ध्रुव के पार जा रहा है; इसलिए वर्तमान प्रवाह कम्यूटेटर के सेगमेंट बी से सेगमेंट ए तक होता है, यानी नेगेटिव ब्रश से आर्मेचर के भीतर पॉजिटिव ब्रश तक। जब आर्मेचर 180 ° के रूप में अंजीर में बदल गया है 3.4 (बी), कंडक्टर ए दक्षिणी ध्रुव से आगे बढ़ रहा है और कंडक्टर बी उत्तरी ध्रुव से आगे बढ़ रहा है।

जेनरेटर फ़ील्ड:

एक जनरेटर एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र के साथ काम कर सकता है, ताकि या तो स्थायी मैग्नेट, या फ़ील्ड वाइंडिंग (जिसमें एक निरंतर ऊर्जा पैदा कर रहा है एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जा सकता है)।

अधिकांश जनरेटर फ़ील्ड वाइंडिंग का उपयोग करते हैं, लेकिन स्थायी चुंबक फ़ील्ड का उपयोग कुछ छोटे जनरेटर के लिए किया जाता है, जो केवल कम आउटपुट देने के लिए होते हैं, जैसे कि टेलीफोन सर्किट में उपयोग किए जाने वाले। स्थायी चुंबक क्षेत्र का उपयोग करने वाले जेनरेटर को आमतौर पर मैग्नेटोस कहा जाता है।

घूर्णन क्षेत्र अल्टरनेटर:

कुछ अल्टरनेटर और एसी मैग्नेट में घूर्णन और स्थिर भागों की भूमिकाएँ उलट जाती हैं, ऊर्जायुक्त चुंबक आर्मेचर (या रोटर में होता है, जैसा कि एसी मशीन के घूर्णन भाग को कहा जाता है)। जब रोटर को गोल किया जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र मशीन स्टेटर के स्थिर हिस्से में सभी कंडक्टरों को पार करता है।

इसका प्रभाव ठीक वैसा ही है जैसे कि तार के कॉइल को चुंबकीय क्षेत्र में घुमाया गया जैसा कि चित्र 3.5 में दिखाया गया है।

(बी) मोटर सिद्धांत:

हमारे अनुभव और सैद्धांतिक ज्ञान से हमें पता था कि विद्युत प्रवाह, चुंबकीय क्षेत्र और गति के बीच घनिष्ठ संबंध विद्युत प्रवाह की पीढ़ी तक ही सीमित नहीं है। यह घनिष्ठ संबंध मोटर सिद्धांत को भी जन्म देता है, वह सिद्धांत जिस पर सभी इलेक्ट्रिक मोटर्स काम करते हैं, अर्थात जो विद्युत ऊर्जा को लगातार गति में परिवर्तित करने में सक्षम बनाता है।

वास्तव में मोटर सिद्धांत जनरेटर सिद्धांत का उल्टा है। यदि एक कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया है, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 3.6 और इसके माध्यम से प्रवाह होता है, कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में स्थानांतरित होगा।

यदि तार को एक आर्मेचर पर रखा गया है जो घूमने के लिए स्वतंत्र है, तो कंडक्टर पर अभिनय करने वाला बल रोटर को घुमाने के लिए जाता है। और जैसा कि यह चुंबकीय क्रिया बार-बार जारी रहती है, रोटर लगातार चलता रहता है, और इसे मोटर क्रिया कहा जाता है।

हालाँकि, एक मोटर लगभग जनरेटर के समान तरीके से बनाया गया है, जिससे कंडक्टर एक आर्मेचर पर घाव करते हैं और एक चुंबकीय क्षेत्र के भीतर रखा जाता है। आर्मेचर घुमावदार के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है और आर्मेचर घूमता है। जैसा कि प्रत्येक कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र से गुजरता है, इसमें बहने वाला प्रवाह आर्मेचर को मोड़ने वाले बल को बनाए रखता है ताकि एक निरंतर टॉर्क (जिसे टर्निंग फोर्स कहा जा सके) को बनाए रखा जाता है।

एक चुंबकीय क्षेत्र में एक वर्तमान ले जाने वाले कंडक्टर के संचलन की दिशा को फ्लेमिंग के बाएं हाथ के नियम के रूप में चित्र 3.7 में दिखाया गया है। जिस प्रकार जनरेटर बारी-बारी से या प्रत्यक्ष विद्युत आपूर्ति कर सकते हैं, उसी प्रकार मोटरों को एक प्रत्यावर्ती धारा या प्रत्यक्ष विद्युत आपूर्ति से संचालित किया जा सकता है।

(c) फील्ड इंटेंसिटी के परिवर्तन द्वारा इंडक्शन:

जब एक कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र के भीतर स्थिर रखा जाता है जो या तो मजबूत या कमजोर हो रहा है, तो उस कंडक्टर में एक ईएमएफ प्रेरित होता है। यदि कंडक्टर फिर एक विद्युत सर्किट से जुड़ा होता है, तो प्रवाह होता है।

एक स्थायी चुंबक के क्षेत्र की तीव्रता अवर्णनीय है, ताकि किसी भी ईएमएफ को एक चालक में प्रेरित नहीं किया जा सके जो ऐसे क्षेत्र में स्थिर है। लेकिन एक कुंडल द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता, हालांकि, इसे बहने वाली शक्ति को बदलकर बढ़ाया या घटाया जा सकता है।

इसलिए ईएमएफ को एक कंडक्टर में प्रेरित किया जा सकता है जिसे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में रखा जाता है जो कुंडली में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा को बदलकर उत्पन्न करता है। ईएमएफ प्रेरित है इसलिए केवल जब वर्तमान ताकत वास्तव में बदल रही है।

पारस्परिक प्रेरण:

यदि कंडक्टर जिसमें ईएमएफ प्रेरित है, एक सर्किट में जुड़ा होता है, जो कि कुंडलित सर्किट से विद्युत रूप से स्वतंत्र होता है, एक प्रवाह होता है। बाकी सर्किट में करंट निगेटिव से पॉजिटिव में प्रवाहित होता है। जिस प्रक्रिया के माध्यम से करंट को एक सर्किट में प्रवाह करने के लिए बनाया जा सकता है, उसे दूसरे सर्किट में करंट की ताकत बदलकर आपसी इंडक्शन कहा जाता है।

प्रेरित ईएमएफ की ताकत उस दर पर निर्भर करती है जिस पर वर्तमान उत्पादन क्षेत्र बदल रहा है। परिवर्तन की दर जितनी अधिक होती है, उतना ही प्रेरित ईएमएफ होता है प्रत्यक्ष करंट सर्किट में संभव परिवर्तन की सबसे बड़ी दर तब होती है जब किसी कॉइल की आपूर्ति चालू या बंद होती है, क्योंकि, इन क्षणों में, वर्तमान प्रवाह लगभग तुरंत बदल जाता है। इसके अधिकतम कुछ भी नहीं, या अधिकतम कुछ भी नहीं।

इन सभी क्षणों में एक औसत दर्जे का ईएमएफ कुंडल के करीब एक कंडक्टर में प्रेरित होता है। अब यदि एक कुंडल को बदलते चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है और प्रत्येक मोड़ में ईएमएफ को अलग से प्रेरित किया जाता है, तो कॉइल में प्रेरित कुल ईएमएफ एक बारी में प्रेरित से अधिक होता है, क्योंकि कॉइल के सभी मोड़ श्रृंखला में होते हैं। इस सिद्धांत के बाद, उच्च वोल्टेज की प्रेरण के लिए बड़ी संख्या में घुमाव के साथ एक कुंडल का उपयोग किया जा सकता है।

प्रेरण कुंडली:

म्यूचुअल इंडक्शन इंडक्शन कॉइल का सिद्धांत है, जो कम वोल्टेज की आपूर्ति से बहुत अधिक वोल्टेज पर आवेगों के उत्पादन के लिए एक उपकरण है, जैसा कि चित्र 3.8 में दिखाया गया है। इंडक्शन कॉइल में एक प्राथमिक कॉइल होता है, एक नरम लोहे की कोर पर घाव होता है और एक स्विच के माध्यम से कम वोल्टेज की आपूर्ति से जुड़ा होता है।

जब आपूर्ति स्विच को बंद करके प्राथमिक वाइंडिंग से जुड़ा होता है, तो घुमावदार सक्रिय होता है और माध्यमिक वाइंडिंग में एक बहुत ही उच्च वोल्टेज पल-पल प्रेरित होता है। इसी प्रकार जब प्राथमिक वाइंडिंग के सर्किट को तोड़ा जाता है, तब माध्यमिक में एक बहुत ही उच्च वोल्टेज को भी प्रेरित किया जाता है, लेकिन इस बार विपरीत दिशा में काम करता है।

इसलिए, इंडक्शन कॉइल की द्वितीयक वाइंडिंग बहुत उच्च क्षमता पर आवेग के उत्तराधिकार को विकसित करने के लिए बनाई जा सकती है। वास्तव में, इस बहुत ही सरल सिद्धांत द्वारा, मोटर कार के इंजन में इग्निशन स्पार्क कार बैटरी से काम करने वाले इंडक्शन कॉइल द्वारा निर्मित होते हैं। इंजन की क्रांति के साथ, प्राथमिक सर्किट बनाया और टूटा हुआ है।

वैकल्पिक चालू द्वारा पारस्परिक प्रेरण:

एक प्रत्यावर्ती धारा की वास्तविक शक्ति अपनी विशेषता के कारण पल-पल बदलती रहती है। एक प्रत्यावर्ती धारा द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र इसलिए निरंतर परिवर्तनशील होता है। यदि कंडक्टर को क्षेत्र के भीतर रखा जाता है, तो एक ईएमएफ उसमें लगातार प्रेरित होगा।

यदि कंडक्टर को एक विद्युत परिपथ से जोड़ा जाता है, तो उस परिपथ में करंट निरंतर प्रवाहित होगा। प्रेरित धारा बहुत सटीक तरीके से लागू वर्तमान से संबंधित है।

एक चक्र की पहली तिमाही के दौरान, लागू वर्तमान की ताकत शून्य से अधिकतम तक बढ़ जाती है। इसलिए, क्षेत्र की तीव्रता शून्य से अधिकतम तक बढ़ जाती है, और कॉइल के अंत 'ए' में उत्तर ध्रुवीयता होती है। एक ईएमएफ इसलिए कंडक्टर में प्रेरित होता है जो बाएं से दाएं की ओर वर्तमान ड्राइव करता है।

क्षेत्र की तीव्रता के परिवर्तन की दर (वक्र की ढलान द्वारा दर्शाई गई) एक चक्र की शुरुआत में सबसे बड़ी है और उस बिंदु पर शून्य से बाहर होती है जहां अधिकतम वर्तमान ताकत पहुंच जाती है। प्रेरित ईएमएफ जो परिवर्तन की दर पर निर्भर करता है, इसलिए चक्र की शुरुआत में अधिकतम होता है और चक्र के पहले तिमाही के अंत में शून्य से गिर जाता है।

एक चक्र की दूसरी तिमाही के दौरान, लागू वर्तमान की ताकत अधिकतम से घटकर शून्य हो जाती है। पहली तिमाही में, कुंडली के अंत A की ध्रुवता उत्तर की ओर है। इसलिए ईएमएफ को फिर से कंडक्टर में प्रेरित किया जाता है, लेकिन इस बार दाईं ओर से बाईं ओर करंट प्रवाहित होता है।

एक चक्र की इस तिमाही के दौरान क्षेत्र की तीव्रता के परिवर्तन की दर शून्य से शुरू होती है जब क्षेत्र सबसे अधिक तीव्र होता है और धीरे-धीरे तीव्रता कम हो जाती है। कंडक्टर में ईएमएफ इसलिए दूसरे तिमाही चक्र की शुरुआत में शून्य से बढ़ जाता है, दूसरी तिमाही के चक्र के अंत में अधिकतम हो जाता है।

चक्र का दूसरा भाग पहली छमाही के समान पैटर्न का अनुसरण करता है लेकिन सभी दिशाओं के साथ उलट होता है। तीसरी तिमाही के दौरान, क्षेत्र दक्षिण ध्रुवीयता वाले कुंडली के अधिकतम, अंत तक बढ़ जाता है। प्रेरित ईएमएफ अपनी अधिकतम से शून्य तक गिरता है, दाएं से बाएं ओर ड्राइव करने के लिए प्रवृत्त होता है।

चौथी तिमाही के दौरान, क्षेत्र की तीव्रता दक्षिणी ध्रुव के शून्य के अंत वाले कुंडल के अंत 'ए' के ​​साथ अधिकतम से गिरती है, और प्रेरित ईएमएफ शून्य से अधिकतम तक बढ़ जाता है, वर्तमान में बाएं से दाएं बहती है।

कंडक्टर में प्रेरित ईएमएफ इसलिए लागू वर्तमान के समान आवृत्ति का एक वैकल्पिक ईएमएफ है। यदि लागू वर्तमान में साइन लहर रूप है, तो प्रेरित ईएमएफ में बिल्कुल समान लहर रूप होता है।

प्रेरित ईएमएफ की चोटियां लागू वर्तमान की चोटियों के बाद एक चक्र के ठीक एक चौथाई होती हैं, यानी लागू वर्तमान से 90 डिग्री पीछे रहती हैं। एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से विद्युत रूप से स्वतंत्र सर्किट में एक वैकल्पिक ईएमएफ को प्रेरित करने की एक प्रत्यावर्ती धारा की क्षमता ट्रांसफार्मर के सिद्धांत को जन्म देती है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि साइन लहर एकमात्र लहर रूप है जिसे पारस्परिक प्रेरण द्वारा बिल्कुल पुन: पेश किया जाता है। यदि किसी अन्य तरंग रूप वाले एक प्रत्यावर्ती धारा को कुंडल पर लागू किया गया था, तो आपसी प्रेरण एक सतत प्रक्रिया के रूप में होगा, लेकिन प्रेरित ईएमएफ की लहर रूप लागू वर्तमान के समान नहीं होगा।

स्व प्रेरित करना:

कोई भी कॉइल, जिसमें एक करंट विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, वह उस क्षेत्र के भीतर निहित होता है। इसलिए, जब भी कुंडल में बहने वाली बिजली की ताकत बदलती है और क्षेत्र की तीव्रता में बदलाव लाती है, तो कुंडल में एक ईएमएफ प्रेरित होता है। एक ईएमएफ कॉइल में केवल तब प्रेरित होता है जब वर्तमान ताकत बदल रही हो।

वास्तव में प्रेरित ईएमएफ हमेशा विरोध करता है और वर्तमान ताकत को बदलने में देरी करता है जो इसे प्रेरित करता है। यदि और जब करंट बढ़ जाता है तो प्रेरित ईएमएफ वृद्धि को रोकने के लिए जाता है, यह कॉइल पर लागू ईएमएफ का विरोध करता है, और इसलिए एक बैक ईएमएफ है यदि वर्तमान कम हो जाता है, तो प्रेरित ईएमएफ झुक जाता है; लागू ईएमएफ के रूप में एक ही दिशा में exerted किया जा रहा है, वर्तमान के प्रवाह को बनाए रखने के लिए

जब सर्किट को तोड़ दिया जाता है तो अचानक से शून्य में कमी एक बड़े ईएमएफ को प्रेरित करती है जो ब्रेक होने के बाद करंट प्रवाहित करने के लिए रहता है। वास्तव में यह उस चिंगारी का कारण है जिसे हम देखते हैं कि वर्तमान समय में सभी अंतरालों पर प्रवाह होता है।

एक प्रेरण सर्किट में ऊर्जा:

कॉइल द्वारा बनाया गया चुंबकीय क्षेत्र विद्युत सर्किट द्वारा आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा का एक भंडार है; जब कुंडली से प्रवाहित धारा बढ़ती है, तो चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता भी बढ़ जाती है।

बैटरी या जनरेटर द्वारा आपूर्ति की गई कुछ ऊर्जा का उपयोग प्रेरित बैक ईएमएफ को दूर करने के लिए किया जाता है, और यह ऊर्जा चुंबकीय क्षेत्र में गुजरती है। जबकि निरंतर शक्ति का प्रवाह कॉइल में प्रवाहित होता है, चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखा जाता है और यह उसको आपूर्ति की गई ऊर्जा को धारण करता है।

जब कुंडली में प्रवाहित धारा कम हो जाती है, तो चुंबकीय क्षेत्र तीव्रता खो देता है और यह ऊर्जा छोड़ देता है। इस ऊर्जा को सर्किट में लौटाया जाता है क्योंकि प्रेरित ईएमएफ वर्तमान प्रवाह को समाप्त करता है। यदि सर्किट टूट गया है तो इस लौटी ऊर्जा का प्रभाव एक चिंगारी का कारण हो सकता है।

आगमनात्मक सर्किट से ऊर्जा की रिहाई के कारण स्पार्क एक खदान में भूमिगत संभावित खतरा है। अगर आग की लपटों या कोयले की धूल की विस्फोटक सांद्रता वातावरण में मौजूद हो तो ऐसी स्पार्किंग होती है, जिससे सघनता प्रज्वलित होने की संभावना होती है और विस्फोट बहुत आसानी से हो सकता है।

इस कारण से, भूमिगत उपयोग किए जाने वाले बिजली के उपकरणों के प्रत्येक टुकड़े को इस तरह से डिजाइन करना होता है कि स्पार्किंग को आग-नम या कोयले की धूल को जलाने से रोका जाता है। स्पार्किंग से खतरे पर काबू पाने के ये दो तरीके हैं, और इन्हें फ्लेमप्रूफ उपकरण और आंतरिक रूप से सुरक्षित सर्किट से निपटने वाले अध्यायों में वर्णित किया गया है।

उपपादन:

स्व-प्रेरण की प्रक्रिया हर कॉइल में होती है, चाहे वह एक सोलेनोइड हो, या एक मामूली या ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग, जब भी इसमें प्रवाहित होने वाली शक्ति में परिवर्तन होता है। हर उदाहरण में प्रेरित ईएमएफ वर्तमान ताकत को बदलने में देरी करता है जो इसे प्रेरित करता है। सर्किट पर किसी भी कॉइल का प्रभाव जिसमें वह जुड़ा हुआ है, बल्कि एक मैकेनिकल सिस्टम पर फ्लाई व्हील के प्रभाव की तरह है।

यह गुण जो एक कुंडल को अपने सर्किट के भीतर रिटायरिंग परिवर्तन करता है, उसे इंडक्शन कहा जाता है। प्रत्येक सर्किट में कुछ मामूली अधिष्ठापन होता है, लेकिन, अधिकांश व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, केवल कॉइल्स के अधिष्ठापन पर विचार किया जाना चाहिए। कॉइल वाले सर्किट को आगमनात्मक सर्किट कहा जाता है।

कुंडली का शामिल होना मुख्य रूप से उसके चालू होने की संख्या पर निर्भर करता है। बड़ी संख्या में घुमाव के साथ एक कुंडल एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, ताकि प्रत्येक मोड़ में एक अपेक्षाकृत मजबूत बैक ईएमएफ प्रेरित हो। चूंकि कॉइल के सभी मोड़ श्रृंखला में हैं, इसलिए कॉइल में प्रेरित कुल बैक ईएमएफ काफी है।

दूसरी ओर केवल कुछ घुमावों का एक कॉइल केवल एक कमजोर चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन कर सकता है और कुल बैक ईएमएफ केवल एक ही मोड़ के कुछ ही बार होता है, ताकि इसका अधिष्ठापन बहुत छोटा हो। इंडक्शनेंस अन्य कारकों से भी प्रभावित होता है जैसे कि क्लोज़नेस और मोड़ों का आकार, और किसी भी कोर के गुण जो कुंडल हो सकते हैं। सामान्य तौर पर, हालांकि, किसी भी कुंडल जो एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, में एक उच्च अधिष्ठापन होता है।

(d) प्रत्यावर्ती धारा परिपथ और स्व प्रेरण

एक प्रत्यावर्ती धारा लगातार बदल रही है, ताकि किसी भी कुंडल जिसमें एक प्रत्यावर्ती धारा बह रही हो, बैक ईएमएफ लगातार प्रेरित होता है। स्व-प्रेरित ईएमएफ (एक पारस्परिक रूप से प्रेरित ईएमएफ की तरह) एक वैकल्पिक ईएमएफ है और यह अंजीर के वर्तमान घटता ए एंड बी के ठीक 90 ° पीछे है। 3.9 (ए)।

एक चक्र की पहली तिमाही की शुरुआत में, सकारात्मक दिशा में वर्तमान सबसे तेजी से बढ़ रहा है, ताकि नकारात्मक दिशा में अधिकतम ईएमएफ प्रेरित हो।

जैसे-जैसे वर्तमान अधिकतम हो जाता है, परिवर्तन की दर कम हो जाती है, और प्रेरित ईएमएफ शून्य हो जाता है। एक चक्र की दूसरी तिमाही में, जबकि सकारात्मक दिशा में धारा कम हो रही है, पीछे ईएमएफ भी सकारात्मक दिशा में काम करता है (वर्तमान के परिवर्तन का विरोध, अर्थात वर्तमान प्रवाह को बनाए रखने के लिए प्रवृत्त)। जैसे-जैसे परिवर्तन की दर बढ़ती है, इसलिए प्रेरित ईएमएफ बढ़ता है, उस समय अधिकतम तक पहुंचता है जब वर्तमान में शून्य होता है।

चक्र का दूसरा भाग पहली छमाही के समान है, लेकिन सभी दिशाओं में उलट होता है। तीसरी तिमाही में, नकारात्मक दिशाओं में वर्तमान वृद्धि और सकारात्मक दिशा में ईएमएफ प्रेरित होता है। जैसे ही करंट के बदलाव की दर घटती है, प्रेरित ईएमएफ शून्य पर गिर जाता है।

चौथी तिमाही में, नकारात्मक दिशा में धारा शून्य तक गिरती है और ईएमएफ नकारात्मक दिशा में प्रेरित होती है। जैसे-जैसे वर्तमान परिवर्तन की दर बढ़ती है, प्रेरित ईएमएफ अधिकतम तक बढ़ जाता है।

वैकल्पिक वर्तमान व्यवहार:

जब एक प्रत्यावर्ती वोल्टेज को एक प्रेरक सर्किट में लगाया जाता है, और एक प्रत्यावर्ती धारा बहती है, तो दो प्रत्यावर्ती ईएमएफ एक ही सर्किट में एक ही समय में काम करते हैं, अर्थात् आपूर्ति ईएमएफ और स्व-प्रेरित ईएमएफ।

किसी भी समय पर जब दो ईएमएफ विपरीत दिशाओं में काम कर रहे होते हैं, तो सर्किट के चालू राउंड को चलाने के लिए परिणामस्वरूप ईएमएफ उस तत्काल में दो ईएमएफ के बीच का अंतर होता है। फिर से, किसी भी इंस्टंट पर जब दो ईएमएफ एक ही दिशा में चल रहे होते हैं, तो परिणामस्वरूप ईएमएफ चालू राउंड सर्किट को चलाने के लिए दो ईएमएफ का इंस्टेंट है।

इस प्रकार जब दो प्रत्यावर्ती ईएमएफ वाले साइन वेव फॉर्म एक सर्किट में एक साथ काम करते हैं, तो परिणामस्वरूप ईएमएफ हमेशा एक वैकल्पिक ईएमएफ होता है, साइन लहर रूप का भी। हालाँकि, केवल अपवाद तब होता है जब दो प्रत्यावर्ती ईएमएफ समान और बिल्कुल विरोधी चरण में होते हैं।

फिर कोई परिणामी ईएमएफ नहीं है। जब तक दो प्रत्यावर्ती ईएमएफ चरण या विरोधी-चरण में नहीं होते हैं, तब तक परिणामस्वरूप ईएमएफ आपूर्ति ईएमएफ और स्व-प्रेरित ईएमएफ दोनों के साथ चरण से बाहर होता है।

ओम के नियम के अनुसार किसी भी सर्किट में वोल्टेज के समानुपातिक किसी भी प्रवाह में प्रवाहित होने वाली वास्तविक धारा वास्तव में उस क्षण में सर्किट को चालू करने के लिए प्रवृत्त होती है। चूंकि, जब स्व-अधिष्ठापन होता है, तो वोल्टेज वास्तव में चालू दौर को चलाने के लिए परिपथ में परिणामी ईएमएफ होता है, एक प्रेरक सर्किट में एक प्रत्यावर्ती धारा एक परिणामी अल्टरनेटिंग ईएमएफ के साथ होनी चाहिए।

यह दिखाया गया है कि स्व-प्रेरित ईएमएफ इंडेक्सिंग करंट को लगभग 90 ° तक ले जाता है, ताकि परिणाम में, ईएमएफ प्रेरित ईएमएफ को 90 ° तक ले जाए। इसके अलावा, परिणामी ईएमएफ केवल आपूर्ति ईएमएफ के साथ चरण में हो सकता है, यदि स्व-प्रेरित ईएमएफ बिल्कुल चरण में या विरोधी-चरण में है।

चूंकि, परिणामी ईएमएफ स्व-प्रेरित ईएमएफ के साथ चरण से बाहर 90 ° है, यह निम्नानुसार है कि परिणामी ईएमएफ आवश्यक रूप से आपूर्ति ईएमएफ के साथ चरण से बाहर है। सर्किट में बहने वाली वर्तमान प्रवाह इसलिए आपूर्ति के साथ चरण से भी बाहर है

अंजीर में। 3.9 (बी) उपरोक्त बिंदु सचित्र हैं। परिणामी ईएमएफ (घुमावदार) वर्तमान (वक्र ए) के साथ चरण में तैयार किया गया है। स्व-प्रेरित ईएमएफ (वक्र बी) को वर्तमान के 90 ° पीछे दिखाया गया है। जैसा कि आरेख में देखा जा सकता है, आपूर्ति ईएमएफ चक्र में चोटियों के बाद वर्तमान चक्र की चोटियां होती हैं।

किसी भी आगमनात्मक सर्किट में, इसलिए, आपूर्ति के वैकल्पिक वोल्टेज के पीछे वर्तमान लैग को बारी-बारी से। सर्किट में वर्तमान और आपूर्ति वोल्टेज के बीच के संबंध को चित्र के दोनों समान वक्रों का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है। वह राशि जिसके द्वारा वर्तमान लैग, सर्किट में इंडक्शन की मात्रा और प्रतिरोध की मात्रा पर निर्भर करता है।

किसी भी सर्किट में, अधिष्ठापन की वृद्धि या प्रतिरोध में कमी से वर्तमान अंतराल बढ़ जाती है। इसके विपरीत, अधिष्ठापन में कमी या प्रतिरोध की वृद्धि, वर्तमान अंतराल को कम करती है। शुद्ध अधिष्ठापन वाले सर्किट के चरम सैद्धांतिक मामले में, और बिल्कुल भी कोई प्रतिरोध नहीं है, धारा आपूर्ति के वोल्टेज के ठीक 90% चक्र के बराबर होगी, जैसा कि चित्र 30.10 (ख) में दिखाया गया है।

किसी भी व्यावहारिक सर्किट में, हालांकि, हमेशा कुछ प्रतिरोध (कम से कम कंडक्टरों का प्रतिरोध) होता है ताकि अंजीर में हमेशा 90 ° से कम अंतराल हो। जैसा कि चित्र 3.10 (c) में बताया गया है।

बाधा:

जब एक वैकल्पिक चालू आपूर्ति एक आगमनात्मक सर्किट से जुड़ी होती है, तो प्रवाह की धारा का मूल्य सीमित होता है, जो किसी भी प्रतिरोध से स्वतंत्र रूप से, स्व-प्रेरण की प्रक्रिया द्वारा होता है। ऐसा माना जाता है कि सिद्धांत में यह संभव है कि एक सर्किट, जिसका कोई प्रतिरोध नहीं है, लेकिन केवल अधिष्ठापन है, मौजूद हो सकता है।

यदि इस तरह के सर्किट में डीसी संभावित अंतर लागू किया जाता है, तो प्रवाह की प्रत्यक्ष धारा की ताकत की कोई सीमा नहीं होगी। बिजली के पहले सिद्धांत से, हम जानते हैं कि,

वर्तमान = वोल्टेज / प्रतिरोध,

लेकिन प्रतिरोध के बाद से = 0 ओम,

वर्तमान = वोल्टेज / 0 या अनंत।

यदि एक वैकल्पिक चालू आपूर्ति जुड़ी हुई थी, तो वर्तमान को स्व-प्रेरित ईएमएफ द्वारा सीमित किया जाएगा। वर्तमान वोल्टेज लागू वोल्टेज के ठीक 90 ° से पीछे है, और प्रेरित ईएमएफ लागू वोल्टेज के साथ विरोधी चरण में है।

प्रेरित ईएमएफ कभी भी लागू वोल्टेज से अधिक नहीं हो सकता है, अन्यथा उत्प्रेरण प्रवाह प्रवाह नहीं कर सकता है। चक्र में प्रत्येक क्षण पर प्रेरित ईएमएफ का आकार उस क्षण में वर्तमान के परिवर्तन की दर पर निर्भर करता है। चूँकि प्रेरित ईएमएफ सीमित है।, वर्तमान के परिवर्तन की दर सीमित है, और इसलिए कि वर्तमान के अधिकतम और आरएमएस मूल्य भी सीमित हैं।

अब कभी भी, सर्किट में प्रवाहित होने वाली वास्तविक ताकत निर्भर करती है,

(ए) सर्किट की प्रेरण; और हम जानते हैं कि, अधिक से अधिक प्रेरण, अधिक से अधिक ईएमएफ वर्तमान के परिवर्तन की किसी भी दर के लिए प्रेरित किया, और

(बी) आवृत्ति; और हम यह भी जानते हैं कि, उच्च आवृत्ति, किसी दिए गए rms मान के लिए चक्र के भीतर आवश्यक परिवर्तन की दर अधिक होती है।

चित्र 3.11 उपरोक्त कथनों को दर्शाता है। वह गुण जो कुंडली (या संपूर्ण रूप में एक अधिष्ठापन सर्किट) को इसमें बहने वाले एक चालू प्रवाह की ताकत को सीमित करता है, को इसकी प्रतिक्रिया कहा जाता है।

प्रतिबाधा:

कॉइल युक्त किसी भी व्यावहारिक सर्किट में प्रतिरोध के साथ-साथ प्रतिक्रिया भी होती है, और सर्किट में बहने वाले एक वर्तमान प्रवाह का मूल्य दो गुणों के संयुक्त प्रभाव से निर्धारित होता है। इस संयुक्त प्रभाव को प्रतिबाधा कहा जाता है।

उदाहरण के लिए, एक कॉइल का निर्माण किया जा सकता है, ताकि इसमें उच्च अधिष्ठापन हो लेकिन प्रतिरोध बहुत कम हो। अगर फिर भी, 100 वोल्ट की एक डीसी क्षमता को इसके पार लगाया जाता है, तो एक भारी प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होगी।

यदि दूसरी ओर, 100 वोल्ट आरएम का एक वैकल्पिक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो कॉइल की प्रतिक्रिया बारी-बारी के वर्तमान को बहुत कम मूल्य तक सीमित कर देगी। सर्किट इसलिए एक उच्च प्रतिबाधा है। एक उच्च प्रतिरोध और केवल अधिष्ठापन की एक छोटी मात्रा वाले सर्किट भी प्रवाह के लिए केवल एक छोटे प्रत्यावर्ती प्रवाह की अनुमति देंगे, और समान रूप से उच्च प्रतिबाधा होती है।

यद्यपि किसी परिपथ की प्रतिबाधा प्रतिक्रिया की तरह अकेले बदलती आपूर्ति की आवृत्ति के साथ बदलती है, किसी भी आवृत्ति के लिए, प्रतिबाधा वर्तमान और संभावित अंतर से संबंधित होती है, ठीक उसी तरह जैसे अकेले प्रतिरोध,

चूँकि ये सूत्र बिल्कुल ओम्स कानून द्वारा बताए गए हैं, प्रतिबाधा ओम में मापी जाती है। वास्तव में, ये मूल सिद्धांत हैं जो किसी भी इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग अनुप्रयोग समस्या को हल करने के लिए हमेशा आवश्यक होंगे।

समाई:

एक कंडेनसर या कैपेसिटर एक विद्युत घटक है जिसे एक विशिष्ट विद्युत आवेश को बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कंडेनसर का उपयोग कई उद्देश्यों के लिए विद्युत सर्किट में किया जाता है। खानों में और उद्योगों में इनका उपयोग आमतौर पर बिजली के कारक सुधार और आंतरिक सुरक्षा के लिए किया जाता है।

वास्तव में, एक साधारण कंडेनसर में दो धातु की प्लेटों को एक साथ रखा जाता है, लेकिन एक दूसरे से अछूता रहता है जैसा कि चित्र 3.12 (ए) में दिखाया गया है। प्लेटों को अलग करने वाली इन्सुलेट सामग्री को ढांकता हुआ के रूप में जाना जाता है।

यदि बैटरी को दो प्लेटों से जोड़ा जाना था, जैसा कि चित्र 3.12 (ख) में दिखाया गया है, बैटरी से जुड़ी प्लेट सकारात्मक चार्ज को स्वीकार करेगी, जबकि बैटरी नेगेटिव से जुड़ी प्लेट नकारात्मक चार्ज स्वीकार करेगी।

जब प्रत्येक प्लेट चार्ज हो जाती है, तो दो प्लेटों के बीच एक संभावित अंतर पैदा होता है जिसे उनके बीच इन्सुलेशन के कारण कम नहीं किया जा सकता है। लेकिन जब पूरी तरह से चार्ज किया जाता है, तो दो प्लेटों के बीच संभावित अंतर बैटरी के टर्मिनलों पर संभावित अंतर के बराबर होता है।

क्षमता की इकाई:

कैपेसिटेंस को मापा जा सकता है, और मूल इकाई फैराड है। किसी वस्तु में एक फारेड की धारिता होती है अगर उसे एक वोल्ट के एक प्रवाह के लिए एक सेकंड के लिए एक एम्पीयर के प्रवाह की आवश्यकता होती है।

कैपेसिटेंस की बुनियादी इकाई, हालांकि, व्यावहारिक माप के लिए बहुत बड़ी है, क्योंकि किसी ने कभी भी एक फैडाड के एक छोटे से अंश से अधिक कैपेसिटी वाले ऑब्जेक्ट का निर्माण नहीं किया है। वास्तव में यह गणना की गई है कि यदि एक धातु एक गोले की धारिता के साथ बनाई गई है, तो यह पृथ्वी से कई गुना बड़ा होगा।

व्यावहारिक प्रयोजनों के लिए उपयोग की जाने वाली धारिता की इकाइयाँ माइक्रोफारड हैं, जो एक फैराड के दस लाखवें भाग के बराबर है; और पिको फराड, (या माइक्रो माइक्रोफैराड), जो एक माइक्रोफ़ारड के दस लाखवें हिस्से के बराबर है। हालांकि हम जानते हैं कि जब एक कंडक्टर को आपूर्ति के स्रोत से चार्ज प्राप्त होता है, तो करंट का प्रवाह इंगित करता है कि चार्ज का उत्पादन करने में ऊर्जा स्थानांतरित हो गई है।

इसलिए जब तक कंडक्टर स्थिर चार्ज को बनाए रखता है तब तक उसे मजबूत विद्युत ऊर्जा माना जा सकता है। जब कंडक्टर डिस्चार्ज होता है तो ऊर्जा का प्रसार होता है। स्थिर प्रभार को स्वीकार करने और बनाए रखने में सक्षम होने की संपत्ति को समाई कहा जाता है।

एक संघनित्र की क्षमता:

एक कंडेनसर की समाई अलग-थलग वस्तुओं के रूप में प्लेटों के समाई से कई गुना अधिक होती है। समाई में यह बड़ी वृद्धि इस प्रभाव के बारे में है कि दो चार्ज किए गए प्लेट एक दूसरे पर हैं। अब देखते हैं कि जब कंडेनसर चार्ज होना शुरू होता है, तो एक प्लेट एक नकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है, जबकि दूसरा पॉजिटिव चार्ज प्राप्त करता है।

सकारात्मक चार्ज की गई प्लेट नकारात्मक प्लेट की विरोधी सतह पर एक और नकारात्मक आवेश को आकर्षित करती है, और इसी तरह, नकारात्मक रूप से चार्ज की गई प्लेट सकारात्मक प्लेट में एक और सकारात्मक आवेश को आकर्षित करती है। The effect is the current continues to flow as charges concentrate or condense (in fact, the name condenser came due to condensation of charge) opposite one another on the surfaces of the plates.

The concentration of charges opposite one another in this way is called electrostatic induction. Its effect is to oppose the creation of a potential difference between the plates, because the charges drawn on to the plates tend to neutralize one another.

Therefore when a condenser is charged up, most of the charge supplied to the plates is drawn on to the opposite faces where it is neutralized, and only a very small proportion is available to create the potential difference between the plates.

Thus a large amount of charge must be supplied to the plates of the condenser to produce a small potential difference between the plates, ie the capacitance of the condenser is large.

A condenser having a capacitance of 10 microfarad is easily constructed, the plates of which when separated, have a capacitance which is immeasurably small. In fact the actual capacitance of a condenser depends upon a number of factors.

The most important factors are:

(i) Total area of plates:

Since the neutralized charges in the condenser concentrates on the opposing faces of the plates, the amount of charge which can be absorbed and neutralized depends upon the area of the surface which is directly opposite one another.

The greater this area, the greater is the capacitance of the condenser. In practice, large plate areas are accommodated by rolling the plates into a coil, by building up banks of plates, alternately positive and negative.

(ii) Distance between plates:

The force of electrostatic induction exerted between the plates increases as they are brought closer together. The nearer the plates, therefore, the greater is the amount of charge which can be concentrated on their surfaces and neutralized, and the larger is the capacitance of the condenser.

The dielectric between the plates must be thick and electrically strong enough to withstand the voltage applied across it, otherwise the whole thing will fail much, much earlier.

(iii) Property of the Dielectric:

A simple condenser, such as that illustrated in Fig. 3.12(a), may have air as its dielectric. Some solid dielectrics, such as mica, waxed paper, or insulating oil give a condenser of similar dimensions a greater capacitance. The reason for this is that the charge on the plates tends to induce charges on the surface of the dielectric with which they are in contact.

The surface of the dielectric in contact with the positive plate acquires a negative charge and vice-versa. The charges on the surfaces of the dielectric, therefore, act as an additional neutralizing force against charge on the surfaces of the plates, so that the condenser must absorb still more charge to establish a given potential difference between the plates.

(e) Condensers in Direct Current Circuit:

Since there is no electrical connection between the plates of a condenser, a direct current circuit cannot be completed through it. If a condenser is connected across a battery in series with a lamp, no circuit is completed, and the lamp will not operate. However, if the condenser is not charged when the connections are made, a current will flow in the conductors until the condenser is charged.

If the charging current were strong enough, the lamp would flash on momentarily. Although no current flows through the dielectric of the condenser, for the brief period while the condenser is charging, current flows as though a circuit were completed through it. The strength of the current is greatest at the moment when the battery is first connected, but it rapidly falls off as the charge on the condenser builds up.

When the full potential difference between the plates is achieved, the flow of current ceases. The flow of current indicates that the battery has supplied electrical energy to the condenser. This energy is now stored in the charge. If the battery is disconnected, the condenser remains charged and retains its store of electrical energy.

If a connection is now made between the two plates, a current flows from the positively charged plate to the negatively charged plate until the condenser is discharged, and the two plates are at the same potential. This flow of current is again greatest when the connection is first made and rapidly falls off as the potential difference decreases.

Condenser and ac Circuit:

The effect of condenser on an alternating current circuit is quite different from its effect on a direct current circuit. Please look into the Fig. 3.13. The polarity of the alternating current supply is continually reversed, so that the condenser cannot retain a static charge, as it does in a direct current circuit.

When the alternating current supply is first connected, the first cycle begins by boiling up a potential difference across the plates of the condenser. As when a direct current source is first connected, a current flows momentarily and rapidly falls off as the voltage between the plates rises. At the end of a quarter of a cycle, the voltage has reached a peak, and the current has stopped flowing.

During the second quarter of the cycle, the voltage of the supply is decreasing. When the voltage of the supply has fallen to a lower value than the potential difference between the plates of the condenser, the condenser begins to discharge.

As the condenser discharges, current begins to flow in the opposite direction to that of initial current. Since the voltage of the supply still opposes the discharging current, the discharge current is at first very small: It reaches a maximum value only when the supply voltage is at zero.

Then, when the second half begins, current continues flowing in the same direction and the condenser begins to charge with a reverse polarity. At the end of the third quarter cycle, voltage again reaches a peak and current ceases to flow. During the fourth quarter of the cycle, the condenser begins to discharge again, the discharge current flowing in the same direction as the first charging current.

When an alternating supply is connected to a condenser, an alternating current actually flows in the conductors connecting the source of supply to the plates of the condenser. Although no current actually flows through the dielectric between the plates, the circuit behaves as though it were complete, and, for practical purposes, a condenser may be regarded as allowing an alternating current to flow through it.

Now again from Fig. 3.13 we can show that an alternating current circuit cycle would occur when the voltage is at zero, and vice versa. The current cycle therefore leads the voltage cycle by 90°.

However as we know that any practical circuit necessarily contains some resistance as well as capacitance, the current never actually leads the voltage by a full 90°. The actual amount by which the current cycle leads the voltage cycle depends upon how much resistance and how much capacitance the circuit contains. The vector diagram in Fig. 3.13 explains the above statements vectorially.

Capacitance Reaction and Impedances:

When an alternating voltage is applied across a condenser, the strength of the alternating current which flows is determined by the capacitances of the condenser. For any given voltage a condenser of a large capacitance absorbs a large amount of charge, so that a heavy current flows.

But a condenser of small capacitance absorbs a small amount of charge, so that only a small current flows. The property which a condenser has of limiting alternating current is called capacitive reactance.

The capacitance and resistance of a circuit together offer an impedance to the passage of alternating current. As with inductive impedance, for any given frequency, capacitive impedance is related to alternating voltage and current in exactly the same way as pure resistance. Impedance is therefore also measured is ohms.

The impedance of a capacitive circuit varies with frequency of the alternating supply. The higher the frequency of the supply, the lower is the impedance of circuit. When the frequency of the supply is increased, the rate at which the condenser must be charged during each half cycle is also increased so that a heavier current must flow.

Unless otherwise stated, the impedance of capacitive circuit is always measured at 50 c/s, USA (and the countries influenced by USA system) has their frequency as 60 cycles per second.

Comparison of Capacitance & Inductance:

The effect of a condenser on an alternating current circuit is in many ways the reverse of the effect of a coil.

The effect of capacitance and inductance are compared as below:

Capacitance of Circuit Conductor:

Every electrical circuit has a certain amount of capacitance irrespective of whether a condenser is connected into it. It is not usually possible to calculate what the capacitance of a circuit will be, and the capacitance of many circuits is too small to be measured, but the capacitance of a power circuit may be large enough to present a danger if its effects are not guarded against.

Therefore it is always advisable to discharge the power circuits to earth ever after they are switched off, before working on the line.

The cable conductors, switchgear connections, and motor windings of, for example, a coalface circuit contains a considerable amount of metal connected together. This mass of metal has, of itself, a certain capacity for retaining a charge of electricity.

It is, however, surrounded by the earth screen of the cable and the metal casings of the motor and switchgear. The casing and the conductors together act as a condenser, so that the capacitance of the metal parts of the circuit is greatly increased.

Now when the supply is switched off from the motor after it has been working, the metal parts of the circuit could retain a charge of electricity for a time even though the current is not flowing. The electrical energy contained in the charge would be very little compared with the energy carried by the system when working, but it could be sufficient to give anyone touching a conductor in the circuit a severe shock.

Further, the accidental discharge of the conductor when exposed could cause a spark which might ignite any fire damp present in the atmosphere. It is, therefore, possible to receive a severe shock or produce an incendive spark from a conductor even though the conductor is isolated from the source of supply.

In order to eliminate the danger of shock or sparking from a charged conductor, isolator switches are usually provided with an 'earth' position which enables all the conductors isolated by the switch to be connected directly to earth, so that they can be discharged.

It is therefore must, and important when working on any high or medium voltage electrical equipment, to ensure that any conductor to be exposed have been both isolated and discharged before any cover is removed. Conductors should be connected directly to earth for at least one minute in order to ensure that these are fully discharged.

Electrical Engineering: Effect # 2. Heating Effect of Electric Current:

Whenever an electric current flows it meets with resistances. If the current is flowing in a good conductor, such as copper, the resistance is very slight, but some other materials which conduct electricity offer much more resistance. Whenever an electromotive force drives a current round an electric circuit, energy is expended in overcoming the resistance in the circuit.

The electrical energy expended is given out in the form of heat. The amount of heat produced at any point in an electric circuit depends upon the resistance of the material of which the circuit is made at that point, and upon the strength of the current flowing.

Some heat is produced at every point of every circuit in which current is flowing, but throughout most of the circuit, eg the cables, the amount of heat produced is normally very small and is readily dispersed.

Some parts of a circuit have higher resistance than the rest and, in these parts, more heat is- produced. For that reason, electric motors, generators, transformers and other equipment, have to be cooled while in operation.

Similarly, a bad connection in a circuit eg a poorly made plug, offers a higher resistance, and excessive heat may be produced at that point. The heating could be sufficient to damage the equipment and possibly start a fire.

However, the heating of an electric current is used in electric light bulbs and electric fires. In an electric light bulb current passing through a fine wire produces sufficient heat to raise the temperature wire very high so that it glows brilliantly. This useful aspect of electricity is explained and illustrated in the chapter dealing with Electric Lighting.

Electrical Engineering: Effect # 3. Chemical Effect:

Some liquids also conduct electricity, but when they do so, some chemical reactions occurs. Fig. 3.14 illustrates how such liquids conduct electricity.

A potential difference is applied across the liquid by connecting a source of energy to two solid conductors (called electrodes) immersed in the liquid. The positive electrode is called the anode and the negative electrode is called the cathode. The liquid is called the electrolyte, and the process by which a liquid conducts electricity is called electrolysis.

Most conducting liquids consist of a solution of solid (eg washing soda, or copper sulphate) or liquid (eg sulphuric acid) in water. When the substance dissolves it splits chemically into two electrically charged parts, called ions.

One ion consists of positively charged particles whilst the other consists of negatively charged particles. In its normal state, the solution is electrically neutral, because the negatively and positively charged ions completely neutralize one another.

When a potential difference exists between the electrodes, the positively charged ions (cations) are attracted towards the cathode and the negatively charged ions (anions) are attracted towards the anode. In this way, a two way flow of ions is set up in the liquid. This movement of ions constitutes the passage of current through the liquid.

When the ions reach the electrodes they lose their electric charge and are released, either as a gas, or as a coating on the electrode. Some ions, however, are incapable of existing independently as substances, and they therefore combine chemically with the material of the electrode.

विद्युत प्रवाह के रासायनिक प्रभाव के उपयोग का एक उदाहरण तांबा इलेक्ट्रो-प्लेटिंग है। एक कॉपर एनोड को कॉपर सल्फेट के घोल में डुबोया जाता है। इस घोल में डूबी कोई भी धातु की वस्तु जैसे ही कैथोड तांबे से मढ़ जाती है जब घोल में से करंट प्रवाहित होता है। कॉपर सल्फेट रासायनिक रूप से एक कॉपर आयन (पॉजिटिव) और एक नकारात्मक सल्फेशन (कॉपर सल्फेट का सल्फेट भाग) में विभाजित होता है।

तांबे को आकर्षित किया जाता है और कैथोड पर जमा किया जाता है, सल्फाइड्स को एनोड से आकर्षित किया जाता है जहां यह तांबे के साथ मिलकर तांबा सल्फेट को पुन: बनाता है। समग्र प्रभाव यह है कि तांबे को एनोड से कैथोड, इलेक्ट्रोलाइट, इन-फैक्ट, शेष अपरिवर्तित में स्थानांतरित किया जाता है।

एक विद्युत प्रवाह का रासायनिक प्रभाव अक्सर कोलियरियों में होता है, जहां इलेक्ट्रोलिसिस विद्युत उपकरण के क्षरण का कारण बनता है, जैसे कि केबलों का कवच।

इलेक्ट्रोलाइट से अम्लीय खान पानी और, उपकरण से पृथ्वी पर थोड़ी आवारा वर्तमान रिसाव की स्थिति में, पानी और उपकरणों की धातु के बीच रासायनिक क्रिया होती है। यह भी ध्यान दिया जाता है कि इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया को उलटा किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलाइट और दो इलेक्ट्रोड के बीच एक रासायनिक क्रिया एक विद्युत प्रवाह का उत्पादन कर सकती है। रासायनिक क्रिया द्वारा बिजली का उत्पादन बैटरी का सिद्धांत है, जिसे बैटरी पर अध्याय में भी समझाया और चित्रित किया गया है।

गैसों का संचालन:

तरल पदार्थ की तरह गैस और वाष्प भी आयनों के दो-तरफ़ा प्रवाह द्वारा बिजली का संचालन करते हैं। नियॉन गैस का संचालन करने का एक उदाहरण है, वाष्प जो बिजली का संचालन करते हैं उनमें पारा वाष्प और सोडियम वाष्प शामिल हैं। गैस या वाष्प आमतौर पर एक बाड़े में निहित होता है, जैसे कि एक ग्लास ट्यूब, जिसमें से हवा को पहले समाप्त कर दिया गया है।

बाड़े में दो इलेक्ट्रोड, एनोड और एक कैथोड सील किए गए हैं। जब इलेक्ट्रोड में पर्याप्त संभावित अंतर लागू किया जाता है, तो गैस को आयनित किया जाता है, और पॉजिटिव और नकारात्मक आयनों को क्रमशः कैथोड और एनोड पर आकर्षित किया जाता है, ताकि गैस का संचालन शुरू हो।

आयनों का दो तरह से प्रवाह कुछ गैसों और वाष्प का कारण बनता है, जबकि वे एक शानदार चमक का उत्सर्जन करते हैं। हालांकि, प्रत्येक गैस या वाष्प के लिए, एक निश्चित न्यूनतम वोल्टेज है जिसे आयनियेशन शुरू होने से पहले इलेक्ट्रोड पर लागू किया जाना चाहिए।

इस वोल्टेज के नीचे, कोई आयन उत्पन्न नहीं होते हैं और गैस बिल्कुल भी संचालित नहीं होती है। न्यूनतम वोल्टेज जिस पर गैस या वाष्प का संचालन होता है, उसे स्ट्राइकिंग वोल्टेज कहा जाता है। आवर्ती गैसों और वाष्पों का उपयोग कुछ विशेष प्रकार की प्रकाश व्यवस्था में और एक प्रकार के सुधारक के लिए किया जाता है। उद्योग में गैसों के संचालन के कुछ अनुप्रयोगों को विद्युत प्रकाश व्यवस्था के अध्याय में दिखाया गया है।