08.06 – විද්‍යුත් චුම්භක ප්‍රේරණය

0
749

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ චලිතයට ලක්වන සන්නායකය දෙකෙළවර විද්‍යුත් ගාමක බලයක් ගොඩනැගෙන බවත් සන්නායකයේ දෙකෙළවර පරිපථයකට සම්බන්ධ කර ඇති විට එතුළින් විද්‍යුත් ධාරාවක් ගලා යන බවත් මයිකල් ෆැරඩේ විසින් සොයා ගන්නා ලදී. 

මෙය විද්‍යුත් චුම්භක ප්‍රේරණය ලෙස හඳුන්වයි.

මෙලෙස පරිපථයක ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ හෝ විද්‍යුත් ධාරාවේ දිශාව සොයා ගැනීමට ලෙන්ස්ගේ නියමය භාවිතා කරයි

ලෙන්ස්ගේ නියමය

සංවෘත පරිපථයක් අසල චුම්භක ස්‍රාවය වෙනස් වන්නේ නම් එම වෙනස් වීම වළකාලන පරිදි චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ගොඩනැ‌ඟෙන ලෙස විද්‍යුත් ධාරාවක් එම පරිපථයේ ප්‍රේරණය වේ.

ෆැරඩේ නියමය

සන්නායකයක් දෙකෙළවර ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ විශාලත්වය එය අසල චුම්බක ස්‍රාවය වෙනස් වීමේ ශීඝ්‍රතාවයට අනුලෝමව සමානුපාතික වේ.

ඒ අනුව dt කාලයක් තුළ සන්නායකයක් අසල වෙනස් වන චුම්භක ස්‍රාවය dØ නම් එහි දෙකෙළවර ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලය ,

ඉහත ප්‍රකාශයේ සමානුපාතික නියතයේ අගය 1ක්.  එම නිසා ,

ෆ්ලෙමින්ගේ දකුණත් රීතිය

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ ඊට ලම්භකව චලනය වන සන්නායක දණ්ඩක දෙකෙළවර ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ දිශාව සොයා ගැනීමට මෙම රීතිය භාවිතා කරයි.

දකුණු අතේ මහපට දබර හා මැද ඇඟිලි එකිනෙකට ලම්භක දිශා 3කට යොමු කළ විට ,

මාපට ඇඟිල්ල දණ්ඩ චලනය වන දිශාවත් , දබර ඇඟිල්ල චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවත් නිරූපණය කරයි නම් මැද ඇඟිල්ල යොමු වන්නේ දණ්ඩේ ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ දිශාවටයි.

විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් තුළ චලනය වන සෘජු දණ්ඩක ප්‍රේරිත විද්‍යුත් ගාමක බලය

B ස්‍රාව ඝනත්වයෙන් යුතු ඒකාකාර චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ ඊට ලම්භකව V ඒ්කාකාර වේගයෙන් චලනය වන L දිගැති සන්නායක දණ්ඩක් සලකමු.

දණ්ඩ මඟින් චුම්බක ස්‍රාවය ජේදනය කරන බැවින් එහි දෙකෙළවර විද්‍යුත් ගාමක බලයක් ප්‍රේරණය වේ. එම විද්‍යුත් ගාමක බලය E නම්,

  • t කාලයක් තුළ දණ්ඩ චලිත වන දුර              =              Vt
  • දණ්ඩ මඟින් ජේදනය වන වර්ගඵලය          =              LVt
  • දණ්ඩ මඟින් ජේදනය වන චුම්භක ස්‍රාවය (dØ)   =              BLVt

ෆැරඩේ නියමය අනුව දණ්ඩේ ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ විශාලත්වය ,

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ භ්‍රමණය වන සෘජුකෝණාස්‍රාකාර දඟරයක ප්‍රේරිත විද්‍යුත් ගාමක බලය

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ ABCP සෘජුකෝණාස්‍රාකාර දඟරයක් භ්‍රමණය වීම සලකමු.

AB බාහුවේ දිග a ද, BC බාහුවේ දිග b ද නම් භ්‍රමණ කෝණික ප්‍රවේගය 

( A – සෘජුකෝණාස්‍රයේ වර්ගඵලය)

  • AB හා CD මත ප්‍රේරිත වි.ගා.බ = BAW
  • පොට N ගණනක් ඇති විට ප්‍රේරිත වි.ගා.බ = BAWN

ඉහත දඟරයේ එක් භ්‍රමණයකට අනුරූප ප්‍රෙරිත වි.ගා.බ කාලය සමඟ විචලනය පහත පරිදි වේ.

මේ අනුව සන්නායක දඬු අපරිමිත සංඛ්‍යාවක් යොදා ගත් විට ද එම එක් එක් දණ්ඩේ දෙකෙළවර අතර ප්‍රේරණය වන්නේ එකම අගය ඇති විද්‍යුත් ගාමක බලයකි.

දඬු අපරිමිත සංඛ්‍යාවක් භාවිතා කිරීම ,සන්නායක තැටියක් භාවිතා කිරීමට සර්වසම තත්ත්වයකි.

එම නිසා ස්‍රාව ඝනත්වය B වන ඒකාකාර චුම්භක ක්ෂේත්‍රයකට අභිලම්භ ලෙස  f සංඛ්‍යාවකින් කේන්ද්‍රය වටා භ්‍රමණය වන අරය  R වන සන්නායක තැටියක කේන්ද්‍රය හා පරිධිය මත ඔ්නෑම ලක්ෂයක් අතර ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ විශාලත්වය,

            E   =  BXR2f

චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ චලනය වන සෘජු සන්නායක දණ්ඩක දෙකෙළවර අතර ප්‍රේරිත විද්‍යුත් ගාමක බලය

ස්‍රාව ඝනත්වය B වන ඒකාකාර චුම්බක ක්ෂේත්‍රයකට අභිලම්භ තලයක එක් කෙළවරක් වටා f සංඛ්‍යාවකින් භ්‍රමණය වන  L දිගැති සන්නායක දණ්ඩක් සලකමු.

  • තත්ත්පර 1 කදී දණ්ඩ ගමන් ගන්නා වට සංඛ්‍යාව          = f
  • t කාලයකදී  දණ්ඩ ගමන් ගන්නා වට සංඛ්‍යාව             = ft
  • t කාලයකදී  දණ්ඩ මඟින් ජේදනය වන වර්ගඵලය         = XL2ft
  • t කාලයකදී  දණ්ඩ මඟින් ජේදනය වන චුම්බක ස්‍රාවය    = BXL2ft

ෆැරඩේ නියමයට අනුව සන්නායක දණ්ඩේ දෙකෙළවර ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ විශාලත්වය,

මේ ආකාරයට පහත රූපයේ පරිදි එක් සන්නායක දණ්ඩක් වෙනුවට අඬු උක් එකිනෙක සම්බන්ධ කර අඬු දෙකම ඒවායේ පොදු කෙළවර වටා එකම සංඛ්‍යාතයකින් භ්‍රමණය කරන විට දඬු දෙකේම දෙකෙළවර අතර ප්‍රේරණය වන්නේ එකම අගය ඇති විද්‍යුත් ගාමක බලයකි. 

  • දඟරයේ තලයට චුම්බක ක්ෂේත්‍රයේ තලය සමාන්තර වන විට බල රේඛා ලම්භකව ඣේදනය වන නිසා මේ වන විට උපරිම විච්‍යුත් ගාමක බලය  ( Emax )ඇතිවේ.
  • ඊළඟ මොහොතේ බල රේඛා ආනතව ජේදනය වන නිසා ප්‍රේරිත වි.ගා.බ අඩුවේ. දඟරයේ තලයට චුම්භක ක්ෂේත්‍රය Θ කෝණයෙන් ආනත වූ විට ,
  • චුම්බක ක්ෂේත්‍රය දඟරයේ තලයට ලම්භක වූ විට බල රේඛා ජේදනය නොවන නිසා ප්‍රේරිත වි.ගා.බ ශුන්‍ය වේ.
  • ඊළඟ මොහොතේ AB හා CD පාද එකිනෙකට මාරු වන නිසා ප්‍රේරිත වි.ගා.බ ප්‍රතිවිරුද්ධ වේ.   

ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා ජනකය

සෘජුකෝණාස්‍රාකාර කම්බි දඟරයක් චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ භ්‍රමණය වීමෙන් ප්‍රේරණය වන ප්‍රත්‍යවර්ත විද්‍යුත් ගාමක බලය නිසා ඇති වන ප්‍රත්‍යවර්ත විද්‍යුත් ධාරාව ඒ ආකාරයටම බාහිර පරිපථයට ලබා දීමට වෘත්තාකාර ඇතිල්ලීම් විලි දෙකක් හා කාබන් බුරුසු 2ක් යොදා ගැනේ.

මෙහි ප්‍රේරිත වි.ගා.බ කාලය සමඟ විචලනය ඉහත දක්වන ලද සෘජුකෝණාස්‍රාකාර දඟරයේ ආකාරයටම වේ.

සරල ධාරා ජනකය

පහත ආකාරයට අර්ධ වෘත්තාකාර ඇතිල්ලුම් විලි යෙදීමෙන් සෑම වට භාගයකදීම වෝල්ටියතාව ප්‍රතිවිරුද්ධ වන විට බාහිර ශක්ති සැපයුම් අග්‍ර මාරු කිරීම මඟින් බාහිර පරිපථය ඔස්සේ විභව අන්තරය හා ධාරාව එකම දිශාවකට පවත්වා ගත හැක.

බාහිර පරිපථයේ විද්‍යුත් ධාරාවේ දිශාව වෙනස් නොවුවද එහි විශාලත්වයේ සිදු වන විචලනය අවම කිරීමට එකිනෙකට සමාන පරතරවලින් එකිනෙකට ආනත ලෙස සකස් කරන ලද කම්බි දඟර ගණනාවක් සහිත මෘදු යකඩ සිලින්ඩරයක් හෙවත් අනුමේචරයක් භාවිතා කරයි.  

වෝල්ටීයතාව සහ ධාරාව සඳහා උච්ච අගය සහ වර්ග මධ්‍යන්‍ය මූල අගය අතර සම්බන්ධය 

ප්‍රත්‍යවර්ත වෝල්ටීයතාවයක් හෝ ධාරාවක් ප්‍රතිරෝධයක් හරහා යෙදූ විට ඇති කරන ක්ෂමතාවයට සමාන ක්ෂමතාවයක් ඇති කරන පරිදි  යෙදිය හැකි සරල වෝල්ටීයතාවය හෝ සරල ධාරාව වර්ග මධ්‍යන්‍ය මූල අගය ලෙස අර්ථ දක්වනු ලැබේ. 

වෝල්ටීයතාව හෝ ධාරාව සයිනාකාරව වෙනස් වේ නම්,

Vmax , Imax ප්‍රත්‍යවර්ත වෝල්ටියතාවයේ හා ධාරාවේ උච්ච අගයන් වේ. එවිට ඉහත වර්ග මධ්‍යන්‍ය මූල අගයන් ඇසුරින් ප්‍රතිරෝධක පරිපථයක මධ්‍යන්‍ය ක්ෂමතාවය ගණනය කළ හැක.

පරිණාමක

  • ප්‍රත්‍යාවර්ත වෝල්ටීයතාවයක විශාලත්වය අඩු හෝ වැඩි කර ගැනීමට පරිණාමක භාවිතා කරයි.
  • මෙහිදී  විද්‍යුත් චුම්භක ප්‍රේරණ මූලධර්මය පදනම් කර ගනී.
  • පරිණාමකයක් මෘදු යකඩ මාධ්‍යයක් වටා ඔතන ලද කම්බි දඟර 2 කින් සමන්විත වේ.
  • ප්‍රදාන වෝල්ටීයතාවය සපයන කම්බි දඟරය ප්‍රාථමික දඟරය ලෙස හඳුන්වන අතර අනෙක් කම්බි දඟරය ප්‍රතිදාන වෝල්ටීයතාවය ලබාදෙන ද්වීතීක දඟරයයි.

ප්‍රත්‍යාවර්ත වෝල්ටීයතාවයක විශාලත්වය අඩු කර ගැනීම සඳහා අවකර පරිණාමක යොදා ගන්නා අතර වි ශාලත්වය වැඩි කර ගැනීමට අධිකර පරිණාමක  යොදා ගැනේ.

සරල ධාරා මෝටරය

සරල ධාරා ජනකයක බාහිර පරිපථයේ අග්‍ර අතරට සරල විද්‍යුත් ගාමක බල ප්‍රභවයක් සම්බන්ධ කර ආමේචරය නියත සීඝ්‍රතාවයකින් භ්‍රමණය වීමට සලස්වා සරල ධාරා මෝටරය සකසා ඇත. 

කම්බි දඟර චුම්භක ක්ෂ‍ේත්‍රය තුළ භ්‍රමණය වීමේදී ප්‍රේරණය වන විද්‍යුත් ගාමක බලයේ දිශාව එහි චලිතයට පටහැනි වන පරිදි සකස් වන නිසා එය විද්‍යුත් ප්‍රතිගාමක බලයකි.

බාහිර පරිපථයට යොදන විභව අන්තරය V  ද කම්බි දඟර වල ප්‍රතිරෝධය R ද විද්‍යුත් ප්‍රතිගාමක බලය E ද නම් එවිට ආමේචර ධාරාවේ විශාලත්වය, 

ප්‍රාථමික දඟරයේ පොට ගණන NP ද ද්විතීයීක දඟරයේ පොට ගණන NS ද නම්, ප්‍රාථමික දඟරයේ ප්‍රේරිත වි.ගා.බ ,

ද්වීතියික දඟරයේ ප්‍රේරිත වි.ගා.බ ,

  • NS > NP විට ES > EP නිසා එයට අධිකර පරිණාමක යැයි කියනු ලැබේ.
  • NS < NP විට ES < EP නිසා එයට අවකර පරිණාමක යැයි කියනු ලැබේ.

පරිණාමකයක ද්වීතීයික දඟරය තුළින් ගලන ධාරාව IS ද ප්‍රාථමික දඟරය තුළින් ගලන ධාරාව IP ද නම්,

පරිණාමකයක් ශක්ති හානියකින් තොරව ක්‍රියාකරයි නම් එයට පරිපූර්ණ පරිණාමකයක් යැයි කියනු ලැබේ. පරිපූර්ණ පරිණාමකයක කාර්යක්ෂමතාවය 100% කි. එනම් එහි ප්‍රතිදාන ක්ෂමතාවය ප්‍රදාන ක්ෂමතාවයට සමාන වේ. ඒ අනුව ,

පරිණාමක ශක්ති හානිය

සුළි ධාරා ඇති වීම මඟින් ද ජූල් තාපන හේතුවෙන් ද පරිණාමකයක ශක්තිය හානි විය හැක.

සුළි ධාරා හානිය
  • පරිණාමකයේ කම්බි දඟර තුළින් ගලා යන ප්‍රත්‍යාවරිත විද්‍යුත් ධාරාව නිසා උපදින ප්‍රත්‍යාවර්ත චුම්බක ස්‍රාව වෙනස්වීම හේතුවෙන් මෘදු යකඩ මාධ්‍ය තුළ කුඩා විද්‍යුත් ධාරා ප්‍රේරණයවේ. එම විද්‍යුත් ධාරා සුළි ධාරා නම් වන අතර සංවෘත පුඩු ලෙසින් ගලා යයි. මේ හේතුවෙන් තාප ශක්තිය උත්ඝර්ජනය වී මෘදු යකඩ මාධ්‍යය රත්වීම සිදුවේ. එම නිසා තාපය ලෙස පරිණාමකයේ ශක්තිය හානි වේ.
  • මෙය අවම කිරීමට තනි මෘදු යකඩ කුට්ටියක් වෙනුවට මෘදු යකඩ තුනී තහඩු වශයෙන් ගෙන ඒවා අතර විද්‍යුත් සම්බන්ධතාවයක් ඇති නොවන පරිදි පරිවරණය කොට එක මත එක තබා ආස්තරණය කළ “ මෘදු යකඩ මාධ්‍යයක්” භාවිතා කරනු ලැබේ.
ජූල් තාපනය
  • ප්‍රාථමික හා ද්වීතිීක දඟර වල ඇති ප්‍රතිරෝධය නිසා ඒවා තුළින් විද්‍යුත් ධාරා ගලා යාමේදී කම්බි දඟර රත් වීමෙන් සිදුවන තාප හානියයි. (I2Rශීඝ්‍රතාවය)
  • කම්බි දඟරවල ප්‍රතිරෝධය අඩු කර ගැනීමෙන් මෙම තාප හානිය අඩු කර ගත හැක.
  • ඒ සඳහා ඝනකම කම්බි භාවිතය මඟින් අඩු ප්‍රති‌රෝධ යටතේ වැඩි විද්‍යුත් ධාරා ගලා යන දඟර තැනිය හැකිය.
  • මීට අමතරව විශාල ක්ෂමකා ලබා ගැනීමේදී දඟරයේ ප්‍රතිරෝධය හා සුළි ධාරා නිසා විශාල ලෙස රත්වේ. මේ නිසා දඟරය ද්‍රව්‍යමය මාධ්‍යයක ගිල්වනු ලැබේ.
  • එම ද්‍රව මාධ්‍යයේ,
    • තාපාංකය ඉහළ විය යුතුය
    • විශිෂ්ට තාප ධාරිතාවය ඉහළ විය යුතුය
    • දුස්ස්‍රාවිතාවය අඩු විය යුතුය
    • විද්‍යුතය සන්නයනය නොකළ යුතුය

පරිණාමකවල භාවිත

  • විශාල දුරක් විදුලිය සම්ප්‍රේෂණයේදී  සම්ප්‍රේෂණ රැහැන් වල ප්‍රතිරෝධය නිසා ශක්තිය අපතේ යයි. මේ නිසා අධිකර පරිණාමක යොදා වෝල්ටීයතාව ඉතා විශාල අගයකට පත් කර ධාරාව අඩු කරනු ලැබේ. නැවත විදුලි බලය භාවිතයේ දී අවකර පරිණාමක යොදා වෝල්ටීයතාව අඩු කොට ධාරාව වැඩි කර ගනී.
  • රූපවාහිනි වැනි උපකරණවල නැවත අධිකර පරිණාමක යොදා වෝල්ටීයතාවය වැඩි කර ගැනේ.
  • මීට අමතරව වෑල්ඩින් කිරීමේදී අධික තාපයක් අවශ්‍ය නිසා අවකර පරිණාමක යොදා වෝල්ටීයතාව අඩු කර ධාරාව වැඩි කර ගනී.

ඔබේ අදහස් හා ප්‍රශ්න ඇතුළත් කරන්න.