Electromagnetic Induction & Alternating Current आधुनिक भौतिकी और विद्युत अभियांत्रिकी (Electrical Engineering) का आधार Electromagnetic Induction (विद्युतचुंबकीय प्रेरण) और Alternating Current – AC (प्रत्यावर्ती धारा) है। आज जो भी बिजली हमारे घरों, कारखानों, अस्पतालों, रेलवे, मेट्रो और उद्योगों में उपयोग हो रही है, उसका मूल सिद्धांत विद्युतचुंबकीय प्रेरण एवं AC धारा ही है।
यदि Electromagnetic Induction की खोज न हुई होती, तो बिजली उत्पादन (Power Generation) संभव ही नहीं होता। माइकल फैराडे की इस खोज ने मानव सभ्यता को अंधकार से प्रकाश की ओर ले जाने का मार्ग प्रशस्त किया।
👉 UP Board Class 12 Physics में यह अध्याय अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि इससे:
- सिद्धांतात्मक प्रश्न
- व्युत्पत्ति आधारित प्रश्न
- संख्यात्मक समस्याएँ
- व्यावहारिक अनुप्रयोग
नियमित रूप से परीक्षा में पूछे जाते हैं।
भाग – A
Electromagnetic Induction (विद्युतचुंबकीय प्रेरण)
2. What is Electromagnetic Induction?
परिभाषा:
जब किसी बंद परिपथ से गुजरने वाला चुंबकीय फ्लक्स बदलता है, तब उस परिपथ में विद्युत वाहक बल (EMF) उत्पन्न होता है। इस घटना को विद्युतचुंबकीय प्रेरण (Electromagnetic Induction) कहते हैं।
👉 सरल शब्दों में:
चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन → विद्युत धारा उत्पन्न
3. Discovery of Electromagnetic Induction | खोज
माइकल फैराडे (Michael Faraday) ने 1831 ई. में विद्युतचुंबकीय प्रेरण की खोज की।
उन्होंने सिद्ध किया कि:
“चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन से विद्युत धारा उत्पन्न की जा सकती है।”
4. Magnetic Flux | चुंबकीय फ्लक्स
चुंबकीय फ्लक्स (Φ) किसी सतह से होकर गुजरने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की संख्या को दर्शाता है।
[
\Phi = B A \cos\theta
]
जहाँ,
B = चुंबकीय क्षेत्र
A = क्षेत्रफल
θ = B और सतह के अभिलम्ब के बीच कोण
5. Faraday’s Laws of Electromagnetic Induction
फैराडे के विद्युतचुंबकीय प्रेरण नियम
पहला नियम:
जब किसी परिपथ से जुड़ा चुंबकीय फ्लक्स बदलता है, तब उस परिपथ में प्रेरित EMF उत्पन्न होता है।
दूसरा नियम:
प्रेरित EMF का मान फ्लक्स परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है।
[
E = -\frac{d\Phi}{dt}
]
👉 ऋण चिह्न Lenz’s Law को दर्शाता है।
6. Lenz’s Law | लेंज़ का नियम
परिभाषा:
प्रेरित धारा की दिशा सदैव ऐसी होती है कि वह फ्लक्स परिवर्तन के कारण का विरोध करती है।
👉 यह ऊर्जा संरक्षण के नियम पर आधारित है।
7. Fleming’s Right Hand Rule | फ्लेमिंग का दायाँ हाथ नियम
इस नियम से प्रेरित धारा की दिशा ज्ञात की जाती है।
- अंगूठा → चालक की गति
- पहली उँगली → चुंबकीय क्षेत्र
- मध्य उँगली → प्रेरित धारा
8. Self Induction | आत्म प्रेरण
जब किसी कुंडली में प्रवाहित धारा बदलती है, तो उसी कुंडली में प्रेरित EMF उत्पन्न होती है, इसे Self Induction कहते हैं।
[
E = -L \frac{dI}{dt}
]
जहाँ,
L = आत्म प्रेरणांक (Inductance)
9. Mutual Induction | पारस्परिक प्रेरण
जब एक कुंडली में धारा परिवर्तन से दूसरी कुंडली में EMF उत्पन्न हो, तो इसे Mutual Induction कहते हैं।
[
E = -M \frac{dI}{dt}
]
जहाँ,
M = पारस्परिक प्रेरणांक
10. Inductance (L) | प्रेरणांक
[
L = \frac{N\Phi}{I}
]
👉 इकाई: हेनरी (Henry)
11. Energy Stored in Inductor | प्रेरक में संचित ऊर्जा
[
U = \frac{1}{2} L I^2
]
12. Eddy Currents | भंवर धाराएँ
जब किसी ठोस चालक में चुंबकीय फ्लक्स बदलता है, तो उसके भीतर वृत्ताकार धाराएँ उत्पन्न होती हैं, जिन्हें एडी करंट कहते हैं।
उपयोग:
- इंडक्शन कुकर
- इलेक्ट्रिक ब्रेक
- ऊर्जा मीटर
भाग – B
Alternating Current (प्रत्यावर्ती धारा – AC)
13. Alternating Current (AC) क्या है?
परिभाषा:
वह विद्युत धारा जिसकी दिशा और परिमाण समय के साथ निरंतर बदलता रहता है, उसे प्रत्यावर्ती धारा (AC) कहते हैं।
[
I = I_0 \sin \omega t
]
14. Difference Between AC and DC
| AC | DC |
| दिशा बदलती है | दिशा स्थिर |
| लंबी दूरी पर उपयुक्त | कम दूरी |
| कम ऊर्जा हानि | अधिक हानि |
| ट्रांसफॉर्मर संभव | संभव नहीं |
15. RMS Value of AC | प्रभावी मान
[
I_{rms} = \frac{I_0}{\sqrt{2}}
]
[
V_{rms} = \frac{V_0}{\sqrt{2}}
]
16. AC in Pure Resistor (R)
[
V = IR
]
धारा और वोल्टेज एक ही फेज में होते हैं।
17. AC in Pure Inductor (L)
[
V = L \frac{dI}{dt}
]
👉 वोल्टेज, धारा से 90° आगे रहता है।
18. AC in Pure Capacitor (C)
[
I = C \frac{dV}{dt}
]
👉 धारा, वोल्टेज से 90° आगे रहती है।
19. AC in RLC Circuit
Impedance (Z):
[
Z = \sqrt{R^2 + (X_L – X_C)^2}
]
जहाँ,
(X_L = \omega L)
(X_C = \frac{1}{\omega C})
20. Resonance in AC Circuit | अनुनाद
जब (X_L = X_C)
[
f = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}
]
👉 धारा अधिकतम होती है।
21. Power in AC Circuit | शक्ति
[
P = VI \cos\phi
]
जहाँ,
(\cos\phi) = Power Factor
22. Transformer | ट्रांसफॉर्मर
ट्रांसफॉर्मर एक ऐसा यंत्र है जो AC वोल्टेज को बढ़ाता या घटाता है।
[
\frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p}
]
23. AC Generator | प्रत्यावर्ती धारा जनित्र
AC Generator विद्युतचुंबकीय प्रेरण के सिद्धांत पर कार्य करता है।
24. Advantages of AC | AC के लाभ
- लंबी दूरी पर संचार
- कम ऊर्जा हानि
- आसान रूपांतरण
25. Applications of EMI & AC | उपयोग
- बिजली उत्पादन
- मोटर
- जनरेटर
- ट्रांसफॉर्मर
- रेलवे
- इंडस्ट्री
26. Important Formulas Summary
[
E = -\frac{d\Phi}{dt}
]
[
I = I_0 \sin \omega t
]
[
I_{rms} = \frac{I_0}{\sqrt{2}}
]
[
Z = \sqrt{R^2 + (X_L – X_C)^2}
]
27. Numerical Example
प्रश्न:
यदि AC धारा का अधिकतम मान 10 A है, तो उसका RMS मान ज्ञात करें।
[
I_{rms} = \frac{10}{\sqrt{2}} = 7.07 A
]
28. Electromagnetic Induction & Alternating Current FAQs
Q1. विद्युतचुंबकीय प्रेरण क्या है?
Ans. फ्लक्स परिवर्तन से EMF उत्पन्न होना।
Q2. फैराडे के नियम लिखिए।
Ans. फ्लक्स परिवर्तन से EMF उत्पन्न।
Q3. लेंज़ का नियम क्या बताता है?
Ans. धारा की दिशा।
Q4. चुंबकीय फ्लक्स का सूत्र लिखिए।
Ans. Φ = BA cosθ
Q5. आत्म प्रेरण क्या है?
Ans. स्वयं कुंडली में प्रेरण।
Q6. पारस्परिक प्रेरण क्या है?
Ans. दूसरी कुंडली में प्रेरण।
Q7. प्रेरणांक की इकाई क्या है?
Ans. हेनरी।
Q8. एडी करंट क्या हैं?
Ans. ठोस चालक में वृत्तीय धाराएँ।
Q9. AC क्या है?
Ans. प्रत्यावर्ती धारा।
Q10. RMS मान क्या है?
Ans. प्रभावी मान।
Q11. AC का सूत्र लिखिए।
Ans. I = I₀ sinωt
Q12. ट्रांसफॉर्मर किस सिद्धांत पर आधारित है?
Ans. विद्युतचुंबकीय प्रेरण।
Q13. अनुनाद क्या है?
Ans. जब XL = XC।
Q14. AC जनित्र किस सिद्धांत पर कार्य करता है?
Ans. EMI।
Q15. पावर फैक्टर क्या है?
Ans. cosφ
Q16. AC का प्रमुख लाभ क्या है?
Ans. कम ऊर्जा हानि।
Q17. DC क्यों लंबी दूरी के लिए उपयुक्त नहीं?
Ans. अधिक हानि।
Q18. इंडक्टर में ऊर्जा का सूत्र?
Ans. ½LI²
Q19. RLC सर्किट में Z का सूत्र?
Ans. √(R²+(XL−XC)²)
Q20. ट्रांसफॉर्मर में वोल्टेज कैसे बदलता है?
Ans. कुंडली अनुपात से।
Q21. चुंबकीय फ्लक्स की इकाई क्या है?
Ans. वेबर।
Q22. AC का उपयोग कहाँ होता है?
Ans. बिजली वितरण में।
Q23. लेंज़ नियम किस सिद्धांत पर आधारित है?
Ans. ऊर्जा संरक्षण।
Q24. अनुनादी आवृत्ति का सूत्र लिखिए।
Ans. f = 1/2π√LC
Q25. यह अध्याय क्यों महत्वपूर्ण है?
Ans. आधुनिक बिजली प्रणाली का आधार।
29. Conclusion | निष्कर्ष
Electromagnetic Induction & Alternating Current (EMI & AC) आधुनिक विज्ञान और तकनीक की रीढ़ हैं। इनके बिना बिजली उत्पादन, ट्रांसमिशन और वितरण की कल्पना असंभव है। इस अध्याय की मजबूत समझ से छात्र UP Board Class 12 Physics परीक्षा में उत्कृष्ट अंक प्राप्त कर सकते हैं।
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