चुंबकसूची हा लहान चुंबक आहे. ज्याचे एक टोक उत्तर दिशेला असते त्याला उत्तर ध्रुव म्हणतात आणि दुसरे टोक दक्षिण दिशेला असते त्याला दक्षिण ध्रुव म्हणतात.
चुंबकाभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते ज्याद्वारे आपण चुंबकाचे बळ (जोर) ओळखू शकतो.
चुंबकिय क्षेत्र दर्शविण्यासाठी चुंबकीय विकर्ष रेषांचा उपयोग करतात. दिलेल्या बिंदूवरील चुंबकीय क्षेत्राची दिशा ही उत्तर ध्रुवाच्या दिशेने असते.
जास्त चुंबकीय क्षेत्र असलेल्या ठिकाणी चुंबकीय विकर्ष रेषा एकमेकांच्या जवळजवळ असतात.
विद्युत प्रवाह वाहून नेत असलेल्या धातूच्या तारेत संलग्नित चुंबकीय क्षेत्र असते. तारेमध्ये विकर्ष रेषांचा समकेंद्री वर्तुळांचा संच असतो ज्यांची दिशा उजव्या हाताच्या नियमानुसार ठरविली जाते.
वाहकातील विद्युत प्रवाहामुळे निर्माण होणाऱ्या चुंबकीय क्षेत्राची रचना ही वाहकाच्या आकारावर अवलंबून असते.
सोलेनोइड (Solenoid) मधील चुंबकीय क्षेत्र हे चुंबक पट्टीभोवती असणाऱ्या चुंबकीय क्षेत्राशी जवळ-जवळ समान असते.
लोखंडाच्या मऊ तुकड्यावर तांब्याच्या तारेचे दुर्वाहक पदार्थांनी गुंडाळलेले वेटोळे ठेवले तर तो विद्युत चुंबक (Electromagnet) बनतो.
विद्युत प्रवाह वाहून नेत असलेला वाहक चुंबकीय क्षेत्रात ठेवल्यास त्यावर बल प्रयुक्त होते. या बलाची दिशा फ्लेमिंगच्या डाव्या हाताच्या नियमानुसार (Fleming’s Left Hand Rule) समजू शकते. हाच विद्युत मोटरचा पाया आहे.
विद्युत मोटर हे असे उपकरण आहे ज्यामध्ये विद्युत ऊर्जेचे यांत्रिक ऊर्जेत रूपांतर होते.
50 Hz वारंवारता व 220 V विभवांतर असलेला भिन्न दिक विद्युत प्रवाह आपल्या घरांना मिळतो.
घरातील विद्युत मंडलात लाल रंगाच्या दुर्वाहक पदार्थाने गुंडाळलेली तार भारित तार (Live wire) असते आणि काळ्या रंगाची तार उदासीन तार (Neutral wire) असते. दोन्ही तारेमधील विभवांतर 220 V असते.
तिसरी भूसंपर्क तार (Earth wire) हिरव्या रंगाच्या दुर्वाहक पदार्थांनी लपेटलेली असते, जी सुरक्षिततेचा उपाय म्हणून वापरतात.
फ्युज (Fuse) हे एक महत्वाचे सुरक्षिततेचे उपकरण आहे जे शॉर्ट सर्किट किंवा ओव्हरलोडिंग (Overloading) पासून मंडलाचा बचाव करते.
प्रश्नोत्तरे (Questions and Answers)
प्रश्न 1. चुंबकीय विकर्ष रेषांचे गुणधर्म लिहा.
उत्तर:
1. चुंबकीय विकर्ष रेषा उत्तर ध्रुवाकडून निघून दक्षिण ध्रुवाकडे जातात.
2. चुंबकाच्या आत त्यांची दिशा दक्षिण ध्रुवाकडून उत्तर ध्रुवाकडे असते.
3. त्या बंद वक्र रेषा असतात.
4. जेथे या रेषा जवळजवळ असतात तेथे चुंबकीय क्षेत्र प्रबळ (जास्त) असते.
5. दोन चुंबकीय विकर्ष रेषा एकमेकांना कधीही छेदत नाहीत.
प्रश्न 2. दोन चुंबकीय विकर्ष रेषा एकमेकांना का छेदत नाहीत?
उत्तर: जर दोन विकर्ष रेषांनी एकमेकांना छेदले, तर छेदन बिंदूवर होकायंत्राची सुई एकाच वेळी दोन वेगवेगळ्या दिशा दर्शवेल, जे शक्य नाही. म्हणून दोन चुंबकीय विकर्ष रेषा एकमेकांना छेदत नाहीत.
प्रश्न 3. उजव्या हाताच्या अंगठ्याचा नियम काय आहे?
उत्तर: उजव्या हाताचा अंगठा ताठ ठेवून इतर बोटे विद्युत वाहकाभोवती लपेटलेली आहेत अशी कल्पना करा. अशा स्थितीत अंगठा विद्युत प्रवाहाची दिशा दर्शवितो, तर लपेटून ठेवलेली बोटे चुंबकीय क्षेत्राची दिशा (चुंबकीय विकर्ष रेषांची दिशा) दर्शवितात. यालाच उजव्या हाताच्या अंगठ्याचा नियम म्हणतात.
प्रश्न 4. फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम काय आहे?
उत्तर: या नियमानुसार डाव्या हाताचा अंगठा, तर्जनी आणि मधले बोट अशा प्रकारे ताणा की ते एकमेकांना लंब (काटकोनात) असतील. जर तर्जनी चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेने आणि मधले बोट विद्युत प्रवाहाच्या दिशेने असेल, तर अंगठा गतीची दिशा किंवा वाहकावर प्रयुक्त होणाऱ्या बलाची दिशा दर्शवितो.
प्रश्न 5. एका सरळ व लांब विद्युत प्रवाह वाहून नेत असलेल्या सोलेनोइडमधील चुंबकीय क्षेत्र कसे असते?
उत्तर: एका सरळ व लांब विद्युत प्रवाह वाहून नेत असलेल्या सोलेनोइडच्या आत सर्व बिंदूंवर चुंबकीय क्षेत्र समान असते.
प्रकरण 12: विद्युत प्रवाहाचे चुंबकीय परिणाम – स्वाध्याय उत्तरे
पान क्रमांक 124 वरील प्रश्न
1. चुंबकीय पट्टीभोवती चुंबकीय क्षेत्र रेषा काढा.
उत्तर: चुंबकीय क्षेत्र रेषा उत्तर ध्रुवाकडून (N) निघून दक्षिण ध्रुवाकडे (S) जातात आणि चुंबकाच्या आत दक्षिण ध्रुवाकडून उत्तर ध्रुवाकडे येतात. या रेषा एकमेकांना छेदत नाहीत आणि ध्रुवांजवळ त्यांची घनता जास्त असते.
2. चुंबकीय क्षेत्र रेषांचे गुणधर्म लिहा.
उत्तर:
चुंबकीय क्षेत्र रेषा उत्तर ध्रुवाकडून दक्षिण ध्रुवाकडे जातात.
चुंबकाच्या आत या रेषांची दिशा दक्षिण ध्रुवाकडून उत्तर ध्रुवाकडे असते.
कोणतेही दोन क्षेत्र रेषा एकमेकांना कधीही छेदत नाहीत.
ध्रुवांजवळ चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता जास्त असते, तिथे रेषांची घनता अधिक असते.
पान क्रमांक 126 वरील प्रश्न
1. जर वर्तुळाकार तारेतून विद्युत प्रवाह वाहत असेल, तर तारेच्या आत चुंबकीय क्षेत्र रेषा कशा दिसतात?
उत्तर: तारेच्या प्रत्येक बिंदूपाशी तयार होणारी चुंबकीय क्षेत्र रेषा वर्तुळाकार असते. जसे आपण तारेच्या केंद्राकडे जातो, तसे ही वर्तुळे मोठी होत जातात आणि तारेच्या केंद्राजवळ रेषा सरळ रेषेसारख्या दिसतात.
2. समांतर आणि लांब सोलेनाईडमधील चुंबकीय क्षेत्र रेषांचे गुणधर्म काय आहेत?
उत्तर: सोलेनाईडमधील चुंबकीय क्षेत्र रेषा या चुंबक पट्टीच्या (Bar magnet) चुंबकीय क्षेत्र रेषांसारख्याच असतात. सोलेनाईडच्या आत चुंबकीय क्षेत्र रेषा समांतर असतात, ज्या हे दर्शवतात की सोलेनाईडच्या आत चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता सर्व ठिकाणी समान आहे.
3. योग्य पर्याय निवडा: एका सरळ आणि लांब सोलेनाईडमधील चुंबकीय क्षेत्र.
उत्तर: योग्य पर्याय: (c) आपण टोकांकडे गेल्यास चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता वाढत जाते. (टीप: सोलेनाईडच्या आत क्षेत्र समांतर आणि समान असते, मात्र बाहेर आणि टोकांकडे त्यात बदल होतो).
पान क्रमांक 129 वरील प्रश्न
1. चुंबकीय पट्टीभोवती चुंबकीय क्षेत्र रेषा काढा.
उत्तर: चुंबकीय क्षेत्र रेषा नेहमी उत्तर ध्रुवाकडून (North Pole) निघतात आणि दक्षिण ध्रुवाकडे (South Pole) जातात. या रेषा चुंबकीय पट्टीच्या बाहेर उत्तर ते दक्षिण दिशेत असतात, तर पट्टीच्या आत दक्षिण ते उत्तर दिशेत असतात. त्या एकमेकांना कधीही छेदत नाहीत.
2. चुंबकीय क्षेत्र रेषांचे गुणधर्म लिहा.
उत्तर: चुंबकीय क्षेत्र रेषांचे गुणधर्म खालीलप्रमाणे आहेत:
1. चुंबकीय क्षेत्र रेषा उत्तर ध्रुवाकडून दक्षिण ध्रुवाकडे जातात.
2. या रेषा बंदिस्त वक्र असतात.
3. जिथे क्षेत्र रेषा जवळजवळ असतात, तिथे चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता जास्त असते (उदा. ध्रुवांच्या जवळ).
4. दोन चुंबकीय क्षेत्र रेषा एकमेकांना कधीही छेदत नाहीत.
पान क्रमांक 131 वरील प्रश्न
1. समजा, एका वर्तुळाकार तारेच्या वेढ्यातून विद्युत प्रवाह वाहत आहे. त्याच्या आतील व बाहेरील चुंबकीय क्षेत्राची दिशा ठरवा.
उत्तर: उजव्या हाताच्या अंगठ्याचा नियम वापरून, जर विद्युत प्रवाह घड्याळाच्या काट्याच्या दिशेने असेल, तर वर्तुळाच्या आत चुंबकीय क्षेत्राची दिशा कागदाच्या आतल्या बाजूला आणि वर्तुळाच्या बाहेर कागदाच्या वरच्या बाजूला असेल.
2. योग्य पर्यायाची निवड करा: एका लांब सरळ वाहक तारेतून वाहणाऱ्या विद्युत प्रवाहामुळे निर्माण होणारे चुंबकीय क्षेत्र –
उत्तर: पर्याय (c) तारेच्या केंद्रापासून अंतर जसे वाढते, तसे चुंबकीय क्षेत्राचे मूल्य कमी होत जाते.
3. योग्य पर्याय निवडा: सोलेनॉइडच्या (Solenoid) आत चुंबकीय क्षेत्राचे मूल्य काय असते?
उत्तर: पर्याय (d) सोलेनॉइडच्या सर्व बिंदूंवर चुंबकीय क्षेत्राचे मूल्य समान असते.
इयत्ता 10 वी विज्ञान – प्रकरण 12: विद्युत प्रवाहाचा चुंबकीय परिणाम (अभ्यास)
1. एका सरळ लांब वायरमधील चुंबकीय क्षेत्राबद्दल खालीलपैकी कोणते वाक्य बरोबर आहे?
(a) चुंबकीय क्षेत्र हे तारेला लंब असलेल्या सरळरेषेने बनले आहे.
(b) चुंबकीय क्षेत्र हे तारेला समांतर असलेल्या सरळरेषेने बनले आहे.
(c) चुंबकीय क्षेत्र हे तारेच्या मध्यापासून पसरणाऱ्या रेषांनी बनले आहे.
(d) चुंबकीय क्षेत्र हे तारेच्या मध्यापासून निघणाऱ्या समकेंद्रीय वर्तुळाने बनले आहे.
उत्तर: (d) चुंबकीय क्षेत्र हे तारेच्या मध्यापासून निघणाऱ्या समकेंद्रीय वर्तुळाने बनले आहे.
2. शॉर्टसर्किटच्या वेळी विद्युत मंडळातील विद्युत प्रवाह-
(a) लगेच कमी होतो
(b) बदलत नाही
(c) जास्त वाढतो
(d) सतत बदलत असतो
उत्तर: (c) जास्त वाढतो.
3. खालील विधाने चुक कि बरोबर आहेत ते सांगा.
(a) विद्युत मोटर ही यांत्रीक ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेमध्ये रूपांतर करते.
(b) विद्युत चुंबकीय प्रवर्तनाच्या तत्वावर विद्युत जनित्र कार्य करते.
(c) विद्युत प्रवाह वाहत असलेल्या वर्तुळाकार कॉईलच्या मध्यभागी असणारे क्षेत्र हे समांतर सरळ रेषांच्या स्वरूपात असते.
(d) दुर्वाहक पदार्थाने गुंडाळलेली तार म्हणजे भारीत तार होय.
उत्तर:
(a) चूक. (कारण विद्युत मोटर ही विद्युत ऊर्जेचे यांत्रिक ऊर्जेत रूपांतर करते.)
(b) बरोबर.
(c) बरोबर.
(d) चूक. (कारण हिरव्या रंगाच्या दुर्वाहक पदार्थाने लपेटलेली तार भूसंपर्क तार असते, तर लाल रंगाची तार ही भारीत/प्रावस्था तार असते.)
4. चुंबकीय क्षेत्र तयार करण्याच्या दोन पध्दतीची यादी करा.
उत्तर: चुंबकीय क्षेत्र तयार करण्याच्या दोन पद्धती खालीलप्रमाणे आहेत:
1. कायम चुंबकाचा (उदा. चुंबकपट्टी किंवा नालाकृती चुंबक) वापर करून.
2. विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या वाहकाचा (उदा. सरळ तांब्याची तार किंवा सोलेनोईड) वापर करून.
5. चुंबकीय क्षेत्रात विद्युत प्रवाह वाहुन नेत असलेला वाहक केव्हा जास्त बल प्रयुक्त करतो?
उत्तर: जेव्हा वाहकामधील विद्युत प्रवाहाची दिशा आणि चुंबकीय क्षेत्राची दिशा एकमेकांना काटकोनात (लंब) असते, तेव्हा त्या वाहकावर प्रयुक्त होणारे बल सर्वात जास्त असते.
6. कल्पना करा एक खोलीत तुम्ही बसला असून तुमच्या पाठीमागे एक भिंत आहे. एका प्रबल चुंबकीय क्षेत्रातून एक इलेक्ट्रॉन किरण मागील भिंतीकडून पुढील भिंतीकडे तुमच्या उजव्या बाजुने जातो. तर चुंबकीय क्षेत्राची दिशा कोणती असेल ?
उत्तर: चुंबकीय क्षेत्राची दिशा ‘खालच्या दिशेने’ असेल.
स्पष्टीकरण: फ्लेमिंगच्या डाव्या हाताच्या नियमानुसार, इलेक्ट्रॉनची दिशा पाठीमागून पुढे आहे, म्हणजेच विद्युत प्रवाहाची दिशा त्याच्या विरुद्ध (पुढून पाठीमागे) असेल. इलेक्ट्रॉनवर प्रयुक्त होणारे बल उजव्या बाजूला आहे. म्हणून जर आपण आपली मधले बोट (विद्युत प्रवाह) आणि अंगठा (बल) योग्य दिशेने ठेवले, तर तर्जनी (चुंबकीय क्षेत्र) खालच्या दिशेने निर्देशित करेल.
7. खाली दिलेल्यांची दिशा ओळखण्यासाठी नियम सांगा –
i) विद्युत प्रवाह वाहुन नेत असलेल्या सरळ वाहकाभोवती असलेले चुंबकीय क्षेत्र
ii) चुंबकीय क्षेत्रात विद्युत प्रवाह वाहुन नेत असलेल्या सरळ वाहकाभोवती लंब दिशेवर तयार झालेल्या चुंबकीय क्षेत्र वरील बल.
उत्तर:
i) उजव्या हाताच्या अंगठ्याचा नियम (Right-Hand Thumb Rule).
ii) फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम (Fleming’s Left-Hand Rule).
8. विद्युत शॉर्टसर्किट केव्हा घडून येते ?
उत्तर: जेव्हा भारीत तार (Live wire) आणि उदासीन तार (Neutral wire) यांचे एकमेकांशी सरळ संपर्क होतो, तेव्हा विद्युत मंडलात विद्युत प्रवाहाला होणारा विरोध खूप कमी होतो आणि अचानकपणे विद्युत प्रवाह प्रचंड वाढतो. या स्थितीला ‘शॉर्ट सर्किट’ असे म्हणतात. हे तारांवरील प्लॅस्टिकचे आवरण खराब झाल्यामुळे किंवा उपकरणात बिघाड झाल्यामुळे घडून येते.
9. भूसंपर्क तारेचे कार्य कोणते आहे? भूसंपर्क तार धातू उपकरणांना आवश्यक का आहे?
उत्तर: भूसंपर्क तारेचे कार्य: भूसंपर्क तार (Earth wire) ही सुरक्षेचा उपाय म्हणून वापरली जाते. उपकरणात किंवा वायरमध्ये बिघाड झाल्यास वाढीव विद्युत प्रवाह या तारेमार्फत थेट जमिनीत पाठवला जातो.
धातू उपकरणांना आवश्यकता: इस्त्री, टोस्टर, रेफ्रिजरेटर यांसारख्या धातूचे आवरण असलेल्या उपकरणांमध्ये जर चुकून भारीत तारेचा (Live wire) संपर्क धातूच्या आवरणाशी झाला, तर संपूर्ण उपकरणात विद्युत प्रवाह पसरतो. अशा वेळी भूसंपर्क तार जोडलेली असल्यास, हा धोकादायक प्रवाह थेट जमिनीत जातो. यामुळे उपकरण हाताळणाऱ्या व्यक्तीला विजेचा जबरदस्त धक्का (शॉक) बसण्यापासून बचाव होतो.
सरावासाठी अधिक प्रश्न – 1 मार्काचे प्रश्न
1. हॅन्स ख्रिश्चन ऑर्स्टेड यांनी विद्युत प्रवाहाचा कोणता परिणाम शोधून काढला?
उत्तर: ऑर्स्टेड यांनी विद्युत प्रवाहाचा चुंबकीय परिणाम शोधून काढला.
2. चुंबकाच्या उत्तर ध्रुवाकडून निघून दक्षिण ध्रुवाकडे जाणाऱ्या काल्पनिक रेषांना काय म्हणतात?
उत्तर: त्यांना चुंबकीय क्षेत्राच्या ‘बलरेषा’ (Magnetic field lines) असे म्हणतात.
3. चुंबकीय बलरेषा चुंबकाच्या बाहेर कोणत्या ध्रुवाकडून कोणत्या ध्रुवाकडे जातात?
उत्तर: चुंबकीय बलरेषा चुंबकाच्या बाहेर उत्तर ध्रुवाकडून दक्षिण ध्रुवाकडे जातात.
4. दोन चुंबकीय बलरेषा एकमेकांना छेदतात का?
उत्तर: नाही, दोन चुंबकीय बलरेषा एकमेकांना कधीही छेदत नाहीत.
5. सरळ तारेतून विद्युत प्रवाह वाहताना निर्माण होणारे चुंबकीय क्षेत्र कोणत्या आकारात असते?
उत्तर: हे चुंबकीय क्षेत्र संकेंद्री वर्तुळांच्या स्वरूपात असते.
6. ‘उजव्या हाताच्या अंगठ्याचा नियम’ कशाची दिशा दर्शवितो?
उत्तर: हा नियम चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेचे नियमन करतो.
7. ‘सोलिनॉइड’ (Solenoid) म्हणजे काय?
उत्तर: इन्सुलेटेड तांब्याच्या तारेचे जवळजवळ वेढलेले अनेक फेरे म्हणजे सोलिनॉइड होय.
8. सोलिनॉइडमधील चुंबकीय क्षेत्र कशासारखे असते?
उत्तर: सोलिनॉइडमधील चुंबकीय क्षेत्र हे गंडी चुंबकाप्रमाणे (Bar magnet) असते.
9. विद्युत चुंबक (Electromagnet) कशाचा वापर करून बनवला जातो?
उत्तर: विद्युत चुंबक मऊ लोखंडाचा (soft iron) गाभा वापरून बनवला जातो.
10. फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम कशासाठी वापरतात?
उत्तर: विद्युत वाहकावर कार्य करणाऱ्या बलाची दिशा शोधण्यासाठी हा नियम वापरतात.
11. घरातील विद्युत मंडलात सामान्यतः कोणत्या प्रकारची जोडनी असते?
उत्तर: घरातील विद्युत मंडलात सामान्यतः ‘समानांतर’ (Parallel) जोडनी असते.
12. फ्यूज वायर (Fuse wire) कशापासून बनलेली असते?
उत्तर: फ्यूज वायर कमी द्रवणांक असलेल्या मिश्र धातूची (Alloy) बनलेली असते.
13. शार्ट सर्किट (Short circuit) कशामुळे होतो?
उत्तर: जेव्हा जीवित (Live) आणि उदासीन (Neutral) तारा एकमेकांना थेट स्पर्श करतात, तेव्हा शार्ट सर्किट होतो.
14. ‘अर्थिंग’ (Earthing) तार कोणत्या रंगाची असते?
उत्तर: अर्थिंग तार सामान्यतः ‘हिरव्या’ रंगाची असते.
15. विद्युत प्रवाहाची दिशा मोजण्यासाठी कोणत्या उपकरणाचा वापर होतो?
उत्तर: गॅल्व्हॅनोमीटर (Galvanometer) उपकरणाचा वापर होतो.
