Chapter 11: विद्युत् र चुम्बकत्व (Electricity and Magnetism)
Chapter 11: कक्षा १० विज्ञान: विद्युत् र चुम्बकत्व – सम्पूर्ण अभ्यास प्रश्नोत्तर
यस पृष्ठमा कक्षा १० विज्ञानको ‘विद्युत् र चुम्बकत्व’ अध्यायका सबै अभ्यास प्रश्नहरूको समाधान प्रस्तुत गरिएको छ। यो Class 10 Electricity and Magnetism Nepali Exercise SEE परीक्षाको तयारीका लागि अत्यन्तै उपयोगी हुनेछ।
१. सही विकल्प छनोट गर्नुहोस्
२. फरक लेख्नुहोस्
| a.c. (Alternating Current) | d.c. (Direct Current) |
|---|---|
| १. यसको मान र दिशा समयअनुसार निरन्तर परिवर्तन हुन्छ। | १. यसको मान र दिशा समयअनुसार स्थिर रहन्छ। |
| २. यसको आवृत्ति (frequency) हुन्छ (नेपालमा 50 Hz)। | २. यसको आवृत्ति शून्य हुन्छ। |
| ३. यसलाई ट्रान्सफर्मर (transformer) प्रयोग गरी सजिलै बढाउन वा घटाउन सकिन्छ। | ३. यसलाई सजिलै बढाउन वा घटाउन सकिँदैन। |
| ४. यसको उत्पादन डाइनामो (dynamo) वा जेनेरेटरबाट हुन्छ। | ४. यसको उत्पादन सेल (cell), ब्याट्री वा d.c. जेनेरेटरबाट हुन्छ। |
| ५. यसलाई लामो दूरीसम्म प्रसारण गर्दा ऊर्जा क्षय कम हुन्छ। | ५. यसलाई लामो दूरीसम्म प्रसारण गर्दा ऊर्जा क्षय बढी हुन्छ। |
| डाइनामो (Dynamo) | जेनेरेटर (Generator) |
|---|---|
| १. यसले यान्त्रिक शक्तिलाई विद्युतीय शक्तिमा बदल्छ। | १. यसले पनि यान्त्रिक शक्तिलाई विद्युतीय शक्तिमा बदल्छ। |
| २. सामान्यतया डाइनामोले सानो मात्रामा विद्युत् उत्पादन गर्छ। | २. जेनेरेटरले ठूलो मात्रामा विद्युत् उत्पादन गर्छ। |
| ३. यसमा सामान्यतया स्थायी चुम्बक (permanent magnet) प्रयोग हुन्छ। | ३. यसमा प्रायः विद्युतीय चुम्बक (electromagnet) प्रयोग हुन्छ। |
| ४. यसको प्रयोग साइकलको बत्ती बाल्न, सानो विद्युतीय उपकरण चलाउन गरिन्छ। | ४. यसको प्रयोग घर, कलकारखाना र विद्युत् उत्पादन गृहमा गरिन्छ। |
| ५. डाइनामो एक प्रकारको जेनेरेटर हो, तर सबै जेनेरेटर डाइनामो होइनन्। | ५. जेनेरेटर एक बृहत् शब्द हो जसले a.c. र d.c. दुवै किसिमको विद्युत् उत्पादन गर्ने यन्त्रलाई जनाउँछ। |
| मोटर (Motor) | जेनेरेटर (Generator) |
|---|---|
| १. यसले विद्युतीय शक्तिलाई यान्त्रिक शक्तिमा बदल्छ। | १. यसले यान्त्रिक शक्तिलाई विद्युतीय शक्तिमा बदल्छ। |
| २. यो मोटर असर (motor effect) को सिद्धान्तमा आधारित छ। | २. यो विद्युत् चुम्बकीय उपपादन (electromagnetic induction) को सिद्धान्तमा आधारित छ। |
| ३. यसमा विद्युत् स्रोत आवश्यक पर्छ। | ३. यसले विद्युत् उत्पादन गर्छ। |
| ४. यसको प्रयोग पङ्खा, पानी तान्ने मेसिन आदिमा हुन्छ। | ४. यसको प्रयोग विद्युत् उत्पादन गृहमा विद्युत् निकाल्न गरिन्छ। |
| ५. यसमा करेन्ट प्रवाह भएपछि क्वाइल घुम्छ। | ५. यसमा क्वाइल घुमाएपछि करेन्ट उत्पादन हुन्छ। |
| स्टेप अप ट्रान्सफर्मर (Step-up Transformer) | स्टेप डाउन ट्रान्सफर्मर (Step-down Transformer) |
|---|---|
| १. यसले कम a.c. भोल्टेजलाई बढी a.c. भोल्टेजमा बदल्छ। | १. यसले बढी a.c. भोल्टेजलाई कम a.c. भोल्टेजमा बदल्छ। |
| २. यसको सेकेन्डरी क्वाइलमा फन्काको सङ्ख्या प्राइमरी क्वाइलभन्दा बढी हुन्छ (\(N_s > N_p\))। | २. यसको सेकेन्डरी क्वाइलमा फन्काको सङ्ख्या प्राइमरी क्वाइलभन्दा कम हुन्छ (\(N_s < N_p\))। |
| ३. यसले भोल्टेज बढाउँछ तर करेन्ट घटाउँछ। | ३. यसले भोल्टेज घटाउँछ तर करेन्ट बढाउँछ। |
| ४. यसको प्रयोग विद्युत् उत्पादन गृहबाट प्रसारण लाइनमा विद्युत् पठाउन गरिन्छ। | ४. यसको प्रयोग प्रसारण लाइनबाट घर तथा उद्योगमा विद्युत् वितरण गर्न गरिन्छ। |
| ५. यसको उपयोग टेलिभिजन, एक्स-रे मेसिन आदिमा हुन्छ। | ५. यसको उपयोग मोबाइल चार्जर, रेडियो, वेल्डिङ मेसिन आदिमा हुन्छ। |
३. कारण दिनुहोस्
सोलार प्यानलले डाइरेक्ट करेन्ट (d.c.) उत्पादन गर्छ। तर, सिलिङ पङ्खा अल्टरनेटिङ करेन्ट (a.c.) मा चल्ने गरी बनाइएको हुन्छ। d.c. ले a.c. मोटर चल्न चाहिने परिवर्तनशील चुम्बकीय क्षेत्र बनाउन सक्दैन, त्यसैले सिलिङ पङ्खा घुम्दैन।
ओरस्टेडको नियम अनुसार, जब कुनै सुचालक तारबाट विद्युत् करेन्ट प्रवाह हुन्छ, तब त्यसको वरिपरि चुम्बकीय क्षेत्र (magnetic field) उत्पन्न हुन्छ। यही चुम्बकीय क्षेत्रले कम्पासको सुईलाई असर गर्छ र त्यो चल्न थाल्छ।
विद्युत् घन्टीमा विद्युत् चुम्बक (electromagnet) को प्रयोग गरिन्छ किनभने यो अस्थायी चुम्बक हो। स्वीच अन गर्दा यो चुम्बक बन्छ र ह्यामरलाई तान्छ, जसले घन्टी बजाउँछ। ह्यामर तानिँदा परिपथ टुट्छ र यो फेरि अचुम्बकीय बन्छ, जसले गर्दा घन्टी बज्ने प्रक्रिया दोहोरिइरहन्छ।
ट्रान्सफर्मरको मुख्य काम भोल्टेज (voltage) लाई बढाउनु वा घटाउनु हो। सेकेन्डरी क्वाइलमा उत्पन्न हुने भोल्टेज त्यसमा भएको फन्काको सङ्ख्यामा निर्भर गर्दछ। यदि फन्काको सङ्ख्या बराबर भयो भने भोल्टेजमा कुनै परिवर्तन हुँदैन र ट्रान्सफर्मरको उद्देश्य पूरा हुँदैन।
ट्रान्सफर्मरमा एडी करेन्ट (eddy current) का कारण हुने ऊर्जा क्षयलाई कम गर्न यसको कोर (core) लाई लेमिनेसन (lamination) गरिएको हुन्छ। कोरलाई पातला पाताहरू जोडेर बनाउँदा एडी करेन्टको प्रवाहमा अवरोध हुन्छ र ऊर्जा क्षय कम हुन्छ।
मोबाइल चार्ज गर्न कम भोल्टेज (लगभग 5V) को d.c. आवश्यक पर्छ। घरमा आउने 220V को a.c. लाई मोबाइल चार्जरमा भएको स्टेप-डाउन ट्रान्सफर्मरले कम भोल्टेजको a.c. मा बदल्छ, जसलाई पछि रेक्टिफायरले d.c. मा परिणत गर्छ।
४. तलका प्रश्नको उत्तर लेख्नुहोस्
हाम्रो देशमा प्रयोग हुने a.c. को आवृत्ति (frequency) 50Hz हुनुको अर्थ हो कि विद्युत् करेन्टले एक सेकेन्डमा ५० पटक आफ्नो दिशा परिवर्तन गर्छ। यसले एक सेकेन्डमा ५० वटा पूर्ण चक्र (cycle) पूरा गर्छ।
- (अ) म्याक्सवेलको दायाँ हातको बुढीऔंलाको नियम (Maxwell’s Right-Hand Thumb Rule): “यदि विद्युत् करेन्ट बगिरहेको सिधा तारलाई दायाँ हातले समातेको कल्पना गर्ने हो भने, बुढीऔंलाले करेन्टको दिशा देखाउँछ भने तारलाई बेरेका अन्य औंलाहरूले चुम्बकीय क्षेत्रको दिशा देखाउँछन्।”
- (आ) म्याक्सवेलको दायाँ हातको ग्रिप नियम (Maxwell’s Right-Hand Grip Rule): “यदि करेन्ट प्रवाह भइरहेको सोलेन्वाइडलाई दायाँ हातले समातेको कल्पना गर्ने हो भने, औंलाहरूले करेन्ट प्रवाहको दिशा देखाउँछन् भने फैलिएको बुढीऔंलाले उत्तरी ध्रुव (North Pole) को दिशालाई संकेत गर्छ।”
जब कुनै सुचालक पदार्थबाट विद्युत् करेन्ट प्रवाह हुन्छ, तब त्यसको वरिपरि चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न हुने घटनालाई धारा विद्युत्को चुम्बकीय असर (magnetic effect of current) भनिन्छ।
कुनै सतहमा लम्ब भएर पार गर्ने कूल चुम्बकीय बल रेखाहरू (magnetic field lines) को सङ्ख्यालाई चुम्बकीय प्रवाह (magnetic flux) भनिन्छ। यसको SI एकाइ वेबर (Weber) हो।
एउटा कार्डबोर्डको बिचमा प्वाल पारेर तार छिराउने र त्यसमाथि फलामको धुलो छर्किने। तारमा विद्युत् प्रवाह गराएर कार्डबोर्डलाई हल्का ठटाउँदा फलामका धुलाहरू तारको वरिपरि समकेन्द्रित वृत्त (concentric circles) को आकारमा सजिएर बस्छन्, जसले चुम्बकीय क्षेत्र रेखाहरू देखाउँछन्।
सोलेन्वाइड (Solenoid): कुनै कुचालक वस्तुको बेलनाकार कोरमाथि धेरै फन्का हुने गरी सुचालक तारलाई स्प्रिङजस्तो गरी बेरिएको संरचनालाई सोलेन्वाइड भनिन्छ।
१. विद्युत् चुम्बक (Electromagnet) बनाउन।
२. विद्युतीय भल्भ (Solenoid valve) मा।
जब सेलबाट क्वाइलमा करेन्ट प्रवाह गरिन्छ, क्वाइल र स्थायी चुम्बकको चुम्बकीय क्षेत्रबीच अन्तरक्रिया हुन्छ। फ्लेमिङको बायाँ हातको नियम अनुसार, क्वाइलको दुईतर्फ विपरीत दिशामा बल लाग्छ, जसले क्वाइललाई घुमाउँछ। कम्युटेटरले प्रत्येक आधा फन्को पछि करेन्टको दिशा उल्ट्याइदिन्छ, जसले गर्दा क्वाइल एउटै दिशामा निरन्तर घुमिरहन्छ।
जब कुनै बन्द विद्युतीय परिपथसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाह (magnetic flux) मा परिवर्तन हुन्छ, तब उक्त परिपथमा विद्युत् वाहक बल (e.m.f.) र विद्युत् करेन्ट उत्पन्न हुन्छ। यो घटनालाई विद्युत् चुम्बकीय उपपादन (electromagnetic induction) भनिन्छ। थप जानकारीको लागि यहाँ क्लिक गर्नुहोस्।
- (अ) चुम्बकलाई विस्तारै भित्र लाँदा: ग्याल्भानोमिटरमा सानो विक्षेपण देखिन्छ।
- (आ) चुम्बकलाई तीव्र गतिमा भित्र लाँदा: ग्याल्भानोमिटरमा ठूलो विक्षेपण देखिन्छ।
- (इ) चुम्बकलाई भित्र स्थिर राख्दा: कुनै विक्षेपण देखिँदैन।
- (ई) चुम्बकलाई बाहिर तीव्ररूपले तान्दा: विपरीत दिशामा ठूलो विक्षेपण देखिन्छ।
पहिलो नियम: जब कुनै बन्द परिपथसँग सम्बन्धित चुम्बकीय प्रवाहमा परिवर्तन हुन्छ, तबसम्म उक्त परिपथमा विद्युत् वाहक बल (e.m.f.) उत्पन्न हुन्छ।
दोस्रो नियम: उत्पन्न भएको विद्युत् वाहक बलको मान चुम्बकीय प्रवाह परिवर्तनको दरसँग समानुपातिक हुन्छ। (\(e.m.f. \propto \frac{\Delta\phi}{\Delta t}\))
साइकलको गति एकनास नहुँदा डाइनामोको क्वाइल घुम्ने गति पनि घटबढ हुन्छ। फाराडेको नियम अनुसार, क्वाइल छिटो घुम्दा धेरै विद्युत् उत्पन्न भएर बल्ब चम्किलो बल्छ भने, गति कम हुँदा थोरै विद्युत् उत्पन्न भएर मधुरो बल्छ।
१. क्वाइलको घुम्ने गति बढाएर।
२. शक्तिशाली चुम्बक प्रयोग गरेर।
३. क्वाइलमा फन्काको सङ्ख्या बढाएर।
ट्रान्सफर्मर (Transformer): अल्टरनेटिङ करेन्ट (a.c.) को भोल्टेजलाई ऊर्जा क्षय नगरी बढाउने वा घटाउने स्थिर उपकरणलाई ट्रान्सफर्मर भनिन्छ।
ट्रान्सफर्मर X: स्टेप-अप ट्रान्सफर्मर (Step-up Transformer)।
ट्रान्सफर्मर Y: स्टेप-डाउन ट्रान्सफर्मर (Step-down Transformer)।
स्टेप-अप ट्रान्सफर्मरका उपयोगिता:
१. विद्युत् उत्पादन गृहबाट प्रसारण लाइनमा विद्युत् पठाउन।
२. टेलिभिजन र एक्स-रे मेसिनमा उच्च भोल्टेज उत्पादन गर्न।
स्टेप-डाउन ट्रान्सफर्मरका उपयोगिता:
१. प्रसारण लाइनबाट आएको उच्च भोल्टेजलाई घर तथा उद्योगमा प्रयोग गर्न मिल्ने बनाउन।
२. मोबाइल चार्जर, रेडियो, वेल्डिङ मेसिन जस्ता उपकरणहरू सञ्चालन गर्न।
५. गणितीय समस्याहरू हल गर्नुहोस्
यहाँ,
प्राइमरी भोल्टेज (\(V_p\)) = 220 V
सेकेन्डरी भोल्टेज (\(V_s\)) = 20 V
प्राइमरी फन्का (\(N_p\)) = 550
सेकेन्डरी फन्का (\(N_s\)) = ?
सूत्रअनुसार, \(\frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p}\)
\(\implies N_s = \frac{V_s}{V_p} \times N_p = \frac{20}{220} \times 550 = 50\)
उत्तर: सेकेन्डरी फन्काको सङ्ख्या ५० हुनुपर्छ।
यहाँ,
प्राइमरी भोल्टेज (\(V_p\)) = 230 V
फन्काको सम्बन्ध, \(N_s = 10 \times N_p\)
सेकेन्डरी भोल्टेज (\(V_s\)) = ?
सूत्रअनुसार, \(\frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p}\)
\(\implies V_s = \frac{N_s}{N_p} \times V_p = \frac{10 \times N_p}{N_p} \times 230 = 10 \times 230 = 2300 V\)
उत्तर: सेकेन्डरी भोल्टेज २३०० भोल्ट हुन्छ।
यहाँ,
प्राइमरी भोल्टेज (\(V_p\)) = 220 V
फन्काको अनुपात, \(\frac{N_p}{N_s} = \frac{22}{1}\)
आउटपुट/सेकेन्डरी भोल्टेज (\(V_s\)) = ?
सूत्रअनुसार, \(\frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p}\)
\(\implies V_s = \frac{N_s}{N_p} \times V_p = \frac{1}{22} \times 220 = 10 V\)
उत्तर: प्राप्त हुने आउटपुट भोल्टेज १० भोल्ट हुन्छ।