विद्युत मोटर और जनित्र | 3D विद्युत-चुंबकत्व

इस सिमुलेशन के बारे में

विद्युत मोटर और जनित्र एक इंटरैक्टिव 3D विद्युत-चुंबकत्व प्रयोगशाला है जो दर्शाती है कि कैसे एक ही भौतिक मशीन DC मोटर या AC जनित्र के रूप में कार्य करती है। एक आयताकार ताँबे की कुंडली स्थायी उत्तरी और दक्षिणी चुंबकीय ध्रुवों के बीच घूमती है जबकि हरे 3D सदिश तीर प्रत्येक सक्रिय तार खंड पर लॉरेंज बल F = I L x B प्रदर्शित करते हैं। DC मोटर मोड में, एक विभक्त-वलय दिक्परिवर्तक प्रत्येक आधे चक्कर में कुंडली की धारा को उलट देता है जिससे बल-आघूर्ण tau = N I A B |cos theta| हमेशा रोटर को एक ही दिशा में चलाता है। किसी चुंबकीय ध्रुव पर क्लिक करने से सतत सर्पी वलयों के साथ AC जनित्र मोड चालू हो जाता है, जो 3D तरंगरूप बोर्ड पर एक ज्यावक्रीय प्रत्यावर्ती EMF पथ बनाता है।

विद्यार्थी क्या खोज सकते हैं

DC मोटर मोड में घूमती कुंडली के दोनों किनारों पर हरे लॉरेंज बल तीरों को देखें और ध्यान दें कि कैसे विभक्त-वलय दिक्परिवर्तक हर 180 डिग्री पर धारा को पलट देता है ताकि बायाँ तार हमेशा ऊपर की ओर धकेला जाए।
ऊर्ध्वाधर निष्क्रिय-केंद्र स्थिति (theta = 90 डिग्री) से होकर रोटर हब को हाथ से खींचें ताकि यह देखा जा सके कि बल-आघूर्ण क्षणिक रूप से शून्य पर कहाँ गिरता है।
मशीन मोड को AC जनित्र (सर्पी वलय) पर बदलें या किसी चुंबकीय ध्रुव पर क्लिक करें, और दिष्टकृत DC स्पंदों के विरुद्ध स्कोप बोर्ड पर पूर्ण ज्या तरंग (साइन वेव) की तुलना करें।
स्लाइडर के साथ चुंबकीय क्षेत्र B और कुंडली के फेरे N बढ़ाएँ और सत्यापित करें कि शिखर बल-आघूर्ण और प्रेरित EMF दोनों N और B के साथ रैखिक रूप से बढ़ते हैं।
वायु अंतराल के पार I L x B की ज्यामिति का निरीक्षण करने के लिए चुंबकीय B-क्षेत्र रेखाओं को चालू और बंद करें।

अधिगम उद्देश्य

1धारा लूप के प्रत्येक किनारे पर बल की दिशा निर्धारित करने के लिए लॉरेंज बल F = I L x B के दाएँ हाथ के नियम का उपयोग करें।
2समझाएँ कि एकदिशीय बल-आघूर्ण बनाए रखने के लिए DC मोटर को विभक्त-वलय दिक्परिवर्तक और ब्रश की आवश्यकता क्यों होती है।
3विभक्त-वलय दिक्परिवर्तक (दिष्टकृत स्पंदित DC) के आउटपुट की सतत सर्पी वलयों (ज्यावक्रीय AC) के साथ तुलना करें।
4चुंबकीय बल-आघूर्ण tau = N I A B cos theta और शिखर जनित्र EMF epsilon_0 = N B A omega की गणना करें।

शिक्षकों के आम सवाल

DC मोटर में विभक्त-वलय दिक्परिवर्तक की क्या भूमिका है?

दिक्परिवर्तक के बिना, धारा लूप पर चुंबकीय बल-आघूर्ण प्रत्येक आधे चक्कर में अपनी दिशा उलट देगा क्योंकि तार उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों के बीच अपने स्थान बदलते हैं। विभक्त-वलय दिक्परिवर्तक हर 180 डिग्री पर कुंडली में धारा की दिशा उलट देता है ताकि बल-आघूर्ण हमेशा एक ही घूर्णन दिशा में धक्का दे।

एक AC जनित्र संरचनात्मक रूप से DC मोटर से किस प्रकार भिन्न होता है?

एक AC जनित्र विभक्त-वलय दिक्परिवर्तक के स्थान पर दो सतत सर्पी वलयों का उपयोग करता है—जिनमें से प्रत्येक घूमती हुई कुंडली के एक सिरे से स्थायी रूप से जुड़ा होता है—ताकि प्रेरित प्रत्यावर्ती वोल्टेज सीधे ब्रशों तक एक सुगम ज्या तरंग के रूप में पहुँचे।

कुंडली के किस अभिविन्यास पर चुंबकीय बल-आघूर्ण अधिकतम और न्यूनतम होता है?

बल-आघूर्ण तब अधिकतम होता है जब कुंडली का तल चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के समांतर होता है (theta = 0 डिग्री, cos theta = 1) क्योंकि दोनों बलों की उत्तोलक भुजा सबसे बड़ी होती है। जब कुंडली का तल चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत होता है (theta = 90 डिग्री) तो बल-आघूर्ण शून्य हो जाता है।

आप AC जनित्र द्वारा उत्पादित वोल्टेज को कैसे बढ़ा सकते हैं?

फैराडे के नियम (epsilon_peak = N B A omega) के अनुसार, आप कुंडली पर अधिक फेरे N लपेटकर, अधिक शक्तिशाली चुंबकों (बड़े B) का उपयोग करके, कुंडली का क्षेत्रफल A बढ़ाकर, या रोटर को तेज़ी से घुमाकर (उच्च कोणीय वेग omega) शिखर वोल्टेज बढ़ा सकते हैं।

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