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चल कुंडल गैल्वेनोमीटर और संबंधित अवधारणाएँ

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अध्ययन नोट्स: चल कुंडल गैल्वेनोमीटर और संबंधित अवधारणाएँ


विषय सूची

  1. चल कुंडल गैल्वेनोमीटर का परिचय
  2. गैल्वेनोमीटर को एमीटर में परिवर्तित करना
  3. गैल्वेनोमीटर को वोल्टमीटर में परिवर्तित करना
  4. मुख्य अवधारणाएँ और परिभाषाएँ
  5. महत्वपूर्ण सूत्र और समीकरण
  6. एमीटर और वोल्टमीटर का तुलनात्मक विश्लेषण
  7. निष्कर्ष

1. चल कुंडल गैल्वेनोमीटर का परिचय

चल कुंडल गैल्वेनोमीटर एक संवेदनशील उपकरण है जिसका उपयोग छोटी विद्युत धाराओं को पता लगाने और मापने के लिए किया जाता है।

मुख्य विशेषताएँ

  • इसमें एक चुंबकीय क्षेत्र में लटकी हुई कुंडल होती है।
  • कुंडल एक अक्ष के चारों ओर स्वतंत्र रूप से घूम सकती है।
  • कुंडल से जुड़ा एक सूचक पैमाने पर चलता है।

संचालन

  • जब कुंडल में धारा प्रवाहित होती है, तो चुंबकीय क्षेत्र के कारण यह एक बल आघूर्ण का अनुभव करती है।
  • यह बल आघूर्ण कुंडल को घुमाता है, जिससे पैमाने पर सूचक चलता है।

2. गैल्वेनोमीटर को एमीटर में परिवर्तित करना

गैल्वेनोमीटर को एमीटर में बदलने के लिए, एक कम प्रतिरोध (शंट प्रतिरोध) को गैल्वेनोमीटर के समानांतर जोड़ा जाता है।

परिवर्तन के चरण

  • गैल्वेनोमीटर के समानांतर एक शंट प्रतिरोध (Rsh) जोड़ें।
  • शंट अधिकांश धारा को स्वयं से गुजरने देता है, जिससे गैल्वेनोमीटर उच्च धारा से सुरक्षित रहता है।
  • गैल्वेनोमीटर कुल धारा का केवल एक छोटा भाग मापता है।

शंट प्रतिरोध का सूत्र

$$ R_{sh} = \frac{I_g R_g}{I - I_g} $$ जहाँ:

  • $ I_g $ = गैल्वेनोमीटर से प्रवाहित धारा
  • $ R_g $ = गैल्वेनोमीटर का प्रतिरोध
  • $ I $ = मापी जाने वाली कुल धारा

छवि संदर्भ


चित्र: एमीटर में बदलने के लिए शंट प्रतिरोध के समानांतर जुड़ा गैल्वेनोमीटर।


3. गैल्वेनोमीटर को वोल्टमीटर में परिवर्तित करना

गैल्वेनोमीटर को वोल्टमीटर में बदलने के लिए, एक उच्च प्रतिरोध (श्रेणी प्रतिरोध) को गैल्वेनोमीटर के श्रेणी में जोड़ा जाता है।

परिवर्तन के चरण

  • गैल्वेनोमीटर के श्रेणी में एक उच्च प्रतिरोध (Rs) जोड़ें।
  • यह प्रतिरोध गैल्वेनोमीटर से प्रवाहित धारा को सीमित करता है, जिससे यह वोल्टेज माप सकता है।
  • गैल्वेनोमीटर सर्किट में वोल्टेज का मापन करता है।

श्रेणी प्रतिरोध का सूत्र

$$ R_s = \frac{V}{I_g} - R_g $$ जहाँ:

  • $ V $ = मापा जाने वाला वोल्टेज
  • $ I_g $ = गैल्वेनोमीटर से प्रवाहित धारा
  • $ R_g $ = गैल्वेनोमीटर का प्रतिरोध

छवि संदर्भ


चित्र: वोल्टमीटर में बदलने के लिए उच्च प्रतिरोध के श्रेणी में जुड़ा गैल्वेनोमीटर।


4. मुख्य अवधारणाएँ और परिभाषाएँ

गैल्वेनोमीटर

एक उपकरण जिसका उपयोग छोटी विद्युत धाराओं का पता लगाने और मापने के लिए किया जाता है। यह इस सिद्धांत पर आधारित है कि चुंबकीय क्षेत्र में रखी गई धारावाही कुंडल एक बल आघूर्ण का अनुभव करती है।

एमीटर

एक उपकरण जिसका उपयोग सर्किट में विद्युत धारा को मापने के लिए किया जाता है। इसे सर्किट के श्रेणी में जोड़ा जाता है।

वोल्टमीटर

एक उपकरण जिसका उपयोग सर्किट में विद्युत विभवांतर (वोल्टेज) को मापने के लिए किया जाता है। इसे सर्किट के समानांतर में जोड़ा जाता है।

शंट प्रतिरोध

गैल्वेनोमीटर को एमीटर में बदलने के लिए समानांतर में जोड़ा जाने वाला कम प्रतिरोध।

श्रेणी प्रतिरोध

गैल्वेनोमीटर को वोल्टमीटर में बदलने के लिए श्रेणी में जोड़ा जाने वाला उच्च प्रतिरोध।


5. महत्वपूर्ण सूत्र और समीकरण

यंत्र विन्यास सूत्र
एमीटर समानांतर $ R_{sh} = \frac{I_g R_g}{I - I_g} $
वोल्टमीटर श्रेणी $ R_s = \frac{V}{I_g} - R_g $

6. एमीटर और वोल्टमीटर का तुलनात्मक विश्लेषण

विशेषता एमीटर वोल्टमीटर
संयोजन सर्किट के श्रेणी में सर्किट के समानांतर में
प्रतिरोध कम प्रतिरोध (शंट) उच्च प्रतिरोध (श्रेणी)
उद्देश्य धारा मापता है वोल्टेज मापता है
सर्किट पर प्रभाव कम प्रतिरोध के कारण न्यूनतम प्रभाव उच्च प्रतिरोध के कारण न्यूनतम प्रभाव

7. निष्कर्ष

  • एक गैल्वेनोमीटर को शंट प्रतिरोध को समानांतर में जोड़कर एमीटर में बदला जा सकता है।
  • इसे श्रेणी प्रतिरोध को श्रेणी में जोड़कर वोल्टमीटर में भी बदला जा सकता है।
  • प्रतिरोध (शंट या श्रेणी) का चुनाव वांछित माप (धारा या वोल्टेज) पर निर्भर करता है।
  • इलेक्ट्रिकल सर्किट में सटीक और सुरक्षित मापन सुनिश्चित करने के लिए इन परिवर्तनों का उचित उपयोग आवश्यक है।


अभ्यास प्रश्न

##### एक ढीले से लपेटी गई हेलिक्स, जो कठोर धातु के तार से बनी है, को ऊर्ध्वाधर रूप से इस प्रकार लगाया गया है कि इसका निचला सिरा पारे से भरे प्याले को स्पर्श करता है। जब बैटरी से धारा धातु के तार के माध्यम से पारे में प्रवाहित की जाती है, तो स्प्रिंग 1. [x] तार दोलन करता है 2. [ ] तार संपर्क बनाना जारी रखता है 3. [ ] धारा प्रवाहित होते ही तार संपर्क तोड़ देता है 4. [ ] धारा के प्रवाह के कारण तापन से पारा फैल जाएगा ##### एक धारा $I$ एक बंद लूप में चित्रानुसार प्रवाहित होती है। केंद्र $O$ पर चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण है 1. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4 \pi R} \theta$ 2. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4 \pi R}(\theta+\sin \theta)$ 3. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4 \pi R}(\pi-\theta+\sin \theta)$ 4. [x] $\dfrac{\mu _{0} I}{2 \pi R}(\pi-\theta+\tan \theta)$ ##### चित्र में दर्शाए अनुसार केंद्र $O$ पर चुंबकीय प्रेरण है 1. [x] $\dfrac{\mu _{0} I}{4}\left(\dfrac{1}{R _{1}}-\dfrac{1}{R _{2}}\right)$ 2. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4}\left(\dfrac{1}{R _{1}}+\dfrac{1}{R _{2}}\right)$ 3. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4}\left(R _{1}-R _{2}\right)$ 4. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4}\left(R _{1}+R _{2}\right)$ ##### एक इलेक्ट्रॉन समान चाल $v$ से एक वृत्ताकार कक्षा में गति करता है। यह वृत्त के केंद्र पर चुंबकीय क्षेत्र $B$ उत्पन्न करता है। वृत्त की त्रिज्या किसके अनुक्रमानुपाती है 1. [ ] $\dfrac{B}{v}$ 2. [ ] $\dfrac{v}{R}$ 3. [x] $\sqrt{\dfrac{v}{B}}$ 4. [ ] $\sqrt{\dfrac{B}{v}}$ ##### लूप $A B C D$ द्वारा मूल बिंदु $(O)$ पर चुंबकीय क्षेत्र ($B$) का परिमाण है $\rightarrow$ AIEEE 2009 1. [ ] शून्य 2. [x] $\dfrac{\mu _{0} I(b-a)}{24 a b}$ 3. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4 \pi}\left[\dfrac{b-a}{a b}\right]$ 4. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4 \pi}\left[2(b-a)+\dfrac{\pi}{3}(a+b)\right]$ ##### एक अनंत लंबाई के तार में, जिसका अनुप्रस्थ काट अर्धवृत्ताकार वलय के रूप में है और त्रिज्या $R$ है, धारा $I$ प्रवाहित हो रही है। इसके अक्ष के अनुदिश चुंबकीय प्रेरण का परिमाण है $\rightarrow$ AIEEE 2012 1. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{2 \pi^{2} R}$ 2. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{2 \pi R}$ 3. [ ] $\dfrac{\mu _{0} I}{4 \pi R}$ 4. [x] $\dfrac{\mu _{0} I}{\pi^{2} R}$ ##### दो समाक्षीय परिनालिकाएं, जिनकी त्रिज्याएं भिन्न हैं, समान दिशा में धारा I वहन करती हैं। मान लीजिए $F _{1}$ बाहरी परिनालिका के कारण आंतरिक परिनालिका पर चुंबकीय बल है और $F _{2}$ आंतरिक परिनालिका के कारण बाहरी परिनालिका पर चुंबकीय बल है। तो, $\rightarrow$ JEE Main 2015 1. [x] $F _{1}=F _{2}=0$ 2. [ ] $F _{1}$ रेडियल रूप से अंदर की ओर है और $F _{2}$ रेडियल रूप से बाहर की ओर है 3. [ ] $F _{1}$ रेडियल रूप से अंदर की ओर है और $F _{2}=0$ 4. [ ] $\mathrm{F} _{1}$ रेडियल रूप से बाहर की ओर है और $\mathrm{F} _{2}=0$ ##### एक अनंत लंबाई के चालक $P Q R$ को समकोण पर मोड़ा गया है, जैसा कि दिखाया गया है। $P Q R$ में धारा $I$ प्रवाहित होती है। इस धारा के कारण बिंदु $M$ पर चुंबकीय क्षेत्र $H _{1}$ है। अब, एक अनंत लंबाई का सीधा चालक $Q S$ को $Q$ पर जोड़ा जाता है, ताकि $O R$ तथा $Q S$ में धारा $I / 2$ हो जाए, जबकि $P Q$ में धारा अपरिवर्तित रहे। $M$ पर चुंबकीय क्षेत्र अब $H _{2}$ है। अनुपात $H _{1}: H _{2}$ दिया गया है 1. [ ] $\dfrac{1}{2}$ 2. [ ] 1 3. [x] $\dfrac{2}{3}$ 4. [ ] 2 ##### एक धनात्मक आवेशित कण, जो प्रारंभ में x-अक्ष के अनुदिश $x y$-तल में गति कर रहा है, में $P$ के बाद विद्युत और/या चुंबकीय क्षेत्रों की उपस्थिति के कारण उसके पथ में अचानक परिवर्तन होता है। वक्र पथ $x y$-तल में दिखाया गया है और यह अपरिवर्ती पाया जाता है। निम्नलिखित में से कौन सा संयोजन संभव है? 1. [ ] $\mathbf{E}=0, \mathbf{B}=b \hat{\mathbf{i}}+c \hat{\mathbf{k}}$ 2. [x] $\mathbf{E}=a \hat{\mathbf{i}} ; \mathbf{B}=c \hat{\mathbf{k}}+a \hat{\mathbf{i}}$ 3. [ ] $\mathbf{E}=0 ; \mathbf{B}=c \hat{\mathbf{j}}+b \hat{\mathbf{k}}$ 4. [ ] $\mathbf{E}=a \hat{\mathbf{i}} ; \mathbf{B}=c \hat{\mathbf{k}}+b \hat{\mathbf{j}}$ ##### एक चुंबकीय क्षेत्र $4 \times 10^{-3} \mathrm{kT}$, $10^{-9} \mathrm{C}$ आवेश वाले और $x y$-तल पर गतिमान एक कण पर बल $(4 \hat{\mathbf{i}}+3 \hat{j}) \times 10^{-10} \mathrm{N}$ लगाता है। कण का वेग है 1. [x] $-75 \hat{\mathbf{i}}+100 \hat{j}$ 2. [ ] $-100 \hat{\mathbf{i}}+75 \hat{j}$ 3. [ ] $25 \hat{\mathbf{i}}+2 \hat{j}$ 4. [ ] $2 \hat{\mathbf{i}}+25 \hat{\mathbf{i}}$

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