AP Inter 2nd Year Physics Important Questions Chapter 9 విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ

Students get through AP Inter 2nd Year Physics Important Questions 9th Lesson విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ which are most likely to be asked in the exam.

AP Inter 2nd Year Physics Important Questions 9th Lesson విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ

Very Short Answer Questions (అతిస్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు)

ప్రశ్న 1.
ఫారడే, హెన్రీ చేసిన ప్రయోగాలు ఏమి నిరూపించాయి?
జవాబు:
ఒక తీగచుట్ట ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహం కాలంతో పాటు మారుతూ ఉంటే, ఆ తీగచుట్టలో ఒక విద్యుచ్ఛాలక బలం ప్రేరితమవుతుందని ఫారడే మరియు హెన్రీ ప్రయోగాలు నిరూపించాయి.

ప్రశ్న 2.
అయస్కాంత అభివాహాన్ని నిర్వచించండి.
జవాబు:
అయస్కాంత అభివాహం :
ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రం \(\overrightarrow{B}\) లో వైశాల్యం \(\overrightarrow{A}\) గల తలం ద్వారా అయస్కాంత అభివాహం(Φ_B) ఈ కింది విధంగా నిర్వచింపబడింది.
Φ_B = \(\overrightarrow{B}\). \(\overrightarrow{A}\) = BA cos θ

దీనిలో θ = \(\overrightarrow{A}\), \(\overrightarrow{B}\) ల మధ్య కోణం.
ఇది ఒక అదిశ. దీని SI ప్రమాణం Tm²

ప్రశ్న 3.
ఫారడే విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమాన్ని తెలపండి.
జవాబు:
ఫారడే విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమం :
ఒక తీగచుట్టలో ప్రేరితమయ్యే విద్యుచ్ఛాలకబల పరిమాణం, ఆ తీగచుట్ట ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహం కాలం పరంగా పొందే మార్పు రేటుకు సమానం.
దీనికి గణిత రూపం : E = ~ and B dt
N చుట్లు గల తీగచుట్ట విషయంలో, E=-N.

ప్రశ్న 4.
లెంజ్ నియమాన్ని తెలపండి. [TS 15,19]
జవాబు:
లెంజ్ నియమం :
ఒక తీగచుట్టలో ప్రేరితమయ్యే విద్యుచ్ఛాలక బలం, ఆ తీగచుట్ట ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహ మార్పును ఎల్లప్పుడు వ్యతిరేకిస్తుంది.

ఫారడే ప్రేరణ నియమం, ε = –\(\frac{\mathrm{d} \phi_{\mathrm{B}}}{\mathrm{dt}}\) లోని రుణ గుర్తు లెంజ్ నియమాన్ని తెలుపుతుంది.

ప్రశ్న 5.
ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రంలో వాహకాన్ని కదిలించినప్పుడు యాంత్రిక శక్తి (చలనం యొక్క) ఏమౌతుంది?
జవాబు:
ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రంలో వాహకాన్ని కదల్చడానికి వినియోగించిన యాంత్రక శక్తి విద్యుత్ శక్తిగా మరియు ఉష్ణంగా మారును.

ప్రశ్న 6.
ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలు అంటే ఏమిటి? [TS 19 ] [AP 15]
జవాబు:
ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలు :
అయస్కాంత అభివాహ మార్పుల వల్ల పెద్ద పెద్ద లోహపు దిమ్మల్లో ప్రేరితమయ్యే విద్యుత్ ప్రవాహాలను ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలు అంటారు. వీటినే ఫోకాల్ట్ ప్రవాహాలు అని కూడా అంటారు.

రైళ్ళ అయస్కాంత బ్రేకుల్లో ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలను వాడతారు. దీని వల్ల రైళ్ళు మృదువుగా ఆగుతాయి.

ప్రశ్న 7.
ప్రేరకత్వాన్ని నిర్వచించండి.
జవాబు:
ప్రేరకత్వం :
ఒక తీగచుట్టలోని ప్రేరిత విద్యుత్ ప్రవాహం దాని ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
Φ_B ∝ I
దీనిలోని అనుపాత స్థిరాంకంను ప్రేరకత్వం అంటారు. దీని SI ప్రమాణం హెన్రీ (H).

ఈ ప్రేరకత్వం ఒకే తీగచుట్టకు సంబంధించినదైతే, దీనిని స్వయంప్రేరకత్వం (L) అంటారు. ఇది రెండు తీగచుట్టలకు సంబంధించినదైతే, దీనిని అన్యోన్య ప్రేరకత్వం (M) అంటారు.

ప్రశ్న 8.
స్వయం ప్రేరకత్వం అంటే మీరు ఏమి అర్ధం చేసుకొన్నారు? [AP,TS 15]
జవాబు:
స్వయంప్రేరకత్వం :
ఒక తీగచుట్ట ద్వారా పోయే విద్యుత్ ప్రవాహం వల్ల దాని చుట్టూ జనించే అయస్కాంత అభివాహం ఎల్లప్పుడు ఆ విద్యుత్ ప్రవాహ మార్పును వ్యతిరేకించేదిగా ఉంటుంది. ఈ ధర్మాన్ని స్వయం ప్రేరణ అంటారు.
తీగచుట్టకు Φ_B ∝ I లేదా Φ_B = L I
ఫారడే ప్రేరణ నియమం ప్రకారం, ε = – L\(\frac{dI}{dt}\)
దీనిలో L = తీగచుట్ట స్వయంప్రేరకత్వం.

స్వయంప్రేరకత్వం నిర్వచనం :
ఒక తీగచుట్టలోని ప్రవాహం – 1 A/s రేటున మారుతూ ఉంటే, ఆ తీగచుట్టలోని ప్రేరిత వి. చా. బ. ను దాని స్వయం ప్రేరకత్వం (L) అంటారు.
L = ε/(-\(\frac{dI}{dt}\)) dt
దీని SI ప్రమాణం హెన్రీ (H).

Short Answer Questions (స్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు)

ప్రశ్న 1.
గమన తలానికి లంబంగా ఉన్న ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రంలో విద్యుత్ వాహకం చలించినప్పుడు వాహకం కొనల మధ్య ప్రేరితమయ్యే విద్యుచ్ఛాలక బలానికి సమాసాన్ని పొందండి. [AP22][IPE ’14][TS 16]
జవాబు:
అయస్కాంత క్షేత్రంలో చలించే వాహకంలో ప్రేరిత విచాబ :
ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రం B లో క్షేత్ర దిశకు లంబంగా PQRS అనే దీర్ఘచతురస్రాకార వాహకం ఉందనుకొనుము. PQ వాహకం ఎడమ వైపు v వేగంతో చలిస్తుందనుకొనుము.

దీనిలో RQ = x, RS = l అయితే,
PQRS లూప్ ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహం
Φ_B = B l x
ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బలం

కాబట్టి, ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రంలో క్షేత్ర దిశకు లంబంగా చలించే వాహకంలో ప్రేరితమయ్యే విచాబ
పరిమాణం
ε = B l v

ప్రశ్న 2.
ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలను లాభదాయకంగా ఎన్ని విధాలుగా ఉపయోగించుకోవచ్చో వర్ణించండి. [AP 15,16,17,18,19] [TS 15,18,22]
జవాబు:
ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలు :
అయస్కాంత అభివాహ మార్పుల వల్ల పెద్ద పెద్ద లోహపు దిమ్మల్లో ప్రేరితమయ్యే విద్యుత్ ప్రవాహాలను ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలు అంటారు.

ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాల ప్రయోజనాలు :
i) రైళ్ళలో అయస్కాంత బ్రేకులు :
విద్యుత్తుతో నడిచే రైళ్ళలో, రైలు పట్టాల్లోకి శక్తివంతమైన విద్యుదయ స్కాంతాలు చర్యలోకి రాగానే వాటిలో జనించే ఎడ్డీ విద్యుత్ ప్రవాహాలు రైలు చలనాన్ని వ్యతిరేకిస్తాయి. అందువల్ల రైలు మృదువుగా ఆగిపోతుంది.

ii) విద్యుదయస్కాంతీయ అవరుద్ధం :
గాల్వనామీటర్లలో తీగచుట్ట వెనువెంటనే విరామస్థితిలోకి రావడానికి కోర్ లోని ఎడ్డీ ప్రవాహాలు ఉపయోగపడతాయి.

iii)ప్రేరణ కొలిమి :
కరిగించవలసిన లోహాల చుట్టు వున్న తీగచుట్ట ద్వారా అధిక పౌనఃపున్యం గల ఏకాంతర ప్రవాహాన్ని పంపినప్పుడు, ఆ లోహాల్లో జనించే ఎడ్డీ ప్రవాహాలు అధిక ఉష్ణోగ్రతను పుట్టిస్తాయి.

iv) విద్యుత్ సామర్థ్య మీటర్లు :
విద్యుత్ సామర్థ్య మీటర్లోని మెరిసే లోహపు బిళ్ళ ఎడ్డీ ప్రవాహాల వల్ల తిరుగుతూ ఉంటుంది.

ప్రశ్న 3.
రెండు పొడవైన సహాక్ష సొలినాయిడ్ల అన్యోన్య ప్రేరకత్వానికి ఒక సమాసాన్ని పొందండి. [AP 19,20]
జవాబు:
అన్యోన్య ప్రేరకత్వం :
పక్కపక్కన ఉన్న రెండు తీగచుట్టల్లో, ఒక తీగచుట్టలోని విద్యుత్ ప్రవాహం మారుతున్నంత సేపు రెండవ తీగచుట్టలో విద్యుత్ ప్రేరితమవుతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని అన్యోన్య ప్రేరణ అంటారు.

అన్యోన్య ప్రేరిత విచాబ ε = -M\(\frac{di}{dt}\)
దీనిలో M = తీగచుట్టల అన్యోన్య ప్రేరకత్వం.

రెండు పొడవైన సహాక్ష సొలినాయిడ్ల అన్యోన్య ప్రేరకత్వం :
l పొడవు గల రెండు సహాక్ష సొలినాయిడ్లు S₁, S₂. వరసగా వాటి వ్యాసార్ధాలు r₁, r₂, వాటిపై గల మొత్తం చుట్ట సంఖ్యలు N₁, N₂, ఏకాంక పొడవుకు గల చుట్ట సంఖ్యలు n₁, n₂

S₂ ద్వారా పోయే ప్రవాహం I₂ వల్ల S₁ ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహం Φ₁ అయితే,
N₁ Φ₁ = M₁₂ I₂ ………….(1)
దీనిలో M₁₂ = S₂ పరంగా S₁ అన్యోన్య ప్రేరకత్వం.

S₂ ద్వారా పోయే ప్రవాహం I₂ వల్ల అయస్కాంత ప్రేరణ µ₀ n₂ I₂.
N₁ Φ₁ = (n₁l) (πr₁²) (µ₀ n₂ I₂)
= µ₀ n₁ n₂ πr₁² l I₂……….. (2)
(1)వ, (2)వ సమీకరణాలను పోల్చగా,
M₁₂ = µ₀ n₁ n₂ πr₁² l …………(3)

ఇదే విధంగా S₁ ద్వారా పోయే ప్రవాహం I₁ వల్ల S₂ పై ప్రభావాన్ని గణిస్తే,
M₂₁ = µ₀ n₁ n₂ πr₁² ……..(4)
(3)వ, (4)వ సమీకరణాల నుండి, M₁₂ = M₂₁
= M మరియు M = µ₀ n₁ n₂ πr₁² l

ప్రశ్న 4.
అయస్కాంత క్షేత్రం, సోలినాయిడ్ వైశాల్యం, పొడవు పదాలలో సొలినాయిడ్లో నిల్వ ఉండే అయస్కాంత శక్తికి ఒక సమాసాన్ని పొందండి. [TS 20]
జవాబు:
సొలినాయిడ్లో నిల్వ ఉండే అయస్కాంత శక్తి :
సొలినాయిడ్లో ప్రవాహాన్ని స్థాపించడానికి కావలసిన శక్తి W = \(\frac{1}{2}\) LI²……… (1)

దీనిలో L = సొలినాయిడ్ స్వయంప్రేరకత్వం.
కాని సొలినాయిడ్ స్వయంప్రేరకత్వం
L = µ₀n² A l ……. (2)
దీనిలో n = ఏకాంక పొడవుకు ఉన్న చుట్ల సంఖ్య,
A = మధ్యచ్ఛేద వైశాల్యం,
l = సొలినాయిడ్ పొడవు.
(2)వ సమీకరణంను (1)వ సమీకరణంలో ప్రతిక్షేపించగా,
W = \(\frac{1}{2}\) (µ₀ n² Al)I² ………….. (3)
సొలినాయిడ్లోని అయస్కాంత ప్రేరణ B = µ₀n I
లేదా I = B/µ₀ n …………… (4)
దీనిని (3)వ సమీకరణంలో ప్రతిక్షేపించగా,

సొలినాయిడ్లో నిల్వ ఉండే శక్తికి సమాసం ఇది.

Long Answer Questions (దీర్ఘ సమాధాన ప్రశ్నలు)

ప్రశ్న 1.
ఫారడే, హెన్రీలు చేసిన అసాధారణ ప్రయోగాలను సంగ్రహంగా వివరించి, విద్యుదయస్కాంతత్వాన్ని అర్థం చేసుకోవడంలో ఈ ప్రయోగాలు చేసిన అంశదానాల
ప్రాధాన్యతను ఇవ్వండి.
జవాబు:
ఫారడే, హెన్రీ ప్రయోగాలు :
ప్రయోగం 1 :
గాల్వనామీటర్కు కలపబడిన తీగ చుట్టవైపు ఒక దండాయస్కాంతంను నెట్టుతూ ఉంటే, గాల్వనామీటర్ విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని గుర్తించింది.

ప్రయోగం 2 :
రెండు తీగచుట్టలను పక్కపక్కన అమర్చి, వాటిలో ఒకదానిని గాల్వనామీటర్కు కలిపి, రెండవ తీగచుట్ట ద్వారా పోయే ప్రవాహాన్ని మార్చినంత సేపు గాల్వనామీటర్ ప్రవాహాన్ని గుర్తించింది.

ప్రయోగం 3 :
రెండు తీగచుట్టలను పక్కపక్కన అమర్చి, వాటిలో ఒకదానిని గాల్వనామీటర్కు కలిపి, రెండవ దానిని ఒక కీ ద్వారా బాటరీకి కలిపినప్పుడు, ఆ కీని మూసిపుడు మరియు తెరచినప్పుడు మాత్రమే గాల్వనామీటర్లో క్షణిక ప్రవాహం గుర్తించబడింది.

పై మూడు ప్రయోగాల్లో కూడా తీగచుట్ట ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహం మారుతున్నంత సేపు దానిలో విద్యుత్ ప్రవాహం ప్రేరితమైంది.

పై ప్రయోగ ఫలితాల ఆధారంగా, ఫారడే ప్రేరణ నియమాన్ని రూపొందించాడు. ఒక తీగచుట్ట ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహ మార్పు రేటుకు అనులోమానుపాతంలో ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బల పరిమాణం ఉంటుంది.
ε = –\(\frac{\mathrm{d} \phi_{\mathrm{B}}}{\mathrm{dt}}\)

ప్రశ్న 2.
ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహ జనరేటర్ సాధనం పనితీరును సరళమైన పటం, అవసరమైన సమాసాల సహాయంతో వర్ణించండి.
జవాబు:
AC జనరేటర్ :
AC జనరేటర్ యాంత్రిక శక్తిని విద్యుచ్ఛక్తిగా మార్చుతుంది.

AC జనరేటర్లో ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రంలో క్షేత్ర దిశకు లంబంగా ఉండే అక్షం పరంగా భ్రమించే షిఫ్ట్ పై అమర్చిన తీగచుట్ట (ఆర్మేచర్) పటంలో చూపినట్లు ఉంటుంది.

బాహ్య కారకాల ద్వారా యాంత్రికంగా ఆర్మేచర్ ను భ్రమింపజేస్తారు. తీగచుట్ట భ్రమణం దాని ద్వారా పోయే అయస్కాంత అభివాహం మారేటట్లు చేస్తుంది. అందువల్ల తీగచుట్టలో విద్యుచ్ఛాలక బలం ప్రేరిత మవుతుంది. తీగచుట్ట కొనలు స్లిప్ రింగ్లు, బ్రష్ల సహాయంతో బాహ్య వలయానికి కలపబడి ఉండును.

తీగచుట్ట స్థిర కోణీయ వేగం ω అయితే, కాలం t వద్ద తీగచుట్ట తిరిగిన కోణం θ = ωt.
కాలం tవద్ద అభివాహం
Φ_B = BA cos θ = BA cos ωt
ఫారడే నియమం ప్రకారం, ప్రేరిత విచాబ
ε = – N \(\frac{\mathrm{d} \phi_{\mathrm{B}}}{\mathrm{dt}}\) = -NBA\(\frac{d}{dt}\) (cos ωt)
అనగా, తాక్షణిక emf
ε = NBA ω sin ωt.
ఇక్కడ, NBAω = ε_m = గరిష్ఠ emf.
ε = ε_m sin ωt
అనగా, AC జనరేటర్ ఉత్పత్తి చేసే వోల్టేజి ఇది.

Textual Solved Problems (సాధించిన సమస్యలు)

ప్రశ్న 1.
భుజం 10సెం.మీ, నిరోధం 0.5Ω లు గల ఒక చతురస్రాకార లూపు తూర్పు-పడమర తలానికి నిలువుగా ఉంచారు. దాని తలం వెంట 0.10T తీవ్రత గల ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్తర-దక్షిణ దిశల్లో ఏర్పాటు చేశారు. అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని నిలకడ రేటుతో 0.70 s లలో శూన్యానికి తగ్గించారు. ఈ కాల వ్యవధిలో ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బలం, ప్రవాహాల పరిమాణాలను కనుక్కోండి.
సాధన:
θ = 45°, తొలి అభివాహం Φ = BA cos θ

ప్రశ్న 2.
వ్యాసార్ధం 10సెం.మీ, నిరోధం 2Ω, 500 చుట్లు ఉన్న ఒక వృత్తాకార తీగచుట్ట తలాన్ని భూఅయస్కాంత క్షేత్ర క్షితిజసమాంతర అంశానికి లంబంగా ఉండేటట్లు ఉంచారు. ఈ తీగచుట్టను దాని నిలువు వ్యాసం పరంగా 0.25 s కాలంలో 180° భ్రమణం చెందించారు. ఆ తీగచుట్టలో ప్రేరితమైన విద్యుచ్ఛాలక బలం, ప్రవాహాలను అంచనా వేయండి. ఆ ప్రదేశంలో భూఅయస్కాంత క్షేత్ర క్షితిజ సమాంతర అంశం 3.0 × 10^-5 T.
సాధన:
తొలి అభివాహం Φ_B(initial) = BA cos θ
= 3.0 × 10^-5 × (π × 10^-2) × cos 0°
= 3π × 10^-7 Wb
తుది అభివాహం,
Φ_B(final) = 3.0 × 10^-5 × (π × 10^-2) × cos 180°
= -3π × 10^-7 Wb

ప్రశ్న 3.
ఒక్కొక్కటి 0.5 m పొడవున్న 10 లోహపు కమ్మీలు (పుల్లలు) గల ఒక చక్రాన్ని 120 rev/min వడితో ఒక ప్రదేశంలో భూఅయస్కాంత క్షేత్ర క్షితిజ సమాంతర అంశానికి లంబంగా ఉండే తలంలో భ్రమణం చెందించారు. ఆ ప్రదేశంలో H_E = 0.4 G (గాస్) అయితే, చక్రం ఇరుసు (అక్షం)కు, చక్రం అంచు (రిమ్) కు మధ్య ప్రేరిత విద్యుచ్ఛాలక బలం ఎంత ? 1G = 10^-4T అని గమనించండి.
సాధన:
ప్రేరిత విచాబ ε = \(\frac{1}{2}\) ωBR²
= \(\frac{1}{2}\) × 4π × 0.4 × 10^-4 × (0.5)²
= 6.28 × 10^-5 V

ప్రశ్న 4.
ఒక వలయంలో విద్యుత్ ప్రవాహము 5.0A నుండి 0.0A కి 1 సెకన్లో పడిపోయింది. 2007 సగటు విద్యుచ్ఛాలక బలం ప్రేరితం అయితే, ఆ వలయం స్వయం ప్రేరకత్వాన్ని అంచనా వేయండి. [IPE’14][TS 16]
సాధన:
di = 5 – 0 = 5A, dt = 0.1 sec, e = 200V

ప్రశ్న 5.
పక్కపక్కన ఉన్న ఒక జత తీగచుట్ల అన్యోన్య ప్రేరకత్వం 1.5H. ఒక చుట్టలో విద్యుత్ ప్రవాహం 0 నుంచి 20A లకు 0.5sలలో మారినట్లయితే, రెండవ తీగచుట్టలో అభివాహ బంధనంలో వచ్చే మార్పు ఎంత? [ TS 17,18]
సాధన:
అన్యోన్య ప్రేరణ M = 1.5H
విద్యుత్ ప్రవాహంలో మార్పు d = 200 = 20A
dt = 0.5s,
ప్రేరిత వి.చా.బ e = M\(\frac{\mathrm{dI}}{\mathrm{dt}}\frac{\mathrm{d} \phi}{\mathrm{dt}}\)
⇒ dΦ =M.dI = 1.5 × 20 = 30Wb

ప్రశ్న 6.
ఒక జెట్ విమానం 1800km/h వడితో పశ్చిమ దిశవైపు ప్రయాణిస్తోంది. ఆ ప్రదేశపు భూఅయస్కాంత క్షేత్ర పరిమాణం 5 × 10^-4T, అవపాత కోణం 30° అయితే 25 మీ వరకు వ్యాపించి ఉన్న రెక్క కొనల మధ్య వృద్ధి చెందే వోల్టేజి భేదం ఎంత?
సాధన:
జెట్ విమాన వేగం
V = 1800km/h = 1800 × \(\frac{5}{18}\) = 500m/s
రెక్కల మధ్య దూరం l = 25m
అయస్కాంత ప్రేరణ B=5 × 10^-4 T
డిప్ కోణం γ = 30°
సూత్రం: e = B_v VI
⇒e = B sin γVI (∵ B_v = B sin γ)
∴ e = 5 × 10^-4 × sin30° × 500 × 25 = 3.1V