UHF पर स्किन इफेक्ट (skin effect) को कम करने के लिए

Question

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A: सिल्वर प्लेटिंग वाली तांबे की नलियों (copper tubes) का उपयोग किया जाता है

Explanation & Concepts:
अल्ट्रा हाई फ्रीक्वेंसी (UHF) पर, स्किन इफेक्ट के कारण करंट कंडक्टर की बाहरी सतह पर केंद्रित हो जाता है, जिससे प्रभावी प्रतिरोध काफी बढ़ जाता है। सिल्वर-प्लेटेड तांबे की नलियों का उपयोग करने से उच्च-चालकता वाले सतह क्षेत्र को अधिकतम किया जाता है और सामग्री का उपयोग कम हो जाता है, क्योंकि कंडक्टर का आंतरिक भाग नगण्य करंट ले जाता है।

Working Principle: स्किन डेप्थ $\delta$ आवृत्ति $f$ के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है। जैसे-जैसे $f$ बढ़ता है, $\delta = \sqrt{\frac{1}{\pi f \mu \sigma}}$ कम हो जाता है, जो करंट को सतह की ओर धकेलता है। सतह को सिल्वर (एक बेहतर कंडक्टर) के साथ प्लेटिंग करके और खोखली नली का उपयोग करके, हम AC प्रतिरोध और सामग्री की लागत को एक साथ कम करते हैं।

Key Formulas: $\delta = \frac{1}{\sqrt{\pi f \mu \sigma}}$ — स्किन डेप्थ समीकरण जो प्रवेश गहराई को परिभाषित करता है; $R_{AC} = \frac{l}{\sigma A_{eff}}$ — प्रभावी AC प्रतिरोध समीकरण

Key Points: सिल्वर की विद्युत चालकता तांबे से अधिक होती है, जो सतह के प्रतिरोध को कम करती है।; खोखली नलियों का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि UHF पर कंडक्टर का केंद्र लगभग शून्य करंट वहन करता है।; आवृत्ति बढ़ने पर स्किन डेप्थ तेजी से घटती है।; UHF रेंज आमतौर पर 300 MHz से 3 GHz तक होती है।

Advantages: ओमिक नुकसान में कमी; ठोस कंडक्टरों की तुलना में कम द्रव्यमान और सामग्री लागत; बेहतर सिग्नल ट्रांसमिशन दक्षता

Disadvantages: सिल्वर प्लेटिंग के लिए उच्च निर्माण जटिलता; समय के साथ सिल्वर प्लेटिंग का संक्षारण (tarnishing)

Applications: वेवगाइड्स; UHF रेजोनेंट कैविटीज; उच्च-आवृत्ति ट्रांसमिशन लाइनें

Additional Info: स्किन इफेक्ट को उस गहराई द्वारा परिभाषित किया जाता है जिस पर करंट घनत्व सतह मान के $1/e$ (लगभग 37%) तक गिर जाता है।. विकल्प B गलत है क्योंकि ठोस छड़ नली की तुलना में वजन और लागत दक्षता प्रदान नहीं करती है, और इसका केंद्र कम उपयोग होता है।

Answer: A सही है — सिल्वर प्लेटिंग वाली तांबे की नलियां उच्च-आवृत्ति करंट प्रवाह के लिए एक इष्टतम कम-प्रतिरोध सतह प्रदान करती हैं जबकि अनावश्यक प्रवाहकीय सामग्री को कम करती हैं।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि उच्च आवृत्तियों पर, कंडक्टर का आंतरिक भाग अनिवार्य रूप से 'डेड वेट' होता है; सतह के गुणों और स्किन डेप्थ गणनाओं पर ध्यान दें।

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Option B: सिल्वर प्लेटिंग वाली तांबे की छड़ों (copper rods) का उपयोग किया जाता है

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Option C: एनोडाइज्ड कंडक्टरों का उपयोग किया जाता है

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Option D: पेंट किए गए कंडक्टरों का उपयोग किया जाता है

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