निम्नलिखित में से किस उपकरण में भंवर धाराओं (eddy currents) का लाभप्रद उपयोग किया जाता है?

Question

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The correct answer is D: इंडक्शन फर्नेस (प्रेरण भट्टियां). इंडक्शन फर्नेस धातुओं को पिघलाने के लिए गर्मी उत्पन्न करने हेतु भंवर धाराओं (eddy currents) का लाभप्रद उपयोग करते हैं। एक उच्च-आवृत्ति वाले प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र में धातु के कंडक्टर को रखने से, सामग्री के भीतर भंवर धाराएं प्रेरित होती हैं, जिससे $I^2R$ (जूल हीटिंग) प्रभाव के कारण तेजी से गर्मी उत्पन्न होती है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
इंडक्शन फर्नेस धातुओं को पिघलाने के लिए गर्मी उत्पन्न करने हेतु भंवर धाराओं (eddy currents) का लाभप्रद उपयोग करते हैं। एक उच्च-आवृत्ति वाले प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र में धातु के कंडक्टर को रखने से, सामग्री के भीतर भंवर धाराएं प्रेरित होती हैं, जिससे $I^2R$ (जूल हीटिंग) प्रभाव के कारण तेजी से गर्मी उत्पन्न होती है।

Working Principle: जब एक कॉइल से प्रत्यावर्ती धारा (AC) प्रवाहित होती है, तो यह समय-परिवर्ती चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। फैराडे के प्रेरण नियम के अनुसार, यह बदलता हुआ फ्लक्स संवाहक धातु चार्ज के अंदर परिसंचारी भंवर धाराओं को प्रेरित करता है। चूंकि सामग्री में विद्युत प्रतिरोध होता है, इसलिए इन धाराओं का प्रवाह महत्वपूर्ण ऊष्मा अपव्यय का कारण बनता है, जो सीधे संपर्क के बिना प्रभावी ढंग से पिघलने की सुविधा प्रदान करता है।

Key Formulas: $P = I_{eddy}^2 	imes R$; $W \propto f^2 	imes B_m^2 	imes t^2$

Key Points: भंवर धाराएं विद्युत धारा के लूप हैं जो बदलती चुंबकीय क्षेत्र द्वारा कंडक्टरों के भीतर प्रेरित होती हैं।; इंडक्शन हीटिंग अत्यधिक कुशल है क्योंकि गर्मी वर्कपीस के अंदर आंतरिक रूप से उत्पन्न होती है।; धारा प्रवेश की गहराई (स्किन इफेक्ट) आवृत्ति के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है।; भंवर धाराओं को आमतौर पर मोटर और ट्रांसफॉर्मर में परजीवी नुकसान माना जाता है, जहां उन्हें लैमिनेटेड कोर का उपयोग करके कम किया जाता है।

Advantages: उच्च ताप दक्षता और गति; ऊष्मा स्रोत और सामग्री के बीच कोई भौतिक संपर्क आवश्यक नहीं; पिघलने के लिए स्वच्छ और नियंत्रित वातावरण; समान तापमान वितरण

Disadvantages: उच्च प्रारंभिक उपकरण लागत; केवल संवाहक सामग्री तक सीमित; उच्च-आवृत्ति बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है

Applications: धातु विज्ञान के लिए इंडक्शन फर्नेस; इंडक्शन कुकटॉप; स्टील के हिस्सों की सतह को सख्त करना; इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ब्रेकिंग सिस्टम

Additional Info: ट्रांसफॉर्मर कोर (विकल्प C) कोर को गर्म होने से बचाने के लिए भंवर धाराओं का उपयोग नहीं, बल्कि उन्हें कम करने के लिए लैमिनेशन का उपयोग करते हैं।. इलेक्ट्रिक मोटर (विकल्प B) चुंबकीय टॉर्क का उपयोग करते हैं, जबकि भंवर धाराएं नुकसान का एक स्रोत हैं।. इलेक्ट्रिक हीटर (विकल्प A) आमतौर पर प्रेरण के बजाय उच्च-प्रतिरोध तार का उपयोग करके प्रतिरोधी हीटिंग (जूल प्रभाव) के सिद्धांत पर काम करते हैं।. लैमिनेटेड कोर धातु की निरंतरता को तोड़कर भंवर धाराओं के पथ को कम करते हैं, जिससे $I^2R$ हानि ($P = \frac{V^2}{R_{effective}}$) कम हो जाती है।

Answer: D सही है — इंडक्शन फर्नेस विशेष रूप से धातुओं को पिघलाने के लिए भंवर धाराओं के माध्यम से गर्मी उत्पन्न करने हेतु विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करते हैं।

Exam Tip: हमेशा प्रतिरोध (हीटर) के माध्यम से गर्मी उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों और विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का उपयोग करने वाले उपकरणों के बीच अंतर करें; याद रखें कि प्रेरण के लिए एक संवाहक सामग्री और एक समय-परिवर्ती चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है।

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Option A: इलेक्ट्रिक हीटर

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Option B: इलेक्ट्रिक मोटर

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Option C: ट्रांसफॉर्मर कोर

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