स्किन प्रभाव (Skin effect)

Question

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C: प्रभावी प्रतिरोध को बढ़ाता है लेकिन आंतरिक प्रतिघात को कम करता है

Explanation & Concepts:
स्किन प्रभाव प्रत्यावर्ती धारा (AC) की वह प्रवृत्ति है जिसके कारण धारा कंडक्टर के अनुप्रस्थ काट (cross-section) में समान रूप से वितरित होने के बजाय उसकी सतह के निकट केंद्रित हो जाती है। यह कम प्रभावी अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल AC प्रतिरोध में वृद्धि की ओर ले जाता है, जबकि कंडक्टर के भीतर आंतरिक फ्लक्स लिंकेज में कमी के परिणामस्वरूप आंतरिक प्रतिघात में कमी आती है।

Working Principle: यह घटना कंडक्टर के आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रेरित एड़ी धाराओं (eddy currents) के कारण होती है। जैसे-जैसे AC आवृत्ति बढ़ती है, ये एड़ी धाराएं तार के केंद्र में धारा के प्रवाह का विरोध करती हैं, जिससे अधिकांश धारा एक पतली बाहरी 'स्किन' परत के माध्यम से प्रवाहित होने के लिए मजबूर हो जाती है। चूँकि प्रभावी अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $A_{eff}

Key Formulas: $R_{AC} = R_{DC} \cdot k$; $X_{int} = \frac{\omega \mu_0}{8\pi}$

Key Points: स्किन प्रभाव आवृत्ति, कंडक्टर के व्यास और पारगम्यता (permeability) पर निर्भर करता है।; DC (f = 0) पर यह नगण्य होता है।; इस प्रभाव को कम करने के लिए अक्सर स्ट्रेंडेड कंडक्टर का उपयोग किया जाता है।; प्रवेश की गहराई को स्किन डेप्थ δ द्वारा दर्शाया जाता है, जहाँ $\delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}}$।

Advantages: धातुओं की सतह को सख्त करने (इंडक्शन हीटिंग) में उपयोग किया जाता है।; आंतरिक घटकों को बाहरी विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से सुरक्षित रखता है।

Disadvantages: विद्युत पारेषण लाइनों में शक्ति हानि में वृद्धि।; बड़े कंडक्टरों की धारा-वहन क्षमता में कमी।

Applications: विद्युत प्रणाली पारेषण लाइनें।; उच्च-आवृत्ति संचार केबल।; इंडक्शन हीटिंग सिस्टम।

Additional Info: स्किन प्रभाव उच्च आवृत्तियों के साथ बढ़ता है, जो इसे RF और उच्च-वोल्टेज पारेषण लाइनों में महत्वपूर्ण बनाता है।. विकल्प A गलत है क्योंकि आंतरिक प्रतिघात बढ़ता नहीं, बल्कि कम होता है।. विकल्प D गलत है क्योंकि यह प्रतिरोध और प्रतिघात दोनों के भौतिक व्यवहार को उलट देता है।

Answer: C सही है — स्किन प्रभाव धारा को सतह की ओर धकेलता है, जिससे कम अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल के कारण प्रभावी प्रतिरोध बढ़ जाता है जबकि कंडक्टर के कोर में कम फ्लक्स लिंकेज के कारण आंतरिक प्रतिघात कम हो जाता है।

Exam Tip: याद रखें कि स्किन प्रभाव आवृत्ति के वर्गमूल के समानुपाती होता है; इसलिए, DC की तुलना में यह 50Hz/60Hz पावर लाइनों में बहुत अधिक महत्वपूर्ण है, और रेडियो आवृत्तियों (MHz/GHz) पर काफी खराब हो जाता है।

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Option A: प्रभावी प्रतिरोध और आंतरिक प्रतिघात (internal reactance) को बढ़ाता है

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Option B: प्रभावी प्रतिरोध और आंतरिक प्रतिघात को कम करता है

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Option D: प्रभावी प्रतिरोध को कम करता है लेकिन आंतरिक प्रतिघात को बढ़ाता है

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