सोलेनोइड (परिनालिका) के कोर के रूप में निम्नलिखित में से किस पदार्थ को डालकर उसकी चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता ब

Question

सोलेनोइड (परिनालिका) के कोर के रूप में निम्नलिखित में से किस पदार्थ को डालकर उसकी चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता बढ़ाई जा सकती है?

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C: आयरन (लोहा)

Explanation & Concepts:
सोलेनोइड के अंदर एक नरम लोहे (नर्म लोहा) का कोर रखने से इसकी चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता में काफी वृद्धि होती है। लोहा एक लौह-चुंबकीय (ferromagnetic) पदार्थ है जिसकी चुंबकीय पारगम्यता उच्च ($\mu_r \gg 1$) होती है, जो चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को संकेंद्रित करती है और चुंबकीय अनिच्छा (magnetic reluctance) को अत्यधिक कम करती है। यह एक साधारण सोलेनोइड को एक शक्तिशाली विद्युत चुंबक (electromagnet) में बदल देता है।

Working Principle: जब एक सोलेनोइड से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र ($B_0 = \mu_0 n I$) उत्पन्न करता है। सोलेनोइड के अंदर एक लौह-चुंबकीय लोहे का कोर रखने से लोहे में परमाण्वीय चुंबकीय द्विध्रुव बाह्य क्षेत्र के साथ संरेखित हो जाते हैं। कुल चुंबकीय क्षेत्र $B = \mu_r B_0$ हो जाता है, जो एयर कोर या गैर-चुंबकीय कोर की तुलना में कोर चुंबकीय प्रवाह घनत्व को सैकड़ों से हजारों गुना बढ़ा देता है।

Key Formulas: $B = \mu n I = \mu_0 \mu_r n I$ — सोलेनोइड के अंदर चुंबकीय प्रवाह घनत्व; $\mu_r = \frac{\mu}{\mu_0}$ — कोर सामग्री की सापेक्ष पारगम्यता; $\mathcal{R} = \frac{l}{\mu A}$ — कोर पथ की चुंबकीय अनिच्छा (Magnetic reluctance)

Key Points: लोहे जैसे लौह-चुंबकीय (Ferromagnetic) पदार्थों में अत्यधिक उच्च सापेक्ष पारगम्यता ($\mu_r \approx 1000 - 5000$) होती है।; प्रतिचुंबकीय (उदा. कॉपर, सिल्वर) और अनुचुंबकीय (उदा. एल्युमीनियम) पदार्थों में $\mu_r \approx 1$ होता है, जिससे चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता में नगण्य परिवर्तन होता है।; कठोर लोहे की तुलना में नरम लोहे को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि यह आसानी से चुंबकित और विचुंबकित हो जाता है, जिससे शैथिल्य हानि (hysteresis loss) न्यूनतम होती है।

Advantages: समान विद्युत धारा इनपुट के साथ चुंबकीय प्रवाह घनत्व में अत्यधिक वृद्धि करता है।; मजबूत विद्युत चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा की खपत को कम करता है।

Disadvantages: AC अनुप्रयोगों में कोर हानि (शैथिल्य हानि और भंवर धारा हानि) उत्पन्न करता है।; एक निश्चित धारा सीमा से परे चुंबकीय संतृप्ति (magnetic saturation) का कारण बनता है।

Applications: विद्युत चुंबक और रिले कॉइल।; ट्रांसफॉर्मर, इलेक्ट्रिक मोटर और जनरेटर।; सोलेनोइड वाल्व और चुंबकीय एक्ट्यूएटर।

Additional Info: कॉपर और सिल्वर $\mu_r. एल्युमीनियम $\mu_r \approx 1.000022$ वाला अनुचुंबकीय (paramagnetic) पदार्थ है, जो चुंबकीय क्षेत्र का लगभग कोई प्रवर्धन उत्पन्न नहीं करता है।. लोहा $\mu_r \gg 1$ वाला लौह-चुंबकीय (ferromagnetic) पदार्थ है, जो चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता को अत्यधिक बढ़ा देता है।

Answer: C सही है — नरम लोहा एक लौह-चुंबकीय पदार्थ है जिसमें उच्च सापेक्ष पारगम्यता होती है जो सोलेनोइड के चुंबकीय क्षेत्र को काफी मजबूत करती है।

Exam Tip: ट्रांसफॉर्मर कोर डिज़ाइन में, पारगम्यता (उच्च $\mu_r$) को अधिकतम करने और शैथिल्य पाश (hysteresis loop) क्षेत्र तथा भंवर धारा हानि को न्यूनतम करने के लिए हमेशा नरम लोहे या सिलिकॉन स्टील का चयन किया जाता है।

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Option A: कॉपर (तांबा)

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Option B: सिल्वर (चांदी)

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Option D: एल्युमीनियम

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