स्किन प्रभाव (Skin effect) के कारण

Question

Accepted Answer

B: चालक की सतह के निकट का भाग अधिक धारा वहन करता है और चालक का कोर कम धारा वहन करता है

Explanation & Concepts:
स्किन प्रभाव AC प्रणालियों में वह घटना है जहाँ धारा घनत्व एक चालक के अनुप्रस्थ काट पर असमान रूप से वितरित होता है। इसके परिणामस्वरूप चालक की सतह के पास धारा का संकेंद्रण अधिक होता है, जो प्रभावी रूप से धारा प्रवाह के लिए उपलब्ध आंतरिक क्षेत्रफल को कम कर देता है।

Working Principle: जैसे ही AC एक चालक से होकर बहती है, यह एक समय-परिवर्ती चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। यह क्षेत्र चालक के भीतर एड़ी धाराएं (eddy currents) उत्पन्न करता है जो केंद्र पर मुख्य धारा प्रवाह का विरोध करती हैं (जहाँ चुंबकीय फ्लक्स लिंकेज अधिकतम होता है) और सतह के निकट इसे सहायता करती हैं। परिणामस्वरूप, आवृत्ति बढ़ने के साथ चालक का आंतरिक प्रतिरोध प्रभावी रूप से बढ़ जाता है।

Key Formulas: $R_{ac} = R_{dc} 	imes (1 + k)$ — जहाँ $k$ आवृत्ति और चालक के आकार पर निर्भर करने वाला एक कारक है; $\delta = \sqrt{\frac{2ho}{\omega\mu}}$ — स्किन गहराई, वह गहराई जिस पर धारा घनत्व अपने सतह मान के $1/e$ तक गिर जाता है

Key Points: स्किन प्रभाव आवृत्ति, चालक के व्यास और सामग्री की पारगम्यता (permeability) के सीधे समानुपाती होता है।; यह DC सर्किट में मौजूद नहीं होता है क्योंकि DC एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जिससे धारा का वितरण एकसमान होता है।; यह प्रभावी प्रतिरोध में वृद्धि का कारण बनता है, जिससे उच्च $I^2R$ शक्ति हानि होती है।; यह बड़े व्यास वाले चालकों में अधिक स्पष्ट होता है।

Disadvantages: बढ़ा हुआ प्रभावी प्रतिरोध ($R_{ac} > R_{dc}$); ऊष्मा के कारण अधिक ट्रांसमिशन शक्ति हानि; प्रभावी अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल का कम उपयोग

Applications: लागत और वजन को कम करने के लिए ACSR (एल्यूमीनियम कंडक्टर स्टील रिइन्फोर्स्ड) का उपयोग करके उच्च-वोल्टेज AC ट्रांसमिशन लाइनों को डिजाइन करना।; उच्च-आवृत्ति संचार और रेडियो आवृत्ति (RF) डिजाइन।

Additional Info: DC के लिए स्किन प्रभाव नगण्य है, लेकिन उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों जैसे बिजली ट्रांसमिशन (50/60 Hz) और संचार के लिए महत्वपूर्ण हो जाता है।. विकल्प A वास्तविक घटना के विपरीत का वर्णन करता है (आंतरिक धारा संकेंद्रण)।. विकल्प C गलत है क्योंकि धारा पूरे चालक से होकर बहती है, बस अलग-अलग घनत्व के साथ।

Answer: B सही है — चालक के स्व-प्रेरण (self-inductance) के कारण, चुंबकीय फ्लक्स लिंकेज केंद्र में अधिक होते हैं, जिससे धारा बाहरी सतह की ओर धकेल दी जाती है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि स्किन प्रभाव आवृत्ति के साथ बढ़ता है; इसलिए, उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए, सामग्री के उपयोग और वजन को अनुकूलित करने के लिए खोखले चालकों को प्राथमिकता दी जाती है।

Answer

Option A: चालक की सतह के निकट का भाग कम धारा वहन करता है और चालक का कोर अधिक धारा वहन करता है

Answer

Option C: धारा चालक के आधे अनुप्रस्थ काट (cross-section) से होकर बहती है

Answer

Option D: उपरोक्त में से कोई नहीं

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