Thursday, September 1, 2016

සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලි ශිල්පය (Amateur radio) 8

දැන් බලමු චුම්භකත්වය මනින ඒකක මොනවාද කියා. සම්මතයක් වශයෙන් චුම්භකත්වය මනින්නේද විදුලි ධාරාව මනින ඒකකය වන ඇම්පියර් (Ampere – A) නම් ඒකකයෙනි. ඊට හේතුව ඔබට දැන් සිතා ගත හැකි විය යුතුයි (ධාරාව නිසා චුම්භකත්වය ඇති කළ හැකි වීම). ඇත්තටම මෙහිදී විද්‍යුත්චුම්භක ඔස්සේ කල්පනා කිරීම නිසා තමයි මෙම තීරණයට එළඹ තිබෙන්නේ. ඔබ අතේ තිබෙන කාන්දම් කැබැල්ලට කිසිදු විදුලි ධාරාවක් සම්බන්ධ නැහැ නේද? එසේ වුවත්, එම කාන්දම්ද සර්වප්‍රකාරයෙන් විද්‍යුත්චුම්භකවලට සමාන නිසා, අපට හැකියි විද්‍යුත්චුම්භක සඳහා ව්‍යුත්පන්න කරන ඒකක සාමාන්‍ය කාන්දම් කැබැලිවලටත් ආදේශ කරන්න. එමඟින් වැඩ පහසු හා ක්‍රමවත් වේ (නැතහොත් විද්‍යුත්චුම්භකවලට එක් ඒකකයකුත් සාමාන්‍ය කාන්දම් කැබැලිවලට තවත් ඒකකත් භාවිතා කිරීමට සිදුවෙනවා). එනිසා ඒකක ව්‍යුත්පන්න කිරීමේදී, පහත විස්තරවල ඉබේම සලකා බලන්නේ විද්‍යුත්චුම්භක බව සිහිතබා ගන්න.

චුම්භකයකින් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇති වෙනවානේ. එම ක්ෂේත්‍රයේ විශාලත්වය/අගය තීරණය වන්නේ එම සන්නායකය දිගේ යන ධාරාව නිසාය (පොටවල් ගණන අනෙක් සාධකයයි). එනිසා අපට චුම්භක ගැන මෙසේ කිව හැකියි - ඇම්පියර් 1ක් ගලන විට ඇතිවන (විද්‍යුත්)චුම්භකය, ඇම්පයර් 4.5ක් ගලන විට ඇති වන චුම්භකය ආදී ලෙස. ඇම්පියර් 1 චුම්භකයට වඩා ඇම්පියර් 4.5 චුම්භකය ප්‍රබලයි (4.5 ගුණයක්). ඒ අනුව, චුම්භකත්වය ඇම්පියර් ඒකකයෙන් මැනේ.

එහෙත් පොටවල් ගණනද (turns – N හෝ t) චුම්භකත්වයට බලපාන සාධකයකි. මේ අනුව ඇම්පියර්-වට (Ampere-turns – At) යනුවෙන් ඒකකයක්ද පවතී. ඒ අනුව ඇම්පියර් 1ක් ගමන් කරන එක් පොටක්/වටයක් පමණක් තිබෙන චුම්භකයකට වඩා ඇම්පියර් 1ක් ගමන් කරන පොටවල් 2ක් තිබෙන චුම්භකය දෙගුණයකින් ප්‍රබල වේ. පොටවල් 10ක් තිබෙන හා ඒ සෑම පොටක් හරහාම ඇම්පියර් 2ක් ගමන කරන චුම්භකයේ විශාලත්වය 10 x 2 = 20At වේ.

චුම්භකය අවට ක්ෂේත්‍රයක් පවතිනවානේ. ඉතිං එම සම්පූර්ණ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයම (එනම් සියලු චුම්භක බල රේඛා) අපට වැදගත් මැනිය හැකි ගතිගුණයකි (චුම්භකවල ඍජු ප්‍රයෝජනයට ගන්නේ ක්ෂේත්‍රය නිසා). මෙම ක්ෂේත්‍රය පුරාම චුම්භක ස්‍රාවයෙන් (magnetic flux) පිරී තිබේ යැයි “පිරිසක්” පවසනවා. මෙය චුම්භක පිළිබඳ තවත් වෙනස් ආකෘතියකි. ක්ෂේත්‍ර ආකෘතිය තිබියදී තවත් ස්‍රාව ආකෘතියක් කුමකටදැයි කෙනෙකු ප්‍රශ්න කළ හැකි වුවත්, යම් යම් ප්‍රයෝජන පවතින නිසා ස්‍රාව ආකෘතිය බහුලවම භාවිතා වෙනවා (මා අමුතුවෙන් සඳහන් නොකළත්, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය සඳහාද විද්‍යුත් ස්‍රාව (electric flux) ආකෘතියක් ගොඩනඟා ඇත). දළ වශයෙන් ස්‍රාවය යනු ක්ෂේත්‍රයටම කියන තවත් වචනයක් කියා සිතා ගත්තත් එතරම් වරදක් නැත. චුම්භක ස්‍රාවය (magnetic flux - ψ) මනින ඒකකය වෙබර් (Weber – Wb) නම් වේ.

සම්පූර්ණ ස්‍රාවය වඩා ගණනය කිරීම්වලදී අපට වැදගත් වන්නේ ස්‍රාවයේ යම් ස්ථානයක පවතින ප්‍රබලතාවයි (B යන ඉංග්‍රිසි අකුරින් මෙම ගතිගුණය සාමාන්‍යයෙන් දක්වනවා). එය සම්මතයක් ලෙස පවසන්නේ ස්‍රාවයේ යම් ස්ථානයක වර්ගමීටරයක් (හෙවත් ඒකක වර්ගඵලයක්) තුලින් සලකා බලන ප්‍රදේශයට ලම්භකව ගමන් කරන චුම්භක බල රේඛා ගණන යනුවෙනුයි. මෙම ගතිගුණය චුම්භක ස්‍රාව ඝනත්වය (magnetic flux density – B) ලෙස හැඳින්වෙනවා. එය වර්ගමීටරයට වේබර් යන ඒකකයෙන් මැනේ (Wbm-2). ඊටම ටෙස්ලා (Tesla – T) යන කෙටි ඒකකය යොදා ගන්නවා (1T = 1Wbm-2). ඇත්තටම චුම්භකත්වය ගැන කතා කරන බොහෝ තැන්වල අපට හමුවන්නේ මෙම B ඒකකය තමයි.

 
සටහන
විද්‍යා හා තාක්ෂනයේදී අපට නිතරම ඉංග්‍රිසි හෝඩියේ අකුරු මෙන්ම ග්‍රීක හෝඩියේ අකුරුද හමු වෙනවා විවිධ ගතිගුණ හෝ ඒකකයන් සංඛේතවත් කිරීම සඳහා. සමහරුන්ට ග්‍රීක අකුරු ගැන එතරම් අවබෝධයක් නැති නිසා, එම අක්ෂර යොදා ඇති සූත්‍ර ආදිය වටහගැනීමට අපහසු ගතියක් තිබිය හැකියි. ඊට අමතරව වෙනත් කෙනෙකුට එම අක්ෂර යොදා ඇති ප්‍රකාශ උච්ඡාරණය කරන්නටද බැරි වීමට පුලුවන්. එනිසා මා පහතින් දක්වනවා අපට නිතර හමුවන එවැනි ග්‍රීක අකුරු. මේවා ඉබේම මෙන් පාඩම් හිටීවි නිතර නිතර පොත පත කියවන විට.

α – ඇල්ෆා                    β – බීටා                       γ – ගැමා                       δ – (සිම්පල්) ඩෙල්ටා
Δ – (කැපිටල්) ඩෙල්ටා  η – ඊටා                        θ – තීටා                        λ – ලැම්ඩා
μ – මියු                         π – පයි                        ρ – රෝ                         σ – (සිම්පල්) සිග්මා
Σ – (කැපිටල්) සිග්මා     τ – ටෝ                       φ – (සිම්පල්) ෆයි           Φ – (කැපිටල්) ෆයි
ψ – ෂයි                        ω – (සිම්පල්) ඔමෙගා   Ω – (කැපිටල්) ඔමෙගා    ε - එප්සිලෝන්

යම් දිගක් සහිත සන්නායකයක් දිගේ ඇම්පියර් 2ක ධාරාවක් ගලා යනවා යැයි සිතමු. එවිට එහි ඇම්පියර් 2ක හෙවත් ඇම්පියර්-වට 2ක කාන්දමක් සෑදෙනවා. එවිට මෙම කම්බිය දිගේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් පවතිනවා. එම කම්බිය පුරාම මෙලෙස ඇති වූ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ (ස්‍රාවයේ) එකතුව උදාහරණයක් ලෙස වෙබර් 10ක් ලෙස සලකමු. ඔබ එම කම්බිය දැන් තිබෙන දිග මෙන් දෙගුණයක් දික් කරන්න. එවිට එකවරම ඔබට සිතෙන්නට පුලුවන් දැන් ක්ෂේත්‍රයත්/ස්‍රාවයත් දෙගුණ වුණා කියා මොකද දැන් කම්බිය දෙගුණයක් දිග නිසා එම අමතරව දික් වූ කොටසෙහිත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රය/ස්‍රාවය පවතින නිසා. එහෙත් තත්වය එසේ නොවේ. ඒ ඇයි?

මුල් කම්බිය හරහා ඇම්පියර් 2ක් ගලා ගියේ ඊට යම් වෝල්ටියතාවක් (විදුලි ශක්තියක්) පිටතින් සම්බන්ධ කළ නිසාය. එම වෝල්ටියතාව එසේම තිබියදී කම්බිය දෙගුණයක් දික් කළ විට R = pL/A යන සූත්‍රය අනුව දිග (L) දෙගුණ වීම නිසා ප්‍රතිරෝධය දෙගුණ වේ. එවිට V = IR යන සූත්‍රය අනුව එම දෙගුණයක් දික් කළ සන්නායකය හරහා දැන් ගලන ධාරාව ඉන් භාගයක් බවට පත් වේ. ඒ කියන්නේ දෙගුණයක් දික් කළ විට එම කම්බිය හරහා දැන් ගලන ධාරාව ඇම්පියර් 2ක් නොව ඉන් අඩක් වන ඇම්පියර් 1කි. එවිට ඇම්පියර් 1කට ගැලපෙන ප්‍රමාණයේ අඩු චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තමයි එම කම්බිය වටා පවතින්නේ. මේනිසා කම්බිය දික් කළත්, අවසාන වශයෙන් චුම්භක ක්ෂේත්‍රය/ස්‍රාවය දශමයක් හෝ වැඩි වන්නේ නැති බව තේරුම් ගන්න. මෙය සරල උපමාවකින් මෙසේ කිව හැකියි. පාන් ගෙඩියක් කන විට කෙනෙකුගේ බඩගින්න අවසන් වෙනවා යැයි සිතමු. ඔහු එම පාන් ගෙඩිය පෙති 2කට කපා කෑවත් පෙති 100කට කපා කෑවත් බඩගින්න නැතිවෙන්නේ එකම ප්‍රමාණයෙන් නේද? එසේමයි, චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක්/ස්‍රාවය ඇති වන්නේ ඊට භාහිරින් සපයන විදුලි ශක්තියක් නිසාය. ඉතිං එම භාහිර විදුලි ශක්තිය නොවෙනස්ව තබා, පොටවල් ගණන වැඩි කිරීමෙන් හෝ කම්බිය දික් කිරීමෙන් හෝ වෙනත් ක්‍රමයකින් චුම්භක ශක්තිය වෙනස් කළ නොහැකියි.

ඉහත කරුණද සැලකිල්ලට ගත් විට තවත් ඒකකයක් අප නිර්චචනය කරගෙන තිබෙනවා චුම්භක ක්ෂේත්‍ර ප්‍රබලතාව (magnetic field intensity – H) ලෙස. එය “ඒකක දිගකට (හෙවත් මීටරයට) ඇම්පියර්-වට” (A/m = Am-1) යන ඒකකයෙන් මැනේ. ඇත්තටම මෙම ගතිගුණය මීට පෙර කතා කළ ස්‍රාව ඝනත්වය (B) වැනිම ගති ගුණයකි. B හා H අතර B = μH යන සම්බන්ධතාව පවතී (මෙහි මියු යන ග්‍රීක අකුර ඉංග්‍රිසි u අකුරට බොහෝ සමාන නිසා, පහසුව තකා අපි මියු වෙනුවට ඉංග්‍රිසි යූ අකුර ආදේශ කර ලියනවා).

මෙම සරල සූත්‍රය බලන ඔබට ස්‍රාවය හා ක්ෂේත්‍රය අතර ඇති සියුම් සම්බන්ධය තේරුම් ගැනීමට හැකිය. ස්‍රාවය යනු පාරගම්‍යතාව යන සාධකය නොසලකා නමුත් පාරගම්‍යතාවේ බලපෑම තමන් තුලට උකහගත් ක්ෂේත්‍රයයි. ඒකයි මා පෙරත් සඳහන් කළේ ස්‍රාවය යනු එක්තරා විදියකින් ක්ෂේත්‍රයම බව. මෙම ඒකක හඳුන්වාදෙන විට එකල සිටි විද්‍යාඥයන් පවා මේ දෙක එකක් ලෙසද නැතහොත් වෙනස් දෙකක් ලෙසද සැලකිය යුත්තේ කියා වාදවිවාද කර ඇත. ස්‍රාව ආකෘතියේදී B ට තිබූ ස්ථානය හා කාර්ය ක්ෂේත්‍ර ආකෘතියේදී H ට හිමි වේ. චුම්භකත්වය පැහැදිලි කිරීමට ගත් ආකෘතිය වෙනස් වීම නිසයි අපට මෙලෙස B, H ඒකක දෙකක් ලැබුණේ.

B = uH යන්නෙහි u අකුරින් නියෝජනය කරන්නේ පාරගම්‍යතාව (permeability) යන ගුණයයි. චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් රික්තකයක් තුල හෝ යම් මාධ්‍යයක් තුලයි පැවතිය යුත්තේ. රික්තකයක් හෝ මාධ්‍යයක් තුල මෙලෙස චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් පැතිරෙන විට, එය කොතරම් පහසුවෙන් පැතිරිය හැකිද යන්න මෙම පාරගම්‍යතාවෙන් කියනවා. එය හරියට විදුලිය ගමන් කරන විට එම සන්නායක මාධ්‍යයේ තිබූ සන්නායකතාව වැනි ගුණයකි. සමහර මාධ්‍ය තුල ඉතා හොඳින් චුම්භක ක්ෂේත්‍ර ඇති වී පැතිරිය හැකියි. සමහර මාධ්‍යවල චුම්භක ක්ෂේත්‍ර පැවතීමට ඉතාම අපහසුය. ඊට හේතුව එම මාධ්‍යවල මෙම පාරගම්‍යතාව නම් ගුණයේ වෙනස් වීමයි. පහත දැක්වෙන්නේ මාධ්‍ය කිහිපයක පාරගම්‍යතාව පෙන්වන වගුවකි.

ද්‍රව්‍ය පාරගම්‍යතාව ur = u/u0 εr (සාපේක්ෂ පාරවේද්‍යතාව)
රික්තය 4π × 10−70) 1 1
වාතය (වායුගෝලය) 1.25663753×10−6 1.00000037 1.000589
වතුර 1.256627×10−6 0.999992 75
තඹ 1.256629×10−6 0.999994 0.99999966
ඇලුමිනියම් 1.256665×10−6 1.000022

ලී/දර 1.25663760×10−6 1.00000043 1.2 – 2.1
වියලි කොන්ක්‍රිට් 1.2566×10−6 1 4.5
පිරිසිදු යකඩ 6.3×10−3 5000

නිකල් 1.26×10−4 - 7.54×10−4 100 - 600

ෆෙරයිට් 2.0×10−5 – 8.0×10−4 16 - 640


පාරගම්‍යතා අගයන් ලියන විට අපහසුයි මොකද සාමාන්‍යයෙන් එම අගයන් ඉතා කුඩාය (දශම තිතට පසු බිංදු ගණනාවක් ලිවීමට සිදු වේ; නැතහොත් විද්‍යාත්මක ක්‍රමයට දහයේ බලයක් යොදාගෙන ලිවිය යුතුය). උදාහරණයක් ලෙස, රික්තකයේ පාරගම්‍යතාව 4π x 10-7 හෙවත් 0.000001257 වේ. එනිසාම විවිධ ද්‍රව්‍යයන්ගේ පාරගම්‍යතාවන් සංසන්දනය කිරීමද අපහසුය. මෙම ගැටලුව විසඳීමට යම් උපක්‍රමයක් යොදා ඇත. එහිදී සලකා බලන යම් මාධ්‍යයක පාරගම්‍යතාව ගෙන එය රික්තකයේ පාරගම්‍යතාවෙන් බෙදනවා. එවිට අපට අහවල් මාධ්‍යයේ පාරගම්‍යතාව රික්තකයේ පාරගම්‍යතාව මෙන් මෙච්චර ගුණයක් කියා කිව හැකියි. රික්තකයේ පාරගම්‍යතාව නියතයක් වේ; එනිසයි එම අගයෙන් බෙදන්නේ. මෙලෙස ලැබෙන පාරගම්‍යතාවට අප එම ද්‍රව්‍යයේ සාපේක්ෂ පාරගම්‍යතාව (relative permeability – ur) කියා කියනවා. රික්තකයේ පාරගම්‍යතාව u0 න් සංඛේතවත් කරනවා. ඒ අනුව යම් මාධ්‍යයක සාපේක්ෂ පාරගම්‍යතාව, ur = u / u0 යන සරල සූත්‍රය සුලු කිරීමෙන් ලබා ගත හැකියි.

උදාහරණයක් ලෙස ෆෙරයිට් නම් ද්‍රව්‍යයේ පාරගම්‍යතාව 2.0×10−5 වන නිසා, එම අගය රික්තකයේ පාරගමග්‍යතා අගය වන 1.3×107 න් බෙදූ විට ෆෙරයිට්වල සාපේක්ෂ පාරගම්‍යතාව ලෙස 15.9 ලැබේ. වාතයේ පාරගම්‍යතාව දළ වශයෙන් රික්තකයේ පාරගම්‍යතා අගයට සමාන වේ. එනිසා වායුගෝලයේ සාපේක්ෂ ගම්‍යතාව 1 වේ. සමහර වගුවල පාරගම්‍යතාව වෙනුවට සටහන් කරන්නේ සාපේක්ෂ පාරගම්‍යතාව වේ. යකඩ, නිකල්, නියෝඩිමියම් වැනි කාන්දම් ගුණ දක්වන ද්‍රව්‍ය හා ඒවා අඩංගු මිශ්‍රණවල සාපේක්ෂ පාරගම්‍යතා අගයන් 1ට වඩා බොහෝ වැඩි අතර, චුම්භක ගුණ නොදක්වන ද්‍රව්‍යවල සාපේක්ෂ පාරගම්‍යතා අගය 1 ට ආසන්නයි.

සටහන
චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් සඳහා පාරගම්‍යතාව පැවතියා සේම, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් සඳහා පාරවේද්‍යතාව (permittivity – ε) නම් ගුණයක් පවතිනවා. ඒ කියන්නේ රික්තකයක් තුල හෝ යම් මාධ්‍යයක් තුල විදුලි ක්ෂේත්‍රයක් පැවතීමට ඇති පහසුකම/හැකියාව පාරවේද්‍යතාව වේ. ඉහත වගුවේ පාරගම්‍යතාව සමගම පාරවේද්‍යතාවන් කිහිපයක්ද දක්වා තිබෙනවා. රික්තකයේ පාරවේද්‍යතාව 8.854187 × 10−12 වේ.

යම් ද්‍රව්‍යයක පාරවේද්‍යතාව රික්තකයේ පාරවේද්‍යතාවෙන් ( ε0) බෙදූ විට අපට එම ද්‍රව්‍යයේ සාපේක්ෂ පාරවේද්‍යතාව (relative permittivity) ( εr) ලැබේ. වාතයේ පාරවේද්‍යතාව රික්තකයේ පාරවේද්‍යතාවට ඉතාම සමාන නිසා, වාතයේ සාපේක්ෂ පාරවේද්‍යතාව 1 වේ.

ඇම්පියර් (ඇම්පියර්-වට), වේබර්, ටෙස්ලා ආදී ඉහත සලකා බැලූ එස්අයි ඒකක හැරුණහම වෙනත් සම්මත නොවන ඒකක කිහිපයක්ද ඇත. මීටරය දිග මනින සම්මත ඒකකය වුවත්, අඩි, අඟල් ආදී සම්මත නොවන ඒකක බහුලවම භාවිතා කරන්නා සේම, චුම්භකවලද සම්මත නොවන ඒකක තවමත් භාවිතා වේ. එනිසා ඒවා ගැන දැනුමක් තිබීම වැදගත්ය. මේ අතරින් ගවුස් යන ඒකකය විශේෂයෙන් වැදගත්ය.

ඇම්පියර්-වට වෙනුවට ගිල්බර්ට් (Gilbert) නම් සම්මත නොවන ඒකකය යෙදිය හැකියි. දල වශයෙන් ගිල්බර්ට් 1ක් ඇම්පියර්-වට 10/4π හෙවත් 0.7958 කට සමානය.

H මැනීමට සම්මත ඒකකය වූවේ “මීටරයට ඇම්පියර්-වට” (Am-1) යන්නයි. එය මැනීමට යොදා ගන්නා සම්මත නොවන ඒකකය වන්නේ අර්ස්ටඩ් (Oested – Oe) වේ. අස්ටඩ් යන්න ඉහත ගිල්බර්ට් ඒකකය ඇසුරින් තමයි අර්ථ දක්වා තිබෙන්නේ. අර්ස්ටඩ් 1 = (ගිල්බර්ට් 1) / (සෙන්ටිමීටර් 1). අර්ස්ටඩ් හා සම්මත ඒකකය අතර ඇති අනුපාතය වන්නේ, අර්ස්ටඩ් 1 = මීටරයට ඇම්පියර්-වට 100/4π හෙවත් 79.56 වේ.

චුම්භක ස්‍රාවය මනින සම්මත ඒකකය වේබර් වුවත්, සම්මත නොවන ඒකකය වන්නේ මැක්ස්වෙල් (Maxwell – Mx) වේ. එක් වේබරයකට මැක්සේවෙල් 108ක් තිබේ (1Wb = 108Mx).

ස්‍රාව ඝනත්වය මනින සම්මත නොවන ඒකකයක් වන්නේ ගවුස් (Gauss – G) වේ. එය මූලිකව අර්ථ දක්වා තිබෙන්නේ මැක්ස්වෙල් යන ඒකකය ඇසුරිනි. ඒ අනුව, ගවුස් 1 = (මැක්ස්වෙල් 1) / (වර්ග සෙන්ටිමීටර් 1) වේ. සම්මත ඒකකය වන ටෙස්ලා හා ගවුස් අතර තිබෙන අනුපාතය වනුයේ 1T = 104G වේ. මීට අමතරව, ගැමා (gamma – γ) යනුවෙන් තවත් සම්මත ඒකකයක් තිබෙනවා. 1T = 109γ වේ. දළ වශයෙන් පෘථිවියේ මතුපිටදී පෘථිවි චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ ස්‍රාව ඝනත්වය ගවුස් 0.5 පමණ වේ.

යම් සන්නායකයක් හරහා ධාරාවක් යවන විට එය විද්‍යුත්චුම්භකයක් බවට පත් වන බව ඔබ දැන් දන්නවා. ඊට අමතරව තවත් කාන්දමක් අසලින් ඇති විටද එහි කාන්දම් ගතිය නිසා ළඟ ඇති ද්‍රව්‍ය කාන්දමක් බවට පත් කරනවා. (යකඩ ඇන කාන්දම් සමග තිබූ විට එම ඇනද කාන්දම් බවට පත්වෙනවා නේද?) මෙලෙස යම් ද්‍රව්‍යයක් කාන්දමක් බවට පත් වන විට එහි උපරිම සීමාවක් පවතිනවා. අපට අවශ්‍ය ඕනෑම ඉහල අගයකට එම ද්‍රව්‍යයේ කාන්දම් ගතිය හෙවත් ප්‍රබලතාව වැඩි කළ නොහැකිය. එම ද්‍රව්‍ය එක්තරා මට්ටමක් දක්වා ප්‍රබල වූ පසු එතැනින් එහාට කොතරම් උත්සහ කළත් කාන්දම් ගතිය වැඩි කරගන්නේ නැත. මෙම උපරිම අවස්ථාව සංතෘප්ත අවස්ථාව (saturation) ලෙස හැඳින්වෙනවා. යම් ද්‍රව්‍යයක සංතෘප්ත අවස්ථාව එම ද්‍රව්‍යයේ ස්වභාවය අනුව තීරණය වෙනවා. සංතෘප්ත වීම සරල උපමාවකින් මෙසේ දැක්විය හැකියි. ඔබ සතුව වතුර තෙතමාත්තු කිරීමට රෙදි කැබැල්ලක් තිබේ යැයි සිතන්න. ඔබට පුලුවන් මේසයක් මත ඉහිරී තිබෙන කුඩා වතුර ප්‍රමාණයක් එම රෙදි කැබැල්ලෙන් පොඟවා එම වතුර ඉවත් කිරීමට. දැන් මේසය මත විශාල වතුර ප්‍රමාණයක් හැලූ විට, එම රෙදි කැබැල්ලෙන් එම සියලුම වතුර උරාගත නොහැකියි නේද? රෙදි කැබැල්ලට (වරකට) උරාගත හැකි උපරිම වතුර ප්‍රමාණයක් තිබේ. එම ප්‍රමාණය උරාගත් විට රෙදි කැබැල්ල (වතුරින්) සංතෘප්ත වේ. ලෝකයේ සෑම දේකටම මෙලෙස උපරිම සීමාවන් (සංතෘප්තවීම්) තිබේ; එය ලෝක ස්වභාවයයි.

පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ යකඩ (iron), වානේ (steel), හා වාතය (air) යන ද්‍රව්‍ය තුන කාන්දම් බවට පත් කරන විට සිදුවන දේය. වාතය කොතරම් කාන්දම් කරන්නට හැදුවත් එය කාන්දම් වන්නේ නැති තරම් නේද? යකඩ හා වානේ නම් කාන්දම් බවට පත් වේ. එහෙත් ඒවායේ ප්‍රබලතාව (y අක්ෂයෙන් දැක්වේ) වෙනස් නේද? තවද, යම් අගයකට පසු ඒ දෙකම සංතෘප්ත වෙනවා නේද (ඒකයි H අගය වැඩි කරන විටත් B අගය වැඩි නොවන්නේ)?



ඉහත රූපයෙන් ද්‍රව්‍ය තුනක් සංසන්දනාත්මකව පෙන්නුවත් සම්පූර්ණ කතාව එම රූපයේ නැත. යම් ද්‍රව්‍යයක් කාන්දමක් බවට පත්වන ආකාරය සම්පූර්ණ වශයෙන් පෙන්වන රූප සටහනක් පහත දැක්වේ. ලෝකයේ සෑම ද්‍රව්‍යයක්ම මෙම රූප සටහනේ ආකාරයටයි හැසිරෙන්නේ. මෙම ප්‍රස්ථාරයේ තිරස් x අක්ෂයෙන් නිරූපණය කරන්නේ H අගය වන අතර, සිරස් y අක්ෂයෙන් B නිරූපණය කෙරේ. මෙවැනි ප්‍රස්ථාර B-H curve හෝ hysteresis loop යනුවෙන් හැඳින්වෙනවා. මෙම ප්‍රස්ථාරය විග්‍රහ කරන විට වැදගත් ලක්ෂණ මතු කර ගත හැකියි.



චුම්භකතාව (H) වැඩි කරගෙන යන්න. එවිට, B ද ඊට සමානුපාතිකව වැඩි වෙනවා යම් මොහොතක් දක්වා. එම මොහොත සංතෘප්ත අවස්ථාව (saturation point) ලෙස හැඳින්වෙනවා. මෙම සැචුරේෂන් පොයින්ට් එකට පසුව ස්‍රාව ඝනත්වය වැඩිවීම සුපුරුදු පරිදි සිදු නොවේ. එනම්, H වැඩි වුවත් B වැඩි නොවන තරම්ය.

මෙය සිදු වීමට හේතුව සරල භෞතික විද්‍යාත්මක කාරණයකි. චුම්භකතාව (H) යනු සුපර්වයිසර් කෙනෙකි. එනම්, අනෙක් අය ලවා වැඩ කරවයි. එහෙත් සුපර්වයිසර්ට වුවත් මිනිසුන්ගෙන් වැඩගත හැකි උපරිම ප්‍රමාණයක් තිබේ. මෙවැන්නක්ම තමයි චුම්භකය තුළත් සිදු වන්නේ. H විසින් සිදු කරන්නේ චුම්භකය තුළ තිබෙන "කුඩා චුම්භක අංශු" ලවා වැඩ ගැනීමයි (එනම්, එක එක දිශාවලට පිහිටා තිබෙන එම අංශු H හි දිශාව ඔස්සේ පවත්වාගෙන යෑමයි (align)). මෙම අංශුවල ක්‍රියාකාරිත්වය තමයි ස්‍රාව ඝනත්වය ලෙසට අපට දිස්වන්නේ. ක්‍රමයෙන් H වැඩි කරගෙන යන විට තව තවත් එම අංශු "වැඩ කරයි"; එනම් B වැඩි වේ. එහෙත් එක්තරා අවස්ථාවකදී එම අංශු සියල්ලටම කළ හැකි උපරිම මට්ටම ළඟා වෙනවා. එවිට කොච්චර H (සුපර්වයිසර්) වැඩ කරන්න යැයි බල කළත් අංශුවලට ඊට වඩා වැඩක් කිරීමට බැරි වෙනවා.

යම් කෝර් එකක් වටා ඔතා තිබෙන කොයිලයක් ගමු. ඊට විදුලිය සපයා ක්‍රමයෙන් ධාරාව වැඩි කර ගෙන යන්න. එවිට ක්‍රමයෙන් H වැඩි වේගෙන යනවා. මෙම H වැඩි වේගෙන යන විට, B ද ක්‍රමයෙන් වැඩි වේගෙන යනවා (ඉහත රූපයේ O සිට a දක්වා කොටසින් පෙන්වන්නේ මෙයයි). එහෙත් සැචුරේෂන් පොයින්ට් එකේදී එම වැඩිවීමත් නවතිනවා (ඉහත විස්තර කළ පරිදි). ඉතිං ධාරාව තවදුරටත් වැඩි කරමින් H වැඩි කරගෙන යන එකේ තේරුමක් දැන් නැහැ.

දැන් ධාරාව නැවත ක්‍රමයෙන් අඩු කරගෙන යන්න. එවිට, H ද ක්‍රමයෙන් අඩු වේගෙන යනවා. එවිට, B ද ක්‍රමයෙන් අඩු වේගෙන යනවා. එහෙත් මෙහිදී B අඩු වෙන්නේ මුලින් (o සිට a දක්වා කොටස) වැඩි වූ සීඝ්‍රතාවෙන් නොව, ඊට වඩා අඩු සීඝ්‍රතාවකිනි. රූපයේ a සිට b දක්වා නිරූපණය කරන්නේ මෙයයි.
බලන්න b අවස්ථාවේදී H ශූන්‍ය වුවත්, යම් B අගයක් කෝර් එක තුළ පවතිනවා නේද? (එහෙත් ආරම්භයේදී H ශූන්‍ය වූ විට B ද ශූන්‍ය විය.) මින් කියන්නේ කුමක්ද? කෝර් එකේ යම් ස්‍රාව ඝනත්වයක් (B) පවතිනවා යැයි කියන්නේ එහි කාන්දම් ගතියක් පවතින බවයි. එනම් කෝර් එක දැන් කාන්දම් කෑල්ලක් බවට පත් වෙලා (residual magnetism ලෙස එම කාන්දම් බලය හැඳින්වෙනවා). යම් යකඩ කැබැල්ලක් වටා කොයිල් කැබැල්ලක් ඔතා විදුලි ධාරාවක් කොයිලය හරහා යම් සුලු කාලයක් තිස්සේ යැවූ විට, එම යකඩ කැබැල්ල කාන්දම් කෑල්ලක් බවට පත්වෙන බව බොහෝ විට ඔබ අත් දැක ඇති. ඉහතදී කෝර් එකට සිදු වූවෙත් එයයි (කොයිලයේ ධාරාව මොහොතක් යවා, ධාරාව නතර කළ පසු කෝර් එක කාන්දම් කෑල්ලක් බවට පත් වී ඇත).

හරි, තවදුරටත් ඉහත ක්‍රියාකාරකම ඉදිරියට කරගෙන යමු. දැන් ධාරාව (ඒ කියන්නේ H) විරුද්ධ දිශාවට ක්‍රමයෙන් වැඩි කරගෙන යන්න (b සිට c දක්වා). දැන් කෝර් එකේ තිබූ කාන්දම් ගතිය ක්‍රමයෙන් අඩු වී ගෙන ගොස් ශූන්‍ය බවට පත් වේ (c අවස්ථාවේදී). තවදුරටත් මෙම දිශාවට ධාරාව වැඩි කරගෙන යන විට, B ද තමන් මුලින් සිටි දිශාවට විරුද්ධ දිශාව ඔස්සේ අලුත් ක්ෂේත්‍රයක් පවත්වා ගන්නවා (c සිට d දක්වා). මෙලෙස, ධාරාව වැඩි කරගෙන ගොස් යම් තැනකදී එම දිශාව ඔස්සේ සැචුරේෂන් පොයන්ට් එක හමු වෙනවා. ඒ කියන්නේ මෙම අවස්ථාවේදී කොච්චර H වැඩි කළත් B වැඩි වෙන්නේ නැත. නැවතත් ධාරාව තවදුරටත් වැඩි කරමින් H වැඩි කරගෙන යන එකේ තේරුමක් නැහැ මෙතැන් සිට.

දැන් නැවත ධාරාව ක්‍රමයෙන් ශූන්‍ය කරා ගෙන එන්න (d සිට e). මෙහිදීද පෙර සේම, ධාරාව නැවැත්වූ පසුත් කාන්දම් ගතිය කෝර් එකේ පවතිනවා. එහෙත් මෙහිදී කාන්දම (කෝර් එක) පෙර තිබූ උතුර හා දකුණ යන දෙක මාරු වෙලායි පිහිටන්නේ. දැන් ක්‍රමයෙන් නැවත ධාරාව විරුද්ධ පැත්තට වැඩි කරගෙන යන විට (e සිට a) B ද විචලනය වන අයුරු රූපයේ බලන්න. a-b-c-d-e-f-a මඟින් දක්වන සංවෘත රූපය hysteresis loop හෝ magnetization curveයනුවෙන් හැඳින්වෙනවා.

ඉහත හිස්ටරසිස් ලූප් එක ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස්වල බොහෝ කරදර ඇති කරනවා; වටිනා විදුලි ශක්තිය නිකරුනේ නාස්ති කරනවා. ඒ ගැන විස්තර චුම්භකත්වය යොදාගෙන සාදන ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් හා කොයිල් වැනි උපාංග ගැන කතා කරන අවස්ථාවල සොයා බලමු.

මෝටර් හා ජෙනරේටර් නිපදවීම හැරුනු විට චුම්භකත්වය ඍජුවම යොදාගන්නා ඉතාම ප්‍රයෝජනවත් අවස්ථා දෙකක් තමයි ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් හා ප්‍රේරක (inductor) හෙවත් කොයිල් කියන්නේ. මෙම උපාංග දෙකම පසුවට සලකා බලනවා. දැනට චුම්භක ගැන අවසාන වශයෙන් චුම්භකවල ඉතාම වැදගත් තවත් ගතිගුණයක් වන චුම්භක ප්‍රේරණය (magnetic inductance) ගැන තරමක් සොයා බලමු. ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් හා කොයිල් දෙකම පදනම් වන්නේ මෙම ප්‍රේරණය මතයි.

මුලින්ම "ප්‍රේරණය" (induction) යන්නෙහි තේරුම දත යුතුය. එහි සාමාන්‍ය සිංහල තේරුම "යමක් තුල යම් ගතිගුණයක් ඇති කිරීම" යන්නයි. උදාහරණයක් ලෙස, ඔබේ දෙමව්පියන්ගේ හොඳ හැසිරීම නිසා ඔබ තුළත් නිරායාසයෙන්ම හොඳ ගතිගුණ ප්‍රේරණය වෙනවා. ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වලදීද තේරුම එයමයි. මෙහිදී ගතිගුණය ලෙස සලකන්නේ විදුලියයි. ඒ අනුව (විදුලි) ප්‍රේරණය යනු යම් සන්නායකයක නොතිබූ විදුලියක් පිටත සිට ඒ තුළ ඇති කිරීමයි.

කම්බියක් තුළින් ධාරාවක් ගැලීමේදී ඇතිවන චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ගැන නැවත බලමු. සිතන්න ඈම්ප් 2ක් යනවා කියා. එවිට, යම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇති වෙනවා. එය ඈම්ප් 4ක් දක්වා වැඩි කරමු. එවිට, මෙම ක්ෂේත්‍රය තවත් ප්‍රබල වෙනවා; චුම්භක වලලු තවත් විශාල වෙනවා. එනම් ක්ෂේත්‍රය ප්‍රසාරණය වෙනවා. එය ඈම්ප් 1ක් දක්වා අඩු කරමු. එවිට ක්ෂේත්‍රය හැකිලෙනවා. මෙය ක්ෂණිකව සිදු වෙනවා. ඒ කියන්නේ වයර් එක තුළින් ගලා යන ධාරාව/විදුලිය වෙනස් වන විට, ඊට අනුරූපව චුම්භක වලලු ප්‍රසාරණය වෙනවා හෝ හැකිලෙනවා.

 

සන්නායකයක් අවට චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් විචලනය වේ නම්; නැතහොත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුල යම් සන්නායකයක් චලනය වේ නම්, විද්‍යුත් ප්‍රේරණය නම් සංසිද්ධිය එම සන්නායකයට සිදු වේ. ඒ කියන්නේ ක්ෂේත්‍රය තුළ තිබෙන සන්නායකයේ අමුතුවෙන් විදුලි ශක්තියක් උත්පාදනය වේ. මෙහිදී එම කම්බියට කොහෙන්වත් විදුලියක් ගෙනත් දුන්නේ නැත; තමන් විසින්ම විදුලියක් උත්පාදනය කරගත්තා. හොඳින් මතක තබා ගන්න මෙලෙස ප්‍රේරිත විදුලයක් හටගැනීමට නම් අනිවාර්යෙන්ම ක්ෂේත්‍රය හා සන්නායකය අතර සාපේක්ෂ චලිතයක් සිදු විය යුතුය නැතිනම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රය විචලනය විය යුතුය. පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ coil 1 හි "විචලනය වන විදුලියක්" ගමන් කරන විට, ඊට අනුරූපව විචලනය වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් එම කොයිලයේ ඇති වී, එම විචලනය වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රය coil 2 හි කැපීමෙන් එහි ප්‍රේරිත විදුලියක් හටගැනීමයි. (ගැල්වනොමීටරය මඟින් එම ප්‍රේරිත ධාරාවේ ප්‍රමාණය මැනගත හැකියි.)



දැන් coil 1 හරහා ගලන ධාරාව විචලනය කරන්න. එවිට, එහි හටගන්නා විචලනය සහිත ක්ෂේත්‍රය තුළ සන්නායක කම්බියක් (coil 2) තැබූ විට, එම කම්බියේ විදුලියක් හට ගන්නවා/ප්‍රේරණය වෙනවා. එක් කම්බියක් තුළින් විචලනය වන විදුලියක් යවන විට අනෙක් අසල ඇති කම්බියේ විදුලියක් හට ගැනීම හඳුන්වන්නේ "අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය" (mutual induction) ලෙසයි. ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් යනු අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය මත සාදා තිබෙන උපාංගයකි. ධාරාව යවා විද්‍යුත් චුම්භකයක් බවට පත් වූ පළමු සන්නායකය "ප්‍රේරක කොයිල් එක" හෙවත් "ප්‍රාථමික කොයිලය" (primary coil) ලෙස හැඳින් විය හැකියි. එවිට ඉබේම විදුලිය උත්පාදනය/ප්‍රේරණය වන අනෙක් සන්නායකය "ද්විතියික කොයිලය" (secondary coil) ලෙස හැඳින් විය හැකියි. පහත රූපය බලන්න.



ප්‍රේරණය වන විදුලිය වැඩි කිරීමට ක්‍රම දෙකක් තිබේ.

1. ක්ෂේත්‍රය ප්‍රබල කිරීම. (මේ සඳහා ප්‍රාථමික කොයිලය හරහා ගලා යන ධාරාව වැඩි කළ හැකියි (පළමු සාධකය). ඊට අමතරව ප්‍රාථමික කොයිලයේ පොටවල් ගණනද වැඩි කළ හැකියි (දෙවැනි සාධකය).)

2. දෙවැන්න වන්නේ ප්‍රාථමිකයේ විචලනය වන විදුලියේ සංඛ්‍යාතය ඉහල දැමීම (තුන්වැනි සාධකය).

මේ කාරණා සියල්ලම සිදු කරන්නේ ප්‍රාථමික දඟරයටයි. තවද, ද්විතිය දඟරයේ පොටවල් ගණන වැඩි කිරීමෙන්ද ද්විතියකය තුළ ප්‍රේරණය වන විභවය වැඩි කරගත හැකියි (හතරවැනි සාධකය).

මෙම කාරණා/සාධක Faraday නම් විද්‍යාඥයා විසින් පර්යේෂණාත්මව සොයා ගන්නා ලදි. එය සූත්‍රයක් ලෙස ෆැරඩේ සූත්‍රය නමින් පහත ආකාරයට ලිවිය හැකියි.

ද්විතියකයේ ප්‍රේරණය වන විදුලි විභවය = (ද්විතියිකයේ පොටවල් ගණන)x(ප්‍රාථමිකයේ විචලනය වන විදුලිය නිසා චුම්භක ක්ෂේත්‍රය විචලනය වන වේගයේ සංඛ්‍යාතය)

කෙටියෙන් එය,
ලෙස ලියනවා.

මෙම සූත්‍රය තුළ ප්‍රාථමික දඟරයෙන් ඇතිවන චුම්භක ක්ෂේත්‍රය (ϕ) මඟින් ප්‍රාථමිකයේ ගලන ධාරාව හා ප්‍රාථමිකයේ පොටවල් ගණන යන සාධක දෙකම කැටි කොට ඇත. ඊට අමතරව, චුම්භක ක්ෂේත්‍රය කාලයට සාපේක්ෂව විචලනය කිරීමෙන් (ϕ/t) ප්‍රාථමික දඟරය තුළ ගලන විදුලියේ සංඛ්‍යාතය නිරූපණය කෙරේ. N යනු ද්විතියකයේ පොටවල් ගණනයි. ඉතිං මෙම ෆැරඩේ සූත්‍රය තුළ ඉහත පෙන්වූ සාධය සියල්ල (4) නිරූපණය වෙනවා නේද?

තවද, බොහෝවිට ඉහත සූත්‍රය


ලෙස (ඍණ සලකුණක් සහිතව) පෙන්වනවා. මීට හේතුව ඔබ තව මොහොතකින් ඉගෙන ගන්නා ලෙන්ස් නියමයේ බලපෑමයි. එනම්, මෙලෙස ප්‍රේරණය වන විදුලිය හැමවිටම කොයිලයේ ප්‍රේරක විදුලියට විරුද්ධවයි පිහිටන්නේ. ඒ කියන්නේ ප්‍රේරක විදුලිය ක්‍රමයෙන් වැඩි වෙන්නට උත්සහ කරන විට, මෙම ප්‍රේරිත විදුලිය එම වැඩිවීම වැලැක්වීමට හැකි වන පරිදියි පිහිටන්නේ (එනම් ප්‍රේරක විදුලිය ගමන් කරන පැත්තට විරුද්ධ පැත්තට ගමන් කරමින්). එමෙන්ම ප්‍රේරක විදුලිය ක්‍රමයෙන් අඩු වෙන්නට උත්සහ කරන විට, මෙම ප්‍රේරිත විදුලිය එම අඩු වීම වැලැක්වීමට හැකි වන පරිදියි පිහිටන්නේ (එනම් දැන් ප්‍රේරක විදුලිය ගමන් කරන දිශාව ඔස්සේම ප්‍රේරිත විදුලියද ගමන් කරමින්). මේ වග නිරූපණය කරන්නේ එම ඍණ සලකුණින්.
ද්විතියිකය තුළ යම් විදුලි විභවයක් හට ගන්නවා යනු එය හරහා යම් ධාරාවක්ද හට ගන්නවා කියන එකයි. එම ධාරාව ඕම් නියමය අනුව ඔබට නිර්ණය කළ හැකියි (වෝල්ටියතාව හා ද්විතියිකයේ ප්‍රතිරෝධය දන්නා නිසා).

මෙම ධාරාව ගලා යන දිශාවද වැදගත්. එම ප්‍රේරිත ධාරාවේ (induced current) දිශාව නිර්ණය කරන්නේ කෙලෙසද? මේ සඳහා සරල නියමයක් තිබෙනවා Lenz's Law (ලෙන්ස් නියමය) ලෙස. එය මෙසේ පැහැදිලි කළ හැකියි. මුල් ධාරාව විසින් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් සාදනවා. එම ක්ෂේත්‍රය විසින් ප්‍රේරිත ධාරාව නිපදවනවා. එම ප්‍රේරිත ධාරාව ගමන් කරන විට, නැවතත් අලුත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඊට අනුරූපව ජනිත වෙනවා. එවිට, චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක් දැන් පවතිනවා. මෙම චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙක අතර අපූරු අන්‍යොන්‍ය සම්බන්ධතාවක් පවතිනවා (යාලුවො දෙන්නෙක් වාගේ). මුල් ක්ෂේත්‍රය වෙනස් වන විට, දෙවන ක්ෂේත්‍රය හැමවිටම උත්සහ කරනවා එම වෙනස අහෝසි කර දමන්න. ඒ කියන්නේ මුල් ක්ෂේත්‍රය මොහොතකින් අඩු වෙනවා යැයි සිතමු. එවිට දෙවැනි ක්ෂේත්‍රය එම අඩුවීම වැලැක්වීමට ක්‍රියා කරනවා. එලෙසම මුල් ක්ෂේත්‍රය මොහොතකින් වැඩි වෙනවා යැයි සිතමු. එවිට දෙවැනි ක්ෂේත්‍රය එම වැඩිවීම වැලැක්වීමට උපක්‍රම යොදනවා. එය කරන්නේ කෙලෙසද?

හරිම පහසුයි. ක්ෂේත්‍රයක් අඩු හෝ වැඩි කිරීමට ඇති හොඳම ක්‍රමය ධාරාව අඩු වැඩි කිරීම බව මුලදිත් සඳහන් කළා. දැන් මෙලෙස තර්ක කර බලන්න. මුල් ක්ෂේත්‍රය වැඩිවෙන අවස්ථාව ගන්න. එවිට දෙවැනි ක්ෂේත්‍රය කෙසේ හැසිරිය යුතුද? දෙවැනි ක්ෂේත්‍රයට කරන්නට තියෙන්නේ පළමු ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවට විරුද්ධ දිශාවට තමන්ගේ ක්ෂේත්‍රය පවත්වා ගන්නයි (විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය මෙන්ම චුම්භක ක්ෂේත්‍රයද දෛශික රාශි වේ; එනම් දිශාවන් වැදගත්ය). උදාහරණයක් ලෙස ප්‍රාථමික කම්බියේ ධාරාව ගලන්නේ යට සිට උඩට නම්, දකුණත් රීතිය අනුව චුම්භක වලලුවල දිශාව වාමාවර්ත වේ. එම දිශාවටම වැඩිපුර ධාරාවක් ගලන විට, එම ක්ෂේත්‍රය තවදුරටත් ප්‍රසාරණය වන්නට උත්සහ කරනවා. මේ එක්කම අනෙක් කම්බියේද විදුලි ධාරාවක් ගලා යනවා. එනිසා එය තුළත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හට ගන්නවා. ඉහත ලෙන්ස් නියමය අනුව මෙම අලුත් ක්ෂේත්‍රය අර මුල් ක්ෂේත්‍රයේ ප්‍රසාරණය වලක්වන විදියටයි පිහිටන්නට ඕන. ඒ කියන්නේ මෙම අලුත් ක්ෂේත්‍රය දක්ෂිණාවර්තව පිහිටිය යුතුයි (දෙක එකිනෙකට විරුද්ධ දිශාවලට පිහිටන විටනේ එකිනෙකට කොටස් කැපී යන්නෙ). නැවත දකුණත් රීතිය මෙම දෙවැනි කම්බියට දැන් යොදන්න. එවිට ධාරාව ගලා යා යුත්තේ උඩ සිට පහලට බව පෙනෙනවා. මෙන්න මේ විදියට තමයි ලෙන්ස් නියමය මඟින් ප්‍රේරිත ධාරාවේ දිශාව සෙවිය යුත්තේ.

මෙලෙසම දැන් තර්ක කර බලමු පළමු ක්ෂේත්‍රය සංකෝචනය වන විට කුමක්ද සිදු වන්නේ කියා. නැවතත් සිතන්න ප්‍රාථමික සන්නායකයේ ධාරාව යට සිට උඩට ගමන් කරන බව. එවිට ක්ෂේත්‍රයේ වලලු පිහිටන්නේ වාමාවර්තවයි. දැන් ප්‍රාථමිකය හරහා යන ධාරාව අඩු වෙනවා යැයි සිතමු. එවිට ක්ෂේත්‍රය සංකෝචනය වන්නටයි හදන්නේ. එහෙත් ද්විතියිකයේ ප්‍රේරිත චුම්භක ක්ෂේත්‍රය උත්සහ කරන්නේ මෙම සංකෝචනය නවතා දමන්නට. ඒ සඳහා කරන්නට තිබෙන්නේ අඩුවන ක්ෂේත්‍ර ප්‍රමාණය ඊට ලබා දීමයි. ඒ කියන්නේ ද්විතියිකයේ ක්ෂේත්‍රයත් ප්‍රාථමිකයේ ක්ෂේත්‍රයට එකතු විය හැකි පරිදියි සැකසෙන්නේ. ඒ කියන්නේ ද්විතියික ක්ෂේත්‍රයත් වාමාවර්තව සෑදෙනවා. එමනිසා දකුණත් නියමය අනුව, ද්විතියිකයේ හටගන්නා ධාරාවත් යට සිට උඩට ගමන් කිරීමට සිදු වෙනවා.

ලෙන්ස් නියමය අපූරුය. එහෙත් සමහරෙකුට එය කරදරයක් සේ දැනේ. එවැනි අයට මෙලෙස එය මතක තබා ගත හැකියි අවශ්‍ය නම්. චුම්භක ක්ෂේත්‍රය වැඩිවන විට ප්‍රේරිත ධාරාව ගලන්නේ මුල් ධාරාවට විරුද්ධ දිශාවටයි. ක්ෂේත්‍රය අඩුවන විට, ප්‍රේරිත ධාරාව මුල් ධාරාවේ දිශාවටම ගමන් කරයි.

එයම මෙලෙසත් මතක තබා ගත හැකියි. මුල් ධාරාව වැඩි වන විට, ප්‍රේරිත ධාරාව මුල් ධාරාවේ දිශාවට විරුද්ධ පැත්තට ගමන් කරන අතර, මුල් ධාරාව අඩුවන විට, ප්‍රේරිත ධාරාව මුල් ධාරාවේ දිශාවටම ගමන් කරයි. මෙහිදී ප්‍රේරිත ධාරාව විසින් සිදු කරන්නේ මුල් ධාරාව නියාමනය කිරීමක් වැනි දෙයකි. එනම්, මුල් ධාරාව වෙනස් වෙනවාට ප්‍රේරිත ධාරාව කැමැති නැත. ප්‍රේරිත ධාරාව හොඳ ආදරවන්තයෙක්; (මුල් ධාරාව නමැති) පෙම්වතිය වෙනස් වෙනවාට එයා කැමැති නැත.

ඉහත විස්තරය කියවන විට ඔබට පහසුවෙන්ම අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය අවබෝධ කර ගත හැකියි. එහෙත් තවත් වර්ගයේ ප්‍රේරණයක් තිබෙනවා "ස්වයං ප්‍රේරණය" (self induction) නමින්. එකවරම සමහරෙකුට මෙය අර තරම් පහසුවෙන් තේරුම් ගන්නට අපහසු වේවි. ස්වයං ප්‍රේරණයේදී සන්නායක දෙකක් අවශ්‍ය නැත. ප්‍රේරණය සිදු වන්නේද මුල් (ප්‍රාථමික) දඟරයේමයි. එහෙත් ඉහත අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය ගැන කියූ විස්තර එලෙසම මීටද වලංගු වේ. පෙර සේම යම් සන්නායකයක් හරහා විචලනය වන විදුලියක් යවනවා. එමඟින් විචලනය වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හටගන්නවා. දැන් එම චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ බල රේඛා විසින් එම සන්නායකයම කපනවා (හරියට පෙර අවස්ථාවෙදී අසල තිබුණු සන්නායකය කැපුවා වාගේ). මෙවිටත් එම බල රේඛා කැපීම නිසා අලුතින් විදුලියක් එම සන්නායකය තුල උත්පාදනය වෙනවා. මෙම අලුතින් හටගත් විදුලියට back EMF හෝ counter EMF (CEMF) යන නම ව්‍යවහාර වෙනවා. (EMF යනු electromotive force යන්නෙහි කෙටි වදනයි. එහි සිංහල තේරුම "විද්‍යුත්ගාමක බලය" යන්නයි. එය වෝල්ටියතාවට කියන තවත් නමක් පමණි. මෙහි බැක් හෝ කවුන්ටර් යන වචන දෙකෙහි ඇත්තේ "ආපසු/විරුද්ධ" යන තේරුමයි. ලෙන්ස් නියමය අනුව හැමවිටම මුල් ධාරාවට/විදුලියට විරුද්ධව එය ක්‍රියා කරන නිසා මේ නම ලැබී ඇත.) ඔව්, දැන් එම සන්නායකය තුළ විදුලි ධාරාවන් දෙකක් ගමන් කරනවා. එකක් නම්, මුලින්ම ගමන් කළ විදුලිය; අනෙක නම් ස්වයං-ප්‍රේරණය නිසා අලුතින් ඇති වූ විදුලියයි
 
දැන් ප්‍රේරණතාව (inductance) යන ගුණය ගැන සලකා බලමු. මෙය චුම්භක ප්‍රේරණය හා බැඳුණු සංකල්පයකි. අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරනය හා ස්වයං ප්‍රේරණය යන දෙකට පිළිවෙළින් අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණතාව හා ස්වයං ප්‍රේරණතාව යනුවෙන් දෙකක් පවතී. ප්‍රේරණතාව මනින ඒකකය හෙන්රි (Henry – H) වේ.

පළමුව, අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණතාව ගැන බලමු. අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය (mutual induction) යනු ප්‍රාථමික කොයිලය තුළින් යම් ධාරාවක් ගලන විට, ද්විතියකයේ කොතරම් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් (හෝ ස්‍රාවයක්) ඇති වෙනවාද යන්නයි (මේ ගැන අප ඉහතදී සලකා බැලුවානෙ). අනුව, ප්‍රාථමිකයේ ධාරාවට සමානුපාතිකයි ද්විතියිකයේ චුම්භක ස්‍රාවය (magnetic flux). සමානුපාතිකයක් සමාන කිරීම ගණිතානුකූලව සිදු කරන ආකාරය නම් යම් නියතයක් (constant) යෙදීමයි. මෙන්න මෙම නියතය තමයි "අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණතාව" (mutual inductance) ලෙස හැඳින්වෙන්නේ.

ψ I (චුම්භක ස්‍රාවය සමානුපාතිකයි ධාරාවට)
ψ = MI (M
යනු අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණතාව ලෙස හැඳින්වෙන සමානුපාත නියතයයි)

එහෙත් අපට චුම්භක ස්‍රාවය යන පදයෙන් එතරම් ප්‍රයෝජනවත් නැත. ඉහතදී පෙන්වා දුන් ෆැරඩේ නියමය අනුව අපට චුම්භක ස්‍රාවය විභවයකට පරිවර්ථනය කළ හැකියි ( (ස්‍රාවය/කාලය) යන්න විභවයට සමානුපාතික නිසා). ඒ අනුව අපට ඉහත සූත්‍රයම පහත වඩා ප්‍රයෝජනවත් ආකාරයට සකස් කළ හැකියි.



ඉහත (අවසානයේ පෙනෙන) සූත්‍රය වචනයෙන් මෙසේ කිව හැකියි. ප්‍රාථමිකයේ ධාරාවේ වෙනස් වීමේ සීඝ්‍රතාවට සමානුපාතිකව ද්විතියිකයේ ප්‍රේරිත විභවය පවතී. මේ අනුව, ප්‍රාථමිකයේ එක් තත්පරයක් තුළදී ධාරාව ඈම්ප් එකකින් වෙනස් වන විට, ද්විතියිකයේ වෝල්ට් එකක් හට ගත්තේ නම්, එහි අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණතාව හෙන්රි එකකි (1Volt = M (1Amp/1second) → M = 1 Henry).

දැන් පහසුවෙන්ම අපට ස්වයං-ප්‍රේරණතාව ගැනත් අවබෝධ කර ගත හැකියි. ස්වයං-ප්‍රේරණතාව යනු කොයිලය තුළ යම් ධාරාවක් ගමන් කරන විට, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස එම කොයිලයේම සමානුපාතිකව ඇතිවන චුම්භක ස්‍රාවය කොපමණද යන්නයි.

ψ I (චුම්භක ස්‍රාවය සමානුපාතිකයි ධාරාවට)
ψ = LI (L
යනු ස්වයං-ප්‍රේරණතාව යන සමානුපාත නියතයයි)

පෙර ලෙසම ස්‍රාවයට වඩා විභවය ප්‍රයෝජනවත් නිසා විභවය ඇසුරින් ඉහත සූත්‍රය පහත ආකාරයට ලිවිය හැකියි.

 

මේ අනුව, කොයිලයේ තත්පර එකක් තුළ ඇම්පියර් එකක වෙනසක් සිදු වන විට, එම කොයිලයේම වෝල්ට් එකක් ප්‍රේරණය වන විට, ස්වයං-ප්‍රේරණතාව හෙන්රි එකකි.

4 comments:

  1. සී පාඩමට මොකද උනේ.
    ......

    ReplyDelete
    Replies
    1. හදිසියේම මට ආධුනික ගුවන් විදුලිය ගැන ලියන්නට සිතුන නිසා, සී පාඩම තාවකාලිකව නවතා දැම්මා. ළඟදීම එහි ඉතිරි පාඩම් ටිකත් මා ලියන්නම් :)

      Delete
  2. ඔබේ වටිනා කාලය අප වෙනුවෙන් වැය කිරීම පිළිබඳ ස්තුතියි..!

    ReplyDelete