ઘુમરિયો પ્રવાહ (eddy current)

February, 2011

ઘુમરિયો પ્રવાહ (eddy current) : ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં કોઈ ધાતુ પરિભ્રમણ કરે અથવા તેને વર્તુળાકાર (circular) ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખવામાં આવે ત્યારે તેમાં ઉદભવતો પ્રેરિત વિદ્યુતપ્રવાહ (induced current). ધાતુને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ઘુમાવવામાં આવે અથવા ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઘૂમતું હોય ત્યારે આવા વિદ્યુતપ્રવાહનું પ્રેરણ થતું હોવાથી તેને ઘુમરિયો પ્રવાહ કહે છે. તેનો ખ્યાલ નીચેના ઉદાહરણ ઉપરથી મળે છે.

તાંબાના ગજિયા લોલક(bar pendulum)ને વિદ્યુતચુંબક(electromagnet)ના ધ્રુવો વચ્ચે ઊર્ધ્વ લટકાવીને આંદોલિત કરતાં, શરૂઆતમાં વિદ્યુતચુંબકો ચાલુ ન કર્યાં હોય ત્યારે લોલક મુક્તપણે આંદોલન કરે છે. હવાના અવરોધ દ્વારા અવમંદન (damping) અનુભવતાં તેના કંપવિસ્તાર(amplitude)માં ક્રમશ: ઘટાડો થઈ, અમુક સમય પછી તે સ્થિર બને છે. વિદ્યુતચુંબકો ચાલુ કરીને લોલકને આંદોલિત કરતાં, તેનાં આંદોલન પ્રબળ વર્તુળાકાર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થાય છે અને લોલકની ધાતુમાં પ્રેરિત વિદ્યુતચાલક બળ (induced electromotive force) ઉત્પન્ન થવાથી વિદ્યુતપ્રવાહપ્રેરિત થાય છે. વિદ્યુત-અવરોધનું મૂલ્ય ઓછું હોઈ લોલકની ધાતુમાં ઘુમરિયો વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે જે લોલકની ગતિની વિરુદ્ધ દિશામાં અવરોધક બળ ઉત્પન્ન કરે છે. તેને લીધે લોલકનાં આંદોલન બંધ પડી, થોડી જ વારમાં તે સ્થિર બને છે. આમ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં લોલકની યાંત્રિક ઊર્જાનું વિદ્યુત-ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે અને વિદ્યુત-ઊર્જાનું ઉષ્મા-ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે. માટે ઘુમરિયા પ્રવાહને કારણે ધાતુમાં ઉષ્મા પેદા થાય છે. ઇન્ડક્શન કૉઇલ, ડાઇનેમો તથા ટ્રાન્સ્ફૉર્મર જેવાં સાધનોમાં કોર (core – જેની ઉપર તારનાં ગૂંચળાં વીંટાળવામાં આવે છે તે) ચુંબકીય પરિપથના એક ભાગ જેવો હોય છે. વિદ્યુતપ્રવાહને કારણે તેમાં પ્રત્યાવર્તી (alternating) ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે. કોર ધાતુના એક સળંગ ટુકડા રૂપે હોય તો તેમાંના ઘુમરિયા પ્રવાહને કારણે ઉષ્મા પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઉદભવતી હોય છે. આમ તો ઘુમરિયા પ્રવાહનું લોપન (elimination) સાવ શક્ય નથી; પરંતુ સળંગ ટુકડાવાળા ધાતુના કોરને બદલે ધાતુની પતરીઓનો બનેલ (laminated) કોર વાપરવાથી તેની ઉષ્મા-અસરમાં મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડો થઈ શકે છે. આ જ કારણે ઇન્ડક્શન કૉઇલનો કોર ધાતુના સળંગ ટુકડા રૂપે ન હોતાં, એકબીજાથી ઇન્સ્યુલેટ કરેલા પાતળા તારના સમૂહનો બનેલો હોય છે. ટ્રાન્સફૉર્મરમાં તે એકબીજાથી ઇન્સ્યુલેટ કરેલી ધાતુની પાતળી પતરીઓનો બનેલો હોય છે.

ઘુમરિયા પ્રવાહનો ઉપયોગ નીચે દર્શાવેલ ઉપકરણોમાં કરવામાં આવે છે :

(1) ઇન્ડક્શન ફર્નેસ : જુદી જુદી ધાતુમાંથી શૂન્યાવકાશમાં અનુરૂપ મિશ્ર ધાતુ (alloy) બનાવવા માટે આ ભઠ્ઠી વપરાય છે. ઝડપથી બદલાતા પ્રત્યાવર્તી ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ધાતુને રાખતાં, ઘુમરિયો પ્રવાહ પેદા થવાથી ધાતુમાં પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઉષ્મા ઉત્પન્ન થાય છે જે ધાતુને પિગળાવવા માટે પૂરતી હોય છે.

(2) ડેડબીટગૅલ્વેનોમીટર : ચલિત ગૂંચળાવાળા (moving coil) ગૅલ્વેનોમીટરમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરતાં ગૂંચળાનું આવર્તન થાય છે. ગૂંચળું સ્થિર બની સ્થાયી આવર્તન (steady deflection) દર્શાવે તેવા ગૅલ્વેનોમીટરને ‘ડેડ-બીટ’ ગૅલ્વેનોમીટર કહે છે. [આનાથી વિરુદ્ધ પ્રકારના ગૅલ્વેનોમીટરને ‘બેલિસ્ટિક’ ગૅલ્વેનોમીટર કહે છે. તેનું ગૂંચળું લાંબા સમય સુધી આંદોલિત થતું જ રહે છે.] ‘ડેડ-બીટ’ ગૅલ્વેનોમીટરના ગૂંચળાને તાંબા કે ઍલ્યુમિનિયમ જેવી ધાતુની વજનમાં હલકી હોય એવી ફ્રેમ ઉપર વીંટાળવામાં આવે છે. [તેથી ઊલટું, બેલિસ્ટિક ગૅલ્વેનોમીટરના ગૂંચળાને વજનદાર લાકડાની ફ્રેમ ઉપર વીંટાળવામાં આવે છે.] ‘ડેડ-બીટ’ ગૅલ્વેનોમીટરમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરતાં ધાતુની ફ્રેમમાં ઘુમરિયો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થવાથી તેને લટકતું રાખનાર તારમાં બળયુગ્મ (torque) પેદા કરી સમતોલન ઉપજાવી, ગૂંચળાને સ્થિર બનાવે છે.

(3) બેલિસ્ટિકગૅલ્વેનોમીટર : આ ગૅલ્વેનોમીટર વિદ્યુતપ્રવાહને બદલે વિદ્યુતભાર(electric charge)નું માપન કરે છે. તેના ગૂંચળા સાથે લઘુ અવરોધને સમાંતરમાં (shunt) જોડતાં, તેમાં ઘુમરિયો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થઈ ગૂંચળાનું અવમંદન કરી તેને સ્થિર બનાવે છે.

(4) ઇન્ડક્શનમોટર : ધાતુના નળાકારને ઘૂમતા ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખતાં ધાતુમાં ઉદભવતો ઘુમરિયો પ્રવાહ નળાકાર અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની સાપેક્ષ ગતિને ઘટાડવા પ્રયત્ન કરે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઘૂમતું રહેતું હોવાથી ધાતુનો નળાકાર તેના અક્ષ ઉપર ઘૂમવા લાગે છે અને ઇન્ડક્શન-મોટર ચાલુ થાય છે.

(5) સ્પીડોમીટર : મોટરકારની ઝડપ માપવા માટેના સ્પીડોમીટરમાં ઍલ્યુમિનિયમના નળાકારની અંદર ‘પિવટ’ અને ‘હેરસ્પ્રિંગ’ દ્વારા સંભાળપૂર્વક ગોઠવેલું એક ચુંબક હોય છે, જે કારની ગતિને અનુરૂપ ઘૂમતું રહે છે. ચુંબકના ભ્રમણને કારણે નળાકારમાં ઘુમરિયો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે અને નળાકાર એક તરફ ઘસડાય છે. નળાકારનું આવું ખેંચાણ (drag) કારની ગતિ ઉપર આધારિત હોય છે.

(6) ઇલેક્ટ્રિક બ્રેક : ગતિમય આગગાડીની ભ્રમણ કરતી ધરી-(axle)ની સાથે જોડેલો નળાકાર (drum) ભ્રમણ કરતો હોય છે. ગાડીને ઊભી રાખવી હોય ત્યારે ભ્રમિત નળાકારને ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ પાડતાં, તેમાં ઘુમરિયો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થઈ વિરુદ્ધ દિશામાં બળયુગ્મ ઉપજાવી તે ગાડીને ઊભી રાખે છે.

એરચ મા. બલસારા