मोटर लगातार घूमती क्यों रहती है? डिजिटल 3D और पेपरक्राफ्ट के साथ जानिए फ्लेमिंग के नियम और कम्यूटेटर का रहस्य!

मैं, कुवाको केन, एक साइंस ट्रेनर हूँ। हर दिन एक प्रयोग है।

ज़रा सोचिए, आपके आस-पास कितने ‘मोटर’ हैं? पंखा, वॉशिंग मशीन, स्मार्टफ़ोन का वाइब्रेशन, ट्रेन के पहिए तक… हमारी ज़िंदगी चीज़ों को ‘घुमाने’ वाली शक्ति से भरी पड़ी है। लेकिन, जब आपसे पूछा जाता है, “बिजली डालने पर चीज़ें घूमती क्यों हैं?” तो जवाब देना थोड़ा मुश्किल हो जाता है, है ना? आख़िर, हम अदृश्य बिजली और चुम्बक की शक्ति को कैसे समझाएँ?

शायद इस मुश्किल को आसान करने के लिए, मुझे एक ज़बरदस्त 3D ग्राफ़ सॉफ़्टवेयर ‘GeoGebra’ पर मोटर के काम करने के तरीक़े को समझाने वाला एक शानदार शैक्षिक सामग्री मिली है। वह ये रही:

GeoGebra से मोटर के काम करने के तरीक़े को ‘देखिए’

यह हो सकता है… (सर्च: DC Motor)

या फिर यह! (सर्च: Cópia de Electric Motor)

इसे PC पर भी देखा जा सकता है, लेकिन मैं ख़ास तौर पर iPad ऐप ‘Geogebra’ की सिफ़ारिश करूँगा। इसमें क्या कमाल है? वो ये है कि आप ‘इसे ख़ुद से घुमाकर देख सकते हैं’! किताबों में दिए गए समतल (फ़्लैट) डायग्राम में, जब कहा जाता है कि “हाँ, यहाँ बल (फ़ोर्स) पीछे की तरफ़ है”, तो बात आसानी से गले नहीं उतरती। लेकिन इस सामग्री से, आप इसे अपनी पसंद के किसी भी कोण (ऐंगल) पर घुमा सकते हैं और “अरे वाह, बल सच में इसी दिशा में लग रहा है!” यह बात त्रिविमीय (3D) तरीक़े से समझ सकते हैं।

बिल्कुल सही! आप ‘फ़्लेमिंग के बाएँ हाथ का नियम’ को अपने हाथों से आज़माते हुए जाँच सकते हैं। प्रौद्योगिकी (टेक्नोलॉजी) ने त्रिविमीय घटनाओं को समझाना कितना आसान कर दिया है!

डिजिटल से समझकर, एनालॉग में ‘बनाइए’!

जब आप डिजिटल 3D मॉडल से ‘वाह!’ कहकर इस तंत्र (मैकेनिज़्म) को समझ लेते हैं, तो अगला क़दम इसे अपने हाथों से बनाना ही होता है, है ना? हमने विज्ञान सामग्री को #पेपरक्राफ्ट के तौर पर बनाने की कोशिश करने वाले किशी शोटारो शिक्षक की वेबसाइट की मदद से छात्रों के साथ मिलकर ‘घूमता हुआ! कागज़ का मोटर 2’ बनाया। अब, आइए मिलकर देखें कि यह कागज़ का मोटर ‘क्यों घूमता रहता है’ – इसके दिल की धड़कन!

फ़्लेमिंग का नियम और ‘घूमने वाला बल’

सबसे पहले, उस क्षण को देखते हैं जब कॉइल में धारा (करंट) ‘abcd’ दिशा में बह रही होती है।

यहाँ विज्ञान की कक्षा का ‘सितारा’ आता है: ‘फ़्लेमिंग के बाएँ हाथ का नियम’। यह ‘धारा-चुम्बकीय क्षेत्र-बल (करंट-मैग्नेटिक फ़ील्ड-फ़ोर्स)’ है!

कॉइल के ‘ab’ भाग पर ध्यान दें। धारा ‘a→b’ की दिशा में है। चुम्बक के N ध्रुव से S ध्रुव की ओर जाने वाला ‘चुम्बकीय क्षेत्र (मैग्नेटिक फ़ील्ड)’ की दिशा। इन दोनों को अपने बाएँ हाथ की ‘बीच वाली उंगली (धारा)’ और ‘तर्जनी उंगली (चुम्बकीय क्षेत्र)’ पर रखें…

अंगूठा (बल) ‘पीछे की ओर’ इशारा करता है! अब, कॉइल के ‘cd’ भाग को देखते हैं। धारा ‘c→d’ है।

उसी तरह बाएँ हाथ को लगाकर देखें… इस बार अंगूठा (बल) ‘आगे की ओर’ इशारा करता है।

अब कल्पना कीजिए। कॉइल का एक हिस्सा (ab) पीछे की ओर धकेला जाता है, और दूसरा हिस्सा (cd) आगे की ओर खींचा जाता है। तो क्या होगा? बिल्कुल! कॉइल ‘घूमना’ शुरू कर देगा। यह मोटर का पहला कदम है।

लगातार घूमते रहने के लिए ‘चतुर व्यवस्था’

लेकिन, यहाँ एक बड़ी समस्या आती है। अगर कॉइल आधा घूम जाए और ab और cd की जगहें बदल जाएँ तो क्या होगा? अगर धारा अभी भी ‘abcd’ दिशा में ही बहती रही… तो पहले से विपरीत बल लगेगा, और घूमना रुक जाएगा। यह ऐसा ही है जैसे झूला झूलते समय ग़लत समय पर विपरीत दिशा में धक्का लग जाए।

यहीं पर मोटर के ‘आविष्कार’ का महत्वपूर्ण हिस्सा, ‘कम्यूटेटर (दिष्‍टपरिवर्तक)’ आता है!

यह कम्यूटेटर, जैसे ही कॉइल आधा घूमता है, धारा के बहने की दिशा को ‘dcba’ में, यानी उलटी दिशा में, बदल देता है।

जब धारा की दिशा बदलती है, तो…

(आधा घूमकर आगे आए) ‘cd’ भाग में बहने वाली धारा पर…

‘पीछे की ओर (इस चित्र में ऊपर की ओर)’ बल लगता है, और

(आधा घूमकर पीछे गए) ‘ab’ भाग में बहने वाली धारा पर…

‘आगे की ओर (इस चित्र में नीचे की ओर)’ बल लगता है। धारा की दिशा को ‘बिल्कुल सही समय पर पलटने’ की इस चतुर व्यवस्था की बदौलत, मोटर को हमेशा एक ही दिशा में बल मिलता रहता है, और वह लगातार गोल-गोल घूमता रहता है!

जो और गहराई से जानना चाहते हैं

इस बार, हमने डिजिटल 3D मॉडल और एनालॉग पेपरक्राफ्ट दोनों का इस्तेमाल करके मोटर के सिद्धांत को समझा। Tom Walsh द्वारा तैयार की गई यह GeoGebra सामग्री भी बहुत स्पष्ट है, इसे भी ज़रूर देखें।

https://www.geogebra.org/m/DsCfTEex#material/PN2YrxBb

जब ‘बस थोड़ा-बहुत जानते हैं’ से ‘तंत्र को समझा सकते हैं!’ में बदलाव आता है, तो विज्ञान और भी मज़ेदार हो जाता है!

संपर्क और अनुरोध

विज्ञान के आश्चर्यों और दिलचस्प बातों को और क़रीब से जानें! घर पर किए जा सकने वाले मज़ेदार विज्ञान प्रयोग और उनके तरीक़ों को आसान भाषा में समझाया गया है। अलग-अलग चीज़ें सर्च करके देखें! ・साइंस नोट्स की सामग्री अब किताब बन गई है। ज़्यादा जानकारी के लिए यहाँ क्लिक करें ・संचालक (ऑपरेटर) कुवाको केन के बारे में यहाँ देखें ・विभिन्न अनुरोधों (लेखन, व्याख्यान, प्रयोग कक्षाएँ, टीवी पर्यवेक्षण, उपस्थिति आदि) के लिए यहाँ क्लिक करें ・लेखों की अपडेट जानकारी X पर उपलब्ध है!

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３月のイチオシ実験！

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