📚 Rise Notes — Lecture 8

🧲 MAGNETIC EFFECT OF ELECTRIC CURRENT

Physics Notes · Simple Language · Complete Coverage

🗂️ Topics at a Glance
1Magnetic Effect – Introduction 2Magnetic Field Lines 3Field due to Straight Wire 4Maxwell's Screw Rule 5Field due to Circular Loop 6Ampere's Law 7Solenoid 8Electromagnet 9Force on Current-Carrying Conductor 10Fleming's Left Hand Rule 11Fleming's Right Hand Rule 12Electromagnetic Induction 13Short Circuit 14AC vs DC Current 15Lenz's Law 16Rheostat & Cyclotron
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Topic 1Magnetic Effect of Electric Current

जब किसी conductor में electric current flow होती है → उसके around एक magnetic field produce होती है। यही Magnetic Effect of Electric Current है।

🧭 Example: Current-carrying wire के पास compass needle को रखो → needle deflect हो जाती है।
  • 🔸 Discovered by: Hans Christian Oersted — 1820 में
  • 🔸 Current की direction बदलो → Magnetic field की direction भी बदलती है
  • 🔸 Current ज़्यादा → Magnetic field ज़्यादा strong
  • 🔸 Wire के पास current न हो → compass needle North point करती है (normal)
🧲 Types of Magnets
🔵
Horseshoe Magnet
🔵
U-shaped Magnet
📊
Bar Magnet
⭕
Cylindrical Magnet
📍
Needle Magnet
⭕
Ring Magnet
🔘
Circular Magnet
🔘
Rod Magnet
🥚
Oval-shaped Magnet
🧲 Like poles repel, Unlike poles attract — North-North repel, North-South attract।
〰️
Topic 2Magnetic Field Lines

जब magnet के around iron filings scatter किए जाते हैं → वो temporary magnets बन जाते हैं (magnetic induction से) → field lines के along align होते हैं।

📏 Properties of Magnetic Field Lines
1️⃣Outside magnet में: North pole से South pole की तरफ जाती हैं।
2️⃣Inside magnet में: South से North की तरफ जाती हैं → closed loops बनाती हैं।
3️⃣Lines जितनी करीब होंगी → magnetic field उतनी strong होगी।
4️⃣Field lines कभी cross नहीं करतीं — अगर cross हों तो एक point पर दो directions होंगे जो impossible है।
5️⃣Field lines direction और strength दोनों show करती हैं।
6️⃣Poles के पास lines सबसे dense होती हैं → magnetic field poles पर strongest होती है।
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Topic 3Magnetic Field due to Straight Current-Carrying Conductor

Straight current-carrying conductor के around magnetic field concentric circles के form में होती है — wire को center मानकर।

📈 B ∝ Current
  • Current ज़्यादा → Magnetic field stronger
  • Double current → Double field strength
📉 B ∝ 1/Distance
  • Wire से दूर जाने पर field weaker होती है
  • Distance ∝ 1/B (inversely proportional)
👍 Right-Hand Thumb Rule: Right hand का thumb current direction में point करो → बाकी fingers जिस direction में curl करती हैं = magnetic field direction।
⬇️ Current downward हो → field Clockwise
⬆️ Current upward हो → field Anti-clockwise
🔩
Topic 4Maxwell's Screw Rule
🔩 Maxwell's Screw Rule: Imagine एक right-handed screw को current की direction में turn करो — screw जिस direction में rotate करे = magnetic field lines की direction।
💡 यह Right-Hand Thumb Rule का alternate version है। दोनों same result देते हैं — बस याद करने का तरीका अलग है।
⭕
Topic 5Magnetic Field due to Circular Current-Carrying Loop

Circular loop = बहुत सारे छोटे straight current-carrying segments से बना होता है। हर segment अपने around concentric circles में field produce करता है।

  • 🔸 Wire के पास → field lines circular होती हैं
  • 🔸 Centre पर → field lines nearly straight और parallel होती हैं
  • 🔸 Anti-clockwise current → field out of plane = North pole
  • 🔸 Clockwise current → field into plane = South pole
  • 🔸 Current reverse → magnetic field direction भी reverse
🌀 Number of turns (loops) बढ़ाओ → Magnetic field उतनी ही ज़्यादा। Mf ∝ n (turns double = field double)
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Topic 6Ampere's Law
📐 Ampere's Law: "किसी closed loop के around magnetic field का line integral, उस loop से pass होने वाले total current के proportional होता है।"
∮ B·dl = μ₀IAmpere's Law Formula
μ₀ = 4π × 10⁻⁷Permeability of free space
🔧 Ampere's Law straight wires और solenoids में magnetic field calculate करने के लिए use होता है।
🌀
Topic 7Solenoid

Solenoid = एक long coil of wire जिसमें closely wound turns होते हैं। जब इसमें current flow होती है → यह bar magnet जैसा behave करता है।

🌀 Solenoid के अंदर magnetic field uniform और strongest होती है — center पर सबसे ज़्यादा।
  • 🔸 Ideal solenoid के बाहर magnetic field = zero (जब length >> radius हो)
  • 🔸 हर turn अपना magnetic field generate करता है → सब combine → strong uniform field
  • 🔸 Current direction reverse → magnetic field direction भी reverse
  • 🔸 Solenoid, bar magnet जैसा behavior करता है — एक end North, दूसरा South pole
🔌
Topic 8Electromagnet
🔌 Electromagnet = Temporary Magnet — Current flow होने पर magnetic properties exhibit करता है। Current बंद → magnetism खत्म।
  • 🔸 Coil के अंदर soft iron core रखने पर → coil का magnetic field soft iron में magnetism induce करता है
  • 🔸 Induced magnetism temporary होती है — current चले तो magnetized, बंद हो तो normal
  • 🔸 Soft iron core use होती है (hard steel नहीं) — क्योंकि soft iron easily magnetized और demagnetized होती है
💥
Topic 9Force on a Current-Carrying Conductor in Magnetic Field

जब current-carrying conductor किसी external magnetic field में रखा जाए → conductor पर force experience होती है — conductor के magnetic field और external field के interaction से।

F = I(L × B)Force on Conductor
F = ILB sinθWhen angle = θ
  • 🔸 F = Magnetic force on conductor
  • 🔸 I = Current in conductor
  • 🔸 L = Length of conductor in direction of current
  • 🔸 B = Magnetic field strength
  • 🔸 θ = Angle between L and B
📊 Force Conditions
✅ θ = 90° → Maximum Force
sin 90° = 1
F = ILB (maximum)
L ⊥ B
❌ θ = 0° → Zero Force
sin 0° = 0
F = 0
L ∥ B (parallel)
❌ θ = 180° → Zero Force
sin 180° = 0
F = 0
L anti-parallel to B
🖐️
Topic 10Fleming's Left Hand Rule
🖐️ Fleming's Left Hand Rule: Left hand के thumb, index finger और middle finger को 90° पर extend करो — यह rule current-carrying conductor पर force की direction बताता है।
👆 Three Fingers — क्या बताते हैं?
👍 Thumb (अंगूठा) = Direction of Force (Motion)
☝️ Index Finger (तर्जनी) = Direction of Magnetic Field (B)
🖕 Middle Finger (मध्यमा) = Direction of Current (I)
⚙️ Electric Motor = Electrical energy → Mechanical energy। Fleming's Left Hand Rule यहाँ use होती है।
💡 Electric current की direction = positive charges (+) की motion की direction = electrons की direction के opposite।
✋
Topic 11Fleming's Right Hand Rule
✋ Fleming's Right Hand Rule: Generator में induced current की direction find करने के लिए। Mechanical energy → Electrical energy।
👆 Right Hand — क्या बताते हैं?
👍 Thumb = Direction of Motion (conductor की)
☝️ Forefinger (Index) = Direction of Magnetic Field (B)
🖕 Middle Finger = Direction of Induced Current
🖐️ Left Hand Rule
  • Electric Motor के लिए
  • Electrical → Mechanical
  • Force की direction find करना
✋ Right Hand Rule
  • Generator के लिए
  • Mechanical → Electrical
  • Induced current की direction find करना
⚡
Topic 12Electromagnetic Induction
⚡ Electromagnetic Induction: जब changing magnetic field के कारण conductor में EMF (electromotive force) produce हो → current produce हो, यही EM Induction है।
  • 🔸 Discovered by: Michael Faraday — 1831 में
  • 🔸 Conductor को moving magnetic field में रखो (AC power source के साथ)
  • 🔸 या stationary magnetic field में conductor को move करो
  • 🔸 Bar magnet को coil की तरफ push करो → galvanometer deflect होता है (current induced)
💡 यही principle Electric Generator में use होता है — Mechanical energy से electricity generate होती है।
⚠️
Topic 13Short Circuit
⚠️ Short Circuit: Wire की insulation break होने से Live wire और Neutral wire आपस में contact करती हैं → current suddenly बहुत ज़्यादा बढ़ जाती है।
  • 🔸 Short circuit = very low resistance path → बहुत ज़्यादा current flow होती है
  • 🔸 Fuse short circuit से protect करता है — excessive current पर melt होकर circuit break करता है
  • 🔸 Short circuit से fire और appliance damage का risk होता है
🔄
Topic 14AC vs DC Current
🟢 DC — Direct Current
  • Current सिर्फ एक direction में flow होती है
  • Frequency = 0 Hz
  • Sources: Cell, Battery
  • Steady और constant current
🔴 AC — Alternating Current
  • Current हर 1/100th second में direction बदलती है
  • Frequency = 50 Hz – 60 Hz
  • Source: Generator
  • India में household: 220V, 50Hz
🔄 Rectifier
  • AC → DC में convert करता है
🔁 Inverter
  • DC → AC में convert करता है
🔌 Wire Colours (Reminder)
  • 🔸 Live Wire = Red colour = 220V (खतरनाक)
  • 🔸 Neutral Wire = Black colour = 0V
↩️
Topic 15Lenz's Law
↩️ Lenz's Law: "Induced current की direction हमेशा उस cause को oppose करती है जो उसे produce करता है।"
🧲 N pole coil की तरफ move करो → coil का वो end भी N pole बन जाता है (repel करने के लिए = oppose करना)।
🧲 N pole coil से दूर move करो → coil का वो end S pole बन जाता है (attract करने के लिए = फिर oppose करना)।
⚖️ Lenz's Law, Conservation of Energy का consequence है — बिना energy input के induced current produce नहीं होती।
⚙️
Topic 16Rheostat & Cyclotron
🎚️
Rheostat (Current Controller)
Type: Variable Resistor
Function: Voltage change किए बिना circuit में current को control करना — resistance बढ़ाकर या घटाकर।
⚛️
Cyclotron
Type: Particle Accelerator
Function: Charged particles (protons, ions) को बहुत high speeds और energy तक accelerate करना।
🎯
Quick RevisionAll Key Facts & Formulas
∮ B·dl = μ₀IAmpere's Law
F = ILB sinθForce on Conductor
F = I(L × B)Vector Form
Mf ∝ nField ∝ Turns
B ∝ IField ∝ Current
B ∝ 1/dField ∝ 1/Distance
🧠 Trick — Hands: LEFT hand = Motor (Electrical → Mechanical) · RIGHT hand = Generator (Mechanical → Electrical)
Thumb=Force, Index=B, Middle=Current (Left) · Thumb=Motion, Index=B, Middle=Induced Current (Right)
📅 Discoverers: Oersted (1820) → Magnetic effect · Faraday (1831) → EM Induction · Ampere → Ampere's Law