विद्युत और चुंबकत्व (इलेक्ट्रोडायनामिक्स) विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं का अध्ययन करते हैं। इन इंटरैक्शन का वाहक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र है, यह दो परस्पर जुड़े क्षेत्रों का एक संयोजन है: चुंबकीय और विद्युत।
बिजली का सिद्धांत, आज मैक्सवेल के समीकरणों पर आधारित है, वे अपने भंवर और स्रोत के माध्यम से क्षेत्रों का निर्धारण करते हैं।
इतिहास में विद्युत तथ्य
प्राचीन काल में विद्युत घटनाएँ ज्ञात थीं, उनमें से निम्नलिखित तथ्यों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:
- लगभग 500 ई.पू एन.एस. थेल्स ऑफ मिलेटस ने पाया कि ऊन के साथ पहना जाने वाला एम्बर आसानी से हल्के फुल्के को आकर्षित करता है। यहाँ तक कि उनकी बेटी ने भी, जब वह अंबर तकली को ऊन से साफ कर रही थी, उसने भी इस प्रभाव को देखा। शब्द "इलेक्ट्रॉन" का ग्रीक से "एम्बर" के रूप में अनुवाद किया गया है, इसलिए "बिजली" शब्द की उत्पत्ति हुई। इस अवधारणा को पेश किया गया था। 16वीं सदी के अंग्रेज चिकित्सक गिल्बर्ट। प्रयोगों की एक श्रृंखला के बाद, उन्होंने पाया कि कई पदार्थ विद्युतीकृत होते हैं।
- बाबुल (4000 साल पहले) में तांबे और लोहे की छड़ों से युक्त मिट्टी के बर्तनों की खोज की गई थी। तल पर बिटुमेन था, जो सामग्री को इन्सुलेट करता है। छड़ों को एसिटिक या साइट्रिक एसिड द्वारा अलग किया गया था, यानी यह खोज एक गैल्वेनिक सेल जैसा दिखता है। बेबीलोन के गहनों पर सोने को इलेक्ट्रोप्लेटिंग द्वारा लगाया गया था।
विद्युत चुम्बकीय
परिभाषा 1
विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र एक प्रकार का पदार्थ है जिसके माध्यम से विद्युत चुम्बकीय संपर्कविद्युत आवेश वाले कणों के बीच। यह एक प्रकार का पदार्थ है जो विद्युत चुम्बकीय बलों की क्रिया को प्रसारित करता है।
विद्युत में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की अवधारणा शामिल है। यह याद रखने योग्य है कि भौतिकी में "फ़ील्ड" शब्द का उपयोग उनकी सामग्री में कई अलग-अलग अवधारणाओं को दर्शाने के लिए किया जाता है, जिसमें निम्नलिखित शामिल हैं:
- शब्द "फ़ील्ड" किसी भी भौतिक मात्रा, अदिश या वेक्टर के वितरण को पूरी तरह से दर्शाता है। अध्ययन करते समय, उदाहरण के लिए, माध्यम में विभिन्न बिंदुओं पर थर्मल राज्य, एक अदिश तापमान क्षेत्र की सूचना दी जाती है। लोचदार माध्यम में यांत्रिक कंपन की प्रक्रिया पर विचार करते समय, यह एक यांत्रिक तरंग क्षेत्र को संदर्भित करता है। इन उदाहरणों में, "क्षेत्र" की अवधारणा अध्ययन किए गए भौतिक वातावरण की भौतिक स्थिति का वर्णन करती है।
- एक विशेष प्रकार के पदार्थ को क्षेत्र भी कहते हैं। क्षेत्र शब्द (एक प्रकार के मामले के रूप में) अंतःक्रिया की सामान्य समस्या के कारण प्रकट हुआ। वह सिद्धांत जहां बलों की क्रिया को एक सामान्य शून्य के माध्यम से तुरंत प्रसारित किया जाता है, दूरी पर कार्रवाई का सिद्धांत कहलाता है। वह सिद्धांत जो यह दावा करता है कि बलों की क्रिया एक मध्यवर्ती सामग्री माध्यम से एक सीमित गति से प्रसारित होती है, शॉर्ट-रेंज एक्शन का सिद्धांत कहलाता है।
विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों को आमतौर पर अलग-अलग माना जाता है, हालांकि वास्तव में "विशुद्ध रूप से" चुंबकीय या "विशुद्ध रूप से" विद्युत घटनाएं मौजूद नहीं हैं। केवल एक ही विद्युत चुम्बकीय प्रक्रिया है। चुंबकीय और विद्युत में विद्युत चुम्बकीय संपर्क का विभाजन, साथ ही चुंबकीय और विद्युत में एकीकृत विद्युत चुम्बकीय बलों का विभाजन सशर्त है, और इस तरह के एक सम्मेलन को आसानी से सिद्ध किया जा सकता है। शब्दावली - "चुंबकीय", "विद्युत" बल उतने ही सशर्त हैं।
आवेश
परिभाषा 2
इलेक्ट्रिक चार्ज एक अंतर्निहित संपत्ति है जो पदार्थ के कुछ "सरल" कणों में निहित है - "प्राथमिक" कण। ऊर्जा, द्रव्यमान आदि के साथ एक विद्युत आवेश। कणों के मूलभूत गुणों का "जटिल" बनाता है।
ज्ञात प्राथमिक कणों में से केवल पॉज़िट्रॉन, इलेक्ट्रॉन, एंटीप्रोटोन, प्रोटॉन, कुछ हाइपरॉन और मेसन और उनके एंटीपार्टिकल्स में विद्युत आवेश होता है। इसी समय, न्यूट्रिनो, न्यूट्रॉन, न्यूट्रल हाइपरॉन और मेसन और उनके एंटीपार्टिकल्स, साथ ही फोटॉन में विद्युत आवेश नहीं होता है।
केवल दो प्रकार के विद्युत आवेश ज्ञात हैं, जिन्हें सशर्त रूप से नकारात्मक और सकारात्मक कहा जाता है ("नकारात्मक" और "सकारात्मक" बिजली की अवधारणाएं पहली बार 18 वीं शताब्दी में डब्ल्यू। फ्रैंकलिन (यूएसए) द्वारा पेश की गई थीं)।
प्रारंभिक प्रभार के मूल्य का प्रत्यक्ष निर्धारण 1909 - 1904 में किया गया था। ए एफ। Ioffe (रूस), साथ ही R.E. मिलिकन (यूएसए)। Ioffe और Milliken के प्रयोगों के बाद, उप-इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की परिकल्पना को खारिज कर दिया गया था, अर्थात। वे आवेश जो एक इलेक्ट्रॉन के आवेश से कम होते हैं।
इस तरह के चार्ज को उन कणों से अलग नहीं किया जा सकता है जिनसे यह संबंधित है। पदार्थ की सामान्य अविनाशीता विद्युत आवेश की अविनाशीता पर जोर देती है। संवेग के नियमों में, द्रव्यमान का संरक्षण, ऊर्जा, कोणीय गति, सैद्धांतिक यांत्रिकी में लोकप्रिय, विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम को जोड़ा जाना चाहिए: कणों या निकायों की एक बंद प्रणाली में, आवेशों का बीजगणितीय योग स्थिर होता है, कोई फर्क नहीं पड़ता इस प्रणाली में क्या प्रक्रियाएं होती हैं। चार्ज के संरक्षण का सामान्य कानून एम। फैराडे (इंग्लैंड) और एफ। एपिनस (रूस) द्वारा प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था।
एक विद्युत चुम्बकीय माइक्रोफील्ड की उपस्थिति प्रत्येक प्राथमिक आवेश की गति के साथ परस्पर जुड़ी होती है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मैक्रोस्कोपिक और इलेक्ट्रोस्टैटिक्स इलेक्ट्रोडायनामिक्स द्वारा अध्ययन किए गए विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र औसत हो गए हैं: वे सभी माइक्रोफिल्ड के सुपरपोजिशन या सुपरपोजिशन का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो चलती प्राथमिक चार्ज का एक बड़ा सेट बनाता है। अनुभव से पता चलता है कि औसत विद्युत क्षेत्र भी शून्य से पूरी तरह से तभी भिन्न हो सकता है जब इसका "स्रोत" - मैक्रोचार्ज पूरी तरह से गतिहीन हो, और जब यह गति में हो।
विद्युत क्षेत्र की ताकत
विद्युत क्षेत्र की ताकत क्षेत्र की एक सदिश विशेषता है, एक दिए गए संदर्भ के फ्रेम में एक इकाई विद्युत आवेश पर कार्य करने वाला बल।
तनाव सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:
$ ई↖ (→) = (एफ↖ (→)) / (क्यू) $
जहां $ E↖ (→) $ क्षेत्र की ताकत है; $F↖ (→) $ क्षेत्र के किसी दिए गए बिंदु पर रखे गए आवेश $ q $ पर लगने वाला बल है। वेक्टर $ E↖ (→) $ की दिशा धनात्मक आवेश पर कार्य करने वाले बल की दिशा के साथ मेल खाती है, और ऋणात्मक आवेश पर कार्य करने वाले बल की दिशा के विपरीत होती है।
तनाव का SI मात्रक वोल्ट प्रति मीटर (V/m) है।
एक बिंदु आवेश की क्षेत्र शक्ति।कूलम्ब के नियम के अनुसार, एक बिंदु आवेश $ q_0 $ दूसरे आवेश पर कार्य करता है $ q $ के बराबर बल के साथ
$ एफ = के (| q_0 || क्यू |) / (आर ^ 2) $
इससे $ r $ की दूरी पर एक बिंदु आवेश $ q_0 $ की क्षेत्र शक्ति का मापांक है
$ ई = (एफ) / (क्यू) = के (| q_0 |) / (आर ^ 2) $
विद्युत क्षेत्र के किसी भी बिंदु पर तीव्रता का सदिश इस बिंदु और आवेश को जोड़ने वाली एक सीधी रेखा के अनुदिश निर्देशित होता है।
बल की विद्युत क्षेत्र रेखाएँ
अंतरिक्ष में विद्युत क्षेत्र को आमतौर पर बल की रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है। बल की रेखाओं की अवधारणा को एम. फैराडे ने चुंबकत्व के अध्ययन में पेश किया था। तब इस अवधारणा को जे मैक्सवेल ने विद्युत चुंबकत्व पर शोध में विकसित किया था।
बल की एक रेखा, या विद्युत क्षेत्र की ताकत की एक रेखा, एक ऐसी रेखा होती है, जिसके प्रत्येक बिंदु पर स्पर्शरेखा क्षेत्र के इस बिंदु पर स्थित धनात्मक बिंदु आवेश पर कार्य करने वाले बल की दिशा से मेल खाती है।
धनात्मक आवेशित गेंद की तनाव रेखाएँ;
दो विपरीत आवेशित गेंदों की तनाव रेखाएँ;
दो समान आवेशित गेंदों की तनाव रेखाएँ
दो प्लेटों की तनाव रेखाएं, अलग-अलग संकेतों से चार्ज होती हैं, लेकिन निरपेक्ष मूल्य शुल्क में समान होती हैं।
अंतिम आकृति में तनाव रेखाएं प्लेटों के बीच की जगह में लगभग समानांतर होती हैं, और उनका घनत्व समान होता है। इससे पता चलता है कि अंतरिक्ष के इस क्षेत्र में क्षेत्र एक समान है। एक विद्युत क्षेत्र को सजातीय कहा जाता है, जिसकी ताकत अंतरिक्ष के सभी बिंदुओं पर समान होती है।
इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में, बल की रेखाएं बंद नहीं होती हैं, वे हमेशा सकारात्मक चार्ज से शुरू होती हैं और नकारात्मक चार्ज पर समाप्त होती हैं। वे कहीं भी प्रतिच्छेद नहीं करते हैं, बल की रेखाओं का प्रतिच्छेदन प्रतिच्छेदन के बिंदु पर क्षेत्र की ताकत की दिशा की अनिश्चितता को इंगित करेगा। क्षेत्र रेखाओं का घनत्व आवेशित पिंडों के पास अधिक होता है, जहाँ क्षेत्र की ताकत अधिक होती है।
चार्ज बॉल फील्ड।गेंद के केंद्र से दूरी पर एक आवेशित संवाहक गेंद की त्रिज्या $ r≥R $ से अधिक की दूरी पर क्षेत्र की ताकत एक बिंदु आवेश के क्षेत्र के समान सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है। यह एक बिंदु आवेश के तनाव की रेखाओं के वितरण के समान बल की रेखाओं के वितरण से प्रकट होता है।
गेंद का आवेश उसकी सतह पर समान रूप से वितरित होता है। चालक गेंद के अंदर क्षेत्र की ताकत शून्य है।
एक चुंबकीय क्षेत्र। चुम्बकों की परस्पर क्रिया
स्थायी चुम्बकों की परस्पर क्रिया की घटना (पृथ्वी के चुंबकीय मेरिडियन के साथ एक चुंबकीय तीर की स्थापना, विपरीत ध्रुवों का आकर्षण, एक ही का प्रतिकर्षण) प्राचीन काल से जानी जाती है और डब्ल्यू। हिल्बर्ट द्वारा व्यवस्थित रूप से जांच की गई थी। (परिणाम 1600 में उनके ग्रंथ ऑन द मैग्नेट, मैग्नेटिक बॉडीज एंड द लार्ज मैग्नेट - अर्थ में प्रकाशित हुए थे)।
प्राकृतिक (प्राकृतिक) चुंबक
कुछ प्राकृतिक खनिजों के चुंबकीय गुण पुरातनता में पहले से ही ज्ञात थे। उदाहरण के लिए, चीन में कंपास के रूप में प्राकृतिक स्थायी चुम्बकों के उपयोग के बारे में 2000 से अधिक वर्षों पहले से लिखित प्रमाण हैं। चुंबक के आकर्षण और प्रतिकर्षण और लोहे के बुरादे के उनके चुंबकीयकरण का उल्लेख प्राचीन ग्रीक और रोमन वैज्ञानिकों के कार्यों में किया गया है (उदाहरण के लिए, ल्यूक्रेटियस कारा की कविता "ऑन द नेचर ऑफ थिंग्स" में)।
प्राकृतिक चुम्बक $FeO $ (31%) और $ Fe_2O $ (69%) से बना चुंबकीय लौह अयस्क (मैग्नेटाइट) के टुकड़े हैं। यदि इस प्रकार के खनिज को लोहे की छोटी वस्तुओं - कील, चूरा, एक पतली ब्लेड आदि में लाया जाए, तो वे इसकी ओर आकर्षित होंगे।
कृत्रिम स्थायी चुंबक
स्थायी चुंबकएक ऐसी सामग्री से बना उत्पाद है जो एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र का एक स्वायत्त (स्वतंत्र, पृथक) स्रोत है।
कृत्रिम स्थायी चुम्बक विशेष मिश्र धातुओं से बनाए जाते हैं, जिनमें लोहा, निकल, कोबाल्ट आदि शामिल हैं। ये धातुएँ स्थायी चुम्बकों में लाए जाने पर चुंबकीय गुण (चुंबकीय) प्राप्त कर लेती हैं। इसलिए उनमें से स्थायी चुम्बक बनाने के लिए उन्हें विशेष रूप से मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों में रखा जाता है, जिसके बाद वे स्वयं एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के स्रोत बन जाते हैं और लंबे समय तक चुंबकीय गुणों को बनाए रखने में सक्षम होते हैं।
आंकड़ा चाप और पट्टी चुंबक दिखाता है।
अंजीर में। इन चुम्बकों के चुंबकीय क्षेत्रों की तस्वीरें उस विधि द्वारा प्राप्त की जाती हैं, जिसे एम। फैराडे ने अपने शोध में सबसे पहले इस्तेमाल किया था: कागज की एक शीट पर बिखरे हुए लोहे के बुरादे की मदद से, जिस पर चुंबक स्थित है। प्रत्येक चुम्बक के दो ध्रुव होते हैं - ये बल की चुंबकीय रेखाओं की सबसे बड़ी सांद्रता वाले स्थान होते हैं (इन्हें भी कहा जाता है) चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं, या क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं) ये वे स्थान हैं जहाँ लोहे का बुरादा सबसे अधिक आकर्षित होता है। ध्रुवों में से एक को आमतौर पर कहा जाता है उत्तरी(($ एन $), दूसरा है दक्षिण($ एस $)। यदि आप एक ही ध्रुवों के साथ दो चुम्बकों को एक दूसरे के पास लाते हैं, तो आप देख सकते हैं कि वे विकर्षित हैं, और यदि वे विपरीत हैं, तो वे आकर्षित होते हैं।
अंजीर में। यह स्पष्ट रूप से देखा गया है कि चुंबक की चुंबकीय रेखाएं - बंद लाइनें... समान और विपरीत ध्रुवों के साथ एक दूसरे का सामना करने वाले दो चुम्बकों के चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाएँ दिखाई गई हैं। इन चित्रों का मध्य भाग दो आवेशों (एक ही नाम के विपरीत और विपरीत) के विद्युत क्षेत्रों के चित्रों जैसा दिखता है। हालाँकि, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर यह है कि विद्युत क्षेत्र की रेखाएँ आवेशों से शुरू होती हैं और उन पर समाप्त होती हैं। प्रकृति में चुंबकीय आवेश मौजूद नहीं होते हैं। चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं चुंबक के उत्तरी ध्रुव को छोड़कर दक्षिण में प्रवेश करती हैं, वे चुंबक के शरीर में बनी रहती हैं, अर्थात जैसा कि ऊपर बताया गया है, वे बंद रेखाएं हैं। वे क्षेत्र, जिनकी बल रेखाएँ बंद होती हैं, कहलाती हैं भंवर... एक चुंबकीय क्षेत्र एक भंवर क्षेत्र है (यह एक विद्युत से इसका अंतर है)।
चुम्बकों का अनुप्रयोग
सबसे प्राचीन चुंबकीय उपकरण प्रसिद्ध कंपास है। आधुनिक तकनीक में, मैग्नेट का बहुत व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: इलेक्ट्रिक मोटर्स में, रेडियो इंजीनियरिंग में, विद्युत मापने के उपकरण आदि में।
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र
ग्लोब एक चुंबक है। किसी भी चुंबक की तरह, इसका अपना चुंबकीय क्षेत्र और अपने स्वयं के चुंबकीय ध्रुव होते हैं। इसलिए कम्पास की सुई एक निश्चित दिशा में उन्मुख होती है। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि चुंबकीय सुई का उत्तरी ध्रुव कहाँ इंगित करना चाहिए, क्योंकि विपरीत ध्रुव आकर्षित करते हैं... इसलिए, चुंबकीय सुई का उत्तरी ध्रुव पृथ्वी के दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव की ओर इशारा करता है। यह ध्रुव ग्लोब के उत्तर में स्थित है, भौगोलिक उत्तरी ध्रुव से कुछ दूर (प्रिंस ऑफ वेल्स द्वीप पर - लगभग $ 75 ° $ उत्तरी अक्षांश और $ 99 ° $ पश्चिम देशांतर, से लगभग $ 2100 $ किमी की दूरी पर) भौगोलिक उत्तरी ध्रुव)।
उत्तरी भौगोलिक ध्रुव के पास पहुंचने पर, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की बल रेखाएँ क्षितिज से अधिक कोण पर झुकी होती हैं, और दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव के क्षेत्र में वे लंबवत हो जाती हैं।
पृथ्वी का चुंबकीय उत्तरी ध्रुव भौगोलिक दक्षिणी ध्रुव के पास स्थित है, अर्थात् $ 66.5 ° $ दक्षिण अक्षांश और $ 140 ° $ पूर्वी देशांतर पर। यहाँ चुंबकीय क्षेत्र की बल रेखाएँ पृथ्वी से निकलती हैं।
दूसरे शब्दों में, पृथ्वी के चुंबकीय ध्रुव उसके भौगोलिक ध्रुवों से मेल नहीं खाते हैं। इसलिए, चुंबकीय सुई की दिशा भौगोलिक मेरिडियन की दिशा से मेल नहीं खाती है, और कंपास की चुंबकीय सुई केवल उत्तर की दिशा दिखाती है।
कुछ प्राकृतिक घटनाएं भी कंपास सुई को प्रभावित कर सकती हैं, उदाहरण के लिए चुंबकीय तूफान,जो सौर गतिविधि से जुड़े पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में अस्थायी परिवर्तन हैं। सौर गतिविधि सूर्य की सतह से आवेशित कणों, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की धाराओं के निष्कासन के साथ होती है। ये धाराएँ, उच्च गति से चलती हैं, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत करते हुए, अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं।
ग्लोब पर (चुंबकीय क्षेत्र में अल्पकालिक परिवर्तनों को छोड़कर), ऐसे क्षेत्र हैं जिनमें पृथ्वी की चुंबकीय रेखा की दिशा से चुंबकीय तीर की दिशा का निरंतर विचलन होता है। ये हैं इलाके चुंबकीय विसंगति(ग्रीक विसंगति से - विचलन, असामान्यता)। ऐसे सबसे बड़े क्षेत्रों में से एक कुर्स्क चुंबकीय विसंगति है। विसंगतियों का कारण अपेक्षाकृत उथली गहराई पर लौह अयस्क का विशाल भंडार है।
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र ब्रह्मांडीय विकिरण से पृथ्वी की सतह की मज़बूती से रक्षा करता है, जिसका जीवित जीवों पर प्रभाव विनाशकारी होता है।
अंतरग्रहीय अंतरिक्ष स्टेशनों और अंतरिक्ष यान की उड़ानों ने यह स्थापित करना संभव बना दिया कि चंद्रमा और शुक्र ग्रह के पास चुंबकीय क्षेत्र नहीं है, जबकि मंगल ग्रह बहुत कमजोर है।
ओरस्टेडाई एम्पीयर के प्रयोग। चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण
1820 में, डेनिश वैज्ञानिक जी.एक्स. ओर्स्टेड ने पाया कि एक चुंबकीय सुई, जो एक कंडक्टर के पास रखी जाती है, जिसके माध्यम से एक धारा प्रवाहित होती है, मुड़ जाती है, जो कंडक्टर के लंबवत स्थित होती है।
G. X. Oersted के प्रयोग की योजना को चित्र में दिखाया गया है। करंट सोर्स सर्किट में शामिल कंडक्टर अपनी धुरी के समानांतर चुंबकीय सुई के ऊपर स्थित होता है। जब सर्किट बंद हो जाता है, तो चुंबकीय सुई अपनी मूल स्थिति से विचलित हो जाती है। जब सर्किट खोला जाता है, तो चुंबकीय सुई अपनी मूल स्थिति में लौट आती है। यह इस प्रकार है कि वर्तमान के साथ कंडक्टर और चुंबकीय सुई एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। इस अनुभव के आधार पर यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि कंडक्टर में करंट के प्रवाह और इस क्षेत्र की भंवर प्रकृति से जुड़ा एक चुंबकीय क्षेत्र है। वर्णित प्रयोग और उसके परिणाम ओर्स्टेड के सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक गुण थे।
उसी वर्ष, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एम्पीयर, जो ओर्स्टेड के प्रयोगों में रुचि रखते थे, ने करंट के साथ दो सीधे कंडक्टरों की बातचीत की खोज की। यह पता चला कि यदि कंडक्टरों में धाराएं एक दिशा में बहती हैं, अर्थात वे समानांतर हैं, तो कंडक्टर आकर्षित होते हैं, यदि विपरीत दिशाओं में (अर्थात, वे समानांतर हैं), तो वे पीछे हट जाते हैं।
कंडक्टरों के साथ करंट की बातचीत, यानी गतिमान विद्युत आवेशों के बीच की बातचीत को चुंबकीय कहा जाता है, और जिन बलों के साथ कंडक्टर एक दूसरे पर कार्य करते हैं, उन्हें चुंबकीय बल कहा जाता है।
शॉर्ट-रेंज एक्शन के सिद्धांत के अनुसार, जिसका पालन एम। फैराडे ने किया था, एक कंडक्टर में करंट दूसरे कंडक्टर में करंट को सीधे प्रभावित नहीं कर सकता है। इसी तरह स्थिर विद्युत आवेशों के मामले में, जिसके चारों ओर एक विद्युत क्षेत्र होता है, यह निष्कर्ष निकाला गया कि धाराओं के आसपास के अंतरिक्ष में एक चुंबकीय क्षेत्र है,जो इस क्षेत्र में या स्थायी चुंबक पर रखे गए किसी अन्य कंडक्टर पर कुछ बल के साथ कार्य करता है। बदले में, दूसरे वर्तमान-वाहक कंडक्टर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र पहले कंडक्टर में वर्तमान पर कार्य करता है।
जिस तरह इस क्षेत्र में पेश किए गए परीक्षण चार्ज पर उसके प्रभाव से एक विद्युत क्षेत्र का पता लगाया जाता है, उसी तरह एक चुंबकीय क्षेत्र का पता एक छोटे से करंट वाले फ्रेम पर चुंबकीय क्षेत्र के उन्मुखीकरण प्रभाव से लगाया जा सकता है (दूरी की तुलना में जिस पर चुंबकीय फ़ील्ड काफ़ी बदलता है) आयाम।
फ्रेम को करंट की आपूर्ति करने वाले तारों को लटकाया जाना चाहिए (या एक दूसरे के करीब रखा जाना चाहिए), फिर इन तारों पर चुंबकीय क्षेत्र की ओर से लगने वाला परिणामी बल शून्य होगा। ऐसे फ्रेम पर करंट के साथ अभिनय करने वाले बल इसे घुमाएंगे, जिससे इसका तल चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण की रेखाओं के लंबवत सेट हो जाएगा। उदाहरण में, फ्रेम घूमेगा ताकि करंट ले जाने वाला कंडक्टर फ्रेम के प्लेन में हो। जब कंडक्टर में करंट की दिशा बदल जाती है, तो फ्रेम $ 180 ° $ घूम जाएगा। एक स्थायी चुंबक के ध्रुवों के बीच के क्षेत्र में, फ्रेम चुंबक के बल की चुंबकीय रेखाओं के लंबवत समतल में घूमेगा।
चुंबकीय प्रेरण
चुंबकीय प्रेरण ($ (→) $) एक वेक्टर भौतिक मात्रा है जो चुंबकीय क्षेत्र की विशेषता है।
चुंबकीय प्रेरण वेक्टर $ (→) $ की दिशा ली जाती है:
1) चुंबकीय सुई के दक्षिणी ध्रुव $ S $ से उत्तरी ध्रुव $ N $ की दिशा, जो चुंबकीय क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से स्थापित है, या
2) एक लचीले निलंबन पर वर्तमान के साथ एक बंद सर्किट के लिए सकारात्मक सामान्य की दिशा, एक चुंबकीय क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से स्थापित। सामान्य को सकारात्मक माना जाता है, जो जिम्बल टिप (दाएं कट के साथ) की गति की ओर निर्देशित होता है, जिसके हैंडल को फ्रेम में करंट की दिशा में घुमाया जाता है।
यह स्पष्ट है कि दिशाएँ 1) और 2) संपाती हैं, जो एम्पीयर के प्रयोगों द्वारा स्थापित किया गया था।
चुंबकीय प्रेरण (यानी, इसका मापांक) $ B $ के परिमाण के लिए, जो क्षेत्र की कार्रवाई के बल को चिह्नित कर सकता है, यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था कि अधिकतम बल $ F $ जिसके साथ क्षेत्र कंडक्टर पर कार्य करता है एक करंट (प्रेरक चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं के लंबवत रखा गया), कंडक्टर में वर्तमान $ I $ और इसकी लंबाई $ ∆l $ (उनके लिए आनुपातिक) पर निर्भर करता है। हालांकि, वर्तमान तत्व (इकाई लंबाई और वर्तमान ताकत) पर अभिनय करने वाला बल केवल क्षेत्र पर ही निर्भर करता है, अर्थात, किसी दिए गए क्षेत्र के लिए अनुपात $ (F) / (I∆l) $ एक स्थिर मान है (के समान विद्युत क्षेत्र के लिए चार्ज करने के लिए बल का अनुपात)। इस मान को परिभाषित किया गया है चुंबकीय प्रेरण.
किसी दिए गए बिंदु पर एक चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण कंडक्टर की लंबाई के साथ कंडक्टर पर अभिनय करने वाले अधिकतम बल और इस बिंदु पर रखे कंडक्टर में वर्तमान ताकत के अनुपात के बराबर है।
क्षेत्र के किसी दिए गए बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण जितना अधिक होगा, इस बिंदु पर क्षेत्र उतना ही अधिक बल चुंबकीय सुई या गतिमान विद्युत आवेश पर कार्य करेगा।
SI में चुंबकीय प्रेरण की इकाई है टेस्ला(Tl), जिसका नाम सर्बियाई इलेक्ट्रिकल इंजीनियर निकोला टेस्ला के नाम पर रखा गया है। जैसा कि सूत्र से देखा जा सकता है, $ 1 $ T $ = l (H) / (A m) $
यदि चुंबकीय क्षेत्र के कई अलग-अलग स्रोत हैं, जिसके प्रेरण वैक्टर अंतरिक्ष में दिए गए बिंदु पर $ (B_1) (→), (B_2) (→), (B_3) ↖ (→) के बराबर हैं। ... $, फिर, के अनुसार क्षेत्रों के सुपरपोजिशन का सिद्धांत, इस बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण के वैक्टर के योग के बराबर है हर स्रोत.
$ В↖ (→) = (В_1) ↖ (→) + (В_2) ↖ (→) + (В_3) ↖ (→) + ... $
चुंबकीय प्रेरण लाइनें
चुंबकीय क्षेत्र के दृश्य प्रतिनिधित्व के लिए, एम. फैराडे ने अवधारणा पेश की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं,जिसे उन्होंने अपने प्रयोगों में बार-बार प्रदर्शित किया। कार्डबोर्ड पर डाली गई लोहे की छीलन का उपयोग करके बल की रेखाओं का पैटर्न आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। चित्र दिखाता है: प्रत्यक्ष धारा, परिनालिका, वृत्ताकार धारा, प्रत्यक्ष चुंबक के चुंबकीय प्रेरण की रेखाएँ।
चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं, या बल की चुंबकीय रेखाएं, या केवल चुंबकीय रेखाएंवे रेखाएँ, स्पर्श रेखाएँ कहलाती हैं जिनसे किसी भी बिंदु पर क्षेत्र के इस बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर $ (→) $ की दिशा के साथ मेल खाता है।
यदि, लोहे के बुरादे के बजाय, छोटे चुंबकीय तीर करंट के साथ एक लंबे रेक्टिलिनर कंडक्टर के चारों ओर रखे जाते हैं, तो आप न केवल बल की रेखाओं (संकेंद्रित वृत्तों) के विन्यास को देख सकते हैं, बल्कि बल की रेखाओं (उत्तर) की दिशा भी देख सकते हैं। चुंबकीय तीर का ध्रुव किसी दिए गए बिंदु पर प्रेरण वेक्टर की दिशा को इंगित करता है)।
आगे के वर्तमान चुंबकीय क्षेत्र की दिशा किसके द्वारा निर्धारित की जा सकती है सही जिम्बल नियम।
यदि आप जिम्बल के हैंडल को इस तरह घुमाते हैं कि जिम्बल टिप का ट्रांसलेशनल मूवमेंट करंट की दिशा को इंगित करता है, तो जिम्बल हैंडल के रोटेशन की दिशा वर्तमान चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं की दिशा को इंगित करेगी।
दिष्ट धारा के चुंबकीय क्षेत्र की दिशा का निर्धारण का उपयोग करके भी किया जा सकता है दाहिने हाथ का पहला नियम।
यदि आप अपने दाहिने हाथ से कंडक्टर को पकड़ते हैं, अपने मुड़े हुए अंगूठे को करंट की दिशा में निर्देशित करते हैं, तो प्रत्येक बिंदु पर शेष उंगलियों की युक्तियां उस बिंदु पर इंडक्शन वेक्टर की दिशा दिखाएंगी।
भंवर क्षेत्र
चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं बंद हैं, यह इंगित करता है कि प्रकृति में कोई चुंबकीय शुल्क नहीं है। वे क्षेत्र जिनकी बल रेखाएँ बंद होती हैं, भंवर क्षेत्र कहलाते हैं।... यानी चुंबकीय क्षेत्र एक भंवर क्षेत्र है। इस प्रकार यह आवेशों द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्र से भिन्न होता है।
solenoid
एक परिनालिका एक धारावाही तार का तार है।
एक परिनालिका को प्रति इकाई लंबाई $ n $, लंबाई $ l $ और व्यास $ d $ में घुमावों की संख्या की विशेषता है। सोलेनोइड में तार की मोटाई और सर्पिल (पेचदार रेखा) की पिच इसके व्यास $ d $ और लंबाई $ l $ की तुलना में छोटी होती है। शब्द "सोलेनॉइड" का उपयोग व्यापक अर्थों में भी किया जाता है - यह एक मनमाना क्रॉस-सेक्शन (स्क्वायर सोलनॉइड, आयताकार सोलनॉइड) के साथ कॉइल का नाम है, और जरूरी नहीं कि बेलनाकार (टोरॉयडल सोलनॉइड)। एक लंबी परिनालिका ($ l >> d $) और एक छोटी ($ l .) के बीच अंतर करें
सोलनॉइड का आविष्कार 1820 में ए। एम्पीयर द्वारा एच। ओर्स्टेड द्वारा खोजी गई धारा की चुंबकीय क्रिया को बढ़ाने के लिए किया गया था और स्टील की छड़ के चुंबकीयकरण पर प्रयोगों में डी। अरागो द्वारा उपयोग किया गया था। 1822 में एम्पीयर द्वारा सोलनॉइड के चुंबकीय गुणों का प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन किया गया था (उसी समय उन्होंने "सोलेनॉइड" शब्द पेश किया)। स्थायी प्राकृतिक चुम्बकों के लिए सोलनॉइड की तुल्यता स्थापित की गई, जो एम्पीयर के इलेक्ट्रोडायनामिक सिद्धांत की पुष्टि थी, जिसने निकायों में छिपी रिंग आणविक धाराओं की बातचीत द्वारा चुंबकत्व की व्याख्या की।
परिनालिका चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं को चित्र में दिखाया गया है। इन रेखाओं की दिशा का उपयोग करके निर्धारित की जाती है दाहिने हाथ का दूसरा नियम।
यदि आप अपने दाहिने हाथ की हथेली से सोलनॉइड को पकड़ते हैं, तो चार अंगुलियों को छोरों में करंट के माध्यम से निर्देशित करते हुए, एक तरफ के अंगूठे सोलेनोइड के अंदर चुंबकीय रेखाओं की दिशा का संकेत देंगे।
परिनालिका के चुंबकीय क्षेत्र की स्थायी चुंबक के क्षेत्र से तुलना करने पर आप देख सकते हैं कि वे बहुत समान हैं। एक चुंबक की तरह, एक परिनालिका के दो ध्रुव होते हैं - उत्तर ($ N $) और दक्षिण ($ S $)। उत्तरी ध्रुव वह है जहाँ से चुंबकीय रेखाएँ निकलती हैं; दक्षिणी ध्रुव वह है जिसमें वे प्रवेश करते हैं। परिनालिका का उत्तरी ध्रुव हमेशा उस तरफ स्थित होता है जिस ओर अंगूठे की ओर इशारा करते हुए दाहिने हाथ के दूसरे नियम के अनुसार स्थित होता है।
बड़ी संख्या में फेरों वाली कुंडली के रूप में एक परिनालिका का उपयोग चुंबक के रूप में किया जाता है।
परिनालिका के चुंबकीय क्षेत्र के अध्ययन से पता चलता है कि परिनालिका में बढ़ते एम्परेज और घुमावों की संख्या के साथ परिनालिका की चुंबकीय क्रिया बढ़ जाती है। इसके अलावा, किसी परिनालिका या धारा के साथ कुण्डली की चुंबकीय क्रिया में एक लोहे की छड़ की शुरूआत से बढ़ जाती है, जिसे कहा जाता है सार।
विद्युत चुम्बकों
परिनालिका जिसके अंदर एक लोहे की कोर होती है, कहलाती है विद्युत चुम्बक
इलेक्ट्रोमैग्नेट में एक नहीं, बल्कि कई कॉइल (वाइंडिंग) हो सकते हैं और एक ही समय में विभिन्न आकृतियों के कोर होते हैं।
इसी तरह के एक विद्युत चुंबक को पहली बार 1825 में अंग्रेजी आविष्कारक डब्ल्यू। स्टर्जन द्वारा डिजाइन किया गया था। $ 0.2 $ किग्रा के द्रव्यमान के साथ, डब्ल्यू। स्टर्जन के इलेक्ट्रोमैग्नेट में $ 36 एन वजन का भार था। उसी वर्ष, जे। जूल ने भारोत्तोलन बल में वृद्धि की इलेक्ट्रोमैग्नेट को $ 200 N, और छह साल बाद अमेरिकी वैज्ञानिक जे। हेनरी ने $ 300 $ किलो वजन का एक इलेक्ट्रोमैग्नेट बनाया, जो $ 1 $ t वजन का भार धारण करने में सक्षम था!
आधुनिक विद्युत चुम्बक कई टन भार भार उठा सकते हैं। भारी लौह और इस्पात उत्पादों को संभालने के दौरान उनका उपयोग कारखानों में किया जाता है। विद्युत चुम्बक का उपयोग कृषि में कई पौधों और अन्य उद्योगों के अनाज से खरपतवार निकालने के लिए भी किया जाता है।
एम्पीयर बल
बल $ F $ कंडक्टर $ l $ के सीधे खंड पर कार्य करता है, जिसके माध्यम से वर्तमान $ I $ प्रवाहित होता है, एक चुंबकीय क्षेत्र में प्रेरण $ B $ के साथ।
इस बल की गणना के लिए, व्यंजक का प्रयोग करें:
$ एफ = बी | मैं | lsinα $
जहां $ α $ वेक्टर $ B↖ (→) $ और वर्तमान (वर्तमान तत्व) के साथ कंडक्टर के खंड की दिशा के बीच का कोण है; वर्तमान तत्व की दिशा को उस दिशा के रूप में लिया जाता है जिसमें कंडक्टर से करंट प्रवाहित होता है। बल $F$ कहा जाता है द्वारा एम्पीयरफ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ए.एम. एम्पीयर के सम्मान में, जो एक वर्तमान-वाहक कंडक्टर पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव की खोज करने वाले पहले व्यक्ति थे। (वास्तव में, एम्पीयर ने वर्तमान के साथ कंडक्टर के दो तत्वों के बीच बातचीत के बल के लिए एक कानून की स्थापना की। वह लंबी दूरी की कार्रवाई के सिद्धांत के समर्थक थे और एक क्षेत्र की अवधारणा का उपयोग नहीं करते थे।
हालाँकि, परंपरा के अनुसार और वैज्ञानिक के गुणों की स्मृति में, चुंबकीय क्षेत्र की ओर से एक धारा के साथ एक कंडक्टर पर कार्य करने वाले बल के लिए अभिव्यक्ति को एम्पीयर का नियम भी कहा जाता है।)
एम्पीयर बल की दिशा बाएं हाथ के नियम का उपयोग करके निर्धारित की जाती है।
यदि आप अपने बाएं हाथ की हथेली को चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं में लंबवत रूप से प्रवेश करने के लिए रखते हैं, और चार फैली हुई उंगलियां कंडक्टर में करंट की दिशा को इंगित करती हैं, तो सेट किया गया अंगूठा उस पर कार्य करने वाले बल की दिशा को इंगित करेगा। वर्तमान के साथ कंडक्टर। इस प्रकार, एम्पीयर बल हमेशा चुंबकीय प्रेरण वेक्टर और कंडक्टर में वर्तमान की दिशा दोनों के लंबवत होता है, अर्थात, उस विमान के लंबवत जिसमें ये दोनों वैक्टर स्थित होते हैं।
एम्पीयर बल की क्रिया का एक परिणाम एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में करंट के साथ फ्रेम का घूमना है। यह कई उपकरणों में व्यावहारिक अनुप्रयोग पाता है, उदाहरण के लिए, में विद्युत मापने के उपकरण- गैल्वेनोमीटर, एमीटर, जहां एक वर्तमान के साथ एक चल फ्रेम एक स्थायी चुंबक के क्षेत्र में घूमता है और तीर के विक्षेपण के कोण से, फ्रेम से गतिहीन रूप से जुड़ा हुआ है, कोई सर्किट में बहने वाली धारा के परिमाण का न्याय कर सकता है।
वर्तमान के साथ फ्रेम पर चुंबकीय क्षेत्र की घूर्णन क्रिया के लिए धन्यवाद, इसे बनाना और उपयोग करना भी संभव हो गया विद्युत मोटर्स- ऐसी मशीनें जिनमें विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।
लोरेंत्ज़ बल
लोरेंत्ज़ बल एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान बिंदु विद्युत आवेश पर कार्य करने वाला बल है।
19वीं सदी के अंत में डच भौतिक विज्ञानी एच. ए. लोरेंत्ज़। ने पाया कि एक गतिमान आवेशित कण पर चुंबकीय क्षेत्र से कार्य करने वाला बल हमेशा कण की गति की दिशा और चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं के लंबवत होता है जिसमें यह कण चलता है।
लोरेंत्ज़ बल की दिशा को बाएं हाथ के नियम का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है।
यदि आप अपने बाएं हाथ की हथेली को इस तरह रखते हैं कि चार फैली हुई उंगलियां चार्ज की गति की दिशा को इंगित करती हैं, और क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण का वेक्टर हथेली में प्रवेश करता है, तो सेट किया गया अंगूठा लोरेंत्ज़ बल के अभिनय की दिशा को इंगित करेगा। सकारात्मक आरोप पर।
यदि कण आवेश ऋणात्मक है, तो लोरेंत्ज़ बल को विपरीत दिशा में निर्देशित किया जाएगा।
लोरेंत्ज़ बल मापांक एम्पीयर के नियम से आसानी से निर्धारित होता है और है:
जहाँ $ q $ कण का आवेश है, $ υ $ इसकी गति का वेग है, $ α $ वेग के वैक्टर और चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण के बीच का कोण है।
यदि, चुंबकीय क्षेत्र के अलावा, एक विद्युत क्षेत्र भी है जो आवेश पर $ (F_ (el)) (→) = qE↖ (→) $ बल के साथ कार्य करता है, तो आवेश पर कार्य करने वाला कुल बल है:
$ एफ↖ (→) = (एफ_ (ई)) ↖ (→) + (एफ_एल) ↖ (→) $
अक्सर इस कुल बल को लोरेंत्ज़ बल कहा जाता है, और सूत्र $ F = | q | υBsinα $ द्वारा व्यक्त बल को कहा जाता है लोरेंत्ज़ बल का चुंबकीय भाग।
चूंकि लोरेंत्ज़ बल कण की गति की दिशा के लंबवत है, यह अपनी गति को नहीं बदल सकता (यह काम नहीं करता है), लेकिन केवल अपनी गति की दिशा बदल सकता है, अर्थात यह अपने प्रक्षेपवक्र को मोड़ सकता है।
एक टीवी पिक्चर ट्यूब में इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेपवक्र की ऐसी वक्रता का निरीक्षण करना आसान है यदि आप इसकी स्क्रीन पर एक स्थायी चुंबक लाते हैं: छवि विकृत हो जाएगी।
एक समान चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कण की गति।मान लीजिए कि एक आवेशित कण तीव्रता की रेखाओं के लंबवत एक समान चुंबकीय क्षेत्र में $ $ वेग से उड़ता है। चुंबकीय क्षेत्र की ओर से कण पर अभिनय करने वाला बल इसे त्रिज्या r के एक वृत्त के चारों ओर समान रूप से घुमाएगा, जिसे न्यूटन के दूसरे नियम, अभिकेन्द्र त्वरण के लिए व्यंजक और सूत्र $ F = | q | υBsinα का उपयोग करके खोजना आसान है। $:
$ (एमυ ^ 2) / (आर) = | क्यू | υबी $
यहाँ से हमें मिलता है
$ आर = (एमυ) / (| क्यू | बी) $
जहाँ $m $ कण का द्रव्यमान है।
लोरेंत्ज़ बल का अनुप्रयोग।गतिमान आवेशों पर चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, में मास स्पेक्ट्रोग्राफ, जो आवेशित कणों को उनके विशिष्ट आवेशों के अनुसार अलग करना संभव बनाता है, अर्थात, कण आवेश का उसके द्रव्यमान का अनुपात, और प्राप्त परिणामों से, कण द्रव्यमान को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए।
डिवाइस के निर्वात कक्ष को एक क्षेत्र में रखा गया है (प्रेरण वेक्टर $ B↖ (→) $ आकृति के लंबवत है)। विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किए गए आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन या आयन), चाप का वर्णन करने के बाद, फोटोग्राफिक प्लेट पर गिरते हैं, जहां वे एक निशान छोड़ते हैं, जिससे प्रक्षेपवक्र की त्रिज्या $ r $ को बड़ी सटीकता के साथ मापना संभव हो जाता है। इस त्रिज्या का उपयोग आयन के विशिष्ट आवेश को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। किसी आयन के आवेश को जानकर उसके द्रव्यमान की गणना करना आसान होता है।
पदार्थों के चुंबकीय गुण
स्थायी चुम्बकों के चुंबकीय क्षेत्र के अस्तित्व की व्याख्या करने के लिए, एम्पीयर ने सुझाव दिया कि चुंबकीय गुणों वाले पदार्थ में सूक्ष्म वृत्ताकार धाराएँ मौजूद होती हैं (उन्हें कहा जाता था) मोलेकुलर) बाद में, इलेक्ट्रॉन और परमाणु की संरचना की खोज के बाद, इस विचार की शानदार ढंग से पुष्टि की गई: ये धाराएं नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की गति से निर्मित होती हैं और उसी तरह उन्मुख होकर, कुल मिलाकर चारों ओर और अंदर एक क्षेत्र बनाती हैं। चुंबक।
अंजीर में। जिन तलों में प्राथमिक विद्युत धाराएँ स्थित हैं, वे परमाणुओं की अराजक तापीय गति के कारण बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं, और पदार्थ चुंबकीय गुणों का प्रदर्शन नहीं करता है। एक चुंबकीय स्थिति में (उदाहरण के लिए, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत), ये विमान उसी तरह उन्मुख होते हैं, और उनके कार्यों में वृद्धि होती है।
चुम्बकीय भेद्यता।प्रेरण $ B_0 $ (निर्वात में क्षेत्र) के साथ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया के लिए माध्यम की प्रतिक्रिया चुंबकीय संवेदनशीलता $ μ $ द्वारा निर्धारित की जाती है:
जहां $B$ पदार्थ में चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण है। चुंबकीय पारगम्यता ढांकता हुआ स्थिरांक $ $ के समान है।
पदार्थों को उनके चुंबकीय गुणों के अनुसार विभाजित किया जाता है प्रतिचुम्बक, अनुचुम्बक और लौह चुम्बक... प्रतिचुंबक के लिए, गुणांक $ μ $, जो माध्यम के चुंबकीय गुणों की विशेषता है, $ 1 $ से कम है (उदाहरण के लिए, बिस्मथ के लिए, $ μ = 0.999824 $); पैरामैग्नेट्स के लिए $ μ> 1 $ (प्लैटिनम के लिए $ μ = 1.00036 $); फेरोमैग्नेट्स के लिए $ μ >> 1 $ (लोहा, निकल, कोबाल्ट)।
प्रतिचुम्बक चुंबक से प्रतिकर्षित करते हैं, अनुचुम्बक आकर्षित करते हैं। इन आधारों पर, उन्हें एक दूसरे से अलग किया जा सकता है। अधिकांश पदार्थों के लिए, चुंबकीय पारगम्यता व्यावहारिक रूप से एकता से भिन्न नहीं होती है, केवल फेरोमैग्नेट्स के लिए यह बहुत अधिक है, कई दसियों हजार इकाइयों तक पहुंचती है।
लौह चुम्बक।फेरोमैग्नेट सबसे मजबूत चुंबकीय गुण प्रदर्शित करते हैं। फेरोमैग्नेट्स द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में बहुत अधिक मजबूत होते हैं। सच है, फेरोमैग्नेट्स के चुंबकीय क्षेत्र नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के संचलन के कारण नहीं बनते हैं - कक्षीय चुंबकीय क्षण, और इलेक्ट्रॉन के उचित घूर्णन के कारण - आंतरिक चुंबकीय क्षण, जिसे कहा जाता है घुमाव।
क्यूरी तापमान ($ T_c $) वह तापमान है जिसके ऊपर लौहचुंबकीय पदार्थ अपने चुंबकीय गुण खो देते हैं। प्रत्येक फेरोमैग्नेट के लिए इसका अपना है। उदाहरण के लिए, लोहे के लिए $ T_c = 753 ° $ C, निकल के लिए $ T_c = 365 ° $ C, कोबाल्ट $ T_c = 1000 ° $ C के लिए। फेरोमैग्नेटिक मिश्र धातुएँ होती हैं जिनमें $ T_c
फेरोमैग्नेट्स के चुंबकीय गुणों का पहला विस्तृत अध्ययन उत्कृष्ट रूसी भौतिक विज्ञानी ए.जी. स्टोलेटोव (1839-1896) द्वारा किया गया था।
फेरोमैग्नेट्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: स्थायी चुंबक (विद्युत माप उपकरणों, लाउडस्पीकर, टेलीफोन इत्यादि में), ट्रांसफार्मर, जेनरेटर, इलेक्ट्रिक मोटर (चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाने और ऊर्जा बचाने के लिए) में स्टील कोर के रूप में। फेरोमैग्नेट से बने चुंबकीय टेप पर, टेप और वीडियो रिकॉर्डर के लिए ध्वनि और चित्र रिकॉर्ड किए जाते हैं। इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर में भंडारण उपकरणों के लिए पतली चुंबकीय फिल्मों पर जानकारी दर्ज की जाती है।
लेन्ज़ का नियम
लेन्ज़ का नियम (लेन्ज़ का नियम) 1834 में ई. एच. लेनज़ द्वारा स्थापित किया गया था। यह विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम को स्पष्ट करता है, जिसकी खोज 1831 में एम. फैराडे ने की थी। लेन्ज़ का नियम एक बंद लूप में प्रेरण धारा की दिशा निर्धारित करता है जब यह बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में चलता है।
इंडक्शन करंट की दिशा हमेशा ऐसी होती है कि चुंबकीय क्षेत्र की ओर से इसे अनुभव करने वाले बल सर्किट की गति का विरोध करते हैं, और इस करंट द्वारा निर्मित चुंबकीय प्रवाह $ Ф_1 $ बाहरी चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन की भरपाई करता है। $ _e $।
लेन्ज़ का नियम विद्युत चुम्बकीय परिघटनाओं के लिए ऊर्जा संरक्षण कानून की अभिव्यक्ति है। दरअसल, जब बाहरी बलों के कारण एक बंद लूप चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, तो चुंबकीय क्षेत्र के साथ प्रेरित धारा की बातचीत से उत्पन्न होने वाली ताकतों के खिलाफ कुछ काम करना आवश्यक होता है और गति के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।
लेन्ज़ का नियम चित्र में दिखाया गया है। यदि एक गैल्वेनोमीटर से बंद कॉइल में एक स्थायी चुंबक डाला जाता है, तो कॉइल में इंडक्शन करंट की दिशा ऐसी होगी कि यह वेक्टर $ B "$ के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र बनाएगा जो कि क्षेत्र के इंडक्शन वेक्टर के विपरीत निर्देशित होता है। चुंबक $ B $, यानी यह चुंबक को कुंडल से बाहर धकेल देगा या उसकी गति में बाधा डालेगा। चुंबक को कुंडल से बाहर निकालने पर, इसके विपरीत, प्रेरण धारा द्वारा निर्मित क्षेत्र कुंडल को आकर्षित करेगा, अर्थात, फिर से इसके आंदोलन को रोकें।
सर्किट में इंडक्शन करंट $ I_e $ की दिशा निर्धारित करने के लिए लेनज़ के नियम को लागू करने के लिए, आपको इन सिफारिशों का पालन करना चाहिए।
- बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण $ (→) $ की रेखाओं की दिशा स्थापित करें।
- पता लगाएँ कि समोच्च से घिरी सतह के माध्यम से इस क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण का प्रवाह बढ़ता है ($ > 0 $), या घटता है ($ ∆Ф)
- प्रेरण वर्तमान $ I_i $ के चुंबकीय क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण लाइनों $ В "↖ (→) $ की दिशा निर्धारित करें। इन पंक्तियों को लेनज़ के नियम के अनुसार निर्देशित किया जाना चाहिए, लाइनों के विपरीत $ В↖ (→) $ , अगर $ > 0 $, और उनके समान दिशा है यदि $
- चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं की दिशा जानने के लिए $ В "↖ (→) $, का उपयोग करके प्रेरण वर्तमान $ I_i $ की दिशा निर्धारित करें जिम्बल नियम।