हमारे चारों तरफ खेत हैं। चाहे वह पृथ्वी के द्रव्यमान के कारण गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र हो या इलेक्ट्रॉनों जैसे आवेशित कणों द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्र, हर जगह अदृश्य क्षेत्र हैं, जो संभावित और अनदेखी ताकतों का प्रतिनिधित्व करते हैं जो वस्तुओं को उपयुक्त के साथ स्थानांतरित करने में सक्षम हैं विशेषताएँ।
उदाहरण के लिए, किसी क्षेत्र में एक विद्युत क्षेत्र का अर्थ है कि एक आवेशित वस्तु क्षेत्र में प्रवेश करने पर अपने मूल पथ से विक्षेपित हो सकती है, और पृथ्वी के द्रव्यमान के कारण गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र आपको पृथ्वी की सतह पर तब तक मजबूती से रखता है जब तक आप इसे दूर करने के लिए कुछ काम नहीं करते हैं प्रभाव।
चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय बलों का कारण हैं, और अन्य वस्तुओं पर चुंबकीय बल लगाने वाली वस्तुएं चुंबकीय क्षेत्र बनाकर ऐसा करती हैं। चुंबकीय क्षेत्रों का पता कम्पास सुइयों के विक्षेपण से लगाया जा सकता है जो क्षेत्र रेखाओं के साथ पंक्तिबद्ध होते हैं (सुई के चुंबकीय उत्तर चुंबकीय दक्षिण की ओर इशारा करते हैं)। यदि आप बिजली और चुंबकत्व का अध्ययन कर रहे हैं, तो चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकीय बल के बारे में अधिक सीखना आपकी यात्रा का एक महत्वपूर्ण कदम है।
चुंबकीय क्षेत्र क्या है?
सामान्य रूप से भौतिकी में, क्षेत्र अंतरिक्ष के हर क्षेत्र में मूल्यों के साथ वैक्टर होते हैं जो आपको बताते हैं कि उस बिंदु पर प्रभाव कितना मजबूत या कमजोर है, और प्रभाव की दिशा। उदाहरण के लिए, द्रव्यमान वाली कोई वस्तु, जैसे सूर्य, एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र बनाता है, और उस क्षेत्र में प्रवेश करने वाली द्रव्यमान वाली अन्य वस्तुएं एक बल से प्रभावित होती हैं। इस प्रकार सूर्य का गुरुत्वाकर्षण खिंचाव पृथ्वी को अपने चारों ओर कक्षा में रखता है।
सौर मंडल में आगे, जैसे कि यूरेनस की कक्षा की सीमा पर, वही बल लागू होता है, लेकिन ताकत बहुत कम होती है। यह हमेशा सीधे सूर्य पर निर्देशित होता है; यदि आप सूर्य के चारों ओर तीरों के संग्रह की कल्पना करते हैं, जो सभी उसकी ओर इशारा करते हैं, लेकिन निकट दूरी पर लंबी लंबाई के साथ (मजबूत बल) और लंबी दूरी पर छोटी लंबाई (कमजोर बल), आपने मूल रूप से सौर में गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की कल्पना की है प्रणाली
उसी तरह, आवेश वाली वस्तुएँ विद्युत क्षेत्र बनाती हैं, और गतिमान आवेश उत्पन्न करते हैंचुंबकीय क्षेत्र, जो पास की आवेशित वस्तु या अन्य चुंबकीय सामग्री में एक चुंबकीय बल को जन्म दे सकता है।
ये क्षेत्र गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों की तुलना में आकार के मामले में थोड़े अधिक जटिल होते हैं, क्योंकि इनमें लूपिंग चुंबकीय होता है क्षेत्र रेखाएँ जो धनात्मक (या उत्तरी ध्रुव) से निकलती हैं और ऋणात्मक (या दक्षिणी ध्रुव) पर समाप्त होती हैं, लेकिन वे समान मूल को भरती हैं भूमिका। वे बल की रेखाओं की तरह हैं, जो आपको बताती हैं कि किसी स्थान पर रखी गई वस्तु कैसे व्यवहार करेगी। आप लोहे के बुरादे का उपयोग करके इसकी स्पष्ट रूप से कल्पना कर सकते हैं, जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित होगा।
चुंबकीय क्षेत्र हैंहमेशा द्विध्रुवीय क्षेत्र, इसलिए कोई चुंबकीय मोनोपोल नहीं हैं। आम तौर पर, चुंबकीय क्षेत्र को अक्षर द्वारा दर्शाया जाता हैख, लेकिन अगर कोई चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय सामग्री से होकर गुजरता है, तो यह ध्रुवीकृत हो सकता है और अपना चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकता है। यह दूसरा क्षेत्र पहले क्षेत्र में योगदान देता है, और दोनों के संयोजन को पत्र द्वारा संदर्भित किया जाता हैएच, कहां है
H=\frac{B}{\mu_m}\text{ और }\mu_m=K_m\mu_0
μ. के साथ0 = 4π × 10−7 एच/एम (यानी, मुक्त स्थान की चुंबकीय पारगम्यता) और केम प्रश्न में सामग्री की सापेक्ष पारगम्यता होने के नाते।
किसी दिए गए क्षेत्र से गुजरने वाले चुंबकीय क्षेत्र की मात्रा को चुंबकीय प्रवाह कहा जाता है। चुंबकीय प्रवाह घनत्व स्थानीय क्षेत्र की ताकत से संबंधित है। चूंकि चुंबकीय क्षेत्र हमेशा द्विध्रुवीय होते हैं, एक बंद सतह के माध्यम से शुद्ध चुंबकीय प्रवाह 0 होता है। (सतह से बाहर निकलने वाली कोई भी क्षेत्र रेखा, अनिवार्य रूप से इसे रद्द करते हुए फिर से दर्ज करें।)
इकाइयों और मापन
चुंबकीय क्षेत्र की ताकत की एसआई इकाई टेस्ला (टी) है, जहां:
1 टेस्ला = 1 टी = 1 किग्रा/ए s2 = 1 वी एस/एम2 = 1 एन / ए एम
चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के लिए एक और व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली इकाई गॉस (जी) है, जहां:
1 गॉस = 1 जी = 10−4 टी
टेस्ला काफी बड़ी इकाई है, इसलिए कई व्यावहारिक स्थितियों में गॉस अधिक उपयोगी विकल्प है - उदाहरण के लिए, ए रेफ्रिजरेटर चुंबक की शक्ति लगभग 100 G होगी, जबकि पृथ्वी की सतह पर पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र है लगभग 0.5 जी.
चुंबकीय क्षेत्र के कारण
विद्युत और चुंबकत्व मौलिक रूप से परस्पर जुड़े हुए हैं क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र गतिमान आवेश द्वारा उत्पन्न होते हैं (विद्युत धाराओं की तरह) या बदलते विद्युत क्षेत्र, जबकि एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र से विद्युत उत्पन्न होती है मैदान।
एक बार चुंबक या एक समान चुंबकीय वस्तु में, चुंबकीय क्षेत्र कई चुंबकीय "डोमेन" से उत्पन्न होता है संरेखित हो रहे हैं, जो बदले में उनके नाभिक के चारों ओर आवेशित इलेक्ट्रॉनों की गति द्वारा निर्मित होते हैं परमाणु। ये आंदोलन एक डोमेन के भीतर छोटे चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। अधिकांश सामग्रियों में, डोमेन में यादृच्छिक संरेखण होगा और एक दूसरे को रद्द कर देंगे, लेकिन कुछ में सामग्री, पड़ोसी डोमेन में चुंबकीय क्षेत्र संरेखित हो जाते हैं, और यह बड़े पैमाने पर उत्पादन करता है चुंबकत्व
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र भी गतिमान आवेश द्वारा उत्पन्न होता है, लेकिन इस मामले में, यह पृथ्वी के कोर के चारों ओर पिघली हुई परत की गति है जो चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। यह द्वारा समझाया गया हैडायनेमो सिद्धांत, जो वर्णन करता है कि कैसे एक घूर्णन, विद्युत आवेशित द्रव एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। पृथ्वी के बाहरी कोर में लगातार गतिमान तरल लोहा होता है, जिसमें इलेक्ट्रॉन तरल के माध्यम से यात्रा करते हैं और चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं।
सूर्य का एक चुंबकीय क्षेत्र भी है, और यह कैसे काम करता है, इसकी व्याख्या बहुत समान है। हालांकि, सूर्य के विभिन्न हिस्सों की अलग-अलग घूर्णन गति (यानी, विभिन्न अक्षांशों पर तरल पदार्थ जैसी सामग्री) क्षेत्र रेखाओं की ओर ले जाती है समय के साथ उलझ जाना और साथ ही सूर्य से जुड़ी कई घटनाएं, जैसे सौर चमक और सूर्य के धब्बे, और लगभग 11 साल का सौर चक्र। सूर्य के दो ध्रुव हैं, ठीक एक बार चुंबक की तरह, लेकिन सूर्य के प्लाज्मा की गति और धीरे-धीरे बढ़ती सौर गतिविधि के कारण चुंबकीय ध्रुव हर 11 साल में पलट जाते हैं।
चुंबकीय क्षेत्र सूत्र
गतिमान आवेश की विभिन्न व्यवस्थाओं के कारण चुंबकीय क्षेत्र को व्यक्तिगत रूप से प्राप्त करना पड़ता है, लेकिन ऐसे कई मानक सूत्र हैं जिनका आप उपयोग कर सकते हैं ताकि आपके पास हर बार "पहिया को फिर से आविष्कार" न हो समय। आप बायोट-सावर्ट कानून या एम्पीयर-मैक्सवेल कानून का उपयोग करके मूल रूप से चलती चार्ज की किसी भी व्यवस्था के लिए सूत्र प्राप्त कर सकते हैं। हालाँकि, विद्युत प्रवाह की सरल व्यवस्था के लिए परिणामी सूत्र इतने सामान्य रूप से उपयोग किए जाते हैं और उद्धृत किए जाते हैं कि आप कर सकते हैं हर बार बायोट-सावर्ट या एम्पीयर-मैक्सवेल कानून से उन्हें प्राप्त करने के बजाय बस उन्हें "मानक सूत्र" के रूप में मानें।
एक सीधी रेखा के चुंबकीय क्षेत्र को एम्पीयर के नियम (एम्पियर-मैक्सवेल कानून का एक सरल रूप) से निर्धारित किया जाता है:
बी = \frac{μ_0 I}{2 r}
कहा पेμ0 जैसा कि पहले परिभाषित किया गया है,मैंamps में करंट है औरआरतार से दूरी है जिसे आप चुंबकीय क्षेत्र को माप रहे हैं।
एक धारा लूप के केंद्र में चुंबकीय क्षेत्र द्वारा दिया जाता है:
बी = \frac{μ_0 I}{2 R}
कहा पेआरलूप की त्रिज्या है, और अन्य प्रतीकों को पहले परिभाषित किया गया है।
अंत में, परिनालिका का चुंबकीय क्षेत्र किसके द्वारा दिया जाता है:
बी = μ_0 \frac{N}{L} मैं
कहा पेनहींघुमावों की संख्या है औरलीपरिनालिका की लंबाई है। एक परिनालिका का चुंबकीय क्षेत्र काफी हद तक कुंडल के केंद्र में केंद्रित होता है।
उदाहरण गणना
चुंबकीय क्षेत्र की गणना करते समय आपको इन समीकरणों (और उनके जैसे) का उपयोग करना सीखना मुख्य बात है या परिणामी चुंबकीय बल, इसलिए प्रत्येक का एक उदाहरण आपको उन समस्याओं से निपटने में मदद करेगा जिनकी आपको संभावना है मुठभेड़।
5-एम्पीयर करंट (यानी, I = 5 A) ले जाने वाले एक लंबे सीधे तार के लिए, तार से 0.5 मीटर दूर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत क्या है?
I = 5 A और r = 0.5 m के साथ पहले समीकरण का उपयोग करने पर प्राप्त होता है:
\begin{aligned} B &= \frac{μ_0 I}{2 r} \\ &= \frac{4π × 10^{−7} \text{ H/m} × 5 \text{ A}}{ 2π × 0.5 \text{m}} \\ &= 2 × 10^{−6}\text{ T} \end{aligned}
अब I = 10 A और r = 0.2 m त्रिज्या वाले एक धारा लूप के लिए, लूप के केंद्र में चुंबकीय क्षेत्र क्या है? दूसरा समीकरण देता है:
\begin{aligned} B &= \frac{μ_0 I}{2R} \\ &= \frac{4π × 10^{−7} \text{ H/m} × 10 \text{ A}}{2 × 0.2 \पाठ{एम}} \\ &= 3.14 × 10^{−5}\पाठ{ टी} \end{संरेखित}
अंत में, N = 15 के साथ एक परिनालिका के लिए L = 0.1 m की लंबाई में, 4 A की धारा को ले जाने के लिए, केंद्र में चुंबकीय क्षेत्र की ताकत क्या है?
तीसरा समीकरण देता है:
\begin{aligned} B &= μ_0\frac{N}{L}I \\ &= 4π × 10^{−7} \text{ H/m} ×\frac{15 \text{ टर्न}}{0.1 \text{ m}} × 4 \text{ A}\\ &= 7.54 × 10^{−4}\text{ T} \end{aligned}
अन्य उदाहरण चुंबकीय क्षेत्र की गणना कुछ अलग तरह से काम कर सकती है - उदाहरण के लिए, आपको a. के केंद्र में क्षेत्र बताना सोलनॉइड और करंट, लेकिन एन / एल अनुपात के लिए पूछ रहे हैं - लेकिन जब तक आप समीकरणों से परिचित हैं, तब तक आपको कोई समस्या नहीं होगी उन्हें जवाब दे रहे हैं।
