चुम्बक। आपने उन्हें अपने रेफ्रिजरेटर पर रखा है, आपने उनके साथ एक बच्चे के रूप में खेला है, आपने अपने हाथ में एक कंपास भी रखा है क्योंकि कंपास सुई पृथ्वी के चुंबकीय उत्तरी ध्रुव की ओर इशारा करती है। लेकिन वे कैसे काम करते हैं? चुंबकत्व की यह घटना क्या है?
चुंबकत्व क्या है?
चुंबकत्व मौलिक विद्युत चुम्बकीय बल का एक पहलू है। यह चुम्बक या चुंबकीय वस्तुओं से जुड़ी घटनाओं और बलों का वर्णन करता है।
सभी चुंबकीय क्षेत्र गतिमान आवेश या विद्युत क्षेत्रों को बदलने से उत्पन्न होते हैं। यही कारण है कि बिजली और चुंबकत्व की घटनाओं को सामूहिक रूप से विद्युत चुंबकत्व कहा जाता है। वे वास्तव में एक ही हैं!
सभी सामग्रियों के भीतर, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन होते हैं, और वे इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के चारों ओर एक बादल बनाते हैं, जिससे उनकी समग्र गति एक लघु चुंबकीय द्विध्रुव का निर्माण करती है। अधिकांश सामग्रियों में, हालांकि, इन मिनी-चुंबकों के झुकाव के यादृच्छिक वितरण के कारण क्षेत्र रद्द हो जाते हैं। फेरोमैग्नेटिक सामग्री अपवाद हैं।
लोहे, मैंगनीज, मैग्नेटाइट और कोबाल्ट सहित कई सामग्री चुंबकीय घटनाएं प्रदर्शित करती हैं। ये स्थायी चुम्बक के रूप में मौजूद हो सकते हैं या अनुचुंबकीय हो सकते हैं (अर्थात, चुंबकीय सामग्री की ओर आकर्षित होते हैं लेकिन स्वयं स्थायी चुंबकत्व को बनाए नहीं रखते हैं)। लोहे जैसी सामग्री के चारों ओर एक तार घाव के माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित करके विद्युत चुम्बक बनाए जाते हैं (या ऐसी किसी भी स्थिति से जिसमें विद्युत आवेश चल रहा हो)।
चुंबकीय सामग्री या तो एक दूसरे को आकर्षित कर सकती है या एक दूसरे को पीछे हटा सकती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि उन सामग्रियों के कौन से हिस्से एक साथ लाए गए हैं।
चुंबकीय क्षेत्र
जैसे विद्युत बल और गुरुत्वाकर्षण बल के साथ, एक दूसरे पर चुंबकीय बल लगाने वाली वस्तुएं अपने चारों ओर एक क्षेत्र उत्पन्न करती हैं। एक बार चुंबक, उदाहरण के लिए, अपने आस-पास की जगह में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप उस क्षेत्र में लाए गए किसी भी अन्य चुंबक या फेरोमैग्नेटिक सामग्री को बल महसूस होता है।
चुंबकीय क्षेत्र की कल्पना करने का एक तरीका लोहे के बुरादे का उपयोग करना है। लोहे का बुरादा लोहे के छोटे टुकड़े होते हैं, जो चुंबक के चारों ओर छिड़के जाने पर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं के साथ संरेखित हो जाते हैं, जिससे आप उनकी कल्पना कर सकते हैं।
चुंबकीय क्षेत्र की ताकत से जुड़ी एसआई इकाई टेस्ला है।
1 \text{ टेस्ला} = 1 \text{T} = 1 \frac{\text{kg}}{\text{As}^2} = \frac{\text{Vs}}{\text{m}^ 2} = \frac{\text{N}}{\text{Am}}
चुंबकीय क्षेत्र की ताकत से जुड़ी एक अन्य सामान्य इकाई गॉस है।
1 गॉस = 1 जी = 10-4 टी
चुंबकत्व के प्रकार
चुंबकत्व के कई अलग-अलग प्रकार हैं:
परमचुंबकत्वकुछ ऐसी सामग्रियों का वर्णन करता है जो चुंबक की ओर कमजोर रूप से आकर्षित हो सकती हैं लेकिन जो स्वयं एक स्थायी चुंबकीय क्षेत्र को बरकरार नहीं रखती हैं। बाहरी क्षेत्र की उपस्थिति में, वे आंतरिक, प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र बनाएंगे जो संरेखित होते हैं। इसके परिणामस्वरूप समग्र रूप से चुंबकीय क्षेत्र का अस्थायी प्रवर्धन हो सकता है। कुछ रत्नों सहित, कई अलग-अलग प्रकार के अनुचुंबकीय पदार्थ हैं।
प्रतिचुम्बकत्वसभी सामग्रियों द्वारा प्रदर्शित एक संपत्ति है, लेकिन जो आमतौर पर उन सामग्रियों में सबसे स्पष्ट है जिन्हें हम गैर-चुंबकीय मानते हैं। प्रतिचुंबकीय पदार्थ चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बहुत कमजोर रूप से प्रतिकर्षित होते हैं। स्थायी चुम्बक और अनुचुम्बकीय पदार्थों में प्रतिचुम्बकत्व का प्रभाव नगण्य होता है।
विद्युत चुंबकत्वतब होता है जब एक तार से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। प्रभाव को बढ़ाने के लिए उस तार को लोहे की पट्टी के चारों ओर घाव किया जा सकता है क्योंकि लोहा अपना चुंबकीय क्षेत्र बनाएगा जो बाहरी क्षेत्र के साथ संरेखित होता है। चुंबकत्व का यह रूप इस तथ्य का प्रत्यक्ष परिणाम है कि इलेक्ट्रॉनों की गति एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। (फिर से, बिजली और चुंबकत्व एक ही मौलिक भौतिक संपत्ति के दो पहलू हैं!)
लौहचुंबकत्ववर्णन करता है कि कैसे कुछ सामग्री - जिन्हें फेरोमैग्नेटिक सामग्री कहा जाता है - स्थायी चुंबक बनाती हैं, जिनकी चर्चा अगले भाग में अधिक विस्तार से की गई है।
फेरोमैग्नेटिक सामग्री Material
वे पदार्थ जो चुम्बक की ओर अत्यधिक आकर्षित होते हैं, लौहचुम्बकीय कहलाते हैं। लोहा इस प्रकार की सबसे आम सामग्री है। (लैटिन उपसर्ग के बाद से आश्चर्य की बात नहीं हैलौह- का अर्थ है "लोहा।")
फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों में चुंबकीय डोमेन कहा जाता है; अर्थात्, उनके भीतर के क्षेत्र जो चुम्बक की तरह होते हैं, लेकिन विभिन्न दिशाओं में उन्मुख होते हैं ताकि समग्र प्रभाव समाप्त हो जाए और वे आम तौर पर चुम्बक की तरह कार्य न करें। अगर, हालांकि, इन सामग्रियों को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह डोमेन के संरेखण का कारण बन सकता है कि वे सभी एक ही दिशा में संरेखित हैं, और इसलिए वे (अक्सर अस्थायी रूप से) चुम्बक की तरह बन जाते हैं खुद।
फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों में लॉस्टस्टोन, लोहा, निकल, कोबाल्ट और नियोडिमियम सहित विभिन्न दुर्लभ-पृथ्वी सामग्री शामिल हैं।
बार चुंबक, द्विध्रुव और चुंबकीय गुण
एक दंड चुंबक चुंबकीय सामग्री का एक आयताकार या बेलनाकार पट्टी है। एक छड़ चुंबक के सिरे उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव होते हैं। ये दो प्रकार के चुंबकीय ध्रुव हैं, और वे एक दूसरे के साथ चुंबकीय बल के माध्यम से उसी तरह से बातचीत करते हैं जैसे विद्युत बल के माध्यम से सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज कैसे बातचीत करते हैं।
बार चुम्बक चुंबकीय द्विध्रुव होते हैं। उनके विपरीत ध्रुव एक विद्युत द्विध्रुव के समान दूरी से अलग होते हैं। हालाँकि, एक प्राथमिक अंतर यह है कि चुम्बकों के साथ, आपके पास एक मोनोपोल (एक पृथक ध्रुव) नहीं हो सकता है, जैसा कि आपके पास आवेशों के साथ हो सकता है। चुम्बक हमेशा एक द्विध्रुव के रूप में मौजूद रहता है और कभी भी उत्तरी ध्रुव के रूप में या अपने आप में दक्षिणी ध्रुव के रूप में नहीं होता है। (यदि आप ध्रुवों को अलग करने की कोशिश करने के लिए एक बार चुंबक को आधा में काटते हैं, तो आप बस दो छोटे द्विध्रुवीय चुम्बकों के साथ समाप्त हो जाएंगे!)
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र
जैसा कि आप शायद जानते हैं, पृथ्वी का एक चुंबकीय क्षेत्र है। यह लोगों को कंपास का उपयोग करने की अनुमति देता है यह निर्धारित करने के लिए कि वे ध्रुवों के सापेक्ष किस दिशा का सामना कर रहे हैं। एक चुंबकीय कंपास में एक छोटा चुंबक होता है जो स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकता है और किसी भी बाहरी क्षेत्र के साथ संरेखित हो सकता है। कम्पास सुई का लाल सिरा उत्तर की ओर इशारा करता है। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र एक विशाल छड़ चुंबक की तरह कार्य करता है। यह काल्पनिक बार चुंबक उन्मुख है ताकि चुंबक का उत्तरी छोर पृथ्वी के दक्षिणी ध्रुव पर हो और चुंबक का दक्षिणी छोर पृथ्वी के उत्तरी ध्रुव पर हो।
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र भी अधिकांश स्थानों पर पृथ्वी की सतह के समानांतर नहीं है। आप एक डुबकी सुई का उपयोग करके पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की गिरावट का निर्धारण कर सकते हैं। पहले सुई को क्षैतिज रूप से उन्मुख करें और इसे पृथ्वी के चुंबकीय उत्तर के साथ संरेखित करें। फिर इसे लंबवत मोड़ें और डिप एंगल का निरीक्षण करें। आप ध्रुवों के जितने करीब होंगे कोण उतना ही बड़ा होगा।
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र ग्रह के चारों ओर अंतरिक्ष का एक क्षेत्र बनाता है जिसे मैग्नेटोस्फीयर कहा जाता है। मैग्नेटोस्फीयर अनिवार्य रूप से पृथ्वी की धुरी के करीब संरेखित एक बहुत बड़े बार चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र की तरह दिखता है, हालांकि मैग्नेटोस्फीयर विकृत हो सकता है क्योंकि यह चार्ज कणों के साथ बातचीत करता है।
मैग्नेटोस्फीयर हमें सौर हवा से बचाता है, जिसमें आवेशित कण होते हैं। इन कणों और चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के बीच परस्पर क्रिया ही औरोरा को जन्म देती है।
उदाहरण
चुम्बकत्व की परिघटना का उपयोग सभी प्रकार के दैनिक अनुप्रयोगों में किया जाता है।
विद्युत चुंबकत्व की घटना हमें विद्युत जनरेटर में यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की अनुमति देती है। विद्युत जनरेटर एक टरबाइन (हवा बहना, या बहता पानी) को चालू करने के लिए यांत्रिक साधनों का उपयोग करते हैं, जो तार कॉइल के सापेक्ष चुंबकीय क्षेत्र को बदल देता है, जिससे करंट प्रवाहित होता है।
इलेक्ट्रिक मोटर्स अनिवार्य रूप से विद्युत जनरेटर के विपरीत हैं, जो विद्युत चुंबकत्व का उपयोग करके परिवर्तित करते हैं विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में, चाहे वह पावर ड्रिल चलाने के लिए हो, मिक्सर चलाने के लिए हो या इलेक्ट्रिक करने के लिए हो वाहन।
औद्योगिक इलेक्ट्रोमैग्नेट बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र वाले विशाल चुंबक होते हैं जो उन्हें पुराने वाहनों को स्क्रैपयार्ड में लेने की अनुमति देते हैं।
एमआरआई मशीनें आपके अंदर की छवियों को बनाने के लिए मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करती हैं और डॉक्टरों को पूरी तरह से चिकित्सा स्थितियों का निदान करने की अनुमति देती हैं।