चुंबकीय क्षेत्र कैसे काम करते हैं?

•••सैयद हुसैन अथेरे

​चुंबकीय क्षेत्रवर्णन करें कि वस्तुओं के चारों ओर अंतरिक्ष के माध्यम से चुंबकीय बल कैसे वितरित किया जाता है। आम तौर पर, किसी वस्तु के लिए जो चुंबकीय है, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं वस्तु के उत्तरी ध्रुव से दक्षिणी ध्रुव तक जाती हैं, जैसा कि वे पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के लिए करते हैं, जैसा कि ऊपर चित्र में दिखाया गया है।

वही चुंबकीय बल जो वस्तुओं को रेफ्रिजरेटर की सतहों से चिपका देता है, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में उपयोग किया जाता है जो ओजोन परत को हानिकारक सौर हवा से बचाता है। चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा के पैकेट बनाता है जो ओजोन परत को कार्बन डाइऑक्साइड खोने से रोकता है।

आप चुंबकीय की उपस्थिति में लोहे का बुरादा, लोहे के छोटे-छोटे चूर्ण जैसे टुकड़े डालकर इसका निरीक्षण कर सकते हैं। कागज के टुकड़े या कपड़े की हल्की शीट के नीचे एक चुंबक रखें। लोहे का बुरादा डालें और उनके द्वारा ली जाने वाली आकृतियों और संरचनाओं का निरीक्षण करें। निर्धारित करें कि चुंबकीय क्षेत्र भौतिकी के अनुसार फाइलिंग को इस तरह व्यवस्थित और वितरित करने के लिए कौन सी क्षेत्र रेखाएं होनी चाहिए।

उत्तर से दक्षिण की ओर खींची गई चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का घनत्व जितना अधिक होगा, चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण उतना ही अधिक होगा। ये उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव यह भी निर्धारित करते हैं कि चुंबकीय वस्तुएं आकर्षक हैं (उत्तर और दक्षिण ध्रुवों के बीच) या प्रतिकारक (समान ध्रुवों के बीच)। चुंबकीय क्षेत्र को टेस्ला की इकाइयों में मापा जाता है,

क्योंकि जब भी आवेश गति में होते हैं तो चुंबकीय क्षेत्र बनते हैं, चुंबकीय क्षेत्र तारों के माध्यम से विद्युत प्रवाह से प्रेरित होते हैं। क्षेत्र आपको एक विद्युत तार के माध्यम से वर्तमान और वर्तमान की दूरी के आधार पर चुंबकीय बल की संभावित ताकत और दिशा का वर्णन करने का एक तरीका देता है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं तारों के चारों ओर संकेंद्रित वृत्त बनाती हैं। इन क्षेत्रों की दिशा "दाहिने हाथ के नियम" के माध्यम से निर्धारित की जा सकती है।

यह नियम आपको बताता है कि, यदि आप अपने दाहिने अंगूठे को तार के माध्यम से विद्युत प्रवाह की दिशा में रखते हैं, तो परिणामी चुंबकीय क्षेत्र आपके हाथ की उंगलियों के कर्ल की दिशा में होते हैं। अधिक धारा के साथ, अधिक चुंबकीय क्षेत्र प्रेरित होता है।

आप के विभिन्न उदाहरणों का उपयोग कर सकते हैंदाहिने हाथ का नियम, चुंबकीय क्षेत्र, चुंबकीय बल और धारा को शामिल करते हुए विभिन्न मात्राओं की दिशा निर्धारित करने के लिए एक सामान्य नियम। मात्राओं के गणित द्वारा निर्धारित बिजली और चुंबकत्व में कई मामलों के लिए अंगूठे का यह नियम उपयोगी है।

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यह दाहिने हाथ के नियम को चुंबकीय के लिए दूसरी दिशा में भी लागू किया जा सकता हैsolenoid, या चुंबक के चारों ओर तारों में लिपटे विद्युत प्रवाह की एक श्रृंखला। यदि आप अपने दाहिने हाथ के अंगूठे को चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में इंगित करते हैं, तो आपके दाहिने हाथ की उंगलियां विद्युत प्रवाह की दिशा में गोल हो जाएंगी। सोलेनॉइड आपको विद्युत धाराओं के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति का दोहन करने देते हैं।

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जब एक विद्युत आवेश यात्रा करता है, तो चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों के रूप में उत्पन्न होता है जो घूमता है और घूमता है और स्वयं चुंबकीय वस्तु बन जाता है। जिन तत्वों की जमीनी अवस्था में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं जैसे लोहा, कोबाल्ट और निकल को इस तरह से संरेखित किया जा सकता है कि वे स्थायी चुम्बक बनाते हैं। इन तत्वों के इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र इन तत्वों के माध्यम से विद्युत प्रवाह को अधिक आसानी से बहने देता है। चुंबकीय क्षेत्र स्वयं भी एक दूसरे को रद्द कर सकते हैं यदि वे विपरीत दिशाओं में परिमाण में बराबर हों।

बैटरी से बहने वाली धारामैंएक चुंबकीय क्षेत्र देता हैखत्रिज्या परआरसमीकरण के अनुसारएम्पीयर का नियम​:

कहां हैμ​₀ निर्वात पारगम्यता का चुंबकीय स्थिरांक है,1.26 x 10 x^-6 एच / एम("हेनरी प्रति मीटर" जिसमें हेनरी अधिष्ठापन की इकाई है)। करंट बढ़ने और तार के करीब आने से चुंबकीय क्षेत्र में वृद्धि होती है जिसके परिणामस्वरूप होता है।

किसी वस्तु के चुंबकीय होने के लिए, वस्तु को बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों को वस्तु में परमाणुओं के बीच स्वतंत्र रूप से घूमने में सक्षम होना चाहिए। एक सामग्री के चुंबकीय होने के लिए, एक ही स्पिन के अप्रकाशित इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणु आदर्श उम्मीदवार होते हैं क्योंकि ये परमाणु एक दूसरे के साथ जुड़ सकते हैं ताकि इलेक्ट्रॉनों को स्वतंत्र रूप से प्रवाहित किया जा सके। चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में परीक्षण सामग्री और इन सामग्रियों को बनाने वाले परमाणुओं के चुंबकीय गुणों की जांच करने से आप उनके चुंबकत्व के बारे में बता सकते हैं।

​लौह चुम्बकयह गुण है कि वे स्थायी रूप से चुंबकीय हैं।पैरामैग्नेट, इसके विपरीत, चुंबकीय गुणों को तब तक प्रदर्शित नहीं करेगा जब तक कि एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में इलेक्ट्रॉनों के स्पिनों को ऊपर की ओर पंक्तिबद्ध न किया जाए ताकि वे स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकें।Diamagnetsपरमाणु संरचनाएँ ऐसी होती हैं कि वे चुंबकीय क्षेत्र से बिल्कुल भी प्रभावित नहीं होती हैं या केवल चुंबकीय क्षेत्रों से बहुत कम प्रभावित होती हैं। आवेशों को प्रवाहित होने देने के लिए उनके पास कोई या कुछ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं।

पैरामैग्नेट काम करते हैं क्योंकि वे उन सामग्रियों से बने होते हैं जिनमें हमेशा होता हैचुंबकीय क्षण, द्विध्रुव के रूप में जाना जाता है। ये क्षण इन सामग्रियों को बनाने वाले परमाणुओं की कक्षाओं में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के स्पिन के कारण बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित करने की उनकी क्षमता हैं। चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में, सामग्री चुंबकीय क्षेत्र के बल का विरोध करने के लिए संरेखित होती है। पैरामैग्नेटिक तत्वों में मैग्नीशियम, मोलिब्डेनम, लिथियम और टैंटलम शामिल हैं।

फेरोमैग्नेटिक सामग्री के भीतर, परमाणुओं का द्विध्रुव स्थायी होता है, आमतौर पर पैरामैग्नेटिक सामग्री को गर्म करने और ठंडा करने के परिणामस्वरूप। यह उन्हें विद्युत उपकरणों में उपयोग के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेट, मोटर्स, जनरेटर और ट्रांसफार्मर के लिए आदर्श उम्मीदवार बनाता है। इसके विपरीत, Diamagnets, एक बल उत्पन्न कर सकते हैं जो इलेक्ट्रॉनों को वर्तमान के रूप में स्वतंत्र रूप से प्रवाहित करने देता है, फिर, उन पर लागू किसी भी चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यह चुंबकीय क्षेत्र को रद्द कर देता है और उन्हें चुंबकीय बनने से रोकता है।

चुंबकीय क्षेत्र निर्धारित करते हैं कि चुंबकीय सामग्री की उपस्थिति में चुंबकीय बलों को कैसे वितरित किया जा सकता है। जबकि विद्युत क्षेत्र एक इलेक्ट्रॉन की उपस्थिति में विद्युत बल का वर्णन करते हैं, चुंबकीय क्षेत्र में ऐसा कोई समान कण नहीं होता है जिस पर चुंबकीय बल का वर्णन किया जा सके। वैज्ञानिकों ने सिद्धांत दिया है कि एक चुंबकीय मोनोपोल मौजूद हो सकता है, लेकिन यह दिखाने के लिए प्रयोगात्मक सबूत नहीं हैं कि ये कण मौजूद हैं। यदि वे मौजूद होते, तो इन कणों में एक चुंबकीय "आवेश" होता, जिस तरह आवेशित कणों में विद्युत आवेश होते हैं।

चुंबकीय बल विद्युत चुम्बकीय बल के कारण होता है, वह बल जो कणों और वस्तुओं के विद्युत और चुंबकीय दोनों घटकों का वर्णन करता है। यह दर्शाता है कि विद्युत की समान परिघटनाओं जैसे कि वर्तमान और विद्युत क्षेत्र के लिए आंतरिक चुंबकत्व कैसा है। एक इलेक्ट्रॉन का आवेश वह है जो चुंबकीय क्षेत्र को चुंबकीय बल के माध्यम से उसी तरह विक्षेपित करता है जैसे विद्युत क्षेत्र और विद्युत बल करते हैं।

जबकि केवल गतिमान आवेशित कण चुंबकीय क्षेत्र छोड़ते हैं, और सभी आवेशित कण निकलते हैं विद्युत क्षेत्र, चुंबकीय और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र fundamental के एक ही मौलिक बल का हिस्सा हैं विद्युत चुंबकत्व। ब्रह्मांड में सभी आवेशित कणों के बीच विद्युत चुम्बकीय बल कार्य करता है। विद्युत चुम्बकीय बल बिजली और चुंबकत्व में रोजमर्रा की घटनाओं का रूप ले लेता है जैसे कि स्थैतिक बिजली और विद्युत आवेशित बंधन जो अणुओं को एक साथ रखते हैं।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ-साथ यह बल इलेक्ट्रोमोटिव बल का आधार भी बनता है जो सर्किट के माध्यम से करंट प्रवाहित करता है। जब एक चुंबकीय क्षेत्र को विद्युत क्षेत्र के साथ जोड़कर देखा जाता है, तो परिणामी उत्पाद को विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के रूप में जाना जाता है।

लोरेंत्ज़ बल समीकरण​

एक आवेशित कण पर बल का वर्णन करता हैक्यूवेग से गतिमानवीविद्युत क्षेत्र की उपस्थिति मेंइऔर चुंबकीय क्षेत्रख. इस समीकरण मेंएक्सके बीचक्यूवीतथाखक्रॉस-उत्पाद का प्रतिनिधित्व करता है। पहला टर्मत्वरित अनुमानोंबल में विद्युत क्षेत्र का योगदान है, और दूसरा पदक्यूवी एक्स बीचुंबकीय क्षेत्र का योगदान है।

लोरेंत्ज़ समीकरण आपको यह भी बताता है कि आवेश के वेग के बीच चुंबकीय बलवीऔर चुंबकीय क्षेत्रखहैक्यूवीबीएसआईएनशुल्क के लिएक्यूकहां हैϕ("फी") के बीच का कोण हैवीतथाख, जो 1. से कम होना चाहिए80डिग्री। यदि के बीच का कोणवीतथाखअधिक है, तो आपको इसे ठीक करने के लिए विपरीत दिशा में कोण का उपयोग करना चाहिए (एक क्रॉस-उत्पाद की परिभाषा से)। अगरϕ0 है, जैसे वेग और चुंबकीय क्षेत्र बिंदु एक ही दिशा में, चुंबकीय बल 0 होगा। कण चुंबकीय क्षेत्र से विक्षेपित हुए बिना गति करता रहेगा।

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ऊपर दिए गए आरेख में, दो वैक्टरों के बीच का क्रॉस-उत्पादएतथाखहैसी. की दिशा और परिमाण पर ध्यान देंसी. यह लंबवत दिशा में हैएतथाखजब दाहिने हाथ के नियम द्वारा दिया जाता है। दाहिने हाथ के नियम का अर्थ है कि परिणामी क्रॉस-उत्पाद की दिशासीजब आपकी दाहिनी तर्जनी की दिशा में होती है तो आपके अंगूठे की दिशा द्वारा दी जाती हैखऔर आपकी दाहिनी मध्यमा अंगुली की दिशा में हैए​.

क्रॉस-उत्पाद एक वेक्टर ऑपरेशन है जिसके परिणामस्वरूप वेक्टर दोनों के लंबवत होता हैक्यूवीतथाखतीन सदिशों के दाहिने हाथ के नियम द्वारा और समांतर चतुर्भुज के क्षेत्रफल के परिमाण के साथ दिया गया है कि वैक्टरक्यूवीतथाखअवधि। दाहिने हाथ के नियम का मतलब है कि आप बीच के क्रॉस-उत्पाद की दिशा निर्धारित कर सकते हैंक्यूवीतथाखअपनी दाहिनी तर्जनी को की दिशा में रखकरख, आपकी मध्यमा उंगली. की दिशा मेंक्यूवी, और आपके अंगूठे की परिणामी दिशा इन दो वैक्टरों की क्रॉस-उत्पाद दिशा होगी।

•••सैयद हुसैन अथेरे

ऊपर दिए गए आरेख में, दाएँ हाथ का नियम एक तार के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र, चुंबकीय बल और धारा के बीच संबंध को भी दर्शाता है। यह यह भी दर्शाता है कि इन तीन मात्राओं के बीच क्रॉस-उत्पाद दाहिने हाथ के नियम का प्रतिनिधित्व कर सकता है क्योंकि बल की दिशा और क्षेत्र के बीच क्रॉस-उत्पाद वर्तमान की दिशा के बराबर होता है।

एमआरआई, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग में लगभग 0.2 से 0.3 टेस्ला के चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जाता है। एमआरआई एक ऐसी विधि है जिसका उपयोग चिकित्सक रोगी के शरीर के भीतर मस्तिष्क, जोड़ों और मांसपेशियों जैसे आंतरिक संरचनाओं का अध्ययन करने के लिए करते हैं। यह आम तौर पर रोगी को एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के भीतर रखकर किया जाता है जैसे कि क्षेत्र शरीर की धुरी के साथ चलता है। यदि आप कल्पना करते हैं कि रोगी एक चुंबकीय सोलेनोइड था, तो विद्युत धाराएं उसके शरीर के चारों ओर लपेटेंगी और चुंबकीय क्षेत्र को शरीर के संबंध में ऊर्ध्वाधर दिशा में निर्देशित किया जाएगा, जैसा कि दाहिने हाथ से तय होता है नियम।

वैज्ञानिक और चिकित्सक तब अध्ययन करते हैं कि रोगी के शरीर के भीतर संरचनाओं का अध्ययन करने के लिए प्रोटॉन अपने सामान्य संरेखण से कैसे विचलित होते हैं। इसके माध्यम से चिकित्सक विभिन्न स्थितियों का सुरक्षित, गैर-आक्रामक निदान कर सकते हैं।

प्रक्रिया के दौरान व्यक्ति चुंबकीय क्षेत्र को महसूस नहीं करता है, लेकिन, क्योंकि इसमें बहुत अधिक पानी होता है मानव शरीर में, हाइड्रोजन नाभिक (जो प्रोटॉन हैं) चुंबकीय के कारण स्वयं को संरेखित करते हैं मैदान। एमआरआई स्कैनर एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है जिससे प्रोटॉन ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, और जब चुंबकीय क्षेत्र बंद हो जाता है, तो प्रोटॉन अपनी सामान्य स्थिति में लौट आते हैं। डिवाइस तब स्थिति में इस परिवर्तन को ट्रैक करता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि प्रोटॉन कैसे संरेखित होते हैं और रोगी के शरीर के अंदर की एक छवि बनाते हैं।