विद्युत और चुंबकीय बल प्रकृति में पाए जाने वाले दो बल हैं। जबकि पहली नज़र में वे अलग लग सकते हैं, वे दोनों आवेशित कणों से जुड़े क्षेत्रों से उत्पन्न होते हैं। दोनों बलों में तीन मुख्य समानताएं हैं, और आपको इस बारे में और जानना चाहिए कि ये घटनाएं कैसे उत्पन्न होती हैं।
1 - वे दो विपरीत किस्मों में आते हैं
चार्ज सकारात्मक (+) और नकारात्मक (-) किस्मों में आते हैं। मौलिक धनात्मक आवेश वाहक प्रोटॉन है और ऋणात्मक आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन है। दोनों का परिमाण e = 1.602 × 10. है-19 कूलम्ब्स।
विरोधी आकर्षित करते हैं, और पीछे हटाना पसंद करते हैं; एक दूसरे के पास रखे गए दो धनात्मक आवेशपीछे हटाना, या एक ऐसी शक्ति का अनुभव करें जो उन्हें अलग करती है। यही बात दो ऋणात्मक आवेशों पर भी लागू होती है। हालांकि, एक सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज होगाआकर्षितएक दूसरे।
धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के बीच आकर्षण वह है जो अधिकांश वस्तुओं को विद्युत रूप से तटस्थ बना देता है। क्योंकि ब्रह्मांड में ऋणात्मक आवेशों के समान ही धनात्मक आवेश होते हैं, और आकर्षक और प्रतिकारक बल उसी तरह कार्य करते हैं जैसे वे करते हैं, आवेशों की प्रवृत्ति होती हैबेअसर, या एक दूसरे को रद्द करें।
इसी तरह, चुम्बकों में उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव होते हैं। दो चुंबकीय उत्तरी ध्रुव एक दूसरे को दो चुंबकीय दक्षिणी ध्रुवों की तरह प्रतिकर्षित करेंगे, लेकिन एक उत्तरी ध्रुव और दक्षिणी ध्रुव एक दूसरे को आकर्षित करेंगे।
ध्यान दें कि एक और घटना जिससे आप परिचित हैं, गुरुत्वाकर्षण, ऐसा नहीं है। गुरुत्वाकर्षण दो द्रव्यमानों के बीच एक आकर्षक बल है। द्रव्यमान का केवल एक "प्रकार" होता है। यह बिजली और चुंबकत्व जैसी सकारात्मक और नकारात्मक किस्मों में नहीं आता है। और यह एक प्रकार का द्रव्यमान हमेशा आकर्षक होता है न कि प्रतिकारक।
चुम्बक और आवेशों में एक अलग अंतर होता है, हालाँकि, उसमें चुम्बक हमेशा द्विध्रुव के रूप में दिखाई देते हैं। यानी किसी भी चुम्बक में हमेशा एक उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव होता है। दो ध्रुवों को अलग नहीं किया जा सकता है।
कुछ छोटी दूरी पर धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों को अलग रखकर एक विद्युत द्विध्रुव भी बनाया जा सकता है, लेकिन इन आवेशों को फिर से अलग करना हमेशा संभव होता है। यदि आप अपने उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों के साथ एक बार चुंबक की कल्पना करते हैं, और आप इसे बनाने के लिए इसे आधे में काटने की कोशिश कर रहे थे उत्तर और दक्षिण को अलग करें, इसके बजाय परिणाम दो छोटे चुम्बक होंगे, दोनों अपने स्वयं के उत्तर और दक्षिण के साथ डंडे
2 - अन्य बलों की तुलना में उनकी सापेक्ष शक्ति
यदि हम विद्युत और चुम्बकत्व की तुलना अन्य बलों से करते हैं, तो हमें कुछ भिन्न अंतर दिखाई देते हैं। ब्रह्मांड के चार मूलभूत बल हैं मजबूत, विद्युतचुंबकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण बल। (ध्यान दें कि विद्युत और चुंबकीय बलों को एक ही शब्द द्वारा वर्णित किया गया है - इस पर थोड़ा और।)
अगर हम मजबूत बल - एक परमाणु के अंदर न्यूक्लियॉन को एक साथ रखने वाले बल पर विचार करें - 1 का परिमाण है, तो बिजली और चुंबकत्व का सापेक्ष परिमाण 1/137 है। कमजोर बल - जो बीटा क्षय के लिए जिम्मेदार है - का सापेक्ष परिमाण 10. है-6, और गुरुत्वाकर्षण बल का सापेक्ष परिमाण 6 × 10. है-39.
आपने सही पढ़ा। यह एक टाइपो नहीं था। बाकी सब चीजों की तुलना में गुरुत्वाकर्षण बल बेहद कमजोर है। यह उल्टा लग सकता है - आखिरकार, गुरुत्वाकर्षण वह बल है जो ग्रहों को गति में रखता है और हमारे पैरों को जमीन पर रखता है! लेकिन विचार करें कि क्या होता है जब आप एक चुंबक के साथ एक पेपरक्लिप या स्थैतिक बिजली के साथ एक ऊतक उठाते हैं।
एक छोटे से चुंबक या स्थिर रूप से आवेशित वस्तु को खींचने वाला बल पेपरक्लिप या ऊतक पर खींची गई पूरी पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल का प्रतिकार कर सकता है! हम गुरुत्वाकर्षण को इतना अधिक शक्तिशाली मानते हैं क्योंकि यह नहीं है, बल्कि इसलिए कि हमारे पास पूरे विश्व का गुरुत्वाकर्षण बल है हर समय हम पर कार्य करते हुए, अपनी द्विआधारी प्रकृति के कारण, आवेश और चुम्बक अक्सर स्वयं को इस प्रकार व्यवस्थित करते हैं कि वे हैं बेअसर करना।
3 - बिजली और चुंबकत्व एक ही घटना के दो पहलू हैं
यदि हम अधिक बारीकी से देखें और वास्तव में बिजली और चुंबकत्व की तुलना करें, तो हम देखते हैं कि मौलिक स्तर पर वे एक ही घटना के दो पहलू हैं जिन्हें कहा जाता हैविद्युत. इससे पहले कि हम इस घटना का पूरी तरह से वर्णन करें, आइए इसमें शामिल अवधारणाओं की गहरी समझ प्राप्त करें।
विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र
एक क्षेत्र क्या है? कभी-कभी किसी ऐसी चीज़ के बारे में सोचना मददगार होता है जो अधिक परिचित लगती है। बिजली और चुंबकत्व की तरह गुरुत्वाकर्षण भी एक बल है जो एक क्षेत्र बनाता है। पृथ्वी के चारों ओर अंतरिक्ष के क्षेत्र की कल्पना करें।
अंतरिक्ष में दिया गया कोई भी द्रव्यमान एक बल महसूस करेगा जो उसके द्रव्यमान के परिमाण और पृथ्वी से उसकी दूरी पर निर्भर करता है। इसलिए हम कल्पना करते हैं कि पृथ्वी के चारों ओर के स्थान में aमैदान, अर्थात्, अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु को दिया गया एक मान जो इस बात का कुछ संकेत देता है कि एक संगत बल कितना अपेक्षाकृत बड़ा और किस दिशा में होगा। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का परिमाण दूरीआरमास. सेमउदाहरण के लिए, सूत्र द्वारा दिया गया है:
ई = {जीएम\ऊपर{1pt} आर^2}
कहा पेजीसार्वत्रिक गुरुत्वीय स्थिरांक है 6.67408 × 10-11 म3/(kgs2). किसी भी बिंदु पर इस क्षेत्र से जुड़ी दिशा पृथ्वी के केंद्र की ओर इशारा करते हुए एक इकाई वेक्टर होगी।
विद्युत क्षेत्र उसी तरह काम करते हैं। विद्युत क्षेत्र का परिमाण दूरीआरपॉइंट चार्ज सेक्यूसूत्र द्वारा दिया गया है:
ई= {kq\ऊपर{1pt} r^2}
कहा पेककूलम्ब स्थिरांक है 8.99 × 109 एनएम2/सी2. किसी भी बिंदु पर इस क्षेत्र की दिशा आवेश की ओर होती हैक्यूअगरक्यूऋणात्मक है, और आवेश से दूर हैक्यूअगरक्यूसकारात्मक है।
ध्यान दें कि ये क्षेत्र व्युत्क्रम वर्ग नियम का पालन करते हैं, इसलिए यदि आप दो बार दूर जाते हैं, तो क्षेत्र एक चौथाई मजबूत हो जाता है। कई बिंदु आवेशों, या आवेश के निरंतर वितरण से उत्पन्न विद्युत क्षेत्र को खोजने के लिए, हम केवल सुपरपोजिशन पाएंगे या वितरण का एकीकरण करेंगे।
चुंबकीय क्षेत्र थोड़े पेचीदा होते हैं क्योंकि चुम्बक हमेशा द्विध्रुव के रूप में आते हैं। चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण को अक्सर अक्षर द्वारा दर्शाया जाता हैख, और इसका सटीक सूत्र स्थिति पर निर्भर करता है।
तो चुंबकत्व कहाँ हैसच मेंसे आते हैं?
बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध वैज्ञानिकों के लिए प्रत्येक की प्रारंभिक खोजों के कई शताब्दियों बाद तक स्पष्ट नहीं था। दो घटनाओं के बीच बातचीत की खोज करने वाले कुछ प्रमुख प्रयोगों ने अंततः आज हमारे पास समझ पैदा कर दी है।
करंट ले जाने वाले तार एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं
1800 के दशक की शुरुआत में वैज्ञानिकों ने पहली बार यह पता लगाया कि एक चुंबकीय कंपास सुई को विक्षेपित किया जा सकता है जब एक तार के पास करंट होता है। यह पता चला है कि एक करंट ले जाने वाला तार एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यह चुंबकीय क्षेत्र एक दूरीआरकरंट ले जाने वाले एक अनंत लंबे तार सेमैंसूत्र द्वारा दिया गया है:
बी= {\mu_0 मैं\ऊपर{1pt} 2\pi r}
कहा पेμ0 वैक्यूम पारगम्यता है 4π × 10-7 एन/ए2. इस क्षेत्र की दिशा द्वारा दी गई हैदाहिने हाथ का नियम- अपने दाहिने हाथ के अंगूठे को करंट की दिशा में इंगित करें, और फिर अपनी उंगलियां तार के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा का संकेत देते हुए एक सर्कल में लपेटें।
इस खोज से विद्युत चुम्बकों का निर्माण हुआ। एक करंट ले जाने वाला तार लेने और उसे एक कॉइल में लपेटने की कल्पना करें। परिणामी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा बार चुंबक के द्विध्रुवीय क्षेत्र की तरह दिखेगी!
•••पिक्साबे
लेकिन बार मैग्नेट के बारे में क्या? उनका चुंबकत्व कहाँ से आता है?
एक बार चुंबक में चुंबकत्व परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति से उत्पन्न होता है जिसमें यह शामिल होता है। प्रत्येक परमाणु में गतिमान आवेश एक छोटा चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। अधिकांश सामग्रियों में, ये क्षेत्र हर तरह से उन्मुख होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कोई महत्वपूर्ण शुद्ध चुंबकत्व नहीं होता है। लेकिन कुछ सामग्रियों में, जैसे कि लोहा, भौतिक संरचना इन क्षेत्रों को सभी को संरेखित करने की अनुमति देती है।
तो चुंबकत्व वास्तव में बिजली की अभिव्यक्ति है!
लेकिन रुकिए, और भी बहुत कुछ है!
यह पता चला है कि चुंबकत्व न केवल बिजली से उत्पन्न होता है, बल्कि चुंबकत्व से बिजली उत्पन्न की जा सकती है। यह खोज माइकल फैराडे ने की थी। इस खोज के कुछ समय बाद कि बिजली और चुंबकत्व संबंधित थे, फैराडे ने तार के केंद्र से गुजरने वाले चुंबकीय क्षेत्र को बदलकर तार के तार में करंट उत्पन्न करने का एक तरीका खोजा।
फैराडे का नियमयह बताता है कि किसी कुण्डली में प्रेरित धारा उस दिशा में प्रवाहित होगी जो उस परिवर्तन का विरोध करती है जिससे यह उत्पन्न हुआ। इसका मतलब यह है कि प्रेरित धारा उस दिशा में प्रवाहित होगी जो एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है जो इसके कारण बदलते चुंबकीय क्षेत्र का विरोध करती है। संक्षेप में, प्रेरित धारा किसी भी क्षेत्र परिवर्तन का प्रतिकार करने की कोशिश कर रही है।
इसलिए यदि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र कुंडली की ओर इशारा कर रहा है और फिर परिमाण में बढ़ जाता है, तो धारा में वृद्धि होगी इसका प्रतिकार करने के लिए लूप से बाहर की ओर इशारा करते हुए एक चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए ऐसी दिशा में प्रवाहित करें परिवर्तन। यदि बाहरी चुंबकीय क्षेत्र कुंडल की ओर इशारा कर रहा है और परिमाण में घट जाता है, तो धारा प्रवाहित होगी ऐसी दिशा में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए जो परिवर्तन का प्रतिकार करने के लिए कुंडली में भी इंगित करता है।
फैराडे की खोज ने आज के बिजली जनरेटर के पीछे की तकनीक को जन्म दिया। बिजली उत्पन्न करने के लिए, तार के एक तार से गुजरने वाले चुंबकीय क्षेत्र को बदलने का एक तरीका होना चाहिए। आप इस परिवर्तन को लागू करने के लिए एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में एक तार का तार मोड़ने की कल्पना कर सकते हैं। यह अक्सर यांत्रिक तरीकों से किया जाता है, जैसे कि टरबाइन को हवा या बहते पानी से स्थानांतरित किया जा रहा है।
•••पिक्साबे
चुंबकीय बल और विद्युत बल के बीच समानताएं
चुंबकीय बल और विद्युत बल के बीच कई समानताएं हैं। दोनों बल आरोपों पर कार्य करते हैं और एक ही घटना में उनकी उत्पत्ति होती है। जैसा कि ऊपर वर्णित है, दोनों बलों में तुलनीय ताकत है।
आवेश पर विद्युत बलक्यूक्षेत्र के कारणइद्वारा दिया गया है:
\vec{F}=q\vec{E}
आवेश पर चुंबकीय बलक्यूवेग से गतिमानवीक्षेत्र के कारणखलोरेंत्ज़ बल कानून द्वारा दिया गया है:
vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}
इस संबंध का एक और सूत्रीकरण है:
vec{F}= \vec{I} L\times\vec{B}
कहा पेमैंवर्तमान है औरलीक्षेत्र में तार या प्रवाहकीय पथ की लंबाई।
चुंबकीय बल और विद्युत बल के बीच कई समानताओं के अलावा, कुछ विशिष्ट अंतर भी हैं। ध्यान दें कि चुंबकीय बल स्थिर आवेश (यदि v = 0, तो F = 0) या क्षेत्र की दिशा के समानांतर गतिमान आवेश को प्रभावित नहीं करेगा। (जिसके परिणामस्वरूप 0 क्रॉस उत्पाद होता है), और वास्तव में जिस डिग्री तक चुंबकीय बल कार्य करता है वह वेग और के बीच के कोण के साथ बदलता रहता है मैदान।
बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध
जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने चार समीकरणों का एक सेट प्राप्त किया जो गणितीय रूप से बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंधों को संक्षेप में प्रस्तुत करता है। ये समीकरण इस प्रकार हैं:
\triangledown \cdot\vec{E}=\dfrac{\rho}{\epsilon_0}\\ \text{ }\\ \triangledown \cdot\vec{B}=0\\ \text{ }\\ \triangledown \times\vec{E}=-\dfrac{\आंशिक\vec{B}}{\आंशिक t}\\ \text{ }\\ \triangledown \times\vec{B}=\mu_0\vec{J}+\mu_0\epsilon_0\dfrac{\आंशिक\vec{E}}{\आंशिक टी}
पहले चर्चा की गई सभी घटनाओं को इन चार समीकरणों के साथ वर्णित किया जा सकता है। लेकिन इससे भी अधिक दिलचस्प यह है कि उनकी व्युत्पत्ति के बाद, इन समीकरणों का एक समाधान पाया गया जो पहले ज्ञात के अनुरूप नहीं था। इस समाधान ने एक स्व-प्रसारित विद्युत चुम्बकीय तरंग का वर्णन किया। लेकिन जब इस लहर की गति निकाली गई, तो यह होना तय था:
\dfrac{1}{\sqrt{\epsilon_0\mu_0}}=299,792,485 मी/से
यह प्रकाश की गति है!
इस का क्या महत्व है? खैर, यह पता चला है कि प्रकाश, एक घटना जो वैज्ञानिक काफी समय से गुणों की खोज कर रहे थे, वास्तव में एक विद्युत चुम्बकीय घटना थी। यही कारण है कि आज आप इसे के रूप में संदर्भित देखते हैंविद्युत चुम्बकीय विकिरण.
•••पिक्साबे
