एक इलेक्ट्रोमैग्नेट के लिए आयरन सबसे अच्छा कोर क्यों है?

लोहे को व्यापक रूप से विद्युत चुंबक के लिए सबसे अच्छा कोर माना जाता है, लेकिन क्यों? यह एकमात्र चुंबकीय सामग्री नहीं है, और स्टील जैसे बहुत सारे मिश्र धातुएं हैं जिन्हें आप आधुनिक युग में अधिक उपयोग करने की उम्मीद कर सकते हैं। यह समझना कि आपको किसी अन्य सामग्री का उपयोग करने की तुलना में लोहे के कोर इलेक्ट्रोमैग्नेट को देखने की अधिक संभावना क्यों है, आपको कई कुंजी का संक्षिप्त परिचय देता है विद्युत चुंबकत्व के विज्ञान के साथ-साथ यह समझाने के लिए एक संरचित दृष्टिकोण के बारे में बताता है कि कौन सी सामग्री ज्यादातर बनाने के लिए उपयोग की जाती है विद्युत चुम्बक। उत्तर, संक्षेप में, चुंबकीय क्षेत्रों के लिए सामग्री की "पारगम्यता" के लिए नीचे आता है।

सामग्री में चुंबकत्व की उत्पत्ति आपके विचार से थोड़ी अधिक जटिल है। जबकि अधिकांश लोग जानते हैं कि बार मैग्नेट जैसी चीजों में "उत्तर" और "दक्षिण" ध्रुव होते हैं, और विपरीत ध्रुव आकर्षित होते हैं और मेल खाने वाले ध्रुव पीछे हटते हैं, बल की उत्पत्ति को व्यापक रूप से समझा नहीं जाता है। चुंबकत्व अंततः आवेशित कणों की गति से उपजा है।

इलेक्ट्रॉन मेजबान परमाणु के नाभिक की "कक्षा" करते हैं, जैसे कि ग्रह सूर्य की परिक्रमा कैसे करते हैं, और इलेक्ट्रॉनों में एक नकारात्मक विद्युत आवेश होता है। आवेशित कण की गति - आप इसे एक गोलाकार लूप के रूप में सोच सकते हैं, हालांकि यह वास्तव में इतना सरल नहीं है - एक चुंबकीय क्षेत्र के निर्माण की ओर जाता है। यह क्षेत्र केवल एक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्पन्न होता है - एक छोटा कण जिसका द्रव्यमान लगभग एक अरबवें a. का होता है एक ग्राम के अरबवें हिस्से का अरबवां हिस्सा - इसलिए आपको आश्चर्य नहीं होना चाहिए कि एक इलेक्ट्रॉन से क्षेत्र नहीं है वह बड़ा। हालांकि, यह पड़ोसी परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को प्रभावित करता है और उनके क्षेत्रों को मूल के साथ संरेखित करता है। फिर इन से क्षेत्र अन्य इलेक्ट्रॉनों को प्रभावित करते हैं, वे बदले में दूसरों को प्रभावित करते हैं और इसी तरह। अंतिम परिणाम इलेक्ट्रॉनों के एक छोटे से "डोमेन" का निर्माण होता है जहां उनके द्वारा उत्पादित सभी चुंबकीय क्षेत्र संरेखित होते हैं।

सामग्री का कोई भी मैक्रोस्कोपिक बिट - दूसरे शब्दों में, एक नमूना जो आपके देखने और बातचीत करने के लिए पर्याप्त बड़ा है - में बहुत सारे डोमेन के लिए बहुत जगह है। प्रत्येक में क्षेत्र की दिशा प्रभावी रूप से यादृच्छिक होती है, इसलिए विभिन्न डोमेन एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। इसलिए, सामग्री के मैक्रोस्कोपिक नमूने में शुद्ध चुंबकीय क्षेत्र नहीं होगा। हालाँकि, यदि आप सामग्री को किसी अन्य चुंबकीय क्षेत्र में उजागर करते हैं, तो इससे सभी डोमेन इसके साथ संरेखित हो जाते हैं, और इसलिए वे सभी एक दूसरे के साथ भी संरेखित हो जाएंगे। जब ऐसा हुआ है, तो सामग्री के मैक्रोस्कोपिक नमूने में एक चुंबकीय क्षेत्र होगा, क्योंकि सभी छोटे क्षेत्र "एक साथ काम कर रहे हैं," इसलिए बोलने के लिए।

बाहरी क्षेत्र को हटा दिए जाने के बाद सामग्री किस हद तक डोमेन के इस संरेखण को बनाए रखती है, यह निर्धारित करती है कि सामग्री जिसे आप "चुंबकीय" कह सकते हैं। फेरोमैग्नेटिक सामग्री वे हैं जो बाहरी क्षेत्र के बाद इस संरेखण को बनाए रखती हैं हटा दिया गया। जैसा कि आपने अपनी आवर्त सारणी को जानने पर काम किया होगा, यह नाम लोहे (Fe) से लिया गया है, और लोहा सबसे प्रसिद्ध लौहचुंबकीय पदार्थ है।

ऊपर दिया गया विवरण इस बात पर जोर देता है कि चलती बिजली शुल्क उत्पादन चुंबकीय खेत। विद्युत चुम्बकों को समझने के लिए दोनों बलों के बीच की यह कड़ी महत्वपूर्ण है। जिस प्रकार परमाणु के नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन की गति एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है, उसी प्रकार विद्युत प्रवाह के भाग के रूप में इलेक्ट्रॉनों की गति भी एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। यह 1820 में हैंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड द्वारा खोजा गया था, जब उन्होंने देखा कि एक कम्पास की सुई पास के तार से बहने वाली धारा से विक्षेपित हो गई थी। तार की एक सीधी लंबाई के लिए, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं तार के चारों ओर संकेंद्रित वृत्त बनाती हैं।

विद्युत चुम्बक तार की कुण्डली का उपयोग करके इस परिघटना का शोषण करते हैं। जैसे ही कॉइल से करंट प्रवाहित होता है, प्रत्येक लूप द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र क्षेत्र में जुड़ जाता है अन्य छोरों द्वारा उत्पन्न, एक निश्चित "उत्तर" और "दक्षिण" (या सकारात्मक और नकारात्मक) समाप्त। यह मूल सिद्धांत है जो विद्युत चुम्बकों को रेखांकित करता है।

यह अकेले चुंबकत्व उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त होगा, लेकिन "कोर" के अतिरिक्त विद्युत चुम्बकों में सुधार किया जाता है। यह एक सामग्री है कि तार चारों ओर लपेटा गया है, और यदि यह एक चुंबकीय सामग्री है, तो इसके गुण कुंडली द्वारा उत्पादित क्षेत्र में योगदान करेंगे तार कॉइल द्वारा निर्मित क्षेत्र सामग्री में चुंबकीय डोमेन को संरेखित करता है, इसलिए कॉइल और भौतिक चुंबकीय कोर दोनों मिलकर एक मजबूत क्षेत्र का निर्माण करने के लिए अकेले काम कर सकते हैं।

इलेक्ट्रोमैग्नेट कोर के लिए कौन सी धातु उपयुक्त है, इस प्रश्न का उत्तर सामग्री की "सापेक्ष पारगम्यता" द्वारा दिया जाता है। विद्युत चुंबकत्व के संदर्भ में, सामग्री की पारगम्यता चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए सामग्री की क्षमता का वर्णन करती है। यदि किसी सामग्री की पारगम्यता अधिक है, तो यह बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की प्रतिक्रिया में अधिक मजबूती से चुम्बकित होगी।

शब्द में "रिश्तेदार" विभिन्न सामग्रियों की पारगम्यता की तुलना के लिए एक मानक निर्धारित करता है। मुक्त स्थान की पारगम्यता को प्रतीक दिया जाता है μ₀ और चुंबकत्व से संबंधित कई समीकरणों में उपयोग किया जाता है। यह मूल्य के साथ एक स्थिरांक है μ₀ = 4π × 10⁻⁷ हेनरी प्रति मीटर। सापेक्ष पारगम्यता (μ_आर) एक सामग्री द्वारा परिभाषित किया गया है:

μ_आर = μ / μ₀

कहा पे μ प्रश्न में पदार्थ की पारगम्यता है। सापेक्ष पारगम्यता की कोई इकाई नहीं है; यह सिर्फ एक शुद्ध संख्या है। इसलिए यदि कोई चीज चुंबकीय क्षेत्र पर बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करती है, तो इसकी सापेक्ष पारगम्यता एक है, जिसका अर्थ है कि यह उसी तरह से प्रतिक्रिया करता है एक पूर्ण निर्वात के रूप में, दूसरे शब्दों में, "मुक्त स्थान।" सापेक्ष पारगम्यता जितनी अधिक होगी, की चुंबकीय प्रतिक्रिया उतनी ही अधिक होगी सामग्री।

इसलिए इलेक्ट्रोमैग्नेट के लिए सबसे अच्छा कोर उच्चतम सापेक्ष पारगम्यता वाली सामग्री है। एक से अधिक सापेक्ष पारगम्यता वाली कोई भी सामग्री कोर के रूप में उपयोग किए जाने पर इलेक्ट्रोमैग्नेट की ताकत बढ़ाएगी। निकेल एक लौहचुंबकीय पदार्थ का एक उदाहरण है, और इसकी सापेक्ष पारगम्यता १०० से ६०० के बीच है। यदि आप विद्युत चुम्बक के लिए निकेल कोर का उपयोग करते हैं, तो उत्पादित क्षेत्र की शक्ति में अत्यधिक सुधार होगा।

हालांकि, 99.8 प्रतिशत शुद्ध होने पर लोहे की सापेक्ष पारगम्यता 5,000 है, और 99.95 प्रतिशत शुद्धता वाले नरम लोहे की सापेक्ष पारगम्यता 200,000 है। यह विशाल सापेक्ष पारगम्यता यही कारण है कि विद्युत चुंबक के लिए लोहा सबसे अच्छा कोर है। इलेक्ट्रोमैग्नेट कोर के लिए सामग्री चुनते समय कई विचार होते हैं, जिसमें एड़ी धाराओं के परिणामस्वरूप अपव्यय की संभावना भी शामिल है, लेकिन आम तौर पर, लोहा सस्ता और प्रभावी होता है, इसलिए इसे या तो किसी तरह कोर सामग्री में शामिल किया जाता है या कोर शुद्ध लोहे से बना होता है।

कई सामग्रियां इलेक्ट्रोमैग्नेट कोर के रूप में काम कर सकती हैं, लेकिन कुछ सामान्य हैं लोहा, अनाकार स्टील, लौह सिरेमिक (सिरेमिक यौगिक जो लोहे के ऑक्साइड से बने होते हैं), सिलिकॉन स्टील और लोहे पर आधारित अनाकार टेप। सिद्धांत रूप में, उच्च सापेक्ष पारगम्यता वाली किसी भी सामग्री का उपयोग इलेक्ट्रोमैग्नेट कोर के रूप में किया जा सकता है। कुछ ऐसी सामग्रियां हैं जो विशेष रूप से इलेक्ट्रोमैग्नेट के लिए कोर के रूप में काम करने के लिए बनाई गई हैं, जिसमें पर्मलोय भी शामिल है, जिसकी सापेक्ष पारगम्यता 8,000 है। एक अन्य उदाहरण लोहे पर आधारित नैनोपर्म है, जिसकी सापेक्ष पारगम्यता 80,000 है।

ये संख्या प्रभावशाली हैं (और दोनों थोड़े अशुद्ध लोहे की पारगम्यता से अधिक हैं), लेकिन लोहे के कोर के प्रभुत्व की कुंजी वास्तव में उनकी पारगम्यता और उनकी सामर्थ्य का मिश्रण है।