चुम्बक और विद्युत चुम्बक के गुण

जब आप पहली बार एक बच्चे के रूप में चुंबक का सामना करते हैं तो भौतिकी शायद ही कभी अधिक जादुई महसूस करती है। विज्ञान वर्ग में एक बार चुंबक प्राप्त करना और कोशिश करना - अपनी पूरी ताकत के साथ - इसे दूसरे चुंबक के मिलान वाले ध्रुव की ओर धकेलना लेकिन होना पूरी तरह से असमर्थ, या विरोधी ध्रुवों को एक-दूसरे के पास छोड़ना लेकिन स्पर्श नहीं करना ताकि आप उन्हें एक साथ रेंगते हुए देख सकें और अंत में शामिल हों। आप जल्दी से सीखते हैं कि यह व्यवहार चुंबकत्व का परिणाम है, लेकिन वास्तव में चुंबकत्व क्या है? बिजली और चुंबकत्व के बीच क्या कड़ी है जो विद्युत चुम्बकों को काम करने देती है? उदाहरण के लिए, आप धातु स्क्रैप यार्ड में इलेक्ट्रोमैग्नेट के बजाय स्थायी चुंबक का उपयोग क्यों नहीं करेंगे? चुंबकत्व एक आकर्षक और जटिल विषय है, लेकिन यदि आप केवल चुंबक के गुण और मूल बातें सीखना चाहते हैं, तो इसे चुनना वास्तव में आसान है।

चुंबकीय व्यवहार अंततः इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण होता है। एक गतिमान विद्युत आवेश एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, और - जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं - चुम्बक और चुंबकीय क्षेत्र जटिल रूप से जुड़े हुए हैं। चूँकि इलेक्ट्रॉन एक आवेशित कण है, परमाणु के नाभिक के चारों ओर इसकी कक्षीय गति एक छोटा चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। आम तौर पर, हालांकि, एक सामग्री में बहुत सारे इलेक्ट्रॉन होते हैं, और एक द्वारा बनाया गया क्षेत्र होगा दूसरे द्वारा बनाए गए क्षेत्र द्वारा रद्द कर दिया गया है, और सामग्री से कोई चुंबकत्व नहीं होगा क्योंकि a पूरा का पूरा।

हालाँकि, कुछ सामग्री अलग तरह से काम करती हैं। एक इलेक्ट्रॉन द्वारा बनाया गया चुंबकीय क्षेत्र पड़ोसी इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित क्षेत्र के उन्मुखीकरण को प्रभावित कर सकता है, और वे संरेखित हो जाते हैं। यह सामग्री के भीतर एक चुंबकीय "डोमेन" कहलाता है, जहां सभी इलेक्ट्रॉनों ने चुंबकीय क्षेत्र को संरेखित किया है। ऐसा करने वाली सामग्री को फेरोमैग्नेटिक कहा जाता है, और कमरे के तापमान पर केवल लोहा, निकल, कोबाल्ट और गैडोलीनियम फेरोमैग्नेटिक होते हैं। ये ऐसे पदार्थ हैं जो स्थायी चुम्बक नहीं बन सकते।

फेरोमैग्नेटिक सामग्री के सभी डोमेन में यादृच्छिक अभिविन्यास होंगे; भले ही पड़ोसी इलेक्ट्रॉन अपने क्षेत्रों को एक साथ संरेखित करते हैं, अन्य समूहों के एक अलग दिशा में संरेखित होने की संभावना है। यह बड़े पैमाने पर कोई चुंबकत्व नहीं छोड़ता है, क्योंकि अलग-अलग डोमेन एक दूसरे को रद्द कर देते हैं जैसे कि अलग-अलग इलेक्ट्रॉन अन्य सामग्रियों में करते हैं।

हालाँकि, यदि आप एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू करते हैं - उदाहरण के लिए, एक बार चुंबक को सामग्री के करीब लाकर - डोमेन संरेखित होने लगते हैं। कब सब डोमेन के संरेखित हैं, सामग्री के पूरे टुकड़े में प्रभावी रूप से एक ही डोमेन होता है और दो ध्रुवों को विकसित करता है, जिन्हें सामान्यतः उत्तर और दक्षिण कहा जाता है (हालाँकि सकारात्मक और नकारात्मक भी हो सकते हैं उपयोग किया गया)।

लौहचुम्बकीय पदार्थों में यह संरेखण तब भी जारी रहता है जब बाहरी क्षेत्र को हटा दिया जाता है, लेकिन अन्य में सामग्री के प्रकार (पैरामैग्नेटिक सामग्री), बाहरी क्षेत्र होने पर चुंबकीय गुण खो जाते हैं हटाया हुआ।

चुम्बकों के परिभाषित गुण यह हैं कि वे कुछ सामग्रियों और अन्य चुम्बकों के विपरीत ध्रुवों को आकर्षित करते हैं, और अन्य चुम्बकों के ध्रुवों की तरह प्रतिकर्षण करते हैं। इसलिए यदि आपके पास दो स्थायी बार चुम्बक हैं, तो दो उत्तरी (या दक्षिण) ध्रुवों को एक साथ धकेलने से एक प्रतिकारक बल उत्पन्न होता है, जो दोनों सिरों को एक साथ लाने के जितना करीब होता है। यदि आप दो विपरीत ध्रुवों (एक उत्तर और एक दक्षिण) को एक साथ लाते हैं तो उनके बीच एक आकर्षक बल होता है। आप उन्हें जितना करीब लाते हैं, यह बल उतना ही मजबूत होता है।

लौहचुंबकीय पदार्थ - जैसे लोहा, निकल और कोबाल्ट - या मिश्र धातु (जैसे स्टील) स्थायी चुम्बकों की ओर आकर्षित होते हैं, भले ही वे स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न न कर रहे हों। वे ही हैं आकर्षित मैग्नेट के लिए, हालांकि, और जब तक वे अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन शुरू नहीं करते हैं, तब तक उन्हें खदेड़ नहीं दिया जाएगा। अन्य सामग्री, जैसे एल्यूमीनियम, लकड़ी और चीनी मिट्टी की चीज़ें, मैग्नेट की ओर आकर्षित नहीं होती हैं।

एक स्थायी चुंबक और विद्युत चुंबक काफी भिन्न होते हैं। इलेक्ट्रोमैग्नेट्स में बिजली अधिक स्पष्ट तरीके से शामिल होती है और अनिवार्य रूप से एक तार या विद्युत कंडक्टर के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की गति से उत्पन्न होती है। चुंबकीय डोमेन के निर्माण के साथ, एक तार के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की गति एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। क्षेत्र का आकार उस दिशा पर निर्भर करता है जिसमें इलेक्ट्रॉन यात्रा कर रहे हैं - यदि आप इंगित करते हैं आपके दाहिने हाथ का अंगूठा धारा की दिशा में, आपकी उंगलियां किस दिशा में मुड़ी हुई हैं मैदान।

एक साधारण विद्युत चुंबक का उत्पादन करने के लिए, विद्युत तार को एक केंद्रीय कोर के चारों ओर कुंडलित किया जाता है, जो आमतौर पर लोहे से बना होता है। जब तार से करंट प्रवाहित होता है, कोर के चारों ओर वृत्तों में यात्रा करता है, तो एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो कुंडल के केंद्रीय अक्ष के साथ चलता है। यह क्षेत्र मौजूद है चाहे आपके पास कोर हो या न हो, लेकिन लोहे के कोर के साथ, क्षेत्र फेरोमैग्नेटिक सामग्री में डोमेन को संरेखित करता है और इस तरह मजबूत हो जाता है।

जब बिजली का प्रवाह बंद हो जाता है, तो आवेशित इलेक्ट्रॉन तार के तार के चारों ओर घूमना बंद कर देते हैं और चुंबकीय क्षेत्र गायब हो जाता है।

विद्युत चुम्बक और चुम्बक में समान प्रमुख गुण होते हैं। एक स्थायी चुंबक और एक विद्युत चुंबक के बीच का अंतर अनिवार्य रूप से एक है कि क्षेत्र कैसे बनाया जाता है, न कि बाद में क्षेत्र के गुण। तो विद्युत चुम्बकों में अभी भी दो ध्रुव होते हैं, फिर भी लौहचुम्बकीय पदार्थों को आकर्षित करते हैं, और अभी भी ऐसे ध्रुव होते हैं जो अन्य ध्रुवों को पीछे हटाते हैं और विपरीत ध्रुवों को आकर्षित करते हैं। अंतर यह है कि स्थायी चुम्बकों में गतिमान आवेश इलेक्ट्रॉनों की गति द्वारा निर्मित होता है परमाणु, जबकि विद्युत चुम्बकों में यह विद्युत के भाग के रूप में इलेक्ट्रॉनों की गति द्वारा निर्मित होता है वर्तमान।

हालांकि इलेक्ट्रोमैग्नेट के कई फायदे हैं। चूंकि चुंबकीय क्षेत्र करंट से उत्पन्न होता है, इसलिए करंट को बदलकर इसकी विशेषताओं को बदला जा सकता है। उदाहरण के लिए, करंट बढ़ने से चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है। इसी तरह, लगातार बदलते चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए एक प्रत्यावर्ती धारा (एसी बिजली) का उपयोग किया जा सकता है, जिसका उपयोग दूसरे कंडक्टर में करंट को प्रेरित करने के लिए किया जा सकता है।

धातु स्क्रैप यार्ड में चुंबकीय क्रेन जैसे अनुप्रयोगों के लिए, विद्युत चुम्बकों का बड़ा लाभ यह है कि क्षेत्र को आसानी से बंद किया जा सकता है। यदि आप एक बड़े स्थायी चुंबक के साथ स्क्रैप धातु का एक टुकड़ा उठाते हैं, तो इसे चुंबक से हटाना काफी चुनौती भरा होगा! एक इलेक्ट्रोमैग्नेट के साथ, आपको बस इतना करना है कि करंट के प्रवाह को रोक दें और स्क्रैप धातु गिर जाएगी।

मैक्सवेल के नियमों द्वारा विद्युत चुंबकत्व के नियमों का वर्णन किया गया है। ये वेक्टर कैलकुलस की भाषा में लिखे गए हैं और इनका उपयोग करने के लिए कुछ जटिल गणित की आवश्यकता होती है। हालांकि, चुंबकत्व से संबंधित नियमों की मूल बातें जटिल गणित में तल्लीन किए बिना समझी जा सकती हैं।

चुंबकत्व से संबंधित पहले कानून को "एकाधिकार कानून नहीं" कहा जाता है। यह मूल रूप से बताता है कि सभी चुम्बकों में दो ध्रुव होते हैं, और एक भी ध्रुव वाला चुंबक कभी नहीं होगा। दूसरे शब्दों में, आपके पास दक्षिणी ध्रुव के बिना चुंबक का उत्तरी ध्रुव नहीं हो सकता है, और इसके विपरीत।

चुंबकत्व से संबंधित दूसरे नियम को फैराडे का नियम कहते हैं। यह प्रेरण की प्रक्रिया का वर्णन करता है, जहां एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र (ए के साथ एक विद्युत चुंबक द्वारा उत्पादित) बदलती धारा या एक गतिमान स्थायी चुंबक द्वारा) पास के एक वोल्टेज (और विद्युत प्रवाह) को प्रेरित करता है कंडक्टर।

चुंबकत्व से संबंधित अंतिम नियम को एम्पीयर-मैक्सवेल कानून कहा जाता है, और यह बताता है कि कैसे एक बदलते विद्युत क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करता है। क्षेत्र की ताकत क्षेत्र से गुजरने वाली धारा और विद्युत क्षेत्र के परिवर्तन की दर (जो प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों जैसे विद्युत आवेश वाहकों द्वारा निर्मित होती है) से संबंधित है। यह वह नियम है जिसका उपयोग आप सरल मामलों में चुंबकीय क्षेत्र की गणना करने के लिए करते हैं, जैसे तार के तार या लंबे सीधे तार के लिए।