भौतिकी में चुंबकीय घटनाएं - इतिहास, उदाहरण और रोचक तथ्य

चुंबकत्व और बिजली

चुंबक का पहला व्यावहारिक अनुप्रयोग पानी या तेल में एक प्लग पर तैरने वाले चुंबकीय स्टील के टुकड़े के रूप में था। इस मामले में, चुंबक का एक सिरा हमेशा उत्तर और दूसरा दक्षिण की ओर इशारा करता है। यह नाविकों द्वारा प्रयोग किया जाने वाला पहला कम्पास था।

बहुत पहले की तरह, हमारे युग से कई शताब्दियों पहले, लोग जानते थे कि एक राल पदार्थ - एम्बर, अगर ऊन से रगड़ा जाता है, तो थोड़ी देर के लिए हल्की वस्तुओं को आकर्षित करने की क्षमता प्राप्त होती है: कागज के टुकड़े, धागे के टुकड़े, फुलाना। इस घटना को विद्युत कहा जाता है (ग्रीक में "इलेक्ट्रॉन" का अर्थ "एम्बर") है। बाद में इस बात का ध्यान गया घर्षण से विद्युतीकृत न केवल एम्बर, बल्कि अन्य पदार्थ भी हो सकते हैं: कांच, मोम की छड़ी, आदि।

लंबे समय तक, लोगों ने दो असामान्य प्राकृतिक घटनाओं - चुंबकत्व और बिजली के बीच कोई संबंध नहीं देखा। केवल एक बाहरी संकेत सामान्य लग रहा था - आकर्षित करने का गुण: एक चुंबक लोहे को आकर्षित करता है, और एक कांच की छड़ को कागज के ऊनी टुकड़ों से रगड़ा जाता है।सच है, चुंबक ने लगातार कार्य किया और विद्युतीकृत वस्तु थोड़ी देर के बाद अपने गुणों को खो देती है, लेकिन दोनों "आकर्षित" होते हैं।

लेकिन अब 17वीं सदी के अंत में इस बात पर ध्यान दिया जाने लगा बिजली चमकना - एक विद्युत घटना - स्टील की वस्तुओं के पास टकराने से वे चुम्बकित हो सकती हैं। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, एक बार लकड़ी के बक्से में पड़े स्टील के चाकू मालिक के अवर्णनीय आश्चर्य के लिए चुम्बकित हो गए, बिजली गिरने के बाद बॉक्स टूट गया।

समय के साथ, अधिक से अधिक ऐसे मामले देखे जाते हैं। हालाँकि, यह अभी भी यह सोचने का कारण नहीं देता है कि बिजली और चुंबकत्व के बीच एक मजबूत संबंध है। ऐसा संबंध लगभग 180 साल पहले ही स्थापित हुआ था। तब यह देखा गया कि दिक्सूचक की चुंबकीय सुई जैसे ही इसके पास एक तार रखा जाता है, इसके साथ-साथ विचलित हो जाती है एक विद्युत धारा प्रवाहित होती है.

लगभग उसी समय, वैज्ञानिकों ने एक और खोज की, कम हड़ताली घटना नहीं। यह पता चला कि जिस तार के माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, वह लोहे की छोटी छीलन को अपनी ओर आकर्षित करने में सक्षम होता है। हालांकि, यह तार में करंट को रोकने के लायक था, क्योंकि चूरा तुरंत अलग हो गया और तार ने अपने चुंबकीय गुणों को खो दिया।

अंत में, विद्युत प्रवाह की एक और संपत्ति की खोज की गई, जिसने अंततः बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध की पुष्टि की। यह पता चला कि एक तार के तार के बीच में एक स्टील की सुई रखी गई है जिसके माध्यम से एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है (ऐसे कुंडल को कहा जाता है solenoid) उसी तरह चुम्बकित होता है जैसे कि प्राकृतिक चुम्बक से रगड़ा जाता है।

विद्युत चुम्बक और उनका उपयोग

स्टील की सुई के अनुभव से और पैदा हुआ था विद्युत… सुई के बजाय तार के कुंडल के बीच में एक नरम लोहे की छड़ रखकर, वैज्ञानिकों को यकीन हो गया कि जब कोई करंट कॉइल से होकर गुजरता है, तो लोहा चुंबक का गुण प्राप्त कर लेता है, और जब करंट रुक जाता है, तो वह इस गुण को खो देता है . उसी समय, यह देखा गया कि सोलनॉइड में तार के जितने अधिक घुमाव होते हैं, विद्युत चुंबक उतना ही मजबूत होता है।

गतिमान चुम्बक के प्रभाव में तार की कुंडली में विद्युत धारा उत्पन्न होती है

सबसे पहले, इलेक्ट्रोमैग्नेट कई लोगों को सिर्फ एक मज़ेदार भौतिक उपकरण लगता था। लोगों को यह संदेह नहीं था कि निकट भविष्य में यह सबसे व्यापक आवेदन प्राप्त करेगा, कई उपकरणों और मशीनों के आधार के रूप में काम करेगा (देखें - विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना का व्यावहारिक अनुप्रयोग).

विद्युत चुम्बकीय रिले के संचालन का सिद्धांत

यह स्थापित होने के बाद कि विद्युत प्रवाह तार को चुंबकीय गुण देता है, वैज्ञानिकों ने सवाल पूछा: क्या बिजली और चुंबकत्व के बीच एक व्युत्क्रम संबंध है? उदाहरण के लिए, क्या किसी तार की कुंडली के भीतर रखा गया कोई प्रबल चुंबक उस कुंडली में विद्युत धारा प्रवाहित कर सकता है?

वास्तव में, यदि एक स्थिर चुंबक की क्रिया के तहत एक तार में विद्युत प्रवाह दिखाई देता है, तो यह पूरी तरह से विरोधाभासी होगा ऊर्जा संरक्षण का नियम… इस कानून के अनुसार, विद्युत प्रवाह प्राप्त करने के लिए, अन्य ऊर्जा को खर्च करना आवश्यक है जो विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाएगी। जब चुम्बक की सहायता से विद्युत धारा उत्पन्न की जाती है, तो चुम्बक की गति में खर्च होने वाली ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

चुंबकीय घटना का अध्ययन

XIII सदियों के मध्य में, जिज्ञासु पर्यवेक्षकों ने देखा कि कम्पास के चुंबकीय हाथ एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं: एक ही दिशा में इंगित करने वाले सिरे एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, और जो अलग तरीके से इशारा करते हैं वे आकर्षित होते हैं।

इस तथ्य ने वैज्ञानिकों को कम्पास की क्रिया को समझाने में मदद की। यह माना जाता है कि ग्लोब एक विशाल चुंबक है, और कम्पास सुइयों के सिरे हठपूर्वक सही दिशा में मुड़ जाते हैं, क्योंकि वे पृथ्वी के एक चुंबकीय ध्रुव द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं और दूसरे द्वारा आकर्षित होते हैं। यह धारणा सच निकली।

चुंबकीय परिघटनाओं के अध्ययन में, लोहे के छोटे-छोटे बुरादे, किसी भी बल के चुम्बक से चिपके रहने से बहुत मदद मिली है। सबसे पहले, यह देखा गया कि अधिकांश चूरा चुंबक पर दो विशिष्ट स्थानों पर चिपक जाता है या जैसा कि इसे कहा जाता है, चुंबक के ध्रुव। यह पता चला कि हर चुम्बक में हमेशा कम से कम दो ध्रुव होते हैं, जिनमें से एक को उत्तर (C) और दूसरे को दक्षिण (S) कहा जाने लगा।

लोहे का बुरादा चुंबक के चारों ओर अंतरिक्ष में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का स्थान दर्शाता है

बार जैसे चुंबक में, इसके ध्रुव अक्सर बार के सिरों पर स्थित होते हैं। पर्यवेक्षकों की आंखों के सामने एक विशेष रूप से विशद तस्वीर दिखाई दी, जब उन्होंने कांच या कागज पर लोहे के बुरादे को छिड़कने का अनुमान लगाया, जिसके नीचे एक चुंबक रखा था। छीलन चुंबक के ध्रुवों में बारीकी से स्थित हैं। फिर, पतली रेखाओं के रूप में—एक साथ बंधे लोहे के कण—वे एक ध्रुव से दूसरे ध्रुव तक फैले हुए थे।

चुंबकीय घटना के आगे के अध्ययन से पता चला है कि चुंबक के चारों ओर अंतरिक्ष में विशेष चुंबकीय बल कार्य करते हैं, या, जैसा कि वे कहते हैं, चुंबकीय क्षेत्र… चुंबकीय बलों की दिशा और तीव्रता चुंबक के ऊपर स्थित लोहे के बुरादे द्वारा इंगित की जाती है।

चूरा के प्रयोग ने बहुत कुछ सिखाया है। उदाहरण के लिए, लोहे का एक टुकड़ा चुम्बक के ध्रुव के पास जाता है। यदि उसी समय जिस कागज पर चूरा पड़ा है, उसे थोड़ा हिलाया जाए, तो चूरा का पैटर्न बदलना शुरू हो जाता है। चुंबकीय रेखाएँ दिखाई देने लगती हैं। वे चुम्बक के ध्रुव से लोहे के टुकड़े तक जाते हैं और लोहे के ध्रुव के पास पहुँचते ही मोटे हो जाते हैं। साथ ही चुम्बक जिस बल से लोहे के टुकड़े को अपनी ओर खींचता है वह भी बढ़ जाता है।

विद्युत चुम्बक की लोहे की छड़ के किस सिरे पर कुंडली से विद्युत धारा प्रवाहित करने पर उत्तरी ध्रुव बनता है और दक्षिणी ध्रुव किस पर होता है? कॉइल में विद्युत प्रवाह की दिशा निर्धारित करना आसान है। धारा (नकारात्मक आवेशों का प्रवाह) को स्रोत के ऋणात्मक ध्रुव से धनात्मक की ओर प्रवाहित होने के लिए जाना जाता है।

यह जानकर और विद्युत चुम्बक की कुण्डली को देखकर कोई भी कल्पना कर सकता है कि विद्युत चुम्बक के फेरों में धारा किस दिशा में प्रवाहित होगी। इलेक्ट्रोमैग्नेट के अंत में, जहां करंट दक्षिणावर्त दिशा में एक गोलाकार गति करेगा, एक उत्तरी ध्रुव बनता है, और पट्टी के दूसरे छोर पर, जहां धारा वामावर्त दिशा में चलती है, एक दक्षिणी ध्रुव। यदि आप विद्युत चुंबक की कुण्डली में धारा की दिशा बदलते हैं, तो इसके ध्रुव भी बदल जाएंगे।

आगे यह देखा गया कि स्थायी चुम्बक और विद्युत चुम्बक दोनों ही अधिक मजबूती से आकर्षित होते हैं यदि वे एक सीधी पट्टी के रूप में न हों, लेकिन मुड़े हुए हों ताकि उनके विपरीत ध्रुव एक-दूसरे के करीब हों।इस मामले में, एक नहीं बल्कि दो ध्रुव आकर्षित होते हैं, और इसके अलावा, चुंबकीय बल रेखाएं अंतरिक्ष में कम बिखरी होती हैं - वे ध्रुवों के बीच केंद्रित होती हैं।

जब आकर्षित लोहे की वस्तु दोनों ध्रुवों का पालन करती है, तो घोड़े की नाल का चुंबक अंतरिक्ष में बल की रेखाओं को नष्ट करना लगभग बंद कर देता है। कागज पर उसी चूरा के साथ यह देखना आसान है। बल की चुंबकीय रेखाएँ, जो पहले एक ध्रुव से दूसरे ध्रुव तक फैली हुई थीं, अब आकर्षित लोहे की वस्तु से होकर गुजरती हैं, मानो उनके लिए हवा की तुलना में लोहे से गुजरना आसान हो।

शोध से पता चलता है कि वास्तव में ऐसा ही है। एक नई अवधारणा उभरी है - चुम्बकीय भेद्यता, जो एक ऐसे मान को दर्शाता है जो इंगित करता है कि चुंबकीय रेखाओं के लिए हवा के मुकाबले किसी भी पदार्थ से गुजरना कितनी बार आसान है। लोहे और इसकी कुछ मिश्र धातुओं में उच्चतम चुंबकीय पारगम्यता होती है। यह बताता है कि क्यों, धातुओं में से लोहा चुंबक की ओर सबसे अधिक आकर्षित होता है।

एक अन्य धातु निकल में कम चुंबकीय पारगम्यता पाई गई। और चुम्बक की ओर कम आकर्षित होता है। कुछ अन्य पदार्थों में हवा की तुलना में अधिक चुंबकीय पारगम्यता पाई गई है और इसलिए वे चुम्बकों की ओर आकर्षित होते हैं।

लेकिन इन पदार्थों के चुंबकीय गुण बहुत कमजोर रूप से अभिव्यक्त होते हैं। इसलिए, सभी विद्युत उपकरण और मशीनें, जिनमें विद्युत चुम्बक एक या दूसरे तरीके से काम करते हैं, आज तक लोहे के बिना या लोहे सहित विशेष मिश्र धातुओं के बिना नहीं कर सकते।

स्वाभाविक रूप से, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग की शुरुआत से ही लोहे और उसके चुंबकीय गुणों के अध्ययन पर बहुत ध्यान दिया गया है।सच है, इस क्षेत्र में कड़ाई से वैज्ञानिक गणना 1872 में किए गए रूसी वैज्ञानिक अलेक्जेंडर ग्रिगोरिविच स्टोलेटोव के अध्ययन के बाद ही संभव हुई। उन्होंने पाया कि लोहे के प्रत्येक टुकड़े की चुंबकीय पारगम्यता स्थिर नहीं है। वह बदल रही है इस टुकड़े के चुंबकीयकरण की डिग्री के लिए.

स्टोलेटोव द्वारा प्रस्तावित लोहे के चुंबकीय गुणों के परीक्षण की विधि का बहुत महत्व है और इसका उपयोग हमारे समय में वैज्ञानिकों और इंजीनियरों द्वारा किया जाता है। पदार्थ की संरचना के सिद्धांत के विकास के बाद ही चुंबकीय घटना की प्रकृति का गहन अध्ययन संभव हुआ।

चुंबकत्व की आधुनिक समझ

अब हम जानते हैं कि हर रासायनिक तत्व परमाणुओं से बना है - असामान्य रूप से छोटे जटिल कण। परमाणु के केंद्र में धनात्मक विद्युत से आवेशित एक नाभिक होता है। इलेक्ट्रॉन, कण जो एक नकारात्मक विद्युत आवेश को वहन करते हैं, इसके चारों ओर घूमते हैं। विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के लिए इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान नहीं होती है। उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन परमाणु में उसके नाभिक की परिक्रमा करने वाला केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है, जबकि एक यूरेनियम परमाणु में बानवे होते हैं।

विभिन्न वैद्युत परिघटनाओं को ध्यानपूर्वक देखने पर वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि किसी तार में विद्युत धारा इलेक्ट्रॉनों की गति से अधिक कुछ नहीं है। अब याद रखें कि एक तार के चारों ओर हमेशा एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है जिसमें विद्युत धारा प्रवाहित होती है, अर्थात इलेक्ट्रॉन चलते हैं।

इससे पता चलता है कि एक चुंबकीय क्षेत्र हमेशा दिखाई देता है जहां इलेक्ट्रॉनों की गति होती है, दूसरे शब्दों में, चुंबकीय क्षेत्र का अस्तित्व इलेक्ट्रॉनों की गति का परिणाम होता है।

प्रश्न उठता है: किसी भी पदार्थ में, इलेक्ट्रॉन अपने परमाणु नाभिक के चारों ओर लगातार घूमते रहते हैं, इस मामले में प्रत्येक पदार्थ अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र क्यों नहीं बनाता है?

आधुनिक विज्ञान इसका उत्तर इस प्रकार देता है। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में केवल एक विद्युत आवेश से अधिक होता है। इसमें चुंबक के गुण भी होते हैं, यह एक छोटा तात्विक चुंबक है।इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र के रूप में वे नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, उनके अपने चुंबकीय क्षेत्र में जुड़ जाते हैं।

इस मामले में, अधिकांश परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र, तह, पूरी तरह से नष्ट हो जाते हैं, अवशोषित हो जाते हैं। और केवल कुछ परमाणुओं में - लोहा, निकल, कोबाल्ट, और बहुत कम हद तक - चुंबकीय क्षेत्र असंतुलित हो जाते हैं, और परमाणु छोटे चुंबक होते हैं। ये पदार्थ कहलाते हैं लौह-चुंबकीय ("फेरम" का अर्थ लोहा है)।

यदि फेरोमैग्नेटिक पदार्थों के परमाणुओं को बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित किया जाता है, तो अलग-अलग दिशाओं में निर्देशित विभिन्न परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र अंततः एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। लेकिन अगर आप उन्हें घुमाते हैं ताकि चुंबकीय क्षेत्र जुड़ जाएं- और चुंबकत्व में हम यही करते हैं- चुंबकीय क्षेत्र अब रद्द नहीं होंगे, बल्कि एक-दूसरे से जुड़ेंगे।

सारा शरीर (लोहे का टुकड़ा) अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र निर्मित कर लेगा, वह चुंबक बन जाएगा। इसी तरह, जब इलेक्ट्रॉन एक दिशा में चलते हैं, जो उदाहरण के लिए एक तार में विद्युत प्रवाह के साथ होता है, व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों का चुंबकीय क्षेत्र कुल चुंबकीय क्षेत्र में जुड़ जाता है।

बदले में, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में फंसे हुए इलेक्ट्रॉन हमेशा बाद के संपर्क में आते हैं। यह एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनों की गति को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।

उपरोक्त सभी केवल एक अनुमानित और बहुत ही सरल योजना है। वास्तव में, तारों और चुंबकीय सामग्री में होने वाली परमाणु घटनाएं अधिक जटिल होती हैं।

चुंबक और चुंबकीय घटना का विज्ञान - चुंबकत्व - आधुनिक इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।इस विज्ञान के विकास में एक महान योगदान मैग्नेटोलॉजिस्ट निकोले सर्गेइविच अकुलोव द्वारा किया गया था, जिन्होंने "अकुलोव के नियम" के रूप में दुनिया भर में ज्ञात एक महत्वपूर्ण कानून की खोज की थी। यह कानून पहले से यह निर्धारित करना संभव बनाता है कि धातुओं के ऐसे महत्वपूर्ण गुण जैसे विद्युत चालकता, तापीय चालकता आदि कैसे चुंबकीयकरण के दौरान बदलते हैं।

वैज्ञानिकों की कई पीढ़ियों ने चुंबकीय परिघटनाओं के रहस्य को भेदने और इन परिघटनाओं को मानवता की सेवा में लगाने का काम किया है। आज, विभिन्न विद्युत मशीनों और उपकरणों में लाखों सबसे विविध चुम्बक और विद्युत चुम्बक मनुष्य के लाभ के लिए काम करते हैं। वे लोगों को कठिन शारीरिक श्रम से मुक्त करते हैं, और कभी-कभी वे अपरिहार्य नौकर होते हैं।

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