चुंबकत्व और विद्युत चुंबकत्व

प्राकृतिक और कृत्रिम चुंबक

धातुकर्म उद्योग के लिए खनन किए गए लौह अयस्कों में एक अयस्क है जिसे चुंबकीय लौह अयस्क कहा जाता है। इस अयस्क में लोहे की वस्तुओं को अपनी ओर आकर्षित करने का गुण होता है।

ऐसे लौह अयस्क के टुकड़े को प्राकृतिक चुम्बक कहा जाता है, और यह जिस आकर्षण का गुण प्रदर्शित करता है वह चुम्बकत्व है।

आजकल, विभिन्न विद्युत प्रतिष्ठानों में चुंबकत्व की घटना का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालाँकि, अब वे प्राकृतिक नहीं, बल्कि तथाकथित कृत्रिम चुम्बकों का उपयोग करते हैं।

कृत्रिम चुंबक विशेष स्टील्स से बने होते हैं। ऐसे स्टील का एक टुकड़ा एक विशेष तरीके से चुंबकित होता है, जिसके बाद यह चुंबकीय गुण प्राप्त कर लेता है, अर्थात बन जाता है स्थायी चुंबक.

स्थायी चुम्बकों का आकार उनके उद्देश्य के आधार पर बहुत विविध हो सकता है।

स्थायी चुम्बक में केवल उसके ध्रुवों में गुरुत्वाकर्षण बल होता है। चुम्बक के उत्तर की ओर वाले सिरे को उत्तरी ध्रुव चुम्बक कहा जाता है, और दक्षिण की ओर वाले सिरे को दक्षिणी ध्रुव चुम्बक कहा जाता है। प्रत्येक स्थायी चुम्बक के दो ध्रुव होते हैं: उत्तर और दक्षिण। चुम्बक के उत्तरी ध्रुव को अक्षर C या N, दक्षिणी ध्रुव को अक्षर Y या S से दर्शाया जाता है।

चुंबक लोहा, स्टील, कच्चा लोहा, निकल, कोबाल्ट को अपनी ओर आकर्षित करता है। इन सभी निकायों को चुंबकीय निकाय कहा जाता है। अन्य सभी पिंड जो चुंबक द्वारा आकर्षित नहीं होते हैं, अचुंबकीय पिंड कहलाते हैं।

चुंबक की संरचना। आकर्षण संस्कार

चुंबकीय सहित प्रत्येक शरीर में सबसे छोटे कण - अणु होते हैं। गैर-चुंबकीय पिंडों के अणुओं के विपरीत, चुंबकीय पिंड के अणुओं में चुंबकीय गुण होते हैं, जो आणविक चुम्बकों का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक चुंबकीय निकाय के अंदर, इन आणविक चुम्बकों को उनकी कुल्हाड़ियों के साथ अलग-अलग दिशाओं में व्यवस्थित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप शरीर स्वयं कोई चुंबकीय गुण प्रदर्शित नहीं करता है। लेकिन अगर इन चुम्बकों को अपनी धुरी के चारों ओर घुमाने के लिए मजबूर किया जाता है ताकि उनके उत्तरी ध्रुव एक दिशा में और उनके दक्षिणी ध्रुव दूसरी दिशा में मुड़ें, तो शरीर चुंबकीय गुणों को प्राप्त कर लेगा, अर्थात यह एक चुंबक बन जाएगा।

वह प्रक्रिया जिसके द्वारा एक चुंबकीय शरीर एक चुंबक के गुणों को प्राप्त करता है कहा जाता है चुंबकत्व... स्थायी चुम्बकों के उत्पादन में विद्युत प्रवाह की सहायता से चुम्बकत्व किया जाता है। लेकिन आप एक साधारण स्थायी चुंबक का उपयोग करके शरीर को दूसरे तरीके से चुम्बकित कर सकते हैं।

यदि एक तटस्थ रेखा के साथ एक आयताकार चुंबक काटा जाता है, तो दो स्वतंत्र चुम्बक प्राप्त होंगे, और चुंबक के सिरों की ध्रुवीयता संरक्षित रहेगी, और काटने के परिणामस्वरूप प्राप्त सिरों पर विपरीत ध्रुव दिखाई देंगे।

परिणामी चुम्बकों में से प्रत्येक को दो चुम्बकों में विभाजित किया जा सकता है, और चाहे हम इस विभाजन को कितना भी जारी रखें, हमें हमेशा दो ध्रुवों के साथ स्वतंत्र चुम्बक मिलेंगे। एक चुंबकीय ध्रुव के साथ एक बार प्राप्त करना असंभव है। यह उदाहरण इस स्थिति की पुष्टि करता है कि चुंबकीय शरीर में कई आणविक चुम्बक होते हैं।

आणविक चुम्बकों की गतिशीलता की डिग्री में चुंबकीय निकाय एक दूसरे से भिन्न होते हैं। ऐसे पिंड हैं जो जल्दी से चुम्बकित हो जाते हैं और उतनी ही जल्दी विचुम्बकित भी हो जाते हैं। इसके विपरीत, ऐसे पिंड हैं जो धीरे-धीरे चुंबकित होते हैं लेकिन लंबे समय तक अपने चुंबकीय गुणों को बनाए रखते हैं।

इसलिए बाहरी चुंबक की क्रिया के तहत लोहा जल्दी से चुम्बकित हो जाता है, लेकिन उतनी ही जल्दी विचुंबकित हो जाता है, यानी चुंबक को हटा देने पर यह अपने चुंबकीय गुणों को खो देता है। स्टील, चुम्बकित होने के बाद, अपने चुंबकीय गुणों को लंबे समय तक बनाए रखता है, अर्थात , यह एक स्थायी चुंबक बन जाता है।

लोहे की जल्दी से चुम्बकित और विचुम्बकित होने की संपत्ति को इस तथ्य से समझाया जाता है कि लोहे के आणविक चुम्बक अत्यंत मोबाइल होते हैं, वे आसानी से बाहरी चुंबकीय बलों के प्रभाव में घूमते हैं, लेकिन जैसे ही चुम्बकित करने वाला शरीर अपनी पिछली अव्यवस्थित स्थिति में लौटता है हटा दिया।

लोहे में, हालांकि, चुम्बकों का एक छोटा सा हिस्सा, और स्थायी चुम्बक को हटाने के बाद भी कुछ समय के लिए उस स्थिति में रहता है, जिस स्थिति में उन्होंने चुम्बकत्व के समय कब्जा कर लिया था। इसलिए, चुंबकीयकरण के बाद, लोहा बहुत कमजोर चुंबकीय गुणों को बरकरार रखता है। इसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि जब चुंबक के ध्रुव से लोहे की प्लेट को हटाया गया, तो उसके सिरे से सारा चूरा नहीं गिरा - उसका एक छोटा सा हिस्सा प्लेट की ओर आकर्षित रहा।

लंबे समय तक चुम्बकित रहने के लिए स्टील की संपत्ति को इस तथ्य से समझाया जाता है कि चुम्बकत्व के दौरान स्टील के आणविक चुम्बक मुश्किल से वांछित दिशा में घूमते हैं, लेकिन वे चुम्बकित शरीर को हटाने के बाद भी लंबे समय तक अपनी स्थिर स्थिति बनाए रखते हैं।

चुंबकत्व के बाद चुंबकीय गुणों को प्रदर्शित करने के लिए चुंबकीय शरीर की क्षमता को अवशिष्ट चुंबकत्व कहा जाता है।

अवशिष्ट चुंबकत्व की घटना इस तथ्य के कारण होती है कि एक चुंबकीय निकाय में एक तथाकथित मंदक बल होता है जो आणविक चुम्बकों को उस स्थिति में रखता है जिस पर वे चुंबकत्व के दौरान कब्जा कर लेते हैं।

लोहे में, मंदक बल की क्रिया बहुत कमजोर होती है, जिसके परिणामस्वरूप यह जल्दी से विचुंबकीय हो जाता है और इसमें बहुत कम अवशिष्ट चुंबकत्व होता है।

विद्युत अभियांत्रिकी में शीघ्रता से चुम्बकित और विचुम्बकित करने के लिए लोहे की संपत्ति का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह कहने के लिए पर्याप्त है कि प्रत्येक के कोर विद्युत चुम्बकोंजो बिजली के उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं वे बेहद कम अवशिष्ट चुंबकत्व वाले विशेष लोहे से बने होते हैं।

स्टील में धारण शक्ति बहुत अधिक होती है, जिसके कारण उसमें चुम्बकत्व का गुण बना रहता है। इसीलिए स्थायी मैग्नेट विशेष इस्पात मिश्र धातुओं से बने होते हैं।

स्थायी चुम्बकों के गुण झटके, प्रभाव और अचानक तापमान में उतार-चढ़ाव से प्रतिकूल रूप से प्रभावित होते हैं। यदि, उदाहरण के लिए, एक स्थायी चुंबक को लाल रंग में गरम किया जाता है और फिर ठंडा होने दिया जाता है, तो यह पूरी तरह से अपने चुंबकीय गुणों को खो देगा। इसी तरह, यदि आप एक स्थायी चुंबक को झटके के अधीन करते हैं, तो उसके आकर्षण बल में काफी कमी आएगी।

यह इस तथ्य से समझाया गया है कि मजबूत ताप या झटके के साथ, एक मंदक बल की क्रिया पर काबू पा लिया जाता है और इस प्रकार आणविक चुम्बकों की व्यवस्थित व्यवस्था गड़बड़ा जाती है। इसलिए, स्थायी चुंबक और स्थायी चुंबक उपकरणों को सावधानी से संभालना चाहिए।

बल की चुंबकीय रेखाएँ। चुम्बकों के ध्रुवों की परस्पर क्रिया

प्रत्येक चुंबक के चारों ओर एक तथाकथित होता है चुंबकीय क्षेत्र.

एक चुंबकीय क्षेत्र को वह स्थान कहा जाता है जिसमें चुंबकीय बल... एक स्थायी चुंबक का चुंबकीय क्षेत्र अंतरिक्ष का वह हिस्सा होता है जिसमें एक आयताकार चुंबक के क्षेत्र और इस चुंबक के चुंबकीय बल कार्य करते हैं।

चुंबकीय क्षेत्र के चुंबकीय बल कुछ दिशाओं में कार्य करते हैं ... चुंबकीय बलों की कार्रवाई की दिशाओं को बल की चुंबकीय रेखाएं कहा जाता है ... यह शब्द व्यापक रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के अध्ययन में उपयोग किया जाता है, लेकिन इसे याद रखना चाहिए बल की चुंबकीय रेखाएँ भौतिक नहीं हैं: यह एक पारंपरिक शब्द है जिसे केवल चुंबकीय क्षेत्र के गुणों की समझ को सुगम बनाने के लिए पेश किया गया है।

चुंबकीय क्षेत्र का आकार, यानी अंतरिक्ष में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का स्थान चुंबक के आकार पर ही निर्भर करता है।

चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के कई गुण होते हैं: वे हमेशा बंद रहती हैं, कभी एक दूसरे को काटती नहीं हैं, सबसे छोटा रास्ता अपनाती हैं, और एक दूसरे को पीछे हटाती हैं यदि वे एक ही दिशा में इशारा कर रही हों। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि बल की रेखाएं उत्तरी ध्रुव से बाहर निकलती हैं चुंबक का और उसके दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करें; चुम्बक के अंदर इनकी दिशा दक्षिणी ध्रुव से उत्तर की ओर होती है।

जैसे चुंबकीय ध्रुव पीछे हटते हैं, चुंबकीय ध्रुवों के विपरीत आकर्षित होते हैं।

व्यवहार में दोनों निष्कर्षों की शुद्धता के बारे में खुद को समझाना आसान है। एक कम्पास लें और उसके पास एक सीधीरेखीय चुम्बक के ध्रुवों में से एक को लाएँ, उदाहरण के लिए, उत्तरी ध्रुव। आप देखेंगे कि तीर तुरन्त अपने दक्षिण छोर को चुंबक के उत्तरी ध्रुव की ओर मोड़ देगा। यदि आप चुम्बक को शीघ्रता से 180° घुमाते हैं, तो चुम्बक की सुई तुरंत 180° घूम जाएगी, अर्थात् उसका उत्तरी सिरा चुम्बक के दक्षिणी ध्रुव की ओर होगा।

चुंबकीय प्रेरण। चुंबकीय प्रवाह

चुंबक के ध्रुव और इस शरीर के बीच की दूरी बढ़ने पर चुंबकीय पिंड पर स्थायी चुम्बक की क्रिया (आकर्षण) का बल कम हो जाता है। एक चुम्बक सीधे अपने ध्रुवों पर आकर्षण का सबसे बड़ा बल प्रदर्शित करता है, यानी ठीक वहीं जहाँ चुम्बकीय बल रेखाएँ सबसे सघन रूप से स्थित होती हैं। ध्रुव से दूर जाने पर बल रेखाओं का घनत्व कम हो जाता है, वे अधिकाधिक विरले ही मिलती हैं, साथ ही चुम्बक का आकर्षण बल भी क्षीण हो जाता है।

इस प्रकार, चुंबकीय क्षेत्र के विभिन्न बिंदुओं पर एक चुंबक के आकर्षण का बल समान नहीं होता है और बल की रेखाओं के घनत्व की विशेषता होती है। चुंबकीय क्षेत्र को इसके विभिन्न बिंदुओं पर चिह्नित करने के लिए, चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण नामक एक मात्रा पेश की जाती है।

क्षेत्र का चुंबकीय प्रेरण संख्यात्मक रूप से 1 सेमी 2 के क्षेत्र से गुजरने वाली बल की रेखाओं की संख्या के बराबर होता है, जो उनकी दिशा में लंबवत स्थित होता है।

इसका मतलब यह है कि क्षेत्र में किसी दिए गए बिंदु पर क्षेत्र रेखाओं का घनत्व जितना अधिक होगा, उस बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण उतना ही अधिक होगा।

किसी भी क्षेत्र से गुजरने वाली बल की चुंबकीय रेखाओं की कुल संख्या को चुंबकीय प्रवाह कहा जाता है।

चुंबकीय प्रवाह को F अक्षर से निरूपित किया जाता है और निम्नलिखित संबंधों के माध्यम से चुंबकीय प्रेरण से संबंधित है:

एफ = बीएस,

जहाँ F चुंबकीय प्रवाह है, V क्षेत्र का चुंबकीय प्रेरण है; S किसी दिए गए चुंबकीय प्रवाह द्वारा प्रवेशित क्षेत्र है।

यह सूत्र तभी मान्य होता है जब क्षेत्र S चुंबकीय प्रवाह की दिशा के लंबवत हो। अन्यथा, चुंबकीय प्रवाह का परिमाण उस कोण पर भी निर्भर करेगा जिस पर क्षेत्र S स्थित है, और फिर सूत्र अधिक जटिल रूप धारण करेगा।

एक स्थायी चुंबक का चुंबकीय प्रवाह चुंबक के क्रॉस सेक्शन से होकर गुजरने वाली बल की कुल रेखाओं द्वारा निर्धारित होता है।एक स्थायी चुंबक का चुंबकीय प्रवाह जितना अधिक होता है, वह चुंबक उतना ही अधिक आकर्षक होता है।

एक स्थायी चुंबक का चुंबकीय प्रवाह उस स्टील की गुणवत्ता पर निर्भर करता है जिससे चुंबक बनाया जाता है, स्वयं चुंबक का आकार और उसके चुंबकीयकरण की डिग्री।

चुम्बकीय भेद्यता

चुंबकीय प्रवाह को स्वयं के माध्यम से अनुमति देने के लिए शरीर की संपत्ति को कहा जाता है चुंबकीय पारगम्यता... चुंबकीय प्रवाह के लिए गैर-चुंबकीय शरीर की तुलना में हवा से गुजरना आसान होता है।

विभिन्न पदार्थों की उनके अनुसार तुलना करने में सक्षम होना चुम्बकीय भेद्यता, हवा की चुंबकीय पारगम्यता को एकता के बराबर मानने की प्रथा है।

वे ऐसे पदार्थ कहलाते हैं जिनकी चुंबकीय पारगम्यता एकता प्रतिचुंबकीय से कम होती है। इनमें तांबा, सीसा, चांदी आदि शामिल हैं।

एल्यूमीनियम, प्लेटिनम, टिन, आदि। इनकी चुंबकीय पारगम्यता एकता से थोड़ी अधिक होती है और इन्हें अनुचुंबकीय पदार्थ कहा जाता है।

एक से अधिक चुंबकीय पारगम्यता वाले पदार्थ (हजारों में मापा जाता है) को फेरोमैग्नेटिक कहा जाता है। इनमें निकल, कोबाल्ट, स्टील, लोहा आदि शामिल हैं। इन पदार्थों और उनकी मिश्र धातुओं से सभी प्रकार के चुंबकीय और विद्युत चुम्बकीय उपकरण और विभिन्न विद्युत मशीनों के पुर्जे बनाए जाते हैं।

संचार प्रौद्योगिकियों के लिए व्यावहारिक रुचि के विशेष लोहा-निकल मिश्र धातु हैं जिन्हें परमालॉइड कहा जाता है।