चुंबकीय क्षेत्र को मापने के सिद्धांत, चुंबकीय क्षेत्र के मापदंडों को मापने के लिए उपकरण

पृथ्वी के चुंबकीय ध्रुवों की दिशाओं का संकेत देने वाला पहला चुंबकीय कंपास चीन में तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व में दिखाई दिया। ये चुंबकीय लौह अयस्क से बने शॉर्ट-हैंडल्ड राउंड लैडल्स के रूप में उपकरण थे।

चम्मच को उसके उत्तल भाग के साथ एक चिकनी तांबे या लकड़ी की सतह पर रखा गया था, जिस पर राशि चक्र के संकेतों की छवियों के साथ विभाजन खींचे गए थे, जो कार्डिनल बिंदुओं को दर्शाते थे। कम्पास को सक्रिय करने के लिए चम्मच को हल्के से दबाया गया और वह घूमने लगा। आखिरकार, जब चम्मच रुक गया, तो उसका हत्था बिल्कुल सही इशारा कर रहा था पृथ्वी के दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव की ओर.

बारहवीं शताब्दी से, यूरोप में यात्रियों द्वारा कम्पास का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाने लगा। चुंबकीय विचलन को निर्धारित करने के लिए उन्हें भूमि परिवहन और समुद्री जहाजों दोनों पर स्थापित किया गया था।

अठारहवीं शताब्दी के अंत से, उस समय के वैज्ञानिकों के लिए चुंबकीय घटनाएं सावधानीपूर्वक अध्ययन का विषय बन गईं। 1785 में लटकन ने पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को मापने के लिए एक विधि प्रस्तावित की। 1832 मेंगॉस ने अधिक सटीक मापन के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का पूर्ण मूल्य निर्धारित करने की संभावना दिखायी।

विद्युत आवेशों की गति के दौरान देखी गई चुंबकीय घटना और बल प्रभाव के बीच संबंध पहली बार 1820 में ओर्स्टेड द्वारा स्थापित किया गया था। मैक्सवेल ने बाद में इस संबंध को तर्कसंगत रूप में लिखा- गणितीय समीकरणों के रूप में (1873):

आज तक, चुंबकीय क्षेत्र के मापदंडों को मापने के लिए निम्नलिखित तकनीक का उपयोग किया जाता है:

• teslameters - बल H के मान या चुंबकीय क्षेत्र B के प्रेरण को मापने के लिए उपकरण;

• वेबमीटर - चुंबकीय प्रवाह F के परिमाण को मापने के लिए उपकरण;

• ग्रेडियोमीटर - चुंबकीय क्षेत्र की विषमताओं को मापने के लिए उपकरण।

भी मौजूद हैं:

• चुंबकीय क्षण एम को मापने के लिए उपकरण;

• वेक्टर बी की दिशा को मापने के लिए उपकरण;

• विभिन्न सामग्रियों के चुंबकीय स्थिरांक को मापने के लिए उपकरण।

चुंबकीय प्रेरण वेक्टर बी मजबूत साइड एक्शन की तीव्रता को दर्शाता है चुंबकीय क्षेत्र (पोल या करंट के लिए) और इसलिए अंतरिक्ष में दिए गए बिंदु पर इसकी मुख्य विशेषता है।

इस प्रकार, अध्ययन के तहत चुंबकीय क्षेत्र या तो चुंबक या वर्तमान तत्व के साथ दृढ़ता से बातचीत कर सकता है, और सर्किट में प्रेरण ईएमएफ को प्रेरित करने में भी सक्षम है यदि सर्किट में प्रवेश करने वाला चुंबकीय क्षेत्र समय के साथ बदलता है या यदि सर्किट की स्थिति बदलती है चुंबकीय क्षेत्र।

प्रेरण B के चुंबकीय क्षेत्र में लंबाई dl का एक वर्तमान-वाहक तत्व एक बल F द्वारा कार्य किया जाएगा, जिसका मान निम्न सूत्र का उपयोग करके पाया जा सकता है:

इसलिए, अध्ययन किए गए चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण बी बल एफ द्वारा पाया जा सकता है, जो इस चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने वाले ज्ञात मूल्य I के प्रत्यक्ष प्रवाह के साथ दी गई लंबाई l के कंडक्टर पर कार्य करता है।

व्यवहार में, चुंबकीय माप को चुंबकीय क्षण नामक मात्रा का उपयोग करके आसानी से किया जाता है। चुंबकीय क्षण Pm वर्तमान I के साथ क्षेत्र S के समोच्च की विशेषता है, और चुंबकीय क्षण का परिमाण निम्नानुसार निर्धारित किया गया है:

यदि N फेरों वाली कुण्डली का उपयोग किया जाता है, तो इसका चुम्बकीय आघूर्ण बराबर होगा:

चुंबकीय अंतःक्रिया बल का यांत्रिक क्षण M, चुंबकीय क्षण Pm और चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण B के मानों के आधार पर पाया जा सकता है:

हालांकि, एक चुंबकीय क्षेत्र को मापने के लिए, यांत्रिक बल के अपने अभिव्यक्तियों का उपयोग करना हमेशा सुविधाजनक नहीं होता है। सौभाग्य से, एक और घटना है जिस पर आप भरोसा कर सकते हैं। यह विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना है। गणितीय रूप में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम इस प्रकार लिखा गया है:

इस प्रकार, चुंबकीय क्षेत्र स्वयं को बल या प्रेरित EMF के रूप में प्रकट करता है। इस मामले में, चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत, जैसा कि जाना जाता है, विद्युत प्रवाह है।

यदि अंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाली धारा ज्ञात हो, तो उस बिंदु पर (वर्तमान तत्व से r दूरी पर) चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का पता लगाया जा सकता है बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून का उपयोग करना:

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक निर्वात में चुंबकीय प्रेरण बी निम्नलिखित संबंध द्वारा चुंबकीय क्षेत्र की ताकत एच (संबंधित वर्तमान द्वारा उत्पन्न) से संबंधित है:

एसआई प्रणाली में वैक्यूम चुंबकीय स्थिरांक को एम्पीयर में परिभाषित किया गया है।एक मनमाना माध्यम के लिए, यह स्थिरांक किसी दिए गए माध्यम में चुंबकीय प्रेरण का निर्वात में चुंबकीय प्रेरण का अनुपात है, और इस स्थिरांक को कहा जाता है माध्यम की चुंबकीय पारगम्यता:

हवा की चुंबकीय पारगम्यता व्यावहारिक रूप से वैक्यूम की चुंबकीय पारगम्यता के साथ मेल खाती है; इसलिए, हवा के लिए चुंबकीय प्रेरण बी व्यावहारिक रूप से चुंबकीय क्षेत्र तनाव एच के समान है।

चुंबकीय प्रेरण को मापने के लिए एक इकाई एनई में — Tesla [T], CGS प्रणाली में — गॉस [G], और 1 T = 10000 G। चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण का निर्धारण करने के लिए मापने वाले उपकरणों को teslameters कहा जाता है।

चुंबकीय क्षेत्र की ताकत H को एम्पीयर प्रति मीटर (A/m) में मापा जाता है, 1 एम्पीयर/मीटर को यूनिट टर्न डेंसिटी की अनंत लंबाई के सोलनॉइड के चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के रूप में परिभाषित किया जाता है जब 1 एम्पीयर सोलनॉइड करंट इसके माध्यम से प्रवाहित होता है। एक एम्पीयर प्रति मीटर को दूसरे तरीके से परिभाषित किया जा सकता है: यह 1 मीटर के लूप व्यास के साथ 1 एम्पीयर की धारा के साथ एक गोलाकार सर्किट के केंद्र में चुंबकीय क्षेत्र की ताकत है।

यहाँ यह प्रेरण के चुंबकीय प्रवाह के रूप में इस तरह के मूल्य को ध्यान देने योग्य है - एफ। यह एक अदिश राशि है, एसआई प्रणाली में इसे वेबर्स में मापा जाता है, और सीजीएस प्रणाली में - मैक्सवेल में, 1 μs = 0.00000001 Wb के साथ। 1 वेबर इस तरह के परिमाण का एक चुंबकीय प्रवाह है कि जब यह घटकर शून्य हो जाता है, तो 1-कूलम्ब आवेश एक संवाहक परिपथ से होकर गुजरता है, जिसमें 1 ओम का प्रतिरोध जुड़ा होता है।

यदि हम चुंबकीय प्रवाह F को प्रारंभिक मान के रूप में लेते हैं, तो चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण B चुंबकीय प्रवाह घनत्व से अधिक कुछ नहीं होगा। चुंबकीय प्रवाह को मापने वाले उपकरणों को वेबमीटर कहा जाता है।

हमने ऊपर उल्लेख किया है कि चुंबकीय प्रेरण या तो बल (या यांत्रिक क्षण द्वारा) या सर्किट में प्रेरित ईएमएफ द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। ये तथाकथित प्रत्यक्ष माप रूपांतरण हैं, जहां चुंबकीय प्रवाह या चुंबकीय प्रेरण एक अन्य भौतिक मात्रा (बल, आवेश, क्षण, संभावित अंतर) द्वारा व्यक्त किया जाता है जो विशिष्ट रूप से एक बुनियादी भौतिक कानून के माध्यम से चुंबकीय मात्रा से संबंधित होता है।

ट्रांसफॉर्मेशन जहां चुंबकीय प्रेरण बी या चुंबकीय प्रवाह एफ वर्तमान I या लंबाई एल या त्रिज्या आर के माध्यम से रिवर्स ट्रांसफॉर्मेशन कहा जाता है। चुंबकीय प्रेरण बी और चुंबकीय क्षेत्र एच की ताकत के बीच ज्ञात संबंध का उपयोग करते हुए बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून के आधार पर इस तरह के परिवर्तन किए जाते हैं।