धारावाही कुंडली का चुंबकीय क्षेत्र

यदि स्थिर विद्युत आवेशों के आसपास अंतरिक्ष में एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र मौजूद है, तो गतिमान आवेशों के आसपास के स्थान में (साथ ही मैक्सवेल द्वारा मूल रूप से प्रस्तावित समय-भिन्न विद्युत क्षेत्रों के आसपास) मौजूद है चुंबकीय क्षेत्र… प्रयोगात्मक रूप से निरीक्षण करना आसान है।

चुंबकीय क्षेत्र के लिए धन्यवाद, विद्युत धाराएं एक दूसरे के साथ-साथ स्थायी चुम्बकों और चुम्बकों के साथ धाराओं के साथ परस्पर क्रिया करती हैं। विद्युत संपर्क की तुलना में, चुंबकीय संपर्क अधिक मजबूत होता है। इस बातचीत का अध्ययन आंद्रे-मैरी एम्पीयर द्वारा उचित समय पर किया गया था।

भौतिकी में, चुंबकीय क्षेत्र की विशेषता है चुंबकीय प्रेरण बी और यह जितना बड़ा होता है, चुंबकीय क्षेत्र उतना ही मजबूत होता है। चुंबकीय प्रेरण बी एक वेक्टर मात्रा है, इसकी दिशा चुंबकीय क्षेत्र में किसी बिंदु पर रखे पारंपरिक चुंबकीय तीर के उत्तरी ध्रुव पर कार्य करने वाले बल की दिशा के साथ मेल खाती है - चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर की दिशा में चुंबकीय तीर को उन्मुख करेगा बी, यानी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में।

चुंबकीय प्रेरण रेखा के किसी भी बिंदु पर वेक्टर बी को स्पर्शरेखा के रूप में निर्देशित किया जाता है। यही है, प्रेरण बी वर्तमान में चुंबकीय क्षेत्र के बल प्रभाव को दर्शाता है। विद्युत क्षेत्र के लिए बल E द्वारा एक समान भूमिका निभाई जाती है, जो आवेश पर विद्युत क्षेत्र की प्रबल क्रिया की विशेषता है।

लोहे के बुरादे के साथ सबसे सरल प्रयोग आपको एक चुंबकीय वस्तु पर चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई की घटना को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करने की अनुमति देता है, क्योंकि एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र में फेरोमैग्नेट के छोटे टुकड़े (ऐसे टुकड़े लोहे के बुरादे होते हैं) क्षेत्र के साथ चुम्बकित होते हैं, चुंबकीय तीर, कम्पास के छोटे तीर की तरह।

यदि आप एक ऊर्ध्वाधर तांबे का तार लेते हैं और इसे क्षैतिज रूप से रखी गई कागज की शीट (या प्लेक्सीग्लास या प्लाईवुड) में एक छेद के माध्यम से चलाते हैं और फिर शीट पर धातु का बुरादा डालते हैं, इसे थोड़ा हिलाते हैं, और फिर तार के माध्यम से एक दिष्ट धारा प्रवाहित करते हैं, यह देखना आसान है कि फाइलिंग तार के चारों ओर हलकों में एक भंवर के रूप में खुद को कैसे व्यवस्थित करेगा, एक समतल में इसमें धारा के लम्बवत्।

चूरा के ये घेरे वर्तमान-वाहक कंडक्टर के चुंबकीय क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण बी की रेखाओं का एक पारंपरिक प्रतिनिधित्व होंगे। इस प्रयोग में वृत्तों का केंद्र धारावाही तार के अक्ष के ठीक मध्य में स्थित होगा।

करंट ले जाने वाले तार में चुंबकीय प्रेरण वैक्टर की दिशा निर्धारित करना आसान है गिमलेट नियम द्वारा या दाएं हाथ के स्क्रू नियम के अनुसार: तार में करंट की दिशा में स्क्रू अक्ष के ट्रांसलेशनल मूवमेंट के साथ, स्क्रू या जिम्बल हैंडल (स्क्रूइंग इन या आउट) के रोटेशन की दिशा दिशा का संकेत देगी वर्तमान के आसपास चुंबकीय क्षेत्र।

जिम्बल नियम क्यों लागू किया जाता है. क्योंकि दो मैक्सवेल समीकरणों में प्रयुक्त रोटर (क्षेत्र सिद्धांत में क्षय द्वारा चिह्नित) के कार्य को औपचारिक रूप से सदिश उत्पाद (संचालक नाबला के साथ) के रूप में लिखा जा सकता है और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि सदिश क्षेत्र के रोटर की तुलना की जा सकती है (एक है सादृश्य) आदर्श तरल पदार्थ के रोटेशन के कोणीय वेग के लिए (जैसा कि मैक्सवेल ने स्वयं कल्पना की है), जिसका प्रवाह वेग क्षेत्र किसी दिए गए सदिश क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है, रोटर के लिए इन नियम योगों द्वारा उपयोग किया जा सकता है जो कोणीय वेग के लिए वर्णित हैं।

इस प्रकार, यदि आप अंगूठे को सदिश क्षेत्र भंवर की दिशा में घुमाते हैं, तो यह उस क्षेत्र के रोटर सदिश की दिशा में पेंच करेगा।

जैसा कि आप देख सकते हैं, इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की तीव्रता की रेखाओं के विपरीत, जो अंतरिक्ष में खुली हैं, विद्युत प्रवाह के आसपास चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं बंद हैं। यदि विद्युत तीव्रता E की रेखाएँ धनात्मक आवेशों से शुरू होती हैं और ऋणात्मक आवेशों के साथ समाप्त होती हैं, तो चुंबकीय प्रेरण B की रेखाएँ उन्हें उत्पन्न करने वाली धारा के चारों ओर बस बंद हो जाती हैं।

अब प्रयोग को जटिल करते हैं। करंट वाले सीधे तार के बजाय करंट के साथ बेंड पर विचार करें। मान लीजिए कि हमारे लिए इस तरह के एक लूप को ड्राइंग के विमान के लंबवत स्थिति में रखना सुविधाजनक है, जिसमें वर्तमान में बाईं ओर और दाईं ओर हमारी ओर निर्देशित है। यदि अब चुंबकीय सुई के साथ कम्पास को वर्तमान लूप के अंदर रखा जाता है, तो चुंबकीय सुई चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं की दिशा का संकेत देगी - उन्हें लूप की धुरी के साथ निर्देशित किया जाएगा।

क्यों? चूँकि कुंडली के समतल के विपरीत भाग चुंबकीय सुई के ध्रुवों के अनुरूप होंगे।जहाँ B रेखाएँ निकलती हैं वह उत्तर चुंबकीय ध्रुव है, जहाँ वे दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं। यह समझना आसान है यदि आप पहले एक धारावाही तार और उसके चुंबकीय क्षेत्र पर विचार करते हैं, और फिर बस तार को एक रिंग में घुमाते हैं।

करंट के साथ लूप के चुंबकीय प्रेरण की दिशा निर्धारित करने के लिए, जिम्बल नियम या दाहिने हाथ के स्क्रू नियम का भी उपयोग किया जाता है। जिम्बल की नोक को लूप के केंद्र में रखें और इसे दक्षिणावर्त घुमाएं। जिम्बल का ट्रांसलेशनल मूवमेंट लूप के केंद्र में चुंबकीय प्रेरण वेक्टर बी के साथ दिशा में मेल खाएगा।

जाहिर है, करंट के चुंबकीय क्षेत्र की दिशा तार में करंट की दिशा से संबंधित होती है, चाहे वह सीधा तार हो या कॉइल।

यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि करंट ले जाने वाली कॉइल या कॉइल की तरफ जहां चुंबकीय प्रेरण बी की रेखाएं निकलती हैं (वेक्टर बी की दिशा बाहर की ओर होती है) उत्तरी चुंबकीय ध्रुव होती है और जहां लाइनें प्रवेश करती हैं (वेक्टर बी अंदर की ओर निर्देशित होती है) है दक्षिण चुंबकीय ध्रुव

यदि करंट के साथ कई मोड़ एक लंबे कॉइल - एक सोलेनोइड (कॉइल की लंबाई इसके व्यास से कई गुना अधिक है), तो इसके अंदर का चुंबकीय क्षेत्र एक समान है, यानी चुंबकीय प्रेरण बी की रेखाएं एक दूसरे के समानांतर हैं और हैं कुंडल की पूरी लंबाई के साथ समान घनत्व। संयोग से, एक स्थायी चुंबक का चुंबकीय क्षेत्र बाह्य रूप से एक धारावाही कुंडली के चुंबकीय क्षेत्र के समान होता है।

वर्तमान I, लंबाई l, घुमावों की संख्या N के साथ एक कुंडली के लिए, निर्वात में चुंबकीय प्रेरण संख्यात्मक रूप से बराबर होगा:

तो, करंट के साथ कॉइल के अंदर का चुंबकीय क्षेत्र एक समान होता है और दक्षिणी ध्रुव से उत्तरी ध्रुव (कॉइल के अंदर!) तक निर्देशित होता है। कॉइल के अंदर चुंबकीय प्रेरण वर्तमान-ले जाने वाले कॉइल की प्रति यूनिट लंबाई एम्पीयर-टर्न की संख्या के समानुपाती होता है।