चुंबकीय क्षेत्र: तीव्रता, विशेषताओं, स्रोत, उदाहरण - शारीरिक - 2025

चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव है कि चलती विद्युत आवेश अंतरिक्ष कि उन्हें चारों ओर से घेरे पर है। चार्ज में हमेशा एक विद्युत क्षेत्र होता है, लेकिन केवल जो गति में होते हैं वे चुंबकीय प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं।

चुंबकत्व का अस्तित्व लंबे समय से जाना जाता है। प्राचीन यूनानियों ने लोहे के छोटे टुकड़ों को आकर्षित करने में सक्षम एक खनिज का वर्णन किया: यह लॉजस्टोन या मैग्नेटाइट था।

चित्रा 1. मैग्नेटाइट नमूना। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स Rojinegro81।

मिलिटस और प्लेटो के ऋषि थेल्स उनके लेखन में चुंबकीय प्रभाव दर्ज करने में व्यस्त थे; वैसे, वे स्थैतिक बिजली भी जानते थे।

लेकिन चुंबकत्व 19 वीं शताब्दी तक बिजली से जुड़ा नहीं था, जब हंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने देखा कि कंपास एक प्रवाहकीय तार के आसपास के क्षेत्र में विचलन कर रहा था।

आज हम जानते हैं कि बिजली और चुंबकत्व एक ही सिक्के के दो पहलू हैं।

भौतिकी में चुंबकीय क्षेत्र

भौतिकी में, चुंबकीय क्षेत्र शब्द एक वेक्टर मात्रा है, जिसमें मापांक (इसकी संख्यात्मक मान), अंतरिक्ष और अर्थ में दिशा है। इसके भी दो अर्थ हैं। पहला एक वेक्टर है जिसे कभी-कभी चुंबकीय प्रेरण कहा जाता है और बी द्वारा निरूपित किया जाता है ।

इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ़ यूनिट्स में B की इकाई टेस्ला है, संक्षिप्त T। दूसरी मात्रा जिसे चुंबकीय क्षेत्र भी कहा जाता है, H को चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता के रूप में भी जाना जाता है और जिसकी इकाई एम्पीयर / मीटर है।

दोनों मात्राएं आनुपातिक हैं, लेकिन वे इस तरह से परिभाषित होते हैं कि चुंबकीय सामग्री उन क्षेत्रों पर प्रभाव डालती है जो उनके माध्यम से गुजरती हैं।

यदि किसी सामग्री को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के बीच में रखा जाता है, तो परिणामी क्षेत्र इस पर निर्भर करेगा और सामग्री की अपनी चुंबकीय प्रतिक्रिया पर भी। यही कारण है कि बी और एच द्वारा संबंधित हैं:

बी = μ _मीटर एच

यहाँ μ _मीटर एक स्थिरांक है जो सामग्री पर निर्भर करता है और इसकी उपयुक्त इकाइयाँ होती हैं ताकि H द्वारा गुणा करने पर परिणाम tesla हो।

सी

-चुंबकीय क्षेत्र एक वेक्टर परिमाण है, इसलिए इसमें परिमाण, दिशा और भावना है।

-इंटरनेशनल सिस्टम में मैग्नेटिक फील्ड B की इकाई टी है, जिसे T के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, जबकि H एम्पीयर / मीटर है। अन्य इकाइयाँ जो साहित्य में अक्सर दिखाई देती हैं, वे हैं गॉस (जी) और ऑरेस्टेड।

-मैगनेटिक फील्ड लाइनें हमेशा बंद लूप होती हैं, एक उत्तरी ध्रुव को छोड़कर एक दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं। क्षेत्र हमेशा लाइनों के लिए स्पर्शरेखा है।

-चुंबकीय चुम्बक हमेशा उत्तर-दक्षिण जोड़ी में प्रस्तुत किए जाते हैं। एक पृथक चुंबकीय ध्रुव होना संभव नहीं है।

-यह हमेशा विद्युत आवेशों की गति से उत्पन्न होता है।

-इंट की तीव्रता लोड के परिमाण के अनुपात में होती है या जो इसे उत्पन्न करता है।

-इसी दूरी के वर्ग के व्युत्क्रम से चुंबकीय क्षेत्र की परिमाण घट जाती है।

चुंबकीय क्षेत्र स्थिर या परिवर्तनशील हो सकते हैं, समय और स्थान दोनों में।

-एक चुंबकीय क्षेत्र एक गतिशील चार्ज को चालू चार्ज पर या एक तार पर ले जाने में सक्षम होता है जो वर्तमान को वहन करता है।

एक चुंबक का ध्रुव

एक बार चुंबक में हमेशा दो चुंबकीय ध्रुव होते हैं: उत्तरी ध्रुव और दक्षिणी ध्रुव। यह सत्यापित करना बहुत आसान है कि एक ही चिह्न के ध्रुव को हटा दें, जबकि विभिन्न प्रकार के वे आकर्षित होते हैं।

यह वैसा ही है जैसा विद्युत आवेशों के साथ होता है। यह भी देखा जा सकता है कि वे जितने करीब होंगे, उतने ही अधिक बल के साथ वे एक दूसरे को आकर्षित या पीछे हटाएंगे।

बार मैग्नेट में फ़ील्ड लाइनों का एक विशिष्ट पैटर्न होता है। वे तेज मोड़ हैं, जो उत्तरी ध्रुव को छोड़कर दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करते हैं।

चित्रा 2. बार चुंबक की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

इन पंक्तियों को देखने के लिए एक सरल प्रयोग कागज की एक शीट के ऊपर लोहे का बुरादा फैलाना और नीचे एक बार चुंबक रखना है।

चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता को क्षेत्र लाइनों के घनत्व के एक कार्य के रूप में दिया जाता है। ध्रुवों के पास ये हमेशा घने होते हैं और चुंबक से दूर जाते ही ये फैल जाते हैं।

चुंबक को एक चुंबकीय द्विध्रुवीय के रूप में भी जाना जाता है, जिसमें दो ध्रुव ठीक उत्तर और दक्षिण चुंबकीय ध्रुव होते हैं।

लेकिन उन्हें कभी अलग नहीं किया जा सकता। यदि आप चुंबक को आधे में काटते हैं, तो आपको दो मैग्नेट मिलते हैं, प्रत्येक इसके उत्तर और दक्षिणी ध्रुवों के साथ। पृथक ध्रुवों को चुंबकीय मोनोपोल कहा जाता है, लेकिन आज तक किसी को अलग नहीं किया गया है।

सूत्रों का कहना है

एक चुंबकीय क्षेत्र के विभिन्न स्रोतों की बात कर सकता है। वे पृथ्वी के माध्यम से, चुंबकीय खनिजों से लेकर, जो एक बड़े चुंबक की तरह व्यवहार करते हैं, विद्युत चुम्बकों तक।

लेकिन सच्चाई यह है कि आवेशित कणों की गति में हर चुंबकीय क्षेत्र की उत्पत्ति होती है।

बाद में हम देखेंगे कि सभी चुंबकत्व का मूल स्रोत परमाणु के अंदर छोटे धाराओं में रहता है, मुख्य रूप से वे जो नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के आंदोलनों और परमाणु में मौजूद क्वांटम प्रभावों के कारण उत्पन्न होते हैं।

हालांकि, इसकी स्थूल उत्पत्ति के बारे में, कोई प्राकृतिक स्रोतों और कृत्रिम स्रोतों के बारे में सोच सकता है।

सिद्धांत रूप में प्राकृतिक स्रोत "बंद" नहीं करते हैं, वे स्थायी मैग्नेट हैं, हालांकि यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि गर्मी पदार्थों के चुंबकत्व को नष्ट कर देती है।

कृत्रिम स्रोतों के लिए, चुंबकीय प्रभाव को दबाया और नियंत्रित किया जा सकता है। इसलिए हमारे पास है:

उदाहरण के लिए, मैग्नेटाइट और मैग्नेमाईट, दोनों लोहे के आक्साइड जैसे चुंबकीय खनिजों से बने प्राकृतिक मूल के मैग्नेट।

-इलेक्ट्रिक धाराओं और इलेक्ट्रोमैग्नेट्स

चुंबकीय खनिज और इलेक्ट्रोमैग्नेट्स

प्रकृति में विभिन्न यौगिक हैं जो उल्लेखनीय चुंबकीय गुणों का प्रदर्शन करते हैं। वे लोहे और निकल के टुकड़ों को आकर्षित करने में सक्षम हैं, उदाहरण के लिए, साथ ही साथ अन्य मैग्नेट।

मैग्नेटाइट और मैग्माइट जैसे लौह ऑक्साइड, इस पदार्थ के वर्ग के उदाहरण हैं।

चुंबकीय अतिसंवेदनशीलता वह पैरामीटर है जिसका उपयोग चट्टानों के चुंबकीय गुणों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। मैग्नेटाइट की उच्च सामग्री के कारण बुनियादी आग्नेय चट्टानें उच्चतम संवेदनशीलता वाले हैं।

दूसरी ओर, जब तक आपके पास एक तार होता है जो वर्तमान को वहन करता है, एक संबद्ध चुंबकीय क्षेत्र होगा। यहां हमारे पास एक फ़ील्ड बनाने का एक और तरीका है, जो इस मामले में, तार के साथ गाढ़ा हलकों का रूप लेता है।

क्षेत्र के आंदोलन की दिशा दाहिने अंगूठे के नियम द्वारा दी गई है। जब दाहिने हाथ का अंगूठा वर्तमान की दिशा में इंगित करता है, तो शेष चार उंगलियां उस दिशा को इंगित करेंगी जिसमें फ़ील्ड लाइनें मुड़ी हुई हैं।

चित्रा 3. चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और भावना प्राप्त करने के लिए दाहिने अंगूठे का नियम। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

एक इलेक्ट्रोमैग्नेट एक उपकरण है जो विद्युत धाराओं से चुंबकत्व का उत्पादन करता है। यह इच्छाशक्ति को चालू और बंद करने में सक्षम होने का लाभ है। जब वर्तमान बंद हो जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र गायब हो जाता है। इसके अलावा क्षेत्र की तीव्रता को भी नियंत्रित किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोमैग्नेट्स विभिन्न उपकरणों का हिस्सा हैं, जिनमें स्पीकर, हार्ड ड्राइव, मोटर और रिले शामिल हैं।

एक गतिशील चार्ज पर चुंबकीय बल

चुंबकीय क्षेत्र B के अस्तित्व को परीक्षण विद्युत आवेशित q- के माध्यम से सत्यापित किया जा सकता है और जो गति v के साथ चलता है । इसके लिए, विद्युत और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों की उपस्थिति से इनकार किया जाता है, कम से कम फिलहाल।

ऐसे मामले में, चार्ज q द्वारा अनुभव किया गया बल, जिसे एफ _{बी के} रूप में दर्शाया गया है, पूरी तरह से क्षेत्र के प्रभाव के कारण है। गुणात्मक रूप से, निम्नलिखित मनाया जाता है:

की -इस परिमाण एफ _बी क्यू और एक v गति के लिए आनुपातिक है।

-यदि v, चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर के समानांतर है, तो F _B का परिमाण शून्य है।

-चुंबकीय बल v और B दोनों के लंबवत है ।

-फिलहाल, चुंबकीय बल का परिमाण पाप where के समानुपाती होता है, जहां θ वेग वेक्टर और चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर के बीच का कोण होता है।

उपरोक्त सभी सकारात्मक और नकारात्मक दोनों आरोपों के लिए मान्य है। अंतर केवल इतना है कि चुंबकीय बल की दिशा उलट है।

ये अवलोकन दो वैक्टर के बीच वेक्टर उत्पाद से सहमत होते हैं, ताकि चुंबकीय बल एक बिंदु चार्ज q द्वारा अनुभव किया जा सके, एक चुंबकीय क्षेत्र के बीच में वेग v के साथ आगे बढ़ रहा है:

एफ _बी = क्यू वी एक्स बी

जिसका मॉड्यूल है:

चित्रा 4. सकारात्मक बिंदु आवेश पर चुंबकीय बल के लिए दायाँ हाथ नियम। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

एक चुंबकीय क्षेत्र कैसे उत्पन्न होता है?

उदाहरण के लिए, कई तरीके हैं:

-एक उपयुक्त पदार्थ को चुम्बकित करना।

- एक प्रवाहकीय तार के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित करना।

लेकिन मामले में चुंबकत्व की उत्पत्ति को यह याद करके समझाया जाता है कि इसे आरोपों के आंदोलन से जुड़ा होना चाहिए।

नाभिक की परिक्रमा करने वाला इलेक्ट्रॉन अनिवार्य रूप से एक छोटा बंद करंट सर्किट होता है, लेकिन परमाणु के चुंबकत्व में पर्याप्त योगदान देने में सक्षम है। चुंबकीय सामग्री के एक टुकड़े में बहुत सारे इलेक्ट्रॉन होते हैं।

परमाणु के चुंबकत्व में इस योगदान को कक्षीय चुंबकीय क्षण कहा जाता है। लेकिन वहाँ अधिक है, क्योंकि अनुवाद केवल इलेक्ट्रॉन का आंदोलन नहीं है। इसमें एक चुंबकीय स्पिन पल भी होता है, एक क्वांटम प्रभाव जिसका सादृश्य है इसकी धुरी पर इलेक्ट्रॉन का घूमना।

वास्तव में, स्पिन के चुंबकीय क्षण एक परमाणु के चुंबकत्व का मुख्य कारण है।

प्रकार

चुंबकीय क्षेत्र कई रूपों को लेने में सक्षम है, जो कि उत्पन्न होने वाली धाराओं के वितरण पर निर्भर करता है। बदले में, यह न केवल अंतरिक्ष में, बल्कि समय में, या दोनों एक ही समय में भिन्न हो सकता है।

-एक विद्युत चुम्बक के ध्रुवों के आसपास के क्षेत्र में लगभग स्थिर क्षेत्र है।

-एक सोलेनोइड के अंदर एक उच्च तीव्रता और समान क्षेत्र प्राप्त किया जाता है, जिसमें अक्षीय धुरी के साथ निर्देशित क्षेत्र रेखाएं होती हैं।

-पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र एक बार चुंबक के क्षेत्र में काफी अच्छी तरह से स्थित है, विशेष रूप से सतह के आसपास के क्षेत्र में। इसके अलावा, सौर हवा बिजली की धाराओं को संशोधित करती है और इसे ख़राब करती है।

-एक तार जो करंट को प्रवाहित करता है उसमें तार के साथ संकेंद्रित वृत्तों के रूप में एक क्षेत्र होता है।

समय के साथ क्षेत्र अलग-अलग हो सकते हैं या नहीं, इस बारे में:

-स्थैतिक चुंबकीय क्षेत्र, जब न तो उनका परिमाण और न ही उनकी दिशा समय के साथ बदलती है। बार चुंबक का क्षेत्र इस प्रकार के क्षेत्र का एक अच्छा उदाहरण है। इसके अलावा जो तारों से उत्पन्न होते हैं जो स्थिर धाराओं को ले जाते हैं।

समय के साथ परिवर्तनशील क्षेत्र, यदि उनकी कोई विशेषता समय के साथ बदलती है। उन्हें प्राप्त करने का एक तरीका वैकल्पिक वर्तमान जनरेटर से है, जो चुंबकीय प्रेरण की घटना का उपयोग करते हैं। वे कई आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में पाए जाते हैं, उदाहरण के लिए सेल फोन।

बायोट-सवार्ट का नियम

जब धाराओं के वितरण द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र के आकार की गणना करना आवश्यक होता है, तो उपयोग बायोट-सार्टार्ट कानून से किया जा सकता है, 1820 में फ्रांसीसी भौतिकविदों जीन मैरी बायोट (1774-1862) और फेलियर सैवर्ट (1791-1841) द्वारा खोजा गया था।)।

सरल ज्यामितीय के साथ कुछ वर्तमान वितरणों के लिए, चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर के लिए एक गणितीय अभिव्यक्ति सीधे प्राप्त की जा सकती है।

मान लीजिए कि हमारे पास विभेदक लंबाई dl का एक तार खंड है जो एक विद्युत प्रवाह I को वहन करता है। तार भी शून्य में होना माना जाएगा। इस वितरण का उत्पादन करने वाला चुंबकीय क्षेत्र:

-दूसरे के वर्ग के व्युत्क्रम के साथ तार तक पहुँचता है।

-यह तार से गुजरने वाली धारा I की तीव्रता के समानुपाती है।

-यह दिशा तार पर केंद्रित त्रिज्या r की परिधि के लिए स्पर्शरेखा है और इसकी दिशा दाहिने अंगूठे के नियम द्वारा दी गई है।

- μ _ओ = 4 μ । 10 ^-7 टीएम / ए

- d B एक चुंबकीय क्षेत्र का अंतर है।

- मैं तार के माध्यम से प्रवाहित होने वाली तीव्रता है।

- आर तार के केंद्र और उस बिंदु के बीच की दूरी है जहां आप फ़ील्ड ढूंढना चाहते हैं।

-r वह वेक्टर है जो तार से उस बिंदु तक जाता है जहां आप क्षेत्र की गणना करना चाहते हैं।

उदाहरण

नीचे चुंबकीय क्षेत्र और उनके विश्लेषणात्मक अभिव्यक्तियों के दो उदाहरण दिए गए हैं।

चुंबकीय क्षेत्र एक बहुत लंबे आयताकार तार द्वारा निर्मित

बायोट-सवार्ट कानून के माध्यम से, पतले परिमित कंडक्टर तार द्वारा उत्पादित क्षेत्र को प्राप्त करना संभव है जो कि एक वर्तमान I को वहन करता है। कंडक्टर के साथ एकीकृत करके और सीमित मामले को ले जिसमें यह बहुत लंबा है, क्षेत्र का परिमाण। परिणाम:

हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल द्वारा बनाया गया फ़ील्ड

हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल दो समान और संकेंद्रित गोलाकार कॉइल से बना है, जिसमें एक ही करंट पास होता है। वे इसके भीतर लगभग एक समान चुंबकीय क्षेत्र बनाने की सेवा करते हैं।

चित्र 5. हेल्महोल्त्ज़ कॉयल के योजनाबद्ध। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

कुंडली के केंद्र में इसका परिमाण है:

Y अक्षीय अक्ष के साथ निर्देशित है। समीकरण के कारक हैं:

- एन कॉइल्स के घुमावों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है

- मैं करंट का परिमाण हूं

- μ _o निर्वात की चुंबकीय पारगम्यता है

- आर कॉइल की त्रिज्या है।

संदर्भ

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