चुम्बकत्व भौतिकी की एक शाखा है। नौसिखियों के लिए चुंबकत्व: बुनियादी सूत्र, परिभाषा, उदाहरण

विद्युत क्षेत्र की ताकत

विद्युत क्षेत्र की ताकत क्षेत्र की एक सदिश विशेषता है, एक बल जो किसी दिए गए संदर्भ फ्रेम में आराम कर रहे इकाई विद्युत आवेश पर कार्य करता है।

तनाव सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

जहां $E↖(→)$ क्षेत्र की ताकत है; $F↖(→)$ क्षेत्र में किसी दिए गए बिंदु पर रखे गए आवेश $q$ पर कार्य करने वाला बल है। वेक्टर $E↖(→)$ की दिशा धनात्मक आवेश पर लगने वाले बल की दिशा से मेल खाती है और ऋणात्मक आवेश पर लगने वाले बल की दिशा के विपरीत है।

वोल्टेज की SI इकाई वोल्ट प्रति मीटर (V/m) है।

एक बिंदु आवेश की क्षेत्र शक्ति.कूलम्ब के नियम के अनुसार, एक बिंदु आवेश $q_0$ दूसरे आवेश $q$ पर बराबर बल के साथ कार्य करता है

$F=k(|q_0||q|)/(r^2)$

एक बिंदु आवेश $q_0$ से $r$ की दूरी पर उसकी क्षेत्र शक्ति का मापांक बराबर होता है

$E=(F)/(q)=k(|q_0|)/(r^2)$

विद्युत क्षेत्र के किसी भी बिंदु पर तीव्रता वेक्टर इस बिंदु और आवेश को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होता है।

विद्युत क्षेत्र रेखाएँ

अंतरिक्ष में विद्युत क्षेत्र को आमतौर पर बल की रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है। बल रेखाओं की अवधारणा एम. फैराडे ने चुंबकत्व का अध्ययन करते समय प्रस्तुत की थी। इस अवधारणा को तब जे. मैक्सवेल ने विद्युत चुंबकत्व पर अपने शोध में विकसित किया था।

बल की रेखा, या विद्युत क्षेत्र की शक्ति रेखा, एक ऐसी रेखा होती है जिसके प्रत्येक बिंदु पर स्पर्श रेखा क्षेत्र में उस बिंदु पर स्थित एक सकारात्मक बिंदु आवेश पर कार्य करने वाले बल की दिशा से मेल खाती है।

धनावेशित गेंद की तनाव रेखाएँ;

दो विपरीत आवेशित गेंदों की तनाव रेखाएँ;

दो समान रूप से आवेशित गेंदों की तनाव रेखाएँ

दो प्लेटों की तनाव रेखाएँ अलग-अलग चिन्हों के आवेशों से आवेशित होती हैं, लेकिन निरपेक्ष मान में समान होती हैं।

अंतिम चित्र में तनाव रेखाएँ प्लेटों के बीच की जगह में लगभग समानांतर हैं, और उनका घनत्व समान है। इससे पता चलता है कि अंतरिक्ष के इस क्षेत्र में क्षेत्र एक समान है। एक विद्युत क्षेत्र को सजातीय कहा जाता है यदि इसकी ताकत अंतरिक्ष में सभी बिंदुओं पर समान हो।

इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में, बल की रेखाएं बंद नहीं होती हैं; वे हमेशा सकारात्मक चार्ज पर शुरू होती हैं और नकारात्मक चार्ज पर समाप्त होती हैं। वे कहीं भी प्रतिच्छेद नहीं करते हैं; क्षेत्र रेखाओं का प्रतिच्छेदन प्रतिच्छेदन बिंदु पर क्षेत्र की ताकत की दिशा की अनिश्चितता को इंगित करेगा। आवेशित पिंडों के पास क्षेत्र रेखाओं का घनत्व अधिक होता है, जहां क्षेत्र की ताकत अधिक होती है।

आवेशित गेंद का क्षेत्र.गेंद के केंद्र से उसकी त्रिज्या $r≥R$ से अधिक दूरी पर आवेशित संवाहक गेंद की क्षेत्र शक्ति एक बिंदु आवेश के क्षेत्र के समान सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है। यह एक बिंदु आवेश की तीव्रता रेखाओं के वितरण के समान, क्षेत्र रेखाओं के वितरण से प्रमाणित होता है।

गेंद का आवेश उसकी सतह पर समान रूप से वितरित होता है। संचालन गेंद के अंदर, क्षेत्र की ताकत शून्य है।

एक चुंबकीय क्षेत्र. चुंबक अंतःक्रिया

स्थायी चुम्बकों के बीच परस्पर क्रिया की घटना (पृथ्वी के चुंबकीय मेरिडियन के साथ एक चुंबकीय सुई की स्थापना, विपरीत ध्रुवों का आकर्षण, समान ध्रुवों का प्रतिकर्षण) प्राचीन काल से ज्ञात है और डब्ल्यू गिल्बर्ट द्वारा व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया गया था (परिणाम थे) 1600 में उनके ग्रंथ "ऑन द मैग्नेट, मैग्नेटिक बॉडीज एंड द ग्रेट मैग्नेट - अर्थ") में प्रकाशित हुआ।

प्राकृतिक (प्राकृतिक) चुम्बक

कुछ प्राकृतिक खनिजों के चुंबकीय गुण प्राचीन काल में ही ज्ञात थे। इस प्रकार, चीन में कम्पास के रूप में प्राकृतिक स्थायी चुम्बकों के उपयोग के बारे में 2000 वर्ष से भी अधिक पहले के लिखित प्रमाण मौजूद हैं। चुम्बकों के आकर्षण और प्रतिकर्षण और उनके द्वारा लोहे के बुरादे के चुम्बकत्व का उल्लेख प्राचीन ग्रीक और रोमन वैज्ञानिकों के कार्यों में किया गया है (उदाहरण के लिए, ल्यूक्रेटियस कारा की कविता "ऑन द नेचर ऑफ थिंग्स" में)।

प्राकृतिक चुम्बक चुंबकीय लौह अयस्क (मैग्नेटाइट) के टुकड़े होते हैं, जिसमें $FeO$ (31%) और $Fe_2O$ (69%) होते हैं। यदि खनिज के ऐसे टुकड़े को छोटी लोहे की वस्तुओं - कील, चूरा, पतली ब्लेड आदि के करीब लाया जाए, तो वे इसकी ओर आकर्षित होंगे।

कृत्रिम स्थायी चुम्बक

स्थायी चुंबक- यह एक ऐसी सामग्री से बना उत्पाद है जो निरंतर चुंबकीय क्षेत्र का एक स्वायत्त (स्वतंत्र, पृथक) स्रोत है।

कृत्रिम स्थायी चुम्बक विशेष मिश्रधातुओं से बनाए जाते हैं, जिनमें लोहा, निकल, कोबाल्ट आदि शामिल होते हैं। यदि इन धातुओं को स्थायी चुम्बकों के निकट लाया जाए तो ये धातुएँ चुंबकीय गुण (चुंबकित) प्राप्त कर लेती हैं। इसलिए इनसे स्थायी चुम्बक बनाने के लिए इन्हें विशेष रूप से मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, जिसके बाद ये स्वयं एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के स्रोत बन जाते हैं और लंबे समय तक चुंबकीय गुणों को बनाए रखने में सक्षम होते हैं।

चित्र एक चाप और पट्टी चुंबक दिखाता है।

चित्र में. इन चुम्बकों के चुंबकीय क्षेत्र के चित्र दिए गए हैं, जो उस विधि द्वारा प्राप्त किए गए हैं जिसे एम. फैराडे ने पहली बार अपने शोध में इस्तेमाल किया था: कागज की एक शीट पर बिखरे लोहे के बुरादे की मदद से जिस पर चुंबक स्थित होता है। प्रत्येक चुंबक के दो ध्रुव होते हैं - ये चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की सबसे बड़ी सांद्रता के स्थान हैं (इन्हें ध्रुव भी कहा जाता है)। चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ, या चुंबकीय प्रेरण क्षेत्र की रेखाएँ). ये वे स्थान हैं जहां लोहे का बुरादा सबसे अधिक आकर्षित होता है। ध्रुवों में से एक को आमतौर पर कहा जाता है उत्तरी(($N$), अन्य - दक्षिण($एस$). यदि आप समान ध्रुवों वाले दो चुम्बकों को एक-दूसरे के करीब लाते हैं, तो आप देख सकते हैं कि वे प्रतिकर्षित करते हैं, और यदि उनके विपरीत ध्रुव हैं, तो वे आकर्षित होते हैं।

चित्र में. यह स्पष्ट दिखाई देता है कि चुम्बक की चुम्बकीय रेखाएँ हैं बंद लाइनें. समान और असमान ध्रुवों वाले एक-दूसरे के सम्मुख स्थित दो चुम्बकों की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ दर्शाई गई हैं। इन चित्रों का मध्य भाग दो आवेशों (विपरीत और समान) के विद्युत क्षेत्रों के पैटर्न जैसा दिखता है। हालाँकि, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर यह है कि विद्युत क्षेत्र रेखाएँ आवेश पर शुरू और समाप्त होती हैं। प्रकृति में चुंबकीय आवेश मौजूद नहीं हैं। चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं चुंबक के उत्तरी ध्रुव को छोड़कर दक्षिण में प्रवेश करती हैं; वे चुंबक के शरीर में बनी रहती हैं, यानी, जैसा कि ऊपर बताया गया है, वे बंद रेखाएं हैं। वे क्षेत्र जिनकी क्षेत्र रेखाएँ बंद होती हैं, कहलाते हैं भंवर. एक चुंबकीय क्षेत्र एक भंवर क्षेत्र है (यह विद्युत से इसका अंतर है)।

चुम्बकों का अनुप्रयोग

सबसे प्राचीन चुंबकीय उपकरण सुप्रसिद्ध कम्पास है। आधुनिक तकनीक में, चुम्बकों का उपयोग बहुत व्यापक रूप से किया जाता है: विद्युत मोटरों में, रेडियो इंजीनियरिंग में, विद्युत मापने के उपकरण आदि में।

पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र

ग्लोब एक चुंबक है. किसी भी चुंबक की तरह, इसका अपना चुंबकीय क्षेत्र और अपने चुंबकीय ध्रुव होते हैं। इसीलिए कम्पास सुई एक निश्चित दिशा में उन्मुख होती है। यह स्पष्ट है कि चुंबकीय सुई का उत्तरी ध्रुव वास्तव में कहाँ इंगित करना चाहिए, क्योंकि विपरीत ध्रुव आकर्षित करते हैं. इसलिए, चुंबकीय सुई का उत्तरी ध्रुव पृथ्वी के दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव की ओर इशारा करता है। यह ध्रुव ग्लोब के उत्तर में स्थित है, उत्तरी भौगोलिक ध्रुव से कुछ दूर (प्रिंस ऑफ वेल्स द्वीप पर - लगभग $75°$ उत्तरी अक्षांश और $99°$ पश्चिमी देशांतर, उत्तरी भौगोलिक ध्रुव से लगभग $2100$ किमी की दूरी पर) पोल).

उत्तरी भौगोलिक ध्रुव के पास पहुंचने पर, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की बल रेखाएं अधिक कोण पर क्षितिज की ओर झुकती हैं, और दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव के क्षेत्र में वे लंबवत हो जाती हैं।

पृथ्वी का उत्तरी चुंबकीय ध्रुव दक्षिणी भौगोलिक ध्रुव के पास, अर्थात् $66.5°$ दक्षिणी अक्षांश और $140°$ पूर्वी देशांतर पर स्थित है। यहां चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं पृथ्वी से बाहर निकलती हैं।

दूसरे शब्दों में, पृथ्वी के चुंबकीय ध्रुव उसके भौगोलिक ध्रुवों से मेल नहीं खाते हैं। इसलिए, चुंबकीय सुई की दिशा भौगोलिक मेरिडियन की दिशा से मेल नहीं खाती है, और कम्पास की चुंबकीय सुई केवल लगभग उत्तर की दिशा दिखाती है।

कम्पास सुई कुछ प्राकृतिक घटनाओं से भी प्रभावित हो सकती है, उदाहरण के लिए, चुंबकीय तूफान,जो सौर गतिविधि से जुड़े पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में अस्थायी परिवर्तन हैं। सौर गतिविधि सूर्य की सतह से आवेशित कणों, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की धाराओं के उत्सर्जन के साथ होती है। तेज़ गति से चलती ये धाराएँ अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ संपर्क करता है।

ग्लोब पर (चुंबकीय क्षेत्र में अल्पकालिक परिवर्तनों को छोड़कर) ऐसे क्षेत्र हैं जिनमें पृथ्वी की चुंबकीय रेखा की दिशा से चुंबकीय सुई की दिशा में निरंतर विचलन होता है। ये वो इलाके हैं चुंबकीय विसंगति(ग्रीक एनोमलिया से - विचलन, असामान्यता)। ऐसे सबसे बड़े क्षेत्रों में से एक कुर्स्क चुंबकीय विसंगति है। विसंगतियाँ अपेक्षाकृत उथली गहराई पर लौह अयस्क के विशाल भंडार के कारण होती हैं।

पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र विश्वसनीय रूप से पृथ्वी की सतह को ब्रह्मांडीय विकिरण से बचाता है, जिसका जीवित जीवों पर प्रभाव विनाशकारी होता है।

अंतरग्रहीय अंतरिक्ष स्टेशनों और जहाजों की उड़ानों ने यह स्थापित करना संभव बना दिया है कि चंद्रमा और शुक्र ग्रह के पास कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं है, जबकि मंगल ग्रह के पास बहुत कमजोर है।

ओर्स्टेडाई एम्पीयर द्वारा प्रयोग। चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण

1820 में, डेनिश वैज्ञानिक जी. एच. ओर्स्टेड ने पता लगाया कि एक कंडक्टर के पास रखी एक चुंबकीय सुई जिसके माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, कंडक्टर के लंबवत होती है।

जी. एच. ओर्स्टेड के प्रयोग का आरेख चित्र में दिखाया गया है। वर्तमान स्रोत सर्किट में शामिल कंडक्टर अपनी धुरी के समानांतर चुंबकीय सुई के ऊपर स्थित होता है। जब सर्किट बंद हो जाता है, तो चुंबकीय सुई अपनी मूल स्थिति से भटक जाती है। जब सर्किट खोला जाता है, तो चुंबकीय सुई अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाती है। इससे यह पता चलता है कि धारा प्रवाहित करने वाला कंडक्टर और चुंबकीय सुई एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इस प्रयोग के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि किसी चालक में विद्युत धारा के प्रवाह और इस क्षेत्र की भंवर प्रकृति के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र जुड़ा होता है। वर्णित प्रयोग और उसके परिणाम ओर्स्टेड की सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक उपलब्धि थे।

उसी वर्ष, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एम्पीयर, जो ओर्स्टेड के प्रयोगों में रुचि रखते थे, ने करंट के साथ दो सीधे कंडक्टरों की परस्पर क्रिया की खोज की। यह पता चला कि यदि कंडक्टरों में धाराएं एक दिशा में बहती हैं, यानी, वे समानांतर हैं, तो कंडक्टर आकर्षित होते हैं, यदि विपरीत दिशाओं में (यानी, वे एंटीपैरलल हैं), तो वे प्रतिकर्षित होते हैं।

विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले चालकों के बीच परस्पर क्रिया, अर्थात गतिमान विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया को चुंबकीय कहा जाता है, और वे बल जिनके साथ धारा प्रवाहित करने वाले चालक एक दूसरे पर कार्य करते हैं, चुंबकीय बल कहलाते हैं।

शॉर्ट-रेंज एक्शन के सिद्धांत के अनुसार, जिसका एम. फैराडे ने पालन किया, किसी एक कंडक्टर में करंट सीधे दूसरे कंडक्टर में करंट को प्रभावित नहीं कर सकता है। स्थिर विद्युत आवेशों के मामले के समान जिसके चारों ओर एक विद्युत क्षेत्र होता है, यह निष्कर्ष निकाला गया धाराओं के आसपास के स्थान में एक चुंबकीय क्षेत्र होता है,जो इस क्षेत्र में रखे गए किसी अन्य धारा प्रवाहित कंडक्टर पर या किसी स्थायी चुंबक पर कुछ बल के साथ कार्य करता है। बदले में, दूसरे वर्तमान-वाहक कंडक्टर द्वारा बनाया गया चुंबकीय क्षेत्र पहले कंडक्टर में करंट पर कार्य करता है।

जिस तरह एक विद्युत क्षेत्र का पता इस क्षेत्र में लगाए गए परीक्षण चार्ज पर उसके प्रभाव से लगाया जाता है, उसी तरह एक चुंबकीय क्षेत्र का पता एक छोटे करंट वाले फ्रेम पर चुंबकीय क्षेत्र के उन्मुख प्रभाव से लगाया जा सकता है (उन दूरी की तुलना में जिस पर चुंबकीय फ़ील्ड उल्लेखनीय रूप से बदलता है) आयाम।

फ़्रेम को करंट सप्लाई करने वाले तारों को आपस में जोड़ा जाना चाहिए (या एक दूसरे के करीब रखा जाना चाहिए), फिर इन तारों पर चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लगाया गया परिणामी बल शून्य होगा। ऐसे विद्युत धारा प्रवाहित फ्रेम पर कार्य करने वाले बल इसे घुमाएंगे ताकि इसका तल चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण रेखाओं के लंबवत हो जाए। उदाहरण में, फ्रेम घूमेगा ताकि करंट ले जाने वाला कंडक्टर फ्रेम के तल में रहे। जब कंडक्टर में करंट की दिशा बदलती है, तो फ्रेम $180°$ घूम जाएगा। स्थायी चुंबक के ध्रुवों के बीच के क्षेत्र में, फ्रेम चुंबक के बल की चुंबकीय रेखाओं के लंबवत समतल के साथ घूमेगा।

चुंबकीय प्रेरण

चुंबकीय प्रेरण ($B↖(→)$) एक वेक्टर भौतिक मात्रा है जो चुंबकीय क्षेत्र की विशेषता बताती है।

चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा $B↖(→)$ मानी जाती है:

1) चुंबकीय क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से स्थित चुंबकीय सुई के दक्षिणी ध्रुव $S$ से उत्तरी ध्रुव $N$ तक की दिशा, या

2) एक चुंबकीय क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से स्थापित लचीले निलंबन पर वर्तमान के साथ एक बंद सर्किट के लिए सकारात्मक सामान्य की दिशा। गिमलेट की नोक (दाहिने हाथ के धागे के साथ) की गति की ओर निर्देशित सामान्य, जिसका हैंडल फ्रेम में करंट की दिशा में घूमता है, सकारात्मक माना जाता है।

यह स्पष्ट है कि दिशाएँ 1) और 2) मेल खाती हैं, जो एम्पीयर के प्रयोगों द्वारा स्थापित की गई थी।

जहां तक ​​चुंबकीय प्रेरण के परिमाण (अर्थात, इसका मापांक) $B$ का सवाल है, जो क्षेत्र की ताकत को चित्रित कर सकता है, प्रयोगों ने स्थापित किया है कि अधिकतम बल $F$ जिसके साथ क्षेत्र एक धारा-वाहक कंडक्टर (लंबवत रखा गया) पर कार्य करता है प्रेरण लाइनों के चुंबकीय क्षेत्र के लिए), कंडक्टर में वर्तमान $I$ और इसकी लंबाई $∆l$ (उनके आनुपातिक) पर निर्भर करता है। हालाँकि, किसी वर्तमान तत्व (इकाई लंबाई और वर्तमान शक्ति का) पर कार्य करने वाला बल केवल क्षेत्र पर ही निर्भर करता है, अर्थात किसी दिए गए क्षेत्र के लिए अनुपात $(F)/(I∆l)$ एक स्थिर मान है (के समान) विद्युत क्षेत्र के लिए बल और आवेश का अनुपात)। यह मान इस प्रकार निर्धारित किया जाता है चुंबकीय प्रेरण.

किसी दिए गए बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, वर्तमान ले जाने वाले कंडक्टर पर लगने वाले अधिकतम बल और कंडक्टर की लंबाई और इस बिंदु पर रखे गए कंडक्टर में वर्तमान ताकत के अनुपात के बराबर है।

क्षेत्र में किसी दिए गए बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण जितना अधिक होगा, उस बिंदु पर क्षेत्र चुंबकीय सुई या गतिशील विद्युत आवेश पर उतना ही अधिक बल कार्य करेगा।

चुंबकीय प्रेरण की SI इकाई है टेस्ला(टीएल), जिसका नाम सर्बियाई इलेक्ट्रिकल इंजीनियर निकोला टेस्ला के नाम पर रखा गया है। जैसा कि सूत्र से देखा जा सकता है, $1$ T $=l(H)/(A m)$

यदि चुंबकीय क्षेत्र के कई अलग-अलग स्रोत हैं, तो अंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु पर प्रेरण वेक्टर $ (В_1) ↖ (→), (В_2) ↖ (→), (В_3) ↖ (→) के बराबर हैं। ..$, फिर, के अनुसार फ़ील्ड सुपरपोज़िशन का सिद्धांत, इस बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वैक्टर के योग के बराबर है हर स्रोत.

$В↖(→)=(В_1)↖(→)+(В_2)↖(→)+(В_3)↖(→)+...$

चुंबकीय प्रेरण लाइनें

चुंबकीय क्षेत्र की कल्पना करने के लिए एम. फैराडे ने अवधारणा पेश की बल की चुंबकीय रेखाएँ,जिसे उन्होंने अपने प्रयोगों में बार-बार प्रदर्शित किया। कार्डबोर्ड पर छिड़के गए लोहे के बुरादे का उपयोग करके फ़ील्ड लाइनों की एक तस्वीर आसानी से प्राप्त की जा सकती है। चित्र दिखाता है: प्रत्यक्ष धारा, सोलनॉइड, वृत्ताकार धारा, प्रत्यक्ष चुंबक की चुंबकीय प्रेरण की रेखाएँ।

चुंबकीय प्रेरण लाइनें, या बल की चुंबकीय रेखाएँ, या केवल चुंबकीय रेखाएँवे रेखाएँ कहलाती हैं जिनकी स्पर्शरेखाएँ किसी भी बिंदु पर क्षेत्र में इस बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर $B↖(→)$ की दिशा से मेल खाती हैं।

यदि, लोहे के बुरादे के स्थान पर, छोटी चुंबकीय सुइयों को धारा प्रवाहित करने वाले लंबे सीधे कंडक्टर के चारों ओर रखा जाए, तो आप न केवल क्षेत्र रेखाओं (संकेंद्रित वृत्तों) का विन्यास देख सकते हैं, बल्कि क्षेत्र रेखाओं की दिशा (उत्तरी ध्रुव) भी देख सकते हैं। चुंबकीय सुई किसी दिए गए बिंदु पर प्रेरण वेक्टर की दिशा को इंगित करती है)।

अग्रवर्ती धारा चुंबकीय क्षेत्र की दिशा किसके द्वारा निर्धारित की जा सकती है? सही गिलेट नियम.

यदि आप गिम्लेट के हैंडल को इस प्रकार घुमाते हैं कि गिम्लेट की नोक की ट्रांसलेशनल गति धारा की दिशा को इंगित करती है, तो गिम्लेट के हैंडल के घूमने की दिशा धारा की चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा को इंगित करेगी।

अग्रवर्ती धारा चुंबकीय क्षेत्र की दिशा का उपयोग करके भी निर्धारित किया जा सकता है दाहिने हाथ का पहला नियम.

यदि आप अपने दाहिने हाथ से कंडक्टर को पकड़ते हैं, तो मुड़े हुए अंगूठे को करंट की दिशा में इंगित करते हुए, प्रत्येक बिंदु पर शेष उंगलियों की युक्तियाँ उस बिंदु पर प्रेरण वेक्टर की दिशा दिखाएंगी।

भंवर क्षेत्र

चुंबकीय प्रेरण रेखाएं बंद हैं, जो इंगित करता है कि प्रकृति में कोई चुंबकीय आवेश नहीं हैं। वे क्षेत्र जिनकी क्षेत्र रेखाएँ बंद होती हैं, भंवर क्षेत्र कहलाते हैं. अर्थात चुंबकीय क्षेत्र एक भंवर क्षेत्र है। यह आवेशों द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्र से भिन्न है।

solenoid

सोलनॉइड विद्युत धारा प्रवाहित करने वाली तार की एक कुंडली है।

सोलनॉइड की विशेषता प्रति इकाई लंबाई $n$, लंबाई $l$ और व्यास $d$ में घुमावों की संख्या है। सोलनॉइड में तार की मोटाई और हेलिक्स (हेलिकल लाइन) की पिच इसके व्यास $d$ और लंबाई $l$ की तुलना में छोटी है। शब्द "सोलेनॉइड" का उपयोग व्यापक अर्थ में भी किया जाता है - यह एक मनमाना क्रॉस-सेक्शन (स्क्वायर सोलनॉइड, आयताकार सोलनॉइड) के साथ कॉइल्स को दिया गया नाम है, और जरूरी नहीं कि आकार में बेलनाकार हो (टोरॉयडल सोलनॉइड)। लंबी सोलनॉइड ($l>>d$) और छोटी ($l) होती हैं

सोलनॉइड का आविष्कार 1820 में ए. एम्पीयर द्वारा वर्तमान की चुंबकीय क्रिया को बढ़ाने के लिए किया गया था, जिसकी खोज एक्स. ओर्स्टेड ने की थी और इसका उपयोग डी. अरागो ने स्टील की छड़ों के चुंबकीयकरण पर प्रयोगों में किया था। 1822 में एम्पीयर द्वारा सोलनॉइड के चुंबकीय गुणों का प्रयोगात्मक अध्ययन किया गया था (उसी समय उन्होंने "सोलेनॉइड" शब्द पेश किया था)। स्थायी प्राकृतिक चुम्बकों के साथ सोलनॉइड की तुल्यता स्थापित की गई, जो एम्पीयर के इलेक्ट्रोडायनामिक सिद्धांत की पुष्टि थी, जिसने पिंडों में छिपी रिंग आणविक धाराओं की परस्पर क्रिया द्वारा चुंबकत्व की व्याख्या की।

परिनालिका की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ चित्र में दिखाई गई हैं। इन रेखाओं की दिशा का निर्धारण किसके द्वारा किया जाता है? दाहिने हाथ का दूसरा नियम.

यदि आप अपने दाहिने हाथ की हथेली से सोलनॉइड को पकड़ते हैं, मोड़ में चार अंगुलियों को धारा के साथ निर्देशित करते हैं, तो विस्तारित अंगूठा सोलनॉइड के अंदर चुंबकीय रेखाओं की दिशा को इंगित करेगा।

किसी परिनालिका के चुंबकीय क्षेत्र की तुलना स्थायी चुंबक के क्षेत्र से करने पर, आप देख सकते हैं कि वे बहुत समान हैं। एक चुंबक की तरह, एक सोलनॉइड के दो ध्रुव होते हैं - उत्तर ($N$) और दक्षिण ($S$)। उत्तरी ध्रुव वह है जहाँ से चुंबकीय रेखाएँ निकलती हैं; दक्षिणी ध्रुव वह है जिसमें वे प्रवेश करते हैं। सोलनॉइड का उत्तरी ध्रुव हमेशा उस तरफ स्थित होता है जिस ओर हथेली का अंगूठा इंगित करता है जब यह दाहिने हाथ के दूसरे नियम के अनुसार स्थित होता है।

बड़ी संख्या में घुमावों वाली कुंडली के रूप में एक सोलनॉइड का उपयोग चुंबक के रूप में किया जाता है।

परिनालिका के चुंबकीय क्षेत्र के अध्ययन से पता चलता है कि परिनालिका में धारा और घुमावों की संख्या बढ़ने के साथ परिनालिका का चुंबकीय प्रभाव बढ़ता है। इसके अलावा, किसी सोलनॉइड या धारा प्रवाहित कुंडली में एक लोहे की छड़ डालकर उसकी चुंबकीय क्रिया को बढ़ाया जाता है, जिसे कहा जाता है मुख्य

विद्युत चुम्बकों

अंदर लोहे की कोर वाले सोलनॉइड को कहा जाता है विद्युत चुम्बक

इलेक्ट्रोमैग्नेट में एक नहीं, बल्कि कई कॉइल (वाइंडिंग) हो सकते हैं और विभिन्न आकार के कोर होते हैं।

इस तरह के इलेक्ट्रोमैग्नेट का निर्माण पहली बार 1825 में अंग्रेजी आविष्कारक डब्ल्यू. स्टर्जन द्वारा किया गया था। $0.2$ किलोग्राम के द्रव्यमान के साथ, डब्ल्यू. स्टर्जन के इलेक्ट्रोमैग्नेट ने $36$ N वजन का भार धारण किया था। उसी वर्ष, जे. जूल ने उठाने की शक्ति में वृद्धि की। $200$ N तक का विद्युत चुम्बक, और छह साल बाद अमेरिकी वैज्ञानिक जे. हेनरी ने $300$ किलोग्राम वजन का एक विद्युत चुम्बक बनाया, जो $1$ टन वजन का भार उठाने में सक्षम था!

आधुनिक विद्युत चुम्बक कई दसियों टन वजन का भार उठा सकते हैं। इनका उपयोग कारखानों में भारी लौह और इस्पात उत्पादों को स्थानांतरित करते समय किया जाता है। विद्युत चुम्बकों का उपयोग कृषि और अन्य उद्योगों में कई पौधों के अनाजों को खरपतवार से साफ करने के लिए भी किया जाता है।

एम्पीयर शक्ति

कंडक्टर $∆l$ का एक सीधा खंड, जिसके माध्यम से धारा $I$ प्रवाहित होती है, प्रेरण $B$ के साथ चुंबकीय क्षेत्र में एक बल $F$ द्वारा कार्य किया जाता है।

इस बल की गणना करने के लिए, अभिव्यक्ति का उपयोग करें:

$F=B|I|∆lsinα$

जहां $α$ वेक्टर $B↖(→)$ और वर्तमान (वर्तमान तत्व) के साथ कंडक्टर खंड की दिशा के बीच का कोण है; धारा तत्व की दिशा वह दिशा मानी जाती है जिसमें धारा चालक से प्रवाहित होती है। बल $F$ कहलाता है एम्पीयर बलफ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ए.एम. एम्पीयर के सम्मान में, जो विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव की खोज करने वाले पहले व्यक्ति थे। (वास्तव में, एम्पीयर ने करंट ले जाने वाले कंडक्टरों के दो तत्वों के बीच परस्पर क्रिया के बल के लिए एक कानून स्थापित किया। वह लंबी दूरी की कार्रवाई के सिद्धांत के समर्थक थे और क्षेत्र की अवधारणा का उपयोग नहीं करते थे।

हालाँकि, परंपरा के अनुसार और वैज्ञानिक की खूबियों की स्मृति में, चुंबकीय क्षेत्र से विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर पर कार्य करने वाले बल की अभिव्यक्ति को एम्पीयर का नियम भी कहा जाता है।)

एम्पीयर के बल की दिशा बाएँ हाथ के नियम का उपयोग करके निर्धारित की जाती है।

यदि आप अपने बाएं हाथ की हथेली को इस प्रकार रखते हैं कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं उसमें लंबवत रूप से प्रवेश करती हैं, और चार विस्तारित उंगलियां कंडक्टर में करंट की दिशा को इंगित करती हैं, तो फैला हुआ अंगूठा करंट पर लगने वाले बल की दिशा को इंगित करेगा- ले जाने वाला कंडक्टर. इस प्रकार, एम्पीयर बल हमेशा चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वेक्टर और कंडक्टर में वर्तमान की दिशा दोनों के लंबवत होता है, अर्थात, उस तल के लंबवत होता है जिसमें ये दोनों वेक्टर स्थित होते हैं।

एम्पीयर बल का परिणाम एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में धारा-वाहक फ्रेम का घूमना है। यह कई उपकरणों में व्यावहारिक अनुप्रयोग पाता है, उदा. विद्युत माप उपकरण- गैल्वेनोमीटर, एमीटर, जहां करंट वाला एक गतिशील फ्रेम एक स्थायी चुंबक के क्षेत्र में घूमता है और फ्रेम से निश्चित रूप से जुड़े एक पॉइंटर के विक्षेपण कोण से, कोई सर्किट में प्रवाहित होने वाली धारा की मात्रा का अंदाजा लगा सकता है।

करंट ले जाने वाले फ्रेम पर चुंबकीय क्षेत्र के घूर्णन प्रभाव के कारण इसे बनाना और उपयोग करना भी संभव हो गया विद्युत मोटर्स- मशीनें जिनमें विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

लोरेंत्ज़ बल

लोरेंत्ज़ बल एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान बिंदु विद्युत आवेश पर कार्य करने वाला बल है।

19वीं सदी के अंत में डच भौतिक विज्ञानी एच. ए. लोरेन्ज़। स्थापित किया गया कि किसी गतिमान आवेशित कण पर चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लगाया गया बल हमेशा कण की गति की दिशा और चुंबकीय क्षेत्र की बल रेखाओं के लंबवत होता है जिसमें यह कण गति करता है।

लोरेंत्ज़ बल की दिशा बाएं हाथ के नियम का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है।

यदि आप अपने बाएं हाथ की हथेली को इस तरह रखते हैं कि चार विस्तारित उंगलियां चार्ज की गति की दिशा को इंगित करती हैं, और चुंबकीय प्रेरण क्षेत्र का वेक्टर हथेली में प्रवेश करता है, तो विस्तारित अंगूठा लोरेंत्ज़ बल पर कार्य करने की दिशा को इंगित करेगा। सकारात्मक चार्ज.

यदि कण का आवेश ऋणात्मक है, तो लोरेंत्ज़ बल विपरीत दिशा में निर्देशित होगा।

लोरेंत्ज़ बल का मापांक एम्पीयर के नियम से आसानी से निर्धारित होता है और है:

जहां $q$ कण का आवेश है, $υ$ इसकी गति की गति है, $α$ वेग और चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वैक्टर के बीच का कोण है।

यदि, चुंबकीय क्षेत्र के अलावा, एक विद्युत क्षेत्र भी है जो $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$ बल के साथ आवेश पर कार्य करता है, तो आवेश पर लगने वाला कुल बल के बराबर है:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

अक्सर इस कुल बल को लोरेंत्ज़ बल कहा जाता है, और सूत्र $F=|q|υBsinα$ द्वारा व्यक्त बल को कहा जाता है लोरेंत्ज़ बल का चुंबकीय भाग।

चूँकि लोरेंत्ज़ बल कण की गति की दिशा के लंबवत है, यह अपनी गति नहीं बदल सकता (यह कोई कार्य नहीं करता), बल्कि केवल अपनी गति की दिशा बदल सकता है, अर्थात प्रक्षेप पथ को मोड़ सकता है।

टीवी पिक्चर ट्यूब में इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेपवक्र की इस वक्रता का निरीक्षण करना आसान है यदि आप इसकी स्क्रीन पर एक स्थायी चुंबक लाते हैं: छवि विकृत हो जाएगी।

एक समान चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कण की गति।एक आवेशित कण को ​​$υ$ की गति से तनाव रेखाओं के लंबवत एक समान चुंबकीय क्षेत्र में उड़ने दें। कण पर चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लगाए गए बल के कारण यह त्रिज्या r के एक वृत्त में समान रूप से घूमेगा, जिसे न्यूटन के दूसरे नियम, अभिकेन्द्रीय त्वरण के लिए अभिव्यक्ति और सूत्र $F=|q|υBsinα$ का उपयोग करके खोजना आसान है:

$(mυ^2)/(r)=|q|υB$

यहीं से हमें मिलता है

$r=(mυ)/(|q|B)$

जहां $m$ कण द्रव्यमान है।

लोरेंत्ज़ बल का अनुप्रयोग.गतिमान आवेशों पर चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, में मास स्पेक्ट्रोग्राफ, जो आवेशित कणों को उनके विशिष्ट आवेशों द्वारा अलग करना संभव बनाता है, अर्थात, किसी कण के आवेश और उसके द्रव्यमान के अनुपात से, और प्राप्त परिणामों से कणों के द्रव्यमान को सटीक रूप से निर्धारित करना संभव बनाता है।

डिवाइस का वैक्यूम चैंबर एक फ़ील्ड में रखा गया है (इंडक्शन वेक्टर $B↖(→)$ चित्र के लंबवत है)। विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किए गए आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन या आयन), एक चाप का वर्णन करते हुए, फोटोग्राफिक प्लेट पर गिरते हैं, जहां वे एक निशान छोड़ते हैं जो प्रक्षेपवक्र $r$ की त्रिज्या को बड़ी सटीकता के साथ मापने की अनुमति देता है। यह त्रिज्या आयन के विशिष्ट आवेश को निर्धारित करती है। किसी आयन के आवेश को जानकर उसके द्रव्यमान की गणना करना आसान है।

पदार्थों के चुंबकीय गुण

स्थायी चुम्बकों के चुंबकीय क्षेत्र के अस्तित्व को समझाने के लिए, एम्पीयर ने सुझाव दिया कि चुंबकीय गुणों वाले पदार्थ में सूक्ष्म गोलाकार धाराएँ मौजूद होती हैं (उन्हें कहा जाता था) मोलेकुलर). इस विचार की बाद में, इलेक्ट्रॉन और परमाणु की संरचना की खोज के बाद, शानदार ढंग से पुष्टि की गई: ये धाराएँ नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की गति से बनती हैं और, उसी तरह उन्मुख होकर, कुल मिलाकर चारों ओर और अंदर एक क्षेत्र बनाती हैं चुंबक.

चित्र में. जिन विमानों में प्राथमिक विद्युत धाराएँ स्थित होती हैं, वे परमाणुओं की अराजक तापीय गति के कारण यादृच्छिक रूप से उन्मुख होते हैं, और पदार्थ चुंबकीय गुणों का प्रदर्शन नहीं करता है। चुंबकीय अवस्था में (उदाहरण के लिए, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में), ये विमान समान रूप से उन्मुख होते हैं, और उनकी क्रियाएं जुड़ जाती हैं।

चुम्बकीय भेद्यता।प्रेरण $B_0$ (निर्वात में क्षेत्र) के साथ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव पर माध्यम की प्रतिक्रिया चुंबकीय संवेदनशीलता $μ$ द्वारा निर्धारित की जाती है:

जहां $B$ पदार्थ में चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण है। चुंबकीय पारगम्यता ढांकता हुआ स्थिरांक $ε$ के समान है।

पदार्थों को उनके चुंबकीय गुणों के आधार पर विभाजित किया जाता है प्रतिचुम्बक, अनुचुम्बक और लौहचुम्बक. प्रतिचुंबकीय सामग्रियों के लिए, गुणांक $μ$, जो माध्यम के चुंबकीय गुणों को दर्शाता है, $1$ से कम है (उदाहरण के लिए, बिस्मथ के लिए $μ = 0.999824$); पैरामैग्नेट के लिए $μ > 1$ (प्लैटिनम के लिए $μ = 1.00036$); लौह चुम्बक के लिए $μ >> 1$ (लोहा, निकल, कोबाल्ट)।

प्रतिचुम्बक को चुम्बक द्वारा प्रतिकर्षित किया जाता है, अनुचुम्बकीय पदार्थ आकर्षित होते हैं। इन विशेषताओं के आधार पर उन्हें एक दूसरे से अलग पहचाना जा सकता है। अधिकांश पदार्थों के लिए, चुंबकीय पारगम्यता व्यावहारिक रूप से एकता से भिन्न नहीं होती है, केवल लौहचुंबकों के लिए यह इससे बहुत अधिक हो जाती है, कई दसियों हज़ार इकाइयों तक पहुँच जाती है।

लौह चुम्बक।लौहचुंबक सबसे मजबूत चुंबकीय गुण प्रदर्शित करते हैं। लौहचुंबक द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र बाहरी चुंबकीयकरण क्षेत्र की तुलना में बहुत अधिक मजबूत होते हैं। सच है, लौहचुम्बक के चुंबकीय क्षेत्र नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के घूमने के परिणामस्वरूप नहीं बनते हैं - कक्षीय चुंबकीय क्षण, और इलेक्ट्रॉन के स्वयं के घूर्णन के कारण - उसका अपना चुंबकीय क्षण, कहा जाता है घुमाना।

क्यूरी तापमान ($T_c$) वह तापमान है जिसके ऊपर लौहचुंबकीय पदार्थ अपने चुंबकीय गुण खो देते हैं। यह प्रत्येक लौहचुम्बक के लिए भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, लोहे के लिए $Т_с = 753°$С, निकल के लिए $Т_с = 365°$С, कोबाल्ट के लिए $Т_с = 1000°$ С. $Т_с के साथ लौहचुंबकीय मिश्र धातुएं हैं

लौहचुम्बक के चुंबकीय गुणों का पहला विस्तृत अध्ययन उत्कृष्ट रूसी भौतिक विज्ञानी ए.जी. स्टोलेटोव (1839-1896) द्वारा किया गया था।

लौह चुम्बक का उपयोग बहुत व्यापक रूप से किया जाता है: स्थायी चुम्बक के रूप में (विद्युत माप उपकरणों, लाउडस्पीकर, टेलीफोन आदि में), ट्रांसफार्मर, जनरेटर, इलेक्ट्रिक मोटर में स्टील कोर (चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाने और बिजली बचाने के लिए)। लौहचुंबकीय सामग्रियों से बने चुंबकीय टेप टेप रिकॉर्डर और वीडियो रिकॉर्डर के लिए ध्वनि और छवियों को रिकॉर्ड करते हैं। इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर में भंडारण उपकरणों के लिए जानकारी पतली चुंबकीय फिल्मों पर दर्ज की जाती है।

लेन्ज़ का नियम

लेन्ज़ का नियम (लेन्ज़ का नियम) 1834 में ई. एच. लेन्ज़ द्वारा स्थापित किया गया था। यह विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम को परिष्कृत करता है, जिसकी खोज 1831 में एम. फैराडे ने की थी। लेन्ज़ का नियम एक बंद लूप में प्रेरित धारा की दिशा निर्धारित करता है क्योंकि यह बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में चलता है।

प्रेरण धारा की दिशा हमेशा ऐसी होती है कि चुंबकीय क्षेत्र से अनुभव होने वाला बल सर्किट की गति का प्रतिकार करता है, और इस धारा द्वारा निर्मित चुंबकीय प्रवाह $Ф_1$ बाहरी चुंबकीय प्रवाह $Ф_e$ में परिवर्तन की भरपाई करता है।

लेन्ज़ का नियम विद्युत चुम्बकीय घटना के लिए ऊर्जा के संरक्षण के नियम की अभिव्यक्ति है। दरअसल, जब एक बंद लूप बाहरी ताकतों के कारण चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, तो चुंबकीय क्षेत्र के साथ प्रेरित धारा की बातचीत के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाली ताकतों के खिलाफ कुछ काम करना आवश्यक होता है और आंदोलन के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है .

लेन्ज़ का नियम चित्र में दिखाया गया है। यदि एक स्थायी चुंबक को गैल्वेनोमीटर से बंद कुंडल में ले जाया जाता है, तो कुंडल में प्रेरित धारा की एक दिशा होगी जो चुंबक के क्षेत्र $B$ के प्रेरण वेक्टर के विपरीत निर्देशित वेक्टर $B"$ के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र बनाएगी, यानी यह चुंबक को कुंडल से बाहर धकेल देगा या उसकी गति में हस्तक्षेप करेगा। जब चुंबक को कुंडल से बाहर निकाला जाता है, तो इसके विपरीत, प्रेरण धारा द्वारा बनाया गया क्षेत्र कुंडल को आकर्षित करेगा, यानी फिर से उसकी गति में बाधा डालेगा।

सर्किट में प्रेरित धारा $I_e$ की दिशा निर्धारित करने के लिए लेन्ज़ के नियम को लागू करने के लिए, आपको इन सिफारिशों का पालन करना होगा।

1. बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की चुंबकीय प्रेरण रेखाओं $B↖(→)$ की दिशा निर्धारित करें।
2. पता लगाएं कि समोच्च ($∆Ф > 0$) से घिरी सतह के माध्यम से इस क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण का प्रवाह बढ़ता है या घटता है ($∆Ф
3. प्रेरित धारा $I_i$ के चुंबकीय क्षेत्र की चुंबकीय प्रेरण रेखाओं $В"↖(→)$ की दिशा निर्धारित करें। इन रेखाओं को, लेन्ज़ के नियम के अनुसार, रेखाओं $В↖(→)$ के विपरीत निर्देशित किया जाना चाहिए , यदि $∆Ф > 0$, और उनके समान दिशा है यदि $∆Ф
4. चुंबकीय प्रेरण रेखाओं $B"↖(→)$ की दिशा जानने के बाद, प्रेरण धारा की दिशा $I_i$ का उपयोग करके निर्धारित करें गिलेट नियम.

विद्युत एवं चुम्बकत्व के सूत्र. इलेक्ट्रोडायनामिक्स के बुनियादी सिद्धांतों का अध्ययन पारंपरिक रूप से निर्वात में विद्युत क्षेत्र से शुरू होता है। दो बिंदु आवेशों के बीच परस्पर क्रिया के बल की गणना करने और एक बिंदु आवेश द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्र की ताकत की गणना करने के लिए, आपको कूलम्ब के नियम को लागू करने में सक्षम होना चाहिए। विस्तारित आवेशों (आवेशित धागा, समतल, आदि) द्वारा निर्मित क्षेत्र शक्तियों की गणना करने के लिए, गॉस प्रमेय का उपयोग किया जाता है। विद्युत आवेशों की प्रणाली के लिए सिद्धांत को लागू करना आवश्यक है

"प्रत्यक्ष धारा" विषय का अध्ययन करते समय सभी रूपों में ओम और जूल-लेनज़ के नियमों पर विचार करना आवश्यक है। "चुंबकत्व" का अध्ययन करते समय यह ध्यान रखना आवश्यक है कि चुंबकीय क्षेत्र गतिमान आवेशों द्वारा उत्पन्न होता है और गतिमान आवेशों पर कार्य करता है। यहां आपको बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून पर ध्यान देना चाहिए। लोरेंत्ज़ बल पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए और चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कण की गति पर विचार करना चाहिए।

विद्युत और चुंबकीय घटनाएं पदार्थ के अस्तित्व के एक विशेष रूप - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र से जुड़ी हुई हैं। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के सिद्धांत का आधार मैक्सवेल का सिद्धांत है।

बिजली और चुंबकत्व के बुनियादी सूत्रों की तालिका

भौतिक नियम, सूत्र, चर	सूत्र विद्युत और चुंबकत्व
कूलम्ब का नियम: कहाँ क्यू 1 और क्यू 2 - बिंदु आवेशों का मान,ԑ 1 - विद्युत स्थिरांक; ε - एक आइसोट्रोपिक माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक (वैक्यूम के लिए ε = 1), r आवेशों के बीच की दूरी है।
विद्युत क्षेत्र की ताकत: कहाँ Ḟ - आवेश पर कार्य करने वाला बलप्र0 , क्षेत्र में एक निश्चित बिंदु पर स्थित है।
क्षेत्र स्रोत से दूरी r पर क्षेत्र की ताकत: 1) बिंदु प्रभार 2) रैखिक आवेश घनत्व τ के साथ एक असीम रूप से लंबा आवेशित धागा: 3) सतह चार्ज घनत्व के साथ एक समान रूप से चार्ज किया गया अनंत विमान σ: 4) दो विपरीत आवेशित तलों के बीच
विद्युत क्षेत्र क्षमता: जहाँ W आवेश की स्थितिज ऊर्जा हैप्र0 .
आवेश से r दूरी पर एक बिंदु आवेश की क्षेत्र क्षमता:
फ़ील्ड सुपरपोज़िशन के सिद्धांत के अनुसार, तनाव:
संभावना: कहाँ मैं और ϕ मैं- आई-वें चार्ज द्वारा निर्मित क्षेत्र में किसी दिए गए बिंदु पर तनाव और क्षमता।
विद्युत क्षेत्र द्वारा किया गया कार्य आवेश q को विभव वाले बिंदु से स्थानांतरित करने के लिए बाध्य करता हैϕ 1 क्षमता वाले एक बिंदु तकϕ 2:
तनाव और क्षमता के बीच संबंध 1) एक गैर-समान क्षेत्र के लिए: 2) एक समान क्षेत्र के लिए:
एकान्त चालक की विद्युत क्षमता:
संधारित्र की धारिता:
एक फ्लैट संधारित्र की विद्युत क्षमता: जहाँ S संधारित्र की प्लेट (एक) का क्षेत्रफल है, d प्लेटों के बीच की दूरी है।
आवेशित संधारित्र की ऊर्जा:
वर्तमान ताकत:
वर्तमान घनत्व: जहाँ S कंडक्टर का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है।
कंडक्टर प्रतिरोध: एल कंडक्टर की लंबाई है; S अनुप्रस्थ काट का क्षेत्र है।
ओम कानून 1) श्रृंखला के एक सजातीय खंड के लिए: 2) विभेदक रूप में: 3) ईएमएफ वाले सर्किट के एक अनुभाग के लिए: जहां ε वर्तमान स्रोत का ईएमएफ है, आर और आर - सर्किट का बाहरी और आंतरिक प्रतिरोध; 4) एक बंद सर्किट के लिए:
जूल-लेन्ज़ कानून 1) डीसी सर्किट के एक सजातीय खंड के लिए: जहां Q धारावाही चालक में निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा है, टी - वर्तमान मार्ग समय; 2) समय के साथ बदलती धारा वाले सर्किट के एक खंड के लिए:
वर्तमान शक्ति:
चुंबकीय प्रेरण और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के बीच संबंध: जहां बी चुंबकीय प्रेरण वेक्टर है, μ √ एक आइसोट्रोपिक माध्यम की चुंबकीय पारगम्यता, (वैक्यूम μ = 1 के लिए), µ 0 - चुंबकीय स्थिरांक, एच - चुंबकीय क्षेत्र की ताकत।
चुंबकीय प्रेरण(चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण): 1) वृत्ताकार धारा के केंद्र में जहाँ R वृत्ताकार धारा की त्रिज्या है, 2) असीम रूप से लंबे अग्रवर्ती धारा के क्षेत्र जहाँ r चालक अक्ष से न्यूनतम दूरी है; 3) धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर के एक टुकड़े द्वारा निर्मित क्षेत्र जहां ɑ 1 और ɑ 2 - कंडक्टर खंड और खंड के सिरों और क्षेत्र बिंदु को जोड़ने वाली रेखा के बीच के कोण; 4) एक अनंत लंबे सोलनॉइड के क्षेत्र जहां n सोलनॉइड की प्रति इकाई लंबाई में घुमावों की संख्या है।

पिछले 50 वर्षों में विज्ञान की सभी शाखाएँ तेजी से आगे बढ़ी हैं। लेकिन चुंबकत्व और गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति के बारे में कई पत्रिकाओं को पढ़ने के बाद, कोई इस निष्कर्ष पर पहुंच सकता है कि किसी व्यक्ति के पास पहले से भी अधिक प्रश्न हैं।

चुंबकत्व और गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति

यह सभी के लिए स्पष्ट और स्पष्ट है कि ऊपर फेंकी गई वस्तुएं तेजी से जमीन पर गिरती हैं। उन्हें क्या आकर्षित करता है? हम सुरक्षित रूप से मान सकते हैं कि वे कुछ अज्ञात ताकतों से आकर्षित हैं। उन्हीं बलों को प्राकृतिक गुरुत्वाकर्षण कहा जाता है। बाद में, रुचि रखने वाले प्रत्येक व्यक्ति को कई विवादों, अनुमानों, धारणाओं और सवालों का सामना करना पड़ता है। चुम्बकत्व की प्रकृति क्या है? वे क्या हैं? वे किस प्रभाव के परिणामस्वरूप बनते हैं? उनका सार और आवृत्ति क्या है? वे पर्यावरण और प्रत्येक व्यक्ति को व्यक्तिगत रूप से कैसे प्रभावित करते हैं? सभ्यता के लाभ के लिए इस घटना का तर्कसंगत उपयोग कैसे किया जा सकता है?

चुंबकत्व अवधारणा

उन्नीसवीं सदी की शुरुआत में, भौतिक विज्ञानी ओर्स्टेड हंस क्रिश्चियन ने विद्युत धारा के चुंबकीय क्षेत्र की खोज की। इससे यह मानना ​​संभव हो गया कि चुंबकत्व की प्रकृति का विद्युत प्रवाह से गहरा संबंध है जो प्रत्येक मौजूदा परमाणु के अंदर बनता है। सवाल उठता है: कौन सी घटनाएं स्थलीय चुंबकत्व की प्रकृति की व्याख्या कर सकती हैं?

आज यह स्थापित हो गया है कि चुंबकीय वस्तुओं में चुंबकीय क्षेत्र काफी हद तक इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न होते हैं, जो लगातार अपनी धुरी और मौजूदा परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमते हैं।

यह लंबे समय से स्थापित किया गया है कि इलेक्ट्रॉनों की अराजक गति एक वास्तविक विद्युत प्रवाह है, और इसका मार्ग एक चुंबकीय क्षेत्र की उत्पत्ति को भड़काता है। इस भाग को संक्षेप में प्रस्तुत करने के लिए, हम सुरक्षित रूप से कह सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन, परमाणुओं के भीतर अपनी अराजक गति के कारण, अंतर-परमाणु धाराएँ उत्पन्न करते हैं, जो बदले में, चुंबकीय क्षेत्र के निर्माण में योगदान करते हैं।

लेकिन इस तथ्य का कारण क्या है कि अलग-अलग पदार्थों में चुंबकीय क्षेत्र के अपने परिमाण में महत्वपूर्ण अंतर होता है, साथ ही अलग-अलग चुंबकीयकरण बल भी होते हैं? यह इस तथ्य के कारण है कि परमाणुओं में स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों की गति की धुरी और कक्षाएँ एक दूसरे के सापेक्ष विभिन्न स्थितियों में हो सकती हैं। इससे यह तथ्य सामने आता है कि गतिमान इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र उचित स्थिति में स्थित होते हैं।

इस प्रकार, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जिस वातावरण में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, उसका उस पर सीधा प्रभाव पड़ता है, जिससे क्षेत्र स्वयं बढ़ता या कमजोर होता है।

जो क्षेत्र परिणामी क्षेत्र को कमजोर करता है उसे प्रतिचुम्बकीय कहा जाता है, और जो सामग्री चुंबकीय क्षेत्र को बहुत कमजोर रूप से बढ़ाती है उसे अनुचुम्बकीय कहा जाता है।

पदार्थों के चुंबकीय गुण

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चुंबकत्व की प्रकृति न केवल विद्युत धारा से, बल्कि स्थायी चुंबक द्वारा भी उत्पन्न होती है।

पृथ्वी पर बहुत कम संख्या में मौजूद पदार्थों से स्थायी चुम्बक बनाये जा सकते हैं। लेकिन यह ध्यान देने योग्य है कि सभी वस्तुएं जो चुंबकीय क्षेत्र के दायरे में होंगी, वे चुंबकीय हो जाएंगी और तत्काल हो जाएंगी। उपरोक्त का विश्लेषण करने के बाद, यह जोड़ने योग्य है कि किसी पदार्थ की उपस्थिति में चुंबकीय प्रेरण वेक्टर वैक्यूम चुंबकीय से भिन्न होता है प्रेरण वेक्टर.

चुंबकत्व की प्रकृति पर एम्पीयर की परिकल्पना

कारण-और-प्रभाव संबंध, जिसके परिणामस्वरूप निकायों द्वारा चुंबकीय गुणों के कब्जे के बीच संबंध स्थापित किया गया था, उत्कृष्ट फ्रांसीसी वैज्ञानिक आंद्रे-मैरी एम्पीयर द्वारा खोजा गया था। लेकिन चुंबकत्व की प्रकृति के बारे में एम्पीयर की परिकल्पना क्या है?

वैज्ञानिक ने जो देखा उसकी गहरी छाप के कारण कहानी शुरू हुई। उन्होंने ओर्स्टेड लायर के शोध को देखा, जिन्होंने साहसपूर्वक सुझाव दिया कि पृथ्वी के चुंबकत्व का कारण वे धाराएँ हैं जो नियमित रूप से ग्लोब के अंदर से गुजरती हैं। एक मौलिक और सबसे महत्वपूर्ण योगदान दिया गया: पिंडों के चुंबकीय गुणों को उनमें धाराओं के निरंतर संचलन द्वारा समझाया जा सकता है। बाद में, एम्पीयर ने निम्नलिखित निष्कर्ष निकाला: किसी भी मौजूदा पिंड की चुंबकीय विशेषताएं उनके अंदर बहने वाली विद्युत धाराओं की एक बंद श्रृंखला द्वारा निर्धारित की जाती हैं। भौतिक विज्ञानी का कथन एक साहसिक और साहसिक कार्य था, क्योंकि उन्होंने पिंडों के चुंबकीय गुणों की व्याख्या करके पिछली सभी खोजों को पार कर लिया था।

इलेक्ट्रॉनों और विद्युत धारा का संचलन

एम्पीयर की परिकल्पना में कहा गया है कि प्रत्येक परमाणु और अणु के भीतर विद्युत धारा का एक प्राथमिक और परिसंचारी आवेश मौजूद होता है। यह ध्यान देने योग्य है कि आज हम पहले से ही जानते हैं कि वही धाराएँ परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की अराजक और निरंतर गति के परिणामस्वरूप बनती हैं। यदि निर्दिष्ट विमान अणुओं के थर्मल आंदोलन के कारण एक दूसरे के सापेक्ष यादृच्छिक रूप से स्थित हैं, तो उनकी प्रक्रियाओं को पारस्परिक रूप से मुआवजा दिया जाता है और बिल्कुल कोई चुंबकीय विशेषताएं नहीं होती हैं। और एक चुंबकीय वस्तु में, सबसे सरल धाराओं का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि उनके कार्यों का समन्वय हो।

एम्पीयर की परिकल्पना यह समझाने में सक्षम है कि चुंबकीय क्षेत्र में विद्युत प्रवाह वाली चुंबकीय सुई और फ्रेम एक-दूसरे के प्रति समान व्यवहार क्यों करते हैं। बदले में, तीर को वर्तमान के साथ छोटे सर्किट के एक जटिल के रूप में माना जाना चाहिए, जो समान रूप से निर्देशित होते हैं।

एक विशेष समूह जिसमें चुंबकीय क्षेत्र काफी बढ़ जाता है, लौहचुंबकीय कहलाता है। इन सामग्रियों में लोहा, निकल, कोबाल्ट और गैडोलीनियम (और उनके मिश्र धातु) शामिल हैं।

लेकिन हम चुंबकत्व की प्रकृति को कैसे समझा सकते हैं? फेरोमैग्नेट द्वारा निरंतर क्षेत्र न केवल इलेक्ट्रॉनों की गति के परिणामस्वरूप बनते हैं, बल्कि उनके स्वयं के अराजक आंदोलन के परिणामस्वरूप भी बनते हैं।

आवेग के क्षण (अपने स्वयं के घूर्णी क्षण) ने नाम प्राप्त कर लिया - स्पिन। इलेक्ट्रॉन अपने पूरे अस्तित्व में अपनी धुरी के चारों ओर घूमते हैं और, एक चार्ज होने पर, नाभिक के चारों ओर उनके कक्षीय आंदोलन के परिणामस्वरूप गठित क्षेत्र के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं।

मैरी क्यूरी तापमान

वह तापमान जिसके ऊपर लौहचुंबकीय पदार्थ अपना चुंबकत्व खो देता है, उसे अपना विशिष्ट नाम मिला - क्यूरी तापमान। आख़िरकार, इस नाम के एक फ्रांसीसी वैज्ञानिक ने ही यह खोज की थी। वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे: यदि आप किसी चुंबकीय वस्तु को काफी गर्म करते हैं, तो यह लोहे से बनी वस्तुओं को आकर्षित करने की क्षमता खो देगी।

लौह चुम्बक और उनका उपयोग

इस तथ्य के बावजूद कि दुनिया में बहुत सारे लौहचुंबकीय पिंड नहीं हैं, उनके चुंबकीय गुण बड़े व्यावहारिक अनुप्रयोग और महत्व के हैं। लोहे या स्टील से बना कॉइल में कोर, कॉइल में वर्तमान खपत को बढ़ाए बिना चुंबकीय क्षेत्र को कई गुना बढ़ा देता है। यह घटना ऊर्जा बचाने में महत्वपूर्ण रूप से मदद करती है। कोर विशेष रूप से लौहचुंबकीय सामग्रियों से बने होते हैं, और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि इस भाग का उपयोग किस उद्देश्य के लिए किया जाएगा।

सूचना रिकार्ड करने की चुंबकीय विधि

प्रथम श्रेणी के चुंबकीय टेप और लघु चुंबकीय फिल्में बनाने के लिए लौहचुंबकीय सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। ध्वनि और वीडियो रिकॉर्डिंग के क्षेत्र में चुंबकीय टेप का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

चुंबकीय टेप एक प्लास्टिक आधार है जिसमें पॉलीविनाइलक्लोराइड या अन्य घटक होते हैं। इसके ऊपर एक परत लगाई जाती है, जो एक चुंबकीय वार्निश होती है, जिसमें लोहे या अन्य लौहचुंबकीय सामग्री के कई बहुत छोटे सुई के आकार के कण होते हैं।

ध्वनि रिकॉर्डिंग प्रक्रिया एक टेप पर की जाती है जिसके कारण ध्वनि कंपन के कारण क्षेत्र में समय में परिवर्तन होता है। चुंबकीय सिर के पास टेप की गति के परिणामस्वरूप, फिल्म का प्रत्येक खंड चुंबकत्व के अधीन है।

गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति और इसकी अवधारणाएँ

सबसे पहले यह ध्यान देने योग्य है कि गुरुत्वाकर्षण और उसके बल सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के भीतर समाहित हैं, जो बताता है कि: दो भौतिक बिंदु एक दूसरे को अपने द्रव्यमान के उत्पाद के सीधे आनुपातिक और वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती बल से आकर्षित करते हैं। उनके बीच की दूरी.

आधुनिक विज्ञान ने गुरुत्वाकर्षण बल की अवधारणा पर थोड़ा अलग ढंग से विचार करना शुरू कर दिया है और इसे पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की क्रिया के रूप में समझाता है, जिसकी उत्पत्ति, दुर्भाग्य से, अभी तक वैज्ञानिकों द्वारा स्थापित नहीं की गई है।

उपरोक्त सभी को सारांशित करते हुए, मैं यह नोट करना चाहूंगा कि हमारी दुनिया में सब कुछ आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़ा हुआ है, और गुरुत्वाकर्षण और चुंबकत्व के बीच कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है। आख़िरकार, गुरुत्वाकर्षण में वही चुंबकत्व होता है, लेकिन बहुत हद तक नहीं। पृथ्वी पर, आप किसी वस्तु को प्रकृति से अलग नहीं कर सकते - चुंबकत्व और गुरुत्वाकर्षण बाधित हो जाते हैं, जो भविष्य में सभ्यता के जीवन को काफी जटिल बना सकते हैं। किसी को महान वैज्ञानिकों की वैज्ञानिक खोजों का फल प्राप्त करना चाहिए और नई उपलब्धियों के लिए प्रयास करना चाहिए, लेकिन प्रकृति और मानवता को नुकसान पहुंचाए बिना सभी डेटा का तर्कसंगत उपयोग किया जाना चाहिए।

इसमें "भौतिकी" अनुशासन के "चुंबकत्व" खंड पर सैद्धांतिक सामग्री शामिल है।

सभी प्रकार के अध्ययन के तकनीकी विशिष्टताओं के छात्रों को स्वतंत्र कार्य के साथ-साथ अभ्यास, बोलचाल और परीक्षा की तैयारी में सहायता करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

© एंड्रीव ए.डी., चेर्निख एल.एम., 2009

 उच्च व्यावसायिक शिक्षा के राज्य शैक्षणिक संस्थान का नाम "सेंट पीटर्सबर्ग स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेलीकम्युनिकेशंस" के नाम पर रखा गया है। प्रो एम.ए. बॉंच-ब्रूविच", 2009

परिचय

1820 में, कोपेनहेगन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर हंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने बिजली, गैल्वनिज़्म और चुंबकत्व पर व्याख्यान दिया। उस समय, बिजली को इलेक्ट्रोस्टैटिक्स कहा जाता था, गैल्वनिज़्म बैटरी से प्राप्त प्रत्यक्ष धारा के कारण होने वाली घटनाओं को दिया गया नाम था, चुंबकत्व लौह अयस्कों के ज्ञात गुणों के साथ, कम्पास सुई के साथ, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ जुड़ा हुआ था।

गैल्वेनिज्म और चुंबकत्व के बीच संबंध की खोज में, ओर्स्टेड ने एक कंपास सुई के ऊपर लटके तार के माध्यम से करंट प्रवाहित करने का प्रयोग किया। जब करंट चालू किया गया, तो तीर मेरिडियन दिशा से भटक गया। यदि धारा की दिशा बदल गई या तीर को धारा के ऊपर रखा गया, तो यह मेरिडियन से दूसरी दिशा में भटक गया।

ओर्स्टेड की खोज आगे के शोध और खोज के लिए एक शक्तिशाली प्रेरणा थी। थोड़ा समय बीता और एम्पीयर, फैराडे और अन्य ने विद्युत धाराओं की चुंबकीय क्रिया का पूर्ण और सटीक अध्ययन किया। फैराडे की विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना की खोज ओर्स्टेड के प्रयोग के 12 साल बाद हुई। इन प्रायोगिक खोजों के आधार पर, विद्युत चुंबकत्व का शास्त्रीय सिद्धांत बनाया गया था। मैक्सवेल ने इसे अंतिम रूप और गणितीय रूप दिया और हर्ट्ज़ ने 1888 में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व को प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध करते हुए शानदार ढंग से इसकी पुष्टि की।

1. निर्वात में चुंबकीय क्षेत्र

1.1. धाराओं की परस्पर क्रिया. चुंबकीय प्रेरण

विद्युत धाराएँ एक दूसरे से परस्पर क्रिया करती हैं। जैसा कि अनुभव से पता चलता है, दो सीधे समानांतर कंडक्टर जिनके माध्यम से धाराएं प्रवाहित होती हैं वे आकर्षित होते हैं यदि उनमें धाराओं की दिशा समान हो, और यदि धाराएं विपरीत दिशा में हों तो प्रतिकर्षित होती हैं (चित्र 1)। इसके अलावा, कंडक्टर की प्रति इकाई लंबाई में उनकी परस्पर क्रिया का बल प्रत्येक कंडक्टर में वर्तमान ताकत के सीधे आनुपातिक और उनके बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होता है। धाराओं की परस्पर क्रिया का नियम 1820 में आंद्रे मैरी एम्पीयर द्वारा प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था।

धातुओं में, धनात्मक रूप से आवेशित आयनिक जाली और ऋणात्मक रूप से आवेशित मुक्त इलेक्ट्रॉनों का कुल आवेश शून्य होता है। कंडक्टर में चार्ज समान रूप से वितरित होते हैं। इस प्रकार, चालक के चारों ओर कोई विद्युत क्षेत्र नहीं है। यही कारण है कि विद्युत धारा की अनुपस्थिति में चालक एक-दूसरे से क्रिया नहीं करते हैं।

हालाँकि, करंट (मुक्त आवेश वाहकों की क्रमबद्ध गति) की उपस्थिति में, कंडक्टरों के बीच एक अंतःक्रिया होती है, जिसे आमतौर पर चुंबकीय कहा जाता है।

आधुनिक भौतिकी में, धाराओं की चुंबकीय अंतःक्रिया को एक सापेक्ष प्रभाव के रूप में व्याख्या किया जाता है जो एक संदर्भ फ्रेम में होता है जिसके सापेक्ष आवेशों की क्रमबद्ध गति होती है। इस ट्यूटोरियल में हम विद्युत धारा के आसपास के स्थान की संपत्ति के रूप में चुंबकीय क्षेत्र की अवधारणा का उपयोग करेंगे। करंट के चुंबकीय क्षेत्र का अस्तित्व तब प्रकट होता है जब करंट के साथ अन्य कंडक्टरों के साथ बातचीत होती है (एम्पीयर का नियम), या जब एक गतिशील आवेशित कण के साथ बातचीत होती है (लोरेंत्ज़ बल, उपधारा 2.1), या जब एक कंडक्टर के पास रखी चुंबकीय सुई को विक्षेपित किया जाता है वर्तमान (ओरस्टेड का प्रयोग)।

धारा के चुंबकीय क्षेत्र को चिह्नित करने के लिए, हम चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की अवधारणा का परिचय देते हैं। इसके लिए, जिस प्रकार इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की विशेषताओं का निर्धारण करते समय परीक्षण बिंदु चार्ज की अवधारणा का उपयोग किया गया था, चुंबकीय प्रेरण वेक्टर को पेश करते समय हम वर्तमान के साथ एक परीक्षण सर्किट का उपयोग करेंगे। इसे सपाट बंद रहने दें मनमाने आकार और छोटे आकार की रूपरेखा। इतना छोटा कि जिन बिंदुओं पर यह स्थित है वहां चुंबकीय क्षेत्र को समान माना जा सकता है। अंतरिक्ष में समोच्च के उन्मुखीकरण को समोच्च के सामान्य वेक्टर द्वारा चित्रित किया जाएगा, जो कि सही पेंच (जिमलेट) के नियम द्वारा इसमें वर्तमान की दिशा से संबंधित है: जब गिमलेट के हैंडल को दिशा में घुमाया जाता है वर्तमान (छवि 2), गिललेट की नोक का अनुवादात्मक आंदोलन समोच्च के विमान के लिए इकाई सामान्य वेक्टर की दिशा निर्धारित करता है।

एक्स परीक्षण सर्किट की एक विशेषता इसका चुंबकीय क्षण है, जहां एस– परीक्षण सर्किट का क्षेत्र.

इ यदि आप प्रत्यक्ष धारा के बगल में किसी चयनित बिंदु पर धारा के साथ एक परीक्षण सर्किट रखते हैं, तो धाराएं परस्पर क्रिया करेंगी। इस मामले में, करंट वाला परीक्षण सर्किट बलों की एक जोड़ी के टॉर्क से प्रभावित होगा एम(चित्र 3)। इस क्षण का परिमाण, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, किसी दिए गए बिंदु पर क्षेत्र के गुणों (सर्किट आकार में छोटा है) और सर्किट के गुणों (इसके चुंबकीय क्षण) पर निर्भर करता है।

चित्र में. 4, जो चित्र का एक क्रॉस-सेक्शन है। 3 क्षैतिज तल, प्रत्यक्ष धारा चुंबकीय क्षेत्र में धारा के साथ परीक्षण सर्किट की कई स्थितियों को दर्शाता है मैं. वृत्त में बिंदु प्रेक्षक की ओर धारा की दिशा को इंगित करता है। क्रॉस पैटर्न के पीछे धारा की दिशा को इंगित करता है। स्थिति 1 सर्किट के स्थिर संतुलन से मेल खाती है ( एम= 0) जब बल इसे खींचते हैं। स्थिति 2 अस्थिर संतुलन से मेल खाती है ( एम= 0). स्थिति 3 में, करंट वाला परीक्षण सर्किट अधिकतम टॉर्क के अधीन है। सर्किट के अभिविन्यास के आधार पर, टॉर्क का परिमाण शून्य से अधिकतम तक कोई भी मान ले सकता है। जैसा कि अनुभव से पता चलता है, किसी भी बिंदु पर, यानी, बलों की एक जोड़ी के यांत्रिक क्षण का अधिकतम मूल्य परीक्षण सर्किट के चुंबकीय क्षण के परिमाण पर निर्भर करता है और अध्ययन के तहत बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र की विशेषता के रूप में काम नहीं कर सकता है। परीक्षण सर्किट के चुंबकीय क्षण के लिए बलों की एक जोड़ी के अधिकतम यांत्रिक क्षण का अनुपात उत्तरार्द्ध पर निर्भर नहीं करता है और चुंबकीय क्षेत्र की विशेषता के रूप में कार्य कर सकता है। इस विशेषता को चुंबकीय प्रेरण (चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण) कहा जाता है

में हम इसे एक सदिश राशि के रूप में मानते हैं। चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा के लिए हम स्थिर संतुलन की स्थिति (चित्र 4 में स्थिति 1) में अध्ययन के तहत क्षेत्र बिंदु पर रखे गए वर्तमान के साथ परीक्षण सर्किट के चुंबकीय क्षण की दिशा लेंगे। यह दिशा इस बिंदु पर रखी चुंबकीय सुई के उत्तरी सिरे की दिशा से मेल खाती है। उपरोक्त से यह निष्कर्ष निकलता है कि यह धारा पर चुंबकीय क्षेत्र की बल क्रिया को दर्शाता है और इसलिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में क्षेत्र की ताकत का एक एनालॉग है। वेक्टर क्षेत्र को चुंबकीय प्रेरण रेखाओं का उपयोग करके दर्शाया जा सकता है। रेखा के प्रत्येक बिंदु पर, वेक्टर को स्पर्शरेखा द्वारा निर्देशित किया जाता है। चूँकि क्षेत्र के किसी भी बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की एक निश्चित दिशा होती है, तो क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण रेखा की दिशा अद्वितीय होती है। नतीजतन, चुंबकीय प्रेरण रेखाएं, साथ ही विद्युत क्षेत्र रेखाएं, एक दूसरे को नहीं काटती हैं। चित्र में. चित्र 5 में प्रत्यक्ष धारा की कई चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण रेखाएं दिखाई गई हैं, जो धारा के लंबवत समतल में दर्शाई गई हैं। वे वर्तमान अक्ष पर केंद्रों के साथ बंद वृत्तों के रूप में हैं।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं हमेशा बंद रहती हैं। यह एक भंवर क्षेत्र की एक विशिष्ट विशेषता है जिसमें एक मनमानी बंद सतह के माध्यम से चुंबकीय प्रेरण वेक्टर का प्रवाह शून्य है (चुंबकत्व में गॉस का प्रमेय)।

1.2. बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून.
चुंबकत्व में सुपरपोजिशन का सिद्धांत

बायोट और सवार्ड ने 1820 में विभिन्न आकृतियों की धाराओं के चुंबकीय क्षेत्र का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि सभी मामलों में चुंबकीय प्रेरण चुंबकीय क्षेत्र बनाने वाली धारा की ताकत के समानुपाती होता है। लाप्लास ने बायोट और सावर्ट द्वारा प्राप्त प्रायोगिक डेटा का विश्लेषण किया और पाया कि धारा का चुंबकीय क्षेत्र मैंकिसी भी कॉन्फ़िगरेशन की गणना वर्तमान के व्यक्तिगत प्राथमिक वर्गों द्वारा बनाए गए क्षेत्रों के वेक्टर योग (सुपरपोजिशन) के रूप में की जा सकती है।

डी धारा के प्रत्येक खंड की लंबाई इतनी छोटी है कि इसे एक सीधा खंड माना जा सकता है, जिससे अवलोकन बिंदु की दूरी बहुत अधिक है। वर्तमान तत्व की अवधारणा को प्रस्तुत करना सुविधाजनक है जहां वेक्टर की दिशा वर्तमान की दिशा से मेल खाती है मैं, और इसका मॉड्यूल (चित्र 6) के बराबर है।

दूरी पर स्थित किसी बिंदु पर किसी धारा तत्व द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित करना आरउससे (चित्र 6), लाप्लास ने निर्वात के लिए मान्य एक सूत्र प्राप्त किया:

. (1.1)

बायोट-सावर्ट-लाप्लास नियम (1.1) का सूत्र एसआई प्रणाली में लिखा गया है, जिसमें स्थिरांक चुंबकीय स्थिरांक कहा जाता है।

यह पहले ही नोट किया जा चुका है कि चुंबकत्व में, बिजली की तरह, क्षेत्र सुपरपोजिशन का सिद्धांत होता है, यानी अंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु पर धाराओं की प्रणाली द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण प्रेरण के वेक्टर योग के बराबर होता है इस बिंदु पर प्रत्येक धारा द्वारा अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्र बनाए जाते हैं:

एन और अंजीर. चित्र 7 दो समानांतर और विपरीत धाराओं के क्षेत्र में एक चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के निर्माण का एक उदाहरण दिखाता है और:

1.3. बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून का अनुप्रयोग।
प्रत्यक्ष धारा चुंबकीय क्षेत्र

आइए प्रत्यक्ष धारा के एक खंड पर विचार करें। वर्तमान तत्व एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जिसका प्रेरण एक बिंदु पर होता है ए(चित्र 8) बायोट-सावर्ट-लाप्लास नियम के अनुसार सूत्र द्वारा पाया जाता है:

, (1.3)

चुंबकत्व का अध्ययन प्राचीन काल से किया जाता रहा है और पिछली दो शताब्दियों में यह आधुनिक सभ्यता का आधार बन गया है।

एलेक्सी लेविन

मानवता कम से कम साढ़े तीन हजार वर्षों से चुंबकीय घटनाओं के बारे में ज्ञान एकत्र कर रही है (विद्युत बलों का पहला अवलोकन एक हजार साल बाद हुआ)। चार सौ साल पहले, भौतिकी की शुरुआत में, पदार्थों के चुंबकीय गुणों को विद्युत से अलग किया गया था, जिसके बाद लंबे समय तक दोनों का स्वतंत्र रूप से अध्ययन किया गया था। इस प्रकार, एक प्रायोगिक और सैद्धांतिक आधार बनाया गया, जो 19वीं शताब्दी के मध्य तक विद्युत चुम्बकीय घटना के एकीकृत सिद्धांत का आधार बन गया। सबसे अधिक संभावना है, प्राकृतिक खनिज मैग्नेटाइट (चुंबकीय लौह अयस्क, Fe3O4) के असामान्य गुण ज्ञात थे मेसोपोटामिया कांस्य युग में वापस। और लौह धातु विज्ञान के उद्भव के बाद, यह नोटिस करना असंभव था कि मैग्नेटाइट लौह उत्पादों को आकर्षित करता है। ग्रीक दर्शन के जनक, थेल्स ऑफ मिलिटस (लगभग 640-546 ईसा पूर्व) ने पहले से ही इस तरह के आकर्षण के कारणों के बारे में सोचा था, जिन्होंने इसे इस खनिज के विशेष एनीमेशन द्वारा समझाया था (थेल्स को यह भी पता था कि ऊन पर घिसा हुआ एम्बर सूखी पत्तियों और छोटे को आकर्षित करता है) स्प्लिंटर्स, और इसलिए उसे आध्यात्मिक शक्ति प्रदान की)। बाद में, यूनानी विचारकों ने मैग्नेटाइट और लोहे को ढकने वाले अदृश्य वाष्पों और उन्हें एक-दूसरे की ओर आकर्षित करने के बारे में बात की। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि "चुंबक" शब्द की जड़ें भी ग्रीक हैं। सबसे अधिक संभावना है, इसका नाम एशिया माइनर के एक शहर मैग्नेशिया-वाई-सिपिला से मिलता है, जिसके पास मैग्नेटाइट पड़ा था। ग्रीक कवि निकेंडर ने चरवाहे मैग्निस का उल्लेख किया है, जिसने खुद को एक चट्टान के बगल में पाया था जो उसके कर्मचारियों की लोहे की नोक को अपनी ओर खींच रही थी, लेकिन यह, सभी संभावनाओं में, सिर्फ एक सुंदर किंवदंती है।

प्राचीन चीन को प्राकृतिक चुम्बकों में भी रुचि थी। मैग्नेटाइट की लोहे को आकर्षित करने की क्षमता का उल्लेख 240 ईसा पूर्व के ग्रंथ "स्प्रिंग एंड ऑटम रिकॉर्ड्स ऑफ मास्टर लियू" में किया गया है। एक सदी बाद, चीनियों ने देखा कि मैग्नेटाइट का तांबे या चीनी मिट्टी पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। सातवीं-आठवीं शताब्दी में। /bm9icg===>ekah उन्हें पता चला कि एक स्वतंत्र रूप से लटकी हुई चुंबकीय लोहे की सुई उत्तरी तारे की ओर घूमती है। परिणामस्वरूप, 11वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, चीन में असली समुद्री कम्पास दिखाई दिए; यूरोपीय नाविकों ने सौ साल बाद उनमें महारत हासिल कर ली। लगभग उसी समय, चीनियों ने पता लगाया कि चुंबकीय सुई उत्तर दिशा के पूर्व की ओर इशारा करती है और इस तरह चुंबकीय झुकाव की खोज की, इस मामले में यूरोपीय नाविकों से कहीं आगे थे, जो केवल 15 वीं शताब्दी में इस निष्कर्ष पर पहुंचे थे।

छोटे चुम्बक

लौहचुंबक में, परमाणुओं के आंतरिक चुंबकीय क्षण समानांतर में संरेखित होते हैं (इस अभिविन्यास की ऊर्जा न्यूनतम होती है)। परिणामस्वरूप, चुंबकीय क्षेत्र बनते हैं, डोमेन - सूक्ष्म (10−4-10−6 मीटर) स्थायी चुंबक डोमेन दीवारों से अलग हो जाते हैं। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, डोमेन के चुंबकीय क्षण लौहचुंबक में बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं; बाहरी क्षेत्र में, सीमाएं स्थानांतरित होने लगती हैं, जिससे कि क्षेत्र के समानांतर क्षणों वाले डोमेन अन्य सभी को विस्थापित कर देते हैं - लौहचुंबक चुंबकीय हो जाता है .

चुंबकत्व विज्ञान का जन्म

यूरोप में प्राकृतिक चुम्बकों के गुणों का पहला वर्णन फ्रांसीसी पियरे डी मैरिकोर्ट द्वारा किया गया था। 1269 में, उन्होंने सिसिली के अंजु के राजा चार्ल्स की सेना में सेवा की, जिसने इतालवी शहर लुसेरा को घेर लिया था। वहां से उन्होंने पिकार्डी में एक दोस्त को एक दस्तावेज़ भेजा, जो विज्ञान के इतिहास में "लेटर ऑन द मैग्नेट" (एपिस्टोला डी मैग्नेटे) के रूप में दर्ज हुआ, जहां उन्होंने चुंबकीय लौह अयस्क के साथ अपने प्रयोगों के बारे में बात की थी। मैरिकोर्ट ने देखा कि मैग्नेटाइट के प्रत्येक टुकड़े में दो ऐसे क्षेत्र थे जो लोहे को आकर्षित करने में विशेष रूप से मजबूत थे। उन्होंने इन क्षेत्रों और आकाशीय क्षेत्र के ध्रुवों के बीच एक समानता देखी और अधिकतम चुंबकीय बल वाले क्षेत्रों के लिए उनके नाम उधार लिए - यही कारण है कि अब हम उत्तर और दक्षिण चुंबकीय ध्रुवों के बारे में बात करते हैं। मैरीकोर्ट लिखते हैं, यदि आप मैग्नेटाइट के एक टुकड़े को दो भागों में तोड़ते हैं, तो प्रत्येक टुकड़े के अपने ध्रुव होंगे। मैरीकोर्ट ने न केवल इस बात की पुष्टि की कि मैग्नेटाइट के टुकड़ों के बीच आकर्षण और प्रतिकर्षण दोनों होते हैं (यह पहले से ही ज्ञात था), बल्कि पहली बार इस प्रभाव को विपरीत (उत्तर और दक्षिण) या समान ध्रुवों के बीच की बातचीत से जोड़ा।

विज्ञान के कई इतिहासकार मैरीकोर्ट को यूरोपीय प्रायोगिक विज्ञान का निर्विवाद अग्रदूत मानते हैं। किसी भी स्थिति में, चुंबकत्व पर उनके नोट्स दर्जनों सूचियों में प्रसारित किए गए, और मुद्रण के आगमन के बाद, उन्हें एक अलग ब्रोशर के रूप में प्रकाशित किया गया। 17वीं शताब्दी तक कई प्रकृतिवादियों द्वारा उन्हें सम्मान के साथ उद्धृत किया गया था। यह काम अंग्रेजी प्रकृतिवादी और चिकित्सक (महारानी एलिजाबेथ और उनके उत्तराधिकारी जेम्स प्रथम के चिकित्सक) विलियम गिल्बर्ट को अच्छी तरह से पता था, जिन्होंने 1600 में (जैसा कि अपेक्षित था, लैटिन में) एक अद्भुत काम "ऑन द मैग्नेट, मैग्नेटिक बॉडीज एंड द ग्रेट मैग्नेट" प्रकाशित किया था। - पृथ्वी " इस पुस्तक में, गिल्बर्ट ने न केवल प्राकृतिक चुम्बकों और चुम्बकित लोहे के गुणों के बारे में लगभग सभी ज्ञात जानकारी प्रदान की, बल्कि मैग्नेटाइट बॉल के साथ अपने स्वयं के प्रयोगों का भी वर्णन किया, जिसकी मदद से उन्होंने स्थलीय चुम्बकत्व की मुख्य विशेषताओं को पुन: प्रस्तुत किया। उदाहरण के लिए, उन्होंने पाया कि ऐसी "छोटी पृथ्वी" (लैटिन में टेरेला) के दोनों चुंबकीय ध्रुवों पर, कम्पास सुई इसकी सतह पर लंबवत, भूमध्य रेखा पर - समानांतर, और मध्य अक्षांश पर - एक मध्यवर्ती स्थिति में सेट होती है। इस प्रकार हिल्बर्ट ने चुंबकीय झुकाव का मॉडल तैयार किया, जिसका अस्तित्व यूरोप में आधी सदी से भी अधिक समय से ज्ञात था (1544 में, इस घटना का वर्णन पहली बार नूर्नबर्ग मैकेनिक जॉर्ज हार्टमैन द्वारा किया गया था)।

नेविगेशन में एक क्रांति. कम्पास ने समुद्री नेविगेशन में एक वास्तविक क्रांति ला दी, जिससे वैश्विक यात्रा अलग-अलग मामलों में नहीं, बल्कि एक परिचित, नियमित दिनचर्या बन गई।

गिल्बर्ट ने अपने मॉडल पर भू-चुंबकीय झुकाव को भी पुन: प्रस्तुत किया, जिसके लिए उन्होंने गेंद की पूरी तरह से चिकनी सतह नहीं होने को जिम्मेदार ठहराया (और इसलिए, ग्रहों के पैमाने पर, महाद्वीपों के आकर्षण द्वारा इस प्रभाव को समझाया)। उन्होंने पाया कि अत्यधिक गर्म लोहा अपने चुंबकीय गुणों को खो देता है, लेकिन ठंडा होने पर वे फिर से बहाल हो जाते हैं। अंत में, गिल्बर्ट चुंबक के आकर्षण और घिसे हुए एम्बर के आकर्षण के बीच स्पष्ट अंतर करने वाले पहले व्यक्ति थे, जिसे उन्होंने विद्युत बल (एम्बर के लैटिन नाम, इलेक्ट्रम से) कहा था। सामान्य तौर पर, यह एक अत्यंत नवीन कार्य था, जिसे समकालीनों और वंशजों दोनों ने सराहा। गिल्बर्ट का यह कथन कि पृथ्वी को "बड़ा चुंबक" माना जाना चाहिए, हमारे ग्रह के भौतिक गुणों के बारे में दूसरा मौलिक वैज्ञानिक निष्कर्ष बन गया (पहला इसके गोलाकार आकार की खोज थी, जो पुरातनता में बनाई गई थी)।

दो शतक टूटे

गिल्बर्ट के बाद, 19वीं सदी की शुरुआत तक चुंबकत्व के विज्ञान ने बहुत कम प्रगति की। इस दौरान जो हासिल किया गया है उसे सचमुच उंगलियों पर गिना जा सकता है। 1640 में, गैलीलियो के छात्र बेनेडेटो कैस्टेली ने इसकी संरचना में कई छोटे चुंबकीय कणों की उपस्थिति से मैग्नेटाइट के आकर्षण को समझाया - पहला और बहुत ही अपूर्ण अनुमान कि चुंबकत्व की प्रकृति को परमाणु स्तर पर खोजा जाना चाहिए। डचमैन सेबाल्ड ब्रुगमैन्स ने 1778 में देखा कि बिस्मथ और एंटीमनी को चुंबकीय सुई के ध्रुवों द्वारा विकर्षित किया गया था - यह एक भौतिक घटना का पहला उदाहरण था जिसे 67 साल बाद फैराडे ने डायमैग्नेटिज्म कहा। 1785 में, चार्ल्स-ऑगस्टिन कूलम्ब ने मरोड़ संतुलन पर सटीक माप का उपयोग करते हुए दिखाया कि चुंबकीय ध्रुवों के बीच परस्पर क्रिया का बल उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है - ठीक उसी तरह जैसे विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का बल (1750 में, अंग्रेज जॉन मिशेल इसी तरह के निष्कर्ष पर पहुंचे, लेकिन कूलम्ब का निष्कर्ष कहीं अधिक विश्वसनीय है)।

लेकिन उन वर्षों में बिजली का अध्ययन तेजी से आगे बढ़ा। इसे समझाना मुश्किल नहीं है. प्राकृतिक चुम्बक ही चुंबकीय शक्ति का एकमात्र प्राथमिक स्रोत बने रहे - विज्ञान किसी अन्य को नहीं जानता था। उनकी शक्ति स्थिर है, इसे बदला नहीं जा सकता (शायद गर्मी से नष्ट होने के अलावा), इच्छानुसार उत्पन्न तो बिल्कुल भी नहीं। यह स्पष्ट है कि इस परिस्थिति ने प्रयोगकर्ताओं की संभावनाओं को बहुत सीमित कर दिया है।

बिजली कहीं अधिक लाभप्रद स्थिति में थी - क्योंकि इसे प्राप्त और संग्रहीत किया जा सकता था। पहला स्थैतिक चार्ज जनरेटर 1663 में मैगडेबर्ग के बर्गोमस्टर ओटो वॉन गुएरिके द्वारा बनाया गया था (प्रसिद्ध मैगडेबर्ग गोलार्ध भी उनके दिमाग की उपज हैं)। एक सदी बाद, ऐसे जनरेटर इतने व्यापक हो गए कि उन्हें उच्च समाज के स्वागत समारोहों में भी प्रदर्शित किया गया। 1744 में, जर्मन इवाल्ड जॉर्ज वॉन क्लिस्ट और कुछ समय बाद डचमैन पीटर वैन मुस्चेनब्रोक ने लेडेन जार का आविष्कार किया - पहला इलेक्ट्रिक कैपेसिटर; उसी समय, पहला इलेक्ट्रोमीटर दिखाई दिया। परिणामस्वरूप, 18वीं शताब्दी के अंत तक, विज्ञान अपनी शुरुआत की तुलना में बिजली के बारे में बहुत अधिक जानता था। लेकिन चुंबकत्व के बारे में ऐसा नहीं कहा जा सकता।

और फिर सब कुछ बदल गया. 1800 में, एलेसेंड्रो वोल्टा ने विद्युत धारा के पहले रासायनिक स्रोत, वोल्टाइक बैटरी का आविष्कार किया, जिसे वोल्टाइक सेल के रूप में भी जाना जाता है। इसके बाद, बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध की खोज समय की बात थी। यह अगले साल की शुरुआत में हो सकता था, जब फ्रांसीसी रसायनज्ञ निकोलस गौथेरो ने देखा कि करंट ले जाने वाले दो समानांतर तार एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। हालाँकि, न तो उन्होंने, न ही महान लाप्लास, और न ही अद्भुत प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी जीन-बैप्टिस्ट बायोट, जिन्होंने बाद में इस घटना को देखा, ने इसे कोई महत्व नहीं दिया। इसलिए, प्राथमिकता सही मायनों में उस वैज्ञानिक को मिली, जिसने लंबे समय से इस तरह के संबंध के अस्तित्व को मान लिया था और इसकी खोज में कई साल समर्पित कर दिए थे।

कोपेनहेगन से पेरिस तक

हर किसी ने हंस क्रिश्चियन एंडरसन की परियों की कहानियां और कहानियां पढ़ी हैं, लेकिन कम ही लोग जानते हैं कि जब "द नेकेड किंग" और "थम्बेलिना" के भावी लेखक चौदह वर्षीय किशोर के रूप में कोपेनहेगन पहुंचे, तो उन्हें वहां एक दोस्त और संरक्षक मिला। उनके दोहरे नाम का व्यक्ति, कोपेनहेगन विश्वविद्यालय में भौतिकी और रसायन विज्ञान के एक साधारण प्रोफेसर हंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड। और दोनों ने अपने देश का नाम पूरी दुनिया में रोशन किया.

एम्पीयर ने विभिन्न प्रकार के चुंबकीय क्षेत्रों में धारा प्रवाहित करने वाले समानांतर चालकों के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन किया। उनके विचारों को फैराडे द्वारा विकसित किया गया था, जिन्होंने बल की चुंबकीय रेखाओं की अवधारणा का प्रस्ताव रखा था।

1813 से, ओर्स्टेड ने काफी सचेत रूप से बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध स्थापित करने की कोशिश की (वह महान दार्शनिक इमैनुएल कांट के अनुयायी थे, जो मानते थे कि सभी प्राकृतिक शक्तियों में आंतरिक एकता होती है)। ओर्स्टेड ने संकेतक के रूप में कम्पास का उपयोग किया, लेकिन लंबे समय तक कोई फायदा नहीं हुआ। ओर्स्टेड को उम्मीद थी कि धारा का चुंबकीय बल स्वयं के समानांतर होगा, और अधिकतम टॉर्क प्राप्त करने के लिए उन्होंने विद्युत तार को कंपास सुई के लंबवत रखा। स्वाभाविक रूप से, करंट चालू होने पर तीर ने प्रतिक्रिया नहीं की। और केवल 1820 के वसंत में, एक व्याख्यान के दौरान, ओर्स्टेड ने तीर के समानांतर तार खींचा (या तो यह देखने के लिए कि इससे क्या होगा, या वह एक नई परिकल्पना के साथ आया - भौतिकी के इतिहासकार अभी भी इस बारे में बहस कर रहे हैं)। और यहीं पर सुई घूमी - बहुत ज्यादा नहीं (ओरस्टेड के पास कम-शक्ति वाली बैटरी थी), लेकिन फिर भी ध्यान देने योग्य।

सच है, महान खोज अभी तक नहीं हुई थी। किसी कारण से, ओर्स्टेड ने प्रयोगों को तीन महीने के लिए बाधित कर दिया और जुलाई में ही उनके पास लौट आए। और तब उन्हें एहसास हुआ कि "विद्युत धारा का चुंबकीय प्रभाव इस धारा को घेरने वाले वृत्तों के साथ निर्देशित होता है।" यह एक विरोधाभासी निष्कर्ष था, क्योंकि घूमने वाली ताकतें पहले न तो यांत्रिकी में और न ही भौतिकी की किसी अन्य शाखा में दिखाई दी थीं। ओर्स्टेड ने अपने निष्कर्षों को एक पेपर में रेखांकित किया और 21 जुलाई को इसे कई वैज्ञानिक पत्रिकाओं में प्रस्तुत किया। फिर उन्होंने विद्युत चुंबकत्व का अध्ययन नहीं किया, और बैटन अन्य वैज्ञानिकों के पास चला गया। पेरिसवासी इसे स्वीकार करने वाले पहले व्यक्ति थे। 4 सितंबर को, प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ डोमिनिक अरागो ने विज्ञान अकादमी की एक बैठक में ओर्स्टेड की खोज के बारे में बात की। उनके सहयोगी आंद्रे-मैरी एम्पीयर ने धाराओं के चुंबकीय प्रभाव का अध्ययन करने का निर्णय लिया और सचमुच अगले दिन प्रयोग शुरू कर दिया। सबसे पहले, उन्होंने ओर्स्टेड के प्रयोगों को दोहराया और पुष्टि की, और अक्टूबर की शुरुआत में उन्होंने पाया कि यदि समानांतर कंडक्टर उनके माध्यम से एक ही दिशा में प्रवाहित होते हैं तो वे आकर्षित होते हैं, और यदि विपरीत दिशाओं में प्रवाहित होते हैं तो वे आकर्षित होते हैं। एम्पीयर ने गैर-समानांतर चालकों के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन किया और इसे एक सूत्र (एम्पीयर का नियम) के साथ प्रस्तुत किया। उन्होंने यह भी दिखाया कि धारा प्रवाहित करने वाले कुंडलित कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में कम्पास सुई की तरह घूमते हैं (और संयोगवश उन्होंने एक सोलनॉइड - एक चुंबकीय कुंडल का आविष्कार किया)। अंत में, उन्होंने एक साहसिक परिकल्पना प्रस्तुत की: चुंबकीय सामग्रियों के अंदर अविभाजित सूक्ष्म समानांतर गोलाकार धाराएं प्रवाहित होती हैं, जो उनकी चुंबकीय क्रिया का कारण होती हैं। उसी समय, बायोट और फेलिक्स सावर्ट ने संयुक्त रूप से एक गणितीय संबंध की पहचान की जो किसी को प्रत्यक्ष धारा (बायोट-सावर्ट का नियम) द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता निर्धारित करने की अनुमति देता है।

अध्ययन किए गए प्रभावों की नवीनता पर जोर देने के लिए, एम्पीयर ने "इलेक्ट्रोडायनामिक घटना" शब्द का प्रस्ताव रखा और लगातार अपने प्रकाशनों में इसका इस्तेमाल किया। लेकिन यह अभी तक आधुनिक अर्थों में इलेक्ट्रोडायनामिक्स नहीं था। ओर्स्टेड, एम्पीयर और उनके सहयोगियों ने प्रत्यक्ष धाराओं के साथ काम किया जिससे स्थैतिक चुंबकीय बल पैदा हुए। भौतिकविदों को अभी भी वास्तव में गतिशील, गैर-स्थिर विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं की खोज और व्याख्या करनी थी। यह समस्या 1830-1870 के दशक में हल हो गई थी। यूरोप (रूस सहित - लेन्ज़ के शासन को याद रखें) और संयुक्त राज्य अमेरिका के लगभग एक दर्जन शोधकर्ताओं का इसमें हाथ था। हालाँकि, मुख्य योग्यता निस्संदेह ब्रिटिश विज्ञान के दो दिग्गजों - फैराडे और मैक्सवेल की है।

लंदन अग्रानुक्रम

माइकल फैराडे के लिए 1821 वास्तव में एक दुर्भाग्यपूर्ण वर्ष था। उन्हें लंदन के रॉयल इंस्टीट्यूशन के अधीक्षक का प्रतिष्ठित पद प्राप्त हुआ और, वस्तुतः संयोग से, उन्होंने एक शोध कार्यक्रम शुरू किया जिसने उन्हें विश्व विज्ञान के इतिहास में एक अद्वितीय स्थान दिलाया।

चुंबकीय और इतना नहीं. विभिन्न पदार्थ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में अलग-अलग व्यवहार करते हैं, यह परमाणुओं के अपने चुंबकीय क्षणों के अलग-अलग व्यवहार के कारण होता है। सबसे प्रसिद्ध लौहचुंबक हैं; पैरामैग्नेट, एंटीफेरोमैग्नेट और फेरिमैग्नेट, साथ ही डायमैग्नेट भी हैं, जिनके परमाणुओं के पास अपने स्वयं के चुंबकीय क्षण नहीं होते हैं (बाहरी क्षेत्र में वे "क्षेत्र के विरुद्ध" कमजोर रूप से चुंबकित होते हैं)।

ऐसा ही हुआ. एनल्स ऑफ फिलॉसफी के संपादक रिचर्ड फिलिप्स ने फैराडे को करंट की चुंबकीय क्रिया पर नए कार्यों की आलोचनात्मक समीक्षा लिखने के लिए आमंत्रित किया। फैराडे ने न केवल इस सलाह का पालन किया और "इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म का ऐतिहासिक स्केच" प्रकाशित किया, बल्कि अपना स्वयं का शोध भी शुरू किया, जो कई वर्षों तक चला। सबसे पहले, एम्पीयर की तरह, उन्होंने ओर्स्टेड के प्रयोग को दोहराया, और फिर आगे बढ़ गए। 1821 के अंत तक, उन्होंने एक उपकरण बनाया जिसमें एक धारा प्रवाहित करने वाला कंडक्टर एक स्ट्रिप चुंबक के चारों ओर घूमता था, और दूसरा चुंबक दूसरे कंडक्टर के चारों ओर घूमता था। फैराडे ने सुझाव दिया कि चुंबक और जीवित तार दोनों बल की संकेंद्रित रेखाओं, बल की रेखाओं से घिरे होते हैं, जो उनकी यांत्रिक क्रिया को निर्धारित करते हैं। यह पहले से ही चुंबकीय क्षेत्र की अवधारणा का भ्रूण था, हालांकि फैराडे ने स्वयं इस तरह के शब्द का उपयोग नहीं किया था।

सबसे पहले, उन्होंने क्षेत्र रेखाओं को अवलोकनों का वर्णन करने के लिए एक सुविधाजनक तरीका माना, लेकिन समय के साथ वे उनकी भौतिक वास्तविकता के प्रति आश्वस्त हो गए (खासकर जब से उन्होंने चुम्बकों के बीच बिखरे लोहे के बुरादे का उपयोग करके उनका निरीक्षण करने का एक तरीका खोजा)। 1830 के दशक के अंत तक, उन्हें स्पष्ट रूप से एहसास हुआ कि ऊर्जा, जिसका स्रोत स्थायी चुंबक और जीवित कंडक्टर थे, बल की रेखाओं से भरे अंतरिक्ष में वितरित की गई थी। वास्तव में, फैराडे पहले से ही क्षेत्रीय सैद्धांतिक दृष्टि से सोच रहे थे, जिसमें वह अपने समकालीनों से काफी आगे थे।

लेकिन उनकी मुख्य खोज अलग थी. अगस्त 1831 में, फैराडे चुंबकत्व से विद्युत धारा उत्पन्न करने में सक्षम हो गये। उनके उपकरण में दो विपरीत वाइंडिंग वाली एक लोहे की अंगूठी शामिल थी। सर्पिलों में से एक को विद्युत बैटरी से जोड़ा जा सकता था, दूसरा चुंबकीय कंपास के ऊपर स्थित एक कंडक्टर से जुड़ा था। यदि पहली कुंडल के माध्यम से प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होती है तो तीर की स्थिति नहीं बदलती है, लेकिन इसे चालू और बंद करने पर तीर घूम जाता है। फैराडे ने महसूस किया कि इस समय, दूसरी वाइंडिंग में विद्युत आवेग उत्पन्न हुए, जो बल की चुंबकीय रेखाओं के प्रकट होने या गायब होने के कारण हुए। दूसरे शब्दों में, उन्होंने पाया कि इलेक्ट्रोमोटिव बल चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन के कारण होता है। इस प्रभाव की खोज अमेरिकी भौतिक विज्ञानी जोसेफ हेनरी ने भी की थी, लेकिन उन्होंने अपने परिणाम फैराडे की तुलना में बाद में प्रकाशित किए और इतने गंभीर सैद्धांतिक निष्कर्ष नहीं निकाले।

इलेक्ट्रोमैग्नेट और सोलनॉइड्स कई तकनीकों का आधार हैं, जिनके बिना आधुनिक सभ्यता की कल्पना करना असंभव है: बिजली पैदा करने वाले विद्युत जनरेटर, इलेक्ट्रिक मोटर, ट्रांसफार्मर से लेकर रेडियो संचार और सामान्य तौर पर, लगभग सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स।

अपने जीवन के अंत में, फैराडे इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि विद्युत चुंबकत्व के बारे में नए ज्ञान को गणितीय सूत्रीकरण की आवश्यकता है। उन्होंने निर्णय लिया कि यह कार्य स्कॉटिश शहर एबरडीन के मैरिस्चल कॉलेज के एक युवा प्रोफेसर जेम्स क्लर्क मैक्सवेल को सौंपा जाएगा, जिसके बारे में उन्होंने नवंबर 1857 में उन्हें लिखा था। और मैक्सवेल ने वास्तव में विद्युत चुंबकत्व के बारे में सभी तत्कालीन ज्ञान को एक गणितीय सिद्धांत में एकजुट किया। यह कार्य बड़े पैमाने पर 1860 के दशक के पूर्वार्ध में पूरा हुआ, जब वे किंग्स कॉलेज लंदन में प्राकृतिक दर्शन के प्रोफेसर बने। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की अवधारणा पहली बार 1864 में रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन को प्रस्तुत एक संस्मरण में सामने आई थी। मैक्सवेल ने इस शब्द को "अंतरिक्ष के उस हिस्से को निर्दिष्ट करने के लिए पेश किया जिसमें विद्युत या चुंबकीय अवस्था में पिंड शामिल हैं और घिरे हुए हैं," और विशेष रूप से इस बात पर जोर दिया कि यह स्थान या तो खाली हो सकता है या किसी भी प्रकार के पदार्थ से भरा हो सकता है।

मैक्सवेल के काम का मुख्य परिणाम विद्युत चुम्बकीय घटनाओं को जोड़ने वाले समीकरणों की एक प्रणाली थी। 1873 में प्रकाशित विद्युत और चुंबकत्व पर अपने ग्रंथ में, उन्होंने उन्हें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के सामान्य समीकरण कहा, और आज उन्हें मैक्सवेल के समीकरण कहा जाता है। बाद में, उन्हें एक से अधिक बार सामान्यीकृत किया गया (उदाहरण के लिए, विभिन्न मीडिया में विद्युत चुम्बकीय घटनाओं का वर्णन करने के लिए), और तेजी से उन्नत गणितीय औपचारिकता का उपयोग करके फिर से लिखा गया। मैक्सवेल ने यह भी दिखाया कि ये समीकरण अविभाजित अनुप्रस्थ तरंगों से जुड़े समाधानों को स्वीकार करते हैं, जिनमें से दृश्य प्रकाश एक विशेष मामला है।

मैक्सवेल के सिद्धांत ने चुंबकत्व को विद्युत धाराओं के बीच एक विशेष प्रकार की अंतःक्रिया के रूप में प्रस्तुत किया। 20वीं सदी की क्वांटम भौतिकी ने इस चित्र में केवल दो नए बिंदु जोड़े। अब हम जानते हैं कि विद्युत चुम्बकीय बल फोटॉन द्वारा संचालित होते हैं और इलेक्ट्रॉनों और कई अन्य प्राथमिक कणों के अपने चुंबकीय क्षण होते हैं। चुंबकत्व के क्षेत्र में सभी प्रायोगिक और सैद्धांतिक कार्य इसी नींव पर आधारित हैं।