हम एक चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं के बारे में क्या जानते हैं, इस तथ्य के अलावा कि स्थानीय अंतरिक्ष में स्थायी चुंबक या वर्तमान के साथ कंडक्टर के पास, एक चुंबकीय क्षेत्र होता है जो स्वयं को बल की रेखाओं के रूप में प्रकट होता है, या अधिक में परिचित संयोजन - बल की चुंबकीय रेखाओं के रूप में?
एक बहुत है सुविधाजनक तरीकालोहे के बुरादे का उपयोग करके चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का स्पष्ट चित्र प्राप्त करें। ऐसा करने के लिए, आपको कागज या कार्डबोर्ड की एक शीट पर लोहे का थोड़ा सा बुरादा डालना होगा और नीचे से चुंबक के एक ध्रुव को लाना होगा। चूरा चुम्बकित होता है और सूक्ष्म चुम्बकों की जंजीरों के रूप में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ व्यवस्थित होता है। शास्त्रीय भौतिकी में, चुंबकीय बल की रेखाएंएक चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिस पर प्रत्येक बिंदु पर स्पर्शरेखा उस बिंदु पर क्षेत्र की दिशा को इंगित करती है।
बल की चुंबकीय रेखाओं की विभिन्न व्यवस्थाओं के साथ कई आरेखणों के उदाहरण का उपयोग करते हुए, आइए वर्तमान-वाहक कंडक्टरों और स्थायी चुम्बकों के आसपास चुंबकीय क्षेत्र की प्रकृति पर विचार करें।
चित्र 1 धारा के साथ एक वृत्ताकार कुंडल की चुंबकीय बल रेखाओं का एक दृश्य दिखाता है, और चित्र 2 धारा के साथ एक सीधे तार के चारों ओर चुंबकीय बल रेखाओं का चित्र दिखाता है। अंजीर। 2 में, चूरा के बजाय छोटी चुंबकीय सुइयों का उपयोग किया जाता है। यह आंकड़ा दिखाता है कि जब धारा की दिशा बदलती है, तो चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा भी बदल जाती है। करंट की दिशा और चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं की दिशा के बीच संबंध आमतौर पर "गिलेट के नियम" का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है, जिसके हैंडल के रोटेशन से चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं की दिशा दिखाई देगी यदि गिमलेट में पेंच हो वर्तमान की दिशा में।
चित्रा 3 एक बार चुंबक की चुंबकीय बल रेखाओं की एक तस्वीर दिखाता है, और चित्रा 4 वर्तमान के साथ एक लंबी सोलेनोइड की चुंबकीय बल रेखाओं की एक तस्वीर दिखाता है। दोनों आकृतियों (चित्र 3 और चित्र 4) में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के बाहरी स्थान की समानता पर ध्यान आकर्षित किया जाता है। विद्युत धारावाही परिनालिका के एक सिरे से बल रेखाएँ उसी प्रकार दूसरे सिरे तक फैली होती हैं जैसे कि छड़ चुम्बक। परिनालिका के बाहर विद्युत धारा के साथ चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का आकार छड़ चुंबक की रेखाओं के आकार के समान होता है। एक करंट ले जाने वाले सोलनॉइड में उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव और एक तटस्थ क्षेत्र भी होता है। दो धारावाही परिनालिका या एक परिनालिका और एक चुंबक दो चुम्बकों की तरह परस्पर क्रिया करते हैं।
स्थायी चुम्बकों के चुंबकीय क्षेत्र, धारा के साथ सीधे चालक, या लोहे के बुरादे का उपयोग कर धारा के साथ कुंडलियों की तस्वीरों को देखते समय आप क्या देख सकते हैं? मुख्य विशेषताचुंबकीय क्षेत्र रेखाएं, जैसा कि चूरा के स्थान के चित्र दिखाते हैं, यह उनका अलगाव है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की एक अन्य विशेषता उनकी दिशात्मकता है। चुंबकीय क्षेत्र में किसी भी बिंदु पर रखी गई एक छोटी चुंबकीय सुई, इसके उत्तरी ध्रुव के साथ, बल की चुंबकीय रेखाओं की दिशा को इंगित करेगी। निश्चितता के लिए, हम यह मानने के लिए सहमत हुए कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं एक बार चुंबक के उत्तरी चुंबकीय ध्रुव से निकलती हैं और इसके दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं। चुम्बकों या कंडक्टरों के पास स्थानीय चुंबकीय स्थान एक निरंतर लोचदार माध्यम है। इस माध्यम की लोच की पुष्टि कई प्रयोगों से होती है, उदाहरण के लिए, जब स्थायी चुम्बकों के समान नाम वाले ध्रुवों को खदेड़ दिया जाता है।
पहले भी, मैंने यह अनुमान लगाया था कि चुम्बकों या धारावाही चालकों के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय गुणों वाला एक सतत लोचदार माध्यम है, जिसमें व्यतिकरण तरंगें बनती हैं। इनमें से कुछ तरंगें बंद हैं। यह इस निरंतर लोचदार माध्यम में है कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का एक हस्तक्षेप पैटर्न बनता है, जो लोहे के बुरादे के उपयोग से प्रकट होता है। पदार्थ की सूक्ष्म संरचना में स्रोतों के विकिरण द्वारा एक सतत माध्यम का निर्माण होता है।
एक भौतिकी पाठ्यपुस्तक से तरंग व्यतिकरण पर प्रयोगों को याद करें, जिसमें दो युक्तियों वाली एक दोलन प्लेट पानी से टकराती है। इस प्रयोग में, यह देखा जा सकता है कि पारस्परिक प्रतिच्छेदन विभिन्न कोणदो तरंगों का उनके आगे की गति पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। दूसरे शब्दों में, तरंगें एक-दूसरे के प्रसार को प्रभावित किए बिना एक-दूसरे से होकर गुजरती हैं। प्रकाश (विद्युत चुम्बकीय) तरंगों के लिए, वही नियमितता सत्य है।
अंतरिक्ष के उन क्षेत्रों में क्या होता है जिनमें दो तरंगें प्रतिच्छेद करती हैं (चित्र 5) - वे एक दूसरे पर आरोपित हैं? माध्यम का प्रत्येक कण जो दो तरंगों के पथ में एक साथ इन तरंगों के दोलनों में भाग लेता है, अर्थात्। इसकी गति दो तरंगों के दोलनों का योग है। ये उतार-चढ़ाव दो या के सुपरपोजिशन के परिणामस्वरूप उनके मैक्सिमा और मिनिमा के साथ हस्तक्षेप तरंगों का एक पैटर्न है अधिकलहरें, अर्थात् माध्यम के प्रत्येक बिंदु पर उनके दोलनों का जोड़ जिससे ये तरंगें गुजरती हैं। प्रयोगों ने स्थापित किया है कि हस्तक्षेप की घटना को मीडिया में फैलने वाली तरंगों और दोनों के लिए देखा जाता है विद्युतचुम्बकीय तरंगेंअर्थात् व्यतिकरण केवल तरंगों का गुण है और यह न तो माध्यम के गुणों पर और न ही उसकी उपस्थिति पर निर्भर करता है। यह याद रखना चाहिए कि तरंग हस्तक्षेप इस शर्त के तहत होता है कि दोलन सुसंगत (मिलान) हैं, अर्थात। दोलनों में एक स्थिर चरण अंतर और समान आवृत्ति होनी चाहिए।
हमारे मामले में लोहे के बुरादे के साथ चुंबकीय क्षेत्र रेखाएंके साथ पंक्तियाँ हैं सबसे बड़ी संख्याहस्तक्षेप तरंगों के मैक्सिमा पर स्थित चूरा, और थोड़ी मात्रा में चूरा वाली रेखाएं हस्तक्षेप तरंगों के मैक्सिमा (न्यूनतम पर) के बीच स्थित होती हैं।
उपरोक्त परिकल्पना के आधार पर निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं।
1. एक चुंबकीय क्षेत्र एक माध्यम है जो एक स्थायी चुंबक या वर्तमान-वाहक कंडक्टर के पास एक चुंबक या व्यक्तिगत सूक्ष्म चुंबकीय तरंगों के कंडक्टर के माइक्रोस्ट्रक्चर में स्रोतों से विकिरण के परिणामस्वरूप बनता है।
2. ये सूक्ष्म चुंबकीय तरंगें चुंबकीय क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर परस्पर क्रिया करती हैं, जिससे चुंबकीय बल रेखाओं के रूप में एक व्यतिकरण पैटर्न बनता है।
3. सूक्ष्मचुंबकीय तरंगें बंद सूक्ष्म ऊर्जा भंवर हैं जिनमें सूक्ष्म ध्रुव एक दूसरे की ओर आकर्षित होने में सक्षम होते हैं, जिससे लोचदार बंद रेखाएं बनती हैं।
4. सूक्ष्म चुंबकीय तरंगों का उत्सर्जन करने वाले पदार्थ की सूक्ष्म संरचना में सूक्ष्म स्रोत, जो एक चुंबकीय क्षेत्र के हस्तक्षेप पैटर्न का निर्माण करते हैं, समान आवृत्ति आवृत्ति होती है, और उनके विकिरण में एक चरण अंतर होता है जो समय में स्थिर होता है।
पिंडों के चुंबकीयकरण की प्रक्रिया कैसे होती है, जिससे उनके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण होता है, अर्थात। मैग्नेट और करंट ले जाने वाले कंडक्टरों के माइक्रोस्ट्रक्चर में क्या प्रक्रियाएं होती हैं? इस और अन्य प्रश्नों का उत्तर देने के लिए, परमाणु की संरचना की कुछ विशेषताओं को याद करना आवश्यक है।
इस प्रकार, एक वृत्ताकार कुण्डली के अक्ष पर धारा के साथ चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण कुण्डली के केंद्र से अक्ष पर एक बिंदु तक की दूरी की तीसरी शक्ति के व्युत्क्रमानुपाती कम हो जाता है। कुंडली के अक्ष पर चुंबकीय प्रेरण का सदिश अक्ष के समानांतर होता है। इसकी दिशा सही स्क्रू का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है: यदि आप कॉइल की धुरी के समानांतर दाहिने स्क्रू को निर्देशित करते हैं और इसे कॉइल में करंट की दिशा में घुमाते हैं, तो स्क्रू के ट्रांसलेशनल मूवमेंट की दिशा दिशा दिखाएगी चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की।
3.5 चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं
इलेक्ट्रोस्टैटिक की तरह चुंबकीय क्षेत्र को आसानी से ग्राफिकल रूप में दर्शाया जाता है - चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का उपयोग करके।
चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखा एक रेखा है, जिसकी स्पर्शरेखा प्रत्येक बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा के साथ मेल खाती है।
चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाएं इस तरह से खींची जाती हैं कि उनका घनत्व चुंबकीय प्रेरण के परिमाण के समानुपाती होता है: एक निश्चित बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण जितना अधिक होता है, बल की रेखाओं का घनत्व उतना ही अधिक होता है।
इस प्रकार चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं स्थिरवैद्युत क्षेत्र रेखाओं के समान होती हैं।
हालाँकि, उनकी कुछ ख़ासियतें भी हैं।
धारा I के साथ एक सीधे कंडक्टर द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र पर विचार करें।
इस चालक को आकृति के तल के लंबवत होने दें।
कंडक्टर से समान दूरी पर स्थित विभिन्न बिंदुओं पर, परिमाण में प्रेरण समान होता है।
वेक्टर दिशा मेंमें विभिन्न बिंदुचित्र में दिखाया गया है।
वह रेखा, जिस पर सभी बिंदुओं पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा के साथ स्पर्शरेखा होती है, एक वृत्त है।
इस प्रकार, चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाएं बंद हो जाती हैं (इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र के बल की रेखाओं को बंद नहीं किया जा सकता है, वे चार्ज पर शुरू और समाप्त होती हैं)।
इसलिए चुंबकीय क्षेत्र है एडी(तथाकथित क्षेत्र जिनकी बल रेखाएं बंद हैं)।
इसलिए, चुंबक का अलग से कोई उत्तर या दक्षिण चुंबकीय ध्रुव मौजूद नहीं है।
यदि आप आधे में एक स्थायी चुंबक देखते हैं, तो भी आपको दो चुंबक मिलते हैं, जिनमें से प्रत्येक में दोनों ध्रुव होते हैं।
3.6. लोरेंत्ज़ बल
यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि एक बल चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान आवेश पर कार्य करता है। इस बल को लोरेंत्ज़ बल कहते हैं:
लोरेंत्ज़ बल मापांक
जहाँ a सदिशों के बीच का कोण है वीऔर बी.
लोरेंत्ज़ बल की दिशा सदिश की दिशा पर निर्भर करती है। इसे दाएँ पेंच नियम या बाएँ हाथ के नियम का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। लेकिन लोरेंत्ज़ बल की दिशा आवश्यक रूप से वेक्टर की दिशा से मेल नहीं खाती है!
मुद्दा यह है कि लोरेंत्ज़ बल वेक्टर के उत्पाद के परिणाम के बराबर है [ वी, में] एक अदिश को क्यू. अगर चार्ज सकारात्मक है, तो एफमैंवेक्टर के समानांतर है [ वी, में]. अगर क्यू< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [वी, में] (रेखा - चित्र देखें)।
यदि एक आवेशित कण चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के समानांतर चलता है, तो कोण a वेग और चुंबकीय प्रेरण वैक्टर के बीच होता है शून्य. इसलिए, लोरेंत्ज़ बल ऐसे आवेश पर कार्य नहीं करता है (sin 0 = 0, एफ ली = 0).
यदि आवेश चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के लंबवत चलता है, तो वेग और चुंबकीय प्रेरण वैक्टर के बीच का कोण 90 0 होता है। इस मामले में, लोरेंत्ज़ बल का अधिकतम संभव मूल्य है: एफ ली = क्यू वीबी.
लोरेंत्ज़ बल हमेशा आवेश के वेग के लंबवत होता है। इसका मतलब यह है कि लोरेंत्ज़ बल गति की गति के परिमाण को नहीं बदल सकता है, लेकिन इसकी दिशा बदल देता है।
इसलिए, एक समान चुंबकीय क्षेत्र में, एक आवेश जो अपनी बल रेखाओं के लंबवत चुंबकीय क्षेत्र में प्रवाहित होता है, एक वृत्त में गति करेगा।
यदि केवल लोरेंत्ज़ बल आवेश पर कार्य करता है, तो आवेश की गति न्यूटन के दूसरे नियम के आधार पर संकलित निम्नलिखित समीकरण का पालन करती है: एमए = एफ एल।
चूंकि लोरेंत्ज़ बल वेग के लंबवत है, एक आवेशित कण का त्वरण अभिकेन्द्रीय (सामान्य) है: (यहाँ आरआवेशित कण प्रक्षेपवक्र की वक्रता त्रिज्या है)।
चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं
चुंबकीय क्षेत्र, जैसे विद्युत क्षेत्र, को बल की रेखाओं का उपयोग करके ग्राफिक रूप से दर्शाया जा सकता है। एक चुंबकीय क्षेत्र रेखा, या एक चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण रेखा, एक रेखा है, जिस पर प्रत्येक बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वेक्टर की दिशा के साथ स्पर्शरेखा होती है।
चावल। 1.2. प्रत्यक्ष वर्तमान चुंबकीय क्षेत्र (ए) के बल की रेखाएं,
सर्कुलर करंट (बी), सोलनॉइड (सी)
बल की चुंबकीय रेखाएं, विद्युत रेखाओं की तरह, प्रतिच्छेद नहीं करती हैं। वे इस तरह के घनत्व के साथ खींचे जाते हैं कि उनके लंबवत एक इकाई सतह को पार करने वाली रेखाओं की संख्या किसी दिए गए स्थान पर चुंबकीय क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण के परिमाण के बराबर (या आनुपातिक) होती है।
अंजीर पर। 1.2 लेकिनप्रत्यक्ष वर्तमान क्षेत्र के बल की रेखाएं दिखाई जाती हैं, जो संकेंद्रित वृत्त हैं, जिसका केंद्र वर्तमान अक्ष पर स्थित है, और दिशा सही पेंच के नियम द्वारा निर्धारित की जाती है (कंडक्टर में करंट को निर्देशित किया जाता है पाठक)।
चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं को लोहे के बुरादे का उपयोग करके "दिखाया" जा सकता है जो अध्ययन के तहत क्षेत्र में चुम्बकित होते हैं और छोटी चुंबकीय सुइयों की तरह व्यवहार करते हैं। अंजीर पर। 1.2 बीवृत्तीय धारा के चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं को दर्शाता है। परिनालिका का चुंबकीय क्षेत्र अंजीर में दिखाया गया है। 1.2 में.
चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाएं बंद हैं। बंद बल रेखाओं वाले क्षेत्र कहलाते हैं भंवर क्षेत्र. जाहिर है, चुंबकीय क्षेत्र एक भंवर क्षेत्र है। यह एक चुंबकीय क्षेत्र और एक इलेक्ट्रोस्टैटिक के बीच आवश्यक अंतर है।
इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में, बल की रेखाएं हमेशा खुली रहती हैं: वे विद्युत आवेशों पर शुरू और समाप्त होती हैं। बल की चुंबकीय रेखाओं का न तो आदि है और न ही अंत। यह इस तथ्य से मेल खाता है कि प्रकृति में कोई चुंबकीय शुल्क नहीं है।
1.4. बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून
1820 में फ्रांसीसी भौतिकविदों जे। बायोट और एफ। सावार्ड ने पतले तारों से बहने वाली धाराओं द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्रों का अध्ययन किया। विभिन्न आकार. लैपलेस ने बायोट और सावर्ट द्वारा प्राप्त प्रयोगात्मक डेटा का विश्लेषण किया और एक संबंध स्थापित किया जिसे बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून कहा गया।
जहां एक वेक्टर है, कंडक्टर तत्व की लंबाई के बराबर मॉड्यूलो और वर्तमान के साथ दिशा में मेल खाता है (चित्र। 1.3); तत्व से उस बिंदु तक खींचा गया त्रिज्या सदिश है जहां ; त्रिज्या वेक्टर का मापांक है।
> चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं
कैसे निर्धारित करें चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं: चुंबकीय ध्रुवों को निर्धारित करने के लिए एक कंपास का उपयोग करके चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की ताकत और दिशा का आरेख, ड्राइंग।
चुंबकीय क्षेत्र रेखाएंचुंबकीय क्षेत्र की ताकत और दिशा को नेत्रहीन रूप से प्रदर्शित करने के लिए उपयोगी है।
सीखने का कार्य
- चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं के घनत्व के साथ चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को सहसंबंधित करें।
प्रमुख बिंदु
- चुंबकीय क्षेत्र की दिशा किसी भी निर्दिष्ट बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं को छूने वाली कंपास सुइयों को प्रदर्शित करती है।
- बी-फील्ड की ताकत लाइनों के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होती है। यह प्रति इकाई क्षेत्र में रेखाओं की संख्या के समानुपाती भी होता है। एक रेखा कभी दूसरी को पार नहीं करती।
- अंतरिक्ष में हर बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र अद्वितीय है।
- लाइनें बाधित नहीं होती हैं और बंद लूप बनाती हैं।
- रेखाएँ उत्तर से दक्षिणी ध्रुव तक फैली हुई हैं।
मामले
- चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण और दिशा का एक ग्राफिक प्रतिनिधित्व हैं।
- बी-फील्ड चुंबकीय क्षेत्र का पर्याय है।
चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं
कहा जाता है कि एक बच्चे के रूप में, अल्बर्ट आइंस्टीन को कंपास को देखना पसंद था, यह सोचकर कि सीधे शारीरिक संपर्क के बिना सुई कैसे बल महसूस करती है। गहरी सोच और गंभीर रुचि ने इस तथ्य को जन्म दिया कि बच्चा बड़ा हुआ और सापेक्षता के अपने क्रांतिकारी सिद्धांत का निर्माण किया।
चूंकि चुंबकीय बल दूरियों को प्रभावित करते हैं, इसलिए हम इन बलों का प्रतिनिधित्व करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र की गणना करते हैं। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और दिशा की कल्पना करने के लिए रेखा ग्राफिक्स उपयोगी होते हैं। रेखाओं का बढ़ाव कम्पास सुई के उत्तर अभिविन्यास को इंगित करता है। चुंबकीय को बी-फील्ड कहा जाता है।
(ए) - यदि एक बार चुंबक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की तुलना करने के लिए एक छोटे कंपास का उपयोग किया जाता है, तो यह दिखाएगा सही दिशाउत्तरी ध्रुव से दक्षिण की ओर। (b) - तीर जोड़ने से बनता है निरंतर लाइनेंचुंबकीय क्षेत्र। शक्ति रेखाओं की निकटता के समानुपाती होती है। (सी) - यदि आप चुंबक के अंदर की जांच कर सकते हैं, तो रेखाएं बंद लूप के रूप में प्रदर्शित होंगी
किसी वस्तु के चुंबकीय क्षेत्र का मिलान करने में कुछ भी मुश्किल नहीं है। सबसे पहले, कई स्थानों पर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और दिशा की गणना करें। इन बिंदुओं को स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में इंगित करने वाले वैक्टर के साथ चिह्नित करें, इसकी ताकत के आनुपातिक परिमाण के साथ। आप तीरों को जोड़ सकते हैं और चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ बना सकते हैं। किसी भी बिंदु पर दिशा निकटतम क्षेत्र रेखाओं की दिशा के समानांतर होगी, और स्थानीय घनत्व ताकत के समानुपाती हो सकता है।
चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाएं समोच्च रेखाओं के समान होती हैं स्थलाकृतिक मानचित्र, क्योंकि वे कुछ निरंतर दिखाते हैं। चुंबकत्व के कई नियमों को सरल शब्दों में तैयार किया जा सकता है, जैसे सतह के माध्यम से क्षेत्र रेखाओं की संख्या।
चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा, एक छड़ चुंबक के ऊपर रखे कागज पर लोहे के बुरादे के संरेखण द्वारा दर्शायी जाती है
विभिन्न घटनाएं लाइनों के प्रदर्शन को प्रभावित करती हैं। उदाहरण के लिए, चुंबकीय क्षेत्र रेखा पर लोहे का बुरादा चुंबकीय रेखाओं के अनुरूप रेखाएँ बनाता है। वे औरोरा में भी नेत्रहीन प्रदर्शित होते हैं।
फ़ील्ड में भेजा गया एक छोटा कंपास फ़ील्ड लाइन के समानांतर संरेखित होता है, जिसमें उत्तरी ध्रुव B की ओर इशारा करता है।
फ़ील्ड दिखाने के लिए लघु कंपास का उपयोग किया जा सकता है। (ए) - सर्कुलर करंट सर्किट का चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय जैसा दिखता है। (b) - एक लंबा और सीधा तार चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ एक क्षेत्र बनाता है जिससे वृत्ताकार लूप बनते हैं। (सी) - जब तार कागज के तल में होता है, तो क्षेत्र कागज के लंबवत दिखाई देता है। ध्यान दें कि अंदर और बाहर इंगित करने वाले बॉक्स के लिए कौन से प्रतीकों का उपयोग किया जाता है
चुंबकीय क्षेत्रों के विस्तृत अध्ययन ने कई महत्वपूर्ण नियमों को प्राप्त करने में मदद की:
- चुंबकीय क्षेत्र की दिशा अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर क्षेत्र रेखा को स्पर्श करती है।
- क्षेत्र की ताकत रेखा की निकटता के समानुपाती होती है। यह प्रति इकाई क्षेत्र में रेखाओं की संख्या के समानुपाती भी होता है।
- चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं कभी नहीं टकराती हैं, जिसका अर्थ है कि अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र अद्वितीय होगा।
- रेखाएँ निरंतर बनी रहती हैं और उत्तर से दक्षिणी ध्रुव तक चलती हैं।
अंतिम नियम इस तथ्य पर आधारित है कि ध्रुवों को अलग नहीं किया जा सकता है। और यह लाइनों से अलग है बिजली क्षेत्र, जिसमें अंत और शुरुआत सकारात्मक और नकारात्मक आरोपों द्वारा चिह्नित की जाती है।
विषयों कोडिफायर का उपयोग करें: चुम्बकों की परस्पर क्रिया, धारा के साथ चालक का चुंबकीय क्षेत्र।पदार्थ के चुंबकीय गुण लंबे समय से लोगों को ज्ञात हैं। मैग्नेट को अपना नाम प्राचीन शहर मैग्नेशिया से मिला: एक खनिज (जिसे बाद में चुंबकीय लौह अयस्क या मैग्नेटाइट कहा जाता है) इसके आसपास के क्षेत्र में व्यापक था, जिसके टुकड़े लोहे की वस्तुओं को आकर्षित करते थे।
चुम्बकों की परस्पर क्रिया
प्रत्येक चुम्बक के दो ओर स्थित होते हैं उत्तरी ध्रुवऔर दक्षिणी ध्रुव. दो चुम्बक विपरीत ध्रुवों द्वारा एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं और समान ध्रुवों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं। चुम्बक एक दूसरे पर निर्वात के द्वारा भी कार्य कर सकते हैं! यह सब विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया की याद दिलाता है, हालाँकि चुम्बकों की परस्पर क्रिया विद्युत नहीं है. इसका प्रमाण निम्नलिखित प्रायोगिक तथ्यों से मिलता है।
चुम्बक को गर्म करने पर चुम्बकीय बल कमजोर हो जाता है। बिंदु आवेशों की परस्पर क्रिया की शक्ति उनके तापमान पर निर्भर नहीं करती है।
चुम्बक को हिलाने पर चुम्बकीय बल कमजोर हो जाता है। विद्युत आवेशित निकायों के साथ ऐसा कुछ नहीं होता है।
सकारात्मक विद्युत शुल्कनकारात्मक लोगों से अलग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, जब विद्युतीकरण निकाय)। लेकिन चुंबक के ध्रुवों को अलग करना असंभव है: यदि आप चुंबक को दो भागों में काटते हैं, तो ध्रुव भी कट बिंदु पर दिखाई देते हैं, और चुंबक विपरीत ध्रुवों के साथ दो चुम्बकों में टूट जाता है (बिल्कुल उसी में उन्मुख) मूल चुंबक के ध्रुवों की तरह)।
तो मैग्नेट हमेशाद्विध्रुवी, वे केवल रूप में मौजूद हैं द्विध्रुव. पृथक चुंबकीय ध्रुव (तथाकथित चुंबकीय मोनोपोल- विद्युत आवेश के अनुरूप) प्रकृति में मौजूद नहीं हैं (किसी भी मामले में, वे अभी तक प्रयोगात्मक रूप से नहीं पाए गए हैं)। यह शायद बिजली और चुंबकत्व के बीच सबसे प्रभावशाली विषमता है।
विद्युत आवेशित पिंडों की तरह, चुम्बक विद्युत आवेशों पर कार्य करते हैं। हालाँकि, चुंबक केवल पर कार्य करता है चलतीचार्ज; यदि आवेश चुम्बक के सापेक्ष विरामावस्था में है, तो आवेश पर कोई चुम्बकीय बल कार्य नहीं करता है। इसके विपरीत, एक विद्युतीकृत निकाय किसी भी आवेश पर कार्य करता है, चाहे वह विराम में हो या गति में।
शॉर्ट-रेंज एक्शन के सिद्धांत की आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, चुम्बकों की परस्पर क्रिया किसके माध्यम से की जाती है चुंबकीय क्षेत्रअर्थात्, एक चुंबक आसपास के स्थान में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो दूसरे चुंबक पर कार्य करता है और इन चुम्बकों के दृश्य आकर्षण या प्रतिकर्षण का कारण बनता है।
चुंबक का उदाहरण है चुंबकीय सुईदिशा सूचक यंत्र। एक चुंबकीय सुई की मदद से, अंतरिक्ष के किसी दिए गए क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति के साथ-साथ क्षेत्र की दिशा का भी पता लगाया जा सकता है।
हमारा ग्रह पृथ्वी एक विशाल चुंबक है। पृथ्वी के भौगोलिक उत्तरी ध्रुव से अधिक दूर दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव नहीं है। इसलिए, कम्पास सुई का उत्तरी छोर, पृथ्वी के दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव की ओर मुड़कर, भौगोलिक उत्तर की ओर इशारा करता है। इसलिए, वास्तव में, चुंबक का "उत्तरी ध्रुव" नाम उत्पन्न हुआ।
चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं
विद्युत क्षेत्र, जिसे हम याद करते हैं, की जांच छोटे परीक्षण आवेशों की सहायता से की जाती है, जिसके द्वारा कोई व्यक्ति क्षेत्र के परिमाण और दिशा का न्याय कर सकता है। चुंबकीय क्षेत्र के मामले में परीक्षण चार्ज का एक एनालॉग एक छोटी चुंबकीय सुई है।
उदाहरण के लिए, आप अंतरिक्ष में विभिन्न बिंदुओं पर बहुत छोटी कंपास सुई लगाकर चुंबकीय क्षेत्र का कुछ ज्यामितीय विचार प्राप्त कर सकते हैं। अनुभव से पता चलता है कि तीर कुछ निश्चित रेखाओं के साथ पंक्तिबद्ध होंगे - तथाकथित चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं. आइए इस अवधारणा को इस रूप में परिभाषित करें अगले तीनअंक।
1. चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं, या बल की चुंबकीय रेखाएं, अंतरिक्ष में निर्देशित रेखाएं होती हैं जिनमें निम्नलिखित गुण होते हैं: ऐसी रेखा के प्रत्येक बिंदु पर रखी गई एक छोटी कंपास सुई इस रेखा पर स्पर्शरेखा रूप से उन्मुख होती है.
2. चुंबकीय क्षेत्र रेखा की दिशा इस रेखा के बिंदुओं पर स्थित कंपास सुइयों के उत्तरी छोर की दिशा है.
3. रेखाएँ जितनी मोटी होंगी, किसी दिए गए अंतरिक्ष क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्र उतना ही मजबूत होगा।.
कंपास सुइयों की भूमिका लोहे के बुरादे द्वारा सफलतापूर्वक की जा सकती है: एक चुंबकीय क्षेत्र में, छोटे बुरादे चुम्बकित होते हैं और बिल्कुल चुंबकीय सुइयों की तरह व्यवहार करते हैं।
तो, एक स्थायी चुंबक के चारों ओर लोहे का बुरादा डालने से, हम चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की लगभग निम्नलिखित तस्वीर देखेंगे (चित्र 1)।
चावल। 1. स्थायी चुंबक क्षेत्र
चुंबक के उत्तरी ध्रुव को नीले और अक्षर से दर्शाया गया है; दक्षिणी ध्रुव - लाल और अक्षर में। ध्यान दें कि क्षेत्र रेखाएं चुंबक के उत्तरी ध्रुव से बाहर निकलती हैं और दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं, क्योंकि यह चुंबक के दक्षिणी ध्रुव पर है कि कम्पास सुई का उत्तरी छोर इंगित करेगा।
ओर्स्टेड का अनुभव
हालांकि बिजली और चुंबकीय घटनाप्राचीन काल से लोग जानते थे, उनके बीच कोई संबंध नहीं लंबे समय तकमनाया नहीं गया था। कई शताब्दियों तक, बिजली और चुंबकत्व पर अनुसंधान एक दूसरे के समानांतर और स्वतंत्र रूप से आगे बढ़े।
उल्लेखनीय तथ्य यह है कि विद्युत और चुंबकीय घटनाएं वास्तव में एक दूसरे से संबंधित हैं, पहली बार 1820 में ओर्स्टेड के प्रसिद्ध प्रयोग में खोजी गई थी।
ओर्स्टेड के प्रयोग की योजना को अंजीर में दिखाया गया है। 2 (rt.mipt.ru से छवि)। चुंबकीय सुई के ऊपर (और - तीर के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव) एक धातु कंडक्टर है जो एक वर्तमान स्रोत से जुड़ा है। यदि आप सर्किट को बंद कर देते हैं, तो तीर कंडक्टर के लंबवत हो जाता है!
यह सरल प्रयोग सीधे विद्युत और चुंबकत्व के बीच के संबंध की ओर इशारा करता है। ओर्स्टेड के अनुभव का अनुसरण करने वाले प्रयोगों ने
निम्नलिखित पैटर्न को मजबूती से स्थापित किया: चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है विद्युत धाराएंऔर धाराओं पर कार्य करता है.
चावल। 2. ओर्स्टेड का प्रयोग
किसी चालक द्वारा धारा के साथ उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं का चित्र चालक के आकार पर निर्भर करता है।
धारा के साथ एक सीधे तार का चुंबकीय क्षेत्र
करंट ले जाने वाले एक सीधे तार की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं संकेंद्रित वृत्त होती हैं। इन वृत्तों के केंद्र तार पर स्थित होते हैं, और उनके तल तार के लंबवत होते हैं (चित्र 3)।
चावल। 3. धारा के साथ सीधे तार का क्षेत्र
प्रत्यक्ष धारा चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा निर्धारित करने के लिए दो वैकल्पिक नियम हैं।
घंटा हाथ नियम. देखने पर क्षेत्र रेखाएं वामावर्त जाती हैं ताकि धारा हमारी ओर प्रवाहित हो।.
पेंच नियम(या गिलेट नियम, या कॉर्कस्क्रू नियम- यह किसी के करीब है ;-))। क्षेत्र रेखाएं वहां जाती हैं जहां पेंच (पारंपरिक दाहिने हाथ के धागे के साथ) को वर्तमान की दिशा में धागे के साथ ले जाने के लिए चालू किया जाना चाहिए.
जो भी नियम आपको सबसे अच्छा लगे उसका प्रयोग करें। दक्षिणावर्त नियम के लिए अभ्यस्त होना बेहतर है - आप स्वयं बाद में देखेंगे कि यह अधिक सार्वभौमिक और उपयोग में आसान है (और फिर इसे अपने पहले वर्ष में कृतज्ञता के साथ याद रखें जब आप विश्लेषणात्मक ज्यामिति का अध्ययन करते हैं)।
अंजीर पर। 3, कुछ नया भी सामने आया है: यह एक वेक्टर है, जिसे कहा जाता है चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, या चुंबकीय प्रेरण. चुंबकीय प्रेरण वेक्टर विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर का एक एनालॉग है: यह कार्य करता है शक्ति विशेषताचुंबकीय क्षेत्र, उस बल को निर्धारित करता है जिसके साथ चुंबकीय क्षेत्र गतिमान आवेशों पर कार्य करता है।
हम चुंबकीय क्षेत्र में बलों के बारे में बाद में बात करेंगे, लेकिन अभी के लिए हम केवल ध्यान देंगे कि चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण और दिशा चुंबकीय प्रेरण वेक्टर द्वारा निर्धारित की जाती है। अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर, सदिश को उसी दिशा में निर्देशित किया जाता है जैसे इस बिंदु पर स्थित कम्पास सुई के उत्तरी छोर, अर्थात् इस रेखा की दिशा में क्षेत्र रेखा के स्पर्शरेखा। चुंबकीय प्रेरण को में मापा जाता है टेस्लाच(टीएल)।
जैसे विद्युत क्षेत्र के मामले में, चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण के लिए, अध्यारोपण सिद्धांत. यह इस तथ्य में निहित है कि विभिन्न धाराओं द्वारा किसी दिए गए बिंदु पर बनाए गए चुंबकीय क्षेत्रों का प्रेरण सदिश रूप से जोड़ा जाता है और परिणामी चुंबकीय प्रेरण का वेक्टर देता है:.
करंट के साथ एक कॉइल का चुंबकीय क्षेत्र
आइए हम एक वृत्ताकार कुण्डली पर विचार करें जिसके अनुदिश परिसंचारी हो डी.सी.. हम उस स्रोत को नहीं दिखाते हैं जो चित्र में करंट बनाता है।
हमारी बारी के क्षेत्र की रेखाओं के चित्र का लगभग निम्नलिखित रूप होगा (चित्र 4)।
चावल। 4. धारा के साथ कुंडली का क्षेत्र
हमारे लिए यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण होगा कि चुंबकीय क्षेत्र किस अर्ध-स्थान (कुंडल के तल के सापेक्ष) में निर्देशित है। फिर से हमारे पास दो वैकल्पिक नियम हैं।
घंटा हाथ नियम. क्षेत्र रेखाएँ वहाँ जाती हैं, जहाँ से करंट वामावर्त घूमता हुआ प्रतीत होता है.
पेंच नियम. क्षेत्र रेखाएँ वहाँ जाती हैं जहाँ पेंच (पारंपरिक दाहिने हाथ के धागों के साथ) धारा की दिशा में घुमाए जाने पर गति करेगा.
जैसा कि आप देख सकते हैं, प्रत्यक्ष धारा के मामले में इन नियमों के निर्माण की तुलना में वर्तमान और क्षेत्र की भूमिकाएं उलट जाती हैं।
करंट के साथ एक कॉइल का चुंबकीय क्षेत्र
तारतार को पर्याप्त रूप से लंबे सर्पिल (चित्र 5 - साइट en.wikipedia.org से छवि) में घुमाने के लिए, यदि कसकर, कॉइल से कॉइल, बाहर निकल जाएगा। कुंडल में कई दहाई, सैकड़ों या हजारों मोड़ भी हो सकते हैं। कुंडल भी कहा जाता है solenoid.
चावल। 5. कुंडल (सोलेनॉइड)
एक मोड़ का चुंबकीय क्षेत्र, जैसा कि हम जानते हैं, बहुत सरल नहीं दिखता है। खेत? कॉइल के अलग-अलग घुमाव एक-दूसरे पर आरोपित होते हैं, और ऐसा प्रतीत होता है, परिणाम एक बहुत ही भ्रमित करने वाला चित्र होना चाहिए। हालांकि, यह मामला नहीं है: एक लंबे कॉइल के क्षेत्र में अप्रत्याशित रूप से सरल संरचना होती है (चित्र 6)।
चावल। 6. वर्तमान के साथ कुंडल क्षेत्र
इस आकृति में, कुंडली में धारा बाईं ओर से देखने पर वामावर्त जाती है (यह तब होगा जब, चित्र 5 में, कुंडल का दायां सिरा वर्तमान स्रोत के "प्लस" से जुड़ा है, और बायां सिरा "माइनस")। हम देखते हैं कि कुंडली के चुंबकीय क्षेत्र में दो विशिष्ट गुण होते हैं।
1. कुंडली के अंदर, इसके किनारों से दूर, चुंबकीय क्षेत्र है सजातीय: प्रत्येक बिंदु पर, चुंबकीय प्रेरण वेक्टर परिमाण और दिशा में समान होता है। क्षेत्र रेखाएं समानांतर सीधी रेखाएं हैं; जब वे बाहर जाते हैं तो केवल कुंडल के किनारों के पास झुकते हैं।
2. कुण्डली के बाहर, क्षेत्र शून्य के निकट है। कुंडल में जितना अधिक घुमाव होगा, उसके बाहर का क्षेत्र उतना ही कमजोर होगा।
ध्यान दें कि एक असीम रूप से लंबी कुंडल एक क्षेत्र का उत्सर्जन नहीं करती है: कुंडल के बाहर कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं है। ऐसी कुण्डली के अन्दर क्षेत्र सर्वत्र एक समान होता है।
क्या यह आपको कुछ याद नहीं दिलाता? एक कुंडल एक संधारित्र का "चुंबकीय" समकक्ष है। आपको याद है कि संधारित्र एक समांगी बनाता है बिजली क्षेत्र, जिनकी रेखाएँ केवल प्लेटों के किनारों के पास मुड़ी होती हैं, और संधारित्र के बाहर, क्षेत्र शून्य के करीब होता है; अनंत प्लेटों वाला एक संधारित्र क्षेत्र को बिल्कुल भी मुक्त नहीं करता है, और इसके अंदर क्षेत्र हर जगह एक समान होता है।
और अब - मुख्य अवलोकन। कृपया, कुंडली के बाहर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के चित्र की तुलना करें (चित्र 6) अंजीर में चुंबक की क्षेत्र रेखाओं के साथ। एक । यह वही बात है, है ना? और अब हम एक ऐसे प्रश्न पर आते हैं जो शायद आपके पास बहुत समय पहले था: यदि एक चुंबकीय क्षेत्र धाराओं द्वारा उत्पन्न होता है और धाराओं पर कार्य करता है, तो स्थायी चुंबक के पास चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति का कारण क्या है? आखिर यह चुम्बक धारा का सुचालक तो नहीं लगता !
एम्पीयर की परिकल्पना। प्राथमिक धाराएं
सबसे पहले, यह सोचा गया था कि चुम्बकों की परस्पर क्रिया ध्रुवों पर केंद्रित विशेष चुंबकीय आवेशों के कारण होती है। लेकिन, बिजली के विपरीत, कोई भी चुंबकीय आवेश को अलग नहीं कर सका; आखिरकार, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, चुंबक के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों को अलग-अलग प्राप्त करना संभव नहीं था - ध्रुव हमेशा जोड़े में चुंबक में मौजूद होते हैं।
ओर्स्टेड के अनुभव से चुंबकीय आवेशों के बारे में संदेह और बढ़ गया, जब यह पता चला कि चुंबकीय क्षेत्र एक विद्युत प्रवाह द्वारा उत्पन्न होता है। इसके अलावा, यह पता चला कि किसी भी चुंबक के लिए उपयुक्त विन्यास के वर्तमान के साथ एक कंडक्टर चुनना संभव है, जैसे कि इस कंडक्टर का क्षेत्र चुंबक के क्षेत्र के साथ मेल खाता है।
एम्पीयर ने एक साहसिक परिकल्पना सामने रखी। कोई चुंबकीय शुल्क नहीं हैं। चुंबक की क्रिया को उसके अंदर बंद विद्युत धाराओं द्वारा समझाया गया है।.
ये धाराएँ क्या हैं? इन प्राथमिक धाराएंपरमाणुओं और अणुओं के भीतर प्रसारित; वे परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की गति से जुड़े होते हैं। किसी भी पिंड का चुंबकीय क्षेत्र इन प्राथमिक धाराओं के चुंबकीय क्षेत्र से बना होता है।
प्राथमिक धाराओं को एक दूसरे के सापेक्ष यादृच्छिक रूप से स्थित किया जा सकता है। तब उनके क्षेत्र एक दूसरे को रद्द कर देते हैं, और शरीर चुंबकीय गुण नहीं दिखाता है।
लेकिन अगर प्राथमिक धाराओं को समन्वित किया जाता है, तो उनके क्षेत्र, जोड़कर, एक दूसरे को सुदृढ़ करते हैं। शरीर एक चुंबक बन जाता है (चित्र 7; चुंबकीय क्षेत्र हमारी ओर निर्देशित होगा; चुंबक का उत्तरी ध्रुव भी हमारी ओर निर्देशित होगा)।
चावल। 7. प्राथमिक चुंबक धाराएं
प्राथमिक धाराओं के बारे में एम्पीयर की परिकल्पना ने चुम्बकों के गुणों को स्पष्ट किया। चुंबक को गर्म करने और हिलाने से उसकी प्राथमिक धाराओं की व्यवस्था नष्ट हो जाती है, और चुंबकीय गुणकमजोर। चुंबक ध्रुवों की अविभाज्यता स्पष्ट हो गई: जिस स्थान पर चुंबक काटा गया था, हमें सिरों पर समान प्राथमिक धाराएं मिलती हैं। चुंबकीय क्षेत्र में किसी पिंड को चुम्बकित करने की क्षमता को प्राथमिक धाराओं के समन्वित संरेखण द्वारा समझाया गया है जो ठीक से "मोड़ते हैं" (अगली शीट में चुंबकीय क्षेत्र में एक वृत्ताकार धारा के घूमने के बारे में पढ़ें)।
एम्पीयर की परिकल्पना सही निकली - यह दिखाया आगामी विकाशभौतिक विज्ञान। प्राथमिक धाराओं की अवधारणा बीसवीं शताब्दी में विकसित परमाणु सिद्धांत का एक अभिन्न अंग बन गई है - एम्पीयर के शानदार अनुमान के लगभग सौ साल बाद।