शक्ति चुंबकीय है। चुंबकीय क्षेत्र में चालक पर कार्य करने वाला बल। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का निर्धारण कैसे करें

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 17:47

आधुनिक भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण वर्गों में से एक विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाएं और उनसे संबंधित सभी परिभाषाएं हैं। यह वह अंतःक्रिया है जो सभी विद्युत परिघटनाओं की व्याख्या करती है। बिजली का सिद्धांत प्रकाशिकी सहित कई अन्य क्षेत्रों को शामिल करता है, क्योंकि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण है। इस लेख में, हम एक सुलभ, समझने योग्य भाषा में विद्युत प्रवाह और चुंबकीय बल के सार को समझाने की कोशिश करेंगे।

चुंबकत्व नींव की नींव है

बच्चों के रूप में, वयस्कों ने हमें चुम्बक का उपयोग करके विभिन्न जादू के करतब दिखाए। ये अद्भुत मूर्तियाँ, जो एक-दूसरे की ओर आकर्षित होती हैं और छोटे खिलौनों को आकर्षित कर सकती हैं, ने हमेशा बच्चों की आँखों को प्रसन्न किया है। चुम्बक क्या होते हैं और लोहे के भागों पर चुंबकीय बल कैसे कार्य करता है?

वैज्ञानिक भाषा में समझाते हुए आपको भौतिकी के एक बुनियादी नियम की ओर मुड़ना होगा। कूलम्ब के नियम और सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के अनुसार, एक निश्चित बल आवेश पर कार्य करता है, जो स्वयं आवेश की गति (v) के समानुपाती होता है। इस बातचीत को कहा जाता हैचुंबकीय बल।

शारीरिक विशेषताएं

सामान्य तौर पर, यह समझा जाना चाहिए कि कोई भी चुंबकीय घटना तभी होती है जब चार्ज कंडक्टर के अंदर या उनमें धाराओं की उपस्थिति में चलते हैं। चुंबक और चुंबकत्व की परिभाषा का अध्ययन करते समय, यह समझा जाना चाहिए कि वे विद्युत प्रवाह की घटना से निकटता से संबंधित हैं। इसलिए आइए विद्युत धारा के सार को समझते हैं।

विद्युत बल वह बल है जो एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन के बीच कार्य करता है। यह संख्यात्मक रूप से गुरुत्वाकर्षण बल के मान से बहुत अधिक है। यह एक विद्युत आवेश द्वारा, या यों कहें, कंडक्टर के अंदर इसकी गति से उत्पन्न होता है। शुल्क, बदले में, दो प्रकार के होते हैं: सकारात्मक और नकारात्मक। जैसा कि आप जानते हैं, धनावेशित कण ऋणावेशित कणों की ओर आकर्षित होते हैं। हालाँकि, एक ही चिन्ह के आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं।

इसलिए, जब ये चार्ज कंडक्टर में चलने लगते हैं, तो इसमें एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है, जिसे 1 सेकंड में कंडक्टर के माध्यम से बहने वाले चार्ज की मात्रा के अनुपात के रूप में समझाया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र में धारा के साथ किसी चालक पर लगने वाले बल को एम्पीयर बल कहा जाता है और यह "बाएं हाथ" के नियम के अनुसार पाया जाता है।

अनुभवजन्य डेटा

स्थायी चुंबक, इंडक्टर्स, रिले या इलेक्ट्रिक मोटर के साथ काम करते समय आप रोजमर्रा की जिंदगी में चुंबकीय संपर्क का सामना कर सकते हैं। उनमें से प्रत्येक में एक चुंबकीय क्षेत्र होता है जो आंख के लिए अदृश्य होता है। इसकी क्रिया से ही इसका पता लगाया जा सकता है,गतिमान कणों और चुम्बकित पिंडों को प्रभावित करता है।

चुंबकीय क्षेत्र में करंट ले जाने वाले कंडक्टर पर लगने वाले बल का अध्ययन और वर्णन फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एम्पीयर ने किया था। न केवल इस बल का नाम उनके नाम पर रखा गया है, बल्कि वर्तमान ताकत का परिमाण भी है। स्कूल में, एम्पीयर के नियमों को "बाएं" और "दाएं" हाथ के नियमों के रूप में परिभाषित किया जाता है।

चुंबकीय क्षेत्र की विशेषताएं

यह समझा जाना चाहिए कि एक चुंबकीय क्षेत्र हमेशा न केवल विद्युत प्रवाह के स्रोतों के आसपास होता है, बल्कि चुंबक के आसपास भी होता है। उसे आमतौर पर बल की चुंबकीय रेखाओं के साथ चित्रित किया जाता है। ग्राफिक रूप से, ऐसा लगता है कि कागज की एक शीट को चुंबक पर रखा गया था, और ऊपर लोहे का बुरादा डाला गया था। वे बिल्कुल नीचे दी गई तस्वीर की तरह दिखेंगे।

भौतिकी पर कई लोकप्रिय पुस्तकों में, प्रयोगात्मक अवलोकनों के परिणामस्वरूप चुंबकीय बल का परिचय दिया गया है। इसे प्रकृति की एक अलग मौलिक शक्ति माना जाता है। ऐसा विचार गलत है, वास्तव में, चुंबकीय बल का अस्तित्व सापेक्षता के सिद्धांत से चलता है। उसकी अनुपस्थिति इस सिद्धांत का उल्लंघन करेगी।

चुंबकीय बल के बारे में कुछ भी मौलिक नहीं है - यह कूलम्ब के नियम का केवल एक सापेक्ष परिणाम है।

चुंबक का उपयोग करना

किंवदंती के अनुसार, पहली शताब्दी ईस्वी में मैग्नेशिया द्वीप पर प्राचीन यूनानियों ने असामान्य पत्थरों की खोज की थी जिनमें अद्भुत गुण थे। वे लोहे या स्टील से बनी किसी भी चीज को अपनी ओर आकर्षित करते थे। यूनानियों ने उन्हें द्वीप से बाहर निकालना शुरू किया और उनके गुणों का अध्ययन किया। और जब पत्थर गली के हाथ में गिरेजादूगर, वे अपने सभी प्रदर्शनों में अपरिहार्य सहायक बन गए हैं। चुंबकीय पत्थरों की शक्तियों का उपयोग करके, वे एक संपूर्ण शानदार शो बनाने में सक्षम थे जिसने कई दर्शकों को आकर्षित किया।

जैसे ही पत्थर दुनिया के सभी हिस्सों में फैले, उनके बारे में किंवदंतियां और विभिन्न मिथक प्रसारित होने लगे। एक बार पत्थर चीन में समाप्त हो गए, जहां उनका नाम उस द्वीप के नाम पर रखा गया जिस पर वे पाए गए थे। चुम्बक उस समय के सभी महान वैज्ञानिकों के अध्ययन का विषय बन गया। यह देखा गया है कि यदि आप लकड़ी के फ्लोट पर चुंबकीय लोहे का पत्थर रखते हैं, इसे ठीक करते हैं, और फिर इसे घुमाते हैं, तो यह अपनी मूल स्थिति में वापस आने का प्रयास करेगा। सीधे शब्दों में कहें तो इस पर लगने वाला चुंबकीय बल लौह अयस्क को एक निश्चित तरीके से मोड़ देगा।

चुंबक के इस गुण का उपयोग करके वैज्ञानिकों ने कंपास का आविष्कार किया। लकड़ी या काग से बनी एक गोल आकृति पर दो मुख्य डंडे खींचे जाते थे और एक छोटी चुंबकीय सुई लगाई जाती थी। इस डिजाइन को पानी से भरी एक छोटी कटोरी में उतारा गया। समय के साथ, कंपास मॉडल में सुधार हुआ है और अधिक सटीक हो गए हैं। उनका उपयोग न केवल नाविकों द्वारा किया जाता है, बल्कि सामान्य पर्यटकों द्वारा भी किया जाता है जो रेगिस्तान और पहाड़ी क्षेत्रों का पता लगाना पसंद करते हैं।

दिलचस्प अनुभव

वैज्ञानिक हैंस ओर्स्टेड ने अपना लगभग पूरा जीवन बिजली और चुम्बक को समर्पित कर दिया। एक दिन, विश्वविद्यालय में एक व्याख्यान के दौरान, उन्होंने अपने छात्रों को निम्नलिखित अनुभव दिखाए। उसने एक साधारण तांबे के कंडक्टर के माध्यम से एक करंट पारित किया, थोड़ी देर बाद कंडक्टर गर्म हो गया और झुकना शुरू कर दिया। यह एक थर्मल घटना थीविद्युत प्रवाह। छात्रों ने इन प्रयोगों को जारी रखा, और उनमें से एक ने देखा कि विद्युत प्रवाह में एक और दिलचस्प गुण है। जब कंडक्टर में करंट प्रवाहित हुआ, तो पास में स्थित कंपास का तीर धीरे-धीरे विचलित होने लगा। इस घटना का अधिक विस्तार से अध्ययन करते हुए, वैज्ञानिक ने एक चुंबकीय क्षेत्र में एक कंडक्टर पर कार्य करने वाले तथाकथित बल की खोज की।

चुंबक में एम्पीयर धाराएं

वैज्ञानिकों ने चुंबकीय आवेश का पता लगाने का प्रयास किया, लेकिन पृथक चुंबकीय ध्रुव नहीं मिला। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि, विद्युत के विपरीत, चुंबकीय आवेश मौजूद नहीं होते हैं। आखिरकार, अन्यथा चुंबक के सिरों में से एक को तोड़कर एक यूनिट चार्ज को अलग करना संभव होगा। हालाँकि, यह दूसरे छोर पर एक नया विपरीत ध्रुव बनाता है।

वास्तव में कोई भी चुम्बक एक परिनालिका होता है, जिसकी सतह पर अंतरा-परमाणु धाराएँ परिचालित होती हैं, वे एम्पीयर धाराएँ कहलाती हैं। यह पता चला है कि चुंबक को एक धातु की छड़ के रूप में माना जा सकता है जिसके माध्यम से एक प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होती है। यही कारण है कि परिनालिका में लोहे की कोर लगाने से चुंबकीय क्षेत्र बहुत बढ़ जाता है।

चुंबक ऊर्जा या ईएमएफ

किसी भी भौतिक घटना की तरह, एक चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा होती है जो एक आवेश को स्थानांतरित करने में लगती है। EMF (इलेक्ट्रोमोटिव बल) की अवधारणा है, इसे बिंदु A₀ से बिंदु A_{1 तक एक इकाई आवेश को स्थानांतरित करने के कार्य के रूप में परिभाषित किया गया है।}

ईएमएफ फैराडे के नियमों द्वारा वर्णित है, जो तीन अलग-अलग भौतिक में लागू होते हैंस्थितियां:

1. संचालित सर्किट उत्पन्न एकसमान चुंबकीय क्षेत्र में चलता है। इस मामले में, वे चुंबकीय ईएमएफ की बात करते हैं।
2. समोच्च विरामावस्था में है, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत स्वयं गतिमान है। यह पहले से ही एक विद्युत ईएमएफ परिघटना है।
3. आखिरकार, चुंबकीय क्षेत्र का सर्किट और स्रोत स्थिर है, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र बनाने वाली धारा बदल रही है।

संख्यात्मक रूप से, फैराडे सूत्र के अनुसार EMF है: EMF=W/q.

परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रोमोटिव बल शाब्दिक अर्थों में एक बल नहीं है, क्योंकि इसे जूल प्रति कूलम्ब या वोल्ट में मापा जाता है। यह पता चला है कि यह उस ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जो सर्किट को बायपास करते समय चालन इलेक्ट्रॉन को प्रदान की जाती है। हर बार, जनरेटर के घूमने वाले फ्रेम का अगला चक्कर लगाते हुए, इलेक्ट्रॉन संख्यात्मक रूप से EMF के बराबर ऊर्जा प्राप्त करता है। इस अतिरिक्त ऊर्जा को न केवल बाहरी श्रृंखला में परमाणुओं के टकराव के दौरान स्थानांतरित किया जा सकता है, बल्कि जूल गर्मी के रूप में भी छोड़ा जा सकता है।

लोरेंत्ज़ बल और चुम्बक

चुंबकीय क्षेत्र में धारा पर अभिनय करने वाला बल निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: q|v||B|sin a (चुंबकीय क्षेत्र आवेश का गुणनफल, उसी कण का वेग मॉड्यूल), फील्ड इंडक्शन वेक्टर और उनकी दिशाओं के बीच के कोण की साइन)। चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान इकाई आवेश पर लगने वाले बल को लोरेंत्ज़ बल कहते हैं। एक दिलचस्प तथ्य यह है कि इस बल के लिए न्यूटन का तीसरा नियम अमान्य है। यह केवल संवेग संरक्षण के नियम का पालन करता है, इसलिए लोरेंत्ज़ बल को खोजने में आने वाली सभी समस्याओं को इसके आधार पर हल किया जाना चाहिए। आइए जानें कैसेआप चुंबकीय क्षेत्र की ताकत निर्धारित कर सकते हैं।

समस्याएं और समाधान के उदाहरण

धारा के साथ एक कंडक्टर के चारों ओर उत्पन्न होने वाले बल को खोजने के लिए, आपको कई मात्राओं को जानना होगा: चार्ज, इसकी गति और उभरते चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण का मूल्य। निम्न समस्या आपको यह समझने में मदद करेगी कि लोरेंत्ज़ बल की गणना कैसे करें।

एक प्रोटॉन पर अभिनय करने वाले बल को निर्धारित करें जो 0.2 सी के प्रेरण के साथ चुंबकीय क्षेत्र में 10 मिमी/सेकेंड की गति से चलता है (उनके बीच का कोण 90^o है, चूंकि एक आवेशित कण प्रेरण की रेखाओं के लंबवत चलता है)। चार्ज खोजने के लिए समाधान नीचे आता है। आवेशों की तालिका को देखते हुए, हम पाते हैं कि प्रोटॉन का आवेश 1.610^-19 Cl है। इसके बाद, हम सूत्र का उपयोग करके बल की गणना करते हैं: 1, 610^-19100, 21 (समकोण की ज्या 1 है)=3, 2 10^{- 19 न्यूटन।}