चुंबकत्व - थेल्स से मैक्सवेल तक। भौतिकी में बुनियादी सूत्र - बिजली और चुंबकत्व चुंबकत्व कैसे काम करता है

इंटरैक्शन.

लोहे और चुंबक के बीच या चुम्बकों के बीच चुंबकीय संपर्क न केवल तब होता है जब वे सीधे संपर्क में होते हैं, बल्कि दूरी पर भी होते हैं। जैसे-जैसे दूरी बढ़ती है, अंतःक्रिया की शक्ति कम हो जाती है, और पर्याप्त बड़ी दूरी पर यह ध्यान देने योग्य होना बंद हो जाता है। नतीजतन, चुंबक के निकट अंतरिक्ष के हिस्से के गुण अंतरिक्ष के उस हिस्से के गुणों से भिन्न होते हैं जहां चुंबकीय बल स्वयं प्रकट नहीं होते हैं। अंतरिक्ष में जहाँ चुंबकीय शक्तियाँ प्रकट होती हैं, वहाँ एक चुंबकीय क्षेत्र होता है।

यदि एक चुंबकीय सुई को चुंबकीय क्षेत्र में डाला जाता है, तो यह एक बहुत ही निश्चित तरीके से स्थापित की जाएगी, और क्षेत्र में अलग-अलग स्थानों पर इसे अलग-अलग तरीके से स्थापित किया जाएगा।

1905 में, लार्मोर के प्रमेय और लोरेंत्ज़ के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के आधार पर पॉल लैंग्विन ने डाया- और पैरामैग्नेटिज्म के सिद्धांत की एक शास्त्रीय व्याख्या विकसित की।

प्राकृतिक और कृत्रिम चुम्बक

मैग्नेटाइट (चुंबकीय लौह अयस्क) - एक पत्थर जो लोहे को आकर्षित करता है, इसका वर्णन प्राचीन वैज्ञानिकों द्वारा किया गया था। यह एक तथाकथित प्राकृतिक चुंबक है, जो प्रकृति में अक्सर पाया जाता है। यह 31% FeO और 69% Fe2O3 की संरचना वाला एक व्यापक खनिज है, जिसमें 72.4% लोहा होता है।

यदि आप ऐसी सामग्री से एक पट्टी काटते हैं और इसे धागे पर लटकाते हैं, तो इसे बहुत विशिष्ट तरीके से अंतरिक्ष में स्थापित किया जाएगा: उत्तर से दक्षिण तक चलने वाली एक सीधी रेखा के साथ। यदि आप पट्टी को इस स्थिति से बाहर निकालते हैं, अर्थात, इसे उस दिशा से विचलित करते हैं जिसमें यह थी, और फिर इसे अपने आप पर छोड़ देते हैं, तो पट्टी, कई दोलनों के बाद, अपनी पिछली स्थिति ले लेगी, दिशा में स्थिर हो जाएगी उत्तर से दक्षिण तक.

यदि आप इस पट्टी को लोहे के बुरादे में डुबो देंगे तो वे हर जगह समान रूप से पट्टी की ओर आकर्षित नहीं होंगी। आकर्षण का सबसे बड़ा बल पट्टी के सिरों पर होगा, जो उत्तर और दक्षिण की ओर थे।

पट्टी के वे स्थान, जहाँ सबसे अधिक आकर्षण बल पाया जाता है, चुंबकीय ध्रुव कहलाते हैं। उत्तर की ओर इंगित करने वाले ध्रुव को चुंबक का उत्तरी ध्रुव (या धनात्मक) कहा जाता है और इसे अक्षर N (या C) द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है; दक्षिण की ओर निर्देशित ध्रुव को दक्षिणी ध्रुव (या नकारात्मक) कहा जाता है और इसे एस (या यू) अक्षर द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है। चुंबक के ध्रुवों की परस्पर क्रिया का अध्ययन इस प्रकार किया जा सकता है। आइए मैग्नेटाइट की दो पट्टियाँ लें और उनमें से एक को धागे पर लटका दें, जैसा कि पहले ही ऊपर बताया जा चुका है। दूसरी पट्टी को अपने हाथ में पकड़कर अलग-अलग डंडों से पहली पट्टी पर लाएंगे।

इससे पता चलता है कि यदि आप दूसरी पट्टी के दक्षिणी ध्रुव को एक पट्टी के उत्तरी ध्रुव के करीब लाते हैं, तो ध्रुवों के बीच आकर्षक बल उत्पन्न होंगे, और धागे पर लटकी हुई पट्टी आकर्षित होगी। यदि किसी निलंबित पट्टी के उत्तरी ध्रुव पर दूसरी पट्टी भी उसके उत्तरी ध्रुव के साथ ला दी जाए तो निलंबित पट्टी विकर्षित हो जाएगी।

ऐसे प्रयोगों को अंजाम देकर, कोई भी चुंबकीय ध्रुवों की परस्पर क्रिया के बारे में हिल्बर्ट द्वारा स्थापित कानून की वैधता के बारे में आश्वस्त हो सकता है: जैसे ध्रुव प्रतिकर्षित करते हैं, वैसे ध्रुव आकर्षित करते हैं।

यदि हम उत्तरी चुंबकीय ध्रुव को दक्षिण से अलग करने के लिए चुंबक को आधे में विभाजित करना चाहते हैं, तो पता चलता है कि हम ऐसा नहीं कर पाएंगे। एक चुम्बक को आधा काटने पर हमें दो चुम्बक प्राप्त होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में दो ध्रुव होते हैं। यदि हमने इस प्रक्रिया को आगे भी जारी रखा, तो, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, हम कभी भी एक ध्रुव वाला चुंबक प्राप्त नहीं कर पाएंगे। यह अनुभव हमें आश्वस्त करता है कि चुंबक के ध्रुव अलग-अलग मौजूद नहीं होते हैं, जैसे नकारात्मक और सकारात्मक विद्युत आवेश अलग-अलग मौजूद होते हैं। नतीजतन, चुंबकत्व के प्राथमिक वाहक, या, जैसा कि उन्हें प्राथमिक चुंबक कहा जाता है, में भी दो ध्रुव होने चाहिए।

ऊपर वर्णित प्राकृतिक चुम्बक वर्तमान में व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किए जाते हैं। कृत्रिम स्थायी चुम्बक अधिक मजबूत और अधिक सुविधाजनक बनते हैं। स्थायी कृत्रिम चुम्बक बनाने का सबसे आसान तरीका स्टील की पट्टी से है, यदि आप इसे प्राकृतिक या अन्य कृत्रिम चुम्बकों के विपरीत ध्रुवों के साथ केंद्र से सिरे तक रगड़ते हैं। पट्टी के आकार वाले चुम्बकों को पट्टी चुम्बक कहते हैं। घोड़े की नाल के आकार के चुंबक का उपयोग करना अक्सर अधिक सुविधाजनक होता है। इस प्रकार के चुम्बक को हॉर्सशू चुम्बक कहा जाता है।

कृत्रिम चुम्बक आमतौर पर इस प्रकार बनाए जाते हैं कि उनके सिरों पर विपरीत चुंबकीय ध्रुव निर्मित होते हैं। हालाँकि, यह बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है। ऐसा चुंबक बनाना संभव है जिसके दोनों सिरों पर एक ही ध्रुव होगा, उदाहरण के लिए, उत्तरी वाला। आप एक समान ध्रुव वाली स्टील की पट्टी को बीच से सिरे तक रगड़कर ऐसा चुंबक बना सकते हैं।

हालाँकि, ऐसे चुंबक के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव अविभाज्य हैं। दरअसल, यदि आप इसे चूरा में डुबोते हैं, तो वे न केवल चुंबक के किनारों की ओर, बल्कि इसके मध्य की ओर भी दृढ़ता से आकर्षित होंगे। यह जांचना आसान है कि उत्तरी ध्रुव किनारों पर स्थित है, और दक्षिणी ध्रुव बीच में है।

चुंबकीय गुण. पदार्थ वर्ग

यह क्रिस्टल जाली में परमाणुओं के ऐसे मिनी-चुंबक का संयुक्त व्यवहार है जो किसी पदार्थ के चुंबकीय गुणों को निर्धारित करता है। पदार्थों को उनके चुंबकीय गुणों के आधार पर तीन मुख्य वर्गों में विभाजित किया जाता है: लौह चुम्बक, अनुचुम्बकऔर प्रतिचुंबकीय सामग्री. लौहचुम्बक के सामान्य वर्ग से अलग सामग्रियों के दो अलग-अलग उपवर्ग भी हैं - प्रतिलौह चुम्बकऔर लौह चुम्बक. दोनों ही मामलों में, ये पदार्थ लौहचुंबक के वर्ग से संबंधित हैं, लेकिन कम तापमान पर विशेष गुण रखते हैं: पड़ोसी परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र सख्ती से समानांतर होते हैं, लेकिन विपरीत दिशाओं में। एंटीफेरोमैग्नेट में एक तत्व के परमाणु होते हैं और परिणामस्वरूप, उनका चुंबकीय क्षेत्र शून्य हो जाता है। फेरिमैग्नेट दो या दो से अधिक पदार्थों का एक मिश्र धातु है, और विपरीत दिशा वाले क्षेत्रों के सुपरपोजिशन का परिणाम समग्र रूप से सामग्री में निहित एक मैक्रोस्कोपिक चुंबकीय क्षेत्र है।

लौह चुम्बक

कुछ पदार्थ और मिश्र धातुएँ (मुख्य रूप से लोहा, निकल और कोबाल्ट) नीचे के तापमान पर क्यूरी अंकअपने क्रिस्टल जालक को इस प्रकार बनाने का गुण प्राप्त कर लेते हैं कि परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र एकदिशात्मक हो जाते हैं और एक-दूसरे को सुदृढ़ करते हैं, जिसके कारण पदार्थ के बाहर एक स्थूल चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। उपर्युक्त स्थायी चुम्बक ऐसे पदार्थों से प्राप्त किये जाते हैं। वास्तव में, परमाणुओं का चुंबकीय संरेखण आम तौर पर लौहचुंबकीय सामग्री की असीमित मात्रा तक विस्तारित नहीं होता है: चुंबकत्व कई हज़ार से लेकर कई दसियों हज़ार परमाणुओं वाले आयतन तक सीमित होता है, और सामग्री की ऐसी मात्रा को आमतौर पर कहा जाता है कार्यक्षेत्र(अंग्रेजी डोमेन से - "क्षेत्र")। जब लोहा क्यूरी बिंदु के नीचे ठंडा होता है, तो कई डोमेन बनते हैं, जिनमें से प्रत्येक में चुंबकीय क्षेत्र अपने तरीके से उन्मुख होता है। इसलिए, अपनी सामान्य अवस्था में, ठोस लोहे को चुम्बकित नहीं किया जाता है, हालाँकि इसके अंदर डोमेन बनते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक तैयार मिनी-चुंबक है। हालाँकि, बाहरी परिस्थितियों के प्रभाव में (उदाहरण के लिए, जब पिघला हुआ लोहा एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में जम जाता है), डोमेन को व्यवस्थित तरीके से व्यवस्थित किया जाता है और उनके चुंबकीय क्षेत्र परस्पर बढ़ जाते हैं। तब हमें एक वास्तविक चुंबक मिलता है - एक स्पष्ट बाहरी चुंबकीय क्षेत्र वाला शरीर। स्थायी चुम्बकों को ठीक इसी प्रकार डिज़ाइन किया जाता है।

अनुचुम्बक

अधिकांश सामग्रियों में, परमाणुओं के चुंबकीय अभिविन्यास को संरेखित करने के लिए कोई आंतरिक बल नहीं होते हैं, कोई डोमेन नहीं बनता है, और व्यक्तिगत परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र को यादृच्छिक रूप से निर्देशित किया जाता है। इसके कारण, व्यक्तिगत चुंबक परमाणुओं के क्षेत्र परस्पर रद्द हो जाते हैं, और ऐसी सामग्रियों में कोई बाहरी चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है। हालाँकि, जब ऐसी सामग्री को एक मजबूत बाहरी क्षेत्र में रखा जाता है (उदाहरण के लिए, एक शक्तिशाली चुंबक के ध्रुवों के बीच), तो परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के साथ मेल खाने वाली दिशा में उन्मुख होते हैं, और हम देखते हैं ऐसी सामग्री की उपस्थिति में चुंबकीय क्षेत्र को मजबूत करने का प्रभाव। समान गुणों वाले पदार्थों को अनुचुम्बक कहा जाता है। हालाँकि, जैसे ही बाहरी चुंबकीय क्षेत्र हटा दिया जाता है, पैरामैग्नेट तुरंत विचुंबकीकृत हो जाता है, क्योंकि परमाणु फिर से अव्यवस्थित रूप से पंक्तिबद्ध हो जाते हैं। अर्थात्, अनुचुम्बकीय सामग्रियों की विशेषता अस्थायी रूप से चुम्बकित करने की क्षमता होती है।

प्रतिचुम्बक

ऐसे पदार्थों में जिनके परमाणुओं का अपना चुंबकीय क्षण नहीं होता है (अर्थात्, जहां चुंबकीय क्षेत्र कली में बुझ जाते हैं - इलेक्ट्रॉनों के स्तर पर), एक अलग प्रकृति का चुंबकत्व उत्पन्न हो सकता है। फैराडे के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के दूसरे नियम के अनुसार, जब विद्युत धारा प्रवाहित लूप से गुजरने वाला चुंबकीय क्षेत्र प्रवाह बढ़ता है, तो लूप में विद्युत धारा में परिवर्तन चुंबकीय प्रवाह में वृद्धि का प्रतिकार करता है। परिणामस्वरूप, यदि कोई पदार्थ जिसमें अपने स्वयं के चुंबकीय गुण नहीं हैं, उसे एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉन, जो कि वर्तमान के साथ सूक्ष्म सर्किट होते हैं, अपने आंदोलन की प्रकृति को इस तरह से बदल देंगे कि एक को रोका जा सके। चुंबकीय प्रवाह में वृद्धि, अर्थात, वे अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बनाएंगे, जो बाहरी क्षेत्र की तुलना में विपरीत दिशा में निर्देशित होगा। ऐसी सामग्रियों को आमतौर पर प्रतिचुंबकीय कहा जाता है।

प्रकृति में चुंबकत्व

कई प्राकृतिक घटनाएं सटीक रूप से चुंबकीय शक्तियों द्वारा निर्धारित होती हैं। वे कई माइक्रोवर्ल्ड घटनाओं का स्रोत हैं: परमाणुओं, अणुओं, परमाणु नाभिक और प्राथमिक कणों - इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन इत्यादि का व्यवहार। इसके अलावा, चुंबकीय घटनाएं भी विशाल आकाशीय पिंडों की विशेषता हैं: सूर्य और पृथ्वी विशाल हैं मैग्नेट. विद्युत चुम्बकीय तरंगों (रेडियो तरंगें, अवरक्त, दृश्य और पराबैंगनी विकिरण, एक्स-रे और गामा किरणें) की आधी ऊर्जा चुंबकीय होती है। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र कई घटनाओं में प्रकट होता है और विशेष रूप से, अरोरा की घटना के कारणों में से एक है।

सिद्धांत रूप में, गैर-चुंबकीय पदार्थ मौजूद नहीं हैं। कोई भी पदार्थ हमेशा "चुंबकीय" होता है, यानी चुंबकीय क्षेत्र में वह अपने गुण बदलता रहता है। कभी-कभी ये परिवर्तन बहुत छोटे होते हैं और केवल विशेष उपकरणों का उपयोग करके ही पता लगाया जा सकता है; कभी-कभी वे काफी महत्वपूर्ण होते हैं और बहुत ही सरल तरीकों का उपयोग करके बिना किसी कठिनाई के उनका पता लगाया जा सकता है। कमजोर चुंबकीय पदार्थों में एल्यूमीनियम, तांबा, पानी, पारा, आदि शामिल हैं; अत्यधिक चुंबकीय या बस चुंबकीय (सामान्य तापमान पर) में लोहा, निकल, कोबाल्ट और कुछ मिश्र धातु शामिल हैं।

चुम्बकत्व का प्रयोग

आधुनिक विद्युत इंजीनियरिंग विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने और इसे विभिन्न अन्य प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए पदार्थ के चुंबकीय गुणों का व्यापक रूप से उपयोग करती है। तार और वायरलेस संचार उपकरणों में, टेलीविजन, स्वचालन और टेलीमैकेनिक्स में, कुछ चुंबकीय गुणों वाली सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। चुंबकीय घटनाएँ भी जीवित प्रकृति में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।

चुंबकीय घटनाओं की असाधारण समानता और उनका विशाल व्यावहारिक महत्व स्वाभाविक रूप से इस तथ्य को जन्म देता है कि चुंबकत्व का अध्ययन आधुनिक भौतिकी की सबसे महत्वपूर्ण शाखाओं में से एक है।

चुंबकत्व भी कंप्यूटर की दुनिया का एक अभिन्न अंग है: 2010 के दशक तक, चुंबकीय भंडारण मीडिया (कॉम्पैक्ट कैसेट, फ्लॉपी डिस्क, आदि) दुनिया में बहुत आम थे, लेकिन मैग्नेटो-ऑप्टिकल स्टोरेज मीडिया (डीवीडी-रैम) अभी भी "उद्धृत" हैं ”

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 शक्ति रेखा, एक ऐसी रेखा होती है जिसके प्रत्येक बिंदु पर स्पर्शरेखा 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 के 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.

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स विश्राम अवस्था में विद्युत आवेशों से जुड़ी घटनाओं से संबंधित है। होमर के समय में ऐसे आरोपों के बीच कार्य करने वाली ताकतों की उपस्थिति का उल्लेख किया गया था। शब्द "बिजली" ग्रीक °लेक्ट्रॉन (एम्बर) से आया है, क्योंकि घर्षण द्वारा विद्युतीकरण के पहले दर्ज किए गए अवलोकन इस सामग्री से जुड़े थे। 1733 में, चौधरी डुफे (1698-1739) ने पाया कि विद्युत आवेश दो प्रकार के होते हैं। सीलिंग मोम को ऊनी कपड़े से रगड़ने पर एक प्रकार का आवेश बनता है, कांच पर रेशम से रगड़ने पर दूसरे प्रकार का आवेश बनता है। जैसे आरोप प्रतिकर्षित करते हैं, वैसे ही अलग-अलग आरोप आकर्षित करते हैं। विभिन्न प्रकार के आवेश संयुक्त होने पर एक दूसरे को निष्प्रभावी कर देते हैं। 1750 में, बी. फ्रैंकलिन (1706-1790) ने इस धारणा के आधार पर विद्युत घटना का एक सिद्धांत विकसित किया कि सभी सामग्रियों में किसी न किसी प्रकार का "विद्युत तरल पदार्थ" होता है। उनका मानना ​​था कि जब दो सामग्रियां एक-दूसरे के खिलाफ रगड़ती हैं, तो इस विद्युत द्रव का कुछ हिस्सा उनमें से एक से दूसरे में चला जाता है (जबकि विद्युत द्रव की कुल मात्रा बनी रहती है)। किसी शरीर में विद्युत द्रव की अधिकता उसे एक प्रकार का आवेश देती है, और इसकी कमी दूसरे प्रकार के आवेश की उपस्थिति के रूप में प्रकट होती है। फ्रेंकलिन ने निर्णय लिया कि जब वह ऊनी कपड़े पर सीलिंग मोम रगड़ता है, तो ऊन कुछ विद्युत तरल पदार्थ ले लेता है। इसलिए, उन्होंने सीलिंग मोम के चार्ज को नकारात्मक कहा।

फ्रैंकलिन के विचार आधुनिक विचारों के बहुत करीब हैं, जिसके अनुसार घर्षण द्वारा विद्युतीकरण को एक रगड़ने वाले पिंड से दूसरे तक इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह द्वारा समझाया गया है। लेकिन चूंकि इलेक्ट्रॉन वास्तव में ऊन से सीलिंग मोम में प्रवाहित होते हैं, इसलिए सीलिंग मोम में इस विद्युत द्रव की कमी नहीं, बल्कि अधिकता दिखाई देती है, जिसे अब इलेक्ट्रॉनों के साथ पहचाना जाता है। फ़्रैंकलिन के पास यह निर्धारित करने का कोई तरीका नहीं था कि विद्युत द्रव किस दिशा में बह रहा था, और हम इसे उसकी दुर्भाग्यपूर्ण पसंद के कारण मानते हैं कि इलेक्ट्रॉनों का चार्ज "नकारात्मक" निकला। यद्यपि आवेश का यह संकेत इस विषय का अध्ययन शुरू करने वालों के बीच कुछ भ्रम पैदा करता है, यह सम्मेलन साहित्य में इतनी मजबूती से निहित है कि इलेक्ट्रॉन के गुणों का पहले से ही अच्छी तरह से अध्ययन किए जाने के बाद उसके आवेश के संकेत को बदलने के बारे में बात करना संभव नहीं है।

जी. कैवेंडिश (1731-1810) द्वारा विकसित मरोड़ संतुलन का उपयोग करते हुए, 1785 में, सी. कूलम्ब (1736-1806) ने दिखाया कि दो बिंदु विद्युत आवेशों के बीच लगने वाला बल इन आवेशों के परिमाण के गुणनफल के समानुपाती और व्युत्क्रमानुपाती होता है। उनके बीच की दूरी का वर्ग, अर्थात्:

कहाँ एफ- वह बल जिससे आवेश होता है क्यूएक ही चिह्न के आवेश को प्रतिकर्षित करता है क्यूў, और आर- उनके बीच की दूरी. यदि आवेशों के चिह्न विपरीत हों तो बल एफऋणात्मक है और आवेश प्रतिकर्षित नहीं करते, बल्कि एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। आनुपातिकता कारक कइस पर निर्भर करता है कि किन इकाइयों में मापा जाता है एफ, आर, क्यूऔर क्यूў.

शुरुआत में चार्ज मापने के लिए कोई इकाई नहीं थी, लेकिन कूलम्ब का नियम ऐसी इकाई को पेश करना संभव बनाता है। विद्युत आवेश के मापन की इस इकाई को "कूलम्ब" नाम और संक्षिप्त नाम सीएल दिया गया है। एक कूलम्ब (1 C) उस आवेश का प्रतिनिधित्व करता है जो 6.242×10 18 इलेक्ट्रॉनों को हटा दिए जाने के बाद प्रारंभिक रूप से विद्युत रूप से तटस्थ शरीर पर रहता है।

यदि सूत्र (1) में शुल्क क्यूऔर क्यूў कूलम्ब में व्यक्त, एफ- न्यूटन में, और आर- फिर मीटर में क» 8.9876Х10 9 एचसीएचएम 2 /सीएल 2, यानी। लगभग 9Х10 9 НЧм 2 /Кл 2। इसके बजाय आमतौर पर कएक स्थिरांक का उपयोग करें इ 0 = 1/4पी. हालाँकि यह कूलम्ब के नियम की अभिव्यक्ति को थोड़ा अधिक जटिल बनाता है, यह हमें कारक 4 के बिना काम करने की अनुमति देता है पीअन्य सूत्रों में जिनका उपयोग कूलम्ब के नियम से अधिक बार किया जाता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीनें और लेडेन जार।

घर्षण द्वारा एक बड़ा स्थैतिक आवेश उत्पन्न करने वाली एक मशीन का आविष्कार 1660 के आसपास ओ. गुएरिके (1602-1686) ने किया था, जिन्होंने पुस्तक में इसका वर्णन किया है खाली जगह को लेकर नये प्रयोग (डे वेकुओ स्पा, 1672). जल्द ही ऐसी मशीन के अन्य संस्करण सामने आए। 1745 में, कैमिन के ई. क्लिस्ट और, स्वतंत्र रूप से, लीडेन के पी. मुस्चेनब्रोक ने पता लगाया कि प्रवाहकीय सामग्री के साथ अंदर और बाहर पंक्तिबद्ध एक कांच के बर्तन का उपयोग विद्युत आवेश को जमा करने और संग्रहीत करने के लिए किया जा सकता है। अंदर और बाहर टिन की पन्नी से ढके कांच के जार - तथाकथित लेडेन जार - पहले विद्युत कैपेसिटर थे। फ्रैंकलिन ने दिखाया कि जब एक लेडेन जार को चार्ज किया जाता है, तो बाहरी टिन फ़ॉइल कोटिंग (बाहरी अस्तर) एक संकेत का चार्ज प्राप्त कर लेती है, और आंतरिक अस्तर विपरीत संकेत के बराबर चार्ज प्राप्त कर लेती है। यदि दोनों आवेशित प्लेटों को एक कंडक्टर द्वारा संपर्क में लाया जाता है या जोड़ा जाता है, तो आवेश पूरी तरह से गायब हो जाते हैं, जो उनके पारस्परिक तटस्थता को इंगित करता है। इसका तात्पर्य यह है कि आवेश धातु के माध्यम से स्वतंत्र रूप से चलते हैं, लेकिन कांच के माध्यम से नहीं चल सकते। धातु जैसी सामग्री, जिसके माध्यम से चार्ज स्वतंत्र रूप से चलते हैं, कंडक्टर कहलाते थे, और कांच जैसी सामग्री, जिसके माध्यम से चार्ज नहीं गुजरते हैं, उन्हें इंसुलेटर (डाइलेक्ट्रिक्स) कहा जाता था।

ढांकता हुआ।

एक आदर्श ढांकता हुआ एक ऐसा पदार्थ है जिसका आंतरिक विद्युत आवेश इतनी मजबूती से बंधा होता है कि यह विद्युत प्रवाह का संचालन करने में असमर्थ होता है। इसलिए, यह एक अच्छे इन्सुलेटर के रूप में काम कर सकता है। यद्यपि आदर्श डाइलेक्ट्रिक्स प्रकृति में मौजूद नहीं हैं, कमरे के तापमान पर कई इन्सुलेट सामग्री की चालकता तांबे की 10-23 से अधिक नहीं होती है; कई मामलों में ऐसी चालकता शून्य के बराबर मानी जा सकती है।

कंडक्टर.

ठोस चालकों और ढांकता हुआ में क्रिस्टल संरचना और इलेक्ट्रॉन वितरण समान हैं। मुख्य अंतर यह है कि एक ढांकता हुआ में, सभी इलेक्ट्रॉन अपने संबंधित नाभिक से कसकर बंधे होते हैं, जबकि एक कंडक्टर में, परमाणुओं के बाहरी आवरण में स्थित इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो पूरे क्रिस्टल में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। ऐसे इलेक्ट्रॉनों को मुक्त इलेक्ट्रॉन या चालन इलेक्ट्रॉन कहा जाता है क्योंकि उनमें विद्युत आवेश होता है। प्रति धातु परमाणु में चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और क्रिस्टल जाली में उसके पड़ोसियों द्वारा परमाणु के बाहरी इलेक्ट्रॉन कोशों की गड़बड़ी की डिग्री पर निर्भर करती है। तत्वों की आवर्त सारणी (लिथियम, सोडियम, पोटेशियम, तांबा, रुबिडियम, चांदी, सीज़ियम और सोना) के पहले समूह के तत्वों के लिए, आंतरिक इलेक्ट्रॉन कोश पूरी तरह से भरे हुए हैं, और बाहरी कोश में एक इलेक्ट्रॉन है। प्रयोग से पुष्टि हुई कि इन धातुओं में प्रति परमाणु चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या लगभग एक के बराबर है। हालाँकि, अन्य समूहों की अधिकांश धातुओं को प्रति परमाणु चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या के आंशिक मूल्यों द्वारा औसतन चित्रित किया जाता है। उदाहरण के लिए, संक्रमण तत्वों में - निकल, कोबाल्ट, पैलेडियम, रेनियम और उनके अधिकांश मिश्र धातु - प्रति परमाणु चालन इलेक्ट्रॉनों की संख्या लगभग 0.6 है। अर्धचालकों में धारा वाहकों की संख्या बहुत कम होती है। उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर जर्मेनियम में यह लगभग 10 -9 है। अर्धचालकों में वाहकों की अत्यंत कम संख्या उन्हें कई दिलचस्प गुण प्रदान करती है। सेमी. भौतिक विज्ञान की ठोस अवस्था; अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण; ट्रांजिस्टर.

धातु में क्रिस्टल जाली के थर्मल कंपन चालन इलेक्ट्रॉनों की निरंतर गति का समर्थन करते हैं, जिसकी गति कमरे के तापमान पर 10 6 मीटर/सेकेंड तक पहुंच जाती है। चूँकि यह गति अराजक है, इससे विद्युत धारा उत्पन्न नहीं होती। जब एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो एक छोटा सा समग्र बहाव दिखाई देता है। किसी चालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों का यह बहाव एक विद्युत धारा है। चूँकि इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं, धारा की दिशा उनके बहाव की दिशा के विपरीत होती है।

संभावित अंतर।

संधारित्र के गुणों का वर्णन करने के लिए संभावित अंतर की अवधारणा का परिचय देना आवश्यक है। यदि संधारित्र की एक प्लेट पर धनात्मक आवेश है, और दूसरी पर समान परिमाण का ऋणात्मक आवेश है, तो धनात्मक आवेश के एक अतिरिक्त भाग को ऋणात्मक प्लेट से धनात्मक प्लेट में स्थानांतरित करने के लिए कार्य करना आवश्यक है नकारात्मक आवेशों के आकर्षण और सकारात्मक आवेशों के प्रतिकर्षण के विरुद्ध। प्लेटों के बीच संभावित अंतर को परीक्षण चार्ज को इस चार्ज के परिमाण में स्थानांतरित करने के लिए किए गए कार्य के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है; यह माना जाता है कि परीक्षण चार्ज उस चार्ज से काफी कम है जो प्रारंभ में प्रत्येक प्लेट पर था। सूत्रीकरण को थोड़ा संशोधित करके, हम किन्हीं दो बिंदुओं के बीच संभावित अंतर को परिभाषित कर सकते हैं, जो कहीं भी स्थित हो सकते हैं: करंट ले जाने वाले तार पर, संधारित्र की विभिन्न प्लेटों पर, या बस अंतरिक्ष में। यह परिभाषा इस प्रकार है: अंतरिक्ष में दो बिंदुओं के बीच संभावित अंतर परीक्षण चार्ज के परिमाण के लिए कम क्षमता वाले बिंदु से उच्च क्षमता वाले बिंदु तक परीक्षण चार्ज को ले जाने पर खर्च किए गए कार्य के अनुपात के बराबर है। फिर, यह माना जाता है कि परीक्षण चार्ज इतना छोटा है कि मापा संभावित अंतर पैदा करने वाले चार्ज के वितरण में गड़बड़ी नहीं होगी। संभावित अंतर वीवोल्ट (V) में मापा जाता है बशर्ते कि कार्य डब्ल्यूजूल (जे) और परीक्षण प्रभार में व्यक्त किया गया है क्यू- पेंडेंट (सीएल) में।

क्षमता।

एक संधारित्र की धारिता उसकी दो प्लेटों में से किसी पर आवेश के निरपेक्ष मान के अनुपात के बराबर होती है (याद रखें कि उनके आवेश केवल चिह्न में भिन्न होते हैं) और प्लेटों के बीच संभावित अंतर:

क्षमता सीयदि आवेश हो तो फैराड (एफ) में मापा जाता है क्यूकूलम्ब (सी) में व्यक्त किया जाता है, और संभावित अंतर वोल्ट (वी) में व्यक्त किया जाता है। माप की जिन दो इकाइयों का अभी उल्लेख किया गया है, वोल्ट और फैराड, का नाम वैज्ञानिकों ए. वोल्टा और एम. फैराडे के नाम पर रखा गया है।

फैराड इतनी बड़ी इकाई बन गई कि अधिकांश कैपेसिटर की धारिता माइक्रोफ़ारड (10-6 F) या पिकोफ़ारड (10-12 F) में व्यक्त की जाती है।

विद्युत क्षेत्र।

विद्युत आवेशों के निकट, एक विद्युत क्षेत्र होता है, जिसका परिमाण अंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु पर, परिभाषा के अनुसार, इस बिंदु पर रखे गए बिंदु परीक्षण आवेश पर कार्य करने वाले बल के अनुपात और परीक्षण आवेश के परिमाण के बराबर होता है, फिर बशर्ते कि परीक्षण शुल्क काफी छोटा हो और क्षेत्र बनाने वाले शुल्कों के वितरण में परिवर्तन न हो। इस परिभाषा के अनुसार, आवेश पर कार्य करने वाला बल क्यूबल एफऔर विद्युत क्षेत्र की ताकत इसंबंध से संबंधित

फैराडे ने विद्युत क्षेत्र रेखाओं का विचार प्रस्तुत किया जो धनात्मक से प्रारंभ होकर ऋणात्मक आवेश पर समाप्त होती है। इस मामले में, क्षेत्र रेखाओं का घनत्व (मोटाई) क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होता है, और किसी दिए गए बिंदु पर क्षेत्र की दिशा क्षेत्र रेखा की स्पर्श रेखा की दिशा से मेल खाती है। बाद में, के. गॉस (1777-1855) ने इस अनुमान की वैधता की पुष्टि की। कूलम्ब द्वारा स्थापित व्युत्क्रम वर्ग नियम (1) के आधार पर, उन्होंने गणितीय रूप से कठोरता से दिखाया कि यदि फैराडे के विचारों के अनुसार बल की रेखाएं बनाई जाती हैं, तो वे सकारात्मक आवेशों से शुरू होकर नकारात्मक आवेशों पर समाप्त होने वाली खाली जगह में निरंतर होती हैं। इस सामान्यीकरण को गॉस प्रमेय कहा जाता है। यदि प्रत्येक आवेश से निकलने वाली बल रेखाओं की कुल संख्या क्यू, बराबर है क्यू/इ 0, तो किसी भी बिंदु पर रेखाओं का घनत्व (अर्थात इस बिंदु पर लंबवत रखे गए एक काल्पनिक छोटे क्षेत्र को पार करने वाली रेखाओं की संख्या का इस क्षेत्र के क्षेत्रफल से अनुपात) विद्युत क्षेत्र के परिमाण के बराबर होता है इस बिंदु पर ताकत, या तो एन/सी, या वी/एम में व्यक्त की जाती है।

सबसे सरल संधारित्र में एक दूसरे के करीब स्थित दो समानांतर संचालन प्लेटें होती हैं। संधारित्र को चार्ज करते समय, प्लेटें समान लेकिन विपरीत चार्ज प्राप्त करती हैं, किनारों को छोड़कर, प्रत्येक प्लेट पर समान रूप से वितरित होती हैं। गॉस के प्रमेय के अनुसार, ऐसी प्लेटों के बीच क्षेत्र की ताकत स्थिर और बराबर होती है इ = क्यू/इ 0ए, कहाँ क्यूधनात्मक रूप से आवेशित प्लेट पर आवेश है, और ए- प्लेट क्षेत्र. संभावित अंतर की परिभाषा के आधार पर, हमारे पास कहां है डी– प्लेटों के बीच की दूरी. इस प्रकार, वी = Qd/इ 0ए, और ऐसे समतल-समानांतर संधारित्र की धारिता बराबर है:

कहाँ सीफैराड में व्यक्त किया गया है, और एऔर डी, क्रमशः, एम 2 और एम में।

डी.सी.

1780 में, एल. गैलवानी (1737-1798) ने देखा कि इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीन से एक मृत मेंढक के पैर पर लगाए गए चार्ज के कारण पैर तेजी से हिल गया। इसके अलावा, मेंढक के पैर, जो लोहे की प्लेट के ऊपर उसकी रीढ़ की हड्डी में डाले गए पीतल के तार पर लगे हुए थे, हर बार प्लेट को छूने पर हिलते थे। गैलवानी ने इसकी सही व्याख्या करते हुए कहा कि तंत्रिका तंतुओं से गुजरने वाले विद्युत आवेश मेंढक की मांसपेशियों को सिकोड़ने का कारण बनते हैं। आवेशों की इस गति को गैल्वेनिक धारा कहा जाता था।

गैलवानी द्वारा किए गए प्रयोगों के बाद, वोल्टा (1745-1827) ने तथाकथित वोल्टाइक कॉलम का आविष्कार किया - श्रृंखला में जुड़े कई विद्युत रासायनिक तत्वों की एक गैल्वेनिक बैटरी। उनकी बैटरी में नम कागज द्वारा अलग किए गए बारी-बारी से तांबे और जस्ता के घेरे शामिल थे, और एक इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीन के रूप में समान घटनाओं को देखने की अनुमति दी गई थी।

वोल्टा के प्रयोगों को दोहराते हुए, 1800 में निकोलसन और कार्लाइल ने पाया कि विद्युत प्रवाह के माध्यम से कॉपर सल्फेट के घोल से तांबे के कंडक्टर पर तांबा जमा करना संभव है। वोलास्टन (1766-1828) ने इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीन का उपयोग करके समान परिणाम प्राप्त किए। एम. फैराडे (1791-1867) ने 1833 में दिखाया कि किसी निश्चित मात्रा में आवेश द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पन्न तत्व का द्रव्यमान उसके परमाणु द्रव्यमान को उसकी संयोजकता से विभाजित करने के समानुपाती होता है। इस स्थिति को अब इलेक्ट्रोलिसिस के लिए फैराडे का नियम कहा जाता है।

चूँकि विद्युत धारा विद्युत आवेशों का स्थानांतरण है, इसलिए धारा की इकाई को कूलॉम में आवेश के रूप में परिभाषित करना स्वाभाविक है जो हर सेकंड किसी दिए गए क्षेत्र से गुजरता है। ए एम्पीयर (1775-1836) के सम्मान में 1 सी/एस की धारा शक्ति को एम्पीयर नाम दिया गया, जिन्होंने विद्युत धारा की क्रिया से जुड़े कई महत्वपूर्ण प्रभावों की खोज की।

ओम का नियम, प्रतिरोध और प्रतिरोधकता।

1826 में, जी. ओम (1787-1854) ने एक नई खोज की सूचना दी: एक धातु कंडक्टर में करंट, जब एक वोल्टायिक कॉलम के प्रत्येक अतिरिक्त खंड को सर्किट में पेश किया गया, उसी मात्रा में बढ़ गया। इसे ओम के नियम के रूप में संक्षेपित किया गया है। चूँकि वोल्टाइक कॉलम द्वारा निर्मित संभावित अंतर जुड़े हुए खंडों की संख्या के समानुपाती होता है, यह कानून बताता है कि संभावित अंतर वीकिसी चालक पर दो बिंदुओं के बीच, धारा द्वारा विभाजित मैंकंडक्टर में, स्थिर है और निर्भर नहीं करता है वीया मैं. नज़रिया

दो बिंदुओं के बीच किसी चालक का प्रतिरोध कहलाता है। संभावित अंतर होने पर प्रतिरोध को ओम (Ω) में मापा जाता है वीवोल्ट और करंट में व्यक्त किया गया मैं– एम्पीयर में. किसी धातु चालक का प्रतिरोध उसकी लंबाई के समानुपाती होता है एलऔर क्षेत्रफल के व्युत्क्रमानुपाती होता है एइसका क्रॉस सेक्शन. यह तब तक स्थिर रहता है जब तक इसका तापमान स्थिर रहता है। आमतौर पर इन प्रावधानों को सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है

कहाँ आर- प्रतिरोधकता (ओम), कंडक्टर की सामग्री और उसके तापमान पर निर्भर करती है। प्रतिरोधकता के तापमान गुणांक को मान में सापेक्ष परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है आरजब तापमान में एक डिग्री का परिवर्तन होता है. तालिका कमरे के तापमान पर मापी गई कुछ सामान्य सामग्रियों की प्रतिरोधकता और तापमान गुणांक दिखाती है। शुद्ध धातुओं की प्रतिरोधकता आम तौर पर मिश्र धातुओं की तुलना में कम होती है, और तापमान गुणांक अधिक होता है। डाइलेक्ट्रिक्स, विशेष रूप से सल्फर और अभ्रक की प्रतिरोधकता, धातुओं की तुलना में बहुत अधिक है; अनुपात 10 23 के मान तक पहुँच जाता है। ढांकता हुआ और अर्धचालकों के तापमान गुणांक नकारात्मक हैं और अपेक्षाकृत बड़े मूल्य हैं।

कमरे के तापमान पर पारंपरिक सामग्रियों की प्रतिरोधकता और तापमान गुणांक
तत्व	प्रतिरोधकता, हे भगवान	तापमान गुणांक, 1/° C
चाँदी
सोना
ताँबा
अल्युमीनियम
टंगस्टन
निकल
कार्बन
गंधक
मिश्र धातु या यौगिक	प्रतिरोधकता, हे भगवान	तापमान गुणांक, 1/°С
कॉन्स्टेंटन 45 नी-55 घन
निक्रोम Ni-Cr-Fe
एक प्रकार का प्लास्टिक
काँच
अभ्रक

विद्युत धारा का ऊष्मीय प्रभाव.

विद्युत धारा का ऊष्मीय प्रभाव पहली बार 1801 में देखा गया, जब विद्युत धारा विभिन्न धातुओं को पिघलाने में कामयाब रही। इस घटना का पहला औद्योगिक अनुप्रयोग 1808 में हुआ, जब बारूद के लिए एक इलेक्ट्रिक इग्नाइटर प्रस्तावित किया गया था। हीटिंग और प्रकाश व्यवस्था के लिए पहला कार्बन आर्क 1802 में पेरिस में प्रदर्शित किया गया था। चारकोल इलेक्ट्रोड को 120 तत्वों वाले वोल्टाइक कॉलम के ध्रुवों से जोड़ा गया था, और जब दो कार्बन इलेक्ट्रोड को संपर्क में लाया गया और फिर अलग किया गया, तो एक "शानदार डिस्चार्ज" हुआ। असाधारण चमक।"

विद्युत धारा के ऊष्मीय प्रभाव की जांच करते हुए, जे. जूल (1818-1889) ने एक प्रयोग किया जिसने ऊर्जा के संरक्षण के नियम के लिए एक ठोस आधार प्रदान किया। जूल यह दिखाने वाला पहला व्यक्ति था कि किसी चालक में धारा बनाए रखने के लिए जो रासायनिक ऊर्जा खर्च की जाती है, वह धारा प्रवाहित होने के दौरान चालक में निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा के लगभग बराबर होती है। उन्होंने यह भी स्थापित किया कि किसी चालक में उत्पन्न ऊष्मा धारा के वर्ग के समानुपाती होती है। यह अवलोकन ओम के नियम दोनों के अनुरूप है ( वी = आईआर), और संभावित अंतर का निर्धारण करने के साथ ( वी = डब्ल्यू/क्यू). समय में प्रत्यक्ष धारा के मामले में टीचार्ज कंडक्टर से होकर गुजरता है क्यू = यह. इसलिए, चालक में ऊष्मा में परिवर्तित विद्युत ऊर्जा बराबर है:

इस ऊर्जा को जूल ऊष्मा कहा जाता है और यदि धारा प्रवाहित होती है तो इसे जूल (J) में व्यक्त किया जाता है मैंएम्पीयर में व्यक्त, आर– ओम में, और टी- कुछ लम्हों में।

प्रत्यक्ष धारा परिपथों के लिए विद्युत ऊर्जा के स्रोत।

जब एक सर्किट के माध्यम से प्रत्यक्ष विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो विद्युत ऊर्जा का ऊष्मा में समान रूप से निरंतर रूपांतरण होता है। करंट बनाए रखने के लिए यह आवश्यक है कि सर्किट के कुछ हिस्सों में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न की जाए। वोल्टाइक कॉलम और अन्य रासायनिक वर्तमान स्रोत रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने वाले अन्य उपकरणों पर अगले अनुभागों में चर्चा की गई है। वे सभी विद्युत "पंप" की तरह कार्य करते हैं जो निरंतर विद्युत क्षेत्र द्वारा उत्पन्न बलों के विरुद्ध विद्युत आवेशों को स्थानांतरित करते हैं।

वर्तमान स्रोत का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) है। किसी धारा स्रोत की ईएमएफ को धारा की अनुपस्थिति में (खुले बाहरी सर्किट के साथ) उसके टर्मिनलों पर संभावित अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है और इसे वोल्ट में मापा जाता है।

थर्मोइलेक्ट्रिसिटी।

1822 में, टी. सीबेक ने पाया कि दो अलग-अलग धातुओं से बने सर्किट में, यदि उनके कनेक्शन का एक बिंदु दूसरे की तुलना में अधिक गर्म होता है, तो करंट उत्पन्न होता है। ऐसे सर्किट को थर्मोएलिमेंट कहा जाता है। 1834 में, जे. पेल्टियर ने स्थापित किया कि जब दो धातुओं के जंक्शन से करंट गुजरता है, तो गर्मी एक दिशा में अवशोषित होती है और दूसरी दिशा में निकलती है। इस प्रतिवर्ती प्रभाव की भयावहता जंक्शन सामग्री और उसके तापमान पर निर्भर करती है। प्रत्येक थर्मोएलिमेंट जंक्शन में एक ईएमएफ होता है ईजे = डब्ल्यू जे/क्यू, कहाँ डब्ल्यू जे- आवेश गति की एक दिशा में तापीय ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है क्यू, या विद्युत ऊर्जा जो किसी चार्ज को एक अलग दिशा में ले जाने पर ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। ये ईएमएफ दिशा में विपरीत हैं, लेकिन जंक्शन तापमान भिन्न होने पर आमतौर पर एक दूसरे के बराबर नहीं होते हैं।

डब्ल्यू. थॉमसन (1824-1907) ने स्थापित किया कि थर्मोएलिमेंट का कुल ईएमएफ दो से नहीं, बल्कि चार ईएमएफ से बना होता है। जंक्शनों पर उत्पन्न होने वाले ईएमएफ के अलावा, थर्मोकपल बनाने वाले कंडक्टरों में तापमान के अंतर के कारण दो अतिरिक्त ईएमएफ होते हैं। इन्हें थॉमसन ईएमएफ नाम दिया गया।

सीबेक और पेल्टियर प्रभाव.

थर्मोकपल एक "हीट इंजन" है, जो कुछ मामलों में भाप टरबाइन द्वारा संचालित वर्तमान जनरेटर के समान है, लेकिन बिना हिले हुए हिस्सों के। टर्बो जनरेटर की तरह, यह गर्मी को उच्च तापमान वाले "हीटर" से निकालकर और उस गर्मी के कुछ हिस्से को कम तापमान वाले "रेफ्रिजरेटर" में स्थानांतरित करके बिजली में परिवर्तित करता है। थर्मोएलिमेंट में, जो ऊष्मा इंजन की तरह काम करता है, "हीटर" गर्म जंक्शन पर स्थित होता है, और "कूलर" ठंडे जंक्शन पर स्थित होता है। यह तथ्य कि कम तापमान पर ऊष्मा नष्ट हो जाती है, तापीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की सैद्धांतिक दक्षता को सीमित कर देती है ( टी 1 – टी 2)/टी 1 कहाँ टी 1 और टी 2 - "हीटर" और "कूलर" का पूर्ण तापमान। थर्मोएलिमेंट की दक्षता में अतिरिक्त कमी "हीटर" से "कूलर" में गर्मी हस्तांतरण के कारण होने वाली गर्मी की हानि के कारण होती है। सेमी. गर्मी;थर्मोडायनामिक्स।

थर्मोपाइल में ऊष्मा का विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण आमतौर पर सीबेक प्रभाव कहा जाता है। थर्मोकपल, जिन्हें थर्मोकपल कहा जाता है, का उपयोग तापमान मापने के लिए किया जाता है, विशेष रूप से दुर्गम स्थानों में। यदि एक जंक्शन एक नियंत्रित बिंदु पर है, और दूसरा कमरे के तापमान पर है, जो ज्ञात है, तो थर्मो-ईएमएफ नियंत्रित बिंदु पर तापमान के माप के रूप में कार्य करता है। औद्योगिक पैमाने पर गर्मी को सीधे बिजली में बदलने के लिए थर्मोएलिमेंट्स के उपयोग में काफी प्रगति हुई है।

यदि किसी बाहरी स्रोत से करंट को थर्मोएलिमेंट से गुजारा जाता है, तो ठंडा जंक्शन गर्मी को अवशोषित करेगा, और गर्म जंक्शन इसे छोड़ देगा। इस घटना को पेल्टियर प्रभाव कहा जाता है। इस प्रभाव का उपयोग ठंडे जंक्शनों का उपयोग करके ठंडा करने या गर्म जंक्शनों का उपयोग करके हीटिंग के लिए किया जा सकता है। गर्म जंक्शन द्वारा जारी तापीय ऊर्जा ठंडे जंक्शन को आपूर्ति की गई गर्मी की कुल मात्रा से आपूर्ति की गई विद्युत ऊर्जा के अनुरूप मात्रा से अधिक होती है। इस प्रकार, गर्म जंक्शन डिवाइस को आपूर्ति की गई विद्युत ऊर्जा की कुल मात्रा के अनुरूप अधिक गर्मी उत्पन्न करता है। सिद्धांत रूप में, बाहर के ठंडे जंक्शनों और घर के अंदर के गर्म जंक्शनों के साथ श्रृंखला में जुड़े बड़ी संख्या में थर्मोलेमेंट्स का उपयोग ताप पंप के रूप में किया जा सकता है, जो कम तापमान वाले क्षेत्र से उच्च तापमान वाले क्षेत्र में गर्मी पंप करता है। सैद्धांतिक रूप से, विद्युत ऊर्जा की लागत की तुलना में तापीय ऊर्जा में लाभ हो सकता है टी 1 /(टी 1 – टी 2).

दुर्भाग्य से, अधिकांश सामग्रियों के लिए प्रभाव इतना छोटा है कि व्यवहार में बहुत अधिक थर्मोकपल की आवश्यकता होगी। इसके अलावा, पेल्टियर प्रभाव की प्रयोज्यता धातु सामग्री के मामले में तापीय चालकता के कारण गर्म जंक्शन से ठंडे जंक्शन तक गर्मी हस्तांतरण को कुछ हद तक सीमित करती है। सेमीकंडक्टर अनुसंधान ने कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त रूप से बड़े पेल्टियर प्रभाव वाली सामग्रियों का निर्माण किया है। पेल्टियर प्रभाव विशेष रूप से मूल्यवान होता है जब दुर्गम क्षेत्रों को ठंडा करना आवश्यक होता है जहां पारंपरिक शीतलन विधियां अनुपयुक्त होती हैं। ऐसे उपकरणों का उपयोग ठंडा करने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष यान में उपकरण।

विद्युतरासायनिक प्रभाव.

1842 में, जी. हेल्महोल्ट्ज़ ने प्रदर्शित किया कि वोल्टाइक कॉलम जैसे वर्तमान स्रोत में, रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, और इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में, विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। शुष्क सेल (पारंपरिक बैटरी) और रिचार्जेबल बैटरी जैसे रासायनिक ऊर्जा स्रोत बेहद व्यावहारिक साबित हुए हैं। किसी बैटरी को इष्टतम विद्युत धारा के साथ चार्ज करते समय, उसे प्रदान की गई अधिकांश विद्युत ऊर्जा रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जिसका उपयोग बैटरी के डिस्चार्ज होने पर किया जा सकता है। बैटरी को चार्ज और डिस्चार्ज करते समय, कुछ ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है; ये ऊष्मा हानियाँ बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध के कारण होती हैं। ऐसे वर्तमान स्रोत का ईएमएफ खुले सर्किट स्थितियों में इसके टर्मिनलों पर संभावित अंतर के बराबर होता है, जब कोई वोल्टेज ड्रॉप नहीं होता है आईआरआंतरिक प्रतिरोध पर.

डीसी सर्किट.

एक साधारण सर्किट में प्रत्यक्ष धारा की गणना करने के लिए, आप वोल्टाइक कॉलम का अध्ययन करते समय ओम द्वारा खोजे गए कानून का उपयोग कर सकते हैं:

कहाँ आर– सर्किट प्रतिरोध और वी- स्रोत का ईएमएफ।

यदि प्रतिरोधों के साथ कई प्रतिरोधक आर 1 , आर 2, आदि श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, फिर उनमें से प्रत्येक में करंट है मैंसमान है और कुल संभावित अंतर व्यक्तिगत संभावित अंतरों के योग के बराबर है (चित्र 1, ए). कुल प्रतिरोध को प्रतिरोध के रूप में परिभाषित किया जा सकता है आर एसप्रतिरोधों के एक समूह का श्रृंखला कनेक्शन। इस समूह पर संभावित अंतर बराबर है

यदि प्रतिरोधक समानांतर में जुड़े हुए हैं, तो समूह में संभावित अंतर प्रत्येक व्यक्तिगत प्रतिरोधक में संभावित अंतर के साथ मेल खाता है (चित्र 1, बी). प्रतिरोधों के एक समूह के माध्यम से कुल धारा व्यक्तिगत प्रतिरोधों के माध्यम से धाराओं के योग के बराबर होती है, अर्थात।

क्योंकि मैं 1 = वी/आर 1 , मैं 2 = वी/आर 2 , मैं 3 = वी/आर 3, आदि, समूह समानांतर कनेक्शन प्रतिरोध आर.पीसंबंध द्वारा निर्धारित होता है

किसी भी प्रकार के प्रत्यक्ष धारा सर्किट के साथ समस्याओं को हल करते समय, आपको सबसे पहले संबंधों (9) और (10) का उपयोग करके समस्या को यथासंभव सरल बनाना होगा।

किरचॉफ के नियम.

जी. किरचॉफ (1824-1887) ने ओम के नियम का विस्तार से अध्ययन किया और विद्युत परिपथों में प्रत्यक्ष धाराओं की गणना के लिए एक सामान्य विधि विकसित की, जिसमें ईएमएफ के कई स्रोत भी शामिल थे। यह विधि दो नियमों पर आधारित है जिन्हें किरचॉफ के नियम कहा जाता है:

1. परिपथ में किसी भी नोड पर सभी धाराओं का बीजगणितीय योग शून्य के बराबर है।

2. सभी संभावित अंतरों का बीजगणितीय योग आईआरकिसी भी बंद लूप में इस बंद लूप में सभी ईएमएफ के बीजगणितीय योग के बराबर है।

magnetostatics

मैग्नेटोस्टैटिक्स उन बलों से संबंधित है जो स्थायी चुंबकत्व वाले पिंडों के बीच उत्पन्न होते हैं।

प्राकृतिक चुम्बकों के गुण थेल्स ऑफ मिलिटस (लगभग 600 ईसा पूर्व) और प्लेटो (427-347 ईसा पूर्व) के कार्यों में बताए गए हैं। "चुम्बक" शब्द की उत्पत्ति इस तथ्य के कारण हुई कि प्राकृतिक चुम्बकों की खोज यूनानियों द्वारा मैग्नेशिया (थिस्सलि) में की गई थी। 11वीं सदी तक. प्राकृतिक चुम्बकों से कम्पास के निर्माण और नेविगेशन में उनके उपयोग के बारे में चीनी शेन कुआ और चू यू के संदेश को संदर्भित करता है। यदि प्राकृतिक चुंबक से बनी एक लंबी सुई को एक अक्ष पर संतुलित किया जाता है जो इसे क्षैतिज विमान में स्वतंत्र रूप से घूमने की अनुमति देता है, तो इसका एक छोर हमेशा उत्तर की ओर और दूसरा दक्षिण की ओर होता है। उत्तर की ओर इशारा करने वाले सिरे को चिह्नित करके, आप दिशा निर्धारित करने के लिए ऐसे कंपास का उपयोग कर सकते हैं। ऐसी सुई के सिरों पर चुंबकीय प्रभाव केंद्रित होते थे, और इसलिए उन्हें ध्रुव (क्रमशः उत्तर और दक्षिण) कहा जाता था।

डब्ल्यू गिल्बर्ट द्वारा कार्य चुंबक के बारे में (डी मैग्नेट, 1600) वैज्ञानिक दृष्टिकोण से चुंबकीय घटनाओं का अध्ययन करने का पहला ज्ञात प्रयास था। इस कार्य में बिजली और चुंबकत्व के बारे में तत्कालीन उपलब्ध जानकारी के साथ-साथ लेखक के स्वयं के प्रयोगों के परिणाम भी शामिल हैं।

लोहे, स्टील और कुछ अन्य सामग्रियों से बनी छड़ें प्राकृतिक चुम्बकों के संपर्क में आने पर चुम्बकित हो जाती हैं, और प्राकृतिक चुम्बकों की तरह लोहे के छोटे टुकड़ों को आकर्षित करने की उनकी क्षमता आमतौर पर छड़ों के सिरों पर स्थित ध्रुवों के पास होती है। विद्युत आवेश की तरह ध्रुव भी दो प्रकार के होते हैं। जैसे ध्रुव एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं और विपरीत ध्रुव आकर्षित करते हैं। प्रत्येक चुंबक में समान शक्ति और विपरीत चिन्ह वाले दो ध्रुव होते हैं। विद्युत आवेशों के विपरीत, जिन्हें एक दूसरे से अलग किया जा सकता है, ध्रुवों के जोड़े अविभाज्य निकले। यदि किसी चुम्बकित छड़ को ध्रुवों के बीच में सावधानी से देखा जाए तो समान शक्ति के दो नए ध्रुव दिखाई देते हैं। चूँकि विद्युत आवेश चुंबकीय ध्रुवों को प्रभावित नहीं करते हैं और इसके विपरीत, विद्युत और चुंबकीय घटनाओं को लंबे समय से प्रकृति में पूरी तरह से अलग माना जाता है।

कूलम्ब ने ध्रुवों के आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों के लिए कानून स्थापित किया, दो बिंदु आवेशों के बीच कार्य करने वाली शक्तियों के लिए कानून का पता लगाने के लिए उन्होंने उसी पैमाने का उपयोग किया। यह पता चला कि बिंदु ध्रुवों के बीच लगने वाला बल उनके "आकार" के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यह कानून फॉर्म में लिखा है

कहाँ पीऔर पीў - ध्रुवों का "परिमाण", आरउनके बीच की दूरी है, और किमी– आनुपातिकता गुणांक, जो उपयोग की गई माप की इकाइयों पर निर्भर करता है। आधुनिक भौतिकी में, चुंबकीय ध्रुवों के परिमाण पर विचार करना छोड़ दिया गया है (अगले भाग में बताए गए कारणों के लिए), इसलिए यह कानून मुख्य रूप से ऐतिहासिक रुचि का है।

विद्युत धारा का चुंबकीय प्रभाव

1820 में, जी. ओर्स्टेड (1777-1851) ने पाया कि एक विद्युत धारा प्रवाहित करने वाला कंडक्टर चुंबकीय सुई पर कार्य करता है और उसे घुमाता है। ठीक एक हफ्ते बाद, एम्पीयर ने दिखाया कि एक ही दिशा में करंट वाले दो समानांतर कंडक्टर एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। बाद में, उन्होंने सुझाव दिया कि सभी चुंबकीय घटनाएं धाराओं के कारण होती हैं, और स्थायी चुंबकों के चुंबकीय गुण इन चुंबकों के अंदर लगातार प्रसारित होने वाली धाराओं से जुड़े होते हैं। यह धारणा आधुनिक विचारों से पूर्णतः सुसंगत है। सेमी।पदार्थ के चुंबक और चुंबकीय गुण।

आसपास के स्थान में विद्युत आवेशों द्वारा निर्मित विद्युत क्षेत्रों की विशेषता एक इकाई परीक्षण आवेश पर लगने वाले बल से होती है। चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय सामग्री और विद्युत प्रवाह ले जाने वाले कंडक्टरों के आसपास उत्पन्न होते हैं, जिन्हें शुरू में "एकल" परीक्षण ध्रुव पर कार्य करने वाले बल द्वारा चित्रित किया गया था। हालाँकि चुंबकीय क्षेत्र की ताकत निर्धारित करने की इस पद्धति का अब उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र की दिशा निर्धारित करने में इस दृष्टिकोण को बरकरार रखा गया है। यदि एक छोटी चुंबकीय सुई को उसके द्रव्यमान के केंद्र पर लटका दिया जाता है और वह किसी भी दिशा में स्वतंत्र रूप से घूम सकती है, तो उसका अभिविन्यास चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को इंगित करेगा।

चुंबकीय क्षेत्र की विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए चुंबकीय ध्रुवों का उपयोग कई कारणों से छोड़ना पड़ा: सबसे पहले, एक अलग ध्रुव को अलग करना असंभव है; दूसरे, ध्रुव की न तो स्थिति और न ही परिमाण का सटीक निर्धारण किया जा सकता है; तीसरा, चुंबकीय ध्रुव अनिवार्य रूप से काल्पनिक अवधारणाएं हैं, क्योंकि वास्तव में चुंबकीय प्रभाव विद्युत आवेशों की गति के कारण होते हैं। तदनुसार, चुंबकीय क्षेत्रों को अब उस बल से पहचाना जाता है जिसके साथ वे वर्तमान-वाहक कंडक्टरों पर कार्य करते हैं। चित्र में. 2 एक विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर को दर्शाता है मैं, चित्र के तल में पड़ा हुआ; धारा की दिशा मैंएक तीर से दर्शाया गया है. कंडक्टर एक समान चुंबकीय क्षेत्र में है, जिसकी दिशा ड्राइंग के विमान के समानांतर है और एक कोण बनाती है एफधारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर की दिशा के साथ। चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण का परिमाण बीअभिव्यक्ति द्वारा दिया गया है

कहाँ एफ- वह बल जिसके साथ क्षेत्र बीलम्बाई के किसी चालक तत्व पर कार्य करता है एलकरंट के साथ मैं. बल की दिशा एफचुंबकीय क्षेत्र की दिशा और धारा की दिशा दोनों के लंबवत। चित्र में. 2 यह बल चित्र के तल के लंबवत है और पाठक से दूर निर्देशित है। आकार बीसिद्धांततः कंडक्टर को घुमाकर निर्धारित किया जा सकता है एफजिस पर अधिकतम मूल्य तक नहीं पहुंच पाएगा बी = एफअधिकतम/ आईएल. कंडक्टर को ताकत तक घुमाकर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा भी निर्धारित की जा सकती है एफशून्य पर नहीं जाएगा, अर्थात कंडक्टर समानांतर होगा बी. हालाँकि इन नियमों को व्यवहार में लागू करना कठिन है, चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण और दिशा को निर्धारित करने के लिए प्रयोगात्मक तरीके इन पर आधारित हैं। धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर पर लगने वाला बल आमतौर पर फॉर्म में लिखा जाता है

जे. बायोट (1774-1862) और एफ. सावार्ड (1791-1841) ने एक कानून निकाला जो विद्युत धाराओं के ज्ञात वितरण द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र की गणना करने की अनुमति देता है, अर्थात्

कहाँ बी- कम लंबाई वाले कंडक्टर तत्व द्वारा निर्मित चुंबकीय प्रेरण एलकरंट के साथ मैं. इस वर्तमान तत्व द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र की दिशा चित्र में दिखाई गई है। 3, जहां मात्राओं को भी समझाया गया है आरऔर एफ. आनुपातिकता कारक कमाप की इकाइयों की पसंद पर निर्भर करता है। अगर मैंएम्पीयर में व्यक्त, एलऔर आर- मीटर में, और बी- टेस्ला (टी) में, फिर क = एम 0/4पी= 10-7 एच/मीटर. परिमाण और दिशा निर्धारित करने के लिए बीअंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर जो बड़ी लंबाई और मनमाने आकार का एक कंडक्टर बनाता है, आपको मानसिक रूप से कंडक्टर को छोटे खंडों में विभाजित करना चाहिए और मूल्यों की गणना करनी चाहिए बीऔर अलग-अलग खंडों द्वारा बनाए गए फ़ील्ड की दिशा निर्धारित करें, और फिर इन अलग-अलग फ़ील्ड को वेक्टर रूप से जोड़ें। उदाहरण के लिए, यदि वर्तमान मैंकिसी चालक में त्रिज्या का एक वृत्त बनता है ए, दक्षिणावर्त निर्देशित है, तो वृत्त के केंद्र पर क्षेत्र की गणना आसानी से की जाती है। सूत्र (13) में दूरी आरचालक के प्रत्येक तत्व से लेकर वृत्त के केंद्र तक का मान बराबर होता है एऔर एफ= 90°. इसके अलावा, प्रत्येक तत्व द्वारा बनाया गया क्षेत्र वृत्त के तल के लंबवत है और पाठक से दूर निर्देशित है। सभी क्षेत्रों को जोड़ने पर, हमें केंद्र में चुंबकीय प्रेरण मिलता है:

एक बहुत लंबे सीधे धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर द्वारा बनाए गए कंडक्टर के पास क्षेत्र का पता लगाने के लिए मैं, क्षेत्रों का योग करने के लिए आपको एकीकरण का सहारा लेना होगा। इस प्रकार पाया गया फ़ील्ड इसके बराबर है:

कहाँ आर- कंडक्टर से लंबवत दूरी. इस अभिव्यक्ति का उपयोग एम्पीयर की वर्तमान में स्वीकृत परिभाषा में किया जाता है।

गैल्वेनोमीटर।

संबंध (12) आपको विद्युत धाराओं की शक्तियों की तुलना करने की अनुमति देता है। इस उद्देश्य के लिए बनाए गए उपकरण को गैल्वेनोमीटर कहा जाता है। इस तरह का पहला उपकरण 1820 में आई. श्वेइगर द्वारा बनाया गया था। यह तार का एक कुंडल था, जिसके अंदर एक चुंबकीय सुई लटकी हुई थी। मापी गई धारा को कुंडली के माध्यम से प्रवाहित किया गया और सुई के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया गया। सूचक को वर्तमान ताकत के आनुपातिक टोक़ के अधीन किया गया था, जो निलंबन धागे की लोच के कारण संतुलित था। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र विकृतियाँ लाता है, लेकिन सुई को स्थायी चुम्बकों से घेरकर इसके प्रभाव को समाप्त किया जा सकता है। 1858 में, डब्ल्यू. थॉमसन, जिन्हें लॉर्ड केल्विन के नाम से जाना जाता है, ने पॉइंटर में एक दर्पण लगाया और कई अन्य सुधार पेश किए जिससे गैल्वेनोमीटर की संवेदनशीलता में काफी वृद्धि हुई। ऐसे गैल्वेनोमीटर चल सूचक वाले उपकरणों के वर्ग से संबंधित हैं।

यद्यपि मूविंग-पॉइंटर गैल्वेनोमीटर को बेहद संवेदनशील बनाया जा सकता है, लेकिन इसे स्थायी चुंबक के ध्रुवों के बीच रखे गए मूविंग कॉइल या फ्रेम वाले डिवाइस द्वारा लगभग पूरी तरह से हटा दिया गया है। गैल्वेनोमीटर में बड़े घोड़े की नाल चुंबक का चुंबकीय क्षेत्र पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में इतना मजबूत होता है कि बाद के प्रभाव को नजरअंदाज किया जा सकता है (चित्र 4)। चल फ्रेम वाला एक गैल्वेनोमीटर 1836 में डब्ल्यू. स्टर्जन (1783-1850) द्वारा प्रस्तावित किया गया था, लेकिन इसे तब तक उचित मान्यता नहीं मिली जब तक कि 1882 में जे. डी'आर्सोनवल ने इस उपकरण का आधुनिक संस्करण नहीं बनाया।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन।

ओर्स्टेड द्वारा यह स्थापित करने के बाद कि प्रत्यक्ष धारा चुंबक पर कार्य करते हुए एक टॉर्क पैदा करती है, चुंबक की उपस्थिति के कारण होने वाली धारा का पता लगाने के लिए कई प्रयास किए गए। हालाँकि, चुम्बक बहुत कमज़ोर थे और करंट मापने के तरीके किसी भी प्रभाव का पता लगाने के लिए बहुत कच्चे थे। अंत में, दो शोधकर्ताओं - अमेरिका में जे. हेनरी (1797-1878) और इंग्लैंड में एम. फैराडे (1791-1867) - ने 1831 में स्वतंत्र रूप से पता लगाया कि जब चुंबकीय क्षेत्र बदलता है, तो पास के संचालन सर्किट में अल्पकालिक धाराएं उत्पन्न होती हैं, लेकिन वहां यदि चुंबकीय क्षेत्र स्थिर रहता है तो कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

फैराडे का मानना ​​था कि न केवल विद्युत, बल्कि चुंबकीय क्षेत्र भी बल की रेखाएं हैं जो अंतरिक्ष को भरती हैं। किसी मनमानी सतह को पार करने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की संख्या एस, मान F से मेल खाता है, जिसे चुंबकीय प्रवाह कहा जाता है:

कहाँ बटालियन- चुंबकीय क्षेत्र प्रक्षेपण बीक्षेत्र तत्व के सामान्य से डी एस. चुंबकीय प्रवाह की इकाई को वेबर (डब्ल्यूबी) कहा जाता है; 1 डब्ल्यूबी = 1 टीएलसीएचएम 2.

फैराडे ने बदलते चुंबकीय क्षेत्र (चुंबकीय प्रेरण का नियम) द्वारा तार के एक बंद लूप में प्रेरित ईएमएफ का नियम तैयार किया। इस कानून के अनुसार, ऐसा ईएमएफ कुंडल के माध्यम से कुल चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है। एसआई इकाइयों में, आनुपातिकता गुणांक 1 है और इस प्रकार ईएमएफ (वोल्ट में) चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर (डब्ल्यूबी/एस में) के बराबर है। गणितीय रूप से इसे सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है

जहां ऋण चिह्न दर्शाता है कि इस ईएमएफ द्वारा निर्मित धाराओं के चुंबकीय क्षेत्र इस तरह निर्देशित हैं कि वे चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन को कम कर देते हैं। प्रेरित ईएमएफ की दिशा निर्धारित करने का यह नियम 1833 में ई. लेन्ज़ (1804-1865) द्वारा तैयार किए गए एक अधिक सामान्य नियम के अनुरूप है: प्रेरित ईएमएफ को इस तरह से निर्देशित किया जाता है कि यह उस कारण का प्रतिकार करता है जो इसका कारण बनता है। एक बंद सर्किट के मामले में जिसमें करंट उत्पन्न होता है, यह नियम सीधे ऊर्जा के संरक्षण के नियम से प्राप्त किया जा सकता है; यह नियम खुले सर्किट के मामले में प्रेरित ईएमएफ की दिशा निर्धारित करता है, जब प्रेरित धारा उत्पन्न नहीं होती है।

यदि कुंडल में शामिल है एनतार के घुमाव, जिनमें से प्रत्येक चुंबकीय प्रवाह एफ द्वारा प्रवेशित होता है

यह संबंध इस बात की परवाह किए बिना मान्य है कि सर्किट से गुजरने वाला चुंबकीय प्रवाह किस कारण से बदलता है।

जेनरेटर।

इलेक्ट्रिक मशीन जनरेटर का संचालन सिद्धांत चित्र में दिखाया गया है। 5. तार की एक आयताकार कुंडली चुंबक के ध्रुवों के बीच चुंबकीय क्षेत्र में वामावर्त घूमती है। कॉइल के सिरों को स्लिप रिंगों में लाया जाता है और संपर्क ब्रश के माध्यम से बाहरी सर्किट से जोड़ा जाता है। जब कुंडली का तल क्षेत्र के लंबवत होता है, तो लूप से गुजरने वाला चुंबकीय प्रवाह अधिकतम होता है। यदि कुंडली का तल क्षेत्र के समानांतर है, तो चुंबकीय प्रवाह शून्य है। जब कुंडल का तल 180° घूमने के बाद फिर से क्षेत्र के लंबवत होता है, तो कुंडल के माध्यम से विपरीत दिशा में चुंबकीय प्रवाह अधिकतम होता है। इस प्रकार, जैसे-जैसे कुंडल घूमता है, उसमें प्रवेश करने वाला चुंबकीय प्रवाह लगातार बदलता रहता है और, फैराडे के नियम के अनुसार, टर्मिनलों पर वोल्टेज बदलता रहता है।

एक साधारण अल्टरनेटर में क्या होता है इसका विश्लेषण करने के लिए, हम कोण पर चुंबकीय प्रवाह को सकारात्मक मानेंगे क्यू 0° से 180° तक की सीमा में है, और जब ऋणात्मक होता है क्यू 180° से 360° तक होता है। अगर बी- चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण और एकुंडली का क्षेत्रफल है, तो कुंडली के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह बराबर होगा:

यदि कुंडली एक आवृत्ति के साथ घूमती है एफआरपीएम (यानी 2 पीएफरेड/एस), फिर थोड़ी देर बाद टीजिस क्षण से घूर्णन प्रारंभ होता है, जब से क्यू 0 के बराबर था, हमें मिलता है क्यू = 2पीएफटीखुश। इस प्रकार, मोड़ के माध्यम से प्रवाह के लिए अभिव्यक्ति का रूप ले लेता है

फैराडे के नियम के अनुसार, प्रेरित वोल्टेज फ्लक्स को विभेदित करके प्राप्त किया जाता है:

चित्र में ब्रश पर निशान संबंधित क्षण में प्रेरित वोल्टेज की ध्रुवता को दर्शाते हैं। कोज्या +1 से -1 तक भिन्न होती है, इसलिए परिमाण 2 है पीएफएबीवहाँ बस एक वोल्टेज आयाम है; हम इसे निरूपित कर सकते हैं और लिख सकते हैं

(उसी समय, हमने चित्र 5 में जनरेटर टर्मिनलों की ध्रुवीयता के उचित विकल्प के साथ इसे प्रतिस्थापित करते हुए, ऋण चिह्न को हटा दिया।) चित्र में। चित्र 6 समय के साथ वोल्टेज परिवर्तन का ग्राफ दिखाता है।

वर्णित सरल जनरेटर द्वारा उत्पन्न वोल्टेज समय-समय पर अपनी दिशा उलट देता है; यही बात इस वोल्टेज द्वारा विद्युत परिपथों में निर्मित धाराओं पर भी लागू होती है। ऐसे जनरेटर को अल्टरनेटर कहा जाता है।

वह धारा जो सदैव एक ही दिशा बनाए रखती है, स्थिरांक कहलाती है। कुछ मामलों में, उदाहरण के लिए बैटरी चार्ज करने के लिए, यह करंट आवश्यक है। प्रत्यावर्ती धारा से दिष्ट धारा प्राप्त करने के दो तरीके हैं। एक बाहरी सर्किट में एक रेक्टिफायर को शामिल करना है जो करंट को केवल एक दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति देता है। यह आपको जनरेटर को एक आधे-चक्र के लिए बंद करने और इसे केवल उस आधे-चक्र के दौरान चालू करने की अनुमति देता है जब वोल्टेज में वांछित ध्रुवता होती है। दूसरा तरीका यह है कि जब वोल्टेज ध्रुवीयता बदलता है तो हर आधे चक्र में टर्न को बाहरी सर्किट से जोड़ने वाले संपर्कों को स्विच किया जाए। तब बाहरी सर्किट में करंट हमेशा एक दिशा में निर्देशित होगा, हालांकि कॉइल में प्रेरित वोल्टेज इसकी ध्रुवता को बदल देता है। संपर्कों की स्विचिंग स्लिप रिंगों के स्थान पर स्थापित कलेक्टर हाफ-रिंगों का उपयोग करके की जाती है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 7, ए. जब कुंडली का तल ऊर्ध्वाधर होता है, तो चुंबकीय प्रवाह और इसलिए प्रेरित वोल्टेज के परिवर्तन की दर शून्य हो जाती है। यह इस समय है कि ब्रश दो आधे रिंगों और बाहरी सर्किट स्विच को अलग करने वाले अंतराल पर स्लाइड करते हैं। बाहरी सर्किट में उत्पन्न होने वाला वोल्टेज चित्र में दिखाए अनुसार बदलता है। 7, बी.

पारस्परिक प्रेरण.

यदि तार की दो बंद कुंडलियाँ पास-पास स्थित हैं, लेकिन विद्युत रूप से एक-दूसरे से जुड़ी नहीं हैं, तो जब उनमें से एक में करंट बदलता है, तो दूसरे में ईएमएफ प्रेरित होता है। चूँकि दूसरे कुंडल के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह पहले कुंडल में धारा के समानुपाती होता है, इस धारा में परिवर्तन से चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन होता है, जो संबंधित ईएमएफ को प्रेरित करता है। कॉइल्स को स्वैप किया जा सकता है, और फिर जब दूसरे कॉइल में करंट बदलता है, तो पहले कॉइल में एक ईएमएफ प्रेरित होगा। एक कुंडल में प्रेरित ईएमएफ दूसरे में धारा के परिवर्तन की दर से निर्धारित होता है और प्रत्येक कुंडल के आकार और घुमावों की संख्या के साथ-साथ कुंडलियों के बीच की दूरी और एक दूसरे के सापेक्ष उनके अभिविन्यास पर निर्भर करता है। यदि आस-पास कोई चुंबकीय सामग्री न हो तो ये निर्भरताएँ अपेक्षाकृत सरल होती हैं। एक कुंडल में प्रेरित ईएमएफ और दूसरे कुंडल में धारा परिवर्तन की दर के अनुपात को उनके दिए गए स्थान के अनुरूप दो कुंडलियों के पारस्परिक प्रेरण का गुणांक कहा जाता है। यदि प्रेरित ईएमएफ वोल्ट में व्यक्त किया जाता है, और धारा के परिवर्तन की दर एम्पीयर प्रति सेकंड (ए/एस) में है, तो पारस्परिक प्रेरकत्व हेनरी (एच) में व्यक्त किया जाएगा। कॉइल में प्रेरित ईएमएफ निम्नलिखित सूत्रों द्वारा दिया गया है:

कहाँ एम- दो कुंडलियों के पारस्परिक प्रेरण का गुणांक। वर्तमान स्रोत से जुड़े कॉइल को आमतौर पर प्राथमिक कॉइल या वाइंडिंग कहा जाता है, और दूसरे को सेकेंडरी कहा जाता है। प्राथमिक वाइंडिंग में प्रत्यक्ष धारा द्वितीयक में वोल्टेज नहीं बनाती है, हालाँकि जिस समय धारा चालू और बंद होती है, द्वितीयक वाइंडिंग में एक EMF संक्षेप में दिखाई देता है। लेकिन यदि एक EMF प्राथमिक वाइंडिंग से जुड़ा है, जिससे इस वाइंडिंग में एक प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न होती है, तो द्वितीयक वाइंडिंग में एक प्रत्यावर्ती EMF प्रेरित होता है। इस प्रकार, द्वितीयक वाइंडिंग एसी प्रतिरोधी भार या अन्य सर्किट को सीधे ईएमएफ स्रोत से कनेक्ट किए बिना आपूर्ति कर सकती है।

ट्रांसफार्मर।

लोहे जैसे लौहचुंबकीय पदार्थ के एक सामान्य कोर के चारों ओर घुमाकर दो वाइंडिंग के पारस्परिक प्रेरण को काफी बढ़ाया जा सकता है। ऐसे उपकरण को ट्रांसफार्मर कहा जाता है। आधुनिक ट्रांसफार्मर में, फेरोमैग्नेटिक कोर एक बंद चुंबकीय सर्किट बनाता है ताकि लगभग सभी चुंबकीय प्रवाह कोर के भीतर और इसलिए दोनों वाइंडिंग से होकर गुजरें। प्राथमिक वाइंडिंग से जुड़ा एक वैकल्पिक ईएमएफ स्रोत लौह कोर में एक वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह बनाता है। यह प्रवाह प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग दोनों में परिवर्तनीय ईएमएफ प्रेरित करता है, और प्रत्येक ईएमएफ का अधिकतम मान संबंधित वाइंडिंग में घुमावों की संख्या के समानुपाती होता है। अच्छे ट्रांसफार्मर में, वाइंडिंग का प्रतिरोध इतना छोटा होता है कि प्राथमिक वाइंडिंग में प्रेरित ईएमएफ लागू वोल्टेज के साथ लगभग मेल खाता है, और द्वितीयक वाइंडिंग के टर्मिनलों पर संभावित अंतर लगभग इसमें प्रेरित ईएमएफ के साथ मेल खाता है।

इस प्रकार, द्वितीयक वाइंडिंग के भार पर वोल्टेज ड्रॉप और प्राथमिक वाइंडिंग पर लागू वोल्टेज का अनुपात माध्यमिक और प्राथमिक वाइंडिंग में घुमावों की संख्या के अनुपात के बराबर है, जिसे आमतौर पर समानता के रूप में लिखा जाता है

कहाँ वी 1 - वोल्टेज में गिरावट एनप्राथमिक वाइंडिंग के 1 मोड़, और वी 2 - वोल्टेज में गिरावट एनद्वितीयक वाइंडिंग के 2 मोड़। प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग में घुमावों की संख्या के अनुपात के आधार पर, स्टेप-अप और स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर को प्रतिष्ठित किया जाता है। नज़रिया एन 2 /एनस्टेप-अप ट्रांसफार्मर में 1 एक से बड़ा है और स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर में एक से कम है। ट्रांसफार्मर की बदौलत लंबी दूरी तक विद्युत ऊर्जा का किफायती संचरण संभव है।

स्व-प्रेरण।

एक व्यक्तिगत कुंडली में विद्युत धारा एक चुंबकीय प्रवाह भी बनाती है जो उस कुंडली से ही प्रवाहित होती है। यदि कुंडल में धारा समय के साथ बदलती है, तो कुंडल के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह भी बदल जाएगा, जिससे इसमें ईएमएफ उसी तरह से प्रेरित होगा जैसे ट्रांसफार्मर संचालित होने पर होता है। जब किसी कुंडल में धारा बदलती है तो उसमें ईएमएफ की घटना को स्व-प्रेरण कहा जाता है। स्व-प्रेरण कुंडल में धारा को उसी तरह प्रभावित करता है जैसे जड़ता यांत्रिकी में पिंडों की गति को प्रभावित करती है: यह चालू होने पर सर्किट में प्रत्यक्ष धारा की स्थापना को धीमा कर देती है और बंद होने पर इसे तुरंत रुकने से रोकती है। इससे सर्किट खुलने पर स्विच के संपर्कों के बीच चिंगारी भी उत्पन्न होती है। एक प्रत्यावर्ती धारा परिपथ में, स्व-प्रेरण एक प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है जो धारा के आयाम को सीमित करता है।

एक स्थिर कुंडल के पास चुंबकीय सामग्री की अनुपस्थिति में, इसके माध्यम से गुजरने वाला चुंबकीय प्रवाह सर्किट में वर्तमान के समानुपाती होता है। फैराडे के नियम (16) के अनुसार, इस मामले में स्व-प्रेरण ईएमएफ धारा के परिवर्तन की दर के समानुपाती होना चाहिए, अर्थात।

कहाँ एल- आनुपातिकता गुणांक, जिसे स्व-प्रेरकत्व या सर्किट अधिष्ठापन कहा जाता है। सूत्र (18) को मात्रा की परिभाषा माना जा सकता है एल. यदि कुंडली में ईएमएफ प्रेरित है वोल्ट, करंट में व्यक्त किया गया मैं– एम्पीयर और समय में टी- फिर, सेकंड में एलहेनरी (एच) में मापा जाएगा। ऋण चिह्न इंगित करता है कि प्रेरित ईएमएफ धारा में वृद्धि का विरोध करता है मैं, जैसा कि लेन्ज़ के नियम से होता है। बाहरी ईएमएफ जो स्व-प्रेरित ईएमएफ पर काबू पाता है, उस पर प्लस चिह्न होना चाहिए। इसलिए, प्रत्यावर्ती धारा परिपथों में प्रेरकत्व में वोल्टेज गिरावट बराबर होती है एलडीआइ/डीटी.

वैकल्पिक धाराएँ

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, प्रत्यावर्ती धाराएँ वे धाराएँ हैं जिनकी दिशा समय-समय पर बदलती रहती है। प्रति सेकंड चक्रीय धारा परिवर्तन की अवधि को प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति कहा जाता है और इसे हर्ट्ज़ (हर्ट्ज) में मापा जाता है। बिजली आमतौर पर उपभोक्ता को 50 हर्ट्ज (रूस और यूरोपीय देशों में) या 60 हर्ट्ज (संयुक्त राज्य अमेरिका में) की आवृत्ति के साथ प्रत्यावर्ती धारा के रूप में आपूर्ति की जाती है।

चूंकि प्रत्यावर्ती धारा समय के साथ बदलती रहती है, इसलिए प्रत्यक्ष धारा सर्किट के लिए उपयुक्त सरल समस्या निवारण विधियां यहां सीधे लागू नहीं होती हैं। बहुत उच्च आवृत्तियों पर, आवेश दोलनशील गति से गुजर सकते हैं - सर्किट में एक स्थान से दूसरे स्थान तक और वापस प्रवाहित होते हैं। इस मामले में, प्रत्यक्ष धारा सर्किट के विपरीत, श्रृंखला से जुड़े कंडक्टरों में धाराएं समान नहीं हो सकती हैं। एसी सर्किट में मौजूद कैपेसिटेंस इस प्रभाव को बढ़ाते हैं। इसके अलावा, जब करंट बदलता है, तो स्व-प्रेरण प्रभाव उत्पन्न होता है, जो कम आवृत्तियों पर भी महत्वपूर्ण हो जाता है यदि उच्च प्रेरण वाले कॉइल का उपयोग किया जाता है। अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों पर, एसी सर्किट की गणना अभी भी किरचॉफ के नियमों का उपयोग करके की जा सकती है, जिसे, हालांकि, तदनुसार संशोधित किया जाना चाहिए।

एक सर्किट जिसमें विभिन्न प्रतिरोधक, प्रेरक और कैपेसिटर शामिल होते हैं, उसे ऐसे देखा जा सकता है जैसे कि इसमें एक सामान्यीकृत अवरोधक, संधारित्र और श्रृंखला में जुड़े प्रेरक शामिल हों। आइए साइनसॉइडल प्रत्यावर्ती धारा जनरेटर से जुड़े ऐसे सर्किट के गुणों पर विचार करें (चित्र 8)। एसी सर्किट की गणना के लिए नियम बनाने के लिए, आपको ऐसे सर्किट के प्रत्येक घटक के लिए वोल्टेज ड्रॉप और करंट के बीच संबंध ढूंढना होगा।

एक संधारित्र एसी और डीसी सर्किट में पूरी तरह से अलग भूमिका निभाता है। यदि, उदाहरण के लिए, चित्र में सर्किट के लिए। 8 इलेक्ट्रोकेमिकल तत्व को कनेक्ट करें, संधारित्र तब तक चार्ज होना शुरू हो जाएगा जब तक कि उस पर वोल्टेज तत्व के ईएमएफ के बराबर न हो जाए। फिर चार्जिंग बंद हो जाएगी और करंट शून्य हो जाएगा। यदि सर्किट एक प्रत्यावर्ती धारा जनरेटर से जुड़ा है, तो एक आधे चक्र में इलेक्ट्रॉन संधारित्र की बाईं प्लेट से बाहर निकलेंगे और दाईं ओर जमा होंगे, और दूसरे में, इसके विपरीत। ये गतिमान इलेक्ट्रॉन प्रत्यावर्ती धारा का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिसकी शक्ति संधारित्र के दोनों ओर समान होती है। जब तक प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति बहुत अधिक नहीं होती, तब तक प्रतिरोधक और प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से धारा भी समान होती है।

ऊपर यह मान लिया गया था कि परिपथ में प्रत्यावर्ती धारा स्थापित हो गई है। वास्तव में, जब कोई सर्किट किसी प्रत्यावर्ती वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता है, तो उसमें क्षणिक प्रक्रियाएँ घटित होती हैं। यदि सर्किट प्रतिरोध नगण्य नहीं है, तो क्षणिक धाराएं प्रतिरोधक में गर्मी के रूप में अपनी ऊर्जा छोड़ती हैं और तेजी से क्षय होती हैं, जिसके बाद प्रत्यावर्ती धारा की एक स्थिर स्थिति स्थापित होती है, जैसा कि ऊपर माना गया है। कई मामलों में, एसी सर्किट में क्षणिक प्रक्रियाओं को नजरअंदाज किया जा सकता है। यदि उन्हें ध्यान में रखना आवश्यक है, तो अंतर समीकरण का अध्ययन करना आवश्यक है जो समय पर वर्तमान की निर्भरता का वर्णन करता है।

प्रभावी मूल्य.

पहले क्षेत्रीय बिजली संयंत्रों का मुख्य कार्य प्रकाश लैंप की आवश्यक फिलामेंट तीव्रता प्रदान करना था। इसलिए, इन सर्किटों के लिए प्रत्यक्ष और प्रत्यावर्ती धाराओं का उपयोग करने की दक्षता के बारे में सवाल उठा। सूत्र (7) के अनुसार, किसी प्रतिरोधक में विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा में परिवर्तित करने के लिए, ऊष्मा विमोचन धारा के वर्ग के समानुपाती होता है। प्रत्यावर्ती धारा के मामले में, ऊष्मा उत्पादन धारा के वर्ग के तात्कालिक मान के साथ-साथ लगातार उतार-चढ़ाव करता है। यदि धारा साइनसॉइडल नियम के अनुसार बदलती है, तो तात्कालिक धारा के वर्ग का समय-औसत मान अधिकतम धारा के वर्ग के आधे के बराबर होता है, अर्थात।

जिससे पता चलता है कि सारी शक्ति रेसिस्टर को गर्म करने में खर्च हो जाती है, जबकि कैपेसिटर और इंडक्शन में कोई शक्ति अवशोषित नहीं होती है। सच है, वास्तविक प्रेरक अभी भी कुछ शक्ति को अवशोषित करते हैं, खासकर यदि उनके पास लौह कोर है। निरंतर चुंबकत्व उत्क्रमण के दौरान, लौह कोर गर्म हो जाता है - आंशिक रूप से लोहे में प्रेरित धाराओं के कारण, और आंशिक रूप से आंतरिक घर्षण (हिस्टैरिसीस) के कारण, जो चुंबकत्व उत्क्रमण को रोकता है। इसके अतिरिक्त, इंडक्शन आस-पास के सर्किट में धाराओं को प्रेरित कर सकता है। जब एसी सर्किट में मापा जाता है, तो ये सभी नुकसान प्रतिरोध में बिजली के नुकसान की तरह दिखते हैं। इसलिए, प्रत्यावर्ती धारा के लिए समान सर्किट का प्रतिरोध आमतौर पर प्रत्यक्ष धारा की तुलना में थोड़ा अधिक होता है, और यह बिजली हानि के माध्यम से निर्धारित होता है:

एक बिजली संयंत्र को आर्थिक रूप से संचालित करने के लिए, बिजली पारेषण लाइन (पीटीएल) में गर्मी का नुकसान पर्याप्त रूप से कम होना चाहिए। अगर पी सी – तब उपभोक्ता को बिजली की आपूर्ति की जाती है पी सी = वी सी आईप्रत्यक्ष और प्रत्यावर्ती धारा दोनों के लिए, क्योंकि उचित गणना के साथ कॉस मान क्यूएक के बराबर बनाया जा सकता है. बिजली लाइनों में नुकसान होगा पी एल = आर एल आई 2 = आर एल पी सी 2 /कुलपति 2. चूंकि बिजली लाइनों के लिए कम से कम दो लंबाई के कंडक्टर की आवश्यकता होती है एल, इसका प्रतिरोध आर एल = आर 2एल/ए. ऐसे में लाइन लॉस होता है

यदि कंडक्टर तांबे के बने हों तो प्रतिरोधकता आरजो न्यूनतम है, तो अंश में कोई मान नहीं बचा है जिसे काफी कम किया जा सके। घाटे को कम करने का एकमात्र व्यावहारिक तरीका वृद्धि करना है कुलपति 2, बड़े क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र वाले कंडक्टरों के उपयोग के बाद से एलाभहीन. इसका मतलब यह है कि बिजली का संचार यथासंभव उच्च वोल्टेज का उपयोग करके किया जाना चाहिए। टर्बाइनों द्वारा संचालित पारंपरिक इलेक्ट्रिक मशीन करंट जनरेटर बहुत अधिक वोल्टेज उत्पन्न नहीं कर सकते हैं, जिसका इन्सुलेशन उनका सामना नहीं कर सकता है। इसके अलावा, अत्यधिक उच्च वोल्टेज परिचालन कर्मियों के लिए खतरनाक है। हालाँकि, ट्रांसफार्मर का उपयोग करके बिजली लाइनों पर संचरण के लिए बिजली संयंत्र द्वारा उत्पन्न एसी वोल्टेज को बढ़ाया जा सकता है। बिजली लाइन के दूसरे छोर पर, उपभोक्ता स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर का उपयोग करता है, जो सुरक्षित और अधिक व्यावहारिक कम वोल्टेज आउटपुट प्रदान करता है। वर्तमान में, बिजली लाइनों में वोल्टेज 750,000 V तक पहुँच जाता है।

साहित्य:

रोजर्स ई. जिज्ञासुओं के लिए भौतिकी, खंड 3. एम., 1971
ओरिर जे. भौतिक विज्ञान, खंड 2. एम., 1981
जियानकोली डी. भौतिक विज्ञान, खंड 2. एम., 1989



आवेशित पिंड विद्युत के अलावा एक अन्य प्रकार का क्षेत्र बनाने में भी सक्षम हैं। यदि आवेश गति करते हैं, तो उनके चारों ओर के स्थान में एक विशेष प्रकार का पदार्थ निर्मित होता है, जिसे कहा जाता है चुंबकीय क्षेत्र. नतीजतन, विद्युत धारा, जो आवेशों की क्रमबद्ध गति है, एक चुंबकीय क्षेत्र भी बनाती है। विद्युत क्षेत्र की तरह, चुंबकीय क्षेत्र अंतरिक्ष में सीमित नहीं है, बहुत तेजी से फैलता है, लेकिन फिर भी एक सीमित गति के साथ। इसका पता केवल गतिमान आवेशित पिंडों (और, परिणामस्वरूप, धाराओं) पर इसके प्रभाव से लगाया जा सकता है।

चुंबकीय क्षेत्र का वर्णन करने के लिए, तीव्रता वेक्टर के समान, क्षेत्र की एक बल विशेषता का परिचय देना आवश्यक है इविद्युत क्षेत्र। ऐसी विशेषता वेक्टर है बीचुंबकीय प्रेरण। इकाइयों की एसआई प्रणाली में, चुंबकीय प्रेरण की इकाई 1 टेस्ला (टी) है। यदि प्रेरण के साथ चुंबकीय क्षेत्र में बीएक कंडक्टर की लंबाई रखें एलकरंट के साथ मैं, फिर एक बल बुलाया गया एम्पीयर बल, जिसकी गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

कहाँ: में- चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, मैं- कंडक्टर में वर्तमान ताकत, एल- इसकी लंबाई. एम्पीयर बल चुंबकीय प्रेरण वेक्टर और कंडक्टर के माध्यम से बहने वाली धारा की दिशा के लंबवत निर्देशित होता है।

दिशा निर्धारित करने के लिए आमतौर पर एम्पीयर बल का उपयोग किया जाता है "बाएँ हाथ" नियम: यदि आप अपने बाएं हाथ को रखते हैं ताकि प्रेरण रेखाएं हथेली में प्रवेश करें, और विस्तारित उंगलियां वर्तमान के साथ निर्देशित हों, तो अपहरण किया गया अंगूठा कंडक्टर पर अभिनय करने वाले एम्पीयर बल की दिशा को इंगित करेगा (आंकड़ा देखें)।

यदि कोण α चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशाओं के बीच और कंडक्टर में धारा 90° से भिन्न है, तो एम्पीयर बल की दिशा निर्धारित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र के घटक को लेना आवश्यक है, जो धारा की दिशा के लंबवत है . इस विषय की समस्याओं को उसी तरह से हल करना आवश्यक है जैसे कि डायनेमिक्स या स्टैटिक्स में, यानी। समन्वय अक्षों के अनुदिश बलों का वर्णन करके या वेक्टर जोड़ के नियमों के अनुसार बलों को जोड़कर।

धारा के साथ फ्रेम पर कार्य करने वाले बलों का क्षण

मान लीजिए कि करंट वाला फ्रेम चुंबकीय क्षेत्र में है, और फ्रेम का तल क्षेत्र के लंबवत है। एम्पीयर बल फ्रेम को संपीड़ित करेंगे, और उनका परिणाम शून्य के बराबर होगा। यदि आप धारा की दिशा बदलते हैं, तो एम्पीयर बल अपनी दिशा बदल देंगे, और फ्रेम संपीड़ित नहीं होगा, बल्कि खिंच जाएगा। यदि चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं फ्रेम के तल में स्थित हैं, तो एम्पीयर बलों का एक घूर्णी क्षण होता है। एम्पीयर बलों का घूर्णी क्षणके बराबर:

कहाँ: एस- फ़्रेम क्षेत्र, α - फ्रेम के सामान्य और चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के बीच का कोण (सामान्य फ्रेम के विमान के लंबवत एक वेक्टर है), एन- घुमावों की संख्या, बी- चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, मैं- फ्रेम में वर्तमान ताकत।

लोरेंत्ज़ बल

लंबाई Δ के चालक के एक खंड पर कार्य करने वाला एम्पीयर बल एलवर्तमान ताकत के साथ मैं, एक चुंबकीय क्षेत्र में स्थित है बीव्यक्तिगत आवेश वाहकों पर कार्य करने वाले बलों के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। इन बलों को कहा जाता है लोरेंत्ज़ बल. लोरेंत्ज़ बल आवेश वाले कण पर कार्य करता है क्यूएक चुंबकीय क्षेत्र में बी, गति से चल रहा है वी, की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

कोना α इसमें अभिव्यक्ति गति और चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के बीच के कोण के बराबर है। लोरेंत्ज़ बल जिस दिशा में कार्य कर रहा है सकारात्मकएक आवेशित कण, साथ ही एम्पीयर बल की दिशा, बाएं हाथ के नियम या गिमलेट नियम (एम्पीयर बल की तरह) का उपयोग करके पाई जा सकती है। चुंबकीय प्रेरण वेक्टर को मानसिक रूप से आपके बाएं हाथ की हथेली में डाला जाना चाहिए, चार बंद उंगलियों को चार्ज कण की गति की गति के अनुसार निर्देशित किया जाना चाहिए, और मुड़ा हुआ अंगूठा लोरेंत्ज़ बल की दिशा दिखाएगा। यदि कण है नकारात्मकआवेश, तो बाएं हाथ के नियम द्वारा पाई गई लोरेंत्ज़ बल की दिशा को विपरीत दिशा से बदलने की आवश्यकता होगी।

लोरेंत्ज़ बल वेग और चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वैक्टर के लंबवत निर्देशित है। जब कोई आवेशित कण चुंबकीय क्षेत्र में गति करता है लोरेंत्ज़ बल कोई काम नहीं करता. इसलिए, जब कण चलता है तो वेग वेक्टर का परिमाण नहीं बदलता है। यदि एक आवेशित कण लोरेंत्ज़ बल के प्रभाव में एक समान चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, और इसकी गति चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वेक्टर के लंबवत विमान में होती है, तो कण एक वृत्त में घूमेगा, जिसकी त्रिज्या का उपयोग करके गणना की जा सकती है निम्नलिखित सूत्र:

इस मामले में लोरेंत्ज़ बल एक अभिकेन्द्रीय बल की भूमिका निभाता है। एक समान चुंबकीय क्षेत्र में एक कण की परिक्रमण अवधि बराबर होती है:

अंतिम अभिव्यक्ति से पता चलता है कि किसी दिए गए द्रव्यमान के आवेशित कणों के लिए एमक्रांति की अवधि (और इसलिए आवृत्ति और कोणीय वेग दोनों) गति (और इसलिए गतिज ऊर्जा पर) और प्रक्षेपवक्र की त्रिज्या पर निर्भर नहीं करती है आर.

चुंबकीय क्षेत्र सिद्धांत

यदि दो समानांतर तार एक ही दिशा में धारा प्रवाहित करते हैं, तो वे एक दूसरे को आकर्षित करते हैं; यदि विपरीत दिशा में हों, तो वे प्रतिकर्षित करते हैं। इस घटना के नियम प्रायोगिक तौर पर एम्पीयर द्वारा स्थापित किये गये थे। धाराओं की परस्पर क्रिया उनके चुंबकीय क्षेत्रों के कारण होती है: एक धारा का चुंबकीय क्षेत्र दूसरी धारा पर एम्पीयर बल के रूप में कार्य करता है और इसके विपरीत। प्रयोगों से पता चला है कि लंबाई Δ के एक खंड पर कार्य करने वाले बल का मापांक एलप्रत्येक कंडक्टर वर्तमान ताकत के सीधे आनुपातिक है मैं 1 और मैंकंडक्टरों में 2, कट लंबाई Δ एलऔर दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होता है आरउन दोनों के बीच:

कहाँ: μ 0 एक स्थिर मान कहलाता है चुंबकीय स्थिरांक. एसआई में चुंबकीय स्थिरांक का परिचय कई सूत्रों के लेखन को सरल बनाता है। इसका संख्यात्मक मान है:

μ 0 = 4π ·10 –7 एच/ए 2 ≈ 1.26·10 –6 एच/ए 2।

वर्तमान के साथ दो चालकों के परस्पर क्रिया के बल के लिए दिए गए अभिव्यक्ति और एम्पीयर बल के लिए अभिव्यक्ति की तुलना करने पर, इसके लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त करना मुश्किल नहीं है धारा ले जाने वाले प्रत्येक सीधे कंडक्टर द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरणदूरी पर आरउसके पास से:

कहाँ: μ - पदार्थ की चुंबकीय पारगम्यता (इस पर अधिक जानकारी नीचे दी गई है)। यदि धारा वृत्ताकार घुमाव में प्रवाहित हो तो बारी चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण का केंद्रसूत्र द्वारा निर्धारित:

बिजली की लाइनोंचुंबकीय क्षेत्र उस स्पर्शरेखा के अनुदिश रेखा कहलाती है जिस पर चुंबकीय तीर स्थित होते हैं। चुंबकीय सुईइसे लम्बा और पतला चुम्बक कहा जाता है, इसके ध्रुव बिंदु के समान होते हैं। धागे पर लटकी चुंबकीय सुई हमेशा एक दिशा में घूमती है। इसके अलावा, इसका एक छोर उत्तर की ओर निर्देशित है, दूसरा - दक्षिण की ओर। इसलिए ध्रुवों का नाम: उत्तर ( एन) और दक्षिणी ( एस). चुम्बक के हमेशा दो ध्रुव होते हैं: उत्तर (नीले या अक्षर से दर्शाया गया है)। एन) और दक्षिणी (लाल या अक्षर में एस). चुम्बक आवेशों की तरह ही परस्पर क्रिया करते हैं: जैसे ध्रुव प्रतिकर्षित करते हैं, और विपरीत ध्रुव आकर्षित करते हैं। एक ध्रुव वाला चुम्बक प्राप्त करना असंभव है। यदि चुंबक टूट भी जाए तो भी प्रत्येक भाग में दो अलग-अलग ध्रुव होंगे।

चुंबकीय प्रेरण वेक्टर

चुंबकीय प्रेरण वेक्टर- एक वेक्टर भौतिक मात्रा जो एक चुंबकीय क्षेत्र की विशेषता है, संख्यात्मक रूप से 1 ए के वर्तमान तत्व और 1 मीटर की लंबाई पर कार्य करने वाले बल के बराबर है, यदि क्षेत्र रेखा की दिशा कंडक्टर के लंबवत है। मनोनीत में, माप की इकाई - 1 टेस्ला। 1 टी एक बहुत बड़ा मान है, इसलिए, वास्तविक चुंबकीय क्षेत्रों में, चुंबकीय प्रेरण को एमटी में मापा जाता है।

चुंबकीय प्रेरण वेक्टर को बल की रेखाओं पर स्पर्शरेखीय रूप से निर्देशित किया जाता है, अर्थात। किसी दिए गए चुंबकीय क्षेत्र में रखी चुंबकीय सुई के उत्तरी ध्रुव की दिशा से मेल खाता है। चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा कंडक्टर पर कार्य करने वाले बल की दिशा से मेल नहीं खाती है, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं, सख्ती से बोलें तो, बल रेखाएं नहीं हैं।

स्थायी चुम्बकों की चुंबकीय क्षेत्र रेखाजैसा कि चित्र में दिखाया गया है, स्वयं चुम्बकों के संबंध में निर्देशित:

कब विद्युत धारा का चुंबकीय क्षेत्रफ़ील्ड रेखाओं की दिशा निर्धारित करने के लिए नियम का उपयोग करें "दांया हाथ": यदि आप कंडक्टर को अपने दाहिने हाथ में लेते हैं ताकि अंगूठे को वर्तमान के साथ निर्देशित किया जा सके, तो कंडक्टर को पकड़ने वाली चार उंगलियां कंडक्टर के चारों ओर बल की रेखाओं की दिशा दिखाती हैं:

प्रत्यक्ष धारा के मामले में, चुंबकीय प्रेरण रेखाएं वृत्त होती हैं जिनके तल धारा के लंबवत होते हैं। चुंबकीय प्रेरण वैक्टर को वृत्त की ओर स्पर्शरेखीय रूप से निर्देशित किया जाता है।

solenoid- एक बेलनाकार सतह पर एक चालक घाव होता है जिसके माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है मैंप्रत्यक्ष स्थायी चुंबक के क्षेत्र के समान। सोलनॉइड लंबाई के अंदर एलऔर घुमावों की संख्या एनप्रेरण के साथ एक समान चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है (इसकी दिशा भी दाहिने हाथ के नियम द्वारा निर्धारित की जाती है):

चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं बंद रेखाओं की तरह दिखती हैं- यह सभी चुंबकीय रेखाओं का एक सामान्य गुण है। ऐसे क्षेत्र को भंवर क्षेत्र कहा जाता है। स्थायी चुम्बकों के मामले में, रेखाएँ सतह पर समाप्त नहीं होती हैं, बल्कि चुम्बक में प्रवेश करती हैं और आंतरिक रूप से बंद हो जाती हैं। विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच इस अंतर को इस तथ्य से समझाया गया है कि, विद्युत के विपरीत, चुंबकीय आवेश मौजूद नहीं होते हैं।

पदार्थ के चुंबकीय गुण

सभी पदार्थों में चुंबकीय गुण होते हैं। किसी पदार्थ के चुंबकीय गुणों की विशेषता बताई जाती है सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता μ , जिसके लिए निम्नलिखित सत्य है:

यह सूत्र निर्वात और किसी दिए गए वातावरण में चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वेक्टर के पत्राचार को व्यक्त करता है। विद्युत अंतःक्रिया के विपरीत, किसी माध्यम में चुंबकीय अंतःक्रिया के दौरान निर्वात की तुलना में अंतःक्रिया में वृद्धि और कमजोरी दोनों देखी जा सकती है, जिसमें चुंबकीय पारगम्यता होती है μ = 1. यू प्रतिचुंबकीय सामग्रीचुम्बकीय भेद्यता μ एक से थोड़ा कम. उदाहरण: पानी, नाइट्रोजन, चांदी, तांबा, सोना। ये पदार्थ चुंबकीय क्षेत्र को कुछ हद तक कमजोर कर देते हैं। अनुचुम्बक- ऑक्सीजन, प्लैटिनम, मैग्नीशियम - कुछ हद तक क्षेत्र को बढ़ाते हैं μ एक से थोड़ा अधिक. यू लौह चुम्बक- लोहा, निकल, कोबाल्ट - μ >> 1. उदाहरण के लिए, लोहे के लिए μ ≈ 25000.

चुंबकीय प्रवाह। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन

घटना इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शनइसकी खोज 1831 में उत्कृष्ट अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एम. फैराडे ने की थी। इसमें एक बंद संचालन सर्किट में विद्युत प्रवाह की घटना शामिल होती है जब सर्किट में प्रवेश करने वाला चुंबकीय प्रवाह समय के साथ बदलता है। चुंबकीय प्रवाह Φ चौक के उस पार एससमोच्च को मान कहा जाता है:

कहाँ: बी- चुंबकीय प्रेरण वेक्टर का मॉड्यूल, α - चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के बीच का कोण बीऔर समोच्च के तल पर सामान्य (लंबवत), एस– समोच्च क्षेत्र, एन- सर्किट में घुमावों की संख्या. चुंबकीय प्रवाह की SI इकाई को वेबर (Wb) कहा जाता है।

फैराडे ने प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया कि जब किसी संवाहक परिपथ में चुंबकीय प्रवाह बदलता है, प्रेरित ईएमएफ ε ind, एक समोच्च से घिरी सतह के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर के बराबर, ऋण चिह्न के साथ लिया गया:

किसी बंद लूप से गुजरने वाले चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन दो संभावित कारणों से हो सकता है।

1. समय-स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में सर्किट या उसके भागों की गति के कारण चुंबकीय प्रवाह बदलता है। यह वह स्थिति है जब कंडक्टर, और उनके साथ मुक्त आवेश वाहक, चुंबकीय क्षेत्र में चलते हैं। प्रेरित ईएमएफ की घटना को गतिमान कंडक्टरों में मुक्त आवेशों पर लोरेंत्ज़ बल की कार्रवाई द्वारा समझाया गया है। लोरेंत्ज़ बल इस मामले में एक बाहरी बल की भूमिका निभाता है।
2. सर्किट में प्रवेश करने वाले चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन का दूसरा कारण सर्किट स्थिर होने पर चुंबकीय क्षेत्र के समय में परिवर्तन है।

समस्याओं को हल करते समय, तुरंत यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण है कि चुंबकीय प्रवाह क्यों बदलता है। तीन विकल्प संभव हैं:

1. चुंबकीय क्षेत्र बदलता है.
2. समोच्च क्षेत्र बदल जाता है।
3. फ़ील्ड के सापेक्ष फ़्रेम का ओरिएंटेशन बदल जाता है।

इस मामले में, समस्याओं को हल करते समय, ईएमएफ की गणना आमतौर पर मॉड्यूलो से की जाती है। आइए हम एक विशेष मामले पर भी ध्यान दें जिसमें विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना घटित होती है। तो, एक सर्किट में प्रेरित ईएमएफ का अधिकतम मूल्य एनमोड़, क्षेत्र एस, कोणीय वेग से घूम रहा है ω प्रेरण के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र में में:

चुंबकीय क्षेत्र में किसी चालक की गति

किसी चालक को लम्बाई के साथ घुमाते समय एलएक चुंबकीय क्षेत्र में बीगति के साथ वीइसके सिरों पर एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जो कंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉनों पर लोरेंत्ज़ बल की कार्रवाई के कारण होता है। यह संभावित अंतर (सख्ती से कहें तो, ईएमएफ) सूत्र का उपयोग करके पाया जाता है:

कहाँ: α - वह कोण जो गति की दिशा और चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के बीच मापा जाता है। सर्किट के स्थिर भागों में कोई ईएमएफ नहीं होता है।

यदि छड़ी लम्बी है एलचुंबकीय क्षेत्र में घूमता है मेंइसके एक सिरे के चारों ओर कोणीय वेग से ω , तो इसके सिरों पर एक संभावित अंतर (ईएमएफ) उत्पन्न होगा, जिसकी गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

अधिष्ठापन। स्व-प्रेरण। चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा

स्व प्रेरणविद्युत चुम्बकीय प्रेरण का एक महत्वपूर्ण विशेष मामला है, जब एक बदलता चुंबकीय प्रवाह, एक प्रेरित ईएमएफ का कारण बनता है, सर्किट में एक वर्तमान द्वारा बनाया जाता है। यदि किसी कारण से विचाराधीन सर्किट में करंट बदलता है, तो इस करंट का चुंबकीय क्षेत्र भी बदल जाता है, और परिणामस्वरूप, सर्किट में प्रवेश करने वाला अपना चुंबकीय प्रवाह भी बदल जाता है। सर्किट में एक स्व-प्रेरक ईएमएफ उत्पन्न होता है, जो लेनज़ के नियम के अनुसार, सर्किट में करंट में बदलाव को रोकता है। स्वयं चुंबकीय प्रवाह Φ , किसी सर्किट या कॉइल को करंट से छेदना, करंट की ताकत के समानुपाती होता है मैं:

आनुपातिकता कारक एलइस सूत्र में स्व-प्रेरण गुणांक या कहा जाता है अधिष्ठापनकुंडलियाँ प्रेरकत्व की SI इकाई को हेनरी (H) कहा जाता है।

याद करना:सर्किट का अधिष्ठापन या तो चुंबकीय प्रवाह या उसमें मौजूद वर्तमान ताकत पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि यह केवल सर्किट के आकार और आकार, साथ ही पर्यावरण के गुणों से निर्धारित होता है। इसलिए, जब सर्किट में करंट बदलता है, तो इंडक्शन अपरिवर्तित रहता है। कुंडल के प्रेरकत्व की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

कहाँ: एन- कुंडल की प्रति इकाई लंबाई में घुमावों की सांद्रता:

स्व-प्रेरित ईएमएफ, फैराडे के सूत्र के अनुसार एक स्थिर प्रेरकत्व मूल्य के साथ एक कुंडल में उत्पन्न होने वाला बराबर है:

तो, स्व-प्रेरण ईएमएफ कुंडल के प्रेरकत्व और उसमें धारा के परिवर्तन की दर के सीधे आनुपातिक है।

चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा होती है।जिस प्रकार आवेशित संधारित्र में विद्युत ऊर्जा का भंडार होता है, उसी प्रकार कुंडल में चुंबकीय ऊर्जा का भंडार होता है जिसके माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। ऊर्जा डब्ल्यूप्रेरण के साथ एक कुंडल का एम चुंबकीय क्षेत्र एल, धारा द्वारा निर्मित मैं, किसी एक सूत्र का उपयोग करके गणना की जा सकती है (वे सूत्र को ध्यान में रखते हुए एक दूसरे से अनुसरण करते हैं Φ = ली):

कुंडल के चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा के सूत्र को उसके ज्यामितीय आयामों के साथ सहसंबंधित करके, हम सूत्र प्राप्त कर सकते हैं वॉल्यूमेट्रिक चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा घनत्व(या प्रति इकाई आयतन ऊर्जा):

लेन्ज़ का नियम

जड़ता- एक घटना जो यांत्रिकी में होती है (कार को तेज करते समय, हम पीछे की ओर झुकते हैं, गति में वृद्धि का प्रतिकार करते हैं, और जब ब्रेक लगाते हैं, तो हम आगे की ओर झुकते हैं, गति में कमी का प्रतिकार करते हैं), और आणविक भौतिकी में (जब एक तरल गर्म होता है, वाष्पीकरण की दर बढ़ जाती है, सबसे तेज़ अणु तरल छोड़ देते हैं, जिससे गर्म होने की गति कम हो जाती है) इत्यादि। विद्युत चुंबकत्व में, जड़ता एक सर्किट से गुजरने वाले चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन के विरोध में खुद को प्रकट करती है। यदि चुंबकीय प्रवाह बढ़ता है, तो सर्किट में उत्पन्न होने वाली प्रेरित धारा को निर्देशित किया जाता है ताकि चुंबकीय प्रवाह को बढ़ने से रोका जा सके, और यदि चुंबकीय प्रवाह कम हो जाता है, तो सर्किट में उत्पन्न होने वाली प्रेरित धारा को निर्देशित किया जाता है ताकि चुंबकीय प्रवाह को रोका जा सके। घटने से.

उस वेबसाइट पर. ऐसा करने के लिए, आपको कुछ भी नहीं चाहिए, अर्थात्: भौतिकी और गणित में सीटी की तैयारी, सिद्धांत का अध्ययन करने और समस्याओं को हल करने के लिए हर दिन तीन से चार घंटे समर्पित करें। तथ्य यह है कि सीटी एक ऐसी परीक्षा है जहां केवल भौतिकी या गणित जानना ही पर्याप्त नहीं है, आपको विभिन्न विषयों और अलग-अलग जटिलता पर बड़ी संख्या में समस्याओं को जल्दी और बिना असफलता के हल करने में सक्षम होना चाहिए। उत्तरार्द्ध को हजारों समस्याओं को हल करके ही सीखा जा सकता है।

भौतिकी में सभी सूत्र और नियम, और गणित में सूत्र और विधियाँ सीखें। वास्तव में, यह करना भी बहुत आसान है; भौतिकी में केवल लगभग 200 आवश्यक सूत्र हैं, और गणित में तो इससे भी कम। इनमें से प्रत्येक विषय में जटिलता के बुनियादी स्तर की समस्याओं को हल करने के लिए लगभग एक दर्जन मानक तरीके हैं, जिन्हें सीखा भी जा सकता है, और इस प्रकार, अधिकांश सीटी को सही समय पर पूरी तरह से स्वचालित रूप से और बिना किसी कठिनाई के हल किया जा सकता है। इसके बाद आपको केवल सबसे कठिन कार्यों के बारे में ही सोचना होगा।

भौतिकी और गणित में रिहर्सल परीक्षण के सभी तीन चरणों में भाग लें। दोनों विकल्पों पर निर्णय लेने के लिए प्रत्येक आरटी पर दो बार जाया जा सकता है। फिर से, सीटी पर, समस्याओं को जल्दी और कुशलता से हल करने की क्षमता, और सूत्रों और विधियों के ज्ञान के अलावा, आपको समय की उचित योजना बनाने, बलों को वितरित करने और सबसे महत्वपूर्ण बात, उत्तर फॉर्म को सही ढंग से भरने में भी सक्षम होना चाहिए, बिना उत्तरों और समस्याओं की संख्या, या अपने स्वयं के अंतिम नाम को भ्रमित करना। इसके अलावा, आरटी के दौरान, समस्याओं में प्रश्न पूछने की शैली की आदत डालना महत्वपूर्ण है, जो डीटी में एक अप्रस्तुत व्यक्ति के लिए बहुत असामान्य लग सकता है।

इन तीन बिंदुओं का सफल, मेहनती और जिम्मेदार कार्यान्वयन आपको सीटी में उत्कृष्ट परिणाम दिखाने की अनुमति देगा, जो कि आपकी क्षमता की अधिकतम सीमा है।

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भौतिकी पर इलेक्ट्रॉनिक पाठ्यपुस्तक

केएसटीयू-केकेएचटीआई। भौतिकी विभाग. स्टारोस्टिना आई.ए., कोंद्रतयेवा ओ.आई., बर्डोवा ई.वी.

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चुंबकत्व

चुंबकत्व

1. मैग्नेटोस्टैटिक्स की मूल बातें। निर्वात में चुंबकीय क्षेत्र

1.1. चुंबकीय क्षेत्र और उसकी विशेषताएं.@

1.2. एम्पीयर का नियम.@

1.3. बायोट-सावर्ट-लाप्लास नियम और चुंबकीय क्षेत्र की गणना के लिए इसका अनुप्रयोग। @

1.4. धारा के साथ दो समानांतर कंडक्टरों की परस्पर क्रिया। @

1.5. गतिमान आवेशित कण पर चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव। @

1.6. निर्वात में चुंबकीय क्षेत्र के लिए कुल धारा का नियम (वेक्टर बी के परिसंचरण पर प्रमेय)। @

1.7. चुंबकीय प्रेरण वेक्टर प्रवाह. चुंबकीय क्षेत्र के लिए गॉस का प्रमेय. @

1. 8. एक समान चुंबकीय क्षेत्र में करंट वाला फ़्रेम। @

2. पदार्थ में चुंबकीय क्षेत्र। @

2.1. परमाणुओं के चुंबकीय क्षण. @

2.2. चुंबकीय क्षेत्र में परमाणु. @

2.3. किसी पदार्थ का चुम्बकत्व. @

2.4. चुम्बकों के प्रकार. @

2.5. प्रतिचुम्बकत्व। प्रतिचुम्बक। @

2.6. अनुचुंबकत्व. अनुचुम्बकीय पदार्थ. @

2.7. लौहचुम्बकत्व। लौह चुम्बक। @

2.8. लौहचुम्बक की डोमेन संरचना। @

2.9. एंटीफेरोमैग्नेट और फेराइट। @

3. विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना। @

3.1. विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का मूल नियम. @

3.2. स्व-प्रेरण की घटना. @

3.3. पारस्परिक प्रेरण की घटना. @

3.4. चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा. @

4. मैक्सवेल के समीकरण. @

4.1. विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के लिए मैक्सवेल का सिद्धांत। @

4.2. मैक्सवेल का पहला समीकरण. @

4.3. बायस करंट। @

4.4. मैक्सवेल का दूसरा समीकरण. @

4.5. अभिन्न रूप में मैक्सवेल की समीकरण प्रणाली। @

4.6. विद्युत चुम्बकीय। विद्युतचुम्बकीय तरंगें। @

चुंबकत्व

चुंबकत्व- भौतिकी की एक शाखा जो विद्युत धाराओं, धाराओं और चुम्बकों (चुंबकीय क्षण वाले पिंड) और चुम्बकों के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन करती है।

लंबे समय तक चुंबकत्व को बिजली से पूरी तरह से स्वतंत्र विज्ञान माना जाता था। हालाँकि, ए. एम्पीयर, एम. फैराडे और अन्य द्वारा 19वीं-20वीं शताब्दी की कई सबसे महत्वपूर्ण खोजों ने विद्युत और चुंबकीय घटनाओं के बीच संबंध को साबित कर दिया, जिससे चुंबकत्व के सिद्धांत को एक अभिन्न अंग के रूप में मानना ​​​​संभव हो गया। बिजली का सिद्धांत.

1. मैग्नेटोस्टैटिक्स की मूल बातें। निर्वात में चुंबकीय क्षेत्र

1.1. चुंबकीय क्षेत्र और इसकी विशेषताएं। @

पहली बार, चुंबकीय घटनाओं की लगातार जांच अंग्रेजी चिकित्सक और भौतिक विज्ञानी विलियम गिल्बर्ट ने अपने काम "ऑन द मैग्नेट, मैग्नेटिक बॉडीज एंड द ग्रेट मैग्नेट - द अर्थ" में की थी। तब ऐसा लगा कि बिजली और चुंबकत्व में कोई समानता नहीं है। केवल 19वीं शताब्दी की शुरुआत में, डेनिश वैज्ञानिक जी.एच. ऑर्स्टेड ने यह विचार सामने रखा कि चुंबकत्व बिजली के छिपे हुए रूपों में से एक हो सकता है, जिसकी 1820 में प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी। इस अनुभव से नई खोजों की बाढ़ आ गई जो बहुत महत्वपूर्ण थीं।

19वीं शताब्दी की शुरुआत में कई प्रयोगों से पता चला कि प्रत्येक विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर और स्थायी चुंबक अंतरिक्ष के माध्यम से अन्य धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टरों या चुंबकों पर बल लगाने में सक्षम हैं। ऐसा इस तथ्य के कारण होता है कि धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टरों और चुम्बकों के चारों ओर एक क्षेत्र उत्पन्न हो जाता है, जिसे कहा गया है चुंबकीय.

चुंबकीय क्षेत्र का अध्ययन करने के लिए, एक छोटी चुंबकीय सुई का उपयोग किया जाता है, जिसे धागे पर लटकाया जाता है या टिप पर संतुलित किया जाता है (चित्र 1.1)। चुंबकीय क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर एक तीर मनमाने ढंग से स्थित होगा

चित्र.1.1. चुंबकीय क्षेत्र की दिशा

एक निश्चित दिशा में मुड़ें. यह इस तथ्य के कारण होता है कि चुंबकीय क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर सुई पर एक टॉर्क कार्य करता है, जो अपनी धुरी को चुंबकीय क्षेत्र के साथ स्थित करता है। तीर की धुरी उसके सिरों को जोड़ने वाला खंड है।

आइए प्रयोगों की एक श्रृंखला पर विचार करें जिससे चुंबकीय क्षेत्र के मूल गुणों को स्थापित करना संभव हो गया:

इन प्रयोगों के आधार पर, यह निष्कर्ष निकाला गया कि चुंबकीय क्षेत्र केवल गतिमान आवेशों या गतिमान आवेशित पिंडों, साथ ही स्थायी चुम्बकों द्वारा निर्मित होता है। इस प्रकार एक चुंबकीय क्षेत्र एक विद्युत क्षेत्र से भिन्न होता है, जो गतिशील और स्थिर दोनों आवेशों द्वारा निर्मित होता है और एक और दूसरे दोनों पर कार्य करता है।

चुंबकीय क्षेत्र की मुख्य विशेषता चुंबकीय प्रेरण वेक्टर है . क्षेत्र में किसी दिए गए बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण की दिशा को वह दिशा माना जाता है जिसके साथ S से N तक चुंबकीय सुई की धुरी किसी दिए गए बिंदु पर स्थित होती है (चित्र 1.1)। ग्राफ़िक रूप से, चुंबकीय क्षेत्र को चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है, यानी, वक्र जिनकी प्रत्येक बिंदु पर स्पर्शरेखा वेक्टर बी की दिशा के साथ मेल खाती है।

बल की इन रेखाओं को लोहे के बुरादे का उपयोग करके देखा जा सकता है: उदाहरण के लिए, यदि आप एक लंबे सीधे कंडक्टर के चारों ओर चूरा बिखेरते हैं और इसके माध्यम से करंट प्रवाहित करते हैं, तो बुरादा चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ स्थित छोटे चुंबकों की तरह व्यवहार करेगा (चित्र 1.2)।

वेक्टर की दिशा कैसे निर्धारित करें विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले किसी चालक के पास? यह दाहिने हाथ के नियम का उपयोग करके किया जा सकता है, जिसे चित्र में दिखाया गया है। 1.2. दाहिने हाथ का अंगूठा धारा की दिशा में उन्मुख होता है, फिर शेष अंगुलियाँ मुड़ी हुई स्थिति में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा बताती हैं। चित्र 1.2 में दिखाए गए मामले में, रेखाएँ संकेंद्रित वृत्त हैं. चुंबकीय प्रेरण वेक्टर रेखाएं हमेशा होती हैं बंद किया हुआऔर करंट ले जाने वाले कंडक्टर को ढक दें। इस प्रकार वे विद्युत क्षेत्र रेखाओं से भिन्न हैं, जो धनात्मक आवेश पर शुरू होती हैं और ऋणात्मक आवेश पर समाप्त होती हैं, अर्थात। खुला. स्थायी चुंबक की चुंबकीय प्रेरण रेखाएं एक ध्रुव, जिसे उत्तर (एन) कहा जाता है, को छोड़ती हैं और दूसरे, दक्षिण (एस) में प्रवेश करती हैं (चित्र 1.3ए)। सबसे पहले ऐसा लगता है कि विद्युत क्षेत्र की ताकत ई की रेखाओं के साथ पूर्ण सादृश्य है, जिसमें चुंबक के ध्रुव चुंबकीय आवेश की भूमिका निभाते हैं। हालाँकि, यदि आप चुंबक को काटते हैं, तो चित्र संरक्षित रहता है; आपको अपने स्वयं के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों के साथ छोटे चुंबक मिलते हैं, यानी। ध्रुवों को अलग करना असंभव है क्योंकि विद्युत आवेशों के विपरीत मुक्त चुंबकीय आवेश प्रकृति में मौजूद नहीं होते हैं। यह पाया गया कि चुम्बकों के अंदर एक चुंबकीय क्षेत्र होता है और इस क्षेत्र की चुंबकीय प्रेरण रेखाएं चुंबक के बाहर चुंबकीय प्रेरण की रेखाओं की निरंतरता होती हैं, अर्थात। उन्हें बंद करो. एक स्थायी चुंबक की तरह, सोलनॉइड का चुंबकीय क्षेत्र पतले इंसुलेटेड तार का एक कुंडल होता है जिसकी लंबाई उस व्यास से बहुत अधिक होती है जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है (चित्र 1.3 बी)। सोलनॉइड का सिरा, जहां से कुंडल में धारा वामावर्त बहती हुई दिखाई देती है, चुंबक के उत्तरी ध्रुव के साथ मेल खाता है, दूसरा दक्षिण के साथ। चुंबकीय प्रेरण SI प्रणाली में इसे N/(A∙m) में मापा जाता है, इस मात्रा को एक विशेष नाम दिया गया है - टेस्ला।

साथ फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ए एम्पीयर की धारणा के अनुसार, चुंबकीय लोहे (विशेष रूप से, कम्पास सुई) में लगातार चलने वाले चार्ज होते हैं, यानी। परमाणु पैमाने पर विद्युत धाराएँ। परमाणुओं और अणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण होने वाली ऐसी सूक्ष्म धाराएँ किसी भी पिंड में मौजूद होती हैं। ये माइक्रोकरंट अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं और स्वयं करंट ले जाने वाले कंडक्टरों द्वारा बनाए गए बाहरी क्षेत्रों में घूम सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि करंट ले जाने वाले कंडक्टर को किसी पिंड के पास रखा जाता है, तो उसके चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में सभी परमाणुओं में माइक्रोकरंट होते हैं। एक निश्चित तरीके से उन्मुख, एक अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण। एम्पीयर उस समय इन सूक्ष्म धाराओं की प्रकृति और चरित्र के बारे में कुछ नहीं कह सका, क्योंकि पदार्थ की संरचना का सिद्धांत अभी भी अपने प्रारंभिक चरण में था। इलेक्ट्रॉन की खोज और परमाणुओं और अणुओं की संरचना के स्पष्टीकरण के बाद, केवल 100 साल बाद एम्पीयर की परिकल्पना की शानदार ढंग से पुष्टि की गई थी।

प्रकृति में मौजूद चुंबकीय क्षेत्र पैमाने और उनके कारण होने वाले प्रभावों में भिन्न होते हैं। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र, जो पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर का निर्माण करता है, सूर्य की दिशा में 70 - 80 हजार किमी और विपरीत दिशा में कई लाखों किलोमीटर तक फैला हुआ है। पृथ्वी के निकट अंतरिक्ष में, चुंबकीय क्षेत्र उच्च ऊर्जा के आवेशित कणों के लिए एक चुंबकीय जाल बनाता है। पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की उत्पत्ति पृथ्वी के कोर में प्रवाहकीय तरल पदार्थ की गतिविधियों से जुड़ी है। सौरमंडल के अन्य ग्रहों में से केवल बृहस्पति और शनि में ही ध्यान देने योग्य चुंबकीय क्षेत्र है। सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र सूर्य पर होने वाली सभी प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है - भड़कना, धब्बों और प्रमुखताओं की उपस्थिति, सौर ब्रह्मांडीय किरणों का जन्म।

विभिन्न उद्योगों में चुंबकीय क्षेत्रों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से धातु की अशुद्धियों से बेकरियों में आटा साफ करते समय। विशेष आटा सिफ्टर मैग्नेट से सुसज्जित होते हैं जो आटे में मौजूद लोहे और उसके यौगिकों के छोटे टुकड़ों को आकर्षित करते हैं।