नौसिखियों के लिए चुंबकत्व: बुनियादी सूत्र, परिभाषा, उदाहरण। भौतिकी में मूल सूत्र - बिजली और चुंबकत्व चुंबकत्व भौतिकी सिद्धांत

प्राकृतिक और कृत्रिम चुम्बक

धातुकर्म उद्योग के लिए खनन किए गए लौह अयस्कों में से एक अयस्क है जिसे चुंबकीय लौह अयस्क कहा जाता है। इस अयस्क में लोहे की वस्तुओं को आकर्षित करने का गुण होता है।

ऐसे लौह अयस्क के टुकड़े को कहा जाता है प्राकृतिक चुंबक, और यह आकर्षण का जो गुण प्रदर्शित करता है वह चुंबकत्व है।

आजकल, विभिन्न विद्युत प्रतिष्ठानों में चुंबकत्व की घटना का अत्यधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालाँकि, अब वे प्राकृतिक नहीं, बल्कि तथाकथित का उपयोग करते हैं कृत्रिम चुम्बक.

कृत्रिम चुम्बक विशेष ग्रेड के स्टील से बनाए जाते हैं। ऐसे स्टील के एक टुकड़े को एक विशेष तरीके से चुम्बकित किया जाता है, जिसके बाद वह चुम्बकीय गुण प्राप्त कर लेता है, यानी बन जाता है।

स्थायी चुम्बकों का आकार उनके उद्देश्य के आधार पर बहुत विविध हो सकता है।

स्थायी चुम्बक में केवल ध्रुवों पर ही आकर्षक बल होते हैं। चुम्बक का उत्तर दिशा की ओर वाला सिरा कहलाता था चुम्बक का उत्तरी ध्रुव, और अंत दक्षिण की ओर है चुंबक का दक्षिणी ध्रुव. प्रत्येक स्थायी चुंबक के दो ध्रुव होते हैं: उत्तर और दक्षिण।चुंबक के उत्तरी ध्रुव को अक्षर C या N से, दक्षिणी ध्रुव को अक्षर Y या S से दर्शाया जाता है।

एक चुंबक लोहा, स्टील, कच्चा लोहा, निकल और कोबाल्ट को आकर्षित करता है। इन सभी पिंडों को चुंबकीय पिंड कहा जाता है। अन्य सभी पिंड जो चुंबक की ओर आकर्षित नहीं होते हैं, गैर-चुंबकीय पिंड कहलाते हैं।

चुंबक की संरचना. आकर्षण संस्कार

चुंबकीय समेत किसी भी पिंड में छोटे-छोटे कण-अणु होते हैं। गैर-चुंबकीय पिंडों के अणुओं के विपरीत, चुंबकीय पिंड के अणुओं में चुंबकीय गुण होते हैं, जो आणविक चुम्बकों का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक चुंबकीय पिंड के अंदर, ये आणविक चुम्बक अपनी अक्षों के साथ अलग-अलग दिशाओं में स्थित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप शरीर स्वयं कोई चुंबकीय गुण प्रदर्शित नहीं करता है। लेकिन अगर इन चुम्बकों को अपनी धुरी के चारों ओर घूमने के लिए मजबूर किया जाए ताकि उनके उत्तरी ध्रुव एक तरफ और उनके दक्षिणी ध्रुव दूसरी तरफ हों, तो शरीर चुंबकीय गुण प्राप्त कर लेगा, यानी वह एक चुंबक बन जाएगा।

वह प्रक्रिया जिसके द्वारा कोई चुंबकीय पिंड चुंबक के गुण प्राप्त कर लेता है, कहलाती है आकर्षण संस्कार. स्थायी चुम्बकों के निर्माण में, विद्युत धारा का उपयोग करके चुम्बकत्व किया जाता है। लेकिन आप नियमित स्थायी चुंबक का उपयोग करके शरीर को दूसरे तरीके से चुम्बकित कर सकते हैं।

यदि एक रेक्टिलिनियर चुंबक को तटस्थ रेखा के साथ देखा जाता है, तो दो स्वतंत्र चुंबक प्राप्त होंगे, और चुंबक के सिरों की ध्रुवीयता संरक्षित की जाएगी, और काटने के परिणामस्वरूप प्राप्त सिरों पर विपरीत ध्रुव दिखाई देंगे।

प्रत्येक परिणामी चुम्बक को दो चुम्बकों में भी विभाजित किया जा सकता है, और चाहे हम इस विभाजन को कितनी भी देर तक जारी रखें, हमें हमेशा दो ध्रुवों वाले स्वतंत्र चुम्बक प्राप्त होंगे। एक चुंबकीय ध्रुव वाली छड़ प्राप्त करना असंभव है। यह उदाहरण इस स्थिति की पुष्टि करता है कि एक चुंबकीय पिंड में कई आणविक चुंबक होते हैं।

चुंबकीय पिंड आणविक चुम्बकों की गतिशीलता की डिग्री में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। ऐसे पिंड हैं जो शीघ्र ही चुम्बकित हो जाते हैं और उतनी ही शीघ्रता से विचुम्बकीय भी हो जाते हैं। और, इसके विपरीत, ऐसे पिंड हैं जो धीरे-धीरे चुम्बकित होते हैं, लेकिन लंबे समय तक अपने चुंबकीय गुणों को बरकरार रखते हैं।

इस प्रकार, किसी विदेशी चुंबक के प्रभाव में लोहा तेजी से चुम्बकित होता है, लेकिन उतनी ही तेजी से यह विचुंबकित भी हो जाता है, यानी चुंबक हटा दिए जाने पर यह अपने चुंबकीय गुण खो देता है। स्टील, एक बार चुम्बकित होने के बाद, लंबे समय तक अपने चुंबकीय गुणों को बरकरार रखता है, यानी, यह एक स्थायी चुंबक बन जाता है।

लोहे के शीघ्र चुम्बकित और विचुम्बकित होने के गुण को इस तथ्य से समझाया जाता है कि लोहे के आणविक चुम्बक अत्यंत गतिशील होते हैं, वे बाहरी चुंबकीय बलों के प्रभाव में आसानी से घूमते हैं, लेकिन चुम्बकित करने वाले पिंड के तुरंत अपनी पिछली अव्यवस्थित स्थिति में लौट आते हैं। निकाला गया।

हालाँकि, लोहे में चुम्बकों का एक छोटा हिस्सा, स्थायी चुम्बक को हटाने के बाद भी, कुछ समय तक उसी स्थिति में बना रहता है जो उन्होंने चुम्बकत्व के दौरान ग्रहण किया था। नतीजतन, चुम्बकीकरण के बाद लोहा बहुत कमजोर चुंबकीय गुणों को बरकरार रखता है। इसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि जब लोहे की प्लेट को चुंबक के ध्रुव से हटाया गया तो उसके सिरे से सारा बुरादा नहीं गिरा - उनका एक छोटा सा हिस्सा प्लेट की ओर आकर्षित रहा।

स्टील के लंबे समय तक चुम्बकित बने रहने के गुण को इस तथ्य से समझाया जाता है कि चुम्बकित होने पर स्टील के आणविक चुम्बकों को वांछित दिशा में मोड़ना मुश्किल होता है, लेकिन चुम्बकत्व को हटाने के बाद भी वे लंबे समय तक स्थिर स्थिति बनाए रखते हैं। शरीर।

किसी चुंबकीय पिंड की चुंबकत्व के बाद चुंबकीय गुण प्रदर्शित करने की क्षमता को कहा जाता है अवशिष्ट चुंबकत्व.

अवशिष्ट चुंबकत्व की घटना इस तथ्य के कारण होती है कि एक चुंबकीय शरीर में एक तथाकथित मंदक बल कार्य करता है, जो चुंबकीयकरण के दौरान आणविक चुंबकों को उनके द्वारा ली गई स्थिति में रखता है।

लोहे में, मंदक बल बहुत कमजोर होता है, जिसके परिणामस्वरूप यह जल्दी से विचुंबकित हो जाता है और इसमें बहुत कम अवशिष्ट चुंबकत्व होता है।

लोहे की तेजी से चुम्बकित करने और विचुम्बकित करने की क्षमता का इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में अत्यधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इतना कहना पर्याप्त होगा कि विद्युत उपकरणों में प्रयुक्त सभी उपकरणों के कोर विशेष लोहे से बने होते हैं, जिनमें अवशिष्ट चुंबकत्व अत्यंत कम होता है।

स्टील में बहुत अधिक प्रतिधारण बल होता है, जिसके कारण यह अपने चुंबकत्व गुण को बरकरार रखता है। इसलिए, वे विशेष इस्पात मिश्र धातुओं से बने होते हैं।

स्थायी चुंबक के गुण प्रभावों, झटकों और अचानक तापमान में उतार-चढ़ाव से नकारात्मक रूप से प्रभावित होते हैं। यदि, उदाहरण के लिए, एक स्थायी चुंबक को लाल-गर्म गर्म किया जाता है और फिर ठंडा होने दिया जाता है, तो यह पूरी तरह से अपने चुंबकीय गुणों को खो देगा। उसी तरह, यदि किसी स्थायी चुंबक को झटका दिया जाए, तो उसका आकर्षण बल काफ़ी कम हो जाएगा।

यह इस तथ्य से समझाया गया है कि मजबूत ताप या प्रभाव के साथ, मंदक बल का प्रभाव दूर हो जाता है और इस प्रकार आणविक चुम्बकों की क्रमबद्ध व्यवस्था बाधित हो जाती है। यही कारण है कि स्थायी चुम्बकों और स्थायी चुम्बकों वाले उपकरणों को सावधानी से संभालना चाहिए।

किसी भी चुंबक के आसपास एक तथाकथित होता है।

चुंबकीय क्षेत्र वह स्थान है जिसमें चुंबकीय बल कार्य करते हैं। स्थायी चुंबक का चुंबकीय क्षेत्र अंतरिक्ष का वह भाग होता है जिसमें एक आयताकार चुंबक का क्षेत्र और इस चुंबक की चुंबकीय शक्तियाँ कार्य करती हैं।

चुंबकीय क्षेत्र की चुंबकीय शक्तियां कुछ दिशाओं में कार्य करती हैं. चुंबकीय शक्तियों की क्रिया की दिशा बताने पर सहमति बनी बल की चुंबकीय रेखाएँ. यह शब्द इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के अध्ययन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन हमें यह याद रखना चाहिए कि बल की चुंबकीय रेखाएं भौतिक नहीं हैं: यह एक पारंपरिक अवधारणा है जिसे केवल चुंबकीय क्षेत्र के गुणों की समझ को सुविधाजनक बनाने के लिए पेश किया गया है।

चुंबकीय क्षेत्र का आकार, यानी, अंतरिक्ष में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का स्थान चुंबक के आकार पर ही निर्भर करता है।

चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं में कई गुण होते हैं:वे हमेशा बंद रहते हैं, कभी एक दूसरे को नहीं काटते, सबसे छोटा रास्ता अपनाते हैं और अगर उन्हें एक ही दिशा में निर्देशित किया जाए तो वे एक-दूसरे से दूर चले जाते हैं। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि बल की रेखाएँ चुंबक के उत्तरी ध्रुव से निकलकर उसके दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं; चुंबक के अंदर उनकी दिशा दक्षिणी ध्रुव से उत्तर की ओर होती है।

जैसे चुंबकीय ध्रुव प्रतिकर्षित करते हैं, इसके विपरीत चुंबकीय ध्रुव आकर्षित करते हैं।

व्यवहार में यह सत्यापित करना कठिन नहीं है कि दोनों निष्कर्ष सही हैं। एक कम्पास लें और सीधे चुंबक के ध्रुवों में से एक, उदाहरण के लिए उत्तरी ध्रुव, को उसके पास लाएँ। आप देखेंगे कि तीर तुरंत अपने दक्षिणी सिरे को चुंबक के उत्तरी ध्रुव की ओर मोड़ देगा। यदि आप चुंबक को तुरंत 180° घुमा देंगे तो चुंबकीय सुई तुरंत 180° घूम जाएगी, यानी इसका उत्तरी सिरा चुंबक के दक्षिणी ध्रुव की ओर होगा।

चुंबकीय प्रेरण। चुंबकीय प्रवाह

किसी चुंबकीय पिंड पर स्थायी चुंबक का प्रभाव (आकर्षण) बल चुंबक के ध्रुव और इस पिंड के बीच की दूरी बढ़ने के साथ कम हो जाता है।एक चुंबक सबसे बड़ा आकर्षण बल सीधे अपने ध्रुवों पर प्रदर्शित करता है, यानी ठीक वहीं जहां चुंबकीय बल रेखाएं सबसे अधिक सघनता से स्थित होती हैं। जैसे-जैसे आप ध्रुव से दूर जाते हैं, बल रेखाओं का घनत्व कम होता जाता है, वे कम और कम बार स्थित होते हैं, और साथ ही चुंबक का आकर्षण बल कमजोर हो जाता है।

इस प्रकार, चुंबकीय क्षेत्र के विभिन्न बिंदुओं पर चुंबक का आकर्षण बल समान नहीं होता है और क्षेत्र रेखाओं के घनत्व द्वारा विशेषता होती है। चुंबकीय क्षेत्र को उसके विभिन्न बिंदुओं पर चिह्नित करने के लिए एक मात्रा कहलाती है चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण.

क्षेत्र का चुंबकीय प्रेरण संख्यात्मक रूप से उनकी दिशा के लंबवत स्थित 1 सेमी2 के क्षेत्र से गुजरने वाली क्षेत्र रेखाओं की संख्या के बराबर है।

इसका मतलब यह है कि क्षेत्र में किसी दिए गए बिंदु पर क्षेत्र रेखाओं का घनत्व जितना अधिक होगा, इस बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण उतना ही अधिक होगा।

किसी भी क्षेत्र से गुजरने वाली चुंबकीय बल रेखाओं की कुल संख्या को चुंबकीय प्रवाह कहा जाता है।

चुंबकीय प्रवाह को अक्षर F द्वारा निरूपित किया जाता है और यह निम्नलिखित संबंध द्वारा चुंबकीय प्रेरण से संबंधित है:

एफ = बीएस,

जहां F चुंबकीय प्रवाह है, B चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण है; S किसी दिए गए चुंबकीय प्रवाह द्वारा प्रवेश किया गया क्षेत्र है।

यह सूत्र तभी मान्य है जब क्षेत्र S चुंबकीय प्रवाह की दिशा के लंबवत स्थित हो। अन्यथा, चुंबकीय प्रवाह का परिमाण उस कोण पर भी निर्भर करेगा जिस पर क्षेत्र S स्थित है, और फिर सूत्र अधिक जटिल रूप ले लेगा।

स्थायी चुंबक का चुंबकीय प्रवाह चुंबक के क्रॉस सेक्शन से गुजरने वाली बल रेखाओं की कुल संख्या से निर्धारित होता है। स्थायी चुंबक का चुंबकीय प्रवाह जितना अधिक होता है, इस चुंबक में आकर्षण बल उतना ही अधिक होता है।

स्थायी चुंबक का चुंबकीय प्रवाह उस स्टील की गुणवत्ता पर निर्भर करता है जिससे चुंबक बनाया जाता है, चुंबक के आकार पर और उसके चुंबकत्व की डिग्री पर।

चुम्बकीय भेद्यता

किसी पिंड की अपने माध्यम से चुंबकीय प्रवाह पारित करने की क्षमता को कहा जाता है चुम्बकीय भेद्यता. गैर-चुंबकीय पिंड की तुलना में चुंबकीय प्रवाह के लिए हवा से गुजरना आसान होता है।

विभिन्न पदार्थों की उनके मूल्यों से तुलना करने में सक्षम होने के लिए, यह मानने की प्रथा है कि हवा की चुंबकीय पारगम्यता एकता के बराबर है।

वे पदार्थ जिनकी चुंबकीय पारगम्यता इकाई से कम होती है, प्रतिचुंबकीय कहलाते हैं। इनमें तांबा, सीसा, चांदी आदि शामिल हैं।

एल्युमीनियम, प्लैटिनम, टिन आदि की चुंबकीय पारगम्यता इकाई से थोड़ी अधिक होती है और इन्हें अनुचुंबकीय पदार्थ कहा जाता है।

पदार्थों चुम्बकीय भेद्यताजो एक से काफी अधिक (हजारों में मापे गए) होते हैं, लौहचुंबकीय कहलाते हैं। इनमें निकल, कोबाल्ट, स्टील, लोहा आदि शामिल हैं। सभी प्रकार के चुंबकीय और विद्युत चुम्बकीय उपकरण और विभिन्न विद्युत मशीनों के हिस्से इन पदार्थों और उनके मिश्र धातुओं से बने होते हैं।

संचार प्रौद्योगिकी के लिए व्यावहारिक रुचि लोहे और निकल की विशेष मिश्र धातुएं हैं, जिन्हें पर्मलोय कहा जाता है।

एम्पीयर के अनुमान के बाद कि कोई "चुंबकीय आवेश" मौजूद नहीं है और पिंडों के चुंबकीयकरण को आणविक परिपत्र धाराओं (§§ 57 और 61) द्वारा समझाया गया है, लगभग सौ साल बीत गए, आखिरकार, यह धारणा प्रत्यक्ष प्रयोगों द्वारा पूरी तरह से सिद्ध हो गई। चुंबकत्व की प्रकृति का प्रश्न तथाकथित चुंबकीय-यांत्रिक घटना के क्षेत्र में प्रयोगों द्वारा हल किया गया था। इन प्रयोगों को करने और गणना करने के तरीके 1911 में रदरफोर्ड और 1913 में बोह्र द्वारा विकसित परमाणुओं की संरचना के बारे में विचारों के आधार पर विकसित किए गए थे (हालांकि, अवधारणा के समान कुछ प्रयोग पहले भी किए गए थे, विशेष रूप से मैक्सवेल द्वारा, लेकिन सफलता नहीं मिली ).

जब रदरफोर्ड ने रेडियोधर्मिता की घटना का अध्ययन किया, तो यह पाया गया कि परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए परमाणु नाभिक के चारों ओर बंद कक्षाओं में घूमते हैं; बोह्र ने स्पेक्ट्रा के सैद्धांतिक विश्लेषण में दिखाया कि इनमें से केवल कुछ कक्षाएँ ही स्थिर हैं; अंततः, इसके बाद (1925 में, स्पेक्ट्रा के विश्लेषण के आधार पर भी), अपनी धुरी के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के घूमने की खोज की गई, मानो पृथ्वी के दैनिक घूर्णन के अनुरूप हो; इन आंकड़ों के संयोजन से एम्पीयर वृत्ताकार धाराओं की प्रकृति की स्पष्ट समझ पैदा हुई। यह स्पष्ट हो गया कि पदार्थों में चुंबकत्व के मुख्य तत्व हैं: या तो नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों का घूमना, या इलेक्ट्रॉनों का अपनी धुरी के चारों ओर घूमना, या ये दोनों एक साथ घूमते हैं।

जब 1914-1915 में मंचन किया गया। पहले सफल मैग्नेटोमैकेनिकल प्रयोग, जिन्हें नीचे समझाया गया है, शुरू में यह माना गया कि पदार्थों के चुंबकीय गुण पूरी तरह से नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति से निर्धारित होते हैं। हालाँकि, ऊपर वर्णित प्रयोगों के मात्रात्मक परिणामों से पता चला है कि लौहचुंबकीय और अनुचुंबकीय पदार्थों के गुण कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की गति से नहीं, बल्कि उनकी धुरी के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के घूमने से निर्धारित होते हैं।

मैग्नेटोमैकेनिकल प्रयोगों के इरादे को समझने और इन प्रयोगों से निकले निष्कर्षों का सही मूल्यांकन करने के लिए, इलेक्ट्रॉन की गति से निर्मित वृत्ताकार धारा के चुंबकीय क्षण और इलेक्ट्रॉन के यांत्रिक कोणीय गति के अनुपात की गणना करना आवश्यक है।

किसी भी धारा का परिमाण, जैसा कि ज्ञात है, प्रति इकाई समय में क्रॉस सेक्शन से गुजरने वाली बिजली की मात्रा से निर्धारित होता है; यह स्पष्ट है कि इलेक्ट्रॉन के कक्षीय घूर्णन के समतुल्य धारा का परिमाण इलेक्ट्रॉन आवेश के उत्पाद और प्रति इकाई समय में क्रांतियों की संख्या के बराबर है, जहाँ इलेक्ट्रॉन की गति और कक्षा की त्रिज्या है। संकेतित उत्पाद इलेक्ट्रोस्टैटिक इकाइयों में समतुल्य धारा के मूल्य को व्यक्त करता है। विद्युत चुम्बकीय इकाइयों में धारा का परिमाण प्राप्त करने के लिए, संकेतित उत्पाद को प्रकाश की गति से विभाजित किया जाना चाहिए (पृष्ठ 296); इस प्रकार,

एक वृत्ताकार धारा एक चुंबकीय शीट के समान चुंबकीय क्षेत्र बनाती है जिसका क्षण धारा और उसके चारों ओर बहने वाले क्षेत्र के उत्पाद के बराबर होता है [सूत्र (17)]:

इस प्रकार, हम देखते हैं कि नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन की गति परमाणु को एक चुंबकीय क्षण के बराबर प्रदान करती है

इस चुंबकीय क्षण की तुलना इलेक्ट्रॉन के यांत्रिक कोणीय गति से करें:

हम पाते हैं कि चुंबकीय क्षण और यांत्रिक आवेग का अनुपात इलेक्ट्रॉन की गति या कक्षा की त्रिज्या पर निर्भर नहीं करता है

दरअसल, एक अधिक संपूर्ण सिद्धांत से पता चलता है कि समीकरण (33) न केवल गोलाकार कक्षाओं के लिए, बल्कि इलेक्ट्रॉन की अण्डाकार कक्षाओं के लिए भी मान्य है।

अपनी धुरी के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन का घूमना इलेक्ट्रॉन को एक निश्चित चुंबकीय क्षण प्रदान करता है। अपनी धुरी के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन के घूमने को स्पिन कहा जाता है (अंग्रेजी शब्द "स्पिन" से, जिसका अर्थ है एक धुरी के चारों ओर घूमना)। यदि हम मानते हैं कि इलेक्ट्रॉन का आकार गोलाकार है और इलेक्ट्रॉन का आवेश गोलाकार सतह पर समान घनत्व के साथ वितरित होता है, तो गणना से पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन के स्पिन चुंबकीय क्षण का अनुपात इलेक्ट्रॉन के चारों ओर घूमने की यांत्रिक गति से होता है इसकी धुरी कक्षीय गति के समान अनुपात से दोगुनी बड़ी है:

चुंबकीय क्षण और घूर्णी गति की आनुपातिकता के बारे में उपरोक्त विचारों से संकेत मिलता है कि, कुछ शर्तों के तहत, चुंबकीय घटनाएं जाइरोस्कोपिक प्रभावों से जुड़ी हो सकती हैं। मैक्सवेल ने प्रयोगात्मक रूप से चुंबकीय घटना और जाइरोस्कोपिक प्रभावों के बीच इस संबंध की खोज करने की कोशिश की, लेकिन केवल आइंस्टीन और डी हास (1915), ए.एफ. इओफ़े और पी.एल. कपित्सा (1917) और बार्नेट (1914 और 1922) तक ही यह पहली बार संभव हो सका। सफल प्रयोगों को अंजाम देने के लिए. आइंस्टीन और डी हास ने स्थापित किया कि कोर के रूप में सोलनॉइड में निलंबित एक लोहे की छड़, जब सोलनॉइड के माध्यम से प्रवाहित धारा द्वारा चुम्बकित होती है, तो एक घूर्णी आवेग प्राप्त करती है (चित्र 256)। ध्यान देने योग्य प्रभाव प्राप्त करने के लिए, आइंस्टीन और डी हास ने प्रतिध्वनि की घटना का लाभ उठाया, रॉड के प्राकृतिक मरोड़ वाले कंपन की आवृत्ति के साथ मेल खाने वाली आवृत्ति के साथ एक प्रत्यावर्ती धारा के साथ आवधिक चुंबकीयकरण उत्क्रमण किया।

चावल। 256. आइंस्टीन और डी हास के प्रयोग की योजना, ए - दर्पण, ओ - प्रकाश स्रोत।

आइंस्टीन और डी हास प्रभाव को इस प्रकार समझाया गया है। जब चुम्बकित किया जाता है, तो प्राथमिक चुम्बकों की कुल्हाड़ियाँ - "इलेक्ट्रॉन शीर्ष" - चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में उन्मुख होती हैं; "इलेक्ट्रॉनिक शीर्ष" के घूर्णी आवेगों का ज्यामितीय योग शून्य से भिन्न हो जाता है, और चूंकि प्रयोग की शुरुआत में लोहे की छड़ (परमाणुओं की एक यांत्रिक प्रणाली के रूप में माना जाता है) का घूर्णी आवेग शून्य के बराबर था, तो उसके अनुसार घूर्णी आवेग के संरक्षण का नियम

(खंड I, § 38) चुम्बकत्व के कारण, संपूर्ण छड़ को परिमाण में बराबर, लेकिन "इलेक्ट्रॉनिक शीर्ष" के घूर्णन आवेगों के ज्यामितीय योग के विपरीत दिशा में एक घूर्णन आवेग प्राप्त करना चाहिए।

बार्नेट ने आइंस्टीन और डी हास के विपरीत प्रयोग किया, अर्थात्, बार्नेट ने एक लोहे की छड़ को चुम्बकित कर दिया, जिससे वह तेजी से घूमने लगी; घूर्णन अक्ष के विपरीत दिशा में चुम्बकत्व उत्पन्न हुआ। जिस प्रकार, पृथ्वी के दैनिक घूर्णन के कारण जाइरोकम्पास की धुरी पृथ्वी की धुरी के समानांतर स्थिति लेती है (वॉल्यूम I, § 38), उसी तरह, बार्नेट के प्रयोग में, "इलेक्ट्रॉनिक टॉप्स" की धुरी लोहे की छड़ के घूर्णन अक्ष के समानांतर एक स्थिति लें (इस तथ्य के कारण कि इलेक्ट्रॉन आवेश ऋणात्मक है, चुंबकत्व की दिशा छड़ के घूर्णन अक्ष के विपरीत होगी)।

ए.एफ. इओफ़े और पी.एल. कपित्सा (1917) के प्रयोगों में, एक धागे पर लटकी हुई एक चुंबकीय लोहे की छड़ को क्यूरी बिंदु के ऊपर तेजी से गर्म किया गया था। इस मामले में, "प्राथमिक शीर्ष" की क्रमबद्ध व्यवस्था, जिसकी कुल्हाड़ियाँ, चुंबकत्व के कारण, छड़ की धुरी के समानांतर क्षेत्र के साथ उन्मुख थीं, खो गई थी और कुल्हाड़ियों की दिशा के एक अराजक वितरण द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, ताकि "प्राथमिक शीर्ष" के कुल चुंबकीय और यांत्रिक क्षण शून्य के करीब हो जाएं (चित्र 257)। कोणीय संवेग के संरक्षण के नियम के कारण, विचुंबकीय होने पर लोहे की छड़ ने एक घूर्णी संवेग प्राप्त कर लिया।

चावल। 257. इओफ़े-कपिट्सा प्रयोग के विचार को समझाने वाला आरेख। ए - लोहे की छड़ चुम्बकित होती है; बी - क्यूरी बिंदु के ऊपर गर्म करके छड़ को विचुंबकित किया जाता है।

आइंस्टीन और डी हास के प्रयोगों में, बार्नेट के प्रयोगों में और इओफ़े और कपित्ज़ा के प्रयोगों में चुंबकीय क्षण और घूर्णी गति के माप, जिन्हें कई वैज्ञानिकों द्वारा बार-बार दोहराया गया, से पता चला कि इन मात्राओं का अनुपात सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है (34), और सूत्र (33) द्वारा नहीं। यह इंगित करता है कि लोहे में (और सामान्य रूप से लौहचुंबकीय पिंडों में) चुंबकत्व का मुख्य तत्व इलेक्ट्रॉनों का स्पिन-अक्षीय घूर्णन है, न कि परमाणुओं के सकारात्मक नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति।

हालाँकि, इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति पदार्थों के चुंबकीय गुणों को भी प्रभावित करती है: परमाणुओं, आयनों और अणुओं का चुंबकीय क्षण स्पिन और कक्षीय चुंबकीय क्षणों का एक ज्यामितीय योग है (हालांकि, परमाणुओं की संरचना ऐसी है कि स्पिन क्षण फिर से एक निर्णायक भूमिका निभाते हैं) इस राशि में भूमिका)।

जब किसी कण का कुल चुंबकीय क्षण शून्य होता है, तो पदार्थ प्रतिचुंबकीय हो जाता है। औपचारिक रूप से, प्रतिचुंबकीय पदार्थों को एक से कम चुंबकीय पारगम्यता की विशेषता होती है; इसलिए, नकारात्मक चुंबकीय संवेदनशीलता का मतलब है कि प्रतिचुंबकीय पदार्थ चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के विपरीत दिशा में चुंबकित होते हैं।

इलेक्ट्रॉन सिद्धांत नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव से प्रतिचुंबकत्व की व्याख्या करता है। इलेक्ट्रॉन की यह गति, जैसा कि पहले ही बताया गया है, धारा के बराबर है। जब एक चुंबकीय क्षेत्र एक परमाणु पर कार्य करना शुरू कर देता है और इसकी तीव्रता शून्य से एक निश्चित मान तक बढ़ जाती है, तो "एक अतिरिक्त धारा प्रेरित होती है", जो कि लेनज़ के नियम (§ 71) के अनुसार, ऐसी दिशा होती है कि चुंबकीय क्षण उत्पन्न होता है यह "अतिरिक्त धारा" हमेशा शून्य से फ़ील्ड तक बढ़ने वाली धारा के विपरीत दिशा में निर्देशित होती है। यदि चुंबकीयकरण क्षेत्र कक्षीय तल के लंबवत है, तो यह बस अपनी कक्षा में इलेक्ट्रॉन की गति को बदल देता है, और यह परिवर्तित गति मान तब तक बना रहता है जब तक परमाणु चुंबकीय क्षेत्र में है; यदि क्षेत्र कक्षीय तल के लंबवत नहीं है, तो क्षेत्र की दिशा के चारों ओर कक्षीय अक्ष की पूर्ववर्ती गति उत्पन्न होती है और स्थापित हो जाती है (शीर्ष के आधार से गुजरने वाले ऊर्ध्वाधर के चारों ओर शीर्ष के अक्ष की पूर्वता के समान) (खंड I, § 38)।

गणना से प्रतिचुंबकीय पदार्थों की चुंबकीय संवेदनशीलता के लिए निम्नलिखित सूत्र प्राप्त होता है:

यहां इलेक्ट्रॉन का आवेश और द्रव्यमान, एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या, पदार्थ की प्रति इकाई मात्रा में परमाणुओं की संख्या, इलेक्ट्रॉन कक्षाओं की औसत त्रिज्या है।

इस प्रकार, प्रतिचुंबकीय प्रभाव सभी पदार्थों का एक सामान्य गुण है; हालाँकि, यह प्रभाव छोटा है, और इसलिए इसे केवल तभी देखा जा सकता है जब इसके विपरीत कोई मजबूत अनुचुंबकीय प्रभाव न हो।

अनुचुम्बकत्व का सिद्धांत लैंग्विन द्वारा 1905 में विकसित किया गया था और फ्लेक, स्टोनर और अन्य (1927 में और बाद के वर्षों में) द्वारा आधुनिक अवधारणाओं के आधार पर विकसित किया गया था। परमाणु की संरचना के आधार पर, अलग-अलग अंतर-परमाणु इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षण या तो एक-दूसरे को रद्द कर सकते हैं, जिससे कि संपूर्ण परमाणु गैर-चुंबकीय हो जाता है (ऐसे पदार्थ प्रतिचुंबकीय गुण प्रदर्शित करते हैं), या परिणामी परमाणु का चुंबकीय क्षण शून्येतर हो जाता है। इस अंतिम मामले में, जैसा कि क्वांटम यांत्रिकी से पता चलता है, परमाणु का चुंबकीय क्षण (अधिक सटीक रूप से, इसका इलेक्ट्रॉन खोल) स्वाभाविक रूप से एक प्रकार के "चुंबकत्व के परमाणु" के माध्यम से व्यक्त किया जाता है (वॉल्यूम III, §§ 59, 67-70) के अनुसार क्वांटम करने के लिए

यांत्रिकी में, यह "चुंबकत्व का परमाणु" नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन के घूमने से उत्पन्न चुंबकीय क्षण है - बोह्र मैग्नेटन, के बराबर

(यहां इलेक्ट्रॉन का आवेश, प्लैंक स्थिरांक, c प्रकाश की गति, इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है)।

प्रत्येक इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण बिल्कुल समान होता है, चाहे वह नाभिक के चारों ओर अपनी गति के कारण हो, लेकिन इसकी संरचना के कारण या, जैसा कि वे पारंपरिक रूप से कहते हैं, एक अक्ष के चारों ओर घूमने के कारण। स्पिन का चुंबकीय क्षण बोर मैग्नेटन के बराबर है, जबकि स्पिन का यांत्रिक क्षण [सूत्र (33) और (34) के अनुसार] इलेक्ट्रॉन के आधे कक्षीय क्षण के बराबर है।

कुछ परमाणु नाभिकों में चुंबकीय क्षण भी होते हैं, लेकिन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोश में निहित चुंबकीय क्षणों से हजारों गुना छोटे होते हैं § 115)। नाभिक के चुंबकीय क्षणों को परमाणु मैग्नेटन के माध्यम से व्यक्त किया जाता है, जिसका मूल्य बोर मैग्नेटन के मूल्य के समान सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है, यदि इस सूत्र में इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान को प्रोटॉन के द्रव्यमान से बदल दिया जाता है।

लैंग्विन के सिद्धांत के अनुसार, जब एक अनुचुंबकीय पदार्थ को चुम्बकित किया जाता है, तो अणु अपने चुंबकीय क्षणों द्वारा क्षेत्र रेखाओं की दिशा में उन्मुख होते हैं, लेकिन आणविक तापीय

किसी न किसी हद तक आंदोलन इस अभिविन्यास को बिगाड़ देता है। एक अनुचुंबकीय पदार्थ के चुंबकत्व की आणविक तस्वीर एक ढांकता हुआ (§ 22) के ध्रुवीकरण के समान है, यदि, निश्चित रूप से, हम कल्पना करते हैं कि कठोर विद्युत द्विध्रुवों को प्राथमिक चुंबकों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, और विद्युत क्षेत्र को एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। चुंबकीयकरण क्षेत्र की दिशा में प्राथमिक चुंबकों के अभिविन्यास की डिग्री का अनुमान क्षेत्र की दिशा पर चुंबकीय क्षण के औसत प्रक्षेपण के मूल्य (प्रति अणु की गणना) से लगाया जा सकता है। प्राथमिक चुम्बकों के अक्षों की यादृच्छिक व्यवस्था के साथ, जब सभी प्राथमिक चुम्बक क्षेत्र की दिशा में उन्मुख होते हैं,

लैंग्विन ने दिखाया कि तापमान पर और सुबह में आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता पर, (§ 22) के सूत्र के समान, अनुपात निम्नलिखित फ़ंक्शन द्वारा व्यक्त किया जाता है:

छोटे मानों के लिए, जैसा कि पहले ही § 22 में बताया गया है, उपरोक्त लैंग्विन फ़ंक्शन (36) मान y लेता है, इसलिए इस मामले में

जाहिर है, चुम्बकत्व मूल्य के उत्पाद और प्रति इकाई आयतन में अणुओं की संख्या के बराबर है:

इस प्रकार, किसी पदार्थ के स्थिर घनत्व पर, चुंबकत्व पूर्ण तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यह तथ्य 1895 में क्यूरी द्वारा अनुभवजन्य रूप से स्थापित किया गया था।

अधिकांश अनुचुंबकीय पदार्थों के लिए यह एकता की तुलना में छोटा है, इसलिए, सूत्र में प्रतिस्थापित करने और इसके माध्यम से प्रतिस्थापित करने से, एकता की तुलना में मूल्य की उपेक्षा की जा सकती है; तो हमें मिलता है:

जहां विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता (यानी, प्रति इकाई द्रव्यमान की संवेदनशीलता) को दर्शाता है। इस सूत्र को क्यूरी का नियम कहा जाता है। कई अनुचुम्बकों के लिए, क्यूरी के नियम का निम्नलिखित, अधिक जटिल रूप [सूत्र (31)] अधिक सटीक है:

कुछ अनुचुम्बकीय पदार्थों का मान धनात्मक होता है, अन्य का मान ऋणात्मक होता है।

चुम्बकत्व करने पर, एक अनुचुम्बकीय पदार्थ चुम्बक के ध्रुवों के बीच के स्थान में खिंच जाता है। इसलिए, चुंबकत्व के दौरान, एक अनुचुंबकीय पदार्थ कार्य उत्पन्न कर सकता है, जबकि कार्य को विचुंबकीकरण पर खर्च किया जाना चाहिए। इस संबंध में, जैसा कि सैद्धांतिक रूप से डेबी द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, तेजी से रुद्धोष्म विचुंबकीकरण के दौरान पैरामैग्नेटिक पदार्थों को कुछ शीतलन का अनुभव करना चाहिए (विशेष रूप से बहुत कम तापमान के क्षेत्र में, जहां पैरामैग्नेटिक सामग्री की चुंबकीय संवेदनशीलता घटते तापमान के साथ बहुत बढ़ जाती है)। 1933 से कई प्रयोगशालाओं में किए गए प्रयोगों ने सिद्धांत के निष्कर्षों की पुष्टि की और निकायों की गहरी शीतलन के लिए एक चुंबकीय विधि के विकास के आधार के रूप में कार्य किया। पैरामैग्नेटिक पदार्थ को पारंपरिक तरीकों से चुंबकीय क्षेत्र में तरल हीलियम के तापमान तक ठंडा किया जाता है, जिसके बाद पदार्थ को चुंबकीय क्षेत्र से तुरंत हटा दिया जाता है, जिससे इस पदार्थ के तापमान में और भी अधिक कमी आती है। यह विधि ऐसे तापमान उत्पन्न करती है जो पूर्ण शून्य से एक डिग्री के हजारवें हिस्से तक भिन्न होते हैं।

लौहचुम्बकीय पदार्थों की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि अपेक्षाकृत कमजोर क्षेत्रों में वे लगभग पूर्ण संतृप्ति तक चुम्बकित होते हैं। इसलिए, लौहचुंबक में कुछ ताकतें होती हैं, जो तापीय गति के प्रभाव पर काबू पाकर प्राथमिक चुंबकीय क्षणों के क्रमबद्ध अभिविन्यास को बढ़ावा देती हैं। लौह चुम्बकों के चुम्बकत्व को बढ़ावा देने वाली शक्तियों के एक आंतरिक क्षेत्र के अस्तित्व के बारे में धारणा सबसे पहले 1892 में रूसी वैज्ञानिक बी. एल. रोज़िंग द्वारा व्यक्त की गई थी और 1907 में पी. वीज़ द्वारा इसकी पुष्टि की गई थी।

लौहचुम्बकीय पदार्थों में, प्राथमिक चुम्बक अपनी धुरी - स्पिन के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। वीस के विचारों के विकास में, यह माना जाता है कि स्पिन, क्रिस्टल जाली के नोड्स पर स्थित होते हैं और एक दूसरे के साथ बातचीत करते हुए, एक आंतरिक क्षेत्र बनाते हैं, जो फेरोमैग्नेटिक क्रिस्टल के अलग-अलग छोटे क्षेत्रों में (इन क्षेत्रों को डोमेन कहा जाता है) बदल जाता है सभी एक दिशा में घूमते हैं, ताकि प्रत्येक ऐसा क्षेत्र (डोमेन) अनायास (सहज) संतृप्ति के लिए चुम्बकित हो जाए। हालाँकि, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में क्रिस्टल के निकटवर्ती क्षेत्रों की दिशाएँ अलग-अलग होती हैं

चुम्बकत्व. गणना से पता चलता है कि, उदाहरण के लिए, लोहे के क्रिस्टल में, "सहज" चुंबकत्व घन क्रिस्टल सेल के किसी भी किनारे की दिशा में हो सकता है।

एक कमजोर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र डोमेन में सभी स्पिनों को क्यूबिक सेल के उस किनारे की दिशा में मोड़ने का कारण बनता है जो चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के साथ सबसे छोटा कोण बनाता है।

चावल। 258. लौहचुम्बक के चुम्बकत्व के दौरान डोमेन में स्पिन का अभिविन्यास।

एक मजबूत क्षेत्र स्पिन को फिर से क्षेत्र की दिशा के करीब घुमाने का कारण बनता है। चुंबकीय संतृप्ति तब प्राप्त होती है जब सभी सहज चुंबकीय माइक्रोक्रिस्टलाइन क्षेत्रों के चुंबकीय क्षण क्षेत्र की दिशा में उन्मुख होते हैं। जब चुम्बकित किया जाता है, तो डोमेन नहीं घूमते हैं, बल्कि उनमें सभी घूमते हैं; किसी भी माइक्रोक्रिस्टलाइन में सभी पीठ एक ही समय में मुड़ती हैं, जैसे गठन में सैनिक; स्पिन का यह घुमाव पहले कुछ डोमेन में होता है, फिर अन्य में। इस प्रकार, लौहचुम्बकीय पदार्थ के चुम्बकत्व की प्रक्रिया चरणबद्ध होती है (चित्र 258)।

प्रायोगिक तौर पर, चरणबद्ध चुम्बकत्व की खोज सबसे पहले बार्कहाउज़ेन (1919) ने की थी। इस घटना को प्रदर्शित करने के लिए उपयुक्त सबसे सरल प्रयोग इस प्रकार है: एक टेलीफोन से जुड़े कुंडल में डाली गई एक लोहे की छड़ को कुंडल के ऊपर निलंबित एक घोड़े की नाल के चुंबक को धीरे-धीरे घुमाकर चुंबकित किया जाता है (चित्र 259); उसी समय, फोन में एक विशिष्ट सरसराहट वाली ध्वनि सुनाई देती है, जो चुंबकीय क्षेत्र को धीरे-धीरे पर्याप्त रूप से बदलने पर (प्रति सेकंड एक ओर्स्टेड के सौवें हिस्से द्वारा) अलग-अलग बीट्स में टूट जाती है।

चावल। 259. बार्कहाउज़ेन का प्रयोग.

यह पता चला कि एक पतली निकल तार को चुम्बकित करते समय बार्कहाउज़ेन प्रभाव असाधारण रूप से मजबूत होता है, जिसे पहले एक ब्लॉक के माध्यम से खींचकर एक कर्ल में घुमाया जाता था, और फिर एक केशिका में डाला जाता था, जो इसे जबरन सीधी स्थिति में रखता था। चुम्बकत्व की आंतरायिक प्रकृति छोटे चरणबद्ध चरणों के रूप में चुम्बकत्व आरेख को प्रभावित करती है (चित्र 260)।

सहज चुंबकत्व के क्षेत्र - डोमेन - प्रयोगात्मक रूप से एन.एस. अकुलोव द्वारा खोजे और अध्ययन किए गए थे, जिन्होंने इसके लिए अपने द्वारा विकसित पाउडर चुंबकीय दोष पहचान विधि का उपयोग किया था। चूँकि डोमेन छोटे चुम्बकों के समान होते हैं, उनके बीच की सीमा पर क्षेत्र एक समान नहीं होता है।

चावल। 260. चुम्बकत्व वक्रों की चरणबद्ध प्रकृति। वृत्तों से चिह्नित क्षेत्रों को बड़े पैमाने पर दिखाया गया है।

डोमेन की रूपरेखा प्रकट करने के लिए, एक विचुंबकीय लौहचुंबकीय पदार्थ का एक नमूना एक माइक्रोस्कोप के नीचे रखा जाता है और नमूने की सतह को एक तरल पदार्थ से लेपित किया जाता है जिसमें बेहतरीन लौह धूल होती है। लोहे की धूल, डोमेन की सीमाओं के पास एकत्रित होकर, उनकी आकृति को स्पष्ट रूप से चिह्नित करती है (चित्र 261),

चावल। 261. शुद्ध आयरन (ए), सिलिकॉन आयरन (बी) और कोबाल्ट (सी) में डोमेन।

ऊपर बताई गई लौहचुंबकीय गुणों की उत्पत्ति की तस्वीर में, एक महत्वपूर्ण हिस्सा कुछ समय तक अस्पष्ट रहा, अर्थात् आंतरिक क्षेत्र बनाने वाली ताकतों की प्रकृति जो डोमेन के अंदर स्पिन के क्रमबद्ध अभिविन्यास का कारण बनती है। 1927 में, सोवियत भौतिक विज्ञानी हां. जी. डोर्फ़मैन ने एक प्रयोग किया जिससे पता चला कि लौह चुम्बकों में आंतरिक क्षेत्र बल नहीं होते हैं

चुंबकीय संपर्क की शक्तियां हैं, लेकिन उनकी उत्पत्ति अलग है। तेज गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों (रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा उत्सर्जित "बीटा किरणें") की एक धारा से एक संकीर्ण किरण को अलग करके, डोर्फ़मैन ने इन इलेक्ट्रॉनों को निकल की एक पतली लौहचुंबकीय फिल्म से गुजरने के लिए मजबूर किया; निकेल फिल्म के पीछे एक फोटोग्राफिक प्लेट लगाई गई थी, जिससे विकास के बाद, यह निर्धारित करना संभव हो गया कि इलेक्ट्रॉन इसके साथ कहाँ मिले, ताकि उस कोण को बड़ी सटीकता से मापना संभव हो सके जिस पर चुंबकीय क्षेत्र से गुजरते समय इलेक्ट्रॉन विक्षेपित हुए थे। निकल फिल्म (चित्र 262)। गणना से पता चलता है कि यदि फेरोमैग्नेट में आंतरिक क्षेत्र सामान्य चुंबकीय इंटरैक्शन की प्रकृति का होता, तो इलेक्ट्रॉन बीम का निशान डॉर्फ़मैन इंस्टॉलेशन में फोटोग्राफिक प्लेट पर लगभग 2 सेमी तक स्थानांतरित हो जाता; वास्तव में विस्थापन नगण्य रहा।

चावल। 262. डोर्फ़मैन के प्रयोग के विचार को समझाने वाला आरेख।

प्रोफेसर द्वारा सैद्धांतिक शोध। फ्रेनकेल (1928) और बाद में बलोच, स्टोनर और स्लेटर ने दिखाया कि डोमेन में स्पिन का क्रमबद्ध अभिविन्यास एक विशेष प्रकार की ताकतों के कारण होता है, जिसका अस्तित्व क्वांटम यांत्रिकी द्वारा प्रकट किया गया था और जो परमाणुओं के रासायनिक संपर्क में खुद को प्रकट करते हैं। एक सहसंयोजक बंधन; खंड I, § 130 ). क्वांटम यांत्रिकी में स्वीकृत गणना एवं व्याख्या की विधि के अनुसार ये बल विनिमय बल कहलाते हैं। गणनाओं से पता चला है कि एक ही क्रिस्टल में लौह परमाणुओं के बीच विनिमय अंतःक्रिया की ऊर्जा चुंबकीय अंतःक्रिया की ऊर्जा से सैकड़ों गुना अधिक है। यह उन मापों के अनुरूप है जो ऊपर उल्लिखित प्रयोगों में हां जी डोर्फ़मैन द्वारा किए गए थे।

फिर भी, व्यावहारिक रूप से लौहचुंबक के सबसे महत्वपूर्ण गुण विनिमय अंतःक्रिया द्वारा नहीं, बल्कि मुख्य रूप से चुंबकीय अंतःक्रिया द्वारा निर्धारित होते हैं। तथ्य यह है कि यद्यपि फेरोमैग्नेट्स में "सहज" चुंबकीयकरण (डोमेन) के क्षेत्रों का अस्तित्व विनिमय बलों के कारण होता है (स्पिन का क्रमबद्ध अभिविन्यास विनिमय इंटरैक्शन की न्यूनतम ऊर्जा से मेल खाता है, यानी, सबसे स्थिर है), प्रमुख डोमेन के चुंबकत्व की दिशाएं क्रिस्टल जाली की समरूपता द्वारा निर्धारित की जाती हैं और चुंबकीय संपर्क की न्यूनतम ऊर्जा के अनुरूप होती हैं। और तकनीकी चुम्बकत्व की प्रक्रिया, जैसा कि ऊपर बताया गया है (चित्र 258), व्यक्तिगत डोमेन के अंदर सभी स्पिनों को फ़्लिप करना शामिल है, पहले आसान चुम्बकत्व के क्रिस्टलोग्राफिक अक्ष की दिशा में, जो क्षेत्र की दिशा के साथ सबसे छोटा कोण बनाता है, और फिर स्पिन को मैदान की दिशा में मोड़ने में। बारी-बारी से इस प्रकार के चक्रों को चरणबद्ध तरीके से पलटने के लिए ऊर्जा व्यय की आवश्यकता होती है

डोमेन और क्षेत्र के साथ उनका घूर्णन, साथ ही कई मात्राएँ जो निर्दिष्ट ऊर्जा लागत (मान जो चुंबकीयकरण, मैग्नेटोस्ट्रिक्शन और अन्य घटनाओं को निर्धारित करते हैं) पर निर्भर करती हैं, एन.एस. अकुलोव (1928 से) द्वारा विकसित विधियों द्वारा सबसे सफलतापूर्वक गणना की जाती हैं। और ई. कोंडोर्स्की (1937 से)।

चावल। 263. लोहे के एकल क्रिस्टल के लिए प्रायोगिक डेटा के साथ सैद्धांतिक चुंबकीयकरण वक्रों की तुलना (उन्हें मंडलियों में दिखाया गया है)।

चित्र से. 263, जिसे हम उदाहरणों में से एक के रूप में प्रस्तुत करते हैं, कोई देख सकता है कि एन.एस. अकुलोव के समीकरणों से प्राप्त सैद्धांतिक वक्र प्रयोगात्मक डेटा के साथ अच्छे समझौते में हैं; दाईं ओर का आरेख घन जाली के स्थानिक विकर्ण की दिशा में लोहे के एकल क्रिस्टल के चुंबकत्व को दर्शाता है, बाईं ओर का आरेख घन फलक के विकर्ण की दिशा में उसी को दर्शाता है,

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

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

© एंड्रीव ए.डी., चेर्निख एल.एम., 2009

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

परिचय

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

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

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

1. निर्वात में चुंबकीय क्षेत्र

1.1. धाराओं की परस्पर क्रिया. चुंबकीय प्रेरण

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

. (1.1)

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

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

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

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

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

, (1.3)

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

एलेक्सी लेविन

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

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

छोटे चुम्बक

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

चुंबकत्व विज्ञान का जन्म

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

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

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

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

दो शतक टूटे

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

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

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

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

कोपेनहेगन से पेरिस तक

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

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

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

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

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

लंदन अग्रानुक्रम

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

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

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

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

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

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

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

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

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

यहां तक ​​कि विद्युत घटना के पहले अवलोकन से एक हजार साल पहले ही, मानवता ने संचय करना शुरू कर दिया था चुंबकत्व के बारे में ज्ञान. और केवल चार सौ साल पहले, जब एक विज्ञान के रूप में भौतिकी का विकास शुरू ही हुआ था, शोधकर्ताओं ने पदार्थों के चुंबकीय गुणों को उनके विद्युत गुणों से अलग कर दिया, और उसके बाद ही उनका स्वतंत्र रूप से अध्ययन करना शुरू किया। यह एक प्रायोगिक और सैद्धांतिक शुरुआत थी, जो 19वीं शताब्दी के मध्य तक ई. की नींव बन गई विद्युत और चुंबकीय घटना का गतिशील सिद्धांत.

ऐसा प्रतीत होता है कि चुंबकीय लौह अयस्क के असामान्य गुणों को मेसोपोटामिया में कांस्य युग के प्रारंभ में ही जाना जाता था। और लौह धातु विज्ञान का विकास शुरू होने के बाद, लोगों ने देखा कि यह लौह उत्पादों को आकर्षित करता है। मिलेटस शहर के प्राचीन यूनानी दार्शनिक और गणितज्ञ थेल्स (640-546 ईसा पूर्व) ने भी इस आकर्षण के कारणों के बारे में सोचा था; उन्होंने इस आकर्षण को खनिज के एनीमेशन द्वारा समझाया था।

यूनानी विचारकों ने कल्पना की कि कैसे अदृश्य वाष्प मैग्नेटाइट और लोहे को ढक लेते हैं, कैसे ये जोड़े पदार्थों को एक दूसरे की ओर आकर्षित करते हैं। शब्द "चुंबक"यह एशिया माइनर के मैग्नेशिया-वाई-सिपिला शहर के नाम से आया हो सकता है, जहां से मैग्नेटाइट पड़ा हुआ है। किंवदंतियों में से एक बताती है कि चरवाहा मैग्नीस ने किसी तरह खुद को एक चट्टान के बगल में अपनी भेड़ों के साथ पाया, जिसने उसके कर्मचारियों और जूतों की लोहे की नोक को आकर्षित किया।

प्राचीन चीनी ग्रंथ "स्प्रिंग एंड ऑटम रिकॉर्ड्स ऑफ मास्टर लियू" (240 ईसा पूर्व) में लोहे को आकर्षित करने के लिए मैग्नेटाइट के गुण का उल्लेख है। सौ साल बाद, चीनियों ने पाया कि मैग्नेटाइट तांबे या चीनी मिट्टी की चीज़ें को आकर्षित नहीं करता है। 7वीं और 8वीं शताब्दी में, उन्होंने देखा कि एक चुम्बकित लोहे की सुई, जब स्वतंत्र रूप से लटकाई जाती है, तो उत्तर तारे की ओर मुड़ जाती है।

इसलिए, 11वीं शताब्दी के उत्तरार्ध तक, चीन ने समुद्री कम्पास का उत्पादन शुरू कर दिया, जिसमें यूरोपीय नाविकों ने चीनियों के सौ साल बाद ही महारत हासिल कर ली। तब चीनियों ने पहले से ही उत्तर के पूर्व दिशा में विचलन करने के लिए एक चुंबकीय सुई की क्षमता की खोज की थी, और इस प्रकार यूरोपीय नाविकों से आगे चुंबकीय झुकाव की खोज की, जो केवल 15 वीं शताब्दी में ठीक उसी निष्कर्ष पर पहुंचे थे।

यूरोप में, प्राकृतिक चुम्बकों के गुणों का वर्णन करने वाले पहले व्यक्ति फ्रांसीसी दार्शनिक पियरे डी मैरीकोर्ट थे, जिन्होंने 1269 में अंजु के सिसिली राजा चार्ल्स की सेना में सेवा की थी। इतालवी शहरों में से एक की घेराबंदी के दौरान, उन्होंने पिकार्डी में एक दोस्त को एक दस्तावेज़ भेजा जो विज्ञान के इतिहास में "लेटर ऑन द मैग्नेट" नाम से दर्ज हुआ, जहां उन्होंने चुंबकीय लौह अयस्क के साथ अपने प्रयोगों के बारे में बात की।

मैरीकोर्ट ने कहा कि मैग्नेटाइट के किसी भी टुकड़े में दो ऐसे क्षेत्र होते हैं जो विशेष रूप से लोहे की ओर दृढ़ता से आकर्षित होते हैं। उन्होंने आकाशीय क्षेत्र के ध्रुवों के साथ इस समानता को देखा, इसलिए उन्होंने अधिकतम चुंबकीय बल वाले क्षेत्रों को नामित करने के लिए उनके नाम उधार लिए। वहीं से चुम्बकों के ध्रुवों को दक्षिणी और उत्तरी चुंबकीय ध्रुव कहने की परंपरा आई।

मैरिकोर्ट ने लिखा है कि यदि आप मैग्नेटाइट के किसी टुकड़े को दो भागों में तोड़ दें तो प्रत्येक टुकड़े के अपने-अपने ध्रुव होंगे।

मैरिकोर्ट चुंबकीय ध्रुवों के प्रतिकर्षण और आकर्षण के प्रभाव को विपरीत (दक्षिण और उत्तर) या समान ध्रुवों की परस्पर क्रिया से जोड़ने वाला पहला व्यक्ति था। मैरीकोर्ट को यूरोपीय प्रायोगिक वैज्ञानिक स्कूल का अग्रणी माना जाता है; चुंबकत्व पर उनके नोट्स को दर्जनों प्रतियों में पुन: प्रस्तुत किया गया था, और मुद्रण के आगमन के साथ, उन्हें ब्रोशर के रूप में प्रकाशित किया गया था। 17वीं शताब्दी तक कई विद्वान प्रकृतिवादियों द्वारा उनका हवाला दिया गया था।

अंग्रेज प्रकृतिवादी, वैज्ञानिक और डॉक्टर विलियम गिल्बर्ट भी मारीकुरा के काम से अच्छी तरह परिचित थे। 1600 में, उन्होंने "ऑन द मैग्नेट, मैग्नेटिक बॉडीज एंड द ग्रेट मैग्नेट - द अर्थ" नामक कृति प्रकाशित की। इस काम में, गिल्बर्ट ने प्राकृतिक चुंबकीय सामग्री और चुंबकीय लोहे के गुणों के बारे में उस समय ज्ञात सभी जानकारी प्रदान की, और चुंबकीय गेंद के साथ अपने स्वयं के प्रयोगों का भी वर्णन किया, जिसमें उन्होंने स्थलीय चुंबकत्व का एक मॉडल पुन: पेश किया।

विशेष रूप से, उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया कि "छोटी पृथ्वी" के दोनों ध्रुवों पर कम्पास सुई इसकी सतह पर लंबवत घूमती है, भूमध्य रेखा पर यह समानांतर सेट होती है, और मध्य अक्षांशों पर यह एक मध्यवर्ती स्थिति में बदल जाती है। इस तरह, गिल्बर्ट चुंबकीय झुकाव का अनुकरण करने में कामयाब रहे, जो यूरोप में 50 से अधिक वर्षों से जाना जाता था (1544 में इसका वर्णन नूर्नबर्ग के एक मैकेनिक जॉर्ज हार्टमैन द्वारा किया गया था)।

गिल्बर्ट ने भू-चुंबकीय झुकाव को भी पुन: प्रस्तुत किया, जिसका श्रेय उन्होंने गेंद की पूरी तरह से चिकनी सतह को नहीं दिया, बल्कि ग्रहों के पैमाने पर महाद्वीपों के बीच आकर्षण द्वारा इस प्रभाव को समझाया। उन्होंने पता लगाया कि कैसे अत्यधिक गरम किया गया लोहा अपने चुंबकीय गुणों को खो देता है, और ठंडा होने पर यह उन्हें पुनर्स्थापित कर देता है। अंत में, गिल्बर्ट चुंबक के आकर्षण और ऊन से घिसे हुए एम्बर के आकर्षण के बीच स्पष्ट रूप से अंतर करने वाले पहले व्यक्ति थे, जिसे उन्होंने विद्युत बल कहा। यह वास्तव में एक अभिनव कार्य था, जिसे समकालीनों और वंशजों दोनों ने सराहा। गिल्बर्ट ने पाया कि पृथ्वी को "बड़े चुंबक" के रूप में सोचना सही होगा।

19वीं सदी की शुरुआत तक चुंबकत्व का विज्ञान बहुत कम विकसित हुआ था। 1640 में, गैलीलियो के एक छात्र बेनेडेटो कैस्टेली ने मैग्नेटाइट के आकर्षण का श्रेय इसकी संरचना में मौजूद कई बहुत छोटे चुंबकीय कणों को दिया।

1778 में, हॉलैंड के मूल निवासी सेबाल्ड ब्रुगमैन्स ने देखा कि कैसे बिस्मथ और सुरमा एक चुंबकीय सुई के ध्रुवों को विकर्षित करते हैं, यह एक भौतिक घटना का पहला उदाहरण था जिसे फैराडे ने बाद में कहा था प्रतिचुम्बकत्व.

1785 में चार्ल्स-ऑगस्टिन कूलम्ब ने मरोड़ संतुलन पर सटीक माप के माध्यम से साबित किया कि चुंबकीय ध्रुवों के बीच परस्पर क्रिया का बल ध्रुवों के बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है - ठीक उसी तरह जैसे कि विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का बल।

1813 से, डेनिश भौतिक विज्ञानी ओर्स्टेड परिश्रमपूर्वक बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध स्थापित करने का प्रयास कर रहे हैं। शोधकर्ता ने कंपास को संकेतक के रूप में इस्तेमाल किया, लेकिन लंबे समय तक वह लक्ष्य हासिल नहीं कर सका, क्योंकि उसे उम्मीद थी कि चुंबकीय बल धारा के समानांतर था, और उसने बिजली के तार को कंपास सुई के समकोण पर रख दिया। करंट की घटना पर तीर ने किसी भी तरह से प्रतिक्रिया नहीं की।

1820 के वसंत में, अपने एक व्याख्यान के दौरान, ओर्स्टेड ने तीर के समानांतर एक तार खींचा, और यह स्पष्ट नहीं है कि किस कारण से उन्हें यह विचार आया। और फिर तीर चला गया. किसी कारण से, ओर्स्टेड ने अपने प्रयोगों को कई महीनों के लिए रोक दिया, जिसके बाद वह उनके पास लौटे और महसूस किया कि "विद्युत धारा का चुंबकीय प्रभाव इस धारा के आसपास के वृत्तों के साथ निर्देशित होता है।"

निष्कर्ष विरोधाभासी था, क्योंकि पहले घूमने वाली ताकतें न तो यांत्रिकी में और न ही भौतिकी में कहीं और प्रकट हुई थीं। ओर्स्टेड ने एक लेख लिखा जहां उन्होंने अपने निष्कर्षों को रेखांकित किया, और फिर कभी विद्युत चुंबकत्व का अध्ययन नहीं किया।

उसी वर्ष की शरद ऋतु में, फ्रांसीसी आंद्रे-मैरी एम्पीयर ने प्रयोग शुरू किए। सबसे पहले, ओर्स्टेड के परिणामों और निष्कर्षों को दोहराने और पुष्टि करने के बाद, अक्टूबर की शुरुआत में उन्होंने कंडक्टरों के आकर्षण की खोज की यदि उनमें धाराएं एक ही दिशा में हैं, और यदि धाराएं विपरीत हैं तो प्रतिकर्षण।

एम्पीयर ने धारा के साथ गैर-समानांतर कंडक्टरों के बीच बातचीत का भी अध्ययन किया, जिसके बाद उन्होंने इसे बाद में नामित सूत्र के साथ वर्णित किया एम्पीयर का नियम.वैज्ञानिक ने यह भी दिखाया कि करंट ले जाने वाले कुंडलित तार चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में घूमते हैं, जैसा कि कंपास सुई के साथ होता है।

अंत में, उन्होंने आणविक धाराओं की परिकल्पना को सामने रखा, जिसके अनुसार चुंबकीय पदार्थों के अंदर एक दूसरे के समानांतर निरंतर सूक्ष्म गोलाकार धाराएं होती हैं, जो पदार्थों के चुंबकीय प्रभाव का कारण बनती हैं।

उसी समय, बायोट और सवार्ड ने संयुक्त रूप से एक गणितीय सूत्र विकसित किया जो किसी को प्रत्यक्ष वर्तमान चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता की गणना करने की अनुमति देता है।

और इसलिए, 1821 के अंत तक, माइकल फैराडे, जो पहले से ही लंदन में काम कर रहे थे, ने एक उपकरण बनाया जिसमें एक करंट ले जाने वाला कंडक्टर एक चुंबक के चारों ओर घूमता था, और दूसरा चुंबक दूसरे कंडक्टर के चारों ओर घूमता था।

फैराडे ने सुझाव दिया कि चुंबक और तार दोनों बल की संकेंद्रित रेखाओं से घिरे होते हैं, जो उनकी यांत्रिक क्रिया को निर्धारित करते हैं।

समय के साथ, फैराडे चुंबकीय बल रेखाओं की भौतिक वास्तविकता के प्रति आश्वस्त हो गए। 1830 के दशक के अंत तक, वैज्ञानिक पहले से ही स्पष्ट रूप से जानते थे कि स्थायी चुंबक और वर्तमान-ले जाने वाले कंडक्टर दोनों की ऊर्जा उनके आसपास के स्थान में वितरित की गई थी, जो चुंबकीय बल रेखाओं से भरी हुई थी। अगस्त 1831 में, शोधकर्ता विद्युत धारा उत्पन्न करने के लिए चुंबकत्व को बाध्य करने में कामयाब रहे।

डिवाइस में एक लोहे की अंगूठी होती है जिस पर दो विपरीत वाइंडिंग स्थित होती हैं। पहली वाइंडिंग को एक इलेक्ट्रिक बैटरी से जोड़ा जा सकता था, और दूसरी को चुंबकीय कंपास की सुई के ऊपर रखे कंडक्टर से जोड़ा गया था। जब पहली कुंडल के तार के माध्यम से प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित हुई, तो सुई ने अपनी स्थिति नहीं बदली, बल्कि इसे बंद और चालू करने के क्षणों में झूलना शुरू कर दिया।

फैराडे इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि इन क्षणों में दूसरी वाइंडिंग के तार में चुंबकीय बल रेखाओं के गायब होने या प्रकट होने से जुड़े विद्युत आवेग उत्पन्न हुए। उन्होंने यह खोज की परिणामी इलेक्ट्रोमोटिव बल का कारण चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन है।

नवंबर 1857 में फैराडे ने स्कॉटलैंड में प्रोफेसर मैक्सवेल को एक पत्र लिखकर विद्युत चुंबकत्व के ज्ञान को गणितीय रूप देने के लिए कहा। मैक्सवेल ने अनुरोध का अनुपालन किया। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की अवधारणा 1864 में उनके संस्मरणों में जगह मिली।

मैक्सवेल ने अंतरिक्ष के उस हिस्से को नामित करने के लिए "फ़ील्ड" शब्द पेश किया जो चारों ओर से घिरा हुआ है और इसमें चुंबकीय या विद्युत अवस्था में मौजूद पिंड शामिल हैं, और उन्होंने विशेष रूप से इस बात पर ज़ोर दिया कि यह स्थान स्वयं खाली हो सकता है और बिल्कुल किसी भी प्रकार के पदार्थ से भरा हो सकता है, और क्षेत्र अभी भी जगह रहेगी.

1873 में, मैक्सवेल ने विद्युत और चुंबकत्व पर एक ग्रंथ प्रकाशित किया, जहां उन्होंने विद्युत चुम्बकीय घटनाओं के संयोजन वाले समीकरणों की एक प्रणाली प्रस्तुत की। उन्होंने उन्हें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के सामान्य समीकरणों का नाम दिया और आज तक उन्हें मैक्सवेल के समीकरण कहा जाता है। मैक्सवेल के सिद्धांत के अनुसार चुंबकत्व विद्युत धाराओं के बीच एक विशेष प्रकार की अंतःक्रिया है. यह वह आधार है जिस पर चुंबकत्व से संबंधित सभी सैद्धांतिक और प्रायोगिक कार्य निर्मित होते हैं।