If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

જો તમે વેબ ફિલ્ટરની પાછળ હોવ, તો કૃપા કરીને ખાતરી કરો કે ડોમેન્સ *.kastatic.org અને *.kasandbox.org અનબ્લોક થયા છે.

મુખ્ય વિષયવસ્તુ

ચુંબકીય ક્ષેત્ર શું છે?

ચુંબકીય ક્ષેત્ર શું છે અને તેની ગણતરી કઈ રીતે થાય તે શીખો.

ચુંબકીય ક્ષેત્ર શું છે?

ચુંબકીય ક્ષેત્ર ચિત્ર છે જેનો ઉપયોગ આપણે કંઈક ચુંબકીય હોય તેની અંદર અને આસપાસ અવકાશમાં વિતરિત ચુંબકીય બળ ને કઈ રીતે દર્શાવી શકાય એના સાધન તરીકે કરીએ છીએ.
આપણામાંથી મોટા ભાગના પાસે રોંજીદા ચુંબકીય પદાર્થો સાથે પરિચય છે અને ઓળખીએ છીએ કે તેમની વચ્ચે ત્યાં બળ હોઈ શકે. આપણે સમજીએ છીએ કે ચુંબકો પાસે બે ધ્રુવ હોય છે અને તે બે ચુંબકોના દિકવિન્યાસ પર આધાર રાખે છે ત્યાં આકર્ષણ (વિજાતીય ધ્રુવ) અને અપાકર્ષણ (સજાતીય ધ્રુવ) હોય છે. આપણે ઓળખીએ કે ચુંબકની આસપાસ એક વિસ્તાર હોય છે જ્યાં આ થાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર આ વિસ્તારને વર્ણવે છે.
ત્યાં બે જુદી જુદી રીત છે જેના વડે સામાન્ય રીતે ચુંબકીય ક્ષેત્રને દર્શાવવામાં આવે છે:
  1. ચુંબકીય ક્ષેત્રને ગાણિતિક રીતે સદિશ ક્ષેત્ર વડે દર્શાવવામાં આવે છે. આ સદિશ ક્ષેત્રને ગ્રીડ પર ઘણા બધા સદિશોના ગણ તરીકે સીધો જ બતાવી શકાય દરેક સદિશ એ દિશામાં જશે જે દિશામાં હોકાયંત્ર જાય છે અને તેની લંબાઈ ચુંબકીય બળની પ્રબળતા પર આધાર રાખે છે. ગ્રીડ પેટર્નમાં ઘણા નાના ચુંબકોને ગોઠવતા અને ગ્રીડમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રને મૂકતા તે આ પદ્ધતિ બતાવે છે. અહીં ફક્ત તફાવત એટલો જ છે કે હોકાયંત્ર ક્ષેત્રની પ્રબળતા બતાવતો નથી.
    આકૃતિ 1: ગજિયા ચુંબક માટે ક્ષેત્ર સદિશ આલેખ
    આકૃતિ 1: ગજિયા ચુંબક માટે ક્ષેત્ર સદિશ આલેખ.
  2. સદિશ ક્ષેત્રની અંદર સમાયેલી માહિતીને દર્શાવવાની બીજી વૈકલ્પિક રીત ક્ષેત્ર રેખાઓ નો ઉપયોગ કરવાની છે. અહીં આપણે ગ્રીડ પેટર્નનું વિતરણ કરીએ અને રેખાઓ સાથે સદિશોને જોડીએ. આપણે ઈચ્છીએ એટલી રેખાઓને દોરી શકીએ.
    આકૃતિ 2: ગજિયા ચુંબક માટે ક્ષેત્ર સદિશ આલેખ
    આકૃતિ 2: ગજિયા ચુંબક માટે ક્ષેત્ર સદિશ આલેખ
    ક્ષેત્ર-રેખાઓ વર્ણન પાસે કેટલાક ગુણધર્મો છે:
    • ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ ક્યારેય ક્રોસ થતી નથી.
    • ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ કુદરતી રીતે જ એક વિસ્તારમાં ભેગી થાય છે જ્યાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર સૌથી પ્રબળ હોય છે. એનો અર્થ થાય કે ક્ષેત્ર રેખાઓની ઘનતા ક્ષેત્રની પ્રબળતા દર્શાવે છે.
    • ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ ક્યાંય શરુ થતી નથી કે અટકતી નથી, તેઓ હંમેશા બંધ વક્ર બનાવે છે અને ચુંબકીય પદાર્થની અંદર પણ આગળ જ વધે છે (ઘણીવાર તેને આ રીતે દોરવામાં આવતી નથી).
    • આપણને ક્ષેત્રની દિશા દર્શાવવા રીતની જરૂર છે. આ સામાન્ય રીતે રેખાઓની સાથે એરો દોરીને કરી શકાય છે. કેટલીક વાર એરો દોરવામાં આવતા નથી અને દિશા કંઈક બીજી રીતે બતાવવામાં આવે છે. ઐતિહાસિક કારણો માટે રૂઢિગત એક વિસ્તારને 'ઉત્તર' અને બીજા વિસ્તારને 'દક્ષિણ' કહેવામાં આવે છે અને ક્ષેત્ર રેખાઓ ફક્ત આ ધ્રુવ પરથી જ દોરવામાં આવે છે. ક્ષેત્ર ઉત્તરથી દક્ષિણ રેખાઓને અનુસરે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રે સ્ત્રોતના અંતે 'N' અને 'S' નામ આપવામાં આવે છે. આ ફક્ત યાદ્દચ્છિક છે અને આ સ્થાન વિશે ખાસ કંઈ નથી.
    • ક્ષેત્ર રેખાઓને વાસ્તવિક દુનિયામાં ઘણી સરળતાથી જોઈ શકાય છે. કંઈક ચુંબકીય હોય એની સપાટી નજીક લોખંડનો ભૂકો ફેંકીને આ કરી શકાય છે. દરેક ભૂકો ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવ સાથે નાના ચુંબક તરીકે વર્તે છે. આ ભૂકો કુદરતી રીતે જ એકબીજાથી અલગ પડે છે કારણકે સમાન ધ્રુવ એકબીજાને અપાકર્ષે છે. આનું પરિણામ એક પેટર્ન છે જે ક્ષેત્ર રેખાઓ જેવી જ દેખાય છે. વ્યાપક પેટર્ન હંમેશા સમાન હોય છે, ભૂકાની ઘનતાની ચોક્કસ રેખા અને સ્થાન ભૂકો કઈ રીતે પડે છે, તેનું કદ અને ચુંબકીય ગુણધર્મો પર આધાર રાખે છે.
      આકૃતિ 3: લોખંડના ભૂકાનો ઉપયોગ કરીને ગજિયા ચુંબકની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ જોવી.
      આકૃતિ 3: લોખંડના ભૂકાનો ઉપયોગ કરીને ગજિયા ચુંબકની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ જોવી.

આપણે ચુંબકીય ક્ષેત્રનું માપન કઈ રીતે કરી શકીએ?

કારણકે ચુંબકીય ક્ષેત્ર સદિશ રાશિ છે, તેથી તેને દર્શાવવા માટે બે બાબતોનું માપન કરવાની જરૂર છે; પ્રબળતા અને દિશા .
દિશા માપવી સરળ છે. આપણે ચુંબકીય હોકાયંત્રનો ઉપયોગ કરી શકીએ જે ક્ષેત્ર સાથે ગોઠવાય છે. 11 મી સદીથી ચુંબકીય હોકાયંત્રનો ઉપયોગ નેવિગેશન (પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરીને) માટે થાય છે.
રસપ્રદ રીતે, પ્રબળતાનું માપન કરવું ખુબ જ અઘરું છે. વ્યવહારિક મેગ્નેટોમીટર 19 મી સદીમાં જ આવ્યા. મોટા ભાગના મેગ્નેટોમીટર ઈલેક્ટ્રોન જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાંથી પસાર થાય ત્યારે જે બળ અનુભવે એની સમજ પર કામ કરે છે.
1988 માં મોટા મેગ્નેટોરેસીસ્ટન્સ ની શોધ થઇ ત્યારથી નાના ચુંબકીય ક્ષેત્રનું ચોકસાઈપૂર્વક માપન વ્યવહારિક બન્યું છે. મૂળભૂત ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં આ શોધ કમ્પ્યુટરમાં માહિતીના સંગ્રહ માટે ચુંબકીય હાર્ડ-ડિસ્ક ટેક્નોલોજીમાં તરત જ લાગુ પાડવામાં આવી. ટેક્નોલોજી લાગુ પડ્યાના થોડા જ વર્ષોમાં આણે માહિતી સંગ્રહ કરવાની ક્ષમતા હજાર-ગણી વધારી (1991 થી 2003 ની વચ્ચે 0.1 થી 100 G, b, i, t, slash, i, n, c, h, squared). 2007 માં આલ્બર્ટ ફર્ટ અને પીટર ગ્રુનબર્ગને આ શોધ માટે ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં નોબેલ પ્રાઈઝ પણ આપવમાં આવી.
SI પદ્ધતિમાં, ચુંબકીય ક્ષેત્રનું માપન ટેસ્લા (સંજ્ઞા T, નિકોલા ટેસ્લા ના નામ પરથી) માં કરવામાં આવે છે. ક્ષેત્રના કારણે ગતિમાન વીજભાર પર કેટલું બળ લગાડવામાં આવે છે એના સંદર્ભમાં ટેસ્લા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. નાના રેફ્રિજરેટરનું ચુંબક લગભગ 0, point, 001, space, T ક્ષેત્રનું નિર્માણ કરે છે અને પૃથ્વીનું ક્ષેત્ર 5, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript, space, T લગભગ છે. ઘણીવાર વૈકલ્પિક માપન, ગાઉસ (સંજ્ઞા G) નો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ત્યાં એક સરળ રૂપાંતરણ અવયવ છે, 1, space, T, equals, 10, start superscript, 4, end superscript, space, G. ગાઉસનો સામાન્ય રીતે ઉપયોગ થાય છે કારણકે 1 ટેસ્લા ઘણું મોટું ક્ષેત્ર છે.
સમીકરણમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રના મૂલ્યને B વડે આપવામાં આવે છે. તમે ચુંબકીય ક્ષેત્ર તીવ્રતા નામની રાશિ પણ જોઈ શકો જે સંજ્ઞા H આપે છે. બંને B અને H પાસે એકસમાન એકમ છે, પણ H ચુંબકીય દ્રવ્યો વડે કેન્દ્રિત થતી ચુંબકીય ક્ષેત્રની અસરને ગણતરીમાં લે છે. હવામાં થતા સરળ પ્રશ્નો માટે તમારે આ ભિન્નતા વિશે ચિંતા કરવાની જરૂર નથી.

ચુંબકીય ક્ષેત્રનું ઉદ્દગમ શું છે?

વીજભાર જ્યારે પણ ગતિમાં હોય ત્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે. જો વધુ વીજભાર ને વધુ ગતિ માં મૂકવામાં આવે, તો ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા વધે છે.
ચુંબકત્વ અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર વિદ્યુતચુંબકીય બળ, કુદરતના ચાર મૂળભૂત બળો માંથી એક, ના મુખ્ય પાસાઓમાંથી એક છે.
ત્યાં બે પાયાની રીત છે જેમાં આપણે વીજભારને ગતિમાં લાવવા માટે અને ઉપયોગી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરવા માટે ગોઠવણી કરી શકીએ:
  1. આપણે તારમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરી શકીએ, ઉદાહરણ તરીકે તેને બેટરી સાથે જોડીને। જેમ વિદ્યુતપ્રવાહ (ગતિમાં વીજભારનો જથ્થો) વધે તેમ તેના સમપ્રમાણમાં ક્ષેત્ર વધે છે. આપણે તારથી જેમ દૂર જઈએ, તેમ અંતરના સમપ્રમાણમાં ક્ષેત્રમાં ઘટાડો થાય છે. આ એમ્પિયરના નિયમ વડે સમજાવવામાં આવે છે. વિદ્યુતપ્રવાહ I ધારિત લાંબા સીધા તાર પરથી r અંતરે ચુંબકીય ક્ષેત્ર માટેનું સમીકરણ
B, equals, start fraction, mu, start subscript, 0, end subscript, I, divided by, 2, pi, r, end fraction
અહીં mu, start subscript, 0, end subscript વિશિષ્ટ અચળાંક છે જેને પરમિએબિલિટી મુક્ત અવકાશ. કહેવામાં આવે છે. mu, start subscript, 0, end subscript, equals, 4, pi, dot, 10, start superscript, minus, 7, end superscript, space, T, dot, m, slash, A. કેટલાક પદાર્થો પાસે ચુંબકીય ક્ષેત્રને કેન્દ્રિત કરવા માટેની ક્ષમતા હોય છે, આ વધુ પરમિએબિલિટી ધરાવતા પદાર્થો વડે દર્શાવવામાં આવે છે.
ચુંબકીય ક્ષેત્ર સદિશ છે, તેથી આપણે દિશા પણ જાણવાની જરૂર છે. સીધા તારમાંથી વહન પામતા રૂઢિગત વિદ્યુતપ્રવાહ માટે જમણા-હાથના-નિયમ વડે શોધી શકાય આ નિયમનો ઉપયોગ કરવા માટે કલ્પના કરો કે વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા દર્શાવતા અંગૂઠા સાથે તારની આસપાસ તમારા જમણા હાથને વાળો. આંગળીઓ ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા બતાવે છે જે તાર સાથે વીંટળાયેલી છે.
વિદ્યુતપ્રવાહ (I) ની દિશાને આધારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર (B) ની દિશા શોધવા માટે જમણા-હાથના-નિયમનો ઉપયોગ.[3]
આકૃતિ 4: વિદ્યુતપ્રવાહ (I) ની દિશાને આધારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર (B) ની દિશા શોધવા માટે જમણા-હાથના-નિયમનો ઉપયોગ. [3]
  1. આપણે એ હકીકતનો ઉપયોગ કરી શકીએ કે ઈલેક્ટ્રોન (જે વીજભારિત હોય છે) એ પરમાણુના ન્યુક્લિયસની આસપાસ કોઈક ગતિ કરતા દેખાય છે. આ જ રીતે કાયમી ચુંબકો કામ કરે છે. આપણે અનુભવ પરથી જાણીએ છીએ એ મુજબ, કેટલાક વિશિષ્ટ પદાર્થોમાંથી જ ચુંબક બનાવી શકાય અને કેટલાક ચુંબકો બાકીના કરતા પ્રબળ હોય છે. તેના માટે કેટલીક ખાસ શરતો જરૂરી છે:
  • પરમાણુઓ પાસે ઘણા ઈલેક્ટ્રોન હોય છે, તેમછતાં તેઓ મોટા ભાગે એવી રીતે 'ગોઠવાય' છે જેથી જોડનું એકંદર ચુંબકીય ક્ષેત્ર કેન્સલ થઈ જાય. આ રીતે જોડમાં ગોઠવાયેલા બે ઈલેક્ટ્રોન પાસે વિરુદ્ધ ભ્રમણ હોય છે. તેથી જો આપણને કંઈક ચુંબકીય જોઈતું હોય તો આપણને પરમાણુની જરૂર છે જેની પાસે એક અથવા વધારે સમાન ભ્રમણ સાથેના જોડમાં ન હોય તેવા ઈલેક્ટ્રોન હોય. ઉદાહરણ તરીકે લોખંડ વિશિષ્ટ પદાર્થ છે જેની પાસે આવા ચાર ઈલેક્ટ્રોન હોય છે અને તેથી તે ચુંબક બનાવવા માટે સૌથી સારા છે.
    • પદાર્થના નાના ટુકડામાં પણ ઘણા બધા પરમાણુઓ હોય છે. જો તે બધા જ યાદ્દચ્છિક રીતે ગોઠવાયેલા હોય તો એકંદર ક્ષેત્ર કેન્સલ થઈ જાય, પદાર્થ પાસે જોડમાં ન હોય એવા કેટલા ઈલેક્ટ્રોન હોય એની પરવા કર્યા વગર. પદાર્થ યોગ્ય દિકવિન્યાસ સ્થાપિત કરવા માટે ઓરડાના તાપમાને પૂરતા સ્થાયી હોવા જોઈએ. જો કાયમી સ્થાપિત કરવામાં આવ્યા હોય તો આપણે પાસે કાયમી ચુંબક છે, જેને ફેરોમેગ્નેટ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
    • કેટલાક પદાર્થો બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની હાજરીમાં ચુંબકીય બનવા માટે યોગ્ય રીતે ગોઠવાય જાય છે. બાહ્ય ક્ષેત્ર બધા જ ઇલેક્ટ્રોનને ઉપર ભ્રમણ કરાવે છે, બાહ્ય ક્ષેત્ર દૂર કરવામાં આવે ત્યારે ગોઠવણી દૂર થઈ જાય છે. આ પ્રકારના પદાર્થોને પેરામેગ્નેટિક કહેવામાં આવે છે.
      રેફ્રિજરેટરના દરવાજાની ધાતુ પેરામેગ્નેટિકનું ઉદાહરણ છે. રેફ્રિજરેટરનો દરવાજો પોતે ચુંબકીય હોતો નથી, પણ જ્યારે રેફ્રિજરેટર ચુંબકને તેની ઉપર મૂકવામાં આવે ત્યારે તે ચુંબક તરીકે વર્તે છે. બંને એકબીજા તરફ પ્રબળતાથી આકર્ષાય છે.

પૃથ્વીના ક્ષેત્રને કેન્સલ કરવો

આકૃતિ 5 શિરોલંબ તારની નજીક હોકાયંત્રને મૂકેલું દર્શાવે છે. જ્યારે તારમાંથી કોઈ વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર ન થાય ત્યારે બતાવ્યા મુજબ પૃથ્વીના ક્ષેત્રને (ધારો કે પૃથ્વીનું ક્ષેત્ર 5, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript, space, T છે) કારણે ચુંબક ઉત્તર દર્શાવે છે.
આકૃતિ 5: હોકાયંત્ર અને તાર પ્રયોગ (ઉપરથી જોતા, કોઈ વિદ્યુતપ્રવાહ દેખાતો નથી).
આકૃતિ 5: હોકાયંત્ર અને તાર પ્રયોગ (ઉપરથી જોતા, કોઈ વિદ્યુતપ્રવાહ દેખાતો નથી).
સ્વાધ્યાય 1a:
પૃથ્વીના ક્ષેત્રને દૂર કરવા અને હોકાયંત્રને 'ગુંચવવા' જરૂરી વિદ્યુતપ્રવાહ (મૂલ્ય અને દિશા) શું છે?
સ્વાધ્યાય 1b:
ધારો કે પાવર સપ્લાય કુલ 1, point, 25, space, A સુધી મર્યાદિત છે. શું તમે પ્રયોગની બીજી ગોઠવણી સૂચવી શકો જેમાં ચુંબક પર સમાન અસર ઉત્પન્ન થાય?

રેફરન્સ

[1] Newton Henry Black, Harvey N. Davis (1913) Practical Physics, The MacMillan Co., USA, p. 242, fig. 200 (public domain)
[2] UK Success Stories in Industrial Mathematics. Philip J. Aston, Anthony J. Mulholland, Katherine M.M. Tant. Springer, Feb 4, 2016
[3] This is a file from the Wikimedia Commons. This file is licensed under the Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International, 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic license.