यदि आप चुंबकीय सुई को करीब लाते हैं, तो यह कंडक्टर की धुरी और सुई के घूर्णन के केंद्र से गुजरने वाले विमान के लंबवत हो जाएगी। यह इंगित करता है कि विशेष बल तीर पर कार्य करते हैं, जिन्हें कहा जाता है चुंबकीय बल. चुंबकीय सुई पर प्रभाव के अलावा, चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय क्षेत्र में स्थित गतिमान आवेशित कणों और धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टरों को भी प्रभावित करता है। चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाले कंडक्टरों में, या वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में स्थित स्थिर कंडक्टरों में, आगमनात्मक (ईएमएफ) होता है।

चुंबकीय क्षेत्र

उपरोक्त के अनुसार हम चुंबकीय क्षेत्र की निम्नलिखित परिभाषा दे सकते हैं।

चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के दो पक्षों में से एक है, जो गतिमान कणों के विद्युत आवेशों और विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन से उत्तेजित होता है और गतिमान संक्रमित कणों और इसलिए विद्युत धाराओं पर एक बल प्रभाव की विशेषता है।

यदि आप एक मोटे कंडक्टर को कार्डबोर्ड से गुजारते हैं और उसके साथ गुजारते हैं, तो कार्डबोर्ड पर डाला गया स्टील का बुरादा कंडक्टर के चारों ओर संकेंद्रित वृत्तों में स्थित होगा, जो इस मामले में तथाकथित चुंबकीय प्रेरण रेखाएं हैं (चित्र 1)। हम कार्डबोर्ड को कंडक्टर के ऊपर या नीचे ले जा सकते हैं, लेकिन चूरा का स्थान नहीं बदलेगा। नतीजतन, कंडक्टर के चारों ओर इसकी पूरी लंबाई के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।

यदि आप कार्डबोर्ड पर छोटे चुंबकीय तीर लगाते हैं, तो कंडक्टर में करंट की दिशा बदलकर आप देख सकते हैं कि चुंबकीय तीर घूमेंगे (चित्र 2)। इससे पता चलता है कि चुंबकीय प्रेरण रेखाओं की दिशा चालक में धारा की दिशा के साथ बदलती है।

धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर के चारों ओर चुंबकीय प्रेरण रेखाओं में निम्नलिखित गुण होते हैं: 1) सीधे कंडक्टर की चुंबकीय प्रेरण रेखाओं में संकेंद्रित वृत्तों का आकार होता है; 2) कंडक्टर के जितना करीब होगा, चुंबकीय प्रेरण लाइनें उतनी ही सघन होंगी; 3) चुंबकीय प्रेरण (क्षेत्र की तीव्रता) कंडक्टर में धारा के परिमाण पर निर्भर करती है; 4) चुंबकीय प्रेरण रेखाओं की दिशा चालक में धारा की दिशा पर निर्भर करती है।

अनुभाग में दिखाए गए कंडक्टर में करंट की दिशा दिखाने के लिए एक प्रतीक अपनाया गया है, जिसका उपयोग हम भविष्य में करेंगे। यदि आप मानसिक रूप से कंडक्टर में करंट की दिशा में एक तीर लगाते हैं (चित्रा 3), तो कंडक्टर में जिसमें करंट हमसे दूर निर्देशित होता है, हम तीर के पंखों की पूंछ (एक क्रॉस) देखेंगे; यदि धारा हमारी ओर निर्देशित है, तो हमें एक तीर की नोक (बिंदु) दिखाई देगी।

चित्र 3. चालकों में धारा की दिशा का प्रतीक

गिमलेट नियम आपको धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर के चारों ओर चुंबकीय प्रेरण लाइनों की दिशा निर्धारित करने की अनुमति देता है। यदि दाएं हाथ के धागे वाला एक गिललेट (कॉर्कस्क्रू) धारा की दिशा में आगे बढ़ता है, तो हैंडल के घूमने की दिशा कंडक्टर के चारों ओर चुंबकीय प्रेरण लाइनों की दिशा के साथ मेल खाएगी (चित्रा 4)।

धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर के चुंबकीय क्षेत्र में डाली गई एक चुंबकीय सुई चुंबकीय प्रेरण रेखाओं के साथ स्थित होती है। इसलिए, इसका स्थान निर्धारित करने के लिए, आप "गिमलेट नियम" (चित्र 5) का भी उपयोग कर सकते हैं। चुंबकीय क्षेत्र विद्युत धारा की सबसे महत्वपूर्ण अभिव्यक्तियों में से एक है और इसे धारा से स्वतंत्र रूप से और अलग से प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

चित्र 4. "जिम्लेट नियम" का उपयोग करके धारा प्रवाहित करने वाले कंडक्टर के चारों ओर चुंबकीय प्रेरण लाइनों की दिशा निर्धारित करना	चित्र 5. "जिमलेट नियम" के अनुसार, धारा वाले किसी चालक के पास लाई गई चुंबकीय सुई के विचलन की दिशा निर्धारित करना

एक चुंबकीय क्षेत्र को एक चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की विशेषता होती है, जिसका अंतरिक्ष में एक निश्चित परिमाण और एक निश्चित दिशा होती है।

चित्र 6. बायोट और सावर्ट के नियम के लिए

प्रायोगिक डेटा के सामान्यीकरण के परिणामस्वरूप चुंबकीय प्रेरण के लिए एक मात्रात्मक अभिव्यक्ति बायोट और सावर्ट (चित्रा 6) द्वारा स्थापित की गई थी। चुंबकीय सुई के विक्षेपण द्वारा विभिन्न आकारों और आकृतियों की विद्युत धाराओं के चुंबकीय क्षेत्र को मापकर, दोनों वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि प्रत्येक वर्तमान तत्व अपने से कुछ दूरी पर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जिसका चुंबकीय प्रेरण Δ होता है। बीलंबाई Δ के सीधे आनुपातिक है एलयह तत्व, प्रवाहित धारा का परिमाण है मैं, वर्तमान की दिशा और किसी दिए गए वर्तमान तत्व के साथ हमारे हित के क्षेत्र बिंदु को जोड़ने वाले त्रिज्या वेक्टर के बीच कोण α की ज्या, और इस त्रिज्या वेक्टर की लंबाई के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती है आर:

कहाँ के- माध्यम के चुंबकीय गुणों और इकाइयों की चुनी हुई प्रणाली के आधार पर गुणांक।

आईसीएसए की इकाइयों की पूर्ण व्यावहारिक तर्कसंगत प्रणाली में

जहाँ µ 0 – निर्वात की चुंबकीय पारगम्यताया एमसीएसए प्रणाली में चुंबकीय स्थिरांक:

µ 0 = 4 × π × 10 -7 (हेनरी/मीटर);

हेनरी (जी.एन) - प्रेरण की इकाई; 1 जी.एन = 1 ओम × सेकंड.

µ – सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता- एक आयामहीन गुणांक जो दर्शाता है कि किसी दिए गए पदार्थ की चुंबकीय पारगम्यता निर्वात की चुंबकीय पारगम्यता से कितनी गुना अधिक है।

चुंबकीय प्रेरण का आयाम सूत्र का उपयोग करके पाया जा सकता है

वोल्ट-सेकेंड भी कहा जाता है वेबर (पश्चिम बंगाल):

व्यवहार में चुंबकीय प्रेरण की एक छोटी इकाई होती है - गॉस (जी):

बायोट-सावर्ट का नियम हमें एक अनंत लंबे सीधे कंडक्टर के चुंबकीय प्रेरण की गणना करने की अनुमति देता है:

कहाँ ए- कंडक्टर से उस बिंदु तक की दूरी जहां चुंबकीय प्रेरण निर्धारित होता है।

चुंबकीय क्षेत्र की ताकत

चुंबकीय प्रेरण का चुंबकीय पारगम्यता के गुणनफल µ × µ 0 के अनुपात को कहा जाता है चुंबकीय क्षेत्र की ताकतऔर पत्र द्वारा निर्दिष्ट है एच:

बी = एच × µ × µ 0 .

अंतिम समीकरण दो चुंबकीय मात्राओं से संबंधित है: प्रेरण और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत।

आइए आयाम खोजें एच:

कभी-कभी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत मापने की एक अन्य इकाई का उपयोग किया जाता है - एस्टड (एर):

1 एर = 79,6 ए/एम ≈ 80 ए/एम ≈ 0,8 ए/सेमी .

चुंबकीय क्षेत्र की ताकत एच, चुंबकीय प्रेरण की तरह बी, एक सदिश राशि है.

प्रत्येक बिंदु की स्पर्श रेखा जो चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा से मेल खाती है, कहलाती है चुंबकीय प्रेरण लाइनया चुंबकीय प्रेरण लाइन.

चुंबकीय प्रवाह

चुंबकीय प्रेरण और क्षेत्र की दिशा के लंबवत क्षेत्र के आकार (चुंबकीय प्रेरण वेक्टर) के उत्पाद को कहा जाता है चुंबकीय प्रेरण वेक्टर का प्रवाहया बस चुंबकीय प्रवाहऔर इसे अक्षर F द्वारा निर्दिष्ट किया गया है:

एफ = बी × एस .

चुंबकीय प्रवाह आयाम:

यानी चुंबकीय प्रवाह को वोल्ट-सेकंड या वेबर्स में मापा जाता है।

चुंबकीय प्रवाह की छोटी इकाई है मैक्सवेल (एम केएस):

1 पश्चिम बंगाल = 108 एम केएस.
1एम केएस = 1 जी× 1 सेमी 2.

वीडियो 1. एम्पीयर की परिकल्पना

वीडियो 2. चुंबकत्व और विद्युत चुंबकत्व

विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले किसी चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र के अस्तित्व का पता विभिन्न तरीकों से लगाया जा सकता है। ऐसी ही एक विधि है बारीक लोहे के बुरादे का उपयोग करना।

चुंबकीय क्षेत्र में, बुरादा - लोहे के छोटे टुकड़े - चुम्बकित हो जाते हैं और चुंबकीय तीर बन जाते हैं। चुंबकीय क्षेत्र में प्रत्येक तीर की धुरी चुंबकीय क्षेत्र बलों की कार्रवाई की दिशा के अनुरूप निर्धारित होती है।

चित्र 94 विद्युत प्रवाहित करने वाले एक सीधे चालक के चुंबकीय क्षेत्र का चित्र दिखाता है। ऐसी तस्वीर प्राप्त करने के लिए, एक सीधे कंडक्टर को कार्डबोर्ड की एक शीट से गुजारा जाता है। कार्डबोर्ड पर लोहे के बुरादे की एक पतली परत डाली जाती है, करंट चालू किया जाता है और बुरादे को हल्के से हिलाया जाता है। धारा के चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, लोहे का बुरादा चालक के चारों ओर बेतरतीब ढंग से नहीं, बल्कि संकेंद्रित वृत्तों में स्थित होता है।

चावल। 94. धारा वाले किसी चालक के चुंबकीय क्षेत्र का चित्र

वे रेखाएँ जिनके अनुदिश छोटी चुंबकीय सुइयों की धुरी चुंबकीय क्षेत्र में स्थित होती हैं, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ कहलाती हैं।

क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर चुंबकीय सुई के उत्तरी ध्रुव द्वारा इंगित दिशा को चुंबकीय क्षेत्र रेखा की दिशा माना जाता है।

चुंबकीय क्षेत्र में लोहे के बुरादे से बनी शृंखलाएं चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का आकार दर्शाती हैं।

चुंबकीय धारा चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं किसी चालक को घेरने वाले बंद वक्र हैं।

चुंबकीय रेखाओं का उपयोग करके, चुंबकीय क्षेत्र को ग्राफिक रूप से चित्रित करना सुविधाजनक है। चूँकि किसी धारावाही चालक के चारों ओर अंतरिक्ष में सभी बिंदुओं पर एक चुंबकीय क्षेत्र मौजूद होता है, इसलिए किसी भी बिंदु से होकर एक चुंबकीय रेखा खींची जा सकती है।

चावल। 95. धारा प्रवाहित करने वाले चालक के चारों ओर चुंबकीय सुइयों का स्थान

चित्र 95, एक धारा प्रवाहित कंडक्टर के चारों ओर चुंबकीय सुइयों का स्थान दर्शाता है। (कंडक्टर ड्राइंग के विमान के लंबवत स्थित है, इसमें वर्तमान को हमसे दूर निर्देशित किया जाता है, जिसे पारंपरिक रूप से एक क्रॉस के साथ एक सर्कल द्वारा इंगित किया जाता है।) इन तीरों की कुल्हाड़ियों को प्रत्यक्ष वर्तमान की चुंबकीय रेखाओं के साथ स्थापित किया गया है चुंबकीय क्षेत्र. जब कंडक्टर में करंट की दिशा बदलती है, तो सभी चुंबकीय सुइयां 180° घूमती हैं (चित्र 95, बी; इस मामले में, कंडक्टर में करंट हमारी ओर निर्देशित होता है, जिसे पारंपरिक रूप से एक बिंदु के साथ एक वृत्त द्वारा दर्शाया जाता है)। इस अनुभव से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि धारा के चुंबकीय क्षेत्र की चुंबकीय रेखाओं की दिशा चालक में धारा की दिशा से संबंधित होती है.

प्रश्न

1. चुंबकीय क्षेत्र का अध्ययन करने के लिए लोहे के बुरादे का उपयोग क्यों किया जा सकता है?
2. प्रत्यक्ष धारा वाले चुंबकीय क्षेत्र में लोहे का बुरादा कैसे स्थित होता है?
3. चुंबकीय क्षेत्र रेखा क्या कहलाती है?
4. चुंबकीय क्षेत्र रेखा की अवधारणा क्यों प्रस्तुत की गई है?
5. हम प्रयोगात्मक रूप से कैसे दिखा सकते हैं कि चुंबकीय रेखाओं की दिशा धारा की दिशा से संबंधित है?

व्यायाम 40

एकीकृत राज्य परीक्षा कोडिफायर के विषय: चुम्बकों की परस्पर क्रिया, धारा के साथ किसी चालक का चुंबकीय क्षेत्र।

पदार्थ के चुंबकीय गुणों के बारे में लोग लंबे समय से जानते हैं। मैग्नेट को अपना नाम प्राचीन शहर मैग्नेशिया से मिला: इसके आसपास के क्षेत्र में एक व्यापक खनिज था (जिसे बाद में चुंबकीय लौह अयस्क या मैग्नेटाइट कहा गया), जिसके टुकड़े लोहे की वस्तुओं को आकर्षित करते थे।

चुंबक अंतःक्रिया

प्रत्येक चुम्बक के दो तरफ होते हैं उत्तरी ध्रुवऔर दक्षिणी ध्रुव. दो चुम्बक विपरीत ध्रुवों द्वारा एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं और समान ध्रुवों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं। चुम्बक निर्वात के माध्यम से भी एक दूसरे पर कार्य कर सकते हैं! हालाँकि, यह सब विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया जैसा दिखता है चुम्बकों की परस्पर क्रिया विद्युत नहीं है. इसका प्रमाण निम्नलिखित प्रायोगिक तथ्यों से मिलता है।

चुंबक के गर्म होने पर चुंबकीय बल कमजोर हो जाता है। बिंदु आवेशों की परस्पर क्रिया की शक्ति उनके तापमान पर निर्भर नहीं करती है।

चुंबक को हिलाने पर चुंबकीय बल कमजोर हो जाता है। विद्युत आवेशित पिंडों के साथ ऐसा कुछ नहीं होता है।

सकारात्मक विद्युत आवेशों को ऋणात्मक आवेशों से अलग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, जब निकायों को विद्युतीकृत किया जाता है)। लेकिन चुंबक के ध्रुवों को अलग करना असंभव है: यदि आप किसी चुंबक को दो भागों में काटते हैं, तो कटे हुए स्थान पर भी ध्रुव दिखाई देते हैं, और चुंबक सिरों पर विपरीत ध्रुवों वाले दो चुंबकों में विभाजित हो जाता है (बिल्कुल उसी तरह से उन्मुख होता है) मूल चुंबक के ध्रुवों के रूप में)।

तो चुम्बक हमेशाद्विध्रुवीय, वे केवल रूप में मौजूद हैं द्विध्रुव. पृथक चुंबकीय ध्रुव (कहा जाता है) चुंबकीय मोनोपोल- विद्युत आवेश के अनुरूप) प्रकृति में मौजूद नहीं हैं (किसी भी मामले में, उन्हें अभी तक प्रयोगात्मक रूप से खोजा नहीं गया है)। यह शायद बिजली और चुंबकत्व के बीच सबसे आश्चर्यजनक विषमता है।

विद्युत आवेशित पिंडों की तरह, चुम्बक विद्युत आवेशों पर कार्य करते हैं। हालाँकि, चुंबक केवल कार्य करता है चल रहा हैशुल्क; यदि आवेश चुंबक के सापेक्ष विरामावस्था में है, तो आवेश पर चुंबकीय बल का प्रभाव नहीं देखा जाता है। इसके विपरीत, एक विद्युतीकृत निकाय किसी भी आवेश पर कार्य करता है, भले ही वह आराम की स्थिति में हो या गति में हो।

लघु-सीमा सिद्धांत की आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, चुम्बकों की परस्पर क्रिया किसके माध्यम से की जाती है चुंबकीय क्षेत्रअर्थात्, एक चुंबक आसपास के स्थान में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो दूसरे चुंबक पर कार्य करता है और इन चुंबकों के दृश्यमान आकर्षण या प्रतिकर्षण का कारण बनता है।

चुम्बक का उदाहरण है चुंबकीय सुईदिशा सूचक यंत्र। एक चुंबकीय सुई का उपयोग करके, आप अंतरिक्ष के किसी दिए गए क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति, साथ ही क्षेत्र की दिशा का अनुमान लगा सकते हैं।

हमारा ग्रह पृथ्वी एक विशाल चुंबक है। पृथ्वी के उत्तरी भौगोलिक ध्रुव से अधिक दूर दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव नहीं है। इसलिए, कम्पास सुई का उत्तरी सिरा, पृथ्वी के दक्षिणी चुंबकीय ध्रुव की ओर मुड़कर, भौगोलिक उत्तर की ओर इशारा करता है। यहीं से चुंबक का "उत्तरी ध्रुव" नाम आया।

चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ

जैसा कि हम याद करते हैं, विद्युत क्षेत्र का अध्ययन छोटे परीक्षण आवेशों का उपयोग करके किया जाता है, जिसके प्रभाव से कोई भी क्षेत्र के परिमाण और दिशा का अंदाजा लगा सकता है। चुंबकीय क्षेत्र के मामले में परीक्षण चार्ज का एनालॉग एक छोटी चुंबकीय सुई है।

उदाहरण के लिए, आप अंतरिक्ष में विभिन्न बिंदुओं पर बहुत छोटी कंपास सुइयों को रखकर चुंबकीय क्षेत्र में कुछ ज्यामितीय अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं। अनुभव से पता चलता है कि तीर कुछ निश्चित रेखाओं के साथ पंक्तिबद्ध होंगे - तथाकथित चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ. आइए इस अवधारणा को निम्नलिखित तीन बिंदुओं के रूप में परिभाषित करें।

1. चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं, या चुंबकीय बल रेखाएं, अंतरिक्ष में निर्देशित रेखाएं होती हैं जिनमें निम्नलिखित गुण होते हैं: ऐसी रेखा पर प्रत्येक बिंदु पर रखी गई एक छोटी कंपास सुई इस रेखा के स्पर्शरेखा पर उन्मुख होती है.

2. चुंबकीय क्षेत्र रेखा की दिशा इस रेखा पर बिंदुओं पर स्थित कम्पास सुइयों के उत्तरी छोर की दिशा मानी जाती है.

3. रेखाएँ जितनी घनी होंगी, अंतरिक्ष के किसी दिए गए क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्र उतना ही मजबूत होगा।.

लोहे का बुरादा कम्पास सुइयों के रूप में सफलतापूर्वक काम कर सकता है: चुंबकीय क्षेत्र में, छोटे बुरादे चुंबकीय हो जाते हैं और बिल्कुल चुंबकीय सुइयों की तरह व्यवहार करते हैं।

तो, एक स्थायी चुंबक के चारों ओर लोहे का बुरादा डालने पर, हम चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का लगभग निम्नलिखित चित्र देखेंगे (चित्र 1)।

चावल। 1. स्थायी चुंबक क्षेत्र

चुंबक के उत्तरी ध्रुव को नीले रंग और अक्षर से दर्शाया जाता है; दक्षिणी ध्रुव - लाल और अक्षर में। कृपया ध्यान दें कि क्षेत्र रेखाएं चुंबक के उत्तरी ध्रुव को छोड़कर दक्षिणी ध्रुव में प्रवेश करती हैं: आखिरकार, यह चुंबक के दक्षिणी ध्रुव की ओर है कि कंपास सुई का उत्तरी छोर निर्देशित होगा।

ओर्स्टेड का अनुभव

इस तथ्य के बावजूद कि विद्युत और चुंबकीय घटनाएं प्राचीन काल से लोगों को ज्ञात हैं, लंबे समय तक उनके बीच कोई संबंध नहीं देखा गया था। कई शताब्दियों तक, बिजली और चुंबकत्व पर अनुसंधान एक दूसरे के समानांतर और स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ता रहा।

उल्लेखनीय तथ्य यह है कि विद्युत और चुंबकीय घटनाएं वास्तव में एक-दूसरे से संबंधित हैं, पहली बार 1820 में ओर्स्टेड के प्रसिद्ध प्रयोग में खोजा गया था।

ओर्स्टेड के प्रयोग का आरेख चित्र में दिखाया गया है। 2 (साइट rt.mipt.ru से छवि)। चुंबकीय सुई के ऊपर (और सुई के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव हैं) एक धातु कंडक्टर है जो एक वर्तमान स्रोत से जुड़ा हुआ है। यदि आप सर्किट बंद करते हैं, तो तीर कंडक्टर के लंबवत हो जाता है!
इस सरल प्रयोग ने सीधे बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध का संकेत दिया। ओर्स्टेड के प्रयोग के बाद किए गए प्रयोगों ने निम्नलिखित पैटर्न को मजबूती से स्थापित किया: चुंबकीय क्षेत्र विद्युत धाराओं द्वारा उत्पन्न होता है और धाराओं पर कार्य करता है.

चावल। 2. ओर्स्टेड का प्रयोग

किसी विद्युत धारावाही चालक द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का पैटर्न चालक के आकार पर निर्भर करता है।

धारा प्रवाहित करने वाले सीधे तार का चुंबकीय क्षेत्र

विद्युत धारा प्रवाहित करने वाले सीधे तार की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं संकेंद्रित वृत्त होती हैं। इन वृत्तों के केंद्र तार पर स्थित होते हैं, और उनके तल तार के लंबवत होते हैं (चित्र 3)।

चावल। 3. धारा वाले सीधे तार का क्षेत्र

आगे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा निर्धारित करने के लिए दो वैकल्पिक नियम हैं।

दक्षिणावर्त नियम. यदि आप देखें तो फ़ील्ड रेखाएं वामावर्त दिशा में जाती हैं ताकि धारा हमारी ओर प्रवाहित हो.

पेंच नियम(या गिलेट नियम, या कॉर्कस्क्रू नियम- यह किसी के करीब की चीज़ है ;-))। फ़ील्ड रेखाएं वहां जाती हैं जहां आपको स्क्रू को घुमाने की आवश्यकता होती है (नियमित दाहिने हाथ के धागे के साथ) ताकि यह धागे के साथ धारा की दिशा में आगे बढ़े.

उस नियम का उपयोग करें जो आपके लिए सबसे उपयुक्त हो। दक्षिणावर्त नियम का उपयोग करना बेहतर है - आप बाद में स्वयं देखेंगे कि यह अधिक सार्वभौमिक और उपयोग में आसान है (और फिर इसे अपने पहले वर्ष में कृतज्ञता के साथ याद रखें, जब आप विश्लेषणात्मक ज्यामिति का अध्ययन करते हैं)।

चित्र में. 3 कुछ नया सामने आया है: इसे एक वेक्टर कहा जाता है चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, या चुंबकीय प्रेरण. चुंबकीय प्रेरण वेक्टर विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर के अनुरूप है: यह कार्य करता है शक्ति विशेषताचुंबकीय क्षेत्र, उस बल का निर्धारण करता है जिसके साथ चुंबकीय क्षेत्र गतिशील आवेशों पर कार्य करता है।

हम चुंबकीय क्षेत्र में बलों के बारे में बाद में बात करेंगे, लेकिन अभी हम केवल यह नोट करेंगे कि चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण और दिशा चुंबकीय प्रेरण वेक्टर द्वारा निर्धारित होती है। अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर, वेक्टर को उसी दिशा में निर्देशित किया जाता है जैसे किसी दिए गए बिंदु पर रखी गई कंपास सुई का उत्तरी छोर, अर्थात्, इस रेखा की दिशा में क्षेत्र रेखा की स्पर्शरेखा। चुंबकीय प्रेरण को मापा जाता है टेस्ला(टीएल)।

विद्युत क्षेत्र के मामले में, चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण के लिए निम्नलिखित लागू होता है: सुपरपोजिशन सिद्धांत. यह इस तथ्य में निहित है कि विभिन्न धाराओं द्वारा किसी दिए गए बिंदु पर बनाए गए चुंबकीय क्षेत्रों के प्रेरण सदिश रूप से जुड़ते हैं और चुंबकीय प्रेरण के परिणामी वेक्टर देते हैं:.

धारा के साथ कुंडल का चुंबकीय क्षेत्र

एक वृत्ताकार कुंडल पर विचार करें जिसके माध्यम से प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होती है। हम उस स्रोत को नहीं दिखाते हैं जो चित्र में करंट उत्पन्न करता है।

हमारी कक्षा की क्षेत्र रेखाओं का चित्र लगभग इस प्रकार दिखेगा (चित्र 4)।

चावल। 4. धारा के साथ कुंडल का क्षेत्र

हमारे लिए यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण होगा कि चुंबकीय क्षेत्र किस अर्ध-स्थान (कुंडली के तल के सापेक्ष) में निर्देशित है। पुनः हमारे पास दो वैकल्पिक नियम हैं।

दक्षिणावर्त नियम. फ़ील्ड रेखाएँ वहाँ जाती हैं, जहाँ से धारा वामावर्त प्रसारित होती प्रतीत होती है.

पेंच नियम. फ़ील्ड रेखाएँ वहाँ जाती हैं जहाँ पेंच (सामान्य दाएँ हाथ के धागे के साथ) धारा की दिशा में घुमाए जाने पर जाएगा.

जैसा कि आप देख सकते हैं, प्रत्यक्ष धारा के मामले में इन नियमों के निर्माण की तुलना में धारा और क्षेत्र की भूमिकाएँ बदल जाती हैं।

धारा कुंडली का चुंबकीय क्षेत्र

कुंडलयह काम करेगा यदि आप तार को कसकर लपेटें, बारी-बारी से पर्याप्त लंबे सर्पिल में बदल दें (चित्र 5 - en.wikipedia.org से छवि)। कुंडल में कई दसियों, सैकड़ों या यहां तक ​​कि हजारों मोड़ भी हो सकते हैं। कुंडल भी कहा जाता है solenoid.

चावल। 5. कुंडल (सोलेनॉइड)

एक मोड़ का चुंबकीय क्षेत्र, जैसा कि हम जानते हैं, बहुत सरल नहीं दिखता है। खेत? कुंडल के अलग-अलग मोड़ एक-दूसरे पर आरोपित होते हैं, और ऐसा प्रतीत होता है कि परिणाम एक बहुत ही भ्रमित करने वाली तस्वीर होनी चाहिए। हालाँकि, ऐसा नहीं है: एक लंबी कुंडली के क्षेत्र में अप्रत्याशित रूप से सरल संरचना होती है (चित्र 6)।

चावल। 6. वर्तमान कुंडल क्षेत्र

इस चित्र में, बायीं ओर से देखने पर कुंडल में धारा वामावर्त प्रवाहित होती है (यह तब होगा जब चित्र 5 में कुंडल का दाहिना सिरा वर्तमान स्रोत के "प्लस" से जुड़ा हो, और बायां सिरा "प्लस" से जुड़ा हो। माइनस”)। हम देखते हैं कि कुंडली के चुंबकीय क्षेत्र में दो विशिष्ट गुण होते हैं।

1. कुंडली के अंदर, उसके किनारों से दूर, चुंबकीय क्षेत्र है सजातीय: प्रत्येक बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर परिमाण और दिशा में समान है। फ़ील्ड रेखाएँ समानांतर सीधी रेखाएँ हैं; जब वे बाहर आते हैं तो वे कुंडली के किनारों के पास ही झुकते हैं।

2. कुंडली के बाहर क्षेत्र शून्य के करीब है। कुंडली में जितने अधिक घुमाव होंगे, उसके बाहर का क्षेत्र उतना ही कमजोर होगा।

ध्यान दें कि एक अनंत लंबी कुंडली क्षेत्र को बिल्कुल भी बाहर की ओर नहीं छोड़ती है: कुंडली के बाहर कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है। ऐसी कुंडली के अंदर, क्षेत्र हर जगह एक समान होता है।

क्या आपको कुछ भी याद नहीं दिलाता? कॉइल एक संधारित्र का "चुंबकीय" एनालॉग है। आपको याद होगा कि एक संधारित्र अपने अंदर एक समान विद्युत क्षेत्र बनाता है, जिसकी रेखाएँ केवल प्लेटों के किनारों के पास मुड़ती हैं, और संधारित्र के बाहर क्षेत्र शून्य के करीब होता है; अनंत प्लेटों वाला एक संधारित्र फ़ील्ड को बिल्कुल भी बाहर नहीं छोड़ता है, और फ़ील्ड इसके अंदर हर जगह एक समान होती है।

और अब - मुख्य अवलोकन. कृपया कुंडल के बाहर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं (चित्र 6) के चित्र की तुलना चित्र में चुंबक क्षेत्र रेखाओं से करें। 1. यह तो वही बात है, है ना? और अब हम उस प्रश्न पर आते हैं जो संभवतः आपके मन में लंबे समय से उठता रहा है: यदि एक चुंबकीय क्षेत्र धाराओं द्वारा उत्पन्न होता है और धाराओं पर कार्य करता है, तो स्थायी चुंबक के पास चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति का क्या कारण है? आख़िरकार, यह चुम्बक धारा वाला सुचालक नहीं लगता!

एम्पीयर की परिकल्पना. प्राथमिक धाराएँ

सबसे पहले यह सोचा गया था कि चुम्बकों की परस्पर क्रिया को ध्रुवों पर केंद्रित विशेष चुंबकीय आवेशों द्वारा समझाया गया था। लेकिन बिजली के विपरीत, कोई भी चुंबकीय आवेश को अलग नहीं कर सकता; आख़िरकार, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, चुंबक के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों को अलग-अलग प्राप्त करना संभव नहीं था - ध्रुव हमेशा जोड़े में चुंबक में मौजूद होते हैं।

ओर्स्टेड के प्रयोग से चुंबकीय आवेशों के बारे में संदेह बढ़ गया, जब यह पता चला कि चुंबकीय क्षेत्र विद्युत प्रवाह द्वारा उत्पन्न होता है। इसके अलावा, यह पता चला कि किसी भी चुंबक के लिए उपयुक्त कॉन्फ़िगरेशन के वर्तमान के साथ एक कंडक्टर का चयन करना संभव है, जैसे कि इस कंडक्टर का क्षेत्र चुंबक के क्षेत्र के साथ मेल खाता है।

एम्पीयर ने एक साहसिक परिकल्पना प्रस्तुत की। कोई चुंबकीय आवेश नहीं हैं. चुंबक की क्रिया को उसके अंदर बंद विद्युत धाराओं द्वारा समझाया जाता है.

ये धाराएँ क्या हैं? इन प्राथमिक धाराएँपरमाणुओं और अणुओं के अंदर प्रसारित; वे परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की गति से जुड़े हैं। किसी भी पिंड के चुंबकीय क्षेत्र में इन प्राथमिक धाराओं के चुंबकीय क्षेत्र शामिल होते हैं।

प्राथमिक धाराएँ एक दूसरे के सापेक्ष अनियमित रूप से स्थित हो सकती हैं। तब उनके क्षेत्र परस्पर रद्द हो जाते हैं, और शरीर चुंबकीय गुण प्रदर्शित नहीं करता है।

लेकिन यदि प्राथमिक धाराओं को समन्वित तरीके से व्यवस्थित किया जाए, तो उनके क्षेत्र जुड़कर एक-दूसरे को पुष्ट करते हैं। शरीर एक चुंबक बन जाता है (चित्र 7; चुंबकीय क्षेत्र हमारी ओर निर्देशित होगा; चुंबक का उत्तरी ध्रुव भी हमारी ओर निर्देशित होगा)।

चावल। 7. प्राथमिक चुंबक धाराएँ

प्रारंभिक धाराओं के बारे में एम्पीयर की परिकल्पना ने चुंबकों के गुणों को स्पष्ट किया। चुंबक को गर्म करने और हिलाने से इसकी प्राथमिक धाराओं का क्रम नष्ट हो जाता है और चुंबकीय गुण कमजोर हो जाते हैं। चुंबक के ध्रुवों की अविभाज्यता स्पष्ट हो गई है: जिस बिंदु पर चुंबक काटा जाता है, हमें सिरों पर समान प्राथमिक धाराएं मिलती हैं। किसी पिंड को चुंबकीय क्षेत्र में चुम्बकित करने की क्षमता को प्राथमिक धाराओं के समन्वित संरेखण द्वारा समझाया जाता है जो ठीक से "घूमती" है (अगली शीट में चुंबकीय क्षेत्र में एक गोलाकार धारा के घूर्णन के बारे में पढ़ें)।

एम्पीयर की परिकल्पना सच निकली - यह भौतिकी के आगे के विकास से पता चला। प्रारंभिक धाराओं के बारे में विचार परमाणु के सिद्धांत का एक अभिन्न अंग बन गए, जो पहले से ही बीसवीं शताब्दी में विकसित हुए थे - एम्पीयर के शानदार अनुमान के लगभग सौ साल बाद।

विद्युत क्षेत्र की तरह ही चुंबकीय क्षेत्र को भी बल की रेखाओं का उपयोग करके ग्राफ़िक रूप से दर्शाया जा सकता है। चुंबकीय क्षेत्र रेखा, या चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण रेखा, एक ऐसी रेखा है जिसके प्रत्येक बिंदु पर स्पर्श रेखा चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वेक्टर की दिशा से मेल खाती है।

ए)	बी)	वी)

चावल। 1.2. प्रत्यक्ष वर्तमान चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं (ए),

वृत्ताकार धारा (बी), सोलनॉइड (सी)

विद्युत रेखाओं की तरह चुंबकीय बल रेखाएं एक दूसरे को नहीं काटती हैं। वे इतने घनत्व के साथ खींचे जाते हैं कि उनके लंबवत एक इकाई सतह को पार करने वाली रेखाओं की संख्या किसी दिए गए स्थान में चुंबकीय क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण के परिमाण के बराबर (या आनुपातिक) होती है।

चित्र में. 1.2, एप्रत्यक्ष धारा की क्षेत्र रेखाएँ दिखाई जाती हैं, जो संकेंद्रित वृत्त हैं, जिनका केंद्र धारा अक्ष पर स्थित है, और दिशा दाहिने हाथ के पेंच नियम द्वारा निर्धारित की जाती है (कंडक्टर में धारा रीडर की ओर निर्देशित होती है)।

चुंबकीय प्रेरण रेखाओं को लोहे के बुरादे का उपयोग करके "प्रकट" किया जा सकता है, जो अध्ययन के तहत क्षेत्र में चुंबकीय हो जाते हैं और छोटी चुंबकीय सुइयों की तरह व्यवहार करते हैं। चित्र में. 1.2, बीवृत्ताकार धारा की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ दिखाई गई हैं। सोलनॉइड का चुंबकीय क्षेत्र चित्र में दिखाया गया है। 1.2, वी.

चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं बंद हैं। बल की बंद रेखाओं वाले क्षेत्र कहलाते हैं भंवर क्षेत्र. यह स्पष्ट है कि चुंबकीय क्षेत्र एक भंवर क्षेत्र है। यह चुंबकीय क्षेत्र और इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र के बीच महत्वपूर्ण अंतर है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में, बल की रेखाएं हमेशा खुली रहती हैं: वे विद्युत आवेशों पर शुरू और समाप्त होती हैं। बल की चुंबकीय रेखाओं का न तो आरंभ होता है और न ही अंत। यह इस तथ्य से मेल खाता है कि प्रकृति में कोई चुंबकीय आवेश नहीं हैं।

1.4. बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून

फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जे. बायोट और एफ. सावार्ड ने 1820 में विभिन्न आकृतियों के पतले तारों के माध्यम से बहने वाली धाराओं द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्रों का एक अध्ययन किया। लाप्लास ने बायोट और सावर्ट द्वारा प्राप्त प्रायोगिक डेटा का विश्लेषण किया और एक संबंध स्थापित किया जिसे बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून कहा गया।

इस कानून के अनुसार, किसी भी धारा के चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण की गणना धारा के अलग-अलग प्राथमिक वर्गों द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण के वेक्टर योग (सुपरपोजिशन) के रूप में की जा सकती है। लंबाई के एक वर्तमान तत्व द्वारा बनाए गए क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण के लिए, लाप्लास ने सूत्र प्राप्त किया:

, (1.3)

एक वेक्टर कहां है, मॉड्यूलो कंडक्टर तत्व की लंबाई के बराबर है और वर्तमान के साथ दिशा में मेल खाता है (छवि 1.3); - तत्व से उस बिंदु तक खींचा गया त्रिज्या वेक्टर जिस पर यह निर्धारित होता है; – त्रिज्या वेक्टर का मापांक.

चुंबकीय क्षेत्र - शक्ति मैदान , गतिमान विद्युत आवेशों और पिंडों पर कार्य करना चुंबकीय पल, उनके आंदोलन की स्थिति की परवाह किए बिना;चुंबकीय विद्युत चुम्बकीय का घटक खेत .

चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ काल्पनिक रेखाएँ होती हैं, जिनकी स्पर्श रेखाएँ क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के साथ दिशा में मेल खाती हैं।

चुंबकीय क्षेत्र के लिए सुपरपोज़िशन का सिद्धांत मान्य है: अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर बी∑ → B∑→इस बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र के सभी स्रोतों द्वारा बनाया गया चुंबकीय प्रेरण वैक्टर के वेक्टर योग के बराबर है बीके→ बीके→इस बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र के सभी स्रोतों द्वारा निर्मित:

28. बायोट-सावर्ट-लाप्लास नियम. कुल धारा का नियम.

बायोट-सावर्ट-लाप्लास के नियम का सूत्रीकरण इस प्रकार है: जब एक प्रत्यक्ष धारा निर्वात में स्थित एक बंद लूप से गुजरती है, तो लूप से दूरी r0 पर स्थित एक बिंदु के लिए, चुंबकीय प्रेरण का रूप होगा।

जहां I सर्किट में करंट है

गामा समोच्च जिसके साथ एकीकरण होता है

r0 मनमाना बिंदु

कुल वर्तमान कानून यह चुंबकीय क्षेत्र शक्ति वेक्टर और धारा के संचलन को जोड़ने वाला कानून है।

सर्किट के साथ चुंबकीय क्षेत्र शक्ति वेक्टर का परिसंचरण इस सर्किट द्वारा कवर की गई धाराओं के बीजगणितीय योग के बराबर है।

29. धारावाही चालक का चुंबकीय क्षेत्र। वृत्ताकार धारा का चुंबकीय क्षण.

30. धारावाही चालक पर चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव। एम्पीयर का नियम. धाराओं की परस्पर क्रिया .

एफ = बी मैं पापα ,

कहाँ α - चुंबकीय प्रेरण और वर्तमान वैक्टर के बीच का कोण,बी - चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण,मैं - कंडक्टर में वर्तमान ताकत,एल - कंडक्टर की लंबाई.

धाराओं की परस्पर क्रिया. यदि दो तार DC सर्किट से जुड़े हों, तो: श्रृंखला में जुड़े समानांतर, निकट दूरी वाले कंडक्टर एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। समान्तर क्रम में जुड़े हुए चालक एक दूसरे को आकर्षित करते हैं।

31. गतिमान आवेश पर विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव। लोरेंत्ज़ बल.

लोरेंत्ज़ बल - ताकत, जिसके साथ विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र शास्त्रीय (गैर-क्वांटम) के अनुसार बिजली का गतिविज्ञान पर कार्य करता है बिंदु आरोप लगाया कण. कभी-कभी लोरेंत्ज़ बल को गति के साथ चलती वस्तु पर कार्य करने वाला बल कहा जाता है शुल्क केवल बाहर से चुंबकीय क्षेत्र, अक्सर पूर्ण बल - सामान्य रूप से विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र से , दूसरे शब्दों में, बाहर से विद्युतीय और चुंबकीय खेत.

32. पदार्थ पर चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव। दीया-, पैरा- और लौहचुंबक। चुंबकीय हिस्टैरिसीस.

बी= बी 0 + बी 1

कहाँ बी⃗ बी→ - पदार्थ में चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण; बी⃗ 0 बी→0 - निर्वात में चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, बी⃗ 1 बी→1 - पदार्थ के चुम्बकत्व के कारण उत्पन्न होने वाले क्षेत्र का चुम्बकीय प्रेरण।

वे पदार्थ जिनकी चुंबकीय पारगम्यता इकाई (μ) से थोड़ी कम है< 1), называются प्रतिचुंबकीय सामग्री, एकता से थोड़ा अधिक (μ > 1) - अनुचुंबकीय.

लौह - वह पदार्थ या सामग्री जिसमें कोई घटना देखी जाती है लौहचुंबकत्व, यानी, क्यूरी तापमान से नीचे के तापमान पर सहज चुंबकत्व की उपस्थिति।

चुंबकीय हिस्टैरिसीस - घटना निर्भरताएँ वेक्टर आकर्षण संस्कार और वेक्टर चुंबकीय शक्ति खेत वी पदार्थ नहीं केवल से जुड़ा हुआ बाहरी खेत, लेकिन और से पृष्ठभूमि इस नमूने का