भौतिकशास्त्रातील चुंबकीय घटना - इतिहास, उदाहरणे आणि मनोरंजक तथ्ये

चुंबकत्व आणि वीज

चुंबकाचा पहिला व्यावहारिक उपयोग पाण्यात किंवा तेलाच्या प्लगवर तरंगणाऱ्या चुंबकीकृत स्टीलच्या तुकड्याच्या स्वरूपात होता. या प्रकरणात, चुंबकाचे एक टोक नेहमी उत्तरेकडे आणि दुसरे दक्षिणेकडे निर्देशित करते. हे नाविकांनी वापरलेले पहिले कंपास होते.

अगदी फार पूर्वी, आपल्या युगाच्या कित्येक शतकांपूर्वी, लोकांना माहित होते की एक राळयुक्त पदार्थ - एम्बर, जर लोकरीने घासल्यास, हलक्या वस्तूंना आकर्षित करण्याची क्षमता काही काळासाठी प्राप्त होते: कागदाचे तुकडे, धाग्याचे तुकडे, फ्लफ. या घटनेला इलेक्ट्रिकल म्हणतात ("इलेक्ट्रॉन" म्हणजे ग्रीकमध्ये "अंबर"). नंतर ते लक्षात आले घर्षणाने विद्युतीकृत केवळ एम्बरच नाही तर इतर पदार्थ देखील करू शकतात: काच, मेणाची काठी इ.

बर्याच काळापासून, लोकांना दोन असामान्य नैसर्गिक घटनांमध्ये - चुंबकत्व आणि वीज यांच्यात कोणताही संबंध दिसला नाही. केवळ एक बाह्य चिन्ह सामान्य वाटले - आकर्षित करण्याचा गुणधर्म: चुंबक लोखंडाला आकर्षित करतो आणि काचेची रॉड कागदाच्या लोकरीच्या स्क्रॅप्सने घासतो.खरे आहे, चुंबकाने सतत कार्य केले आणि विद्युतीकृत वस्तू काही काळानंतर त्याचे गुणधर्म गमावते, परंतु दोन्ही "आकर्षित" होते.

पण आता 17 व्या शतकाच्या शेवटी हे लक्षात आले वीज — एक विद्युत घटना — स्टीलच्या वस्तूंजवळ आदळणे त्यांना चुंबकीय करू शकते. अशाप्रकारे, उदाहरणार्थ, एकदा लाकडी पेटीत पडलेले स्टीलचे चाकू मालकाच्या अवर्णनीय आश्चर्यासाठी चुंबकीय बनले, विजेच्या कडकडाटाने बॉक्सवर आदळला आणि तो तुटला.

कालांतराने, अशी अधिकाधिक प्रकरणे दिसून येतात. तथापि, हे अद्याप वीज आणि चुंबकत्व यांच्यात मजबूत संबंध आहे असा विचार करण्याचे कारण देत नाही. असे कनेक्शन सुमारे 180 वर्षांपूर्वी स्थापित केले गेले. तेव्हा असे आढळून आले की कंपासची चुंबकीय सुई त्याच्या जवळ वायर ठेवताच ती विचलित होते. विद्युत प्रवाह वाहतो.

जवळजवळ त्याच वेळी, शास्त्रज्ञांनी आणखी एक शोध लावला, कमी धक्कादायक घटना नाही. असे दिसून आले की ज्या वायरमधून विद्युत प्रवाह वाहतो तो लहान लोखंडी शेव्हिंग्स स्वतःकडे आकर्षित करण्यास सक्षम आहे. तथापि, वायरमधील विद्युतप्रवाह थांबवणे फायदेशीर होते, कारण भूसा ताबडतोब अलग झाला आणि वायरने त्याचे चुंबकीय गुणधर्म गमावले.

शेवटी, विद्युत प्रवाहाचा आणखी एक गुणधर्म शोधला गेला, ज्याने शेवटी वीज आणि चुंबकत्व यांच्यातील कनेक्शनची पुष्टी केली. असे दिसून आले की वायर कॉइलच्या मध्यभागी एक स्टीलची सुई ठेवली जाते ज्यातून विद्युत प्रवाह वाहतो (अशा कॉइलला म्हणतात. solenoid) एखाद्या नैसर्गिक चुंबकाने घासल्याप्रमाणेच चुंबकीकरण केले जाते.

इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स आणि त्यांचा वापर

स्टीलच्या सुईच्या अनुभवावरून आणि जन्म झाला इलेक्ट्रोमॅग्नेट… सुईऐवजी वायरच्या कॉइलच्या मध्यभागी एक मऊ लोखंडी रॉड ठेवून, शास्त्रज्ञांना खात्री पटली की जेव्हा कॉइलमधून विद्युत प्रवाह जातो तेव्हा लोह चुंबकाचा गुणधर्म प्राप्त करतो आणि जेव्हा विद्युत प्रवाह थांबतो तेव्हा तो हा गुणधर्म गमावतो. . त्याच वेळी, हे लक्षात आले की सोलनॉइडमध्ये वायर जितके जास्त वळते तितके इलेक्ट्रोमॅग्नेट मजबूत होते.

फिरत्या चुंबकाच्या प्रभावाखाली, वायर कॉइलमध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण होतो

सुरुवातीला, इलेक्ट्रोमॅग्नेट अनेकांना एक मजेदार भौतिक उपकरण वाटले. लोकांना शंका नव्हती की नजीकच्या भविष्यात ते सर्वात विस्तृत अनुप्रयोग शोधेल, अनेक उपकरणे आणि मशीन्ससाठी आधार म्हणून काम करेल (पहा — इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या घटनेचा व्यावहारिक अनुप्रयोग).

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रिलेच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

विद्युत प्रवाह वायरला चुंबकीय गुणधर्म देतो हे स्थापित झाल्यानंतर, शास्त्रज्ञांनी प्रश्न विचारला: वीज आणि चुंबकत्व यांच्यात व्यस्त संबंध आहे का? उदाहरणार्थ, वायरच्या कॉइलमध्ये ठेवलेल्या मजबूत चुंबकामुळे त्या कॉइलमधून विद्युत प्रवाह वाहतो का?

खरं तर, जर स्थिर चुंबकाच्या कृती अंतर्गत वायरमध्ये विद्युत प्रवाह दिसला तर हे पूर्णपणे विरोधाभासी असेल. ऊर्जा संवर्धन कायदा… या कायद्यानुसार, विद्युत प्रवाह प्राप्त करण्यासाठी, विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होणारी इतर ऊर्जा खर्च करणे आवश्यक आहे. चुंबकाच्या साहाय्याने जेव्हा विद्युत प्रवाह निर्माण होतो, तेव्हा चुंबकाच्या हालचालीत खर्च होणारी ऊर्जा विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होते.

चुंबकीय घटनांचा अभ्यास

XIII शतकांच्या मध्यभागी, जिज्ञासू निरीक्षकांच्या लक्षात आले की होकायंत्राचे चुंबकीय हात एकमेकांशी संवाद साधतात: एकाच दिशेने निर्देशित केलेले टोक एकमेकांना दूर करतात आणि वेगळ्या मार्गाने निर्देशित करणारे आकर्षित करतात.

या वस्तुस्थितीमुळे शास्त्रज्ञांना होकायंत्राची क्रिया स्पष्ट करण्यात मदत झाली. असे गृहीत धरले जाते की जग हा एक प्रचंड चुंबक आहे आणि होकायंत्राच्या सुयांचे टोक जिद्दीने योग्य दिशेने वळतात, कारण ते पृथ्वीच्या एका चुंबकीय ध्रुवाद्वारे मागे घेतले जातात आणि दुसर्‍याद्वारे आकर्षित होतात. हे गृहीतक खरे ठरले.

चुंबकीय घटनेच्या अभ्यासात, कोणत्याही शक्तीच्या चुंबकाला चिकटलेल्या लहान लोखंडी फायलिंग्सची खूप मदत झाली आहे. सर्व प्रथम, हे लक्षात आले की बहुतेक भूसा चुंबकाच्या दोन विशिष्ट ठिकाणी किंवा त्याला चुंबकाच्या ध्रुवांवर चिकटलेला असतो. असे दिसून आले की प्रत्येक चुंबकाला नेहमी किमान दोन ध्रुव असतात, ज्यापैकी एकाला उत्तर (C) आणि दुसरे दक्षिण (S) म्हटले जाते.

लोह फाईलिंग्स चुंबकाच्या सभोवतालच्या जागेत चुंबकीय क्षेत्र रेषांचे स्थान दर्शवतात

बारसारख्या चुंबकामध्ये, त्याचे ध्रुव बहुतेकदा बारच्या टोकाला असतात. विशेषत: ज्वलंत चित्र निरीक्षकांच्या डोळ्यांसमोर दिसू लागले जेव्हा त्यांनी काचेवर किंवा कागदावर लोखंडी फाईल शिंपडण्याचे गृहीत धरले, ज्याखाली चुंबक ठेवलेला होता. चुंबकाच्या खांबामध्ये शेव्हिंग्ज जवळून अंतरावर असतात. मग, पातळ रेषांच्या रूपात - लोखंडी कण एकत्र बांधलेले - ते एका खांबापासून दुसऱ्या खांबापर्यंत पसरले.

चुंबकीय घटनांच्या पुढील अभ्यासातून असे दिसून आले की चुंबकाच्या सभोवतालच्या जागेत विशेष चुंबकीय शक्ती कार्य करतात किंवा ते म्हणतात, चुंबकीय क्षेत्र… चुंबकीय शक्तींची दिशा आणि तीव्रता चुंबकाच्या वर असलेल्या लोखंडी फायलिंगद्वारे दर्शविली जाते.

भुसा सह प्रयोगांनी खूप काही शिकवले आहे. उदाहरणार्थ, लोखंडाचा तुकडा चुंबकाच्या खांबाजवळ येतो. त्याच वेळी ज्या कागदावर भूसा आहे तो थोडासा हलला तर भूसा नमुना बदलू लागतो. चुंबकीय रेषा दृश्यमान बनतात. चुंबकाच्या ध्रुवापासून ते लोखंडाच्या तुकड्यापर्यंत जातात आणि लोखंड ध्रुवाजवळ येताच ते घट्ट होतात. त्याच वेळी, लोहचुंबक ज्या शक्तीने लोखंडाचा तुकडा स्वतःकडे खेचतो ते देखील वाढते.

विद्युत चुंबकाच्या लोखंडी रॉडच्या कोणत्या टोकाला विद्युत प्रवाह गुंडाळीतून जातो तेव्हा उत्तर ध्रुव तयार होतो आणि दक्षिण ध्रुव कोणत्या टोकाला असतो? कॉइलमधील विद्युत प्रवाहाची दिशा ठरवणे सोपे आहे. प्रवाह (ऋण शुल्काचा प्रवाह) स्त्रोताच्या ऋण ध्रुवापासून धनाकडे वाहतो म्हणून ओळखला जातो.

हे जाणून घेतल्यावर आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या कॉइलकडे पाहिल्यास, इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या वळणांमध्ये विद्युत प्रवाह कोणत्या दिशेने वाहतो याची कल्पना करू शकते. इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या शेवटी, जिथे करंट घड्याळाच्या दिशेने गोलाकार हालचाल करेल, तिथे उत्तर ध्रुव तयार होतो आणि पट्टीच्या दुसऱ्या टोकाला, जिथे विद्युतप्रवाह घड्याळाच्या उलट दिशेने फिरतो, दक्षिण ध्रुव. जर तुम्ही इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या कॉइलमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा बदलली तर त्याचे ध्रुव देखील बदलतील.

पुढे असे आढळून आले की स्थायी चुंबक आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेट दोघेही जर सरळ पट्टीच्या स्वरूपात नसतील, तर त्यांचे विरुद्ध ध्रुव एकमेकांच्या जवळ असतील म्हणून वाकलेले असतील तर ते अधिक जोरदारपणे आकर्षित होतात.या प्रकरणात, एक ध्रुव आकर्षित होत नाही तर दोन, आणि त्याशिवाय, चुंबकीय शक्ती रेषा अंतराळात कमी विखुरलेल्या असतात - त्या ध्रुवांमध्ये केंद्रित असतात.

जेव्हा आकर्षित झालेली लोखंडी वस्तू दोन्ही ध्रुवांना चिकटते तेव्हा घोड्याचा नाल चुंबक शक्तीच्या रेषा अंतराळात पसरवणे जवळजवळ थांबवते. कागदावर समान भूसा सह हे पाहणे सोपे आहे. पूर्वी एका ध्रुवापासून दुस-या ध्रुवापर्यंत विस्तारलेल्या बलाच्या चुंबकीय रेषा आता आकर्षित झालेल्या लोखंडी वस्तूमधून जातात, जणू त्यांना हवेपेक्षा लोखंडातून जाणे सोपे होते.

संशोधन असे दर्शविते की हे खरोखरच आहे. एक नवीन संकल्पना उदयास आली - चुंबकीय पारगम्यता, जे एक मूल्य दर्शविते जे सूचित करते की चुंबकीय रेषा कोणत्याही पदार्थातून हवेपेक्षा किती वेळा जाणे सोपे आहे. लोह आणि त्यातील काही मिश्रधातूंमध्ये सर्वाधिक चुंबकीय पारगम्यता असते. हे स्पष्ट करते की, धातूंपैकी लोह चुंबकाकडे सर्वाधिक का आकर्षित होते.

आणखी एक धातू, निकेल, कमी चुंबकीय पारगम्यता असल्याचे आढळले. आणि चुंबकाकडे कमी आकर्षित होतो. काही इतर पदार्थांमध्ये हवेपेक्षा चुंबकीय पारगम्यता जास्त असल्याचे आढळून आले आहे आणि त्यामुळे ते चुंबकाकडे आकर्षित होतात.

परंतु या पदार्थांचे चुंबकीय गुणधर्म अतिशय कमकुवतपणे व्यक्त केले जातात. म्हणून, सर्व विद्युत उपकरणे आणि यंत्रे, ज्यामध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स एका प्रकारे किंवा दुसर्या प्रकारे कार्य करतात, आजपर्यंत लोहाशिवाय किंवा लोह समाविष्ट असलेल्या विशेष मिश्रधातूंशिवाय करू शकत नाहीत.

साहजिकच, विद्युत अभियांत्रिकीच्या अगदी सुरुवातीपासूनच लोह आणि त्याच्या चुंबकीय गुणधर्मांच्या अभ्यासाकडे जास्त लक्ष दिले गेले आहे.1872 मध्ये रशियन शास्त्रज्ञ अलेक्झांडर ग्रिगोरीविच स्टोलेटोव्ह यांच्या अभ्यासानंतरच या क्षेत्रातील काटेकोर वैज्ञानिक गणना शक्य झाली हे खरे आहे. त्यांनी शोधून काढले की लोहाच्या प्रत्येक तुकड्याची चुंबकीय पारगम्यता स्थिर नसते. ती बदलत आहे या तुकड्याच्या चुंबकीकरणाच्या डिग्रीसाठी.

स्टोलेटोव्हने प्रस्तावित केलेल्या लोहाच्या चुंबकीय गुणधर्मांची चाचणी घेण्याची पद्धत खूप मूल्यवान आहे आणि आमच्या काळातील शास्त्रज्ञ आणि अभियंते वापरतात. पदार्थाच्या संरचनेच्या सिद्धांताच्या विकासानंतरच चुंबकीय घटनेच्या स्वरूपाचा सखोल अभ्यास करणे शक्य झाले.

चुंबकत्वाची आधुनिक समज

आता आपल्याला माहित आहे की प्रत्येक रासायनिक घटक अणूंनी बनलेले आहे - असामान्यपणे लहान जटिल कण. अणूच्या केंद्रस्थानी पॉझिटिव्ह वीज चार्ज केलेले केंद्रक आहे. इलेक्ट्रॉन्स, कण जे ऋणात्मक विद्युत प्रभार वाहून घेतात, त्याभोवती फिरतात. वेगवेगळ्या रासायनिक घटकांच्या अणूंसाठी इलेक्ट्रॉनची संख्या समान नसते. उदाहरणार्थ, हायड्रोजन अणूमध्ये फक्त एक इलेक्ट्रॉन त्याच्या केंद्रकाभोवती फिरत असतो, तर युरेनियमच्या अणूमध्ये बण्णव असतात.

विविध विद्युतीय घटनांचे काळजीपूर्वक निरीक्षण करून, शास्त्रज्ञ या निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की वायरमधील विद्युत प्रवाह हे इलेक्ट्रॉनच्या हालचालींशिवाय दुसरे काही नाही. आता लक्षात ठेवा की चुंबकीय क्षेत्र नेहमी ताराभोवती उद्भवते ज्यामध्ये विद्युत प्रवाह वाहतो, म्हणजेच इलेक्ट्रॉन हलतात.

हे असे आहे की चुंबकीय क्षेत्र नेहमी दिसते जेथे इलेक्ट्रॉनची हालचाल असते, दुसऱ्या शब्दांत, चुंबकीय क्षेत्राचे अस्तित्व इलेक्ट्रॉनच्या गतीचा परिणाम आहे.

प्रश्न उद्भवतो: कोणत्याही पदार्थात, इलेक्ट्रॉन सतत त्यांच्या अणु केंद्राभोवती फिरत असतात, या प्रकरणात प्रत्येक पदार्थ स्वतःभोवती चुंबकीय क्षेत्र का बनवत नाही?

याचे आधुनिक विज्ञान पुढील उत्तर देते. प्रत्येक इलेक्ट्रॉनमध्ये फक्त इलेक्ट्रिकल चार्जपेक्षा जास्त असतो. त्यात चुंबकाचे गुणधर्म देखील आहेत, ते एक लहान मूल चुंबक आहे.अशा प्रकारे, इलेक्ट्रॉन न्यूक्लियसभोवती फिरत असताना त्यांच्याद्वारे तयार केलेले चुंबकीय क्षेत्र त्यांच्या स्वतःच्या चुंबकीय क्षेत्रामध्ये जोडले जाते.

या प्रकरणात, बहुतेक अणूंचे चुंबकीय क्षेत्र, फोल्डिंग, पूर्णपणे नष्ट होतात, शोषले जातात. आणि फक्त काही अणूंमध्ये-लोह, निकेल, कोबाल्ट आणि काही प्रमाणात इतरांमध्ये-चुंबकीय क्षेत्र असंतुलित होतात आणि अणू लहान चुंबक असतात. या पदार्थांना म्हणतात फेरोमॅग्नेटिक ("फेरम" म्हणजे लोह).

जर फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांचे अणू यादृच्छिकपणे व्यवस्थित केले गेले, तर वेगवेगळ्या दिशेने निर्देशित केलेल्या वेगवेगळ्या अणूंचे चुंबकीय क्षेत्र शेवटी एकमेकांना रद्द करतात. परंतु जर तुम्ही त्यांना फिरवले जेणेकरून चुंबकीय क्षेत्रे जोडली जातील—आणि तेच आपण चुंबकीकरणात करतो—चुंबकीय क्षेत्र यापुढे रद्द होणार नाहीत, परंतु एकमेकांना जोडतील.

संपूर्ण शरीर (लोहाचा तुकडा) स्वतःभोवती एक चुंबकीय क्षेत्र तयार करेल, ते चुंबक बनेल. त्याचप्रमाणे, जेव्हा इलेक्ट्रॉन एका दिशेने जातात, जे उदाहरणार्थ वायरमधील विद्युत प्रवाहासह उद्भवते, तेव्हा वैयक्तिक इलेक्ट्रॉनचे चुंबकीय क्षेत्र एकूण चुंबकीय क्षेत्रामध्ये जोडते.

या बदल्यात, बाह्य चुंबकीय क्षेत्रात अडकलेले इलेक्ट्रॉन नेहमी नंतरच्या संपर्कात येतात. हे चुंबकीय क्षेत्र वापरून इलेक्ट्रॉनच्या हालचाली नियंत्रित करण्यास अनुमती देते.

वरील सर्व फक्त एक अंदाजे आणि अतिशय सोपी योजना आहे. प्रत्यक्षात, तारा आणि चुंबकीय पदार्थांमध्ये घडणाऱ्या अणू घटना अधिक गुंतागुंतीच्या असतात.

चुंबक आणि चुंबकीय घटनांचे विज्ञान - चुंबकशास्त्र - आधुनिक विद्युत अभियांत्रिकीसाठी खूप महत्वाचे आहे.या विज्ञानाच्या विकासासाठी एक मोठे योगदान चुंबकशास्त्रज्ञ निकोले सर्गेविच अकुलोव्ह यांनी केले होते, ज्यांनी "अकुलोव्हचा कायदा" म्हणून जगभर ओळखला जाणारा एक महत्त्वाचा कायदा शोधला. या कायद्यामुळे चुंबकीकरणादरम्यान विद्युत चालकता, थर्मल चालकता इत्यादीसारख्या धातूंचे महत्त्वाचे गुणधर्म कसे बदलतात हे आगाऊ ठरवणे शक्य करते.

शास्त्रज्ञांच्या पिढ्यांनी चुंबकीय घटनेचे गूढ भेदण्याचे काम केले आहे आणि या घटनांना मानवतेच्या सेवेसाठी ठेवले आहे. आज, लाखो सर्वात वैविध्यपूर्ण चुंबक आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स विविध इलेक्ट्रिकल मशीन्स आणि उपकरणांमध्ये मनुष्याच्या फायद्यासाठी कार्य करतात. ते लोकांना कठोर शारीरिक श्रमापासून मुक्त करतात आणि कधीकधी ते अपरिहार्य सेवक असतात.

चुंबक आणि त्यांच्या अनुप्रयोगांबद्दल इतर मनोरंजक आणि उपयुक्त लेख पहा:

चुंबकत्व आणि विद्युत चुंबकत्व

नैसर्गिक चुंबकीय घटना

स्थायी चुंबक - चुंबकाचे प्रकार, गुणधर्म, परस्परसंवाद

विद्युत अभियांत्रिकी आणि उर्जेमध्ये कायम चुंबकाचा वापर