वर्तमान-वाहक कॉइलचे चुंबकीय क्षेत्र

जर स्थिर विद्युत शुल्काच्या आजूबाजूच्या जागेत इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्ड अस्तित्वात असेल, तर फिरत्या शुल्काच्या आसपासच्या जागेत (तसेच मॅक्सवेलने मूलतः प्रस्तावित केलेल्या वेळेनुसार बदलणाऱ्या इलेक्ट्रिक फील्डच्या आसपास) अस्तित्वात आहे. चुंबकीय क्षेत्र… हे प्रायोगिकरित्या निरीक्षण करणे सोपे आहे.

चुंबकीय क्षेत्राबद्दल धन्यवाद, विद्युत प्रवाह एकमेकांशी संवाद साधतात, तसेच स्थायी चुंबक आणि चुंबकांसह प्रवाह. विद्युत परस्परसंवादाच्या तुलनेत, चुंबकीय परस्परसंवाद जास्त मजबूत आहे. या परस्परसंवादाचा योग्य वेळी आंद्रे-मेरी अँपेरे यांनी अभ्यास केला.

भौतिकशास्त्रात, चुंबकीय क्षेत्र वैशिष्ट्यपूर्ण आहे चुंबकीय प्रेरण B आणि ते जितके मोठे असेल तितके चुंबकीय क्षेत्र अधिक मजबूत असेल. चुंबकीय प्रेरण बी हे सदिश परिमाण आहे, त्याची दिशा चुंबकीय क्षेत्रामध्ये काही ठिकाणी ठेवलेल्या पारंपारिक चुंबकीय बाणाच्या उत्तर ध्रुवावर क्रिया करणार्‍या बलाच्या दिशेशी एकरूप होते — चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय बाणाला वेक्टरच्या दिशेने निर्देशित करेल B , म्हणजेच चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेने.

चुंबकीय प्रेरण रेषेच्या कोणत्याही बिंदूवर वेक्टर बी स्पर्शिकपणे निर्देशित केला जातो. म्हणजेच, इंडक्शन बी विद्युत् प्रवाहावरील चुंबकीय क्षेत्राच्या बल प्रभावाचे वैशिष्ट्य दर्शवते. विद्युत क्षेत्रासाठी शक्ती E द्वारे समान भूमिका बजावली जाते, जी चार्जवर विद्युत क्षेत्राची मजबूत क्रिया दर्शवते.

लोह फाइलिंगसह सर्वात सोपा प्रयोग तुम्हाला चुंबकीय वस्तूवर चुंबकीय क्षेत्राच्या क्रियेची घटना स्पष्टपणे प्रदर्शित करण्यास अनुमती देतो, कारण स्थिर चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फेरोमॅग्नेटचे छोटे तुकडे (असे तुकडे लोह फाइलिंग आहेत) क्षेत्राच्या बाजूने चुंबकीकृत केले जातात, चुंबकीय बाण, कंपासच्या लहान बाणांसारखे.

जर तुम्ही उभी तांब्याची तार घेतली आणि ती कागदाच्या आडव्या (किंवा प्लेक्सिग्लास किंवा प्लायवूड) शीटच्या छिद्रातून चालवली आणि नंतर शीटवर मेटल फिलिंग ओतली, ती थोडीशी हलवली आणि नंतर वायरमधून थेट प्रवाह चालू केला, वायरच्या भोवतालच्या वर्तुळांमध्ये, त्यातील विद्युत् प्रवाहाला लंब असलेल्या विमानात, फायलिंग्ज स्वतःला भोवराच्या स्वरूपात कसे व्यवस्थित करतात हे पाहणे सोपे आहे.

भूसाची ही वर्तुळे विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या चुंबकीय प्रेरण B च्या रेषांचे पारंपारिक प्रतिनिधित्व असेल. या प्रयोगातील वर्तुळांचे केंद्र विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या वायरच्या अक्षाला अगदी मध्यभागी स्थित असेल.

विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या वायरमधील चुंबकीय इंडक्शन व्हेक्टरची दिशा निश्चित करणे सोपे आहे जिमलेट नियमानुसार किंवा उजव्या हाताच्या स्क्रूच्या नियमानुसार: वायरमधील करंटच्या दिशेने स्क्रू अक्षाच्या भाषांतरित हालचालीसह, स्क्रू किंवा गिंबल हँडलच्या फिरण्याची दिशा (इन किंवा स्क्रू करणे) ही दिशा दर्शवेल. विद्युत् प्रवाहाभोवती चुंबकीय क्षेत्र.

जिम्बल नियम का लागू केला जातो? कारण दोन मॅक्सवेल समीकरणांमध्ये वापरल्या जाणार्‍या रोटरचे कार्य (क्षयाद्वारे फील्ड थिअरीमध्ये सूचित केले जाते) हे औपचारिकपणे सदिश उत्पादन (ऑपरेटर नबलासह) म्हणून लिहिले जाऊ शकते आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे वेक्टर फील्डच्या रोटरची उपमा दिली जाऊ शकते. सादृश्य) आदर्श द्रवपदार्थाच्या रोटेशनच्या कोनीय वेगाशी (स्वत: मॅक्सवेलने कल्पिल्याप्रमाणे), ज्याचे प्रवाह वेग क्षेत्र दिलेले वेक्टर क्षेत्र दर्शवते, या नियम फॉर्म्युलेशनद्वारे रोटरसाठी वापरले जाऊ शकते ज्याचे वर्णन कोणीय वेगासाठी केले आहे.

अशा प्रकारे, जर तुम्ही वेक्टर फील्ड व्होर्टेक्सच्या दिशेने अंगठा वळवला तर तो त्या फील्डच्या रोटर वेक्टरच्या दिशेने स्क्रू होईल.

तुम्ही बघू शकता, इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्ड तीव्रतेच्या रेषांच्या विपरीत, जे अवकाशात उघडे असतात, विद्युत प्रवाहाभोवती असलेल्या चुंबकीय प्रेरणाच्या रेषा बंद असतात. जर विद्युत तीव्रतेच्या E च्या रेषा सकारात्मक शुल्काने सुरू होतात आणि ऋण शुल्कासह समाप्त होतात, तर चुंबकीय प्रेरण B च्या रेषा त्यांना निर्माण करणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाभोवती फक्त बंद होतात.

आता प्रयोग क्लिष्ट करूया. करंट असलेल्या सरळ वायरऐवजी, करंटसह वाकण्याचा विचार करा. समजा की असा लूप ड्रॉईंगच्या समतलाला लंबवत ठेवणं आपल्यासाठी सोयीस्कर आहे, ज्याचा विद्युत् प्रवाह आपल्या दिशेने डावीकडे आणि उजवीकडे आहे. जर आता चुंबकीय सुई असलेला होकायंत्र वर्तमान लूपच्या आत ठेवला असेल, तर चुंबकीय सुई चुंबकीय प्रेरणाच्या रेषांची दिशा दर्शवेल — ती लूपच्या अक्षाच्या बाजूने निर्देशित केली जातील.

का? कारण कॉइलच्या विमानाच्या विरुद्ध बाजू चुंबकीय सुईच्या ध्रुवांशी एकरूप असतील.जिथे बी रेषा निघतात तो उत्तर चुंबकीय ध्रुव असतो, जिथे ते दक्षिण ध्रुवात प्रवेश करतात. तुम्ही प्रथम विद्युत प्रवाह वाहून नेणारी तार आणि तिचे चुंबकीय क्षेत्र विचारात घेतल्यास, आणि नंतर वायरला रिंगमध्ये वाइंड केल्यास हे समजणे सोपे आहे.

विद्युतप्रवाहासह लूपच्या चुंबकीय प्रेरणाची दिशा निश्चित करण्यासाठी, ते जिम्बल नियम किंवा उजव्या हाताच्या स्क्रूचा नियम देखील वापरतात. लूपच्या मध्यभागी जिम्बलची टीप ठेवा आणि घड्याळाच्या दिशेने फिरवा. लूपच्या मध्यभागी असलेल्या चुंबकीय इंडक्शन वेक्टर बीच्या दिशेने जिम्बलची अनुवादात्मक हालचाल जुळेल.

साहजिकच, विद्युतप्रवाहाच्या चुंबकीय क्षेत्राची दिशा तारेतील विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेशी संबंधित असते, मग ती सरळ वायर असो किंवा कॉइल असो.

हे सामान्यतः स्वीकारले जाते की विद्युत्-वाहक कॉइल किंवा कॉइलची बाजू जिथे चुंबकीय प्रेरण B च्या रेषा बाहेर पडतात (वेक्टर B ची दिशा बाहेरील आहे) उत्तर चुंबकीय ध्रुव आहे आणि जिथे रेषा प्रवेश करतात (वेक्टर B आतील दिशेने निर्देशित केले जाते) आहे. दक्षिण चुंबकीय ध्रुव.

जर विद्युत् प्रवाहासह अनेक वळणे एक लांब कॉइल बनवतात - एक सोलनॉइड (कॉइलची लांबी त्याच्या व्यासाच्या अनेक पट असते), तर त्यातील चुंबकीय क्षेत्र एकसमान असते, म्हणजेच चुंबकीय प्रेरण बी च्या रेषा एकमेकांना समांतर असतात आणि असतात. कॉइलच्या संपूर्ण लांबीसह समान घनता. योगायोगाने, स्थायी चुंबकाचे चुंबकीय क्षेत्र हे विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कॉइलच्या चुंबकीय क्षेत्रासारखेच असते.

विद्युत् I, लांबी l असलेल्या कॉइलसाठी, N वळणांच्या संख्येसह, व्हॅक्यूममधील चुंबकीय प्रेरण संख्यात्मकदृष्ट्या समान असेल:

तर, विद्युतप्रवाहासह कॉइलमधील चुंबकीय क्षेत्र एकसमान असते आणि दक्षिण ध्रुवापासून उत्तर ध्रुवाकडे (कॉइलच्या आत!) निर्देशित केले जाते. कॉइलमधील चुंबकीय प्रेरण हे विद्युत्-वाहक कॉइलच्या प्रति युनिट लांबीच्या अँपिअर-वळणांच्या संख्येच्या प्रमाणात मॉड्यूलो असते.