चुंबकीय क्षेत्र मोजण्याचे सिद्धांत, चुंबकीय क्षेत्र मापदंड मोजण्यासाठी उपकरणे

पृथ्वीच्या चुंबकीय ध्रुवांकडे दिशा दर्शविणारे पहिले चुंबकीय होकायंत्र चीनमध्ये ख्रिस्तपूर्व तिसऱ्या शतकात दिसले. चुंबकीय लोह धातूपासून बनवलेल्या शॉर्ट-हँडल गोल लॅडल्सच्या स्वरूपात ही उपकरणे होती.

चमचा त्याच्या बहिर्वक्र भागासह गुळगुळीत तांबे किंवा लाकडी पृष्ठभागावर ठेवला होता, ज्यावर राशीच्या चिन्हांच्या प्रतिमा असलेले विभाग काढले होते, जे मुख्य बिंदू दर्शवितात. होकायंत्र सक्रिय करण्यासाठी, चमचा हलके दाबला गेला आणि तो फिरू लागला. अखेरीस, जेव्हा चमचा थांबला तेव्हा त्याचे हँडल अगदी उजवीकडे निर्देशित केले गेले पृथ्वीच्या दक्षिण चुंबकीय ध्रुवाकडे.

बाराव्या शतकापासून, युरोपमधील प्रवासी सक्रियपणे कंपास वापरत होते. चुंबकीय विचलन निश्चित करण्यासाठी ते जमिनीच्या वाहतूक आणि समुद्री जहाजांवर स्थापित केले गेले.

अठराव्या शतकाच्या शेवटी, चुंबकीय घटना त्या काळातील शास्त्रज्ञांसाठी काळजीपूर्वक अभ्यासाचा विषय बनली. 1785 मध्ये पेंडंटने पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राची ताकद मोजण्यासाठी एक पद्धत प्रस्तावित केली. 1832 मध्येगॉस यांनी चुंबकीय क्षेत्राच्या ताकदीचे परिपूर्ण मूल्य अधिक अचूक मोजमापाद्वारे निर्धारित करण्याची शक्यता दर्शविली.

चुंबकीय घटना आणि विद्युत शुल्काच्या हालचाली दरम्यान पाहिलेल्या शक्ती प्रभावांमधील संबंध प्रथम 1820 मध्ये ऑर्स्टेडने स्थापित केला होता. मॅक्सवेल नंतर हे संबंध तर्कसंगत स्वरूपात लिहील- गणितीय समीकरणांच्या स्वरूपात (1873):

आजपर्यंत, चुंबकीय क्षेत्राचे मापदंड मोजण्यासाठी खालील तंत्र वापरले जाते:

• टेस्लामीटर - शक्ती एच किंवा चुंबकीय क्षेत्र बी च्या प्रेरणाची मूल्ये मोजण्यासाठी उपकरणे;

• वेबमीटर - चुंबकीय प्रवाह Ф चे परिमाण मोजण्यासाठी उपकरणे;

• gradiometers - चुंबकीय क्षेत्र inhomogeneities मोजण्यासाठी उपकरणे.

देखील अस्तित्वात आहे:

• चुंबकीय क्षण M मोजण्यासाठी उपकरणे;

• वेक्टर बी ची दिशा मोजण्यासाठी उपकरणे;

• विविध सामग्रीचे चुंबकीय स्थिरांक मोजण्यासाठी उपकरणे.

चुंबकीय प्रेरण वेक्टर B मजबूत बाजूच्या क्रियेची तीव्रता दर्शवते चुंबकीय क्षेत्र (ध्रुव किंवा विद्युत् प्रवाहाकडे) आणि म्हणूनच स्पेसमधील दिलेल्या बिंदूवर त्याचे मुख्य वैशिष्ट्य आहे.

अशाप्रकारे, अभ्यासाधीन चुंबकीय क्षेत्र चुंबक किंवा वर्तमान घटकाशी जोरदारपणे संवाद साधू शकते आणि सर्किटमध्ये इंडक्शन ईएमएफ प्रवृत्त करण्यास देखील सक्षम आहे जर सर्किटमध्ये प्रवेश करणारे चुंबकीय क्षेत्र कालांतराने बदलले किंवा सर्किटची स्थिती बदलली तर चुंबकीय क्षेत्र.

प्रेरण B च्या चुंबकीय क्षेत्रामध्ये dl लांबीचा वर्तमान-वाहक घटक F फोर्सद्वारे कार्य करेल, ज्याचे मूल्य खालील सूत्र वापरून शोधले जाऊ शकते:

म्हणून, अभ्यासलेल्या चुंबकीय क्षेत्राचे प्रेरण B हे या चुंबकीय क्षेत्रामध्ये ठेवलेल्या ज्ञात मूल्य I च्या थेट प्रवाहासह दिलेल्या लांबीच्या l कंडक्टरवर कार्य करणार्‍या F बलाद्वारे आढळू शकते.

सराव मध्ये, चुंबकीय मोजमाप चुंबकीय क्षण नावाचे प्रमाण वापरून सोयीस्करपणे केले जाते. Pm हा चुंबकीय क्षण S क्षेत्राचा समोच्च वर्तमान I सह दर्शवतो आणि चुंबकीय क्षणाची विशालता खालीलप्रमाणे निर्धारित केली जाते:

जर N वळण असलेली कॉइल वापरली असेल, तर त्याचा चुंबकीय क्षण समान असेल:

चुंबकीय आंतरक्रिया शक्तीचा यांत्रिक क्षण M हा चुंबकीय क्षण Pm आणि चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण B च्या मूल्यांवर आधारित आढळू शकतो:

तथापि, चुंबकीय क्षेत्र मोजण्यासाठी, त्याच्या यांत्रिक शक्तीचे प्रकटीकरण वापरणे नेहमीच सोयीचे नसते. सुदैवाने, आणखी एक घटना आहे ज्यावर आपण विश्वास ठेवू शकता. ही इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनची घटना आहे. गणितीय स्वरूपात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनचा नियम खालीलप्रमाणे लिहिला आहे:

अशा प्रकारे, चुंबकीय क्षेत्र स्वतःला बल किंवा प्रेरित EMF म्हणून प्रकट करते. या प्रकरणात, चुंबकीय क्षेत्राचा स्त्रोत, जसे की ज्ञात आहे, एक विद्युत प्रवाह आहे.

जर अवकाशातील दिलेल्या बिंदूवर चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करणारा विद्युत् प्रवाह ज्ञात असेल, तर त्या बिंदूवरील चुंबकीय क्षेत्राची ताकद (वर्तमान घटकापासून आर अंतरावर) शोधता येईल. Biot-Savart-Laplace कायदा वापरून:

हे लक्षात घेतले पाहिजे की व्हॅक्यूममधील चुंबकीय प्रेरण B हे चुंबकीय क्षेत्र सामर्थ्य H (संबंधित विद्युत् प्रवाहाद्वारे व्युत्पन्न) खालील संबंधाने संबंधित आहे:

SI प्रणालीमधील व्हॅक्यूम चुंबकीय स्थिरांक अँपिअरमध्ये परिभाषित केला जातो.अनियंत्रित माध्यमासाठी, हे स्थिरांक हे दिलेल्या माध्यमातील चुंबकीय प्रेरण आणि व्हॅक्यूममधील चुंबकीय प्रेरणाचे गुणोत्तर असते आणि या स्थिरांकाला म्हणतात. माध्यमाची चुंबकीय पारगम्यता:

हवेची चुंबकीय पारगम्यता व्यावहारिकपणे व्हॅक्यूमच्या चुंबकीय पारगम्यतेशी जुळते; म्हणून, हवेसाठी, चुंबकीय प्रेरण B हे चुंबकीय क्षेत्र ताण H सारखेच आहे.

चुंबकीय प्रेरण मोजण्यासाठी एकक NE मध्ये — टेस्ला [T], CGS प्रणालीमध्‍ये — गॉस [G], आणि 1 T = 10000 G. चुंबकीय क्षेत्र इंडक्शन निर्धारित करण्यासाठी मापन यंत्रांना टेस्लामीटर म्हणतात.

चुंबकीय क्षेत्र सामर्थ्य H हे अँपिअर प्रति मीटर (A/m) मध्ये मोजले जाते, 1 अँपिअर/मीटर हे एकक टर्न डेन्सिटीच्या अनंत लांबीच्या सॉलेनॉइडचे चुंबकीय क्षेत्र सामर्थ्य म्हणून परिभाषित केले जाते जेव्हा 1 अँपिअर सोलेनॉइड प्रवाह त्यामधून वाहतो. एक अँपिअर प्रति मीटर दुसर्‍या मार्गाने परिभाषित केले जाऊ शकते: हे 1 मीटरच्या लूप व्यासासह 1 अँपिअर प्रवाह असलेल्या वर्तुळाकार सर्किटच्या मध्यभागी असलेल्या चुंबकीय क्षेत्राची ताकद आहे.

येथे प्रेरणाच्या चुंबकीय प्रवाहासारखे मूल्य लक्षात घेण्यासारखे आहे — F. हे एक स्केलर प्रमाण आहे, SI प्रणालीमध्ये ते वेबर्समध्ये मोजले जाते आणि CGS प्रणालीमध्ये — मॅक्सवेलमध्ये, 1 μs = 0.00000001 Wb सह. 1 वेबर हा अशा विशालतेचा चुंबकीय प्रवाह आहे की जेव्हा तो शून्यावर कमी होतो, तेव्हा 1-कुलॉम्ब चार्ज त्याच्याशी जोडलेल्या 1 ओहमच्या प्रतिकारासह कंडक्टिंग सर्किटमधून जातो.

जर आपण चुंबकीय प्रवाह F हे प्रारंभिक मूल्य म्हणून घेतले, तर चुंबकीय क्षेत्र इंडक्शन B हे चुंबकीय प्रवाह घनतेपेक्षा अधिक काही असणार नाही. चुंबकीय प्रवाह मोजण्यासाठी उपकरणांना वेबमीटर म्हणतात.

आम्ही वर नमूद केले आहे की चुंबकीय प्रेरण शक्ती (किंवा यांत्रिक क्षणाद्वारे) किंवा सर्किटमध्ये प्रेरित EMF द्वारे निर्धारित केले जाऊ शकते. ही तथाकथित थेट मापन रूपांतरणे आहेत, जेथे चुंबकीय प्रवाह किंवा चुंबकीय प्रेरण दुसर्‍या भौतिक प्रमाणाद्वारे (बल, चार्ज, क्षण, संभाव्य फरक) व्यक्त केले जाते जे मूलभूत भौतिक नियमाद्वारे चुंबकीय प्रमाणाशी अद्वितीयपणे संबंधित आहे.

ज्या परिवर्तनांमध्ये चुंबकीय प्रेरण B किंवा चुंबकीय प्रवाह F प्रवाह I किंवा लांबी l किंवा त्रिज्या r द्वारे होते त्यांना उलट परिवर्तन म्हणतात. चुंबकीय प्रेरण B आणि चुंबकीय क्षेत्र H चे सामर्थ्य यांच्यातील ज्ञात संबंध वापरून, बायोट-सावर्ट-लॅप्लेस कायद्याच्या आधारावर अशी परिवर्तने केली जातात.