लाइनें
सीखने का उद्देश्य
इस अनुभाग के अंत तक, आप निम्न कार्य कर सकेंगे:
चुंबकीय क्षेत्र को परिभाषित करें और विभिन्न चुंबकीय क्षेत्रों की चुंबकीय क्षेत्र लाइनों का वर्णन करें।
कहा जाता है कि आइंस्टीन एक बच्चे के रूप में एक कम्पास द्वारा मोहित हो गए थे, शायद यह देखते हुए कि सुई कैसे प्रत्यक्ष शारीरिक संपर्क के बिना एक बल महसूस करती थी। दूरी पर कार्रवाई के बारे में गहराई से और स्पष्ट रूप से सोचने की उनकी क्षमता, विशेष रूप से गुरुत्वाकर्षण, विद्युत और चुंबकीय बलों के लिए, बाद में उन्हें सापेक्षता के अपने क्रांतिकारी सिद्धांत बनाने में सक्षम बनाया। चूंकि चुंबकीय बल एक दूरी पर कार्य करते हैं, इसलिए हम चुंबकीय बलों का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र को परिभाषित करते हैं। चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं का सचित्र प्रतिनिधित्व चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और दिशा की कल्पना करने में बहुत उपयोगी है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा को उस दिशा में परिभाषित किया जाता है जिसमें कम्पास सुई के बिंदुओं का उत्तरी छोर होता है। चुंबकीय क्षेत्र को पारंपरिक रूप से कहा जाता हैबी -फील्ड ।
तीन आरेख चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को दर्शाते हैं। चित्र में दोनों तरफ चुंबक के साथ व्यवस्थित कई कम्पास के साथ एक बार चुंबक दिखाया गया है। चुंबक के उत्तरी ध्रुव पर कम्पास की सुइयां ध्रुव से दूर की ओर इशारा करती हैं। चुंबक के दक्षिणी ध्रुव पर कम्पास की सुइयों ध्रुव की ओर इशारा करती हैं। दो ध्रुवों के बीच कम्पास की सुई चुंबक के समानांतर, दक्षिणी ध्रुव की ओर इशारा करती है। चित्र b, उत्तरी ध्रुव और दक्षिणी ध्रुव के चारों ओर से चलने वाली रेखाओं को दर्शाता है। चित्र c चुंबक के बाहर और दक्षिणी ध्रुव के आसपास उत्तरी ध्रुव से चलने वाली बंद छोरों के रूप में रेखाओं को दिखाता है, और फिर चुंबक के माध्यम से उत्तरी ध्रुव तक जाता है।
चित्र 1. चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को उस दिशा में परिभाषित किया जाता है जो किसी स्थान पर रखा जाता है। (ए) यदि छोटे चुंबक का उपयोग बार चुंबक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र को मैप करने के लिए किया जाता है, तो वे दिखाए गए दिशाओं में इंगित करेंगे: चुंबक के उत्तरी ध्रुव से दूर, चुंबक के दक्षिण ध्रुव की ओर। (याद रखें कि बार चुंबक पर ध्रुवों की परिभाषा के संदर्भ में पृथ्वी का उत्तरी चुंबकीय ध्रुव वास्तव में एक दक्षिणी ध्रुव है।) (b) तीरों को जोड़ने से निरंतर चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं मिलती हैं। क्षेत्र की ताकत लाइनों की निकटता (या घनत्व) के लिए आनुपातिक है। (c) यदि चुंबक के आंतरिक भाग की जांच की जा सकती है, तो क्षेत्र की रेखाओं को निरंतर बंद लूप बनाने के लिए पाया जाएगा।
चुंबकीय क्षेत्र का परीक्षण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले छोटे कंपास इसे परेशान नहीं करेंगे। (यह एक छोटे परीक्षण प्रभारी के साथ विद्युत क्षेत्रों का परीक्षण करने के तरीके के अनुरूप है। दोनों ही मामलों में, फ़ील्ड केवल उन्हें बनाने वाली वस्तु का प्रतिनिधित्व करते हैं न कि जांच का परीक्षण करते हुए।) चित्र 2 दिखाता है कि चुंबकीय क्षेत्र एक करंट लूप के लिए कैसे प्रकट होता है। एक लंबे सीधे तार, जैसा कि छोटे कम्पास के साथ खोजा जा सकता है। इन क्षेत्रों में रखा गया एक छोटा कम्पास अपने स्थान पर फील्ड लाइन के समानांतर खुद को संरेखित करेगा, जिसके उत्तरी ध्रुव को बी की दिशा में इंगित किया जाएगा । कागज के अंदर और बाहर क्षेत्र के लिए इस्तेमाल किए गए प्रतीकों पर ध्यान दें।
चित्रा: एक मौजूदा चलती काउंटर-दक्षिणावर्त के साथ एक परिपत्र वर्तमान लूप का चुंबकीय क्षेत्र। फ़ील्ड लाइनें भी मोटे तौर पर गोलाकार हैं, जो वर्तमान लूप के केंद्र के माध्यम से चल रही है, और लूप के बाहर वापस नीचे। चित्र b: एक चालू तार के साथ एक सीधा तार। चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ तार को एक घड़ी की दिशा में घेरे रहती हैं। चित्र c: दाहिने हाथ के अंगूठे की ओर इशारा करते हुए, ऊपर की ओर चल रहे तार के समानांतर। जब चालू होता है तो चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दिखाने के लिए काउंटर-क्लॉकवाइज दिशा में तार के चारों ओर हाथ के कर्ल। सतह से बाहर और दर्शक की ओर से निकलने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का प्रतिनिधित्व करने वाला प्रतीक — बी आउट- एक ऐसा चक्र है जिसके अंदर एक बेचा हुआ चक्र होता है। सतह में और दर्शक से दूर चलने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का प्रतिनिधित्व करने वाला प्रतीक- B- इसके अंदर एक x के साथ एक चक्र के साथ दर्शाया गया है। जब करंट सीधा चल रहा होता है, तो B बाहर बाईं तरफ होता है और B दाईं ओर होता है।
चित्र 2. यहाँ दिखाए गए क्षेत्रों को मैप करने के लिए छोटे कम्पास का उपयोग किया जा सकता है। (a) वृत्ताकार धारा लूप का चुंबकीय क्षेत्र एक बार चुंबक के समान होता है। (b) एक लंबी और सीधी तार चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ एक क्षेत्र बनाती है जो गोलाकार छोर बनाती है। (c) जब तार कागज के तल में होता है, तो क्षेत्र कागज के लंबवत होता है। ध्यान दें कि क्षेत्र की ओर इशारा करने के लिए इस्तेमाल किए गए प्रतीक (जैसे कि एक तीर की पूंछ) और बाहर की ओर इशारा करते हुए फ़ील्ड (जैसे कि एक तीर की नोक)।
बनाना संबंध: एक क्षेत्र की अवधारणा
एक क्षेत्र किसी भी वस्तु के आसपास की ताकतों को मैप करने का एक तरीका है जो स्पष्ट भौतिक कनेक्शन के बिना दूरी पर किसी अन्य वस्तु पर कार्य कर सकता है। फ़ील्ड ऑब्जेक्ट जनरेट करने का प्रतिनिधित्व करता है। गुरुत्वीय क्षेत्र गुरुत्वाकर्षण बल का नक्शा करते हैं, विद्युत क्षेत्र विद्युत बल का नक्शा करते हैं, और चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय बल का नक्शा बनाते हैं।
चुंबकीय क्षेत्रों की व्यापक खोज से कई कठिन और तेज नियम सामने आए हैं। हम क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र लाइनों का उपयोग करते हैं (लाइनें एक सचित्र उपकरण हैं, न कि किसी भौतिक इकाई का और स्वयं का)। चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के गुणों को इन नियमों द्वारा संक्षेपित किया जा सकता है:
चुंबकीय क्षेत्र की दिशा अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर क्षेत्र रेखा के साथ स्पर्शरेखा है। एक छोटा कम्पास क्षेत्र रेखा की दिशा में इंगित करेगा।
क्षेत्र की ताकत लाइनों की निकटता के लिए आनुपातिक है। यह लाइनों के लिए प्रति इकाई क्षेत्र लंबवत लाइनों की संख्या के लिए आनुपातिक है (जिसे क्षेत्र घनत्व कहा जाता है)।
चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं कभी भी पार नहीं कर सकती हैं, जिसका अर्थ है कि क्षेत्र अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर अद्वितीय है।
चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं निरंतर होती हैं, जो शुरुआत या अंत के बिना बंद लूप बनाती हैं। वे उत्तरी ध्रुव से दक्षिणी ध्रुव तक जाते हैं।
अंतिम संपत्ति इस तथ्य से संबंधित है कि उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों को अलग नहीं किया जा सकता है। यह विद्युत क्षेत्र लाइनों से एक अलग अंतर है, जो सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज पर शुरू और समाप्त होता है। यदि चुंबकीय मोनोपोल मौजूद होते हैं, तो चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं उन पर शुरू और समाप्त हो जाएंगी।
अनुभाग सारांश
चुंबकीय क्षेत्र को चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं द्वारा सचित्र रूप से दर्शाया जा सकता है, जिसके गुण निम्नानुसार हैं:
यह क्षेत्र चुंबकीय क्षेत्र रेखा के स्पर्शरेखा है।
क्षेत्र की ताकत लाइन घनत्व के लिए आनुपातिक है।
फ़ील्ड लाइनें पार नहीं कर सकतीं।
फ़ील्ड लाइनें निरंतर लूप हैं।
वैचारिक प्रश्न
बताइए कि अंतरिक्ष में चुंबकीय क्षेत्र की रेखाएं पार क्यों नहीं हो सकती हैं, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र अद्वितीय नहीं होगा। (ऐसे बिंदु पर क्षेत्र की दिशा पर विचार करें।)
उन तरीकों की सूची बनाएं जिनमें चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं और विद्युत क्षेत्र रेखाएं समान हैं। उदाहरण के लिए, क्षेत्र की दिशा अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर रेखा से स्पर्शरेखा है। उन तरीकों को भी सूचीबद्ध करें जिनमें वे भिन्न हैं। उदाहरण के लिए, विद्युत बल विद्युत क्षेत्र रेखाओं के समानांतर है, जबकि गतिमान आवेशों पर चुंबकीय बल चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के लंबवत है।
यह देखते हुए कि बार चुंबक की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं समान और विपरीत आवेशों की एक जोड़ी की विद्युत क्षेत्र रेखाओं से मिलती जुलती हैं, क्या आप चुंबक से दूरी के साथ चुंबकीय क्षेत्र में तेजी से कमी की उम्मीद करते हैं? क्या यह मैग्नेट के साथ आपके अनुभव के अनुरूप है?
क्या पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र सभी स्थानों पर जमीन के समानांतर है? यदि नहीं, तो यह सतह के समानांतर कहां है? क्या इसकी ताकत सभी स्थानों पर समान है? यदि नहीं, तो यह सबसे बड़ी कहां है?
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