लौहचुंबकीय पदार्थों की चुम्बकीय विशेषताएं
- चुंबकीय क्षेत्रों की ओर प्रबल रूप से आकर्षित होते हैं।
- इनमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं → विनिमय अंतःक्रिया द्वारा चुंबकीय आघूर्ण संरेखित होते हैं।
- चुंबकीय डोमेन बनाते हैं, जहाँ परमाण्विक चुंबकीय आघूर्ण संरेखित होते हैं।
- चुंबकीकरण होने पर, डोमेन संरेखित होते हैं → प्रबल शुद्ध चुंबकत्व।
- क्षेत्र हटाने के बाद चुंबकत्व बनाए रखते हैं → अवशिष्ट चुंबकत्व (रिटेंटिविटी)।
- क्यूरी तापमान से ऊपर फेरोमैग्नेटिक गुण खो देते हैं।
हिस्टेरेसिस(शैथिल्य):
- फेरोमैग्नेटिक पदार्थों में चुंबकीय फ्लक्स घनत्व (B) और लागू चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता (H) के बीच अंतराल।
- जब पदार्थ चुंबकीकृत होता है और बाहरी क्षेत्र हटा लिया जाता है, तब कुछ चुंबकत्व बना रहता है – इसे अवशिष्ट चुंबकत्व (रिटेंटिविटी) कहा जाता है।
- निग्रहण बल (कोर्सिविटी): पदार्थ को पूर्ण रूप से विचुंबकीकृत करने के लिए आवश्यक विपरीत चुंबकीय क्षेत्र।
- हिस्टेरेसिस लूप (B-H वक्र): चुंबकीकरण और विचुंबकीकरण चक्र को दर्शाने वाला ग्राफ।
- हिस्टेरेसिस लूप का क्षेत्रफल = प्रति चक्र ऊष्मा के रूप में ऊर्जा हानि (हिस्टेरेसिस हानि)।
- हिस्टेरेसिस ट्रांसफार्मर, मोटर, और चुंबकीय उपकरणों के डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण है।
- लेन्ज़ का नियम कहता है कि किसी चालक में प्रेरित धारा (या विद्युत वाहक बल, EMF) की दिशा ऐसी होती है कि वह उस कारण का विरोध करती है जिसके कारण वह उत्पन्न हुई है।
- गणितीय सूत्रीकरण:
- इसे निम्नलिखित रूप में व्यक्त किया जाता है: प्रेरित EMF (e) = −dΦ/dt
- जहाँ Φ चुंबकीय फ्लक्स है, और ऋणात्मक चिह्न लेन्ज़ के नियम को दर्शाता है।
- अनुप्रयोग: विद्युत जनरेटर, ट्रांसफार्मर, प्रेरण तापन (इंडक्शन हीटिंग), ट्रेनों में चुंबकीय ब्रेकिंग
पृथ्वी का चुंबकत्व: पृथ्वी के बाहरी कोर में धात्विक तरल पदार्थ (जिसमें ज्यादातर पिघला हुआ लोहा और निकल होता है) की संवहनीय गति से उत्पन्न विद्युत धाराओं के कारण उत्पन्न होता है। इसे डायनेमो प्रभाव के रूप में जाना जाता है।
डायनेमो प्रभाव इस प्रकार कार्य करता है:
- किसी ग्रह या तारे के बाहरी कोर में विद्युत प्रवाहित तरल पदार्थ, जैसे लोहा, निकल जैसी पिघली हुई धातुएँ, या उच्च विद्युत चालकता वाले अन्य पदार्थ मौजूद होते हैं।
- ग्रह के कोर से गर्मी, घूर्णन और अन्य आंतरिक प्रक्रियाओं जैसे विभिन्न कारकों के कारण तरल पदार्थ संवहन गति से गुजरते हैं।
- यह संवहन गति तरल पदार्थ के बाहरी कोर में जटिल पैटर्न में प्रवाहित होने का कारण बनती है।
- जैसे ही चालक द्रव चलायमान होता है, यह विद्युत चुम्बकीय प्रेरण नामक प्रक्रिया के माध्यम से विद्युत धाराएँ उत्पन्न करता है। बदले में, विद्युत धाराएं विद्युत चुंबक के समान प्रक्रिया के माध्यम से एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं। यह चुंबकीय क्षेत्र मौजूदा चुंबकीय क्षेत्र को सुदृढ़ करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक आत्मनिर्भर फीडबैक लूप बनता है जिसे डायनेमो के रूप में जाना जाता है।
A. जिस सीमा तक किसी सामग्री को चुंबकीय क्षेत्र में रखकर चुंबकित किया जा सकता है , चुंबकीय संवेदनशीलता (χ) कहलाती है | यह चुम्बकत्व M ( चुंबकीय आघूर्ण प्रति इकाई आयतन ) और चुम्बकत्व क्षेत्र की तीव्रता H का अनुपात है।
M = χH
चुंबकीय संवेदनशीलता इंगित करती है कि कोई सामग्री चुंबकीय क्षेत्र की ओर आकर्षित होती है या उससे बाहर विकर्षित होती है।
अनुचुम्बकीय | प्रति-चुंबकीय | लौह-चुंबकीय |
0< χ < e लघु और सकारात्मक | –1 < χ <0लघु और नकारात्मक | χ >>1बड़ा और सकारात्मक |
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एल्युमिनियम, सोडियम, कैल्शियम, ऑक्सीजन (STP पर) और कॉपर क्लोराइड | बिस्मथ, तांबा, सीसा, सिलिकॉन, नाइट्रोजन (एसटीपी पर), पानी और सोडियम क्लोराइड। | कठोर लौह चुम्बक → अलनीको (लोहा, एल्यूमीनियम, निकल, कोबाल्ट और तांबे का एक मिश्र धातु) |
B. सुपरकंडक्टर्स (अतिचालक) ऐसे पदार्थ हैं जो बेहद कम तापमान पर ठंडा होने पर शून्य विद्युत प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं। यह गुण उन्हें बिना ऊर्जा हानि के बिजली संचालित करने की अनुमति देता है।
- पूर्ण प्रतिचुम्बकत्व : यहाँ क्षेत्र रेखाएँ पूर्णतः निष्कासित हो जाती हैं! χ = -1 .एक अतिचालक चुंबक को प्रतिकर्षित करता है और (न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार) चुंबक द्वारा विकर्षित होता है।
- अतिचालकों में पूर्ण प्रतिचुंबकत्व की घटना को मीस्नर प्रभाव कहा जाता है। (चुंबकीय उत्तोलन मे प्रयुक्त)
टाइप I : पारा और सीसा
टाइप -II: LaBaCuO, BaCuO
C. स्थायी चुम्बक ऐसे चुम्बक होते हैं जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को हटाने के बाद भी अपना चुम्बकत्व बनाए रखते हैं। वे आम तौर पर लौहचुंबकीय सामग्रियों से बने होते हैं।
- हिस्टैरिसीस वक्र हमें स्थायी चुम्बकों के लिए उपयुक्त सामग्री का चयन करने की अनुमति देता है।
- सामग्री में उच्च धारणशीलता, उच्च अवशोषकता और उच्च पारगम्यता होनी चाहिए।
- उदाहरण- स्टील, अल्निको, कोबाल्ट स्टील और टिकोनल।
वैद्युत चुम्बक: विद्युत चुम्बक एक प्रकार का चुम्बक है जिसमें विद्युत धारा द्वारा चुंबकीय क्षेत्र निर्मित होता है। विद्युत चुम्बक आमतौर पर एक कुंडल में लपेटे गए तार से बने होते हैं।
- विद्युत चुम्बकों का कोर लौहचुम्बकीय पदार्थों से बना होता है जिनमें उच्च पारगम्यता और कम धारण क्षमता होती है। ऐसी सामग्रियों का हिस्टैरिसीस वक्र संकीर्ण होना चाहिए।
- उदाहरण- नरम लोहा
- विद्युत चुम्बकों का उपयोग बिजली की घंटियों, लाउडस्पीकरों और टेलीफोन डायाफ्राम में किया जाता है। मशीनरी उठाने के लिए क्रेनों में विशाल विद्युत चुम्बकों का उपयोग किया जाता है
- स्थायी चुंबक की तुलना में विद्युत चुंबक का मुख्य लाभ यह है कि वाइंडिंग में विद्युत धारा की मात्रा को नियंत्रित करके चुंबकीय क्षेत्र को तुरंत बदला जा सकता है। हालाँकि, एक स्थायी चुंबक के विपरीत जिसे किसी शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है, एक विद्युत चुंबक को चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखने के लिए विद्युत धारा की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है।
विद्युत चुंबकीय प्रेरण की प्रक्रिया-
- विद्युत चुंबकीय प्रेरण वह प्रक्रिया है जिसमें किसी चालक में परिवर्तनशील चुंबकीय क्षेत्र के अनुभव होने पर विद्युत वाहक बल (EMF) प्रेरित होता है।
- खोजकर्ता: माइकल फैराडे (1831)।
- फैराडे के नियम:
- प्रथम नियम: परिवर्तनशील चुंबकीय फ्लक्स किसी कुंडली में EMF प्रेरित करता है।
- द्वितीय नियम: प्रेरित EMF चुंबकीय फ्लक्स परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है।
- लेन्ज़ का नियम: प्रेरित धारा की दिशा चुंबकीय फ्लक्स में परिवर्तन का विरोध करती है, जिससे ऊर्जा संरक्षण सुनिश्चित होता है।
- प्रक्रिया-
- किसी चुंबक को कुंडली के सापेक्ष हिलाने या चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता बदलने से धारा प्रेरित होती है।
- तेज गति या मजबूत चुंबक प्रेरित EMF को बढ़ाते हैं।
विद्युत चुंबकीय प्रेरण के अनुप्रयोग-
(A) ट्रांसफार्मर
- सिद्धांत: पारस्परिक प्रेरण के सिद्धांत पर कार्य करता है।
- कार्य: प्रत्यावर्ती धारा (AC) वोल्टेज को बदलता है—वोल्टेज को बढ़ा (स्टेप-अप) या घटा (स्टेप-डाउन) सकता है।
- संरचना: प्राथमिक कुंडली, द्वितीयक कुंडली, और नरम लोहे के क्रोड से बना होता है।
- अनुप्रयोग:
- बिजली हानियों को कम करने के लिए उच्च वोल्टेज पर बिजली संचरण।
- घरेलू उपकरण (चार्जर, स्टेबलाइजर)।
- इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में वोल्टेज नियमन।
(B) विद्युत जनरेटर
- सिद्धांत: विद्युत चुंबकीय प्रेरण का उपयोग करके यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
- कार्यप्रणाली:एक कुंडली चुंबकीय क्षेत्र में घूमती है → चुंबकीय फ्लक्स बदलता है → EMF प्रेरित होता है।
- AC जनरेटर: स्लिप रिंग का उपयोग; प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न करता है।
- DC जनरेटर: स्प्लिट रिंग का उपयोग; दिष्ट धारा उत्पन्न करता है।
- अनुप्रयोग:
- बिजली संयंत्र (तापीय, जलविद्युत, परमाणु)।
- साइकिल में डायनमो।
- नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन (पवन, जल)।
