વીજળી અને ચુંબકત્વ, મૂળભૂત વ્યાખ્યાઓ, મૂવિંગ ચાર્જ્ડ કણોના પ્રકાર

"ચુંબકત્વનું વિજ્ઞાન", મોટાભાગની અન્ય વિદ્યાશાખાઓની જેમ, બહુ ઓછા અને તેના બદલે સરળ ખ્યાલો પર આધારિત છે. તેઓ એકદમ સરળ છે, ઓછામાં ઓછા "તેઓ શું છે" ના સંદર્ભમાં, જો કે "તેઓ શા માટે છે" તે સમજાવવું થોડું વધુ મુશ્કેલ છે. એકવાર આ રીતે સ્વીકાર્યા પછી, તેનો ઉપયોગ અભ્યાસના સંપૂર્ણ શિસ્તના વિકાસ માટે મૂળભૂત બિલ્ડીંગ બ્લોક્સ તરીકે થઈ શકે છે. તે જ સમયે, તેઓ અવલોકન કરેલ ઘટનાને સમજાવવાના પ્રયાસોમાં માર્ગદર્શિકા તરીકે સેવા આપે છે.

પ્રથમ, જેમ કે એક વસ્તુ છે "ઇલેક્ટ્રોન"… ઈલેક્ટ્રોન્સ માત્ર અસ્તિત્વમાં નથી - આપણે જ્યાં જોઈએ ત્યાં તે અસંખ્ય છે.

ઈલેક્ટ્રોન નગણ્ય સમૂહનો પદાર્થ છે જે એકમ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વહન કરે છે અને ચોક્કસ સ્થિર ગતિએ તેની ધરીની આસપાસ ફરે છે. ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલના અભિવ્યક્તિઓમાંથી એક ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ છે; બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, વિદ્યુત પ્રવાહો ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા "વહન" થાય છે.

બીજું, આવી વસ્તુ છે "ક્ષેત્ર"જેનો ઉપયોગ અન્યથા ખાલી જગ્યા દ્વારા ઊર્જા પ્રસારિત કરવા માટે થઈ શકે છે.આ અર્થમાં, ત્રણ મુખ્ય પ્રકારનાં ક્ષેત્રો છે - ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય (જુઓ - ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર વચ્ચેનો તફાવત).

ત્રીજું, એમ્પીયરના વિચારો અનુસાર દરેક ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રોન ચુંબકીય ક્ષેત્રથી ઘેરાયેલું છે... માત્ર સ્પિન ઇલેક્ટ્રોન ગતિમાં ઇલેક્ટ્રોન હોવાથી, સ્પિન સાથે દરેક ઇલેક્ટ્રોનની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવવામાં આવે છે. પરિણામે, દરેક ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોમિનિએચર તરીકે કાર્ય કરે છે કાયમી ચુંબક.

ચોથું, લોરેન્ટ્ઝના વિચારો અનુસાર ચોક્કસ બળ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પર કાર્ય કરે છે… તે બાહ્ય ક્ષેત્ર અને એમ્પીયરના ક્ષેત્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું પરિણામ છે.

છેવટે, દ્રવ્ય અવકાશમાં તેની અખંડિતતા જાળવી રાખે છે કણો વચ્ચે આકર્ષક દળો, જેનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર તેમના વિદ્યુત ચાર્જ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર — તેમનું પરિભ્રમણ.

તમામ ચુંબકીય ઘટનાઓને કણોની ગતિના આધારે સમજાવી શકાય છે જેમાં દળ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ બંને હોય છે. આવા કણોના સંભવિત પ્રકારોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

ઈલેક્ટ્રોન્સ

ઇલેક્ટ્રોન એ ખૂબ જ નાના કદનું વિદ્યુત ચાર્જ કણ છે. દરેક ઇલેક્ટ્રોન દરેક અન્ય ઇલેક્ટ્રોન માટે દરેક સંદર્ભમાં સમાન છે.

1. ઇલેક્ટ્રોન પાસે નકારાત્મક એકમ ચાર્જ અને નગણ્ય દળ હોય છે.

2. તમામ ઇલેક્ટ્રોનનો સમૂહ હંમેશા સ્થિર રહે છે, જો કે દેખીતી દળ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓના આધારે ફેરફારોને પાત્ર છે.

3. બધા ઈલેક્ટ્રોન પોતપોતાની ધરીની આસપાસ ફરતા હોય છે — સમાન અચળ કોણીય વેગ સાથે સ્પિન હોય છે.

છિદ્રો

1. છિદ્રને સ્ફટિક જાળીમાં ચોક્કસ સ્થાન કહેવામાં આવે છે, જ્યાં તે હોઈ શકે છે, પરંતુ આ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ કોઈ ઇલેક્ટ્રોન નથી. આમ, છિદ્રમાં સકારાત્મક એકમ ચાર્જ અને નગણ્ય સમૂહ છે.

2.છિદ્રની હિલચાલને કારણે ઇલેક્ટ્રોન વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે. તેથી, એક છિદ્રમાં બરાબર એ જ દળ અને સમાન સ્પિન હોય છે જે ઇલેક્ટ્રોન વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે.

પ્રોટોન

પ્રોટોન એ એક કણ છે જે ઈલેક્ટ્રોન કરતા ઘણો મોટો હોય છે અને તેમાં ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જ હોય ​​છે જે ઈલેક્ટ્રોનના ચાર્જના સંપૂર્ણ મૂલ્યમાં એકદમ સમાન હોય છે, પરંતુ તેની વિરુદ્ધ ધ્રુવીયતા હોય છે. વિરોધી ધ્રુવીયતાની વિભાવના નીચેની વિપરીત ઘટનાઓ દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે: ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોન એકબીજા તરફ આકર્ષક બળનો અનુભવ કરે છે, જ્યારે બે ઇલેક્ટ્રોન અથવા બે પ્રોટોન એકબીજાને ભગાડે છે.

બેન્જામિન ફ્રેન્કલિનના પ્રયોગોમાં અપનાવવામાં આવેલા સંમેલન અનુસાર, ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ નકારાત્મક અને પ્રોટોનનો ચાર્જ હકારાત્મક માનવામાં આવે છે. અન્ય તમામ ઈલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ્ડ બોડીઓ ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જ વહન કરે છે, ધન કે ઋણ, જેની કિંમતો હંમેશા ઈલેક્ટ્રોન ચાર્જના ચોક્કસ ગુણાકાર હોય છે, આ ઘટનાનું વર્ણન કરતી વખતે બાદમાંનો ઉપયોગ "એકમ મૂલ્ય" તરીકે થાય છે.

1. પ્રોટોન એ ધન એકમ ચાર્જ અને એકમ પરમાણુ વજન ધરાવતું આયન છે.

2. પ્રોટોનનો સકારાત્મક એકમ ચાર્જ સંપૂર્ણપણે ઇલેક્ટ્રોનના નકારાત્મક એકમ ચાર્જ સાથે સંપૂર્ણ મૂલ્યમાં મેળ ખાય છે, પરંતુ પ્રોટોનનું દળ ઇલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં અનેક ગણું વધારે છે.

3. બધા પ્રોટોન તેમની પોતાની ધરીની આસપાસ સમાન કોણીય વેગ સાથે ફરે છે (સ્પિન ધરાવે છે), જે ઇલેક્ટ્રોન પરિભ્રમણના કોણીય વેગ કરતા ઘણા નાના છે.

આ પણ જુઓ: અણુઓની રચના - પદાર્થના પ્રાથમિક કણો, ઇલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન

સકારાત્મક આયનો

1.સકારાત્મક આયનોમાં વિવિધ ચાર્જ હોય ​​છે જેમના મૂલ્યો પ્રોટોનના ચાર્જનો પૂર્ણાંક ગુણાંક હોય છે, અને વિવિધ સમૂહો કે જેના મૂલ્યોમાં પ્રોટોનના દળના પૂર્ણાંક ગુણાંક અને સબએટોમિક કણોના કેટલાક વધારાના સમૂહ હોય છે.

2. ન્યુક્લિયનની વિષમ સંખ્યાવાળા આયનોમાં જ સ્પિન હોય છે.

3. વિવિધ દળના આયન વિવિધ કોણીય વેગ સાથે ફરે છે.

નકારાત્મક આયનો

1. નકારાત્મક આયનોની વિવિધતાઓ છે, જે હકારાત્મક આયનોને સંપૂર્ણપણે સમાન છે, પરંતુ હકારાત્મક ચાર્જને બદલે નકારાત્મક વહન કરે છે.

આમાંના દરેક કણો, કોઈપણ સંયોજનમાં, જુદા જુદા સીધા અથવા વળાંકવાળા માર્ગો પર જુદી જુદી ઝડપે આગળ વધી શકે છે. સમાન કણોના સંગ્રહને એક જૂથ તરીકે વધુ કે ઓછા ખસેડવામાં આવે છે તેને બીમ કહેવામાં આવે છે.

બીમમાંના દરેક કણો પાસે પડોશી કણોના અનુરૂપ પરિમાણોની નજીક સમૂહ, દિશા અને ગતિની ગતિ હોય છે. જો કે, વધુ સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, મેક્સવેલના વિતરણના નિયમનું પાલન કરીને, બીમમાં વ્યક્તિગત કણોનો વેગ અલગ પડે છે.

આ કિસ્સામાં, ચુંબકીય ઘટનાના દેખાવમાં પ્રબળ ભૂમિકા એવા કણો દ્વારા ભજવવામાં આવે છે જેની ઝડપ બીમની સરેરાશ ઝડપની નજીક હોય છે, જ્યારે અન્ય ગતિવાળા કણો બીજા ક્રમની અસરો પેદા કરે છે.

જો કણોની હિલચાલની ઝડપ પર મુખ્ય ધ્યાન આપવામાં આવે છે, તો પછી વધુ ઝડપે આગળ વધતા કણોને ગરમ કહેવામાં આવે છે, અને ઓછી ઝડપે આગળ વધતા કણોને ઠંડા કહેવામાં આવે છે. આ વ્યાખ્યાઓ સાપેક્ષ છે, એટલે કે, તે કોઈપણ સંપૂર્ણ ગતિને પ્રતિબિંબિત કરતી નથી.

મૂળભૂત કાયદા અને વ્યાખ્યાઓ

ચુંબકીય ક્ષેત્રની બે અલગ અલગ વ્યાખ્યાઓ છે: ચુંબકીય ક્ષેત્ર - આ ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની નજીકનો વિસ્તાર છે જ્યાં ચુંબકીય દળોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.કોઈપણ પ્રદેશ જ્યાં વિદ્યુત ચાર્જ થયેલ શરીર બળનો અનુભવ કરે છે કારણ કે તે ખસે છે તે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ધરાવે છે.

એક વિદ્યુત ચાર્જ કણ ઘેરાયેલો છે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર… એક ગતિશીલ વિદ્યુત ચાર્જ થયેલ કણમાં ઈલેક્ટ્રીક સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્ર હોય છે. એમ્પીયરનો કાયદો મૂવિંગ ચાર્જ અને ચુંબકીય ક્ષેત્રો વચ્ચેનો સંબંધ સ્થાપિત કરે છે (જુઓ — એમ્પીયરનો કાયદો).

જો ઘણા નાના વિદ્યુત ચાર્જ કણો સતત ગતિના સમાન ભાગમાંથી પસાર થાય છે, તો દરેક કણના વ્યક્તિગત ગતિશીલ ચુંબકીય ક્ષેત્રોની કુલ અસર કાયમી ચુંબકીય ક્ષેત્રની રચના જેટલી થાય છે જેને કહેવાય છે. બાયો સાવરાના ક્ષેત્રો.

ખાસ કેસ એમ્પીયરનો કાયદો, જેને બાયો-સાવર્ડનો કાયદો કહેવામાં આવે છે, તે અસંખ્ય લાંબા સીધા વાયરમાંથી આપેલ અંતર પર ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિની તીવ્રતા નક્કી કરે છે જેના દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે (બાયોટ-સાવર્ડનો કાયદો).

તેથી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ચોક્કસ તાકાત ધરાવે છે. ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ જેટલું વધારે છે, પરિણામી ચુંબકીય ક્ષેત્ર વધુ મજબૂત છે. ઉપરાંત, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ જેટલી ઝડપથી આગળ વધે છે, ચુંબકીય ક્ષેત્ર વધુ મજબૂત થાય છે.

સ્થિર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ કોઈપણ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરતું નથી. હકીકતમાં, ચુંબકીય ક્ષેત્ર મૂવિંગ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની હાજરીથી સ્વતંત્ર રીતે અસ્તિત્વમાં નથી.

લોરેન્ત્ઝનો કાયદો ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ચાલતા વિદ્યુતભારિત કણો પર કાર્ય કરતા બળને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. લોરેન્ટ્ઝ ફોર્સ બાહ્ય ક્ષેત્રની દિશા અને કણની ગતિની દિશા બંને માટે લંબ નિર્દેશિત. ચાર્જ થયેલા કણો પર એક "પાર્શ્વીય બળ" કાર્ય કરે છે જ્યારે તેઓ ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ પર જમણા ખૂણા પર જાય છે.

બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં "ચુંબકીય રીતે ચાર્જ થયેલ" શરીર એક બળ અનુભવે છે જે શરીરને એવી સ્થિતિમાંથી ખસેડવાનું વલણ ધરાવે છે જ્યાં તે બાહ્ય ક્ષેત્રને મજબૂત બનાવે છે જ્યાં બાહ્ય ક્ષેત્ર નબળું પડી જાય છે. આ નીચેના સિદ્ધાંતનું અભિવ્યક્તિ છે: બધી સિસ્ટમો લઘુત્તમ ઊર્જા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ રાજ્ય સુધી પહોંચવાનું વલણ ધરાવે છે.

લેન્ઝનો નિયમ જણાવે છે: "જો ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે કણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે કોઈ પણ રીતે ગતિશીલ ચાર્જ્ડ કણની ગતિ બદલાય છે, તો આ ફેરફારો ચુંબકીય ક્ષેત્રની બરાબર વિરુદ્ધ એક નવા ચુંબકીય ક્ષેત્રના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે જે આ ફેરફારોનું કારણ બને છે. "

ચુંબકીય સર્કિટ દ્વારા "વહેતા" ચુંબકીય પ્રવાહ બનાવવા માટે સોલેનોઇડની ક્ષમતા વાયરના વળાંકોની સંખ્યા અને તેમાંથી વહેતા પ્રવાહ બંને પર આધારિત છે. બંને પરિબળો ઘટના તરફ દોરી જાય છે મેગ્નેટોમોટિવ ફોર્સ અથવા ટૂંકમાં MDS… કાયમી ચુંબક સમાન ચુંબકીય બળ બનાવી શકે છે.

મેગ્નેટોમોટિવ ફોર્સ ચુંબકીય સર્કિટમાં ચુંબકીય પ્રવાહને તે જ રીતે બનાવે છે જે રીતે ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ (EMF) ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના પ્રવાહની ખાતરી કરે છે.

ચુંબકીય સર્કિટ કેટલીક રીતે ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટના સમાન હોય છે, જો કે ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટ્સમાં ચાર્જ્ડ કણોની વાસ્તવિક ગતિ હોય છે, જ્યારે ચુંબકીય સર્કિટ્સમાં આવી કોઈ ગતિ હોતી નથી. ઈલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સની ક્રિયા જે વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે તેનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે ઓહ્મનો કાયદો.

ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિ અનુરૂપ ચુંબકીય સર્કિટની એકમ લંબાઈ દીઠ મેગ્નેટમોટિવ બળ છે. ચુંબકીય ઇન્ડક્શન અથવા પ્રવાહની ઘનતા આપેલ ચુંબકીય સર્કિટના એકમ વિસ્તારમાંથી પસાર થતા ચુંબકીય પ્રવાહની બરાબર છે.

અનિચ્છા ચોક્કસ ચુંબકીય સર્કિટની લાક્ષણિકતા છે જે મેગ્નેટોમોટિવ બળની ક્રિયાના પ્રતિભાવમાં ચુંબકીય પ્રવાહનું સંચાલન કરવાની તેની ક્ષમતા નક્કી કરે છે.

ઓહ્મમાં વિદ્યુત પ્રતિકાર ઇલેક્ટ્રોનના પ્રવાહના માર્ગની લંબાઈના સીધા પ્રમાણસર છે, આ પ્રવાહના ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તારના વિપરિત પ્રમાણસર છે, અને વિદ્યુત વાહકતા માટે પણ વિપરિત પ્રમાણસર છે, એક લાક્ષણિકતા જે વિદ્યુત ગુણધર્મોનું વર્ણન કરે છે. અવકાશના વર્તમાન-વહન ક્ષેત્રને બનાવે છે તે પદાર્થનો.

ચુંબકીય પ્રતિકાર ચુંબકીય પ્રવાહના માર્ગની લંબાઈના સીધા પ્રમાણસર છે, આ પ્રવાહના ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તારના વિપરીત પ્રમાણસર છે, અને ચુંબકીય અભેદ્યતાના વિપરિત પ્રમાણસર છે, એક લાક્ષણિકતા જે પદાર્થના ચુંબકીય ગુણધર્મોનું વર્ણન કરે છે. જેમાં ચુંબકીય પ્રવાહ વહન કરતી જગ્યા બનેલી છે. (જુઓ — ચુંબકીય સર્કિટ માટે ઓહ્મનો નિયમ).

ચુંબકીય અભેદ્યતા પદાર્થની લાક્ષણિકતા જે ચોક્કસ ચુંબકીય પ્રવાહની ઘનતા જાળવવાની તેની ક્ષમતાને વ્યક્ત કરે છે (જુઓ — ચુંબકીય અભેદ્યતા).

આ વિષય પર વધુ: ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર - શોધ અને ભૌતિક ગુણધર્મોનો ઇતિહાસ