ચુંબકીય ક્ષેત્ર માપવાના સિદ્ધાંતો, ચુંબકીય ક્ષેત્રના પરિમાણોને માપવા માટેનાં સાધનો

પૃથ્વીના ચુંબકીય ધ્રુવોની દિશાઓ દર્શાવતા પ્રથમ ચુંબકીય હોકાયંત્રો ત્રીજી સદી બીસીમાં ચીનમાં દેખાયા હતા. આ ચુંબકીય આયર્ન ઓરથી બનેલા ટૂંકા-હેન્ડલ્ડ રાઉન્ડ લેડલ્સના રૂપમાં ઉપકરણો હતા.

ચમચી તેના બહિર્મુખ ભાગ સાથે સરળ તાંબા અથવા લાકડાની સપાટી પર મૂકવામાં આવી હતી, જેના પર રાશિચક્રના ચિહ્નોની છબીઓ સાથે વિભાગો દોરવામાં આવ્યા હતા, જે મુખ્ય બિંદુઓને સૂચવે છે. હોકાયંત્રને સક્રિય કરવા માટે, ચમચીને થોડું દબાવવામાં આવ્યું અને તે ફેરવવા લાગ્યું. આખરે, જ્યારે ચમચો બંધ થઈ ગયો, ત્યારે તેનું હેન્ડલ જમણી તરફ નિર્દેશિત થયું પૃથ્વીના દક્ષિણ ચુંબકીય ધ્રુવ તરફ.

બારમી સદીથી, યુરોપમાં પ્રવાસીઓ દ્વારા હોકાયંત્રોનો સક્રિયપણે ઉપયોગ થતો હતો. ચુંબકીય વિચલન નક્કી કરવા માટે તેઓ જમીન પરિવહન અને દરિયાઈ જહાજો બંને પર સ્થાપિત કરવામાં આવ્યા હતા.

અઢારમી સદીના અંતથી, ચુંબકીય ઘટના તે સમયના વૈજ્ઞાનિકો માટે કાળજીપૂર્વક અભ્યાસનો વિષય બની હતી. 1785 માં પેન્ડન્ટે પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિને માપવા માટેની પદ્ધતિનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. 1832 માંગૌસે વધુ સચોટ માપન દ્વારા ચુંબકીય ક્ષેત્રની તાકાતનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય નક્કી કરવાની શક્યતા દર્શાવી.

ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની હિલચાલ દરમિયાન જોવા મળતી ચુંબકીય ઘટના અને બળની અસરો વચ્ચેનું જોડાણ સૌપ્રથમ 1820માં ઓર્સ્ટેડ દ્વારા સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું હતું. મેક્સવેલ પછીથી આ સંબંધને તર્કસંગત સ્વરૂપમાં લખશે- ગાણિતિક સમીકરણોના સ્વરૂપમાં (1873):

આજની તારીખે, ચુંબકીય ક્ષેત્રના પરિમાણોને માપવા માટે નીચેની તકનીકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે:

• ટેસ્લામીટર - ફોર્સ H ના મૂલ્યો અથવા ચુંબકીય ક્ષેત્ર B ના ઇન્ડક્શનને માપવા માટેના ઉપકરણો;

• વેબમીટર - ચુંબકીય પ્રવાહ Ф ની તીવ્રતા માપવા માટેનાં સાધનો;

• ગ્રેડિયોમીટર - ચુંબકીય ક્ષેત્રની અસંગતતાને માપવા માટેનાં ઉપકરણો.

પણ અસ્તિત્વમાં છે:

• ચુંબકીય ક્ષણ M માપવા માટેના ઉપકરણો;

• વેક્ટર B ની દિશા માપવા માટેનાં સાધનો;

• વિવિધ સામગ્રીના ચુંબકીય સ્થિરાંકોને માપવા માટેનાં સાધનો.

મેગ્નેટિક ઇન્ડક્શન વેક્ટર B મજબૂત બાજુની ક્રિયાની તીવ્રતા દર્શાવે છે ચુંબકીય ક્ષેત્ર (ધ્રુવ અથવા વર્તમાન તરફ) અને તેથી અવકાશમાં આપેલ બિંદુ પર તેની મુખ્ય લાક્ષણિકતા છે.

આમ, અભ્યાસ હેઠળનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર ચુંબક અથવા વર્તમાન તત્વ સાથે મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, અને સર્કિટમાં ઇન્ડક્શન EMF પ્રેરિત કરવામાં પણ સક્ષમ છે જો સર્કિટમાં પ્રવેશ કરતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમય જતાં બદલાય છે અથવા જો સર્કિટની સ્થિતિ બદલાય છે ચુંબકીય ક્ષેત્ર.

ઇન્ડક્શન B ના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં લંબાઈ dl ના વર્તમાન-વહન તત્વ પર બળ F દ્વારા કાર્ય કરવામાં આવશે, જેનું મૂલ્ય નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને શોધી શકાય છે:

તેથી, અભ્યાસ કરેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રનું ઇન્ડક્શન B બળ F દ્વારા શોધી શકાય છે, જે આ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવેલા જાણીતા મૂલ્ય I ના સીધા પ્રવાહ સાથે આપેલ લંબાઈ l ના વાહક પર કાર્ય કરે છે.

વ્યવહારમાં, ચુંબકીય માપ ચુંબકીય ક્ષણ તરીકે ઓળખાતા જથ્થાનો ઉપયોગ કરીને અનુકૂળ રીતે કરવામાં આવે છે. ચુંબકીય ક્ષણ Pm વર્તમાન I સાથે પ્રદેશ S ના સમોચ્ચને દર્શાવે છે અને ચુંબકીય ક્ષણની તીવ્રતા નીચે પ્રમાણે નક્કી કરવામાં આવે છે:

જો N વળાંક સાથે કોઇલનો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તો તેની ચુંબકીય ક્ષણ સમાન હશે:

ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળની યાંત્રિક ક્ષણ M એ ચુંબકીય ક્ષણ Pm અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇન્ડક્શન B ના મૂલ્યોના આધારે નીચે પ્રમાણે શોધી શકાય છે:

જો કે, ચુંબકીય ક્ષેત્રને માપવા માટે, તેના યાંત્રિક બળના અભિવ્યક્તિઓનો ઉપયોગ કરવો હંમેશા અનુકૂળ નથી. સદનસીબે, ત્યાં બીજી ઘટના છે જેના પર તમે વિશ્વાસ કરી શકો છો. આ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટના છે. ગાણિતિક સ્વરૂપમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનનો કાયદો નીચે પ્રમાણે લખાયેલ છે:

આમ, ચુંબકીય ક્ષેત્ર દળો અથવા પ્રેરિત EMF તરીકે પોતાને પ્રગટ કરે છે. આ કિસ્સામાં, ચુંબકીય ક્ષેત્રનો સ્ત્રોત, જેમ કે જાણીતું છે, તે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ છે.

જો અવકાશમાં આપેલ બિંદુ પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરતું વર્તમાન જાણીતું હોય, તો તે બિંદુએ (વર્તમાન તત્વથી r અંતરે) ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિ શોધી શકાય છે. Biot-Savart-Laplace કાયદાનો ઉપયોગ કરીને:

એ નોંધવું જોઈએ કે શૂન્યાવકાશમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B નીચેના સંબંધ દ્વારા ચુંબકીય ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ H (અનુરૂપ વર્તમાન દ્વારા પેદા) સાથે સંબંધિત છે:

SI સિસ્ટમમાં વેક્યુમ મેગ્નેટિક કોન્સ્ટન્ટ એમ્પીયરમાં વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે.મનસ્વી માધ્યમ માટે, આ સ્થિરાંક એ આપેલ માધ્યમમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન અને શૂન્યાવકાશમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનો ગુણોત્તર છે અને આ સ્થિરાંક કહેવામાં આવે છે. માધ્યમની ચુંબકીય અભેદ્યતા:

હવાની ચુંબકીય અભેદ્યતા વ્યવહારીક રીતે શૂન્યાવકાશની ચુંબકીય અભેદ્યતા સાથે એકરુપ છે; તેથી, હવા માટે, ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B વ્યવહારીક રીતે ચુંબકીય ક્ષેત્ર તણાવ H સાથે સમાન છે.

ચુંબકીય ઇન્ડક્શન માપવા માટેનું એકમ NE માં — ટેસ્લા [T], CGS સિસ્ટમમાં — Gauss [G], અને 1 T = 10000 G. ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇન્ડક્શન નક્કી કરવા માટેના માપન ઉપકરણોને ટેસ્લામીટર કહેવામાં આવે છે.

ચુંબકીય ક્ષેત્રની તાકાત H એ એમ્પીયર પ્રતિ મીટર (A/m) માં માપવામાં આવે છે, જ્યારે 1 એમ્પીયર સોલેનોઇડ પ્રવાહ તેમાંથી વહે છે ત્યારે એકમ ટર્ન ડેન્સિટીના અનંત લંબાઈના સોલેનોઇડની ચુંબકીય ક્ષેત્રની તાકાત તરીકે 1 એમ્પીયર/મીટર વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. એક એમ્પીયર પ્રતિ મીટરને બીજી રીતે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે: તે 1 મીટરના લૂપ વ્યાસ સાથે 1 એમ્પીયરના પ્રવાહ સાથે ગોળાકાર સર્કિટના કેન્દ્રમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની તાકાત છે.

અહીં ઇન્ડક્શનના ચુંબકીય પ્રવાહ જેવા મૂલ્યની નોંધ લેવી યોગ્ય છે — F. આ એક સ્કેલર જથ્થો છે, SI સિસ્ટમમાં તે વેબર્સમાં માપવામાં આવે છે, અને CGS સિસ્ટમમાં — મેક્સવેલ્સમાં, 1 μs = 0.00000001 Wb સાથે. 1 વેબર એ એવી તીવ્રતાનો ચુંબકીય પ્રવાહ છે કે જ્યારે તે ઘટીને શૂન્ય થાય છે, ત્યારે 1-કૂલમ્બ ચાર્જ તેની સાથે જોડાયેલ 1 ઓહ્મના પ્રતિકાર સાથે વાહક સર્કિટમાંથી પસાર થશે.

જો આપણે ચુંબકીય પ્રવાહ F ને પ્રારંભિક મૂલ્ય તરીકે લઈએ, તો ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇન્ડક્શન B ચુંબકીય પ્રવાહ ઘનતા કરતાં વધુ કંઈ નહીં હોય. ચુંબકીય પ્રવાહને માપવા માટેના ઉપકરણોને વેબમીટર કહેવામાં આવે છે.

અમે ઉપર નોંધ્યું છે કે ચુંબકીય ઇન્ડક્શન બળ (અથવા યાંત્રિક ક્ષણ દ્વારા) અથવા સર્કિટમાં પ્રેરિત EMF દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. આ કહેવાતા સીધા માપન રૂપાંતરણો છે, જ્યાં ચુંબકીય પ્રવાહ અથવા ચુંબકીય ઇન્ડક્શન અન્ય ભૌતિક જથ્થા (બળ, ચાર્જ, ક્ષણ, સંભવિત તફાવત) દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે જે મૂળભૂત ભૌતિક કાયદા દ્વારા ચુંબકીય જથ્થા સાથે અનન્ય રીતે સંબંધિત છે.

પરિવર્તનો જ્યાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B અથવા ચુંબકીય પ્રવાહ F વર્તમાન I અથવા લંબાઈ l અથવા ત્રિજ્યા r દ્વારા થાય છે તેને વિપરીત રૂપાંતરણ કહેવામાં આવે છે. ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર H ની મજબૂતાઈ વચ્ચેના જાણીતા સંબંધનો ઉપયોગ કરીને બાયોટ-સાવર્ટ-લેપ્લેસ કાયદાના આધારે આવા પરિવર્તનો હાથ ધરવામાં આવે છે.