વર્તમાન-વહન કોઇલનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર

જો સ્થિર ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જની આસપાસની જગ્યામાં ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ફિલ્ડ અસ્તિત્વમાં હોય, તો મૂવિંગ ચાર્જની આસપાસની જગ્યામાં (તેમજ મેક્સવેલ દ્વારા પ્રસ્તાવિત સમય-વિવિધ ઈલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની આસપાસ) અસ્તિત્વમાં છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર… આ પ્રાયોગિક ધોરણે અવલોકન કરવું સરળ છે.

ચુંબકીય ક્ષેત્ર માટે આભાર, ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહો એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તેમજ ચુંબક સાથે કાયમી ચુંબક અને પ્રવાહો. ઇલેક્ટ્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તુલનામાં, ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ મજબૂત છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સમયાંતરે આન્દ્રે-મેરી એમ્પેરે દ્વારા અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.

ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાક્ષણિકતા છે ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B અને તે જેટલું મોટું છે, ચુંબકીય ક્ષેત્ર વધુ મજબૂત છે. ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B એ વેક્ટર જથ્થા છે, તેની દિશા ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં અમુક બિંદુએ મૂકવામાં આવેલા પરંપરાગત ચુંબકીય તીરના ઉત્તર ધ્રુવ પર કામ કરતા બળની દિશા સાથે સુસંગત છે — ચુંબકીય ક્ષેત્ર ચુંબકીય તીરને વેક્ટરની દિશામાં દિશામાન કરશે B , એટલે કે ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશામાં.

ચુંબકીય ઇન્ડક્શન લાઇનના કોઈપણ બિંદુ પર વેક્ટર B તેને સ્પર્શક રીતે નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે. એટલે કે, ઇન્ડક્શન B વર્તમાન પર ચુંબકીય ક્ષેત્રની બળ અસરને દર્શાવે છે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર માટે બળ E દ્વારા સમાન ભૂમિકા ભજવવામાં આવે છે, જે ચાર્જ પર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂત ક્રિયાને દર્શાવે છે.

આયર્ન ફાઇલિંગ સાથેનો સૌથી સરળ પ્રયોગ તમને ચુંબકીય પદાર્થ પર ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્રિયાની ઘટનાને સ્પષ્ટપણે દર્શાવવાની મંજૂરી આપે છે, કારણ કે સતત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફેરોમેગ્નેટના નાના ટુકડાઓ (આવા ટુકડાઓ આયર્ન ફાઇલિંગ છે) ક્ષેત્રની સાથે ચુંબકીય કરવામાં આવે છે, ચુંબકીય તીર, હોકાયંત્રના નાના તીરો જેવા.

જો તમે ઊભી કોપર વાયર લો અને તેને કાગળની આડી શીટ (અથવા પ્લેક્સિગ્લાસ અથવા પ્લાયવુડ) માં છિદ્ર દ્વારા ચલાવો અને પછી શીટ પર મેટલ ફાઇલિંગ રેડો, તેને થોડો હલાવો અને પછી વાયર દ્વારા સીધો પ્રવાહ ચલાવો, તે જોવાનું સરળ છે કે કેવી રીતે ફાઇલિંગ પોતાને વાયરની આસપાસના વર્તુળોમાં વમળના રૂપમાં ગોઠવશે, તેમાં રહેલા પ્રવાહને લંબરૂપ વિમાનમાં.

લાકડાંઈ નો વહેરનાં આ વર્તુળો માત્ર વર્તમાન વહન કરનારા વાહકના ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B ની રેખાઓની પરંપરાગત રજૂઆત હશે. આ પ્રયોગમાં વર્તુળોનું કેન્દ્ર વર્તમાન-વહન વાયરની ધરી સાથે બરાબર મધ્યમાં સ્થિત હશે.

વર્તમાન-વહન વાયરમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન વેક્ટરની દિશા નિર્ધારિત કરવી સરળ છે જીમલેટ નિયમ દ્વારા અથવા જમણી બાજુના સ્ક્રુના નિયમ અનુસાર: વાયરમાં વર્તમાનની દિશામાં સ્ક્રુ અક્ષની અનુવાદાત્મક હિલચાલ સાથે, સ્ક્રુ અથવા જીમ્બલ હેન્ડલના પરિભ્રમણની દિશા (ઇન અથવા આઉટ) ની દિશા સૂચવે છે. વર્તમાનની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર.

જીમ્બલ નિયમ શા માટે લાગુ કરવામાં આવે છે? કારણ કે બે મેક્સવેલ સમીકરણોમાં વપરાતા રોટરનું કાર્ય (ક્ષેત્ર દ્વારા ફિલ્ડ થિયરીમાં સૂચવવામાં આવે છે) ઔપચારિક રીતે વેક્ટર ઉત્પાદન તરીકે લખી શકાય છે (ઓપરેટર નાબલા સાથે) અને સૌથી અગત્યનું કારણ કે વેક્ટર ક્ષેત્રના રોટર સાથે સરખાવી શકાય છે. સાદ્રશ્ય) આદર્શ પ્રવાહીના પરિભ્રમણના કોણીય વેગ સાથે (જેમ કે મેક્સવેલ પોતે કલ્પના કરે છે), જેનું પ્રવાહ વેગ ક્ષેત્ર આપેલ વેક્ટર ક્ષેત્રનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, આ નિયમ ફોર્મ્યુલેશન દ્વારા રોટર માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે જે કોણીય વેગ માટે વર્ણવેલ છે.

આમ, જો તમે વેક્ટર ફીલ્ડ વોર્ટેક્સની દિશામાં અંગૂઠો ફેરવો છો, તો તે તે ક્ષેત્રના રોટર વેક્ટરની દિશામાં સ્ક્રૂ કરશે.

જેમ તમે જોઈ શકો છો, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્ષેત્રની તીવ્રતાની રેખાઓથી વિપરીત, જે અવકાશમાં ખુલ્લી હોય છે, ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની આસપાસની ચુંબકીય ઇન્ડક્શનની રેખાઓ બંધ હોય છે. જો વિદ્યુત તીવ્રતા E ની રેખાઓ સકારાત્મક ચાર્જથી શરૂ થાય છે અને નકારાત્મક ચાર્જ સાથે સમાપ્ત થાય છે, તો ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B ની રેખાઓ તેમને ઉત્પન્ન કરે છે તે પ્રવાહની આસપાસ ફક્ત બંધ થાય છે.

ચાલો હવે પ્રયોગને જટિલ બનાવીએ. વર્તમાન સાથે સીધા વાયરને બદલે, વર્તમાન સાથે વળાંકનો વિચાર કરો. ધારો કે આવા લૂપને ડ્રોઇંગના પ્લેન પર કાટખૂણે મૂકવું આપણા માટે અનુકૂળ છે, જેમાં વર્તમાન આપણી તરફ ડાબી તરફ અને જમણી બાજુએ છે. જો હવે ચુંબકીય સોય સાથેનો હોકાયંત્ર વર્તમાન લૂપની અંદર મૂકવામાં આવે છે, તો ચુંબકીય સોય ચુંબકીય ઇન્ડક્શનની રેખાઓની દિશા સૂચવે છે - તે લૂપની ધરી સાથે નિર્દેશિત કરવામાં આવશે.

શા માટે? કારણ કે કોઇલના પ્લેનની વિરુદ્ધ બાજુઓ ચુંબકીય સોયના ધ્રુવો સાથે સમાન હશે.જ્યાં B રેખાઓ નીકળી જાય છે તે ઉત્તર ચુંબકીય ધ્રુવ છે, જ્યાં તેઓ દક્ષિણ ધ્રુવમાં પ્રવેશ કરે છે. જો તમે પહેલા કરંટ વહન કરતા વાયર અને તેના ચુંબકીય ક્ષેત્રને ધ્યાનમાં લો અને પછી વાયરને ફક્ત રિંગમાં ફેરવો તો આ સમજવું સરળ છે.

વર્તમાન સાથે લૂપના ચુંબકીય ઇન્ડક્શનની દિશા નિર્ધારિત કરવા માટે, તેઓ ગિમ્બલ નિયમ અથવા જમણા હાથના સ્ક્રુ નિયમનો પણ ઉપયોગ કરે છે. લૂપની મધ્યમાં ગિમ્બલની ટોચ મૂકો અને તેને ઘડિયાળની દિશામાં ફેરવો. ગિમ્બલની અનુવાદાત્મક હિલચાલ લૂપના કેન્દ્રમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન વેક્ટર B સાથે દિશામાં એકરુપ હશે.

દેખીતી રીતે, વિદ્યુતપ્રવાહના ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા વાયરમાં પ્રવાહની દિશા સાથે સંબંધિત છે, પછી તે સીધો વાયર હોય કે કોઇલ.

તે સામાન્ય રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે કે વર્તમાન વહન કરતી કોઇલ અથવા કોઇલની બાજુ જ્યાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B ની રેખાઓ બહાર નીકળે છે (વેક્ટર B ની દિશા બહારની તરફ છે) ઉત્તર ચુંબકીય ધ્રુવ છે અને જ્યાં રેખાઓ પ્રવેશે છે (વેક્ટર B અંદરની તરફ નિર્દેશિત છે) છે. દક્ષિણ ચુંબકીય ધ્રુવ.

જો વર્તમાન સાથે ઘણા વળાંક લાંબો કોઇલ બનાવે છે - સોલેનોઇડ (કોઇલની લંબાઈ તેના વ્યાસથી અનેક ગણી વધારે છે), તો તેની અંદરનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર એકસરખું છે, એટલે કે, ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B ની રેખાઓ એકબીજાની સમાંતર છે અને કોઇલની સમગ્ર લંબાઈ સાથે સમાન ઘનતા. સંજોગોવશાત્, કાયમી ચુંબકનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર બાહ્ય રીતે વર્તમાન વહન કરતી કોઇલના ચુંબકીય ક્ષેત્ર જેવું જ હોય ​​છે.

વળાંક N ની સંખ્યા સાથે વર્તમાન I, લંબાઈ l સાથે કોઇલ માટે, શૂન્યાવકાશમાં ચુંબકીય ઇન્ડક્શન સંખ્યાત્મક રીતે સમાન હશે:

તેથી, વર્તમાન સાથે કોઇલની અંદરનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર એકસમાન છે અને દક્ષિણ ધ્રુવથી ઉત્તર ધ્રુવ (કોઇલની અંદર!) તરફ નિર્દેશિત છે. કોઇલની અંદર ચુંબકીય ઇન્ડક્શન એ વર્તમાન-વહન કોઇલની એકમ લંબાઈ દીઠ એમ્પીયર-ટર્નની સંખ્યાના પ્રમાણસર મોડ્યુલો છે.