चुंबक और चुंबकीय पदार्थ
चुंबक वह वस्तु है जो लोहे को खींचती है। जिन चीज़ों को चुंबक खींचता है वे चुंबकीय पदार्थ हैं: लोहा, स्टील, निकल, कोबाल्ट। जिन्हें नहीं खींचता वे अचुंबकीय हैं: ताँबा, एल्युमिनियम, सोना, लकड़ी, प्लास्टिक, काँच।
स्थायी चुंबक लंबे समय तक चुंबक बना रहता है (जैसे फ़्रिज मैग्नेट)। चुंबक छड़, नाल (घोड़े की नाल जैसा), छल्ला या चकती के आकार के होते हैं।
उपयोग
- कचरे से लोहे के टुकड़े अलग करना
- दरवाज़े की कुंडी, बैग का बटन, फ़्रिज का दरवाज़ा
- स्पीकर, विद्युत मोटर और जनित्र
- दिशा जानने के लिए दिशासूचक
ध्रुव: समान दूर, असमान पास
चुंबक का खिंचाव सिरों पर सबसे ज़्यादा होता है। ये सिरे ध्रुव हैं: उत्तरी ध्रुव (N) और दक्षिणी ध्रुव (S)। धागे से लटका चुंबक घूमकर रुकता है तो उसका N उत्तर की ओर होता है।
- समान ध्रुव प्रतिकर्षित करते हैं: N–N या S–S दूर भागते हैं।
- असमान ध्रुव आकर्षित करते हैं: N–S पास आते हैं।
- चुंबक जितने पास, बल उतना ज़्यादा।
ध्रुव हमेशा जोड़े में होते हैं। चुंबक तोड़ो तो हर टुकड़े के दोनों ध्रुव बन जाते हैं। अकेले एक ध्रुव वाला चुंबक कभी नहीं मिलता।
प्रतिकर्षण ही पक्की जाँच है। लोहा दोनों ध्रुवों से खिंचता है, पर दूर सिर्फ़ दूसरा चुंबक ही भागता है।
चुंबकीय क्षेत्र और दिशासूचक
चुंबक के चारों ओर का वह स्थान जहाँ उसका बल महसूस हो, उसका चुंबकीय क्षेत्र है। इसे क्षेत्र रेखाओं से दिखाते हैं:
- चुंबक के बाहर ये N ध्रुव से निकलकर S ध्रुव में जाती हैं।
- दो रेखाएँ कभी एक-दूसरे को नहीं काटतीं।
- जहाँ रेखाएँ पास-पास हों, वहाँ क्षेत्र तेज़ (ध्रुवों के पास)।
दिशासूचक (compass) एक छोटी चुंबकीय सुई है जो आज़ादी से घूम सकती है। चुंबक के पास सुई उस जगह की क्षेत्र रेखा के साथ सीधी हो जाती है। दिशासूचक को चारों ओर घुमाकर और सुई का N सिरा निशान लगाकर पूरा क्षेत्र बना सकते हो। काग़ज़ पर लोहे का बुरादा छिड़कने से भी यह पैटर्न दिखता है।
कुछ चीज़ें चुंबक क्यों होती हैं
हर परमाणु में इलेक्ट्रॉन घूमते हैं। चलता आवेश एक छोटी विद्युत धारा है, और धारा का छोटा लूप एक छोटे चुंबक जैसा काम करता है। यही एम्पियर की परिकल्पना है: पदार्थ का चुंबकत्व अंदर की छोटी धारा-लूपों से आता है।
लोहे में ये छोटे चुंबक छोटे-छोटे समूहों में होते हैं, जिन्हें डोमेन कहते हैं। साधारण लोहे में डोमेन अलग-अलग दिशाओं में होते हैं, तो एक-दूसरे का असर काट देते हैं। लोहे को चुंबकित करने पर (चुंबक से रगड़कर या धारा वाली कुंडली में रखकर) डोमेन एक सीध में आ जाते हैं और लोहा चुंबक बन जाता है। चुंबक को बहुत गरम करने या पीटने से डोमेन फिर बिखर जाते हैं और चुंबकत्व चला जाता है।
पृथ्वी का चुंबकत्व, विद्युत चुंबक और उत्तोलन
पृथ्वी एक बड़े छड़ चुंबक जैसी है। यह चुंबकत्व उसके बाहरी कोर में बहते पिघले लोहे से बनता है। पृथ्वी का चुंबकीय दक्षिण ध्रुव भौगोलिक उत्तरी ध्रुव के पास है। इसीलिए सुई का N सिरा उत्तर दिखाता है। चुंबकीय ध्रुव ठीक भौगोलिक ध्रुवों पर नहीं हैं और धीरे-धीरे खिसकते रहते हैं। पृथ्वी का क्षेत्र सूर्य से आने वाले तेज़ आवेशित कणों से हमें बचाता है; ध्रुवों के पास जहाँ ये कण अंदर आते हैं, वहाँ आकाश में रंगीन रोशनी (ध्रुवीय ज्योति) दिखती है। सूर्य का भी अपना, बहुत उलझा हुआ चुंबकीय क्षेत्र है, जो सौर कलंकों में दिखता है।
विद्युत चुंबक
तार की कुंडली में धारा बहे तो छड़ चुंबक जैसा क्षेत्र बनता है। अंदर नर्म लोहे की छड़ रख दो तो यह विद्युत चुंबक बन जाता है: ताक़तवर, और बटन से चालू-बंद। ज़्यादा फेरे या ज़्यादा धारा = ज़्यादा ताक़त। उपयोग: क्रेन, बिजली की घंटी, रिले, MRI मशीन।
चुंबकीय उत्तोलन
प्रतिकर्षण (या सँभालकर नियंत्रित आकर्षण) से कोई चीज़ हवा में टिक सकती है। मैग्लेव रेलगाड़ी पटरी से कुछ सेंटीमीटर ऊपर तैरती है, इसलिए घर्षण लगभग नहीं होता।
करके देखो
- स्टील की सुई को चुंबक के एक सिरे से एक ही दिशा में 30 बार रगड़ो। उसे कॉर्क के छोटे टुकड़े में घुसाकर पानी के कटोरे में तैराओ। वह घूमकर उत्तर-दक्षिण में रुकेगी: तुमने दिशासूचक बना लिया!
- फ़्रिज मैग्नेट को चम्मच, सिक्के, चाबी और पेंसिल के पास लाओ। पहले अंदाज़ा लगाओ, फिर जाँचो कि कौन चिपकता है।
- 3D के आख़िरी चरण में दूसरा चुंबक पलटो और खिसकाओ। कब आकर्षण, कब प्रतिकर्षण?
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- समान ध्रुव प्रतिकर्षण; असमान ध्रुव आकर्षण
- क्षेत्र रेखाएँ: बाहर N से निकलें, S में जाएँ
- चुंबकीय पदार्थ: लोहा, स्टील, निकल, कोबाल्ट
- भौगोलिक उत्तर के पास पृथ्वी का चुंबकीय S ध्रुव
- विद्युत चुंबक की ताक़त धारा और फेरों के साथ बढ़ती है
हल किए गए उदाहरण
1. एक चुंबक का N ध्रुव दूसरे के S ध्रुव के पास लाया गया। क्या होगा?
आकर्षण, क्योंकि असमान ध्रुव खींचते हैं।
2. दो एक जैसी छड़ें हैं। एक चुंबक है, एक सादा लोहा। सिर्फ़ इन दोनों से कैसे पहचानोगे?
छड़ A का सिरा छड़ B के बीच में छुआओ। चुंबक का बीच का हिस्सा लगभग नहीं खींचता। अगर ज़ोर से चिपके तो A चुंबक है; न चिपके तो B चुंबक है। (या: सिर्फ़ चुंबक ही दूसरी छड़ को दूर धकेल सकता है।)
3. दिशासूचक की सुई उत्तर क्यों दिखाती है?
सुई छोटा चुंबक है। पृथ्वी का चुंबकीय दक्षिण ध्रुव भौगोलिक उत्तर के पास है, जो सुई के N को खींचता है।
4. छड़ चुंबक के तीन टुकड़े किए। कुल कितने ध्रुव?
हर टुकड़ा पूरा चुंबक है, N और S के साथ। कुल 3 × 2 = 6 ध्रुव।
5. विद्युत चुंबक को और ताक़तवर कैसे बनाओगे?
धारा बढ़ाओ, कुंडली के फेरे बढ़ाओ, या नर्म लोहे की कोर लगाओ।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि चुंबक हर धातु को खींचता है। ताँबा, एल्युमिनियम, सोना, चाँदी नहीं खिंचते।
- चुंबक की जाँच आकर्षण से करना। लोहा भी खिंचता है; सिर्फ़ प्रतिकर्षण पक्का बताता है।
- यह मानना कि टूटे चुंबक से अकेला N और अकेला S मिलेगा। हर टुकड़े में दोनों ध्रुव होते हैं।
- कहना कि भौगोलिक उत्तर पर पृथ्वी का चुंबकीय उत्तरी ध्रुव है। वहाँ का ध्रुव चुंबकीय S जैसा व्यवहार करता है।