गतिमान आवेश और चुंबकत्व। Moving Charge and Magnetism | chapter-4 | class-12th | NCERT

गतिमान आवेश और चुंबकत्व भौतिकी में दो परस्पर संबंधित अवधारणाएँ हैं जो चुंबकीय क्षेत्रों की उपस्थिति में आवेशित कणों के व्यवहार का वर्णन करती हैं। जब किसी चालक जैसे तार से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो यह तार के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।

इसी तरह, एक गतिमान आवेशित कण, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन भी अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। इन आवेशित कणों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों और उनके द्वारा सामना किए जाने वाले बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों के बीच परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप विभिन्न प्रकार की घटनाएँ हो सकती हैं, जिनमें विद्युत धाराओं का उत्पादन, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्पादन और चुंबकीय क्षेत्रों में विद्युत आवेशित कणों की गति शामिल है।

गतिमान आवेश और चुंबकत्व के सिद्धांतों को समझना तकनीकी अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए महत्वपूर्ण है, जिसमें इलेक्ट्रिक मोटर्स और जनरेटर से लेकर एमआरआई जैसी मेडिकल इमेजिंग तकनीक शामिल हैं।

गतिमान आवेश और चुंबकत्व – Moving Charge and Magnetism

गतिमान आवेश : मूविंग चार्ज एक कंडक्टर या अन्य माध्यम से विद्युत आवेशित कणों, जैसे इलेक्ट्रॉनों की गति को संदर्भित करता है। ये आवेशित कण एक लागू विद्युत क्षेत्र के परिणामस्वरूप या तापमान जैसे अन्य कारकों के कारण गति में हो सकते हैं। जब एक आवेशित कण गति में होता है, तो वह अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो किसी भी बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से संपर्क करता है।

इस अन्योन्य क्रिया से कई प्रकार की घटनाएँ हो सकती हैं, जैसे विद्युत धाराओं का उत्पादन, विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्पादन, और चुंबकीय क्षेत्रों में आवेशित कणों का विक्षेपण। प्रौद्योगिकी और इंजीनियरिंग में कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के साथ, गतिमान आवेशों का अध्ययन और चुंबकीय क्षेत्र के साथ उनकी बातचीत भौतिक विज्ञान में अध्ययन का एक मूलभूत क्षेत्र है।

चुंबकत्व : चुंबकत्व कुछ सामग्रियों की भौतिक संपत्ति को संदर्भित करता है जो उन्हें अन्य चुंबकीय सामग्रियों पर आकर्षक या प्रतिकारक बल लगाने का कारण बनता है। यह संपत्ति चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति से उत्पन्न होती है, जो सामग्री के भीतर विद्युत आवेशित कणों की गति से उत्पन्न होती है। चुंबकत्व अलग-अलग तरीकों से प्रकट हो सकता है, जैसे एक स्थायी चुंबक जो एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, या एक विद्युत चुंबक के रूप में जो एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जब विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से पारित किया जाता है।

चुंबकीय क्षेत्र गतिमान आवेशों के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप विभिन्न प्रकार की घटनाएँ होती हैं, जिनमें विद्युत धाराओं की उत्पत्ति और विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्पादन शामिल है। इलेक्ट्रिक मोटर्स, जनरेटर, चुंबकीय भंडारण उपकरणों और एमआरआई जैसी चिकित्सा इमेजिंग तकनीकों सहित तकनीकी अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए चुंबकत्व का अध्ययन महत्वपूर्ण है।

चुंबकीय बल – Magnetic Force

चुंबकीय बल उस बल को संदर्भित करता है जो एक आवेशित कण पर लगाया जाता है, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन, जब वह चुंबकीय क्षेत्र से चलता है। चुंबकीय बल की शक्ति और दिशा कण के आवेश, कण के वेग और चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और दिशा पर निर्भर करती है। जब एक आवेशित कण चुंबकीय क्षेत्र के लम्बवत् गति करता है, तो वह एक ऐसे बल का अनुभव करता है जो उसके वेग और चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दोनों के लंबवत होता है। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

यह बल कण को ​​​​अपने पथ में घुमाने का कारण बनता है, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ने के साथ-साथ वक्रता बढ़ती जाती है। चुंबकीय बल भौतिकी में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है और इसके कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जैसे कि इलेक्ट्रिक मोटर्स, जनरेटर और कण त्वरक के डिजाइन में।

चुंबकीय क्षेत्र में गति – speed in magnetic ield

“चुंबकीय क्षेत्र में गति” आवेशित कणों के व्यवहार को संदर्भित करता है जब वे चुंबकीय क्षेत्र में गति करते हैं। जब एक आवेशित कण, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन या एक प्रोटॉन, एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से चलता है, तो यह अपने वेग और चुंबकीय क्षेत्र दोनों के लंबवत बल का अनुभव करता है। इस बल को लोरेंत्ज़ बल कहा जाता है।

बल का परिमाण कण के आवेश, चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और कण के वेग के समानुपाती होता है। यदि कण का वेग चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत है, तो बल कण को ​​एक वृत्ताकार पथ में गति करने का कारण बनता है। वृत्त की त्रिज्या कण की गति और चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति पर निर्भर करती है।

चुंबकीय क्षेत्र में कण की गति चुंबकीय क्षेत्र की दिशा से भी प्रभावित हो सकती है। यदि चुंबकीय क्षेत्र को कण के वेग के समानांतर निर्देशित किया जाता है, तो बल शून्य होता है, और कण एक स्थिर गति से एक सीधी रेखा में गति करता है। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

कण त्वरक, चिकित्सा इमेजिंग और चुंबकीय भंडारण उपकरणों सहित कई क्षेत्रों में इस व्यवहार के महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं। चुंबकीय क्षेत्रों में आवेशित कणों के व्यवहार को समझना नई तकनीकों के विकास और प्रकृति के मूलभूत नियमों की हमारी समझ को आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक है।

बायो-सेवर्ट नियम – Biot–Savart law

बायो-सावर्ट नियम विद्युत चुंबकत्व में एक मौलिक कानून है जो एक तार में स्थिर धारा द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र का वर्णन करता है। इसमें कहा गया है कि अंतरिक्ष में एक बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र, एक स्थिर धारा ले जाने वाले तार के एक छोटे खंड द्वारा बनाया गया है, जो वर्तमान और तार खंड की लंबाई के सीधे आनुपातिक है, बिंदु और तार के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती है।

गणितीय शब्दों में, बायो-सावर्ट नियम को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

B = (μ₀/4π) * ∫(I dl x ẑ) / r²

जहाँ B चुंबकीय क्षेत्र है, I धारा है, dl तार की एक अतिसूक्ष्म लंबाई है, r तार और उस बिंदु के बीच की दूरी है जहाँ चुंबकीय क्षेत्र मापा जाता है, और μ₀ चुंबकीय स्थिरांक है।

Biot-Savart नियम का उपयोग करंट ले जाने वाले तार या तारों के सेट द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की गणना के लिए किया जाता है, और इसे कई तरह की स्थितियों में लागू किया जा सकता है, जिसमें एक सोलेनोइड, एक कॉइल या करंट के आसपास चुंबकीय क्षेत्र शामिल है। कुंडली। यह विद्युत चुंबकत्व के अध्ययन में एक मौलिक उपकरण है, और इसका उपयोग भौतिकी, विद्युत इंजीनियरिंग और भौतिक विज्ञान सहित कई क्षेत्रों में किया जाता है। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

ऐम्पियर का परिपथीय नियम – Ampere’s Circuit law

एम्पीयर का सर्किट लॉ, जिसे एम्पीयर के कानून के रूप में भी जाना जाता है, विद्युत चुंबकत्व में एक मौलिक कानून है जो एक बंद लूप के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र को लूप से गुजरने वाले विद्युत प्रवाह से संबंधित करता है। इसमें कहा गया है कि एक बंद लूप के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र का लाइन इंटीग्रल मुक्त स्थान की पारगम्यता के बराबर है जो कि लूप से गुजरने वाली धारा है।

गणितीय शब्दों में, एम्पीयर के सर्किट लॉ को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

∮B · dl = μ₀I

जहां ∮B · dl एक बंद लूप के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र B का लाइन इंटीग्रल है, I लूप से गुजरने वाला करंट है, और μ₀ मुक्त स्थान की पारगम्यता है।

एम्पीयर के सर्किट लॉ का उपयोग करंट ले जाने वाले तार या तारों के एक सेट के आसपास चुंबकीय क्षेत्र की गणना करने के लिए किया जाता है, और इसे एक विस्तृत श्रेणी की स्थितियों में लागू किया जा सकता है, जिसमें सोलनॉइड या टॉरॉयडल कॉइल के आसपास चुंबकीय क्षेत्र शामिल है। यह विद्युत चुंबकत्व के अध्ययन में एक मौलिक उपकरण है और इसका उपयोग भौतिकी, विद्युत इंजीनियरिंग और भौतिक विज्ञान सहित कई क्षेत्रों में किया जाता है। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

परिनालिका तथा टोराइड – Solenoid and Toroid

एक सोलेनोइड तार का एक लंबा, बेलनाकार तार होता है जो हेलिक्स आकार में कसकर लपेटा जाता है। जब तार के माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो सोलेनोइड की लंबाई के साथ समान होता है और कॉइल के केंद्र में केंद्रित होता है। सोलनॉइड्स का उपयोग आमतौर पर इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरणों जैसे मोटर, एक्चुएटर और वाल्व के साथ-साथ वैज्ञानिक प्रयोगों और चुंबकीय क्षेत्र जनरेटर में किया जाता है। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

एक टोरॉयड एक डोनट के आकार का तार का तार होता है जो एक गोलाकार कोर के चारों ओर लपेटा जाता है। तार को कोर के चारों ओर एक तंग, संकेंद्रित वृत्त में लपेटा जाता है, जिससे कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ टोरॉयड के भीतर कसकर सीमित हो जाती हैं। जब एक विद्युत प्रवाह तार के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो कोर के चारों ओर गोलाकार लूप में चलने वाली क्षेत्र रेखाओं के साथ टॉरॉयड के भीतर केंद्रित होता है।

टोरॉयड्स का उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में इंडक्टर्स, ट्रांसफार्मर और फिल्टर शामिल हैं, साथ ही साथ वैज्ञानिक प्रयोगों और चुंबकीय क्षेत्र जनरेटर में भी।

सोलनॉइड्स और टॉरॉयड्स दोनों विद्युत चुंबकत्व में महत्वपूर्ण घटक हैं, और विज्ञान और प्रौद्योगिकी में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में उपयोग किए जाते हैं। उनके चुंबकीय क्षेत्र और व्यवहार का अध्ययन और विद्युत चुंबकत्व के सिद्धांतों का उपयोग करके समझा जा सकता है, जैसे कि एम्पीयर का नियम और बायो-सावर्ट कानून। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

दो समान्तर विद्युत धाराओं के बीच बल-एम्पियर – Force-Ampere Between Two Parallel Currents

फ़ोर्स-एम्पीयर नियम, जिसे एम्पीयर फ़ोर्स लॉ के नाम से भी जाना जाता है, दो समानांतर, धारावाही तारों के बीच प्रति इकाई लंबाई बल का वर्णन करता है। बल दो तारों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों की परस्पर क्रिया द्वारा निर्मित होता है, और बल का परिमाण तारों में धाराओं के उत्पाद और उनके बीच की दूरी के समानुपाती होता है।

गणितीय शब्दों में, फोर्स-एम्पीयर नियम को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

F = (μ₀/2π) * I₁I₂ * (l/d)

जहां F दो तारों के बीच प्रति इकाई लंबाई बल है, I₁ और I₂ तारों के माध्यम से बहने वाली धाराएं हैं, l उस क्षेत्र में तारों की लंबाई है जहां बल मापा जाता है, d तारों के बीच की दूरी है, और μ₀ चुंबकीय स्थिरांक है।

फोर्स-एम्पीयर कानून कई अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है, जिसमें मोटर और जेनरेटर जैसे विद्युत उपकरणों के डिजाइन और संचालन के साथ-साथ वर्तमान-ले जाने वाले तारों से जुड़े वैज्ञानिक प्रयोग भी शामिल हैं। फ़ोर्स-एम्पीयर के नियम को समझने के लिए बायो-सावर्ट नियम और करंट ले जाने वाले तारों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र सहित विद्युत चुंबकत्व के ज्ञान की आवश्यकता होती है। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

चुंबकीय द्विधुर्व – Magnetic Dipole

एक चुंबकीय द्विध्रुवीय विद्युत चुंबकत्व में एक मौलिक अवधारणा है जो चुंबकीय ध्रुवों की एक जोड़ी को संदर्भित करता है, जो एक छोटी दूरी से अलग होती है, जो एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। एक चुंबकीय द्विध्रुव को बार चुंबक या एक करंट लूप के रूप में माना जा सकता है, जहां चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं बंद लूप बनाती हैं जो उत्तरी ध्रुव से दक्षिण ध्रुव तक चुंबक से होकर गुजरती हैं।

गणितीय शब्दों में, चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण को लूप के माध्यम से प्रवाहित धारा और लूप के क्षेत्र के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो एक सदिश द्वारा गुणा किया जाता है जो दक्षिण से चुंबक के उत्तरी ध्रुव की ओर इशारा करता है। चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण का परिमाण वर्तमान की ताकत और लूप के आकार के समानुपाती होता है। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

चुंबकीय द्विध्रुवीय विद्युत चुंबकत्व में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है, और इसका उपयोग मैग्नेट के व्यवहार, पदार्थ के साथ चुंबकीय क्षेत्रों की बातचीत, और विद्युत चुम्बकीय विकिरण की पीढ़ी और पहचान सहित घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का वर्णन करने के लिए किया जाता है। चुंबकीय द्विध्रुव को समझने के लिए बायो-सावर्ट कानून, एम्पीयर के कानून और चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकीय सामग्री के गुणों सहित बुनियादी विद्युत चुंबकत्व के ज्ञान की आवश्यकता होती है।

चल कुंडली गैल्वेनोमीटर – Moving Coil Galvanometer

मूविंग कॉइल गैल्वेनोमीटर एक प्रकार का उपकरण है जिसका उपयोग छोटी विद्युत धाराओं को मापने के लिए किया जाता है। यह तार की एक कुंडली का उपयोग करके काम करता है जो एक चुंबकीय क्षेत्र के भीतर घूमने के लिए स्वतंत्र है, और एक पतली सूचक या सुई से जुड़ा होता है जो एक अंशांकित पैमाने पर चलती है।

जब कॉइल के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, तो यह एक टॉर्क का अनुभव करता है जिसके कारण यह चुंबकीय क्षेत्र के भीतर घूमता है, और पॉइंटर की स्थिति करंट की ताकत और दिशा को इंगित करती है।

मूविंग कॉइल गैल्वेनोमीटर का उपयोग आमतौर पर इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक्स प्रयोगशालाओं के साथ-साथ उद्योग और वैज्ञानिक अनुसंधान में किया जाता है। वे अत्यधिक संवेदनशील उपकरण हैं जो बहुत छोटी धाराओं का पता लगा सकते हैं, और अक्सर सेंसर के आउटपुट को मापने या विद्युत सर्किट में परिवर्तनों का पता लगाने जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं। गतिमान आवेश और चुंबकत्व

मूविंग कॉइल गैल्वेनोमीटर के डिज़ाइन में आमतौर पर एक स्थायी चुंबक शामिल होता है जो एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र और तार का एक तार बनाता है जो एक हल्के फ्रेम या निलंबन के चारों ओर लपेटा जाता है। मरोड़ वसंत या अन्य तंत्र का उपयोग करके कुंडल को चुंबकीय क्षेत्र के भीतर निलंबित कर दिया जाता है,

और कुंडल की गति को एक भिगोना तंत्र द्वारा प्रतिबंधित किया जाता है जो इसे बहुत दूर या बहुत तेजी से झूलने से रोकता है। मापा जाने वाला करंट कॉइल के माध्यम से पारित किया जाता है, और परिणामी टॉर्क कॉइल को घुमाने का कारण बनता है, जिसमें पॉइंटर की स्थिति वर्तमान ताकत का संकेत देती है।

गतिमान आवेश और चुंबकत्व का यह अध्याय यही समाप्त होता है।

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