इलेक्ट्रोमैग्नेट कैसे काम करते हैं

एक मलबेदार यार्ड, एक रॉक कॉन्सर्ट और आपके सामने के दरवाजे में क्या समानता है? वे प्रत्येक विद्युत चुम्बक का उपयोग करते हैं , ऐसे उपकरण जो बिजली के अनुप्रयोग के माध्यम से एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं। स्क्रैप धातु के भारी टुकड़ों या यहां तक ​​कि पूरी कारों को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाने के लिए मलबे वाले यार्ड अत्यंत शक्तिशाली विद्युत चुम्बकों का उपयोग करते हैं। आपका पसंदीदा बैंड अपने स्पीकर से निकलने वाली ध्वनि को बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग करता है। और जब कोई आपके दरवाजे की घंटी बजाता है, तो एक छोटा इलेक्ट्रोमैग्नेट एक धातु के क्लैपर को घंटी के खिलाफ खींचता है।

यंत्रवत्, एक विद्युत चुंबक बहुत सरल है। इसमें प्रवाहकीय तार की लंबाई होती है, आमतौर पर तांबा, धातु के एक टुकड़े के चारों ओर लपेटा जाता है। जैसा फ्रैंकनस्टाइन का दैत्य , इस छोटे से की तरह भागों का एक ढीला संग्रह की तुलना में अधिक लगता है जब तक बिजली चित्र में आता है। लेकिन विद्युत चुम्बक को जीवंत करने के लिए आपको तूफान का इंतजार करने की आवश्यकता नहीं है। एक करंट पेश किया जाता है, या तो बैटरी या बिजली के किसी अन्य स्रोत से, और तार से प्रवाहित होता है। यह कुंडलित तार के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, धातु को चुंबकित करता है जैसे कि यह एक स्थायी चुंबक था। इलेक्ट्रोमैग्नेट उपयोगी होते हैं क्योंकि आप क्रमशः सर्किट को पूरा या बाधित करके चुंबक को चालू और बंद कर सकते हैं।

इससे पहले कि हम बहुत आगे बढ़ें, हमें चर्चा करनी चाहिए कि इलेक्ट्रोमैग्नेट आपके रन-ऑफ-द-मिल "स्थायी" मैग्नेट से कैसे भिन्न होते हैं , जैसे कि आपकी पॉप्सिकल कला को फ्रिज में रखने वाले। जैसा कि आप जानते हैं, चुम्बक के दो ध्रुव होते हैं, "उत्तर" और "दक्षिण", और स्टील, लोहे या उसके किसी संयोजन से बनी चीजों को आकर्षित करते हैं. जैसे ध्रुव पीछे हटते हैं और विरोधी आकर्षित होते हैं (आह, रोमांस और भौतिकी का प्रतिच्छेदन)। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास दो बार चुंबक हैं जिनके सिरे "उत्तर" और "दक्षिण" के रूप में चिह्नित हैं, तो एक चुंबक का उत्तरी छोर दूसरे के दक्षिणी छोर को आकर्षित करेगा। दूसरी ओर, एक चुंबक का उत्तरी छोर दूसरे के उत्तरी छोर को पीछे हटा देगा (और इसी तरह, दक्षिण दक्षिण को पीछे हटा देगा)। एक इलेक्ट्रोमैग्नेट उसी तरह है, सिवाय "अस्थायी" के - चुंबकीय क्षेत्र केवल तभी मौजूद होता है जब विद्युत प्रवाह बह रहा हो।

डोरबेल इस बात का एक अच्छा उदाहरण है कि कैसे विद्युत चुम्बकों का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जहाँ स्थायी चुम्बकों का कोई मतलब नहीं होगा। जब कोई अतिथि आपके सामने के दरवाजे पर बटन दबाता है, तो दरवाजे की घंटी के अंदर इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी एक विद्युत लूप को बंद कर देती है, जिसका अर्थ है कि सर्किट पूरा हो गया है और "चालू" हो गया है। बंद सर्किट बिजली को प्रवाहित करने की अनुमति देता है, एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है और क्लैपर को चुंबकित करने का कारण बनता है। अधिकांश डोरबेल के हार्डवेयर में एक धातु की घंटी और धातु का क्लैपर होता है, जब चुंबकीय आवेशों के कारण वे आपस में टकराते हैं, तो आप अंदर की झंकार सुनते हैं और आप दरवाजे का जवाब दे सकते हैं। घंटी बजती है, अतिथि बटन छोड़ता है, सर्किट खुलता है और दरवाजे की घंटी बजती है। यह ऑन-डिमांड चुंबकत्व है जो विद्युत चुंबक को इतना उपयोगी बनाता है।

इस लेख में, हम इलेक्ट्रोमैग्नेट पर करीब से नज़र डालेंगे और पता लगाएंगे कि कैसे ये उपकरण कुछ बहुत ही अच्छे विज्ञान को लेते हैं और इसे हमारे चारों ओर गिज़्मोस पर लागू करते हैं जो हमारे जीवन को आसान बनाते हैं।

1. विद्युत चुम्बकों का इतिहास
2. इलेक्ट्रोमैग्नेट्स की स्टिकिंग पावर
3. "इलेक्ट्रो" को "इलेक्ट्रोमैग्नेट" में डालना
4. हमारे चारों ओर विद्युत चुम्बक
5. DIY इलेक्ट्रोमैग्नेट और प्रयोग करने के लिए प्रयास करें

1873 तक बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध का पूरी तरह से अध्ययन नहीं किया गया था, जब भौतिक विज्ञानी जेम्स मैक्सवेल ने सकारात्मक और नकारात्मक विद्युत आवेशों के बीच की बातचीत को देखा [स्रोत: महोन ]। निरंतर प्रयोग के माध्यम से, मैक्सवेल ने निर्धारित किया कि ये शुल्क उनके अभिविन्यास के आधार पर एक-दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित कर सकते हैं। उन्होंने यह पता लगाने वाले पहले व्यक्ति भी थे कि चुम्बकों में ध्रुव होते हैं, या अलग-अलग बिंदु होते हैं जहाँ आवेश केंद्रित होता है। और, विद्युत चुंबकत्व के लिए महत्वपूर्ण, मैक्सवेल ने देखा कि जब एक तार से करंट गुजरता है, तो यह तार के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है।

मैक्सवेल का काम काम के कई वैज्ञानिक सिद्धांतों के लिए जिम्मेदार था, लेकिन वह बिजली और चुंबकत्व के साथ प्रयोग करने वाले पहले वैज्ञानिक नहीं थे। लगभग 50 साल पहले हैंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने पाया कि जिस कंपास का वह उपयोग कर रहा था, वह तब प्रतिक्रिया करता था जब उसकी प्रयोगशाला में एक बैटरी चालू और बंद हो जाती थी [स्रोत: ग्रेगरी ]। यह तभी होगा जब कम्पास की सुई में हस्तक्षेप करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र मौजूद हो, इसलिए उन्होंने यह निष्कर्ष निकाला कि बैटरी से बहने वाली बिजली से एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न हुआ था। लेकिन ओर्स्टेड ने रसायन विज्ञान के क्षेत्र की ओर रुख किया और बिजली और चुंबकत्व के शोध को दूसरों पर छोड़ दिया [स्रोत: महोन ]।

विद्युत चुंबकत्व के दादा माइकल फैराडे , एक रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी हैं, जिन्होंने बाद में मैक्सवेल द्वारा बनाए गए कई सिद्धांतों को गढ़ा। मैक्सवेल या ओर्स्टेड की तुलना में इतिहास में फैराडे का इतना अधिक प्रमुख होने का एक कारण शायद उनके इतने विपुल शोधकर्ता और आविष्कारक होने के कारण है। उन्हें विद्युत चुंबकत्व के क्षेत्र में अग्रणी के रूप में व्यापक रूप से घोषित किया गया है, लेकिन उन्हें विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की खोज करने का भी श्रेय दिया जाता है, जिस पर हम बाद में चर्चा करेंगे जब हम कुछ वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों का पता लगाएंगे। फैराडे ने इलेक्ट्रिक मोटर का भी आविष्कार किया , और भौतिकी में अपने प्रभावशाली काम के अलावा वह ग्रेट ब्रिटेन के रॉयल इंस्टीट्यूशन में फुलेरियन प्रोफेसर ऑफ केमिस्ट्री के प्रतिष्ठित पद पर नियुक्त होने वाले पहले व्यक्ति भी थे। इतना भी फटा - पुराना नहीं है।

तो इन आदमियों के काम से क्या पता चला? अगले भाग में, हम देखेंगे कि इलेक्ट्रोमैग्नेट कैसे काम करते हैं।

जैसा कि हमने परिचय में उल्लेख किया है, बुनियादी विद्युत चुम्बक इतने जटिल नहीं हैं; आप उन सामग्रियों का उपयोग करके स्वयं का एक सरल संस्करण बना सकते हैं जो शायद आपके पास घर के आसपास पड़ी हों। एक प्रवाहकीय तार, आमतौर पर अछूता तांबा, एक धातु की छड़ के चारों ओर घाव होता है। स्पर्श करने पर तार गर्म हो जाएगा, यही कारण है कि इन्सुलेशन महत्वपूर्ण है। जिस छड़ पर तार लपेटा जाता है उसे परिनालिका कहा जाता है , और परिणामी चुंबकीय क्षेत्र इस बिंदु से दूर विकिरण करता है। चुंबक की ताकत सीधे रॉड के चारों ओर तार कॉइल की संख्या से संबंधित होती है। एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के लिए, तार को अधिक कसकर लपेटा जाना चाहिए।

ठीक है, इसके अलावा इसमें कुछ और है। रॉड, या कोर के चारों ओर तार जितना सख्त होता है, उसके चारों ओर उतने ही अधिक लूप होते हैं, जिससे चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है। तार कितनी कसकर घाव है, इसके अलावा, कोर के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री भी चुंबक की ताकत को नियंत्रित कर सकती है । उदाहरण के लिए, लोहा एक लौहचुंबकीय धातु है, जिसका अर्थ है कि यह अत्यधिक पारगम्य है [स्रोत: बोस्टन विश्वविद्यालय ]। पारगम्यता यह वर्णन करने का एक और तरीका है कि सामग्री चुंबकीय क्षेत्र का कितनी अच्छी तरह समर्थन कर सकती है। एक निश्चित सामग्री चुंबकीय क्षेत्र के लिए जितनी अधिक प्रवाहकीय होती है, उसकी पारगम्यता उतनी ही अधिक होती है।

इलेक्ट्रोमैग्नेट की लोहे की छड़ सहित सभी पदार्थ परमाणुओं से बने होते हैं । परिनालिका के विद्युतीकरण से पहले, धातु के कोर में परमाणुओं को यादृच्छिक रूप से व्यवस्थित किया जाता है, बिना किसी विशेष दिशा की ओर इशारा करते हुए। जब करंट लगाया जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र रॉड में प्रवेश करता है और परमाणुओं को फिर से संगठित करता है। इन परमाणुओं के गति में और सभी एक ही दिशा में होने से चुंबकीय क्षेत्र बढ़ता है। परमाणुओं का संरेखण, चुम्बकित परमाणुओं के छोटे क्षेत्र जिन्हें डोमेन कहा जाता है , वर्तमान के स्तर के साथ बढ़ता और घटता है, इसलिए बिजली के प्रवाह को नियंत्रित करके, आप चुंबक की ताकत को नियंत्रित कर सकते हैं। संतृप्ति का एक बिंदु आता है जब सभी डोमेन संरेखण में होते हैं, जिसका अर्थ है कि अतिरिक्त धारा जोड़ने से चुंबकत्व में वृद्धि नहीं होगी।

वर्तमान को नियंत्रित करके, आप अनिवार्य रूप से चुंबक को चालू और बंद कर सकते हैं। जब करंट बंद हो जाता है, तो परमाणु अपनी प्राकृतिक, यादृच्छिक स्थिति में लौट आते हैं और रॉड अपना चुंबकत्व खो देता है (तकनीकी रूप से, यह कुछ चुंबकीय गुणों को बरकरार रखता है लेकिन ज्यादा नहीं और बहुत लंबे समय तक नहीं)।

एक रन-ऑफ-द-मिल स्थायी चुंबक के साथ, जैसे कि परिवार के कुत्ते की तस्वीर को रेफ्रिजरेटर में रखने वाले, परमाणु हमेशा संरेखित होते हैं और चुंबक की ताकत स्थिर होती है। क्या आप जानते हैं कि आप स्थायी चुंबक को गिराकर उसकी चिपकी हुई शक्ति को दूर कर सकते हैं? प्रभाव वास्तव में परमाणुओं को संरेखण से बाहर गिरने का कारण बन सकता है। उस पर एक चुंबक रगड़ कर उन्हें फिर से चुम्बकित किया जा सकता है।

बिजली के सत्ता में एक विद्युत कहीं से आया है, है ना? अगले भाग में, हम कुछ ऐसे तरीकों का पता लगाएंगे जिनसे ये चुम्बक अपना रस प्राप्त करते हैं।

चूँकि विद्युत चुम्बक को संचालित करने के लिए विद्युत धारा की आवश्यकता होती है, यह कहाँ से आती है? इसका त्वरित उत्तर यह है कि कोई भी चीज जो करंट पैदा करती है, एक इलेक्ट्रोमैग्नेट को पावर दे सकती है। आपके टीवी रिमोट में उपयोग की जाने वाली छोटी एए बैटरी से लेकर बड़े, औद्योगिक पावर स्टेशन जो सीधे ग्रिड से बिजली खींचते हैं , अगर यह इलेक्ट्रॉनों को स्टोर और ट्रांसफर करता है, तो यह इलेक्ट्रोमैग्नेट को पावर दे सकता है।

आइए एक नजर डालते हैं कि घरेलू बैटरी कैसे काम करती है। अधिकांश बैटरियों में दो आसानी से पहचाने जाने योग्य ध्रुव होते हैं, एक धनात्मक और एक ऋणात्मक। जब बैटरी उपयोग में नहीं होती है, तो इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक ध्रुव पर एकत्रित हो जाते हैं। जब बैटरियों को एक उपकरण में डाला जाता है, तो दो ध्रुव डिवाइस में सेंसर के संपर्क में आते हैं, सर्किट को बंद कर देते हैं और इलेक्ट्रॉनों को ध्रुवों के बीच स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होने देते हैं। आपके रिमोट के मामले में, डिवाइस को बैटरी में संग्रहीत ऊर्जा के लिए लोड , या निकास बिंदु के साथ डिज़ाइन किया गया है [स्रोत: ग्रॉसमैन ]। लोड रिमोट कंट्रोल के संचालन के लिए ऊर्जा का उपयोग करता है। यदि आप बिना किसी लोड के बैटरी के प्रत्येक छोर से सीधे एक तार कनेक्ट करते हैं, तो ऊर्जा जल्दी से बैटरी से निकल जाएगी।

जबकि ऐसा हो रहा है, गतिमान इलेक्ट्रॉन एक चुंबकीय क्षेत्र भी बनाते हैं। यदि आप अपने रिमोट से बैटरी निकालते हैं, तो यह संभवतः एक छोटा चुंबकीय चार्ज बनाए रखेगा। आप अपने रिमोट से कार नहीं उठा सकते थे, लेकिन शायद लोहे के कुछ छोटे टुकड़े या एक पेपर क्लिप भी।

स्पेक्ट्रम के दूसरे छोर पर पृथ्वी ही है। परिभाषा के अनुसार हमने पहले चर्चा की, एक विद्युत चुंबक तब बनता है जब विद्युत धाराएं किसी फेरोमैग्नेटिक कोर के चारों ओर प्रवाहित होती हैं। पृथ्वी का कोर लोहा है, और हम जानते हैं कि इसका एक उत्तरी ध्रुव और एक दक्षिणी ध्रुव है। ये केवल भौगोलिक पदनाम नहीं हैं बल्कि वास्तविक विरोधी चुंबकीय ध्रुव हैं। डायनेमो प्रभाव , एक घटना जो लोहे में भारी विद्युत धाराएं पैदा करती है, बाहरी कोर में तरल लोहे की गति के लिए धन्यवाद, एक विद्युत प्रवाह बनाता है। यह करंट एक चुंबकीय चार्ज उत्पन्न करता है, और पृथ्वी का यह प्राकृतिक चुंबकत्व ही है जो कम्पास को काम करता है। एक कंपास हमेशा उत्तर की ओर इशारा करता है क्योंकि धातु की सुई उत्तरी ध्रुव के खिंचाव की ओर आकर्षित होती है।

स्पष्ट रूप से, छोटे, घरेलू विज्ञान प्रयोगों और स्वयं पृथ्वी के बीच विद्युत चुंबक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। तो, वास्तविक दुनिया में ये डिवाइस कहां पॉप अप करते हैं? अगले भाग में, हम इस पर एक नज़र डालेंगे कि विद्युत चुंबकत्व से हमारा दैनिक जीवन कैसे प्रभावित होता है।

कई विद्युत चुम्बकों का स्थायी चुम्बकों पर लाभ होता है क्योंकि उन्हें आसानी से चालू और बंद किया जा सकता है, और कोर के चारों ओर बहने वाली बिजली की मात्रा को बढ़ाना या घटाना उनकी ताकत को नियंत्रित कर सकता है।

आधुनिक तकनीक चुंबकीय रिकॉर्डिंग उपकरणों का उपयोग करके सूचनाओं को संग्रहीत करने के लिए विद्युत चुम्बकों पर बहुत अधिक निर्भर करती है। जब आप अपने कंप्यूटर में हार्ड ड्राइव में डेटा सहेजते हैं , उदाहरण के लिए, धातु के छोटे, चुंबकीय टुकड़े एक डिस्क पर सहेजे गए जानकारी के लिए विशिष्ट पैटर्न में एम्बेडेड होते हैं। इस डेटा ने जीवन को बाइनरी डिजिटल कंप्यूटर भाषा (0s और 1s) के रूप में शुरू किया। जब आप इस जानकारी को पुनः प्राप्त करते हैं, तो पैटर्न को मूल बाइनरी पैटर्न में बदल दिया जाता है और प्रयोग करने योग्य रूप में अनुवादित किया जाता है। तो क्या यह एक विद्युत चुंबक बनाता है? कंप्यूटर के सर्किटरी के माध्यम से चलने वाली धारा धातु के उन छोटे-छोटे टुकड़ों को चुम्बकित कर देती है। यह वही मूलधन है जो टेप रिकार्डर, वीसीआर और अन्य टेप-आधारित मीडिया में उपयोग किया जाता है (और हाँ, आप में से कुछ के पास अभी भी टेप डेक और वीसीआर हैं)। यही कारण है कि मैग्नेट कभी-कभी इन उपकरणों की यादों पर कहर बरपा सकता है।

इलेक्ट्रोमैग्नेट्स ने पहली बार में बिजली की क्षमता का वास्तव में दोहन करने का मार्ग प्रशस्त किया। विद्युत उपकरणों में, मोटर चलती है क्योंकि आपकी दीवार सॉकेट से बहने वाली धारा एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। यह मोटर को शक्ति प्रदान करने वाली बिजली नहीं है, बल्कि चुंबक द्वारा बनाया गया चार्ज है। चुंबक का बल घूर्णी गति बनाता है, जिसका अर्थ है कि वे एक निश्चित बिंदु के चारों ओर घूमते हैं, ठीक उसी तरह जैसे एक टायर एक धुरी के चारों ओर घूमता है।

तो, क्यों न इस प्रक्रिया को छोड़ दें और पहली बार में मोटर को पावर देने के लिए आउटलेट का उपयोग करें ? क्योंकि किसी उपकरण को बिजली देने के लिए आवश्यक करंट काफी बड़ा होता है। क्या आपने कभी गौर किया है कि टीवी या वॉशिंग मशीन जैसे बड़े उपकरण को चालू करने से कभी-कभी आपके घर की रोशनी कैसे झिलमिला सकती है? ऐसा इसलिए है क्योंकि उपकरण शुरू में बहुत अधिक ऊर्जा खींच रहा है, लेकिन इतनी बड़ी राशि केवल मोटर को चालू करने के लिए आवश्यक है। एक बार ऐसा होने पर, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का यह चक्र अपने ऊपर ले लेता है।

घरेलू उपकरणों से, हम अब तक निर्मित कुछ सबसे जटिल मशीनरी की ओर बढ़ रहे हैं, यह देखने के लिए कि ब्रह्मांड की उत्पत्ति को अनलॉक करने के लिए विद्युत चुम्बकों का उपयोग कैसे किया जा रहा है। कण त्वरक ऐसी मशीनें हैं जो आवेशित कणों को अविश्वसनीय रूप से उच्च गति से एक दूसरे की ओर ले जाती हैं ताकि यह देखा जा सके कि जब वे टकराते हैं तो क्या होता है। उप-परमाणु कणों के ये पुंज बहुत सटीक होते हैं और उनके प्रक्षेपवक्र को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण होता है, इसलिए वे गलत दिशा में नहीं जाते हैं और मशीनरी को नुकसान नहीं पहुंचाते हैं। यह वह जगह है जहां विद्युत चुम्बक आते हैं। चुम्बक टकराने वाले पुंजों के मार्ग पर स्थित होते हैं, और उनके चुम्बकत्व का उपयोग वास्तव में उनकी गति और प्रक्षेपवक्र को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है [स्रोत: नोवा शिक्षक ]।

हमारे दोस्त इलेक्ट्रोमैग्नेट के लिए बुरा नहीं है, हुह? ब्रह्मांड की उत्पत्ति को समझने के लिए वैज्ञानिकों और इंजीनियरों द्वारा उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के संचालन के लिए आप अपने गैरेज में कुछ भी बना सकते हैं , इलेक्ट्रोमैग्नेट्स की हमारे आसपास की दुनिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका है।

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विद्युत चुम्बक बनाना आसान है; हार्डवेयर के कुछ टुकड़े और बिजली की आपूर्ति आपको अपने रास्ते पर ले जाती है। सबसे पहले, आपको निम्नलिखित मदों की आवश्यकता होगी:

एक बार जब आपके पास ये आइटम हों, तो तांबे के तार के प्रत्येक छोर से इन्सुलेशन हटा दें, जो बैटरी के साथ एक अच्छा कनेक्शन प्रदान करने के लिए पर्याप्त है। तार को नाखून के चारों ओर लपेटें; आप इसे जितना सख्त लपेटेंगे, चुंबकीय क्षेत्र उतना ही अधिक शक्तिशाली होगा। अंत में, तार के एक सिरे को धनात्मक टर्मिनल से और एक को ऋणात्मक टर्मिनल से जोड़कर बैटरी को कनेक्ट करें (इससे कोई फ़र्क नहीं पड़ता कि तार का कौन-सा सिरा किस टर्मिनल से जुड़ जाता है)। प्रेस्टो! एक काम कर रहे विद्युत चुंबक [स्रोत: जेफरसन लैब ]।

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