అయస్కాంత క్షేత్రాలను కొలిచే సూత్రాలు, అయస్కాంత క్షేత్ర పారామితులను కొలిచే సాధనాలు

భూమి యొక్క అయస్కాంత ధ్రువాలకు దిశలను సూచించే మొదటి అయస్కాంత దిక్సూచి మూడవ శతాబ్దం BCలో చైనాలో కనిపించింది. ఇవి అయస్కాంత ఇనుప ధాతువుతో తయారు చేయబడిన షార్ట్-హ్యాండిల్ రౌండ్ లాడిల్స్ రూపంలో ఉండే పరికరాలు.

చెంచా దాని కుంభాకార భాగంతో ఒక మృదువైన రాగి లేదా చెక్క ఉపరితలంపై ఉంచబడింది, దానిపై కార్డినల్ పాయింట్లను సూచిస్తూ రాశిచక్రం యొక్క చిహ్నాల చిత్రాలతో విభజనలు గీసారు. దిక్సూచిని సక్రియం చేయడానికి, చెంచా తేలికగా నొక్కి ఉంచబడింది మరియు అది తిప్పడం ప్రారంభించింది. చివరికి, చెంచా ఆగినప్పుడు, దాని హ్యాండిల్ సరిగ్గా చూపబడింది భూమి యొక్క దక్షిణ అయస్కాంత ధ్రువం వైపు.

పన్నెండవ శతాబ్దం నుండి, ఐరోపాలో ప్రయాణికులు దిక్సూచిని చురుకుగా ఉపయోగించారు. అయస్కాంత విచలనాన్ని నిర్ణయించడానికి అవి భూ రవాణా మరియు సముద్ర నాళాలు రెండింటిలోనూ వ్యవస్థాపించబడ్డాయి.

పద్దెనిమిదవ శతాబ్దం చివరి నుండి, అయస్కాంత దృగ్విషయం ఆ కాలపు శాస్త్రవేత్తలకు జాగ్రత్తగా అధ్యయనం చేసే వస్తువుగా మారింది. 1785లో లాకెట్టు భూమి యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క బలాన్ని లెక్కించడానికి ఒక పద్ధతిని ప్రతిపాదించింది. 1832లోమరింత ఖచ్చితమైన కొలతల ద్వారా అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క సంపూర్ణ విలువను నిర్ణయించే అవకాశాన్ని గాస్ చూపించాడు.

విద్యుత్ ఛార్జీల కదలిక సమయంలో గమనించిన అయస్కాంత దృగ్విషయం మరియు శక్తి ప్రభావాల మధ్య సంబంధాన్ని మొదట 1820లో ఓర్స్టెడ్ స్థాపించారు. మాక్స్వెల్ తరువాత ఈ సంబంధాన్ని హేతుబద్ధ రూపంలో వ్రాస్తాడు- గణిత సమీకరణాల రూపంలో (1873):

ఈ రోజు వరకు, అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క పారామితులను కొలవడానికి క్రింది సాంకేతికత ఉపయోగించబడుతుంది:

• టెస్లామీటర్లు - శక్తి H లేదా అయస్కాంత క్షేత్రం B యొక్క ఇండక్షన్ యొక్క విలువలను కొలిచే పరికరాలు;

• వెబ్‌మీటర్లు - మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ Ф పరిమాణాన్ని కొలిచే సాధనాలు;

• గ్రాడియోమీటర్లు - అయస్కాంత క్షేత్ర అసమానతలను కొలిచే పరికరాలు.

కూడా ఉన్నాయి:

• అయస్కాంత క్షణం M కొలిచే పరికరాలు;

• వెక్టర్ B యొక్క దిశను కొలిచే సాధనాలు;

• వివిధ పదార్థాల అయస్కాంత స్థిరాంకాలను కొలిచే సాధనాలు.

మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ వెక్టర్ B బలమైన వైపు చర్య యొక్క తీవ్రతను వర్ణిస్తుంది అయిస్కాంత క్షేత్రం (పోల్‌కి లేదా కరెంట్‌కి) మరియు అందువల్ల స్పేస్‌లో ఇచ్చిన పాయింట్‌లో దాని ప్రధాన లక్షణం.

అందువల్ల, అధ్యయనంలో ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రం అయస్కాంతం లేదా ప్రస్తుత మూలకంతో బలంగా సంకర్షణ చెందుతుంది మరియు సర్క్యూట్‌లోకి చొచ్చుకుపోయే అయస్కాంత క్షేత్రం కాలక్రమేణా మారితే లేదా సర్క్యూట్ యొక్క స్థానం మారితే సర్క్యూట్‌లో ఇండక్షన్ EMFని ప్రేరేపించగలదు. అయస్కాంత క్షేత్రం.

ఇండక్షన్ B యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రంలో dl యొక్క కరెంట్-వాహక మూలకం ఒక శక్తి F ద్వారా పని చేస్తుంది, దీని విలువ క్రింది సూత్రాన్ని ఉపయోగించి కనుగొనవచ్చు:

అందువల్ల, అధ్యయనం చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క ఇండక్షన్ B శక్తి F ద్వారా కనుగొనబడుతుంది, ఇది ఈ అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంచబడిన తెలిసిన విలువ I యొక్క ప్రత్యక్ష ప్రవాహంతో ఇచ్చిన పొడవు l యొక్క కండక్టర్‌పై పనిచేస్తుంది.

ఆచరణలో, అయస్కాంత క్షణం అనే పరిమాణాన్ని ఉపయోగించి అయస్కాంత కొలతలు సౌకర్యవంతంగా నిర్వహించబడతాయి. అయస్కాంత క్షణం Pm ప్రస్తుత I తో ప్రాంతం S యొక్క ఆకృతిని వర్ణిస్తుంది మరియు అయస్కాంత క్షణం యొక్క పరిమాణం ఈ క్రింది విధంగా నిర్ణయించబడుతుంది:

N మలుపులతో కాయిల్ ఉపయోగించినట్లయితే, దాని అయస్కాంత క్షణం సమానంగా ఉంటుంది:

అయస్కాంత సంకర్షణ శక్తి యొక్క యాంత్రిక క్షణం M అయస్కాంత క్షణం Pm మరియు అయస్కాంత క్షేత్ర ఇండక్షన్ B యొక్క విలువల ఆధారంగా ఈ క్రింది విధంగా కనుగొనవచ్చు:

అయినప్పటికీ, అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని కొలవడానికి, యాంత్రిక శక్తి యొక్క దాని వ్యక్తీకరణలను ఉపయోగించడం ఎల్లప్పుడూ అనుకూలమైనది కాదు. అదృష్టవశాత్తూ, మీరు లెక్కించగల మరొక దృగ్విషయం ఉంది. ఇది విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క దృగ్విషయం. గణిత రూపంలో విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క చట్టం క్రింది విధంగా వ్రాయబడింది:

అందువలన, అయస్కాంత క్షేత్రం శక్తులు లేదా ప్రేరిత EMF వలె వ్యక్తమవుతుంది. ఈ సందర్భంలో, అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క మూలం, తెలిసినట్లుగా, విద్యుత్ ప్రవాహం.

అంతరిక్షంలో ఒక నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేసే కరెంట్ తెలిస్తే, ఆ బిందువు వద్ద అయస్కాంత క్షేత్ర బలాన్ని (ప్రస్తుత మూలకం నుండి r దూరంలో) కనుగొనవచ్చు. బయోట్-సావర్ట్-లాప్లేస్ చట్టాన్ని ఉపయోగించడం:

శూన్యంలోని మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B కింది సంబంధం ద్వారా అయస్కాంత క్షేత్ర బలం H (సంబంధిత ప్రవాహం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడింది)కి సంబంధించినదని గమనించాలి:

SI వ్యవస్థలోని వాక్యూమ్ మాగ్నెటిక్ స్థిరాంకం ఆంపియర్‌లలో నిర్వచించబడింది.ఒక ఏకపక్ష మాధ్యమం కోసం, ఈ స్థిరాంకం అనేది ఇచ్చిన మాధ్యమంలో అయస్కాంత ప్రేరణ మరియు వాక్యూమ్‌లోని అయస్కాంత ప్రేరణకు నిష్పత్తి, మరియు ఈ స్థిరాంకం అంటారు మాధ్యమం యొక్క అయస్కాంత పారగమ్యత:

గాలి యొక్క అయస్కాంత పారగమ్యత ఆచరణాత్మకంగా వాక్యూమ్ యొక్క అయస్కాంత పారగమ్యతతో సమానంగా ఉంటుంది; కాబట్టి, గాలికి, అయస్కాంత ప్రేరణ B ఆచరణాత్మకంగా అయస్కాంత క్షేత్ర ఒత్తిడి Hకి సమానంగా ఉంటుంది.

అయస్కాంత ప్రేరణను కొలిచే యూనిట్ NE లో — టెస్లా [T], CGS వ్యవస్థలో — గాస్ [G], మరియు 1 T = 10000 G. అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రేరణను నిర్ణయించడానికి కొలిచే పరికరాలను టెస్లామీటర్లు అంటారు.

అయస్కాంత క్షేత్ర బలం H అనేది మీటర్ (A/m)కి ఆంపియర్‌లలో కొలుస్తారు, 1 ఆంపియర్ సోలనోయిడ్ కరెంట్ దాని గుండా ప్రవహించినప్పుడు యూనిట్ టర్న్ డెన్సిటీ యొక్క అనంతమైన సోలనోయిడ్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్ర బలం 1 ఆంపియర్/మీటర్ అని నిర్వచించబడుతుంది. మీటరుకు ఒక ఆంపియర్‌ను మరొక విధంగా నిర్వచించవచ్చు: ఇది 1 మీటర్ లూప్ వ్యాసంతో 1 ఆంపియర్ కరెంట్‌తో వృత్తాకార సర్క్యూట్ మధ్యలో ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క బలం.

ఇక్కడ ఇండక్షన్ యొక్క అయస్కాంత ప్రవాహం వంటి అటువంటి విలువను గమనించడం విలువ - F. ఇది స్కేలార్ పరిమాణం, SI వ్యవస్థలో ఇది వెబర్స్‌లో మరియు CGS వ్యవస్థలో - మాక్స్‌వెల్స్‌లో, 1 μs = 0.00000001 Wbతో కొలుస్తారు. 1 వెబెర్ అనేది అటువంటి పరిమాణంలోని అయస్కాంత ప్రవాహం, అది సున్నాకి తగ్గినప్పుడు, 1-కూలంబ్ ఛార్జ్ దానికి కనెక్ట్ చేయబడిన 1 ఓం నిరోధకతతో కండక్టింగ్ సర్క్యూట్ గుండా వెళుతుంది.

మేము మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ ఎఫ్‌ని ప్రారంభ విలువగా తీసుకుంటే, అయస్కాంత క్షేత్ర ఇండక్షన్ B అనేది మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ సాంద్రత కంటే మరేమీ కాదు. అయస్కాంత ప్రవాహాన్ని కొలిచే పరికరాలను వెబ్‌మీటర్లు అంటారు.

అయస్కాంత ప్రేరణ శక్తి (లేదా యాంత్రిక క్షణం ద్వారా) లేదా సర్క్యూట్‌లో ప్రేరేపించబడిన EMF ద్వారా నిర్ణయించబడుతుందని మేము పైన పేర్కొన్నాము. ఇవి ప్రత్యక్ష కొలత మార్పిడులు అని పిలవబడేవి, ఇక్కడ అయస్కాంత ప్రవాహం లేదా అయస్కాంత ప్రేరణ అనేది మరొక భౌతిక పరిమాణం (శక్తి, ఛార్జ్, క్షణం, సంభావ్య వ్యత్యాసం) ద్వారా వ్యక్తీకరించబడుతుంది, ఇది ప్రాథమిక భౌతిక చట్టం ద్వారా అయస్కాంత పరిమాణానికి ప్రత్యేకంగా సంబంధించినది.

మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B లేదా మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ F కరెంట్ I లేదా పొడవు l లేదా వ్యాసార్థం r ద్వారా ఉండే పరివర్తనలను రివర్స్ ట్రాన్స్‌ఫార్మేషన్స్ అంటారు. మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B మరియు అయస్కాంత క్షేత్రం H యొక్క బలం మధ్య తెలిసిన సంబంధాన్ని ఉపయోగించి, బయోట్-సావర్ట్-లాప్లేస్ చట్టం ఆధారంగా ఇటువంటి పరివర్తనాలు నిర్వహించబడతాయి.