മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സ് നിർവ്വചനം ഗുണങ്ങൾ വ്യത്യാസങ്ങൾ

മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സിലെ അതിർത്തി വ്യവസ്ഥകൾ#

മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സിൽ, വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കളുടെ ഇന്റർഫേസുകളിൽ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ സ്വഭാവം വിവരിക്കാൻ അതിർത്തി വ്യവസ്ഥകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. അതിർത്തിയിലുടനീളം കാന്തികക്ഷേത്രം തുടർച്ചയായിരിക്കുകയും കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രതയുടെ ഡൈവർജൻസ് പൂജ്യമായിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ ഈ വ്യവസ്ഥകൾ ആവശ്യമാണ്.

പൂർണ്ണ ചാലകം#

പൂർണ്ണ ചാലകം അനന്തമായ ചാലകതയുള്ള ഒരു വസ്തുവാണ്. ഇതിനർത്ഥം ഒരു പൂർണ്ണ ചാലകത്തിനുള്ളിലെ വൈദ്യുതക്ഷേത്രം പൂജ്യമാണ് എന്നാണ്. ഒരു പൂർണ്ണ ചാലകത്തിനുള്ള അതിർത്തി വ്യവസ്ഥ ഇതാണ്:

$$\mathbf{B}\cdot\hat{n}=0$$

ഇവിടെ $\mathbf{B}$ എന്നത് കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രതയാണ്, $\hat{n}$ എന്നത് ചാലകത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്കുള്ള യൂണിറ്റ് സാധാരണ വെക്റ്ററാണ്, $\cdot$ എന്നത് ഡോട്ട് ഉൽപ്പന്നത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഒരു പൂർണ്ണ ചാലകത്തിന്, കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രത എല്ലായ്പ്പോഴും ചാലകത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിന് ലംബമായിരിക്കും.

പൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തു#

പൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തു അനന്തമായ പെർമിയബിലിറ്റി ഉള്ള ഒരു വസ്തുവാണ്. ഇതിനർത്ഥം ഒരു പൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തുവിനുള്ളിലെ കാന്തികക്ഷേത്രം ഏകതാനമാണ് എന്നാണ്. ഒരു പൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തുവിനുള്ള അതിർത്തി വ്യവസ്ഥ ഇതാണ്:

$$\mathbf{B}_1\cdot\hat{n}=\mathbf{B}_2\cdot\hat{n}$$

ഇവിടെ $\mathbf{B}_1$ ഉം $\mathbf{B}_2$ ഉം ഇന്റർഫേസിന്റെ ഇരുവശത്തുമുള്ള കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രതകളാണ്, $\hat{n}$ എന്നത് ഇന്റർഫേസിലേക്കുള്ള യൂണിറ്റ് സാധാരണ വെക്റ്ററാണ്. പൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തുവിന്, കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രത അതിർത്തിയിലുടനീളം തുടർച്ചയായിരിക്കും.

അപൂർണ്ണ ചാലകം#

അപൂർണ്ണ ചാലകം പരിമിതമായ ചാലകതയുള്ള ഒരു വസ്തുവാണ്. ഒരു അപൂർണ്ണ ചാലകത്തിനുള്ള അതിർത്തി വ്യവസ്ഥ ഇതാണ്: ഉപരിതല കറന്റ് സാന്ദ്രത ഇല്ല.

$$\mathbf{J}_s=\sigma(\mathbf{E}+\mathbf{v}\times\mathbf{B})$$

ഇവിടെ $\mathbf{J}_s$ എന്നത് ഉപരിതല കറന്റ് സാന്ദ്രതയാണ്, $\sigma$ എന്നത് വസ്തുവിന്റെ ചാലകതയാണ്, $\mathbf{E}$ എന്നത് വൈദ്യുതക്ഷേത്രമാണ്, $\mathbf{v}$ എന്നത് വസ്തുവിന്റെ പ്രവേഗമാണ്, $\mathbf{B}$ എന്നത് കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രതയാണ്.

അപൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തു#

അപൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തു പരിമിതമായ പെർമിയബിലിറ്റി ഉള്ള ഒരു വസ്തുവാണ്. ഒരു അപൂർണ്ണ കാന്തിക വസ്തുവിനുള്ള അതിർത്തി വ്യവസ്ഥ ഇതാണ്:

$$\mathbf{B}_1\cdot\hat{n}-\mathbf{B}_2\cdot\hat{n}=\mu_0\mathbf{M}\cdot\hat{n}$$

ഇവിടെ $\mathbf{B}_1$ ഉം $\mathbf{B}_2$ ഉം ഇന്റർഫേസിന്റെ ഇരുവശത്തുമുള്ള കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രതകളാണ്, $\mu_0$ എന്നത് ശൂന്യതയുടെ പെർമിയബിലിറ്റിയാണ്, $\mathbf{M}$ എന്നത് വസ്തുവിന്റെ കാന്തികതയാണ്, $\hat{n}$ എന്നത് ഇന്റർഫേസിലേക്കുള്ള യൂണിറ്റ് സാധാരണ വെക്റ്ററാണ്.

മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സിലെ പദങ്ങൾ#

മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സ് സ്ഥിരമായ അവസ്ഥകളിൽ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനമാണ്, ഇവിടെ കാന്തികക്ഷേത്രം സമയത്തിനനുസരിച്ച് മാറില്ല. മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ചില പ്രധാന പദങ്ങൾ ഇതാ:

• കാന്തികക്ഷേത്രം: ഒരു കാന്തത്തിനോ കറന്റ് വഹിക്കുന്ന ചാലകത്തിനോ ചുറ്റുമുള്ള ഒരു പ്രദേശമാണ് കാന്തികക്ഷേത്രം, അവിടെ അതിന്റെ കാന്തിക സ്വാധീനം കണ്ടെത്താനാകും. കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശയും ശക്തിയും കാണിക്കുന്ന കാന്തിക ഫീൽഡ് ലൈനുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇത് പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നത്.

• കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തി (H): കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തി, H എന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, ഒരു ബിന്ദുവിലെ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രതയുടെ അളവാണ്. ഒരു കറന്റ് വഹിക്കുന്ന ചാലകമോ സ്ഥിരകാന്തമോ ഉണ്ടാക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രമായി ഇത് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. H യുടെ SI യൂണിറ്റ് ആമ്പിയർ പെർ മീറ്റർ (A/m) ആണ്.

• കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രത (B): കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രത, B എന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, ഒരു നിശ്ചിത പ്രദേശത്തെ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ശക്തിയുടെയും ദിശയുടെയും അളവാണ്. ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽ ഒരു ചലിക്കുന്ന ചാർജ് അനുഭവിക്കുന്ന ബലമായി ഇത് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. B യുടെ SI യൂണിറ്റ് ടെസ്ല (T) ആണ്.

• പെർമിയബിലിറ്റി (μ): ഒരു വസ്തുവിന് കാന്തിക ഫീൽഡ് ലൈനുകൾ കടന്നുപോകാൻ അനുവദിക്കാനുള്ള കഴിവിന്റെ അളവാണ് പെർമിയബിലിറ്റി. കാന്തിക ഫ്ലക്സ് സാന്ദ്രത (B) യുടെയും കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തി (H) യുടെയും അനുപാതമായി ഇത് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. പെർമിയബിലിറ്റിയുടെ SI യൂണിറ്റ് ഹെൻറി പെർ മീറ്റർ (H/m) ആണ്.

• ആപേക്ഷിക പെർമിയബിലിറ്റി $(μ_r)$: ഒരു വസ്തുവിന്റെ പെർമിയബിലിറ്റിയുടെയും ശൂന്യതയുടെ പെർമിയബിലിറ്റി $(μ_0)$ യുടെയും അനുപാതമാണ് ആപേക്ഷിക പെർമിയബിലിറ്റി. ശൂന്യതയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഒരു വസ്തു എത്രമാത്രം കൂടുതൽ പെർമിയബിൾ ആണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്ന ഒരു അളവില്ലാത്ത അളവാണിത്.

• കാന്തിക സസെപ്റ്റിബിലിറ്റി $(χ_m)$: ഒരു വസ്തു എത്രമാത്രം കാന്തികമാക്കാനാകും എന്നതിന്റെ അളവാണ് കാന്തിക സസെപ്റ്റിബിലിറ്റി. ഒരു വസ്തുവിന്റെ കാന്തികത (M) യുടെയും പ്രയോഗിച്ച കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തി (H) യുടെയും അനുപാതമായി ഇത് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. കാന്തിക സസെപ്റ്റിബിലിറ്റിയുടെ SI യൂണിറ്റ് അളവില്ലാത്തതാണ്.

• കാന്തികത (M): ഒരു വസ്തുവിന്റെ യൂണിറ്റ് വോളിയത്തിലെ കാന്തിക മൊമെന്റിന്റെ അളവാണ് കാന്തികത. ഒരു വസ്തുവിനുള്ളിലെ എല്ലാ കാന്തിക ദ്വിധ്രുവങ്ങളുടെയും കാന്തിക മൊമെന്റുകളുടെ വെക്റ്റർ തുകയായി ഇത് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. കാന്തികതയുടെ SI യൂണിറ്റ് ആമ്പിയർ പെർ മീറ്റർ (A/m) ആണ്.

• കാന്തിക മൊമെന്റ്: ഒരു കാന്തിക ദ്വിധ്രുവത്തിന്റെ ശക്തിയുടെയും ദിശയുടെയും അളവാണ് കാന്തിക മൊമെന്റ്. കാന്തിക ധ്രുവ ശക്തിയുടെയും ധ്രുവങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരത്തിന്റെയും ഗുണനഫലമായി ഇത് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. കാന്തിക മൊമെന്റിന്റെ SI യൂണിറ്റ് ആമ്പിയർ-മീറ്റർ സ്ക്വയർഡ് $(A⋅m^2)$ ആണ്.

• കാന്തിക ധ്രുവങ്ങൾ: കാന്തികക്ഷേത്രം ഏറ്റവും ശക്തമായ ഒരു കാന്തത്തിന്റെ പ്രദേശങ്ങളാണ് കാന്തിക ധ്രുവങ്ങൾ. ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക്സിലെ പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ചാർജുകളോട് സാമ്യമുള്ളവയാണിവ.

• കാന്തിക ദ്വിധ്രുവം: തുല്യ ശക്തിയുള്ളതും എതിർ ധ്രുവത്വവുമുള്ള ഒരു ജോഡി കാന്തിക ധ്രുവങ്ങളാണ് കാന്തിക ദ്വിധ്രുവം, ഇവ ഒരു ചെറിയ ദൂരത്താൽ വേർതിരിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഇത് ഒരു കാന്തത്തിന്റെ ഏറ്റവും ലളിതമായ രൂപമാണ്.

• കാന്തികതയ്ക്കുള്ള ഗൗസിന്റെ നിയമം: ഏതൊരു അടഞ്ഞ ഉപരിതലത്തിലൂടെയുമുള്ള നെറ്റ് കാന്തിക ഫ്ലക്സ് പൂജ്യമാണെന്ന് കാന്തികതയ്ക്കുള്ള ഗൗസിന്റെ നിയമം പ്രസ്താവിക്കുന്നു. ഏതൊരു അടഞ്ഞ ഉപരിതലത്തിലൂടെയുമുള്ള നെറ്റ് വൈദ്യുത ഫ്ലക്സ് ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ചാർജിന് ആനുപാതികമാണെന്ന് പ്രസ്താവിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക്സിനുള്ള ഗൗസിന്റെ നിയമത്തോട് സാമ്യമുള്ളതാണ് ഈ നിയമം.

• ആമ്പിയറിന്റെ നിയമം: ഒരു കറന്റ് വഹിക്കുന്ന ചാലകത്തിന് ചുറ്റുമുള്ള കാന്തികക്ഷേത്രവും ചാലകത്തിലൂടെ ഒഴുകുന്ന കറന്റും തമ്മിലുള്ള ബന്ധമാണ് ആമ്പിയറിന്റെ നിയമം. ഒരു ചലിക്കുന്ന ചാർജ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രം നൽകുന്ന ബയോട്ട്-സവാർട്ട് നിയമത്തോട് സാമ്യമുള്ളതാണിത്.

• ലെൻസിന്റെ നിയമം: ഒരു ചാലകത്തിലൂടെയുള്ള കാന്തിക ഫ്ലക്സിലെ മാറ്റത്തെ എതിർക്കുന്ന തരത്തിലാണ് ഒരു ചാലകത്തിൽ പ്രേരിതമാകുന്ന ഇലക്ട്രോമോട്ടീവ് ഫോഴ്സിന്റെ (EMF) ധ്രുവത്വം എന്ന് ലെൻസിന്റെ നിയമം പ്രസ്താവിക്കുന്നു. ഒരു ചാലകത്തിലെ പ്രേരിത കറന്റിന്റെ ദിശ നിർണ്ണയിക്കാൻ ഈ നിയമം ഉപയോഗിക്കുന്നു.

• ഫാരഡേയുടെ പ്രേരണ നിയമം: മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം ഒരു ചാലകത്തിൽ ഒരു ഇലക്ട്രോമോട്ടീവ് ഫോഴ്സ് (EMF) പ്രേരിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് ഫാരഡേയുടെ പ്രേരണ നിയമം പ്രസ്താവിക്കുന്നു. ജനറേറ്ററുകളും ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളും പോലുള്ള നിരവധി വൈദ്യുത ഉപകരണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനമാണ് ഈ നിയമം.

മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ചില പ്രധാന പദങ്ങളാണിവ. കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ സ്വഭാവവും വസ്തുക്കളുമായുള്ള അവയുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും പഠിക്കാനും മനസ്സിലാക്കാനും ഈ പദങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ്.

പതിവായി ചോദിക്കുന്ന ചോദ്യങ്ങൾ#

1. ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രവും ഒരു വൈദ്യുതക്ഷേത്രവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം എന്താണ്?

ഒരു കാന്തത്തിനോ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിനോ ചുറ്റുമുള്ള ബഹിരാകാശത്തിന്റെ ഒരു പ്രദേശമാണ് കാന്തികക്ഷേത്രം, അവിടെ കാന്തിക ബലം കണ്ടെത്താനാകും. ചാർജ്ജ് ചെയ്ത ഒരു വസ്തുവിന് ചുറ്റുമുള്ള ബഹിരാകാശത്തിന്റെ ഒരു പ്രദേശമാണ് വൈദ്യുതക്ഷേത്രം, അവിടെ വൈദ്യുത ബലം കണ്ടെത്താനാകും.

2. കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തിയുടെ യൂണിറ്റ് എന്താണ്?

കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തിയുടെ യൂണിറ്റ് ടെസ്ല (T) ആണ്. ഒരു ടെസ്ല ഒരു ന്യൂട്ടൺ പെർ മീറ്റർ പെർ ആമ്പിയറിന് തുല്യമാണ്.

3. ഒരു സ്ഥിരകാന്തവും ഒരു വൈദ്യുതകാന്തവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം എന്താണ്?

ബാഹ്യ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ അഭാവത്തിലും അതിന്റെ കാന്തിക ഗുണങ്ങൾ നിലനിർത്തുന്ന ഒരു വസ്തുവാണ് സ്ഥിരകാന്തം. ഒരു ചാലകത്തിലൂടെ വൈദ്യുത പ്രവാഹം കടത്തിവിട്ട് ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ് വൈദ്യുതകാന്തം.

4. മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സിന്റെ ചില പ്രയോഗങ്ങൾ ഏതൊക്കെയാണ്?

മാഗ്നറ്റോസ്റ്റാറ്റിക്സിന് വിശാലമായ പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്, അവയിൽ ചിലത്:

• മാഗ്നറ്റിക് റെസൊണൻസ് ഇമേജിംഗ് (MRI)
• മാഗ്നറ്റിക് ലെവിറ്റേഷൻ (മാഗ്ലെവ്) ട്രെയിനുകൾ
• കാന്തിക കമ്പാസുകൾ
• ഇലക്ട്രിക് മോട്ടോറുകളും ജനറേറ്ററുകളും
• കാന്തിക റെക്കോർഡിംഗ് ഉപകരണങ്ങൾ