चुंबकीय द्विध्रुवावरील बलाघूर्ण व स्थितिज ऊर्जा
होकायंत्राची सुई पृथ्वीच्या क्षेत्रात वळून उत्तर दाखवते — तिच्यावरील बलाघूर्णामुळे.
चुंबकीय द्विध्रुव (magnetic dipole) = N आणि S ध्रुवांची जोडी किंवा प्रवाही लूप.
आकृतीत : क्षेत्रात द्विध्रुव; τ = mB sinθ.
नियम 1 : बलाघूर्ण — τ = m × B, τ = m B sin θ; m = चुंबकीय आघूर्ण (A m²); θ = m व B मधील कोन.
- सोपे : m = 0.5 A m², B = 0.2 T, θ = 30° ⇒ τ = 0.050 N m.
- मध्यम : θ = 90° ⇒ τ कमाल = mB.
- परीक्षेसाठी (CET) : τ शून्य कधी? (1) θ = 0° (2) 90° (3) 45° (4) कधी नाही → उत्तर 1)
नियम 2 : स्थितिज ऊर्जा — U = −m · B = −m B cos θ. θ = 0 : U = −mB (स्थिर); θ = 180° : +mB (अस्थिर).
- सोपे : θ = 0 → 60° : कार्य = mB(1 − cos60°) = 0.05 J.
- मध्यम : 0 → 180° : कार्य = 2mB = 0.2 J.
- परीक्षेसाठी (CET) : स्थिर समतोल θ? (1) 0° (2) 90° (3) 180° (4) 45° → उत्तर 1)
नियम 3 : चुंबकीय आघूर्ण — लूप : m = N I A; दंडचुंबक : m = m_p × 2l (ध्रुव-शक्ती × लांबी).
- सोपे : N = 50, I = 0.2 A, A = 20 cm² ⇒ m = 0.02 A m².
- मध्यम : m_p = 5 A m, 2l = 0.1 m ⇒ m = 0.5 A m².
- परीक्षेसाठी (CET) : m चे एकक? (1) A m² (2) A m (3) T (4) N → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : U = −m B cos θ
- पायरी 1 : θ ने वळवण्यास कार्य dW = τ dθ = m B sin θ dθ.
- पायरी 2 : θ₁ ते θ₂ : W = m B (cos θ₁ − cos θ₂).
- पायरी 3 : W = U₂ − U₁.
- पायरी 4 : θ₁ = 90° वर U = 0 धरल्यास U = −m B cos θ.
τ = mB sinθ; U = −mB cosθ; m = NIA.
θ m आणि B मधील कोन; चुंबकीय आघूर्णाचे एकक A m².
आठवणीची युक्ती : "ड्युपोल विद्युतसारखेच — p ↔ m, E ↔ B".
फरक ओळखा
| राशी | सूत्र | एकक / मितीय सूत्र |
|---|---|---|
| τ | mB sinθ | N m |
| U | −mB cosθ | J |
| m | NIA | A m²; [L² A] |
सरावासाठी प्रश्न
- 1τ चे सूत्र?
- 2m चे एकक?
- 3स्थिर समतोल?
- 4m = 2, B = 0.1, θ = 90° : τ?
- 5m = 1, B = 0.5, θ = 60° : U?
- 6N = 100, I = 0.1, A = 0.01 : m?
- 7m B = 0.4 J : 0 → 180° कार्य?
- 8θ = 30° वरून सोडला : कोणत्या दिशेने?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1mB sinθ
- 2A m²
- 3θ = 0°
- 4τ = 0.2 N m
- 5U = −0.25 J
- 6m = 0.1 A m²
- 70.8 J
- 8B च्या दिशेकडे (θ = 0)
दंडचुंबकाची दोलने व कंपन चुंबकमापी
झोक्याप्रमाणे होकायंत्राची सुई उत्तरेच्या दोन्ही बाजूंना थोडी हलते.
कंपन चुंबकमापी (vibration magnetometer) दोलन-काळावरून B_H मोजतो.
आकृतीत : T = 2π√(I/mB).
नियम 1 : दंडचुंबकाची दोलने — लहान कोनी दोलन SHM : T = 2π √(I ÷ m B), I = जडत्व आघूर्ण; मोठा B ⇒ लहान T.
- सोपे : I = 5 × 10⁻⁷ kg m², m = 0.5 A m², B = 3.5 × 10⁻⁵ T ⇒ T = 1.06 s.
- मध्यम : B चौपट ⇒ T निम्मा.
- परीक्षेसाठी (CET) : T ∝ ? (1) 1/√B (2) 1/B (3) B (4) √B → उत्तर 1)
नियम 2 : कंपन चुंबकमापी — क्षैतिज क्षेत्र : B_H = 4π² I ÷ m T²; दोन चुंबकांचे m₁/m₂ = (T₂/T₁)² (समान I, B).
- सोपे : वरील T ⇒ B_H = 3.5 × 10⁻⁵ T.
- मध्यम : T₁ = 2 s, T₂ = 4 s ⇒ m₁ : m₂ = 4 : 1.
- परीक्षेसाठी (CET) : B_H मापण्यास? (1) कंपन चुंबकमापी (2) अँमीटर (3) गॅल्व्हानोमीटर (4) व्होल्टमीटर → उत्तर 1)
नियम 3 : पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र — पृथ्वी ≈ मोठा दंडचुंबक; घटक B_H = B cos δ, B_V = B sin δ; tan δ = B_V/B_H (δ = नति कोन). भारतात B ≈ 4 × 10⁻⁵ T.
- सोपे : B = 4 × 10⁻⁵, δ = 30° ⇒ B_H = 3.46 × 10⁻⁵ T.
- मध्यम : ध्रुवावर δ = 90°, B_H = 0.
- परीक्षेसाठी (CET) : विषुववृत्तावर δ? (1) 0° (2) 90° (3) 45° (4) 30° → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : T = 2π √(I/mB)
- पायरी 1 : τ = −m B sin θ ≈ −m B θ (लहान θ).
- पायरी 2 : I α = −m B θ ⇒ α = −(mB/I) θ.
- पायरी 3 : SHM : ω² = m B ÷ I.
- पायरी 4 : T = 2π √(I ÷ m B).
T = 2π√(I/mB); B_H = 4π²I/mT²; tanδ = B_V/B_H.
B हा क्षैतिज घटक B_H, एकूण B नव्हे.
आठवणीची युक्ती : "मोठा B — जलद दोलन".
फरक ओळखा
| घटक | सूत्र | विषुववृत्त / ध्रुव |
|---|---|---|
| B_H | B cosδ | कमाल / 0 |
| B_V | B sinδ | 0 / कमाल |
| δ | tan⁻¹(B_V/B_H) | 0° / 90° |
सरावासाठी प्रश्न
- 1T चे सूत्र?
- 2B_H?
- 3δ म्हणजे?
- 4I = 10⁻⁶, m = 1, B = 4 × 10⁻⁵ : T?
- 5T = 3 s, B_H = 3 × 10⁻⁵ : B_H/T² ?
- 6B = 5 × 10⁻⁵, δ = 60° : B_V?
- 7T₁ : T₂ = 1 : 3, m₁ : m₂?
- 8m दुप्पट : T?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 12π√(I/mB)
- 2पृथ्वीच्या क्षेत्राचा क्षैतिज घटक
- 3नति कोन
- 4T = 0.993 s
- 53.33 × 10⁻⁶
- 6B_V = 4.33 × 10⁻⁵ T
- 79 : 1
- 8T ÷ √2
चुंबकत्वाचा उगम : कक्षीय आघूर्ण व बोर मॅग्नेटॉन
तारेत प्रवाह चुंबक बनवतो; अणूतील फिरणारा इलेक्ट्रॉनही सूक्ष्म प्रवाह — म्हणून पदार्थ चुंबकीय.
बोर मॅग्नेटॉन (Bohr magneton) = चुंबकीय आघूर्णाचे नैसर्गिक एकक.
आकृतीत : μ व L विरुद्ध.
नियम 1 : कक्षीय चुंबकीय आघूर्ण — इलेक्ट्रॉन कक्षेत = प्रवाही लूप : μ = (e ÷ 2 m_e) L; L = m v r; μ व L विरुद्ध दिशेत.
- सोपे : L = h/2π = 1.055 × 10⁻³⁴ ⇒ μ = 9.26 × 10⁻²⁴ A m².
- मध्यम : μ/L = e/2m = 8.8 × 10¹⁰ C/kg (जायरोमॅग्नेटिक गुणोत्तर).
- परीक्षेसाठी (CET) : μ/L = ? (1) e/2m (2) e/m (3) 2e/m (4) m/e → उत्तर 1)
नियम 2 : बोर मॅग्नेटॉन — n = 1 : μ_B = e h ÷ 4π m_e = 9.27 × 10⁻²⁴ A m²; कक्षीय आघूर्ण = n μ_B.
- सोपे : μ_B = 9.266 × 10⁻²⁴ A m².
- मध्यम : n = 2 : μ = 2 μ_B.
- परीक्षेसाठी (CET) : μ_B = ? (1) 9.27 × 10⁻²⁴ (2) 9.1 × 10⁻³¹ (3) 1.6 × 10⁻¹⁹ (4) 6.63 × 10⁻³⁴ → उत्तर 1)
नियम 3 : चक्रण आघूर्ण — इलेक्ट्रॉनला चक्रण-आघूर्णही ≈ 1 μ_B. अणूचे एकूण आघूर्ण = कक्षीय + चक्रण; जोडी असल्यास रद्द.
- सोपे : जोडीतील इलेक्ट्रॉन : एकूण 0.
- मध्यम : अजोड इलेक्ट्रॉन ⇒ अनुचुंबकीय.
- परीक्षेसाठी (CET) : अजोड इलेक्ट्रॉन असल्यास? (1) चुंबकीय आघूर्ण (2) शून्य (3) प्रतिचुंबकीय (4) विद्युतरोधक → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : μ = (e/2m) L
- पायरी 1 : आवर्तकाल T = 2π r ÷ v; प्रवाह I = e ÷ T = e v ÷ 2π r.
- पायरी 2 : μ = I A = (e v ÷ 2π r) π r² = e v r ÷ 2.
- पायरी 3 : L = m v r ⇒ v r = L/m.
- पायरी 4 : μ = (e ÷ 2m) L.
μ = (e/2m)L; μ_B = eh/4πm = 9.27 × 10⁻²⁴ A m².
e/2m आहे, e/m नव्हे; μ आणि L विरुद्ध दिशा.
आठवणीची युक्ती : "अर्धे e/m".
फरक ओळखा
| आघूर्ण | मूळ | मूल्य |
|---|---|---|
| कक्षीय | L = nh/2π | n μ_B |
| चक्रण | s = ½ | ≈ μ_B |
| μ_B | eh/4πm | 9.27 × 10⁻²⁴ |
सरावासाठी प्रश्न
- 1बोर मॅग्नेटॉन?
- 2μ/L?
- 3अजोड इलेक्ट्रॉन?
- 4n = 3 : कक्षीय μ?
- 5L = 2 × 10⁻³⁴ : μ?
- 6e/2m काढा.
- 7μ_B चे सूत्र सिद्ध करा.
- 8जोडीतील इलेक्ट्रॉनचा परिणाम?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1n = 1 चे कक्षीय आघूर्ण
- 2e/2m
- 3एकूण चुंबकीय आघूर्ण
- 42.78 × 10⁻²³ A m²
- 5μ = 1.76 × 10⁻²³ A m²
- 68.78 × 10¹⁰ C/kg
- 7μ = (e/2m)(h/2π) = eh/4πm
- 8आघूर्ण रद्द
चुंबकन, चुंबकीय तीव्रता व चुंबकीय प्रवृत्ती
लोखंडी खिळा चुंबकाजवळ आणला की तोच चुंबक होतो; चुंबकन तेच.
चुंबकन (magnetisation) M; चुंबकीय प्रवृत्ती (susceptibility) χ = M/H.
आकृतीत : B = μ₀(H + M); χ आणि μ_r.
नियम 1 : चुंबकन — M = m_एकूण ÷ V (A/m); प्रति एकक आकारमान चुंबकीय आघूर्ण.
- सोपे : m_net = 2 A m², V = 10⁻⁴ m³ ⇒ M = 2 × 10⁴ A/m.
- मध्यम : N अणू, प्रत्येकी m ⇒ M = N m ÷ V.
- परीक्षेसाठी (CET) : M चे एकक? (1) A/m (2) A m² (3) T (4) Wb → उत्तर 1)
नियम 2 : तीव्रता व प्रवृत्ती — B = μ₀ (H + M), H = n I; χ = M ÷ H; μ_r = 1 + χ; B = μ₀ μ_r H.
- सोपे : H = 1000 A/m, χ = 2 × 10⁻⁵ ⇒ M = 0.020 A/m; μ_r = 1.00002.
- मध्यम : B = μ₀(H + M) = 1.2567 × 10⁻³ T.
- परीक्षेसाठी (CET) : χ चे एकक? (1) नाही (2) A/m (3) T (4) H → उत्तर 1)
नियम 3 : सोलेनॉइड मध्ये पदार्थ — n = 500/m, I = 2 A ⇒ H = 1000 A/m; गाभा μ_r = 800 ⇒ B = μ₀ μ_r H = 1.0 T.
- सोपे : B = 4π × 10⁻⁷ × 800 × 1000 = 1.01 T.
- मध्यम : H केवळ n I वर; गाभ्यावर नाही.
- परीक्षेसाठी (CET) : H कशावर? (1) n I (2) गाभा (3) μ_r (4) M → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : B = μ₀ μ_r H
- पायरी 1 : B = μ₀ (H + M) आणि M = χ H.
- पायरी 2 : B = μ₀ H (1 + χ).
- पायरी 3 : μ_r = 1 + χ.
- पायरी 4 : B = μ₀ μ_r H = μ H.
M = m/V; B = μ₀(H + M); χ = M/H; μ_r = 1 + χ.
H बाह्य (n I), B एकूण; दोन्हींचे एकक वेगळे.
आठवणीची युक्ती : "B = μ₀ μ_r H".
फरक ओळखा
| राशी | सूत्र | एकक / मितीय |
|---|---|---|
| M | m/V | A/m |
| H | nI | A/m |
| χ | M/H | नाही |
| μ_r | 1 + χ | नाही |
सरावासाठी प्रश्न
- 1M म्हणजे?
- 2χ चे सूत्र?
- 3μ_r चे सूत्र?
- 4n = 800, I = 1.5 : H?
- 5χ = 10⁻³, H = 500 : M?
- 6μ_r = 100, H = 400 : B?
- 7μ_r = 1 + 0.002 : χ?
- 8लोखंडात μ_r ≫ 1 म्हणजे?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1प्रति आकारमान आघूर्ण
- 2M/H
- 31 + χ
- 4H = 1200 A/m
- 5M = 0.5 A/m
- 6B = 0.0503 T
- 7χ = 0.002
- 8बाह्य क्षेत्र फार वाढते
प्रतिचुंबकत्व, अनुचुंबकत्व व क्युरीचा नियम
पाणी चुंबकाला फारच अलगद दूर ढकलते, तर ऑक्सिजन द्रव थोडा ओढला जातो — चुंबकत्वाची दोन सूक्ष्म रूपे.
प्रतिचुंबकी (diamagnetic) : क्षेत्राच्या विरुद्ध; अनुचुंबकी (paramagnetic) : क्षेत्राच्या दिशेने.
आकृतीत : रेषा प्रतिचुंबकीतून बाहेर, अनुचुंबकीत दाटतात.
नियम 1 : प्रतिचुंबकत्व — सर्व पदार्थांत असते; χ ऋण व अतिलहान (≈ −10⁻⁵); क्षेत्राच्या विरुद्ध आघूर्ण; पदार्थ क्षेत्रातून दूर ढकलला जातो; तापमानावर अवलंबून नाही. उदा. बिस्मथ, तांबे, पाणी.
- सोपे : χ = −1.6 × 10⁻⁵ ⇒ μ_r = 0.999984 (< 1).
- मध्यम : H = 2000 A/m, χ = −2 × 10⁻⁵ ⇒ M = −0.04 A/m (H च्या विरुद्ध).
- परीक्षेसाठी (CET) : प्रतिचुंबकी पदार्थाचे μ_r? (1) < 1 (2) > 1 (3) ≫ 1 (4) 0 → उत्तर 1) युक्ती : प्रति = उलट.
नियम 2 : अनुचुंबकत्व व क्युरीचा नियम — कायम अणु-आघूर्ण; क्षेत्रात थोडे संरेखित; χ लहान धन (10⁻⁵ – 10⁻³); पदार्थ क्षेत्राकडे ओढला जातो. क्युरीचा नियम : χ = C ÷ T (C = क्युरी स्थिरांक, T केल्विन).
- सोपे : C = 7.2 × 10⁻³ K, T = 300 K ⇒ χ = 2.4 × 10⁻⁵.
- मध्यम : T 300 → 400 K ⇒ χ = 1.8 × 10⁻⁵; χ ∝ 1/T.
- परीक्षेसाठी (CET) : T दुप्पट केल्यास अनुचुंबकी χ? (1) निम्मा (2) दुप्पट (3) चौपट (4) तोच → उत्तर 1)
नियम 3 : तुलना व ओळख — पदार्थ दुर्बल चुंबकाजवळ टांगा : दूर सरकला = प्रतिचुंबकी; जवळ आला = अनुचुंबकी; जोरात चिकटला = लोहचुंबकी.
- सोपे : अॅल्युमिनियम चुंबकाकडे अल्प ओढला जातो ⇒ अनुचुंबकी.
- मध्यम : पाणी क्षेत्रातून दूर जाते ⇒ प्रतिचुंबकी.
- परीक्षेसाठी (CET) : तांबे कोणते? (1) प्रतिचुंबकी (2) अनुचुंबकी (3) लोहचुंबकी (4) सर्व → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : क्युरीचा नियम (गुणात्मक उपपत्ती)
- पायरी 1 : क्षेत्र B अणू-आघूर्ण संरेखित करतो; उष्णता गती त्यांना विस्कळित करते.
- पायरी 2 : संरेखन ∝ B ÷ T (क्षेत्र जास्त, T कमी ⇒ जास्त संरेखन).
- पायरी 3 : M ∝ B ÷ T ⇒ M = C' H ÷ T.
- पायरी 4 : χ = M ÷ H ⇒ χ = C ÷ T.
प्रति : χ < 0; अनु : χ = C/T.
प्रतिचुंबकत्व तापमान-स्वतंत्र; अनुचुंबकत्व तापमान-अवलंबी. χ व μ_r दोन्ही एककहीन.
आठवणीची युक्ती : "प्रति = उलट; अनु = अनुसरण".
फरक ओळखा
| गुण | प्रतिचुंबकी | अनुचुंबकी |
|---|---|---|
| χ | ऋण, अतिलहान | धन, लहान |
| μ_r | < 1 | > 1 |
| क्षेत्रात | दूर ढकलला | ओढला |
| T चा परिणाम | नाही | χ ∝ 1/T |
| उदा. | Bi, Cu, H₂O | Al, Pt, O₂ |
सरावासाठी प्रश्न
- 1प्रतिचुंबकी पदार्थाचे χ?
- 2क्युरीचा नियम?
- 3अनुचुंबकी पदार्थाचे दोन उदाहरणे?
- 4C = 0.9 K, T = 300 K : χ?
- 5T 200 K वर χ = 3 × 10⁻⁵ : 300 K वर χ?
- 6χ = −3 × 10⁻⁶ : μ_r?
- 7χ = 4.5 × 10⁻⁵ (T = 300 K) : 450 K वर χ?
- 8प्रतिचुंबकत्व सर्व पदार्थांत का आहे?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1ऋण, अतिलहान
- 2χ = C/T
- 3Al, Pt
- 43 × 10⁻³
- 52 × 10⁻⁵
- 60.999997
- 73 × 10⁻⁵
- 8प्रत्येक अणूत प्रेरित विरोधी आघूर्ण तयार होतो
लोहचुंबकत्व, प्रभाग व क्युरी तापमान
खिळे चुंबकाला चिकटतात, पण खूप तापवलेला चुंबक आपली ताकद गमावतो.
लोहचुंबकी (ferromagnetic) : प्रभागांमुळे फार मोठा χ; T_c वर अनुचुंबकी.
आकृतीत : प्रभाग, आणि χ विरुद्ध T (T_c वर बदल).
नियम 1 : लोहचुंबकत्व व प्रभाग — χ फार मोठा (10² – 10⁵); पदार्थ जोरदार ओढला जातो. अणू-आघूर्ण प्रभागात (domain, ~10⁻⁶ – 10⁻⁹ m³) एकाच दिशेत संरेखित; बाह्य क्षेत्र नसताना प्रभाग विविध दिशांत ⇒ एकूण M ≈ 0. उदा. Fe, Co, Ni.
- सोपे : Fe : n = 8.5 × 10²⁸ /m³, m = 2.2 μ_B ⇒ संतृप्त M_s = n m = 1.73 × 10⁶ A/m.
- मध्यम : बाह्य क्षेत्रात अनुकूल प्रभाग वाढतात व इतर प्रभाग वळतात.
- परीक्षेसाठी (CET) : लोहचुंबकी पदार्थात प्रभाग म्हणजे? (1) संरेखित आघूर्णांचा लहान भाग (2) छिद्र (3) अणू (4) तंतू → उत्तर 1)
नियम 2 : क्युरी तापमान — T_c ओलांडल्यावर प्रभाग नष्ट होतात व पदार्थ अनुचुंबकी बनतो. क्युरी–वाइस नियम : χ = C ÷ (T − T_c), T > T_c. Fe : 1043 K, Ni : 627 K, Co : 1388 K.
- सोपे : Fe, T = 1143 K, C = 2 K ⇒ χ = 2 ÷ (1143 − 1043) = 0.02.
- मध्यम : T = 1243 K ⇒ χ = 0.01; T वाढे तसा χ घटतो.
- परीक्षेसाठी (CET) : T_c पेक्षा वर लोहचुंबकी पदार्थ बनतो? (1) अनुचुंबकी (2) प्रतिचुंबकी (3) चुंबकीय नाही (4) लोहचुंबकी राहतो → उत्तर 1)
नियम 3 : चुंबकन वक्र — H वाढवत M प्रथम वेगाने वाढतो, मग संतृप्त M_s ला पोहोचतो; सर्व प्रभाग संरेखित झाले की आणखी वाढ नाही.
- सोपे : M_s पर्यंत ⇒ B ≈ μ₀(H + M_s).
- मध्यम : M_s = 1.73 × 10⁶ A/m, H लहान ⇒ B ≈ μ₀M_s = 2.18 T.
- परीक्षेसाठी (CET) : संतृप्तीनंतर M? (1) स्थिर (2) वाढतो (3) घटतो (4) शून्य → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : क्युरी–वाइस नियम (गुणात्मक)
- पायरी 1 : T > T_c वर पदार्थ अनुचुंबकी, पण अणूंमधील विनिमय परस्परक्रिया उरते.
- पायरी 2 : क्युरीचा नियम T ऐवजी (T − T_c) ने बदला.
- पायरी 3 : T → T_c वर χ अनंताकडे.
- पायरी 4 : χ = C ÷ (T − T_c).
χ = C/(T − T_c); M संतृप्त M_s; Fe T_c = 1043 K.
T_c वर पदार्थ नष्ट होत नाही, फक्त लोहचुंबकी गुण जातो; T > T_c साठी χ = C/(T−T_c), C/T नव्हे.
आठवणीची युक्ती : "T_c — वरती गेलो, अनुचुंबकी झालो".
फरक ओळखा
| गुण | अनुचुंबकी | लोहचुंबकी |
|---|---|---|
| χ | लहान | फार मोठा |
| प्रभाग | नाहीत | आहेत |
| T वर अवलंबन | C/T | C/(T−T_c) |
| उदा. | Al | Fe, Co, Ni |
सरावासाठी प्रश्न
- 1प्रभाग म्हणजे?
- 2लोहचुंबकी पदार्थांची तीन उदाहरणे?
- 3क्युरी तापमान म्हणजे?
- 4T_c = 627 K, T = 727 K, C = 1.5 K : χ?
- 5n = 9 × 10²⁸, m = 2 μ_B : M_s?
- 6T = T_c + 50, C = 2.5 : χ?
- 7χ = 0.05 वर T − T_c? (C = 2 K)
- 8तापवल्यावर चुंबक कमकुवत का होतो?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1संरेखित आघूर्णांचा लहान भाग
- 2Fe, Co, Ni
- 3येथे प्रभाग नष्ट होतात
- 40.015
- 5M_s = 1.67 × 10⁶ A/m
- 60.05
- 740 K
- 8उष्णतेने प्रभाग विस्कळित होतात
शैथिल्य, स्थायी चुंबक, विद्युतचुंबक व चुंबकीय संरक्षण
खिळ्याला चुंबक घासल्यावर तो चुंबकच राहतो — पदार्थ मागचे चुंबकत्व 'लक्षात ठेवतो'.
शैथिल्य (hysteresis) : B ची H मागे राहण्याची प्रवृत्ती; आणि बंद वक्र तयार होतो.
आकृतीत : B – H वक्र; B_r, H_c, क्षेत्रफळ.
शैथिल्य, स्थायी चुंबक, विद्युतचुंबक व चुंबकीय संरक्षण
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : शैथिल्य वक्र — B, H च्या मागे राहतो. धारणा / अवशिष्ट B_r : H = 0 वर उरलेला B. निग्राहिता H_c : B शून्य करण्यास लागणारे उलट H. वक्राचे क्षेत्रफळ = प्रति चक्र प्रति आकारमान ऊर्जा हानी (J/m³).
- सोपे : H_c = 100 A/m, n = 1000/m ⇒ I = H_c ÷ n = 0.1 A.
- मध्यम : क्षेत्रफळ 400 J/m³, 50 Hz, V = 2 × 10⁻³ m³ ⇒ P = 40 W.
- परीक्षेसाठी (CET) : वक्राचे क्षेत्रफळ दर्शवते? (1) ऊर्जा हानी (2) B_r (3) H_c (4) χ → उत्तर 1)
नियम 2 : स्थायी चुंबक व विद्युतचुंबक — स्थायी चुंबक : मोठे B_r व मोठे H_c, रुंद वक्र (पोलाद, अल्निको). विद्युतचुंबक / ट्रान्सफॉर्मर गाभा : मोठे μ_r, लहान H_c, अरुंद वक्र (मृदू लोखंड) ⇒ हानी कमी.
- सोपे : स्पीकर चुंबकासाठी पोलाद (रुंद वक्र).
- मध्यम : AC ट्रान्सफॉर्मरसाठी मृदू लोखंड (अरुंद वक्र).
- परीक्षेसाठी (CET) : ट्रान्सफॉर्मर गाभ्यासाठी योग्य? (1) मृदू लोखंड (2) पोलाद (3) अल्निको (4) तांबे → उत्तर 1) युक्ती : AC = अरुंद वक्र.
नियम 3 : चुंबकीय संरक्षण व विचुंबकन — मृदू लोखंडाच्या कवचात क्षेत्ररेषा लोखंडातून जातात, आत कमी क्षेत्र. विचुंबकन : उलट H लावणे, AC कमी करत नेणे किंवा तापवणे (T_c पार).
- सोपे : घड्याळ मृदू लोखंडी कवचात ठेवल्यास आत चुंबकीय क्षेत्र कमी.
- मध्यम : चुंबक आपटल्याने किंवा तापवल्याने प्रभाग विस्कळित होऊन तो दुर्बल.
- परीक्षेसाठी (CET) : संरक्षक कवच कशाचे? (1) मृदू लोखंड (2) तांबे (3) काच (4) प्लॅस्टिक → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : हानी = शैथिल्य वक्राचे क्षेत्रफळ
- पायरी 1 : एका चक्रात ∮ H dB = प्रति आकारमान केलेले कार्य.
- पायरी 2 : हे वक्राच्या क्षेत्रफळाइतके (A).
- पायरी 3 : V आकारमान व f वारंवारता ⇒ प्रति सेकंद चक्रे f.
- पायरी 4 : P = A f V (वॅट).
P = A f V; स्थायी चुंबक : रुंद वक्र; मृदू लोखंड : अरुंद वक्र.
B_r (H = 0 वर B) व H_c (B = 0 वर H) गोंधळू नका; क्षेत्रफळ = हानी.
आठवणीची युक्ती : "रुंद = टिकाऊ; अरुंद = सोपे".
फरक ओळखा
| गुण | स्थायी चुंबक | विद्युतचुंबक गाभा |
|---|---|---|
| B_r | मोठे | मोठे |
| H_c | मोठे | लहान |
| वक्र | रुंद | अरुंद |
| पदार्थ | पोलाद, अल्निको | मृदू लोखंड |
सरावासाठी प्रश्न
- 1धारणा म्हणजे?
- 2निग्राहिता म्हणजे?
- 3वक्राचे क्षेत्रफळ काय दर्शवते?
- 4क्षेत्रफळ 250 J/m³, f = 50 Hz, V = 10⁻³ m³ : P?
- 5H_c = 60 A/m, n = 600 : I?
- 6क्षेत्रफळ 100 J/m³, V = 0.01 m³ : प्रति चक्र ऊर्जा?
- 7स्थायी चुंबकाला पोलाद का?
- 8तापवल्यावर चुंबकाचे काय?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1H = 0 वर उरलेला B
- 2B शून्य करण्यास उलट H
- 3प्रति चक्र ऊर्जा हानी
- 4P = 12.5 W
- 50.1 A
- 61 J
- 7मोठे B_r व H_c ⇒ चुंबकत्व टिकते
- 8दुर्बल; T_c वर नष्ट
संपूर्ण धड्याची झटपट उजळणी
| संकल्पना | महत्त्वाचे सूत्र / तथ्य | एकक / मितीय सूत्र |
|---|---|---|
| द्विध्रुव | τ = mB sinθ; U = −mB cosθ | N m; J |
| दोलने | T = 2π√(I/mB); B_H = 4π²I/mT² | s; T |
| बोर मॅग्नेटॉन | μ_B = eħ/2m = 9.27×10⁻²⁴ | A m² |
| चुंबकन | M = m/V; B = μ₀(H+M) | A/m; T |
| प्रवृत्ती | χ = M/H; μ_r = 1 + χ | एककहीन |
| अनुचुंबकी | χ = C/T | एककहीन |
| लोहचुंबकी | χ = C/(T − T_c) | एककहीन |
| शैथिल्य | P = A f V | W |
🎯 परीक्षेसाठी सर्वाधिक महत्त्वाचे मुद्दे
- τ = mB sinθ; स्थिर समतोल θ = 0.
- T = 2π√(I/mB).
- μ_B = 9.27 × 10⁻²⁴ A m².
- B = μ₀(H + M); μ_r = 1 + χ.
- प्रति χ < 0; अनु χ = C/T.
- लोहचुंबकी : प्रभाग; T_c वर अनुचुंबकी.
- स्थायी चुंबक : रुंद वक्र; गाभा : अरुंद वक्र.
पदार्थाचा प्रकार ओळखा → χ चे चिन्ह/आकार → सूत्र → एकके.