ম্যাগনেটিক উপকরণের মূল ধারণা
চৌম্বকীয় দ্বিধার মুহূর্ত
একই বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রে প্রকাশ করা হলে, বিভিন্ন উপাদানগুলি অনেক পার্থক্যপূর্ণ প্রতিক্রিয়া দেখাতে পারে। এই পার্থক্যের মৌলিক কারণগুলি বোঝার জন্য, আমাদের চৌম্বকীয় দ্বিধার কীভাবে চৌম্বকীয় আচরণ নিয়ন্ত্রণ করে তা বুঝতে হবে। এই বোঝার সূচনা হয় চৌম্বকীয় দ্বিধার মুহূর্তের অনুসন্ধান দিয়ে।
চৌম্বকীয় দ্বিধার মুহূর্ত, সরলতার জন্য চৌম্বকীয় মুহূর্ত হিসেবেও পরিচিত, ইলেকট্রোম্যাগনেটিক্সের একটি মৌলিক ধারণা। এটি একটি প্রবাহ-বহনকারী লুপ এবং একটি সুষম চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের মধ্যে আন্তঃক্রিয়া বোঝার এবং পরিমাপ করার জন্য একটি শক্তিশালী উপায় প্রদান করে। একটি প্রবাহ-বহনকারী লুপের চৌম্বকীয় মুহূর্ত, যার ক্ষেত্রফল A এবং প্রবাহ I, নিম্নলিখিতভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়:
মনে রাখবেন, ক্ষেত্রফলকে একটি ভেক্টর হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, যা চৌম্বকীয় মুহূর্তকেও একটি ভেক্টর রাশি করে তোলে। উভয় ভেক্টরের দিক একই থাকে।
চৌম্বকীয় মুহূর্তের দিক লুপের তলের সমতলের উপর লম্ব। ডান হাতের নিয়ম প্রয়োগ করে এটি খুঁজে পাওয়া যায়—আপনার ডান হাতের আঙুলগুলি প্রবাহের দিকে ঘুরান, আপনার বড় আঙুল চৌম্বকীয় মুহূর্ত ভেক্টরের দিক দেখাবে। এটি চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে।
একটি লুপের চৌম্বকীয় মুহূর্ত শুধুমাত্র তার মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হওয়া প্রবাহ এবং তা যে ক্ষেত্রফল বেষ্টন করে তার উপর নির্ভর করে। লুপের আকৃতি এটির উপর কোনো প্রভাব ফেলে না।
টর্ক এবং চৌম্বকীয় মুহূর্ত
চিত্র ২-এ একটি প্রবাহ-বহনকারী লুপ দেখুন, যা একটি সুষম চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের মধ্যে স্থাপিত হয়েছে।
উপরোক্ত চিত্রে:
I প্রবাহ নির্দেশ করে।
B চৌম্বকীয় ক্ষেত্র ভেক্টরকে নির্দেশ করে।
u চৌম্বকীয় মুহূর্তকে নির্দেশ করে।
θ চৌম্বকীয় মুহূর্ত ভেক্টর এবং চৌম্বকীয় ক্ষেত্র ভেক্টরের মধ্যে কোণ নির্দেশ করে।
যেহেতু লুপের বিপরীত দিকে ক্রিয়াশীল বলগুলি একে অপরকে বাতিল করে, লুপের উপর ক্রিয়াশীল মোট বল শূন্য হয়। তবে, লুপটি একটি চৌম্বকীয় টর্কের অধীনে থাকে। লুপের উপর প্রযুক্ত টর্কের পরিমাণ নিম্নলিখিতভাবে দেওয়া হয়:
সমীকরণ ২ থেকে আমরা স্পষ্টভাবে দেখতে পাই যে টর্ক (t) চৌম্বকীয় মুহূর্তের সাথে সরাসরি সম্পর্কিত। এটি কারণ, চৌম্বকীয় মুহূর্ত একটি চুম্বকের মতো কাজ করে; একটি বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রে স্থাপিত হলে, এটি একটি টর্ক অনুভব করে। এই টর্ক সবসময় লুপকে স্থিতিশীল সাম্যাবস্থার দিকে ঘুরাতে চায়।
স্থিতিশীল সাম্যাবস্থা অর্জিত হয় যখন চৌম্বকীয় ক্ষেত্র লুপের তলের উপর লম্ব (অর্থাৎ, θ=0^o )। যদি লুপটি এই অবস্থা থেকে সামান্য ঘুরানো হয়, তাহলে টর্ক লুপটিকে সাম্যাবস্থায় ফিরিয়ে আনার জন্য কাজ করবে। টর্ক যখন সামান্য হয় সেই সময় হল যখন θ=180^o । তবে, এই ক্ষেত্রে, লুপটি অস্থিতিশীল সাম্যাবস্থায় থাকে। θ=180^o থেকে সামান্য ঘূর্ণন টর্ককে লুপটিকে এই বিন্দু থেকে দূরে এবং θ=0^o দিকে চালিত করবে।
চৌম্বকীয় মুহূর্ত কেন গুরুত্বপূর্ণ?
অনেক ডিভাইস একটি প্রবাহ-বহনকারী লুপ এবং একটি চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের মধ্যে আন্তঃক্রিয়ার উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ইলেকট্রিক মোটর দ্বারা উৎপাদিত টর্ক মোটরের চৌম্বকীয় ক্ষেত্র এবং প্রবাহ-বহনকারী পরিবাহীদের মধ্যে আন্তঃক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে হয়। এই আন্তঃক্রিয়ার সময়, পরিবাহীগুলি ঘুরলে সম্ভাব্য শক্তি পরিবর্তিত হয়।
আমাদের চৌম্বকীয় সিস্টেমে সম্ভাব্য শক্তি উৎপন্ন হয় চৌম্বকীয় মুহূর্ত এবং বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের মধ্যে আন্তঃক্রিয়ার ফলে। এই দুই ভেক্টরের মধ্যে কোণ নির্ধারণ করে সিস্টেমে সঞ্চিত শক্তির (U) পরিমাণ, যা নিম্নলিখিত সমীকরণে দেখানো হয়:
নিম্নলিখিত কিছু গুরুত্বপূর্ণ বিন্যাসের জন্য সঞ্চিত শক্তির মান দেওয়া হল:
যখন θ=0^o , তখন সিস্টেম স্থিতিশীল সাম্যাবস্থায় থাকে, এবং সঞ্চিত শক্তি তার সর্বনিম্ন পরিমাণ U=-uB হয়।
যখন θ=90^o , তখন সঞ্চিত শক্তি U=0 হয়।
যখন θ=180^o, তখন সঞ্চিত শক্তি তার সর্বোচ্চ মান U=uB প্রাপ্ত হয়। এই বিশেষ অবস্থা অস্থিতিশীল সাম্যাবস্থাকে প্রতিফলিত করে।
পরমাণু মডেল দিয়ে নেট চৌম্বকীয় মুহূর্তের বোঝার পথ
চৌম্বকীয় উপাদানগুলি কীভাবে চৌম্বকীয় ক্ষেত্র উৎপাদন করে, তা বোঝার জন্য কোয়ান্টাম মেকানিক্সের মধ্যে প্রবেশ করা প্রয়োজন। তবে, যেহেতু এই বিষয় এই নিবন্ধের বাইরে, আমরা চৌম্বকীয় মুহূর্ত এবং শাস্ত্রীয় পরমাণু মডেলের ধারণা ব্যবহার করে উপাদানগুলি কীভাবে বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের সাথে আন্তঃক্রিয়া করে, তা বোঝার জন্য মূল্যবান বিবেচনা করতে পারি।
এই মডেল একটি ইলেকট্রনকে পরমাণু নিউক্লিয়াসের চারপাশে ঘূর্ণন এবং তার নিজের অক্ষের চারপাশে ঘূর্ণন করার মতো দেখায়, যা চিত্র ৩-এ স্পষ্টভাবে দেখানো হয়েছে।
ইলেকট্রন, পরমাণু এবং বস্তুর নেট চৌম্বকীয় মুহূর্ত
একটি ইলেকট্রনের কক্ষীয় গতি একটি ছোট প্রবাহ-বহনকারী লুপের মতো হতে পারে। ফলে, এটি একটি চৌম্বকীয় মুহূর্ত (চিত্রে (u1) দ্বারা নির্দেশিত) উৎপাদন করে। একইভাবে, ইলেকট্রনের স্পিনও একটি চৌম্বকীয় মুহূর্ত (u2) উৎপাদন করে। একটি ইলেকট্রনের নেট চৌম্বকীয় মুহূর্ত এই দুই চৌম্বকীয় মুহূর্তের ভেক্টর যোগফল।
একটি পরমাণুর জন্য, তার নেট চৌম্বকীয় মুহূর্ত তার সমস্ত ইলেকট্রনের চৌম্বকীয় মুহূর্তের ভেক্টর যোগফল। যদিও পরমাণুতে প্রোটনগুলিও একটি চৌম্বকীয় দ্বিধা প্রদর্শন করে, তাদের মোট প্রভাব ইলেকট্রনের তুলনায় সাধারণত তুচ্ছ হয়।
একটি বস্তুর নেট চৌম্বকীয় মুহূর্ত তার মধ্যে সমস্ত পরমাণুর চৌম্বকীয় মুহূর্তের ভেক্টর যোগফল দ্বারা নির্ধারিত হয়।
চুম্বকীকরণ ভেক্টর
একটি উপাদানের চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য তার উপাদান কণাগুলির চৌম্বকীয় মুহূর্তের উপর নির্ভর করে। এই নিবন্ধে আগে আলোচনা করা হয়েছে, এই চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলিকে ছোট চুম্বক হিসেবে ভাবা যায়। একটি উপাদানকে একটি বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রে স্থাপন করলে, উপাদানের অভ্যন্তরীণ পরমাণু চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলি প্রয়োগ করা ক্ষেত্রের সাথে আন্তঃক্রিয়া করে এবং একটি টর্ক অনুভব করে। এই টর্ক চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলিকে একই দিকে সাজাতে প্রবণ হয়।
একটি পদার্থের চৌম্বকীয় অবস্থা দুইটি কারণের উপর নির্ভর করে: পদার্থে উপস্থিত পরমাণু চৌম্বকীয় মুহূর্তের সংখ্যা এবং তাদের সাজানোর মাত্রা। যদি মাইক্রোস্কোপিক প্রবাহ-বহনকারী লুপগুলি দ্বারা উৎপাদিত চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলি যদ্রচ্ছিকভাবে সাজানো হয়, তাহলে তারা একে অপরকে বাতিল করে দেয়, ফলে তাৎপর্যপূর্ণ মোট চৌম্বকীয় ক্ষেত্র হয় না। পদার্থের চৌম্বকীয় অবস্থা বর্ণনা করার জন্য, আমরা চুম্বকীকরণ ভেক্টর প্রবর্তন করি। এটি পদার্থের একক আয়তনের মোট চৌম্বকীয় মুহূর্ত হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়:
যেখানে V পদার্থের আয়তন নির্দেশ করে।
যখন পদার্থটিকে একটি বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয়, তখন তার চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলি সাজানো হয়, ফলে চুম্বকীকরণ ভেক্টরের পরিমাণ বৃদ্ধি পায়। চুম্বকীকরণ ভেক্টরের বৈশিষ্ট্যগুলি পদার্থটি যে শ্রেণীর (প্যারাম্যাগনেটিক, ফেরোম্যাগনেটিক, বা ডায়াম্যাগনেটিক) তার উপরও নির্ভর করে।
প্যারাম্যাগনেটিক এবং ফেরোম্যাগনেটিক পদার্থগুলিতে চিরস্থায়ী চৌম্বকীয় মুহূর্ত সহ পরমাণু থাকে। অন্যদিকে, ডায়াম্যাগনেটিক পদার্থের পরমাণু চৌম্বকীয় মুহূর্ত চিরস্থায়ী নয়।
মোট চৌম্বকীয় ক্ষেত্র খুঁজে পেতে: পারমেয়তা এবং সুস্পেক্টিবিলিটি
ধরা যাক, আমরা একটি উপাদানকে একটি চৌম্বকীয় ক্
