காந்தப் புலம்

காந்தப் புலம் (magnetic field) என்பது மின்னோட்டத்தின் அல்லது காந்தப் பொருள் ஒன்றின் காந்த விளைவாகும். ஒவ்வொரு புள்ளியிலும் உள்ள காந்தப் புலம் திசையாலும் வலிமை (பருமை)யாலும் குறிப்பிடப்படுகிறது; எனவே இது ஒருநெறியப் புலமாகும்.^{[nb 1]} இந்தச் சொல் B H ஆகிய இரு குறியீடுகளால் குறிக்கப்படும் இருவகைப் புலங்களுக்குப் பயன்படுகிறது. இங்கு, H ஆம்பியர்/மீட்டர் அலகால் அளக்கப்படுகிறது. செப (SI) அலகில் இதன் குறியீடு: A m⁻¹ அல்லது A/m) aagum . B தெசுலா அலகால் அளக்கப்படுகிறது. தெசுலாவின் குறியீடு T ஆகும். செப (SI) அலகில் இதன் குறியீடு நியூட்டன்கள்/மீட்டர்/ஆம்பியர் ஆகும். இதன் குறியீடு: N m⁻¹A⁻¹ அல்லது N/(mA)) ஆகும். B , பெரும்பாலும் நகரும் மின்னூட்டங்கள்பாலான இலாரன்சு விசையால் வரையறுக்கப்படுகிறது.

கருத்தியலான உருளைக் காந்தத்தின் காந்தப் புலம். அதன் சீரொருமை அச்சு படிமத் தளத்தின் உள்ளே அமைந்துள்ளது. காந்தப் புலம் காந்த வரிக்கோடுகளால் உருவகிக்கப்பட்டுள்ளது. காந்தவரிகள் பல்வேறு புள்ளிகளில் உள்ள திசையைக் காட்டுகிறது.

நகரும் மின்னூட்டங்களால் காந்தப் புலங்கள் உருவாகலாம். அடிப்படைத் அணுவகத்துகள்களின் இயல்புக் காந்த்த் திருப்புமைகள் அவற்றின் அடிப்படைக் குவைய இயல்பான தற்சுழற்சியுடன் அமைகின்றன.^[1][2]> சிறப்பு சார்பியலில், காந்த, மின் புலங்கள் ஒரே நிகழ்வின் சார்புள்ல இருவேறு கூறுபாடுகள் ஆகும். இது மின்காந்த மீநெறியம் எனப்படுகிறது; இந்த மீநெறியம் மின், காந்தப் புலங்களாகப் பிரிதல் மின்னூட்டத்துக்கும் நோக்கீட்டாளருக்கும் இடையிலான சார்பு விரைவைப் பொறுத்ததாகும். குவைய இயற்பியலில், மின்காந்தப் புலம் குவையப்படுகின்றது. ஒளியன்களின் பரிமாற்றத்தால் மின்காந்த இடைவினை விளைகிறது.

அன்றாட வாழ்வில், நிலைக்காந்தங்கள் உருவாக்கும் விசைகளாக எதிர்கொள்லப்படுகின்றன. காந்த விசை. இரும்பு, நிக்கல், கோபால்ட் போன்ற இரும்பியல் காந்தங்களை ஈர்க்கின்றன. இது பிற காந்தங்களை ஈர்க்கவோ விலக்கவோ செய்கிறது.

அண்மைத் தொழில்நுட்பத்தில், குறிப்பாக மின்பொறியியலிலும் மின்னியக்கவியலிலும் காந்தப் புலங்கள் பரவலாகப் பயன்படுகின்றன. புவி காந்தப் புலத்தை உருவாக்குகிறது. இது நாவாயோட்டப் பெரிதும் பயன்படுகிறது. இது புவி வளிமண்டலத்தைச் சூரியச் சூறாவளியில் இருந்து காக்கிறது. சுழல்காந்தப் புலங்கள் மின்னாக்கி அல்லது மின்னியற்றியிலும் மின்னோடி அல்லது மின்னியக்கியிலும் பயன்படுகின்றன. ஃஆல் விளைவால் காந்த விசைகள் பொருளில் உள்ள மின்னூட்ட ஏந்திகள் அல்லது ஊர்திகளைப் பற்றிய தகவலை அறிய உதவுகின்றன. மின்மாற்றிகளில் நிகழ்வதைப் போல மின்கருவிகளில் காந்தப் புலங்களின் இடைவினை காந்தச் சுற்றதர்களின் துறையில் ஆயப்படுகின்றன.

வரலாறு

இரெனே தெ கார்த்தே வரைந்த முதல் காந்தப் புலத்தின் படம், 1644. இது புவி காந்தக்கற்களை இழுப்பதைக் காட்டுகிறது. இவரது கோட்பாடு காந்தத் திருகுப் புரைகளில் அமையும் திருகுப் பகுதிகளாகிய நுண்சுருளைகளின் சுற்றோட்டத்தால் காந்தவியல்பு உருவாவதாக விளக்கியது.

காந்தங்களும் காந்தவியல்பும் நெடுங்காலமாகவே அறியப்பட்டிருந்தாலும், காந்தப் புலங்களின் ஆய்வு கி.பி 1269 இல் தொடங்கியது. அப்போது பெட்ரசு பெரிகிரினசு தெ மரிகோர்த் கோளப்பரப்பில் அமைந்த காந்தப் புலத்தை இரும்பு ஊசிகளைக் கொண்டு வரைந்தார்.^{[nb 2]} இரு புள்ளிகளில் புலக்கோடுகள் குறுக்கிடுவதைக் கண்ணுற்ற இவர் அப்புள்ளிகளைப் புவியின் முனைகளைப் போன்றுள்ளதால் காந்த முனைகள் எனப் பெயரிட்டார். இவர் மேலும் காந்தங்களை எத்தனை நுண்மையான கூறுகளாகப் பிரித்தாலும் அவை வடமுனை, தென்முனை என இரு காந்த முனைகளைக் கொண்டமைதலையும் கூறினார்.

மூன்று நூற்றாண்டுகளுக்குப் பின்னர் வில்லியம் கில்பர்ட் பெட்ரசு பெரிகிரினசுவின் பணியல் மீண்டும் மறுமுறையாக செய்துப் பார்த்தார். இவரே முதன்முதலில் புவி ஒரு காந்தம் என உறுதியாகக் கூறியவராவார்.^[3] இவர் 1600 இல் வெளியிட்ட நூலான, De Magnete, காந்தவியலை அறிவியல் தரத்துக்குக் கொணர்ந்தது.

ஜான் மிட்செல் 1750 இல் தலைக்கீழ்ச் சதுர விதிப்படி, காந்த முனைகள் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன அல்லது விலக்குகின்றன எனக் கூறினார்.^[4] சார்லசு அகத்தின் தெ கூலம்பு 1785 இல் இதைச் செய்முறை வாயிலாக நிறுவினார். மேலும் இவர் வட, தென் முனைகளைத் தனித்தனியாகப் பிரிக்கமுடியாது எனவும் கூறியுள்ளார்.^[5] முனைகளுக்கு இடையில் அமைந்த இந்த விசையைச் சார்ந்து, சிமியோன் தெனிசு பாயிசான் (1781–1840) வெற்றிகரமாக காந்தப் புலத்தின் படிமத்தை உருவாக்கி 1824 இல் விளக்கிக் காட்டினார்.^[6] இந்தப் படிமத்தில், காந்த H-புலம் காந்த முனைகளால் உருவாக்கப்பட்டது. இதில் சிறு வட, தென் காந்த முனைகளால் காந்தவியல்பு உருவாக்கப்பட்டது.

ஆன்சு கிருத்தியான் ஆர்ஸ்டெட், Der Geist in der Natur, 1854

இந்தக் காந்தவியல் விளக்கத்துக்கு மூன்று அறைகூவல்கள் எழுந்தன. முதலில், 1819 இல் ஏன்சு கிறித்தியன் ஆயர்சுடெடு மின்னோட்டம் தன்னைச் சுற்றிக் காந்தப் புலத்தை உருவாக்குகிறது எனக் கண்டறிந்தார். அடுத்து, 1820 இல் ஆந்திரே மரீ ஆம்பியர் ஒரே திசையில் மின்னோட்டம் சுமக்கும் இரு இணைநிலைக் கம்பிகள் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன எனக் காட்டினார். இறுதியாக, ழீன் பாப்திசுத்தே பையாத்தும் பேலிக்சு சவார்த்தும் 1820 இல் பையாத்-சவார்த் விதியக் கண்டடைந்தனர். இந்த விதி மிகச் சரியாக மின்னோட்டம் சுமக்கும் கடத்தியைச் சுற்றி அமையும் காந்தப் புலத்தை விவரிக்கிறது.

இந்தச் செய்முறைகளை விரிவாக்கி ஆம்பியர் 1825 இல் மிகைச் சிறந்த காந்தவியல் படிமத்தை வெளியிட்டார். இதில் இவர் மின்னோட்டங்களின் காந்தச் சமனைத் தெளிவாக எடுத்துகாட்டினார்^[7] பாயிசானின் காந்த ஊட்டங்களின் இருமுனைப் படிமத்துக்கு மாற்றாக, தொடர்ந்து பாயும் மின்னோட்டக் கண்ணிப் படிமத்தை முன்வைத்தார்..^{[nb 3]}> இது மேலும் காந்த ஊட்டங்களைத் தனித்தனியாகப் பிரிக்கமுடியாது என்பதையும் கூடுதலாக விளக்குகிறது. மேலும் ஆம்பியர் இருமின்னோட்டங்களுக்கு இடையிலான விசையை விவரிக்கும் ஆம்பியர் விசை விதியையும் ஆம்பியர் விதியையும் கொணர்ந்தார். இது பையாத்-சவார்த் விதியைப் போலவே நிலையான மின்னோட்டம் உருவாக்கௌம் காந்தப் புலத்தை மிகச் சரியாக விளக்குகிறது. மேலும் இப்பணியில் ஆம்பியர் மின்சாரம், காந்தம் இடையிலான உறவை விளக்க மின்னியங்கியல் எனும் சொல்லை அறிமுகப்படுத்தினார்.

வரையறைகள், அலகுகள், அளத்தல்

B-புலம்

B- புல மாற்றுப் பெயர்கள்[8]
காந்தப் பெருக்கு அடர்த்தி காந்தப் புலம்
H – புல மாற்றுப் பெயர்கள்[8][9]
காந்தப் புலச் செறிவு காந்தப் புல வலிமை காந்தப் புலம் காந்தமாக்கப் புலம்

சுற்றுச்சூழல் மீது ஏற்படுத்தும் விளைவைப் பொறுத்து காந்தப் புலத்தைப் பல்வேறு சம வழிகளில் வரையறுக்கலாம்.

மின்னோட்டம் ஒரு மின்கம்பியில் பாயும்போது அக்கம்பியை சுற்றிக் காந்த புலம் (Magnetic Field) உருவாகின்றது. பொதுவாக B காந்தப்புலத்தை சுட்டி நிற்கும். ஆனால் வரையறையில் B காந்தப்பாய்வுச் செறிவு ஆகும். அதாவது

${\displaystyle \Phi _{m}}$ - காந்தப்பெருக்கு- magnetic flux (T)

${\displaystyle \Phi _{m}\equiv \int \!\!\!\int \mathbf {B} \cdot d\mathbf {S} \,}$

where ${\displaystyle \Phi _{m}\ }$ is the magnetic flux and B is the magnetic flux density.

வரலாற்றியலாக H காந்தபுலப் வலிமையைக் குறிக்கப் பயன்படுவதுண்டு. ஆனால், பல நேர்வுகளில் இது நேர் விகிதத் தொடர்பு கொண்டிருப்பதால் B, H இரண்டையும் ஒன்றாகவே பார்க்கலாம். B, H குறிப்பாக ஆயப்படும் பொழுதுதான் அவற்றுக்கான வேறுபாட்டைத் தெளிவாகச் சுட்டுதல் தேவையாகிறது.

• ${\displaystyle \;{\vec {B}}}$ - காந்தப் புலம் - Magnetic Field
• ${\displaystyle \;{\vec {H}}}$ - காந்தப் புல வலிமை (காந்தப் புலச் செறிவு)- Magnetic Field Strength
• ${\displaystyle \;\Psi }$ - காந்தப் பாயம் - Magnetic Flux (T)

காந்தப் புலத்திற்கும் காந்தப் புல வலிமைக்கும் இருக்கும் தொடர்பு:

${\displaystyle \;{\vec {B}}=\mu {\vec {H}}}$

இங்கே, ${\displaystyle \;\mu }$காந்த இசைமை ஆகும்.

காந்தப்புலம் உருவாக அடிப்படைக் காரணம் மின்னோட்டம் ஆகும். அதாவது மின்னூட்டம் ஒன்று ஒரு குறித்த திசையில் ஒரு குறித்த வேகத்துடன் செல்லும் போது அதனால் ஒரு காந்தப்புலம் உருவாக்கப்படும். நிலையான காந்தங்களிலும் காந்தப்புலத்துக்கு மின்னோட்டமே காரணம். காட்டாக, இரும்பாலான சட்டக் காந்தம் ஒன்றினுள் உள்ள இரும்பு அணுக்களின் கட்டற்ற மின்னன்களின் (இலத்திரன்களின்) குறித்த திசைப்படுத்தப்பட்ட சுழற்சி இயக்கமே அவற்றின் காந்தப் புலத்துக்குக் காரணமாக அமைகின்றது.

${\displaystyle \mathbf {B} ={\frac {\mu _{0}I}{4\pi }}\int _{\mathrm {wire} }{\frac {\mathrm {d} {\boldsymbol {\ell }}\times \mathbf {\hat {r}} }{r^{2}}},}$

மேலே உள்ள சமன்பாடு நகரும் மின்னூட்டம் ஒன்றால் உண்டாக்கப்படும் காந்தப் புலச் செறிவைக் குறிக்கின்றது.

Right hand grip rule: வெள்ளை நிறக் கதிரின் திசையில் மின்னோட்டம் பாயும் போது உருவாகும் காந்தப்புலம் சிவப்பு நிறக் கதிரின் திசையில் செயல்படும்.

குறிப்புகள்

1. சரியாகச் சொல்லவேண்டுமென்றால் காந்தப் புலம் ஒரு நெறியப் போலியாகும்; போலிநெறியங்களும் நெறியங்களைப் போலவே திருக்கமும் சுழல்விரைவும் கொண்டுள்ளன. ஆனால் இவை ஆயங்களைத் தலைகீழாக்கும்போது மாறுவதில்லை.
2. His Epistola Petri Peregrini de Maricourt ad Sygerum de Foucaucourt Militem de Magnete, which is often shortened to Epistola de magnete, is dated 1269 C.E.
3. புறநிலையில், காந்த ஊட்ட இருமுனைகளின் புலமும் மின்னோட்டக் கண்னியின் புலமும் இரண்டும் சிறியவையாக உள்ளபோது ஒரே வடிவத்தில் அமைகின்றன. எனவே இந்த இரண்டு படிமங்களும் காந்தப் பொருளின் அகக் காந்தவியல்பு பொறுத்தவரையில் மட்டுமே வேறுபடுகின்றன.