चुंबकीय स्थितज ऊर्जा

Magnetic potential energy

जिस तरह वस्तुएं ऊंचाई पर होने पर उनमें गुरुत्वाकर्षण स्थितज ऊर्जा हो सकती है, उसी तरह चुंबकों में भी उनकी स्थिति के आधार पर कुछ ऐसी ही क्षमता हो सकती है जिसे "चुंबकीय स्थितज ऊर्जा" कहा जाता है।

कल्पनाशील उदाहरण

लोहे की परत (रेफ्रिजरेटर) पर चीजों को चिपकाने के लिए, उपयोग में आने वाले दो चुम्बकों में एक विशेष गुण होता है जिसे "चुंबकीय बल" कहा जाता है। जब उन्हें एक-दूसरे के करीब लाया जाता है, तो यह बल उन्हें या तो आकर्षित (एक-दूसरे की ओर खींचना) या विकर्षित (एक-दूसरे से दूर धकेलना) कर देता है।

जब चुम्बक काफी दूर-दूर होते हैं, तो उनमें अधिक परस्पर क्रिया नहीं होती है, और उनकी चुंबकीय स्थितिज ऊर्जा अपेक्षाकृत कम होती है। लेकिन जैसे-जैसे उन्हें करीब लाया जाता है, उनके बीच चुंबकीय बल बढ़ने लगता है। यह एक झरने को बंद करने जैसा है; वे जितना करीब आते हैं, उतनी ही अधिक संभावित ऊर्जा उन्होंने संग्रहित की होती है।

यदि आप इस बिंदु पर किसी एक चुंबक को छोड़ दें, तो चुंबकीय बल के कारण वह दूसरे चुंबक की ओर चला जाएगा। जैसे-जैसे यह गति करता है, स्थितिज ऊर्जा, गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो गति की ऊर्जा है।

जब चुम्बक अंततः एक साथ आते हैं, तो स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम होती है। इस बिंदु पर, वे एक साथ चिपक सकते हैं या स्थिर स्थिति में हो सकते हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि आपने उन्हें कैसे रखा है। संभावित ऊर्जा पूरी तरह से ऊर्जा के अन्य रूपों, जैसे गतिज ऊर्जा या ऊष्मा में परिवर्तित हो गई है।

गणितीय समीकरण

दो चुम्बकों के बीच चुंबकीय संभावित ऊर्जा की गणना के लिए गणितीय समीकरण को दो चुंबकीय द्विध्रुवों के बीच चुंबकीय संभावित ऊर्जा के सूत्र का उपयोग करके व्यक्त किया जा सकता है:

U=−μ04πm1⋅m2r3(3cos⁡2θ−1)U=−4πμ0​r3m1​⋅m2​(3cos2θ−1)

जहाँ:

   U दो चुम्बकों के बीच की चुंबकीय स्थितिज ऊर्जा है।

   μ0 मुक्त स्थान की पारगम्यता (एक स्थिर मान) है।

   m1​ और m2​ दो चुम्बकों के चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण हैं।

   r दो चुम्बकों के केन्द्रों के बीच की दूरी है।

   θ दो चुम्बकों के केन्द्रों को जोड़ने वाली रेखा और चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण की दिशा के बीच का कोण है।

समीकरण का विश्लेषण

   समीकरण हमें बताता है कि संभावित ऊर्जा (यूयू) चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षणों (एम1एम1​ और एम2एम2​), चुंबकों के बीच की दूरी (आरआर), और कोण (θθ) के उत्पाद पर निर्भर करती है।

   शब्द 3cos⁡2θ−13cos2θ−1 चुम्बकों के द्विध्रुवों के अभिविन्यास को ध्यान में रखता है। यदि चुम्बक एक दूसरे के साथ पूरी तरह से संरेखित हैं, तो cos⁡2θcos2θ 1 के बराबर होगा, जिसके परिणामस्वरूप उच्च संभावित ऊर्जा होगी। यदि वे विरोधी-संरेखित हैं, तो cos⁡2θcos2θ 0 के बराबर होगा, जिसके परिणामस्वरूप कम संभावित ऊर्जा होगी।

   स्थिरांक μ0μ0​ और 4π4π चुंबकीय क्षेत्र की प्रकृति और उनकी परस्पर क्रिया के कारण समीकरण में शामिल हैं। μ0μ0​ मुक्त स्थान की पारगम्यता है, जो चुंबकीय क्षेत्र को धाराओं से संबंधित करती है। 4π4π एक गणितीय स्थिरांक है।

संक्षेप में

चुंबकीय स्थितिज ऊर्जा, एक विशेष प्रकार की ऊर्जा की तरह होती है, जो चुम्बकों में एक दूसरे के सापेक्ष, उनकी स्थिति के कारण होती है। जब वे करीब होते हैं, तो उनमें स्थितज ऊर्जा अधिक होती है, और जब वे दूर होते हैं, तो उनमें स्थितज ऊर्जा कम होती है। जब चुम्बक एक दूसरे के साथ गति करते हैं या परस्पर क्रिया करते हैं तो इस स्थितज ऊर्जा को ऊर्जा के अन्य रूपों में परिवर्तित किया जा सकता है।