सीधे चालक से विद्युत धारा प्रवाहित होने के कारण चुंबकीय क्षेत्र

Magnetic Field due to a current through a straight conductor

जब किसी सीधे चालक से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो इसके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। इस चुंबकीय क्षेत्र की दिशा निर्धारित करने के लिए दक्षिण हस्त अंगुष्ठ नियम का इस्तेमाल किया जाता है।

• इस नियम के मुताबिक, अगर आप किसी विद्युत धारावाही चालक को अपने दाहिने हाथ से पकड़ें, तो आपका अंगूठा विद्युत धारा की दिशा को बताएगा।  
• इस चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को कॉर्क पेंच नियम से भी पता किया जा सकता है।
• इस चुंबकीय क्षेत्र का पैटर्न संकेंद्रित वृत्तों जैसा होता है।
• चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और विद्युत धारा के बीच संबंध बताने वाला नियम बायोट-सावर्त नियम है। यह नियम चुंबकीय क्षेत्र को विद्युत धारा के परिमाण, दिशा, लंबाई, और निकटता से जोड़ता है।
• चुंबकीय क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र एक दूसरे से टकराते हैं और विद्युत आवेशों पर बल बनाते हैं।

जब विद्युत धारा सीधे, लंबे चालक से होकर बहती है, तो यह उसके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। इस क्षेत्र की दिशा और क्षमता को विभिन्न नियमों और सूत्रों के माध्यम से समझा जा सकता है।

सीधे चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र

जब करंट सीधे चालक, जैसे कि एक लंबे तार से होकर बहता है, तो यह चालक के चारों ओर एक गोलाकार चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। दाएँ हाथ के अंगूठे का नियम चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा निर्धारित करने में मदद करता है।

दाएँ हाथ के अंगूठे का नियम

दक्षिण हस्त अंगुष्ठ नियम, धारावाही चालक से जुड़ा एक नियम है:

• दक्षिण हस्त अंगुष्ठ नियम के मुताबिक, अगर आप अपने दाहिने हाथ के अंगूठे, तर्जनी, और मध्यमा को एक-दूसरे के लंबवत रखते हैं, तो अंगूठा चालक की गति की दिशा को बताता है।
• तर्जनी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को बताती है।
• मध्यमा प्रेरित धारा की दिशा को बताती है।

दक्षिण हस्त अंगुष्ठ नियम के मुताबिक, अगर आप अपने दाहिने हाथ में धारावाही चालक पकड़ते हैं, तो अंगूठा धारा की दिशा की ओर इशारा करेगा। इस स्थिति में, आपकी उंगलियां चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की क्षेत्र रेखाओं की दिशा में लिपटेंगी। दक्षिण हस्त अंगुष्ठ नियम के अनुसार अंगूठे की दिशा सीधे चालक में प्रवाहित धारा की दिशा को निर्दिष्ट करती है, जबकि फ्लेमिंग वामहस्त नियम बाह्य चुंबकीय क्षेत्र में रखे किसी धारावाही चालक पर आरोपित बल की दिशा बताता है।

"आप अपने दाहिने हाथ में विद्युत धारावाही चालक को इस प्रकार पकड़े हुए हैं कि आपका अंगूठा विद्युत धारा की दिशा की ओर संकेत करता है, तो आपकी अंगुलियाँ चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की क्षेत्र रेखाओं की दिशा में लिपटी होंगी। इसे दक्षिण-हस्त अंगुष्ठ नियम कहते हैं।"

दाएं हाथ के अंगूठे के नियम का कथन

यदि आप अपने दाएं हाथ में एक सीधा चालक (जैसे तार) इस तरह से पकड़ते हैं कि आपका अंगूठा विद्युत धारा की दिशा में इंगित करता है, तो आपके दाएं हाथ की मुड़ी हुई उंगलियां चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा में इंगित करेंगी।

नियम का उपयोग कैसे करें:

• अंगूठे को आगे की ओर फैलाकर अपना दाहिना हाथ फैलाएँ।
• अपने अंगूठे को पारंपरिक धारा (धनात्मक से ऋणात्मक टर्मिनल) की दिशा में इंगित करें।
• अपनी उंगलियों को चालक के चारों ओर मोड़ें। जिस दिशा में आपकी उंगलियां मुड़ती हैं, वह चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दर्शाती है।

नियम का अनुप्रयोग

सीधा तार: सीधे तार में प्रवाहित होने वाली धारा के लिए, चुंबकीय क्षेत्र तार के चारों ओर वृत्ताकार लूप बनाता है। दाएं हाथ के अंगूठे के नियम का उपयोग करके, आप पा सकते हैं कि यदि धारा आपसे दूर जा रही है तो क्षेत्र लूप दक्षिणावर्त हैं और यदि धारा आपकी ओर आ रही है तो वामावर्त हैं।

सोलेनॉइड या कॉइल: एक कॉइल (सोलेनॉइड) के लिए, दाएं हाथ के अंगूठे का नियम कॉइल की चुंबकीय ध्रुवता का पता लगाने में मदद कर सकता है। अपनी मुड़ी हुई उंगलियों को कुंडली के लूप के चारों ओर करंट की दिशा में इंगित करें। जब आपका अंगूठा फैला होगा, तो वह कुंडली के उत्तरी ध्रुव की ओर इंगित करेगा।

• अपने दाहिने हाथ से एक सीधा तार पकड़ने की कल्पना करें:
• यदि तार में करंट ऊपर की ओर बहता है, तो आपकी मुड़ी हुई उंगलियां तार के चारों ओर वामावर्त दिशा में जाने वाली चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को दिखाएँगी।
• यदि करंट नीचे की ओर बहता है, तो चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ दक्षिणावर्त दिशा में जाएँगी।

एक सीधे धारावाही चालक के कारण चुंबकीय क्षेत्र का सूत्र

एक लंबे, सीधे धारावाही चालक से लंबवत दूरी r पर स्थित बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र (B) इस प्रकार दिया जाता है:

$B={\frac {\mu _{0}I}{2\pi r}}$

जहाँ:

B चुंबकीय क्षेत्र की क्षमता है,

μ0 = मुक्त स्थान की पारगम्यता है (4π×10⁻⁷m/A),

I = चालक से गुजरने वाली धारा है,

r = चालक से उस बिंदु तक लंबवत दूरी है जहाँ चुंबकीय क्षेत्र लगाया जा रहा है मापा गया।

चुंबकीय क्षेत्र की विशेषताएँ

दूरी पर निर्भरता (r): चुंबकीय क्षेत्र(B) चालक से दूरी r के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसका मतलब है कि जैसे-जैसे आप चालक से दूर जाते हैं, चुंबकीय क्षेत्र की क्षमता कम होती जाती है।

$B\ltimes {\frac {1}{r}}$

धारा पर निर्भरता (I): चुंबकीय क्षेत्र (B) चालक से होकर गुजरने वाली धारा I के सीधे आनुपातिक होता है। धारा बढ़ाने से चुंबकीय क्षेत्र की क्षमता बढ़ जाएगी।

$B\ltimes I$

क्षेत्र रेखाओं की दिशा

• चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ चालक पर केन्द्रित वृत्त बनाती हैं।
• चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की दिशा धारा की दिशा पर निर्भर करती है, जैसा कि दाएं हाथ के अंगूठे के नियम द्वारा दिया गया है।

एक सीधे चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र पैटर्न

• एक सीधे चालक के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र पैटर्न दिखाता है:
• चालक पर केंद्रित संकेंद्रित वृत्त।
• चालक के पास क्षेत्र रेखाएँ एक दूसरे के करीब होती हैं, जो एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र को दर्शाती हैं।
• जैसे-जैसे आप दूर जाते हैं, वृत्त बड़े और दूर होते जाते हैं, जो अधिक दूरी पर एक कमजोर चुंबकीय क्षेत्र दिखाते हैं।