[दाएँ हाथ के पेंच का नियम] क्या चुंबक की असलियत “गतिमान बिजली” है?! रोज़मर्रा की घटनाओं से जानें विद्युत-चुंबकत्व के अद्भुत रहस्य
मैं हूँ साइंस ट्रेनर कुवाको केन। मेरे लिए हर दिन एक नया प्रयोग है।
करंट से बनने वाला चुंबकीय क्षेत्र: बिजली और चुंबकत्व के रिश्ते का राज़
बचपन में क्या आपने कभी चुंबक से लोहे का बुरादा चिपकाकर खेला है? उस रहस्यमयी ताकत को देखकर शायद आपका भी मन रोमांच से भर गया हो। और प्लास्टिक की शीट को सिर पर रगड़ते ही बाल खड़े हो जाना? वह स्थैतिक बिजली भी विज्ञान की क्लास में पढ़ी जाने वाली रोज़मर्रा की चीज़ है। लेकिन अगर मैं कहूँ कि “चुंबक की ताकत” और “स्थैतिक बिजली की ताकत” असल में एक ही “बिजली” की देन हैं, तो आपको कैसा लगेगा?
कभी वैज्ञानिक मानते थे कि ये दोनों ताकतें बिल्कुल अलग-अलग हैं। फिर 1820 में डेनमार्क के भौतिकविद् हांस क्रिश्चियन ऑर्स्टेड ने एक ऐसी खोज की जिसने इतिहास बदल दिया। उन्होंने तार में करंट दौड़ाया, और पास रखी कंपास की सुई अचानक अपनी जगह से हटकर दूसरी दिशा में घूम गई। यह किसी जादू से कम नहीं था!
इस खोज ने साबित कर दिया कि “बहती हुई बिजली (करंट)” चुंबकत्व पैदा करती है। ठहरी हुई बिजली (स्थैतिक बिजली) का चुंबकत्व से कोई लेना-देना नहीं होता, पर जैसे ही वह बहने लगती है, उसमें चुंबकीय गुण आ जाते हैं। इसी से पता चला कि बिजली और चुंबकत्व, जिन्हें अब तक अलग समझा जाता था, दरअसल एक ही सिक्के के दो पहलू हैं। तो आइए, “बिजली और चुंबकत्व के इस रिश्ते” को खोलने वाले नियम और उसके उपयोग देखते हैं।
चुंबकीय क्षेत्र क्या होता है?
सबसे पहले बात करते हैं “चुंबकीय क्षेत्र” की, जिसके बिना चुंबकत्व की दुनिया को समझना मुश्किल है। चुंबकीय क्षेत्र वह जगह है जहाँ तक चुंबकीय बल का असर पहुँचता है, और यह चुंबकों और करंट के चारों ओर बनता है। जब आप लोहे का बुरादा चुंबक के पास लाते हैं, तो वह N ध्रुव और S ध्रुव पर घना जमा हो जाता है, है ना? इसकी वजह यह है कि चुंबक अपने चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र बना देता है और उसी के असर से बुरादा खिंचा चला आता है।
चुंबक का यह अनोखा गुण प्राचीन काल से जाना जाता है। कहा जाता है कि प्राकृतिक चुंबक तुर्की के “मैग्नेशिया” इलाके में खूब मिलते थे, और इसी से “मैग्नेट” शब्द बना। चुंबक के दो ध्रुव होते हैं, N और S। स्थैतिक बिजली की तरह ही, समान ध्रुव एक-दूसरे को दूर धकेलते हैं और असमान ध्रुव एक-दूसरे को अपनी ओर खींचते हैं।
चुंबकीय बल कैसे काम करता है, इसे आँखों से देखने का तरीका है चुंबकीय बल रेखाएँ। छड़ चुंबक के आसपास कंपास रखें तो उसकी सुई एक तय क्रम में अलग-अलग दिशाओं में ठहरती है। कंपास का N सिरा जिस ओर इशारा करे, उस ओर लकीर खींचते जाएँ, तो एक सुंदर वक्र उभरता है जो N ध्रुव से निकलकर S ध्रुव पर लौट आता है। यही चुंबकीय बल रेखा है। ये रेखाएँ जहाँ जितनी घनी होती हैं, वहाँ चुंबकीय क्षेत्र उतना ही प्रबल होता है।
करंट से चुंबकीय क्षेत्र बनाने वाला “दाएँ हाथ के पेंच का नियम”
ऑर्स्टेड के प्रयोग से साफ हो गया कि करंट चुंबकीय क्षेत्र पैदा करता है। पर यह क्षेत्र बनता कैसे है?
सीधे तार में करंट बहाएँ, तो उसके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र भँवर की तरह गोल-गोल घूमता हुआ बनता है। इसकी दिशा जानने का तरीका आसान है: दाएँ हाथ का अंगूठा करंट की दिशा में रखें, तो बाकी उँगलियाँ जिस ओर मुड़ती हैं, वही चुंबकीय क्षेत्र की दिशा है। यह ठीक वैसा है जैसे “दाएँ हाथ का पेंच” घुमाने पर पेंच जिस ओर आगे बढ़ता है (करंट) और जिस ओर घूमता है (चुंबकीय क्षेत्र), दोनों आपस में जुड़े होते हैं। इसी को “दाएँ हाथ के पेंच का नियम” कहते हैं।
और करंट से बनने वाले चुंबकीय क्षेत्र की प्रबलता का नियम यह है:
H = I / 2πr
चुंबकीय क्षेत्र (H) बहते हुए करंट के समानुपाती होता है और तार से दूरी (r) के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यानी करंट जितना ज़्यादा होगा और आप तार के जितना पास होंगे, चुंबकीय क्षेत्र उतना ही प्रबल होगा।
करंट से चुंबक बनाना: “विद्युत चुंबक”
“करंट से चुंबकीय क्षेत्र बनता है”, यह नियम हमारे आसपास बहुत जगह काम आता है। इसका सबसे बड़ा उदाहरण है “विद्युत चुंबक”।
करंट बहे तभी चुंबकीय क्षेत्र बने, और करंट रोकते ही वह गायब हो जाए। इस खूबी का फायदा उठाकर क्या हम कोई ताकतवर चुंबक नहीं बना सकते?
इसकी कुंजी है तार को गोल-गोल लपेटकर बनाई गई “कुंडली (कॉइल)”। ज़रा दाएँ हाथ के पेंच का नियम याद कीजिए। तार को गोल घेरे में मोड़कर करंट दौड़ाएँ, तो घेरे के बीचों-बीच हर हिस्से से बनने वाले चुंबकीय क्षेत्र की दिशा एक ही होती है और वे एक-दूसरे को मज़बूत करते हैं। इस घेरे को कई-कई फेरों में लपेट दें और करंट बहाएँ, तो बीच में बेहद प्रबल चुंबकीय क्षेत्र बन जाता है और कॉइल बिल्कुल असली छड़ चुंबक की तरह काम करने लगती है।
विद्युत चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र की दिशा भी दाएँ हाथ से आसानी से पता चल जाती है। तर्जनी से लेकर छोटी उँगली तक को “करंट की दिशा” में मोड़ें, तो अंगूठा जिस ओर इशारा करे, वही चुंबकीय क्षेत्र की दिशा है। विद्युत चुंबक हमारी ज़िंदगी में कई जगह काम आते हैं, जैसे क्रेन से लोहे का कबाड़ उठाना, या रीसाइक्लिंग प्लांट में एल्युमिनियम के कैन और स्टील के कैन को अलग करना।
चुंबक का असली राज़: “आणविक धारा”?
अब सवाल यह है कि हमारे रोज़ के इस्तेमाल वाले चुंबक में चुंबकीय क्षेत्र आता कहाँ से है?
इस पहेली को सुलझाने के लिए वैज्ञानिकों ने परमाणुओं की दुनिया में झाँका। परमाणु के चारों ओर ऋणावेश वाले इलेक्ट्रॉन ग्रहों की तरह चक्कर काटते रहते हैं। इलेक्ट्रॉन की यह गति वैसी ही है जैसे किसी छोटे से गोल घेरे में करंट बह रहा हो।
इस विचार को आगे बढ़ाया फ्रांस के वैज्ञानिक आंद्रे-मैरी एम्पीयर ने। उनका मानना था कि चुंबक के अंदर अनगिनत छोटी-छोटी वृत्ताकार धाराएँ बहती हैं, और जब वे सब एक कतार में करीने से सज जाती हैं, तो पूरा चुंबक एक प्रबल चुंबकीय क्षेत्र बना देता है। इसे “आणविक धारा सिद्धांत” कहते हैं।
लोहे का बुरादा या कील चुंबक से इसलिए चिपकती है कि बाहर से चुंबकीय क्षेत्र मिलते ही उसके भीतर के परमाणुओं की वृत्ताकार धाराओं की दिशाएँ कुछ समय के लिए एक जैसी हो जाती हैं, और वह खुद भी चुंबक बन जाती है। इस घटना को “चुंबकन” कहते हैं।
इसी सोच से रोज़मर्रा की कई चुंबकीय घटनाओं की व्याख्या संभव हुई। जैसे पृथ्वी का “भू-चुंबकत्व”, जो उत्तरी ध्रुव और दक्षिणी ध्रुव को जोड़ता हुआ मौजूद है। “डायनेमो सिद्धांत” के अनुसार, पृथ्वी के भीतर पिघला हुआ धातु मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ पृथ्वी के घूमने के साथ घूमता है, जिससे करंट पैदा होता है, और वही करंट चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यानी पृथ्वी जैसे विशाल चुंबक की जड़ में भी “करंट” ही है!
बिजली और चुंबकत्व पहली नज़र में बिल्कुल अलग घटनाएँ लगती हैं, पर असल में दोनों गहराई से जुड़े हैं। “बिजली और चुंबकत्व का एकीकरण” एक ऐसी अहम खोज थी जो आइंस्टीन के सापेक्षता सिद्धांत तक ले गई। हमारी ज़िंदगी को चलाने वाले बिजली के उपकरण इसी भौतिकी के नियम के बिना अस्तित्व में ही नहीं होते।
※ यह लेख मेरी किताब 『वयस्कों के लिए हाई-स्कूल भौतिकी रिवीज़न बुक』 के परिशिष्ट के रूप में लिखा गया है। दूसरे लेख भी पढ़ने के लिए यहाँ क्लिक करें।
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