GS - Physics (இயற்பியல்) காந்தவியல் Notes

காந்தவியல்

• மாக்னட் என்ற சொல் கிரேக்க நாட்டில் உள்ள மக்னீஷியா எனப்படும் தீவில் கண்டெடுக்கப்பட்ட மாக்னடைட் $(Fe_{3}O_{4})$ என்ற இரும்புத் தாதுவின் பெயரிலிருந்து ஏற்பட்டது.
• மாக்னடைட் என்பது இயற்கைக் காந்தம்.இதற்கு குறிப்பிட்ட வடிவம் கிடையாது. அதனை நூலில் கட்டி தொங்க விட்டால் அது வடக்கு மற்றும் தெற்கு திசையைக் காட்டுகிறது என்பதால் அது வழிகாட்டும் காந்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.
• கிபி.1100 - ம் ஆண்டுகளில் கடல்வழிப் பயணங்களின்போது திசையை அறிய சுழல் காந்த ஊசியினை சீனர்கள் பயன்படுத்தினர்.
• காந்தவியலின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகளை நிறுவியவர் கில்பர்ட்.
• புவி மிகப்பெரிய சட்ட காந்தமாகச் செயல்படுகிறது என்ற கருத்தை கூறியவர் கில்பர்ட்.

• காந்தமுனை ஒன்று விசையை உணரும் இடம் அல்லது காந்தத்தின் விளைவுகள் உணரப்படுகின்ற அதைச் சூழ்ந்துள்ள இடம் காந்தப்புலம் எனப்படும்.
• இதன் அலகு டெஸ்லா.
• புவியின் மேற்பரப்பில் செயல்படும் காந்தப்புலத்தின் மதிப்பு ஏறத்தாழ $10^{-4}$ T ஆகும்.

• காந்தப்புலம் எண்மதிப்பும் திசையும் கொண்ட அளவாகும்.
• காந்தப்புலத்தின் திசையானது அதனுள் வைக்கப்பட்ட காந்த ஊசியின் வடமுனை நகரும் திசையாகக் கொள்ளப்படுவது மரபு.
• புலக்கோடுகள் காந்தத்தின் வடமுனையில் தொடங்கி தென்முனையில் முடிவதாகக் கருதப்படும்.
• காந்தத்தின் உள்ளே புலக்கோடுகள் தென் முனையில் தொடங்கி வடமுனையில் முடியும்.
• காந்தப்புலக் கோடுகள் மூடிய வளைகோடுகளாகும்.
• இவை ஒரு போதும் ஒன்றையொன்று வெட்டிக் கொள்ளாது.

• ஒரு தனித்த வடமுனை காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்படும் போது, அது நகரும் பாதையைக் குறிக்கும் கோடு காந்தவிசைக் கோடு எனப்படும்.
• இவை காந்தத்தின் உட்புறம் வழியாக ஊடுருவிச் செல்லும் தொடர் வளைகோடு ஆகும்.
• காந்தத்தின் வட துருவத்தில் துவங்கி தென் துருவத்தில் முடிவடையும்.
• இவை காந்தத்தின் நடுப்பகுதியை விட துருவங்களில் அதிகமாக இருக்கும்.

• காந்த விசைக்கோடுகள், காந்தப் பொருளின் வழியாக செல்லும் மூடிய தொடர்ச்சியான வளைகோடுகள் ஆகும்.
• காந்தத்திற்கு வெளியே காந்த விசைக் கோடுகளின் திசை வடமுனையிலிருந்து தென் முனையை நோக்கியும் காந்தத்திற்கு உள்ளே தென்முனையிலிருந்து வடமுனையை நோக்கியும் அமையும்.
• காந்தவிசைக் கோட்டின் மீதுள்ள எந்தப் புள்ளியிலிருந்தும் அக்கோட்டிற்கு வரையப்பட்ட தொடுகோடு அப்புள்ளியில் உள்ள காந்தப் புலத்தின் திசையைக் குறிக்கும்.அப்புள்ளியில் காந்தத் தூண்டலில் திசையை அது தருகிறது.
• அவை ஒன்றை ஒன்று வெட்டிக் கொள்வதில்லை
• அவை காந்தப் புல வலிமை குன்றிய இடத்தில் பரவலாகவும் அமையும்.

• ஒரு பரப்பு A வழியே செல்லும் காத்த விசைக் கோடுகளின் எண்ணிக்கை காந்தப்பாயம் எனப்படும்.
• இது $\phi$ என்று குறிக்கப்படுகிறது. இதன் அலகு வெபர் (weber) ஆகும்.

கூலும் எதிர்த்தகவு இருமடி விதியின்படி, இரு காந்தமுனைகளுக்கு இடையேயுள்ள கவர்ச்சி அல்லது விலக்கு விசையானது முனை வலிமைகளின் பெருக்குத் தொகைக்கு நேர்த்தகவிலும் அவற்றிற்கு இடையேயுள்ள தொலைவின் இருமடிக்கு எதிர்த்தகவிலும் அமையும்.

• காந்தவிசைக் கோடுகளுக்குச் செங்குத்தாக அமைந்த ஓரலகு பரப்பைக் கடந்து செல்லும் காந்தவிசைக் கோடுகளின் எண்ணிக்கை காந்தப்பாய அடர்த்தி எனப்படும்.
• இதன் அலகு $Wbm^{-2}$ அல்லது tesla அல்லது $NA^{-1}m^{-1}$
• காந்தப் பாயம் $\phi$=$\overline{B}.\overline{A}$
• மனித மூளையின் காந்தப்பாய அடர்த்தி = 1pT =1 பிகோ டெஸ்லா
• விண்மீன் திரளின் காந்தபாய அடர்த்தி = .5nT = .5 நேனோ டெஸ்லா
• நுண்ணலை அடுப்பால் விளையும் காந்தப்பாய அடர்த்தி (ஒரு அடி தொலைவில்) = 8$\mu T$ = 8 மைக்ரோ டெஸ்லா
• சென்னையில் புவியின் காந்தப்பாய அடர்த்தி (13° அட்சரேகை) = 42$\mu T$ = 42 மைக்ரோ டெஸ்லா
• MRI ஸ்கேனரின் காந்தப்பாய அடர்த்தி = 2T

ஓரலகு காந்தத்தூண்டல் கொண்ட காந்தப்புலத்தில் அதற்குச் செங்குத்தாக ஒரு காந்தத்தை வைக்கத் தேவையான திருப்பு விசைக்குச் சமம்.

காந்தமாக்கும் புலத்தினுள் பொருட்களின் பண்புகளைப் பொறுத்து அவற்றை மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்

• டயா காந்தப் பொருள்கள்
• பாரா காந்தப் பொருள்கள்
• ஃபெர்ரோ காந்தப் பொருள்கள்

நிகர காந்தத் திருப்புத்திறன் சுழி மதிப்பைப் பெற்ற அணுக்களைக் கொண்ட பொருட்கள் டயா காந்தப் பொருட்கள் எனப்படும்.

• காந்த ஏற்புத்திறன் எதிர்க்குறி கொண்ட குறைந்த மதிப்புடையது. (எ.கா. பிஸ்மத் (Xm = - 0.00017)
• காந்த ஏற்புத் திறன் வெப்பநிலையை பொருத்தது அல்ல.
• ஒப்புமை உட்புகுதிறனின் மதிப்பு ஒன்றை விட சற்றே குறைவு.
• இப்பொருள்கள் சீரற்ற காந்தப் புலத்தில் வைக்கப்படும் போது, புலத்தை விட்டு நகர்ந்து செல்லும், அதாவது புலத்தின் வலுமிகுந்த பகுதியிலிருந்து வலு குறைந்த பகுதியை நோக்கிச் செல்லும்.
• சீரான காந்தப் புலத்தில் தன்னிச்சையாக தொங்கவிடப்படும் போது இப்பொருள்கள் புலத்திற்கு செங்குத்தான திசையில் வந்து நிற்கும்.

ஒரு பொருளின் அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள் சுழியற்ற நிகர காந்தத் திருப்புத்திறனைக் கொண்டிருந்தால் அவை பாரா காந்தப் பொருள்கள் எனப்படும்.

• ஒரு பொருளின் அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள் சுழியற்ற நிகர காந்தத் திருப்புத் திறனைக் கொண்டிருந்தால் அவை பாரா காந்தப் பொருள்கள் எனப்படும்.
• காந்த ஏற்புத் திறன் நேர்க்குறி கொண்ட குறைந்த மதிப்புடையது.
• (எ.கா: அலுமினியத்திற்கு (Xm = + 0.00002)
• காந்த ஏற்புத் திறன் கெல்லின் வெப்பநிலைக்கு எதிர்த்தகவில் அமையும்.
• அதாவது வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது காந்த ஏற்புத் திறன் குறைகிறது.
• $Xm \propto I/T$
• ஒப்புமை உட்புகுதிறன் ஒன்றைவிட அதிகம்.
• இப்பொருள்கள் சீரற்ற காந்தப் புலத்தில் வைக்கப்படும் போது புலத்தின் வலு குறைந்த பகுதியிலிருந்து வலுமிக்க பகுதியை நோக்கி நகரும்.
• அவை காந்தப்புலத்தின் திசையிலேயே காந்தமடைகிறது.
• சீரான காந்தப் புலத்தில் தன்னிச்சையாக தொங்கவிடப்படும் போது அவை புலத்திற்கு இணையாக வந்து நிற்கும்.
• எ.கா: Al, Pt, Cr, $O_{2}$, Mn, $Caso_{4}$, போன்றவை.

ஃபெர்ரோ காந்தப் பொருள்களில் உள்ள அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள் ஒரு வலிமையான நிகர காந்தத் திருப்புத்திறனைப் பெற்றுள்ளன.

• இப்பொருள்கள் மிகுதியாக பாரா காந்தப் பண்புகளைக் காட்டுகின்றன.
• காந்த ஏற்புத்திறனும் மற்றும் ஒப்புமை உட்புகுதிறனும் மிக அதிகம் (எ.கா: இரும்புக்கு ($\mu_{r}$ = + 2,00,000)
• காந்த ஏற்புத் திறன் கெல்வின் வெப்பநிலைக்கு எதிர்த்தகவில் அமையும். $X_{m}\propto$ I/T
• சீரான காந்தபுலத்தில் தன்னிச்சையாக தொங்கவிடப்படும் போது அவை காந்தப் புலத்திற்கு இணையாக வந்து நிற்கும்.
• இப்பொருள்கள் சீரற்ற காந்தப் புலத்தில் வைக்கப்படும் போது வலிமை குறைந்த பகுதியிலிருந்து வலிமைமிக்கப் பகுதியை நோக்கி நகரும்.
• காந்தப் புலத்திசையில் அவை காந்தமடைகின்றன.
• எ.கா: Fe, Ni, Co மற்றும் இவற்றின் பல உலோகக் கலவைகள்.

ஒரு காந்தப் பொருளில் உள்ள காந்ததூண்டலைக் குறைத்து சுழியாக்குவதற்கு அதற்கு அளிக்கப்பட வேண்டிய எதிர்த்திசை காந்தமாக்கும் புலச்செறிவின் மதிப்பு காந்தநீக்கச்செறிவு எனப்படும்.

மின்னோட்டம் காந்தப் புலத்தை உருவாக்கும் என்று கண்டறிந்தவர் ஹான்ஸ் கிரிஸ்டன் ஓர்ஸ்டெட்.

• மின்னோட்டம் பாயும் மின்கடத்தியைச் சுற்றியுள்ள காந்தக் கோடுகளின் திசையை அறிய பயன்படுகிறது.
• பெருவிரல் மேல் நோக்கிய நிலையில் இருக்கும் படி வலது கையின் நான்கு விரல்களால் கம்பியைப் பிடிக்கும் பொழுது, மின்னோட்டத்தின் திசையானது பெருவிரலை நோக்கி இருந்தால்,
• காந்தக் கோடுகள் மற்ற நான்கு விரல்களின் திசையில் இருக்கும்.
• அதாவது காந்தப்புலம் எப்போதும் மின்சாரம் பாயும் திசைக்கு செங்குத்தாக இருக்கும்.

ஒரு காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்படும்போது மின்னோட்டம் பாயும் கடத்தியும் விலக்கமடையும் என்பதைக் கண்டறிந்தவர் மைக்கேல் ஃபாரடே

• விசை செயல்படும் திசையை அறிய பயன்படுகிறது.
• இடது கையின் பெருவிரல், ஆள்காட்டி விரல், நடுவிரல் ஆகிய மூன்றும் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக இருக்கும் போது மின்னோட்டத்தின் திசையை நடுவிரலும், சுட்டு விரல் காந்தப்புலத்தின் திசையையும் குறித்தால், பெருவிரலானது கடத்தி இயங்கும் திசையைக் குறிக்கிறது.

• ஒரு மூடிய சுற்றுடன் இணைக்கப்பட்ட காந்த பாயத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் காரணமாக தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை உருவாகும் நிகழ்வு மின்காந்தத் தூண்டல் எனப்படும்.
• மின்னியக்கு விசையை கண்டுபிடித்தவர் மைக்கேல் ஃபாரடே

• மின்னோட்டம் பாயும் திசையை அறிய பயன்படுகிறது.
• வலது கையின் பெருவிரல், சுட்டு விரல், நடுவிரல் ஆகியவற்றை நீளவாக்கில் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக நீட்டும் போது, சுட்டு விரல் காந்தப்புலத்தின் திசையையும் பெருவிரல் கடத்தி இயங்கும் திசையையும் குறித்தால், நடுவிரல் மின்னோட்டத்தின் திசையைக் குறிக்கும்.
• மின்னியற்றி விதி எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

• காந்த உட்புகுதி திறன் என்பது ஒரு பொருள் அதனுள்ளே காந்த விசைக்கோடுகளை அனுமதிக்கும் திறனைக் குறிக்கும் .
• ஒரு பொருளின் ஒப்புமை உட்புகுதிறன் என்பது ஒரே காந்தமாக்கும் புலத்தினால் உருவாக்கப்படும்.
• ஓரலகுப் பரப்பிற்கான காந்த விசைக்கோடுகளின் எண்ணிக்கைக்கும் (B) வெற்றிடத்தில் ஓரலகு எண்ணிக்கைக்கும் (B) உள்ள தகவு ஆகும்.
• ஒப்புமை உட்புகுதிறன் $\mu_{r}$ = $\dfrac{\mu}{\mu_{0}}$
• ஊடகத்தின் உட்புகுதிறன் $\mu$ = $\mu_{0} \mu_{r}$.
• ஓர் ஊடகத்தின் காந்த உட்புகுதிறன் M எனப்படுவது ஊடகத்தினுள்ளே காந்தத் தூண்டல் B க்கும் அதே ஊடகத்திலுள்ள காந்தப்புலச் செறிவு H க்கும் உள்ள விகிதம் ஆகும்.
• M = B/H

• காந்தப்புலத்தின் மூலம் ஒரு பொருள் எந்த அளவிற்கு காந்தமாக்கப் படுகிறதோ அதனை "காந்தமாக்கச் செறிவு” எனப்படுகிறது.
• ஒரு காந்தப் பொருளின் காந்தமாக்கச் செறிவு என்பது ஓரலகு பருமனுக்கான பொருளின் காந்தத் திருப்புத் திறன் ஆகும்.
• I=m/A இதன் அலகு $Am^{-1}$ ஆகும்.
• ஒரு பொருளின் ஓரலகு குறுக்குப் பரப்பிற்கான முனை வலிமை, காந்தமாக்கச் செறிவு என வரையறுக்கப்படுகிறது.
• I=m/A

• ஒரு தேனிரும்புத் துண்டு சீரான காந்தபுலச் செறிவு (H) கொண்ட ஒரு காந்தபுலத்தில் வைக்கப்படும் போது தேனிரும்புத் துண்டில் உள்ள காந்தத் தூண்டல் B யானது காந்தப் புலச் செறிவு மூலம் வெற்றிடத்தில் ஏற்படும் காந்தத் தூண்டல் $B_{0}$ மற்றும் பொருளில் தூண்டப்பட்ட காந்தமாக்கலால் ஏற்படும் காந்த தூண்டல் $B_{m}$ இவைகளின் கூடுதலுக்குச் சமம்.
• B = $\mu_{0} (H + 1)$

• ஒரு ஃபெர்ரோ காந்தப் பொருள் காந்தமாக்கப்படும் பொழுது ஆற்றல் செலவிடப்படுகிறது.
• ஒரு பொருளைக் காந்தமாக்கச் செலவழிக்கப்பட்ட ஆற்றல் திரும்பப் பெற முடியாதது. (ஆற்றல் இழப்பு வெப்ப வடிவில் உள்ளது).
• ஒரு காந்தமாக்கச் சுற்றின் போது ஏற்படும் ஓரலகு பருமன் கொண்ட பொருளின் வெப்ப ஆற்றல் இழப்பு தயக்கக் கண்ணியின் பரப்பிற்குச் சமம்.
• தக்க வைத்தல் (retentivity) காந்த நீக்கச் செறிவு காந்த உட்புகுதிறன், காந்த ஏற்புத்திறன் மற்றும் ஆற்றல் இழப்புகள் போன்றவற்றில் உள்ள வேறுபாடுகளின் காரணமாக பொருள்கள் ஒவ்வொன்றும் அவற்றிற்கே உரிய வடிவம் மற்றும் அளவு கொண்ட காந்தத் தயக்கக் கண்ணியைக் பெற்றிருக்கும்.