चुंबकत्व

चुंबक ( Magnet) :

           ज्या पदार्थांकडे लोखंड, निकेल, कोबाल्ट इत्यादीपासून बनवलेल्या वस्तू आकर्षल्या जातात. अशा पदार्थाला ‘चुंबक म्हणतात. पदार्थाच्या या गुणधर्माला ‘चुंबकत्व (magnetism) असे म्हणतात.

           वाळू, कागदाचे कपटे, लाकडाचा भुसा, लोखंडाचा कीस, टाचण्या यांचे मिश्रण एका बशीमध्ये घ्या व चुंबक त्या मिश्रणावरून फिरवा. चुंबकाला चिकटणाऱ्या पदार्थांना ‘चुंबकीय पदार्थ (magnetic material) म्हणतात, तर जे पदार्थ चुंबकाला चिकटत नाहीत त्यांना  अचुंबकीय पदार्थ (non- magnetic material)  लोह, कोबाल्ट, निकेल हे धातू चुंबकीय पदार्थ आहेत.

           चुंबकाच्या शोधाबद्दल एक दंतकथा (legend) आहे. असे म्हणतात, की ग्रीस देशात राहणारा ‘मॅग्नेस’ नावाचा एक मेंढपाळ होता. एके दिवशी त्याच्या मेंढ्या चरत असताना तो एका मोठ्या खडकावर बसला. परत जाण्याच्या वेळी तो दगडावरून उठला, तर काय आश्चर्य! त्याची काठी आणि त्याचे बूट खडकाला चिकटून बसले होते. दगडापासून बाजूला होण्यास त्याला खूप जोर दयावा लागला. काठीच्या टोकावरील लोखंडी पट्टी आणि त्याच्या बुटातील लोखंडी खिळ्यांमुळे असे होत असल्याचे त्याच्या लक्षात आले, पण इतर खडक मात्र त्याच्या बुटाला व काठीला चिकटले नाहीत. नंतर त्याने तो खडक सर्वांना दाखवला. हा शोध लावणाऱ्या  मेंढपाळाच्या नावावरून खडकाचे ‘मॅग्नेटाईट ‘ असे नाव पडले. ‘मॅग्नेटाईट हा नैसर्गिक चुंबक आहे. हा शोध ग्रीसच्या मॅग्नेशिया या भागात लागल्यामुळेही ‘मॅग्नेटाईट ‘ हे नाव पडले असावे.

होकायंत्र :

           मॅग्नेटाईट खडकाचा तुकडा टांगल्यास तो नेहमी उत्तर-दक्षिण दिशेने स्थिरावतो, हे ही जुन्या काळातच युरोप आणि चीनमधील लोकांच्या लक्षात आले होते. अनोळखी प्रदेशातून प्रवास करताना दिशा शोधण्यासाठी या खडकांचा वापर होऊ लागला. या खडकाला ‘लोडस्टोन’ असेही म्हणतात. यातूनच पुढे होकायंत्राची निर्मिती झाली. चुंबक हा विविध आकारांचा असतो, तो उपयोगानुसार बनवला जातो. आजकाल अनेक यंत्रे, उपकरणे यांमध्ये चुंबकाचा वापर केला जातो. त्यास ‘मानवनिर्मित चुंबक’ म्हणतात.

            दैनंदिन व्यवहारामध्ये आपण पट्टी चुंबक (bar magnet), चकती चुंबक (disc magnet),नालाकृती चुंबक (horseshoe magnet), वर्तुळाकार  चुंबक, (ringshaped magnet) दंडगोलाकार (cylindrical) तसेच लहान आकारांचे बटणांप्रमाणे दिसणारे चुंबक वापरतो.

चुंबकत्व एक ऊर्जा : (Magnetism)

          चुंबक एखादी वस्तू आकर्षून घेते म्हणजे चुंबकीय बलामुळे त्या वस्तुचे विस्थापन होते. कारखाने, बंदर, कचरा डेपो अशा ठिकाणी मोठ्या वस्तूंची हलवाहलव करावी लागते. त्यासाठी क्रेनमध्ये चुंबक वापरतात. चुंबकीय बलामुळे कार्य होते. यावरून, चुंबकत्व ही एक प्रकारची ऊर्जा आहे हे आपल्या लक्षात येते.

चुंबकाची वैशिष्ट्ये (Characteristics of a magnet)

          वर्गामध्ये / प्रयोगशाळेत एक दिशा निश्चित करा. एक पट्टी चुंबक मधोमध दोरा बांधून एका स्टैंडला अडकवा. चुंबक कोणत्या दिशेत स्थिर झाला ते नोंदवा व पुन्हा चुंबक गोल फिरवा. आता तो स्थिर झाला की पुन्हा दिशा नोंदवा. असे अनेक वेळा करा. चुंबकाचे जे टोक उत्तर दिशेला स्थिर राहते. त्याला ‘उत्तर ध्रुव’ असे म्हणतात तर दक्षिण दिशेच्या टोकाला ‘दक्षिण ध्रुव’ म्हणतात. उत्तर ध्रुव ‘N’ ने दर्शवतात तर दक्षिण ध्रुव ‘S’ ने दर्शवतात.                          चुंबक प्रत्येकवेळी उत्तर-दक्षिण दिशेत स्थिर होतो.

           एका कागदावर लोखंडाचा कीस घ्या व त्यावरून पट्टी चुंबक फिरवा. पट्टी चुंबक मधोमध पकडून उचला. चुंबकाच्या कोणत्या भागावर लोखंडाचा कीस जास्त प्रमाणात चिकटला ?  कोणत्या भागावर कमी प्रमाणात चिकटला?  यावरून काय सांगता येईल? चुंबकीय बल चुंबकाच्या दोन्ही टोकाकडे म्हणजेच ध्रुवांकडे एकवटलेले (cocentrated) असते. 

            कात्रीने अथवा सुरीने कापता येण्यासारखा एक पट्टी चुंबक घ्या. कागदावर लोहकीस घेऊन त्यावर चुंबक ठेवा. दोन्ही टोकांना लोहकीस जास्त प्रमाणात चिकटलेला दिसेल. आता चुंबकाचे  दोन तुकडे करा व ते लोहकीसावर ठेवा. प्रत्येक तुकडा उचलून पहा. काय दिसते ? एका चुंबकाचे दोन भाग केल्यास दोन स्वतंत्र चुंबक तयार होतात म्हणजेच चुंबकाचे दोन ध्रुव एकमेकांपासून वेगळे करता येत नाहीत.

          चुंबकापासून चुंबकनिर्मिती  शक्तिशाली पट्टी चुंबक स्टैंडला अडकवा. चुंबकाच्या खाली थोड्या अंतरावर एक लोखंडी पट्टी अडकवा. लोखंडी पट्टीजवळ लोहकीस न्या, काय दिसते ? काही वेळानंतर चुंबक काढून घ्या. काय दिसते ? चुंबक जवळ असला, की लोखंडी पट्टीला लोहकीस चिकटतो व चुंबक काढून घेताच पट्टीला चिकटलेला लोहकीस खाली पडतो, म्हणजेच पट्टीतील चुंबकत्व नाहीसे होते.

प्रवर्तित चुंबकत्व :

          चुंबकाच्या सान्निध्यात चुंबकीय पदार्थ नेल्यास त्यालाही चुंबकत्व प्राप्त होते. या चुंबकत्वाला प्रवर्तित चुंबकत्व (induced magnetism) म्हणतात.  पट्टी चुंबक स्टैंडला अडकवा, त्याला स्थिर होऊ दया. दुसरा पट्टी चुंबक घ्या व तो टांगलेल्या पट्टी चुंबकाजवळ न्या. काय होते याचे निरीक्षण करा. चुंबकाच्या टोकांची अदलाबदल करून ही कृती पुन्हा पुन्हा करून पहा. काय दिसते ? चुंबकांच्या सजातीय ध्रुवांमध्ये प्रतिकर्षण (repulsion), तर विजातीय ध्रुवांमध्ये आकर्षण असते.

            एक सुई/खिळा घ्या. तो टेबलावर स्थिर ठेवा.  त्यावरून चुंबक एका टोकापासून दुसर्या टोकापर्यंत घासत रहा. असे ७-८ वेळा करा. आता त्या सुई/ खिळ्याजवळ टाचण्या न्या. काय दिसते ? अशा प्रकारे चुंबकीय वस्तूंना चुंबकत्व प्राप्त होते. या प्रकारच्या चुंबकत्वाला ‘तात्पुरते चुंबकत्व’ म्हणतात. जे काही काळापुरते टिकून राहते.

 कृत्रिम चुंबक विद्युत चुंबक बनवा.

           साहित्य – अंदाजे १० सेमी लांबीचा लोखंडी खिळा, एक मीटर लांब तांब्याची तार, एक बँटरी, टाचण्या किंवा इतर चुंबकीय वस्तू,  खिळ्याभोवती तांब्याची तार गुंडाळा. तारेची दोन्ही टोके बॅटरीला जोडा. आता लोखंडी खिळ्याच्या टोकाजवळ टाचण्या न्या. काय होते ? ही कृती केल्यानंतर आपल्या असे लक्षात येते, की टाचण्या खिळ्याला चिकटतात. आता विद्युतप्रवाह बंद करून काय होते ते पहा. खिळ्याला चिकटलेल्या टाचण्या पडतात. असे का होते? विदयुतप्रवाहामुळे खिळ्यामध्ये चुंबकत्व निर्माण होते. तो बंद केला, की चुंबकत्व नाहीसे होते. अशा चुंबकास विद्युतचुंबक (electro magnet)म्हणतात. विद्युतचुंबकत्व हे तात्पुरते असते.

           दैनंदिन जीवनामध्ये विदयुतचुंबकत्वाचा वापर अनेक ठिकाणी केला जातो. याउलट पिन होल्डर किंवा कपाटाच्या दाराला लावलेले चुंबक हे कायमचे चुंबक असते. कायम चुंबके निकेल, कोबाल्ट व लोह यांच्या मिश्रणांपासून बनवतात.

उदाहरणार्थ, आल्निको हा पदार्थ अल्युमिनिअम, निकेल, कोबाल्ट यांचे मिश्रण आहे. दारावरची घंटा, क्रेन अशा उपकरणांमध्ये विदयुतचुंबकत्वाचा वापर होतो.

         मायकेल फॅरेडे  या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने चुंबकाच्या साहाय्याने वीजनिर्मितीचे तंत्र विकसित केले. गरीब कुटुंबात जन्मल्यामुळे एका पुस्तक विक्रेत्याकडे मायकेल फॅरेडे यांना काम करावे लागले. तेथे विज्ञान विषयाची अनेक पुस्तके वाचल्यामुळे त्यांची विज्ञानातील रुची वाढत गेली. पुढे लंडनच्या रॉयल इन्स्टिट्यूटमध्ये त्यांनी हे संशोधन केले. फॅरेडेच्या संशोधनामुळे आपल्याला दैनंदिन जीवनातील असंख्य उपकरणांमध्ये विजेचा व विदयुतचुंबकाचा वापर करणे शक्य झाले.

          मगलेव ट्रेनमध्ये विदयुतचुंबकत्व आणि चुंबकाचे प्रतिकर्षण या गुणधर्मांचा उपयोग केला जातो.    प्रतिकर्षणामुळे ट्रेन आणि रूळ यांमधील घर्षण बल कार्य करत नाही, त्यामुळे ट्रेन सर्वाधिक वेगाने रुळांवरून पुढे सरकत जाते. तिच्या दोन्ही बाजूंस बसवलेले चुंबक तिला पुढे जाण्यास मदत करतात.

          ATM कार्ड, क्रेडिट कार्ड इत्यादींमध्ये एक चुंबकाची  पट्टिका असते. त्यामध्ये तुमची आवश्यक माहिती साठवलेली असते. कॉम्प्युटरची हार्ड डिस्क, ऑडिओ टेप, व्हिडिओ टेप यांमध्येही चुंबकीय पदार्थांचा वापर माहिती (Data) साठवण्यासाठी केला जातो.

चुंबकत्व कसे नष्ट होते ?

          चुंबक तापवले, फेकून दिले, आपटले, तोडले की त्यातील चुंबकत्व नष्ट होते. त्यामुळे ते व्यवस्थित ठेवणे महत्त्वाचे असते. चुंबकपट्टी ठेवलेल्या पेटीमध्ये मृदू लोखंडाची ठेवलेली आदळ-आपट, तापमान, गैरवापर यांसारख्या कारणांमुळेही चुंबकाचे चुंबकत्व नाहीसे होण्याचा संभव असतो. मृदु लोखंडाची/शुद्ध लोखंडाची पट्टी चुंबकाचे रक्षण करते म्हणून अशा पट्टीस ‘चुंबकरक्षक’ (magnet keeper)  म्हणतात.