एक चुंबकीय पट्टी को आधे में काटने से उसके खंभे नहीं हटेंगे। यह केवल दो चुम्बकों का उत्पादन करेगा, प्रत्येक एक उत्तरी ध्रुव के साथ जो दूसरे चुंबक के दक्षिणी ध्रुव की ओर आकर्षित होगा, और इसके विपरीत।
यह आकर्षण का यह मूल गुण है जो मैग्नेट को कई उद्देश्यों के लिए उपयोगी बनाता है, फ्रिज में पार्टी के निमंत्रण को धारण करने से लेकर मेडिकल इमेजिंग बनाने तक।
लेकिन ये ध्रुव कैसे उत्पन्न होते हैं? चुंबक का उत्तर और दक्षिण ध्रुव क्यों होता है?
मैग्नेट “भौतिकी के सबसे गहरे रहस्यों में से एक हैं,” उन्होंने कहा। ग्रेग बोएबिंगर (एक नए टैब में खुलता है)तल्हासी, फ्लोरिडा में राष्ट्रीय उच्च चुंबकीय क्षेत्र प्रयोगशाला के निदेशक। जबकि लोग हजारों सालों से मैग्नेट का इस्तेमाल कर रहे हैं (एक नए टैब में खुलता है)वैज्ञानिक अभी भी नई चीजें सीख रहे हैं कि वे कैसे काम करते हैं।
चुम्बकों के ध्रुव क्यों होते हैं इसका मूल उत्तर इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार में निहित है। चुम्बक सहित सभी पदार्थ परमाणुओं से बने होते हैं। प्रत्येक भुट्टानाभिक एक या अधिक ऋणावेशित इलेक्ट्रॉनों से घिरा होता है। इनमें से प्रत्येक इलेक्ट्रॉन अपना छोटा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, जिसे वैज्ञानिक “स्पिन” कहते हैं। यदि इनमें से पर्याप्त छोटे चुंबकीय क्षेत्र एक ही दिशा में इंगित करते हैं, तो सामग्री स्वयं अनुचुंबकीय हो जाती है।
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बॉबिंगर ने लाइव साइंस को बताया कि एक इलेक्ट्रॉन का “स्पिन” एक अमूर्त अवधारणा है। तकनीकी रूप से, किसी ने कभी भी इलेक्ट्रॉन स्पिन नहीं देखा है – यह माइक्रोस्कोप के नीचे देखने के लिए बहुत छोटा है। लेकिन भौतिकविदों को पता है कि इलेक्ट्रॉनों का एक चुंबकीय क्षेत्र होता है क्योंकि उन्होंने इसे मापा है। और इस क्षेत्र को उत्पन्न करने का एक तरीका यह है कि इलेक्ट्रॉन घूम रहा हो। घूर्णन की दिशा उलट दें, और चुंबकीय क्षेत्र उलट जाएगा।
जब संभव हो, इलेक्ट्रॉन जोड़े जाएंगे ताकि उनका स्पिन रद्द हो जाए (एक नए टैब में खुलता है), जो एक परमाणु के शुद्ध चुंबकत्व को शून्य कर देता है। लेकिन कुछ तत्वों, जैसे लोहा, में ऐसा नहीं हो सकता। इलेक्ट्रॉनों की संख्या और जिस तरह से उन्हें नाभिक के चारों ओर रखा जाता है, इसका मतलब है कि प्रत्येक लोहे के परमाणु में एक गैर-युग्मित इलेक्ट्रॉन होगा जो एक छोटा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है।
एक गैर-चुंबकीय सामग्री में, ये अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्र अलग-अलग यादृच्छिक दिशाओं में इंगित करते हैं। इस मामले में, वे ज्यादातर एक दूसरे को रद्द कर देते हैं, इसलिए सामग्री आमतौर पर चुंबकीय नहीं होती है। लेकिन सही परिस्थितियों में, छोटे उप-परमाण्विक चुंबकीय क्षेत्र एक ही दिशा में संरेखित हो सकते हैं। कोई इसके बारे में सोच सकता है कि चारों ओर घूमने वाले लोगों की भीड़ बनाम एक ही दिशा में आयोजन और सामना करने वाले सभी के बीच का अंतर। इन बहुत छोटे चुंबकीय क्षेत्रों का संयोजन एक बड़ा चुंबकीय क्षेत्र बनाता है – इस प्रकार सामग्री चुंबक बन जाती है।
रोजमर्रा की जिंदगी में इस्तेमाल होने वाले कई मैग्नेट, जैसे फ्रिज मैग्नेट, स्थायी मैग्नेट के रूप में जाने जाते हैं। इन सामग्रियों में, सामग्री में कई परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र बाहरी बल द्वारा स्थायी रूप से संरेखित हो गए हैं – जैसे कि अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र के अंदर रखा जाना।
अक्सर, यह अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र बिजली द्वारा उत्पन्न होता है। विद्युत और चुंबकत्व मौलिक रूप से संबंधित हैं, क्योंकि विद्युत आवेशों की गति से चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होते हैं। इसीलिए घूमते हुए इलेक्ट्रॉन में एक चुंबकीय क्षेत्र होता है। लेकिन वैज्ञानिक बहुत मजबूत चुम्बक बनाने के लिए बिजली का उपयोग भी कर सकते हैं पाउलो वेरासीन (एक नए टैब में खुलता है)कैलिफोर्निया में लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी के एक वरिष्ठ वैज्ञानिक। तार के एक कुंडल के माध्यम से पर्याप्त करंट चलाने से एक बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है जो तब तक रहता है जब तक करंट प्रवाहित होता है। वेरासीन ने लाइव साइंस को बताया कि इन विद्युत चुम्बकों का अक्सर भौतिकी अनुसंधान में उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) मशीनों जैसे चिकित्सा उपकरणों में भी किया जाता है।
पृथ्वी का अपना चुंबकीय क्षेत्र भी है – जो कम्पास की सुई को काम करती है। वैज्ञानिकों ने एक चुंबक के उत्तरी ध्रुव को टिप के रूप में परिभाषित किया है जो चुंबक के स्वतंत्र रूप से घूमने पर पृथ्वी के उत्तरी ध्रुव की ओर इशारा करता है। लेकिन तकनीकी रूप से, बोएबिंगर ने समझाया, इसका मतलब है कि पृथ्वी का चुंबकीय उत्तरी ध्रुव वास्तव में एक चुंबकीय दक्षिणी ध्रुव है, क्योंकि विपरीत ध्रुव आकर्षित होते हैं।
भौतिक शब्दों में, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ चुंबक के उत्तरी ध्रुव से उसके दक्षिणी ध्रुव की ओर बहती हैं, जिससे एक बंद लूप बनता है।
भौतिकविदों ने चुंबकीय ध्रुवों के लिए अन्य व्यवस्थाएँ भी खोजी हैं, चतुर्भुज सहित (एक नए टैब में खुलता है), जहां उत्तर और दक्षिण चुंबकीय ध्रुवों का एक समूह एक वर्ग में व्यवस्थित होता है। एक लक्ष्य मायावी बना हुआ है, वेरासीन ने कहा: अभी तक किसी को भी चुंबकीय एकाधिकार नहीं मिला है।
इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन एकध्रुवीय होते हैं: उनमें से प्रत्येक में एक ही विद्युत आवेश होता है, धनात्मक या ऋणात्मक। लेकिन इलेक्ट्रॉनों (और अन्य कणों में भी) में चुंबकीय ध्रुव होते हैं। क्योंकि वे मूलभूत कण हैं, उन्हें और अधिक तोड़ा नहीं जा सकता। कणों के विद्युत और चुंबकीय रूप से व्यवहार करने के तरीके के बीच के इस अंतर ने कई भौतिकविदों को आकर्षित किया है, और कुछ के लिए, एक एकल चुंबकीय ध्रुव के साथ एक कण खोजना पवित्र कंघी बनानेवाले की रेती है। इसकी खोज भौतिकी के नियमों का उल्लंघन करेगी जैसा कि हम वर्तमान में उन्हें समझते हैं।