అయస్కాంతత్వం 

ఆధునిక ప్రగతికి ‘దారి చూపే రాయి!’

ఆరోగ్య సేవల్లో భాగంగా చేసే ఎంఆర్‌ఐ తదితర పరీక్షల్లో శరీర భాగాల చిత్రాలను స్పష్టంగా గుర్తించడానికి ఒక శక్తి పని చేస్తుంది. ఆధునిక జీవితాల్లో భాగమైన కంప్యూటర్లలోని హార్డ్‌ డిస్క్‌ల్లో సమాచారం నిక్షిప్తం చేసేది కూడా అదే శక్తి. అన్నికంటే ముఖ్యంగా ప్రపంచంలో ప్రయాణాలకు దిక్కుల దారి చూపే మార్గదర్శి. అదే అయస్కాంతత్వం. భౌతికశాస్త్ర పరంగా పరమాణువుల్లోని ఆవేశపూరిత కణాలు ముఖ్యంగా ఎలక్ట్రాన్స్‌ కదలికల వల్ల ఉత్పన్నమయ్యే ప్రాథమిక శక్తి. నిత్యజీవిత అనువర్తనాల్లో విస్తృతంగా వినియోగించే ఈ అయస్కాంత పదార్థాలు - రకాలు, స్వభావాల వారీగా వర్గీకరణ, వాటి తయారీ విధానం, రకరకాల ఉపయోగాలు గురించి పరీక్షార్థులు శాస్త్రీయంగా తెలుసుకోవాలి. వివిధ లోహాల అయస్కాంత ప్రభావాలు, అయస్కాంత అభివాహ మార్పుల వల్ల కలిగే విద్యుత్తు ప్రవాహాలు, సంబంధిత సూత్రాలను గుర్తుంచుకోవాలి.

అయస్కాంత దృగ్విషయాలు సార్వత్రికమైనవి. మానవులు, జంతువులు అన్నింటిలోనూ అనేక భిన్నమైన జనకాల నుంచి ఏర్పడే అయస్కాంత క్షేత్ర సమూహాలు అంతటా చొచ్చుకుపోయి ఉంటాయి. భూమికి ఉండే అయస్కాంతత్వం మానవ పరిణామదశ కంటే ముందు నుంచే ఉంది. అయస్కాంతాల దిశా ధర్మం కూడా పురాతన కాలం నుంచి తెలిసిందే. ప్రకృతిలో సహజంగా లభించే ముడి ఖనిజమైన ఇనుప-మాగ్నటైట్‌కు ‘దారి చూపే రాయి’ అనే అర్థంతో ‘లోడ్‌స్టోన్‌ అనే పేరు పెట్టారు. 400 ఏళ్ల నాటి చైనా గ్రంథాల్లో ఓడల పైభాగంలో దిశా నిర్దేశానికి అయస్కాంత సూదులు (సూచికలు) వాడిన ప్రస్తావన ఉంది. గోబీ ఎడారిని దాటే బిడారులు  (carvans) కూడా అయస్కాంత సూదులు ఉపయోగించారు చైనా ఇతిహాసంలో 4 వేల సంవత్సరాల క్రితం నాటి చక్రవర్తి హ్యువాంగ్‌-తి విజయగాథ వృత్తాంతం ప్రకారం ఆయన వద్ద పనిచేసే శిల్పులు చేతులను ముందుకు చాచిన ఒక అయస్కాంతమూర్తిని ఉంచిన రథాన్ని నిర్మించారు. ఈ రథం సాయంతో హ్యువాంగ్‌-తి సేనలు దట్టంగా అలముకున్న పొగమంచులో కూడా శత్రువు వెనుక భాగం నుంచి దాడి చేసి వారిని ఓడించగలిగేవారు.

ఒక కార్క్‌ ముక్కపై అయస్కాంతాన్ని ఉంచి నిశ్చలంగా ఉన్న నీటిపై తేలే విధంగా చేస్తే అది ఉత్తర - దక్షిణ దిక్కులను సూచించడం గమనించవచ్చు. 

బయట్‌ - సవర్ట్‌ నియమం: ఒక వాహకం ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్తు ప్రవాహం వల్ల ఏదైనా బిందువు వద్ద అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రేరణ విలువ (dB), వాహకం ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్తు ప్రవాహానికి  (I), అల్పాంశం పొడవుకు (dl), అల్పాంశానికి; అల్పాంశాన్ని, బిందువును కలిపే రేఖ సైన్‌ విలువకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. అల్పాంశం నుంచి బిందువుకు ఉండే మధ్య దూర వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది (ఇచ్చిన పొడవులో అతి తక్కువ పొడవును అల్పాంశం అంటారు).

భూ అయస్కాంత ప్రాథమిక రాశులు: 

1) దిక్పాతం(D): ఏదైనా ప్రదేశం వద్ద భౌగోళిక ఉత్తర - దక్షిణ రేఖ, అయస్కాంత ఉత్తర - దక్షిణ రేఖల మధ్య కోణాన్ని దిక్పాతం అంటారు.

2) ప్రవణత లేదా అవపాత కోణం(I): ఏదైనా ప్రదేశం వద్ద క్షితిజ సమాంతర దిశతో భూమి అయస్కాంత క్షేత్ర దిశ చేసే కోణాన్ని ప్రవణత లేదా అవపాత కోణం అంటారు.

3) భూ అయస్కాంత క్షితిజ సమాంతర అంశం(HE):  భూ అయస్కాంత క్షేత్రం క్షితిజ సమాంతర అంశం HE = BE cosI

క్షితిజ లంబ అంశం ZE = BE sinI

రిటెంటివిటీ: ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థంపై ప్రయోగించిన అయస్కాంత క్షేత్ర సత్వాన్ని సున్నాకు తగ్గించినప్పుడు దానిలో మిగిలి ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రేరణ విలువను దాని రిటెంటివిటీ అంటారు.

కోయెర్సివిటీ: ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థంలో మిగిలి ఉన్న అయస్కాంతత్వాన్ని తొలగించేందుకు కావాల్సిన అయస్కాంతీకరణ తీవ్రతను కోయెర్సివిటీ అంటారు.

* ఉక్కు రిటెంటివిటీ, కోయెర్సివిటీ విలువలు మెత్తని ఇనుము కంటే ఎక్కువ. మెత్తని ఇనుముకు శక్తి నష్టం తక్కువ. అందుకే విద్యుదయస్కాంతాల్లో మెత్తని ఇనుమును వాడతారు. ఉక్కుకు రిటెంటివిటీ ఎక్కువ కాబట్టి దీన్ని శాశ్వత అయస్కాంతాల్లో ఎక్కువగా ఉపయోగిస్తారు.

పదార్థ అయస్కాంత ససెప్టిబిలిటీ: ఒక పదార్థంపై బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రభావాన్ని తెలియజేసే భౌతిక రాశినే ఆ పదార్థ అయస్కాంత ససెప్టిబిలిటి అంటారు. అయస్కాంతీకరణ (I), అయస్కాంత క్షేత్ర తీవ్రత (H) మధ్య నిష్పత్తిని ఆ పదార్థ అయస్కాంత ససెప్టిబిలిటీ (X) అంటారు.

* దీనికి ప్రమాణాలు లేవు.

* ఇనుము, కోబాల్ట్‌ లాంటి ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలకు ససెప్టిబిలిటీ విలువ ధనాత్మకం, అధికం.

* అల్యూమినియం, సోడియం లాంటి పారా అయస్కాంత పదార్థాలకు ససెప్టిబిలిటీ విలువ ధనాత్మకం, అల్పం.

* రాగి, వెండి, బంగారం లాంటి డయా అయస్కాంత పదార్థాలకు ససెప్టిబిలిటీ విలువ రుణాత్మకం, అల్పం.

హిస్టిరిసిస్‌: ఒక అయస్కాంత పదార్థంపై ప్రయోగించిన అయస్కాంత క్షేత్ర తీవ్రతను పెంచుతూపోతే దానిలోని అయస్కాంత ప్రేరణ కూడా పెరుగుతుంది. కానీ అదే క్షేత్ర తీవ్రతను తగ్గిస్తూ పోతే ఆ పదార్థంలోని అయస్కాంత ప్రేరణ తగ్గుదల వెనుకబడిపోతుంది. అంటే పదార్థంలోని అయస్కాంత ప్రేరణ విలువ అయస్కాంత క్షేత్ర తీవ్రతపై మాత్రమే కాకుండా గత చరిత్రపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ దృగ్విషయాన్నే హిస్టిరిసిస్‌ అంటారు.

* ఒక ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థ హిస్టిరిసిస్‌ లూప్‌ దాని రిటెంటివిటీ, కోయెర్సివిటీ విలువలను ఇస్తుంది. మెత్తని ఇనుముకు రిటెంటివిటీ, కోయెర్సివిటీ విలువలు తక్కువ. మెత్తని ఇనుము హిస్టిరిసిస్‌ లూప్‌ వైశాల్యం తక్కువ. అంటే మెత్తని ఇనుమును సులభంగా అయస్కాంతీకరించవచ్చు.

ఎడ్డీ విద్యుత్తు ప్రవాహాలు: అయస్కాంత అభివాహ మార్పుల వల్ల పెద్దపెద్ద లోహపు దిమ్మెల్లో ప్రేరితమయ్యే విద్యుత్తు ప్రవాహాలను ఎడ్డీ విద్యుత్తు ప్రవాహాలు అంటారు. వీటినే ఫోకాల్ట్‌ ప్రవాహాలు అని కూడా వ్యవహరిస్తారు. 

ప్రయోజనాలు: 

రైళ్లలో అయస్కాంత బ్రేకులు: విద్యుత్తుతో నడిచే రైళ్లలో రైలు పట్టాల్లోకి శక్తిమంతమైన విద్యుదయస్కాంతాలు చర్యలోకి రాగానే వాటిలో జనించే ఎడ్డీ విద్యుత్తు ప్రవాహాలు రైలు చలనాన్ని వ్యతిరేకిస్తాయి. అందువల్ల రైలు మృదువుగా ఆగిపోతుంది.

విద్యుదయస్కాంతీయ అవరుద్దం: గాల్వనో మీటర్‌లో తీగచుట్ట వెనువెంటనే విరామ స్థితిలోకి రావడానికి కోర్‌లోని ఎడ్డీ ప్రవాహాలు ఉపయోగపడతాయి.

ప్రేరణ కొలిమి: కరిగించాల్సిన లోహాల చుట్టూ ఉన్న తీగచుట్ట ద్వారా అధిక పౌనఃపున్యం ఉండే ఏకాంతర ప్రవాహాన్ని పంపినప్పుడు ఆ లోహాల్లో జనించే ఎడ్డీ ప్రవాహాలు అధిక ఉష్ణోగ్రతను పుట్టిస్తాయి.

విద్యుత్తు సామర్థ్య మీటర్‌లు: విద్యుత్తు సామర్థ్య మీటర్‌లోని మెరిసే లోహపుబిళ్ల ఎడ్డీ ప్రవాహాల వల్ల తిరుగుతూ ఉంటుంది.

అయస్కాంత పదార్థాలు - రకాలు:

1) డయా అయస్కాంత పదార్థాలు: ఏ పదార్థాల అయస్కాంత భ్రామకం శూన్యంగా ఉంటుందో వాటిని డయా అయస్కాంత పదార్థాలు అంటారు. వీటిని అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంచినప్పుడు క్షేత్ర దిశకు వ్యతిరేకంగా కదులుతాయి. వీటిని అయస్కాంతీకరించడం కుదరదు. ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉండవు. ఇవి అయస్కాంతాలతో అసలు ఆకర్షితం కావు. బలహీనంగా వికర్షణకు గురవుతాయి. ఉదా: బంగారం, వెండి, కాపర్, బిస్మత్, గాజు, పాదరసం మొదలైనవి.

2) పారా అయస్కాంత పదార్థాలు: ఇవి అయస్కాంతంతో స్వల్పంగా ఆకర్షితమవుతాయి. వీటి ఫలిత అయస్కాంత భ్రామకం శూన్యంగా కాకుండా కొంత విలువతో  ఉంటుంది. వీటిని అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంచినప్పుడు క్షేత్ర దిశలోనే కదులుతాయి. వీటిని బలహీన అయస్కాంతాలుగా మార్చవచ్చు. ఇవి ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటాయి. అయస్కాంత క్షేత్రంలో తక్కువ తీవ్రత ఉండే ప్రాంతం నుంచి ఎక్కువ తీవ్రత ఉండే ప్రాంతానికి కదులుతాయి.  ఉదా: A1, Cr, Pt, Mn, N2, O2, Na, ...

3) ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలు:  వీటిని అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఉంచినప్పుడు క్షేత్ర దిశలోనే కదులుతాయి. వీటి ఫలిత అయస్కాంత భ్రామకానికి చాలా ఎక్కువ విలువ ఉంటుంది. వీటిని బలమైన అయస్కాంతాలుగా మార్చవచ్చు. ఇవి అయస్కాంతాలతో బలంగా ఆకర్షితమవుతాయి. ఇవి ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటాయి. అయస్కాంత క్షేత్రంలో తక్కువ తీవ్రత ఉన్న ప్రాంతం నుంచి ఎక్కువ తీవ్రత ఉన్న ప్రాంతానికి కదులుతాయి.ఉదా: ఇనుము, నికెల్, కోబాల్ట్, గెడలోనియం, డిస్ప్రూషియా, ఆల్నికో

* వీటి ఉష్ణోగ్రతను పెంచుతూ పోతే ఏ ఉష్ణోగ్రత వద్ద పారా అయస్కాంత పదార్థాలుగా మారతాయో ఆ ఉష్ణోగ్రతను క్యూరీ ఉష్ణోగ్రత అంటారు.

మాదిరి ప్రశ్నలు

1. కిందివాటిలో భూ అయస్కాంత ప్రాథమిక రాశులను గుర్తించండి.

1) దిక్పాతం     2) అవపాతం     3) క్షితిజ సమాంతర అంశం     4) పైవన్నీ

2. విద్యుదయస్కాంత తయారీకి ఉపయోగించే పదార్థం?

1) మెత్తని ఇనుము     2) దుక్క ఇనుము     3) స్పాంజి ఇనుము     4) పిగ్‌ ఐరన్‌

3. కిందివాటిలో రిటెంటివిటీ ఎక్కువగా ఉండే పదార్థం-

1) కాపర్‌     2) అల్యూమినియం     3) స్టీలు     4) బంగారం

4. అయస్కాంత ససెప్టిబిలిటీ ప్రమాణాలు తెలపండి.

1) ఆంపియర్‌-మీటర్‌     2) ప్రమాణాలు లేవు     3) ఆంపియర్‌/ మీటర్‌     4) టెస్లా

5. రాగి, బంగారం, వెండి లాంటి డయా అయస్కాంత పదార్థాల ససెప్టిబిలిటీ విలువ?

1) స్వల్పం     2) అధికం    3) అనంతం   4) శూన్యం

6. మెత్తని ఇనుమును సులభంగా అయస్కాంతీకరించడానికి గల కారణం దాని హిస్టిరిసిస్‌ లూప్‌ వైశాల్యం?

1) ఎక్కువ    2) తక్కువ   3) శూన్యం   4) అనంతం

7. కిందివాటిలో ఎడ్డి ప్రవాహాలకు సంబంధించి సరైన దానిని గుర్తించండి.

1) రైళ్లలో అయస్కాంత బ్రేకులుగా ఉపయోగించడం

2) విద్యుదయస్కాంతీయ అవరుద్దం

3) విద్యుత్తు సామర్థ్య మీటర్‌లు

4) పైవన్నీ

8. తీగచుట్ట ద్వారా వెళ్లే అయస్కాంత అభివాహం కాలంతో మారుతుంటే అందులో విద్యుచ్ఛాలక బలం ప్రేరితమవుతుందని తెలిపే ప్రయోగాలు?

1) ఎడ్డి, ఫారడే    2) ఫారడే, హెన్రీ

3) లెంజ్, ఫారడే   4) అయిర్‌స్టడ్, హెన్రీ

 

9. కిందివాటిలో పారా అయస్కాంత పదార్థాన్ని గుర్తించండి.

1) స్టీలు     2) ప్లాటినం     3) బిస్మత్‌     4) బంగారం

 

10. ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాల ససెప్టిబిలిటి గుర్తించండి.

జవాబులు: 

1-4;    2-1;     3-3;      4-2;     5-1;    6-2;    7-4;     8-2;    9-2;   10-3.