అయస్కాంతత్వం - 1

 సహజ ఆకర్షణ బలాల శక్తి స్వరూపం!
 

 

విమానాలు ఎగరాలన్నా, ఓడలు ప్రయాణించాలన్నా, ఇల్లు కట్టాలన్నా, రోడ్లు వేయాలన్నా, వంతెనలు నిర్మించాలన్నా దిక్కులు తెలియాలి. అందుకోసం కంపాస్‌ కావాలి. ఫ్యాన్లు, ఫ్రిజ్‌లు, వాహనాలు, ఇతర మోటార్లలో విద్యుత్తు శక్తిని యాంత్రికశక్తిగా మార్చేందుకూ మరో ఆవేశపూరిత బలం అవసరమవుతుంది. ఆరోగ్య సమస్యలను గుర్తించడానికి వాడే  స్కానర్లు, పరికరాల్లోనూ ఒక శక్తి ఉంటుంది. డెబిట్, క్రెడిట్‌ కార్డుల వెనుక వైపు ఉండే నల్లటి స్వైపింగ్‌ చారల్లోనూ అదృశ్య శక్తి దాక్కొని ఉంటుంది. వీటన్నింటిలోనూ ఉండే ఆ అద్భుతశక్తి అయస్కాంతత్వం. పరమాణువుల్లో ఆవేశాన్ని సంతరించుకున్న కణాల కదలికల నుంచి ఉత్పన్నమయ్యే సహజ ఆకర్షణ, వికర్షణ బలాల శక్తి స్వరూపం. భౌతికశాస్త్రం అధ్యయనంలో భాగంగా ఆసక్తికరమైన అయస్కాంతత్వం, రకాలు, ధర్మాలు తదితర వివరాలను పోటీ పరీక్షార్థులు తెలుసుకోవాలి. 

అయస్కాంతత్వం అంటే ఆకర్షించే గుణం. వేదకాలంలో ఈ సూదంటు రాయిని చుంబకం అనే పిలిచేవారు. అయస్కాంతాన్ని మాగ్నస్‌ అనే గొర్రెల కాపరి కనుక్కున్నాడు. దీన్ని మొదటిసారిగా గ్రీకులు ఉపయోగించారు. ఏదైనా ఒక పదార్థంలో పరమాణు ఎలక్ట్రాన్‌లు ఒక క్రమ పద్ధతిలో అమరి ఉండటం వల్ల కలిగే ఆకర్షణ శక్తిని అయస్కాంతత్వం అంటారు.  

ఉదా: స్టీల్, నికెల్, ఐరన్, కోబాల్ట్‌

* మాగ్నటైట్‌ అనే ధాతువనుంచి సహజ అయస్కాంతాలు లభిస్తాయి. మాగ్నటైట్‌లో ఐరన్‌ ఉంటుంది. అయస్కాంతత్వానికి మూలపురుషుడు విలియం గిల్బర్ట్‌.ఒక పదార్థం అయస్కాంతత్వాన్ని ప్రదర్శించడానికి అందులోని సూక్ష్మాతి సూక్ష్మమైన అణువులు కారణమని వెబర్‌ తెలిపాడు. వెబర్‌ అణు సిద్ధాంతాన్ని విస్తృతపరిచిన శాస్త్రవేత్త ఈవింగ్‌. అయస్కాంతాలు రెండు రకాలుగా ఉంటాయి.

1) సహజ అయస్కాంతాలు: ప్రకృతిలో సహజసిద్ధంగా లభించే ఆకర్షణ ధర్మం ఉన్న రాళ్లు, ఖనిజాలను సహజ అయస్కాంతాలు అంటారు. ఇవి ఒక ప్రత్యేక ఆకారంలో లభించవు కాబట్టి వీటిని లీడింగ్‌ స్టోన్ట్స్‌ లేదా లోడ్‌స్టోన్స్‌ అని కూడా పిలుస్తారు. 

ఉదా: భూమి, మాగ్నటైట్‌

* ప్రకృతిలో లభించే బలమైన సహజ అయస్కాంతం నియోడైమియం.

2) కృత్రిమ అయస్కాంతాలు: సహజ అయస్కాంతాలతో ఇనుము/ఉక్కు కడ్డీలను సరైన పద్ధతిలో రుద్దడం వల్ల ఏర్పడే వాటిని  కృత్రిమ అయస్కాంతాలు అంటారు. అవి రెండు రకాలుగా ఉన్నాయి.

ఎ) శాశ్వత అయస్కాంతాలు: వీటిలో అయస్కాంతత్వం శాశ్వతంగా ఉంటుంది. శాశ్వత అయస్కాంతాల తయారీకి స్టీల్, ఆల్నికోలను ఉపయోగిస్తారు.

ఉదా: గుర్రపునాడ, స్తూపాకార, సర్పిలాకార, దండాయస్కాంతాలు.

బి) తాత్కాలిక అయస్కాంతాలు: వీటిలో అయస్కాంతత్వం తీగచుట్టలో విద్యుత్తును ప్రసరింపజేసినంత సేపు మాత్రమే ఉంటుంది. తాత్కాలిక అయస్కాంతాల తయారీకి మెత్తని ఇనుమును ఉపయోగిస్తారు. 

ఉదా: విద్యుదయస్కాంతాలు

* అయస్కాంతం ఆకర్షించే ధర్మం ఆధారంగా పదార్థాలను రెండు రకాలుగా విభజించారు.

1) అయస్కాంత పదార్థాలు: అయస్కాంతంతో ఆకర్షితమయ్యే/ఆకర్షణకు లోనయ్యే పదార్థాలను అయస్కాంత పదార్థాలు అంటారు.  

ఉదా: స్టీల్, ఐరన్, నికెల్, కోబాల్ట్‌

2) అనయస్కాంత పదార్థాలు: అయస్కాంతానికి ఆకర్షితంకాని పదార్థాలను అనయస్కాంత పదార్థాలు అంటారు. 

ఉదా: పేపర్, నీరు, బిస్మత్, ఆల్కహాల్, వెండి, కాపర్, బంగారం, అల్యూమినియం, గాజు, ఇత్తడి, వజ్రం, తగరం.

* మైకెల్‌ ఫారడే అయస్కాంత పదార్థాలను మూడు రకాలుగా వర్గీకరించాడు. 

1) డయా అయస్కాంత పదార్థాలు:

* ఈ పదార్థాలు అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని వికర్షిస్తాయి.

* వీటి ఫలిత అయస్కాంత భ్రామకం శూన్యంగా ఉంటుంది. 

* సాపేక్ష ప్రవేశ్యశీలత 

* ససెప్టిబిలిటీ చాలా తక్కువ, రుణాత్మకం.

* వీటిని అయస్కాంతాలుగా మార్చడం కుదరదు. 

ఉదా: గాలి, నీరు, బిస్మత్, బంగారం, వెండి, తగరం, పాదరసం.

2) పారా అయస్కాంత పదార్థాలు: ఇవి అయస్కాంత క్షేత్రంతో స్వల్పంగా ఆకర్షణకు గురవుతాయి. ఫలిత అయస్కాంత భ్రామకం శూన్యం కాకుండా కొద్దిపాటి విలువను కలిగి ఉంటుంది. సాపేక్ష ప్రవేశ్యశీలత .  ససెప్టిబిలిటీ చాలా తక్కువ, ధనాత్మకం. వీటిని అయస్కాంతాలుగా మార్చవచ్చు.  

ఉదా: అల్యూమినియం, క్రోమియం, ప్లాటినం, మాంగనీసు, ఆక్సిజన్‌.

3) ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలు:

* ఇవి అయస్కాంత క్షేత్రంతో బలంగా ఆకర్షితమవుతాయి. ఫలిత అయస్కాంత భ్రామకం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. 

* సాపేక్ష ప్రవేశ్యశీలత

* ససెప్టిబిలిటీ చాలా ఎక్కువ, ధనాత్మకం. 

* వీటిని బలమైన శాశ్వత అయస్కాంతాలుగా మార్చవచ్చు. 

ఉదా: స్టీల్, నికెల్, కోబాల్ట్, గెడలోనియం, డిస్ప్రూషియం, ఆల్నికో, ఇనుము.

* ఫెర్రో అయస్కాంతత్వాన్ని వివరించేది డొమైన్‌ సిద్ధాంతం.

* విద్యుదయస్కాంతాల్లో విద్యుత్తు ప్రవాహాన్ని ఆపివేసినప్పటికీ స్వల్పస్థాయిలో అయస్కాంతత్వం మిగిలి ఉంటుంది. దీన్ని ‘రిటెంటివిటీ’ అంటారు.

* క్యూరీ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఫెర్రో అయస్కాంతం, పారా అయస్కాంతంగా మారుతుంది.

అయస్కాంత ధర్మాలు:

1) అయస్కాంత ధ్రువాల సిద్ధాంతం: అయస్కాంత కొనల వద్ద ఆకర్షణ గుణం గరిష్ఠంగా ఉండటం వల్ల ఆ బిందువులను ధ్రువాలు అంటారు. వీటిని ఉత్తర, దక్షిణ ధ్రువాలని పిలుస్తారు. సజాతి ధ్రువాలు వికర్షించుకుంటాయి. విజాతి ధ్రువాలు ఆకర్షించుకుంటాయి. ఈ సిద్ధాంతాన్ని కృత్రిమ అయస్కాంతాలకు ధ్రువాలను నిర్ణయించడంలో ఉపయోగిస్తారు. వికర్షణ అనేది అయస్కాంత తత్వానికి సరైన పరీక్ష. అయస్కాంత ధ్రువాల మధ్య దూరాన్ని అయస్కాంత పొడవు అంటారు. ఇది దండాయస్కాంత భౌతిక పొడవులో 5/6వ వంతు ఉంటుంది.

2) అయస్కాంత ధ్రువాల జంట నియమం: ఒక అయస్కాంతాన్ని ముక్కలుగా చేసినప్పటికీ వాటి ధ్రువాలు ఎల్లప్పుడూ జంటగానే ఏర్పడతాయి. ఏక ధ్రువ అయస్కాంతాలు ప్రకృతిలో లభించవు.

3) ఆకర్షణ ధర్మం: ఒక అయస్కాంతానికి ధ్రువాల వద్ద ఆకర్షణ అధికంగా, మధ్య భాగంలో తక్కువగా ఉంటుంది.

4) దిశా ధర్మం: ఒక దండాయస్కాంతాన్ని గాలిలో క్షితిజ సమాంతరంగా వేలాడదీస్తే అది ఎప్పుడూ భూమి ఉత్తర, దక్షిణ దిశలను సూచిస్తుంది. దీన్నే అయస్కాంత దిశాధర్మం అంటారు.  అయస్కాంత దిశా ధర్మం ఆధారంగా దిక్సూచి పని చేస్తుంది.

5) ప్రేరణ ధర్మం: ఒక అయస్కాంత ధ్రువాన్ని ఐరన్‌ లాంటి అయస్కాంత పదార్థానికి దగ్గరగా ఉంచినప్పుడు దానిలో వ్యతిరేక ధ్రువం ప్రేరణ ద్వారా ఏర్పడుతుంది.

అయస్కాంతీకరణం: అయస్కాంత పదార్థాలను అయస్కాంతాలుగా మార్చే ప్రక్రియను అయస్కాంతీకరణం అంటారు. దీన్ని కృత్రిమ అయస్కాంతాల తయారీకి ఉపయోగిస్తారు. అయస్కాంతీకరణ పద్ధతులు అయిదు రకాలుగా ఉన్నాయి.

1) ఏక స్పర్శా పద్ధతి: దండ అయస్కాంతం ఒకే ఒక ధ్రువాన్ని ఉపయోగించి కృత్రిమ అయస్కాంతాలను తయారుచేయడం. ఈ పద్ధతిలో దండయాస్కాంత ధ్రువంతో ప్రారంభించే కొన సజాతి ధ్రువంగా మారుతుంది.

2) ద్విస్పర్శా పద్ధతి: దండ అయస్కాంత రెండు విజాతి ధ్రువాలతో రుద్దడం ద్వారా ద్వారా కృత్రిమ అయస్కాంతాలను తయారుచేస్తారు. ఈ పద్ధతిలో దండాయస్కాంత ధ్రువాలు వదిలే అయస్కాంతంలో అవి విజాతి ధ్రువాలుగా మారతాయి. 

3) విద్యుత్తు పద్ధతి: రాగి తీగలను కడ్డీకి చుట్టి డీసీ విద్యుత్తును ప్రసారం చేస్తే అది అయస్కాంతంగా మారుతుంది.

4) భూ అయస్కాంతీకరణ పద్ధతి: ఇనుప కడ్డీని ఎర్రగా కాల్చి భూమి ఉత్తర, దక్షిణ దిక్కుల్లో ఉంచి సుత్తితో అనేక పర్యాయాలు కొట్టాలి. ఇలా చేస్తే దానిలో స్వల్పంగా అయస్కాంతత్వం కలుగుతుంది.

5) అయస్కాంత ప్రేరణ పద్ధతి: ఇనుము, ఉక్కు లాంటి వస్తువులను అయస్కాంతం వద్ద ఉంచినప్పుడు అయస్కాంతంగా మారతాయి. ఈ పద్ధతిలో బలహీనమైన అయస్కాంతాలు తయారవుతాయి.

అయస్కాంత క్షేత్రం: అయస్కాంతం చుట్టూ దాని ప్రభావం ఉండే ప్రదేశాన్ని అయస్కాంత క్షేత్రం అంటారు. ఇది త్రిమితీయం. అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఒక బిందువు వద్ద ప్రమాణ ధ్రువంపై ఎంత బలం పని చేస్తుందో దాన్నే ఆ బిందువు వద్ద అయస్కాంత ప్రేరణ అంటారు.

అయస్కాంత బలరేఖలు: అయస్కాంత క్షేత్రంలో ప్రమాణ ఉత్తర ధ్రువం అనుసరించే మార్గాన్ని అయస్కాంత బలరేఖ అంటారు. ఈ రేఖలు ఖండించుకోవు. ఉత్తర ధ్రువం వద్ద బలరేఖలు వికేంద్రీకరణం చెందుతాయి. దక్షిణ ధ్రువం వద్ద  కేంద్రీకరణం చెందుతాయి. దండయాస్కాంతం బలరేఖలు అయస్కాంతం బయట ఉత్తర ధ్రువం నుంచి దక్షిణ ధ్రువానికి వక్రరేఖలుగా, అయస్కాంతం లోపల దక్షిణ ధ్రువం నుంచి ఉత్తర ధ్రువానికి సమాంతర సరళరేఖలుగా ఉంటాయి.

అయస్కాంత ధ్రువ సత్వం: ఒక అయస్కాంత ధ్రువం మరొక ధ్రువాన్ని ఎంత బలంగా ఆకర్షిస్తుందో/వికర్షిస్తుందో తెలిపే కొలత.

ప్రమాణాలు:M.K.S.పద్ధతిలో వెబర్‌. S.I.పద్ధతిలో ఆంపియర్‌ మీటర్‌.

అయస్కాంత భ్రామకం: దండాయస్కాంతం ధ్రువసత్వం, పొడవుల లబ్ధాన్ని అయస్కాంత భ్రామకం అంటారు.

*  M = m × l S.I. ఆంపియర్‌ - మీటర్‌²  

మాగ్నెటోస్ఫియర్‌: అత్యధిక ఆవేశపూరిత కణాలను, సౌర గాలులను నివారించే భూ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని మాగ్నటోస్ఫియర్‌ అంటారు. మాగ్నటోస్ఫియర్‌ ఉన్న  గ్రహాలు - బుధుడు, బృహస్పతి, శని, యురేనస్, నెప్ట్యూన్‌ మాగ్నటోస్ఫియర్‌ ఉన్న ఉపగ్రహం - గనిమెడ

ఉపయోగాలు: * విద్యుత్తు జనరేటర్లు, డైనమోల్లో బలమైన అయస్కాంతాలను ఉపయోగిస్తారు

* లౌడ్‌ స్పీకర్లలో డయాఫ్రమ్‌ను కదిలించడానికి ఉపయోగిస్తారు.

* తలుపులు, కిటికీల స్టాపర్‌లుగా వాడతారు.

* కాలింగ్‌ బెల్, స్టాటర్‌ల్లో విద్యుదయస్కాంతాలను ఉపయోగిస్తారు.

* నౌకల్లో కంటైనర్లు దించడానికి, ఎక్కించడానికి విద్యుదయస్కాంతాలున్న క్రేన్లను వినియోగిస్తారు.

* వైద్యరంగంలో ఎంఆర్‌ఐ స్కానింగ్‌ మిషన్లలో వాడతారు.

* చిన్నారుల ఆటబొమ్మల్లో ఉపయోగిస్తారు.* అతిశీతల ఉష్ణోగ్రతలను పొందడానికి అయస్కాంత శీతలీకరణ పద్దతిని అవలంబిస్తారు.

మాదిరి ప్రశ్నలు

1. అయస్కాంతాన్ని మొదటిసారిగా ఉపయోగించిన దేశం-

1) ఈజిప్టులు   2) గ్రీకులు  3) భారతీయులు  4) బాబిలోనియన్లు

 

2. మాగ్నటైట్‌ ధాతువులోని మూలకాన్ని గుర్తించండి.

1) నికెల్‌  2) మాంగనీసు   3) ఐరన్‌  4) కోబాల్ట్‌

 

3. శాశ్వత అయస్కాంతాల తయారీకి ఉపయోగించే పదార్థాన్ని గుర్తించండి.

1) బిస్మత్‌   2) మొత్తని ఇనుము  3) మెగ్నీషియం    4) ఆల్నికో

4. డయా అయస్కాంత పదార్థాల సాపేక్ష ప్రవేశ్యశీలత గుర్తించండి.

5. కిందివాటిలో పారా అయస్కాంత పదార్థాన్ని గుర్తించండి.

1) పాదరసం  2) ఐరన్‌  3) బంగారం  4) అల్యూమినియం

 

6. కిందివాటిలో బలమైన అయస్కాంతంగా మార్చగలిగే పదార్థాలు?

1) డయా   2) పారా 3) ఫెర్రో  4) పైవన్నీ

 

7. దిక్సూచీ అయస్కాంతం ఏ ధర్మం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది?

1) దిశాధర్మం   2) ధ్రువాల సిద్ధాంతం

3) ధ్రువాల జంట నియమం   4) ఆకర్షణ ధర్మం

 

8. అయస్కాంత ధ్రువ సత్వం లీ.రీ.ళీ. ప్రమాణాలు?

1) టెస్లా   2) వెబర్‌ చ 3) హెన్రీ  4) ఆంపియర్‌

 

9. క్యూరీ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థం ఏ పదార్థంగా మారుతుంది?

1) పారా   2) డయా  3) ఫెర్రో 4) తటస్థం

 

10. బంగారం ససెప్టిబిలిటీని గుర్తించండి.

1) చాలా తక్కువ ధనాత్మకం

2) చాలా తక్కువ రుణాత్మకం

3) చాలా ఎక్కువ రుణాత్మకం

4) చాలా ఎక్కువ ధనాత్మకం

సమాధానాలు: 1-2, 2-3, 3-4, 4-3, 5-4, 6-3, 7-1, 8-2, 9-1, 10-2.

రచయిత: చంటి రాజుపాలెం