चुंबकीयकरण

शास्त्रीय विद्युत चुंबकत्व में, चुंबकीयकरण सदिश क्षेत्र है जो चुंबकीय सामग्री में स्थायी या प्रेरित चुंबकीय द्विध्रुव क्षणों के घनत्व को व्यक्त करता है। इस क्षेत्र के भीतर आंदोलन को दिशा द्वारा वर्णित किया गया है और यह या तो अक्षीय या व्यासीय है। चुंबकत्व के लिए जिम्मेदार चुंबकीय क्षणों की उत्पत्ति या तो परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति, या इलेक्ट्रॉनों या नाभिक के स्पिन (भौतिकी) से उत्पन्न सूक्ष्म विद्युत धाराएं हो सकती हैं। किसी सामग्री की बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की प्रतिक्रिया से शुद्ध चुंबकत्व का परिणाम होता है। अनुचुंबकीय पदार्थों में चुंबकीय क्षेत्र में एक कमजोर प्रेरित चुंबकत्व होता है, जो चुंबकीय क्षेत्र को हटा दिए जाने पर गायब हो जाता है। पैरामैग्नेटिक और फेरिमैग्नेटिक सामग्रियों में चुंबकीय क्षेत्र में मजबूत चुंबकत्व होता है, और बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में स्थायी चुंबक बनने के लिए चुंबकीयकरण किया जा सकता है। सामग्री के भीतर चुंबकीयकरण आवश्यक रूप से समान नहीं है, लेकिन विभिन्न बिंदुओं के बीच भिन्न हो सकता है। चुंबकीकरण यह भी वर्णन करता है कि कैसे एक सामग्री एक लागू चुंबकीय क्षेत्र के साथ-साथ जिस प्रकार से सामग्री चुंबकीय क्षेत्र को बदलती है, उस पर प्रतिक्रिया करती है, और उन इंटरैक्शन से उत्पन्न होने वाली ताकतों की गणना करने के लिए प्रयोग किया जा सकता है। इसकी तुलना विद्युत ध्रुवीकरण घनत्व से की जा सकती है, जो इलेक्ट्रोस्टाटिक्स में विद्युत क्षेत्र में सामग्री की संगत प्रतिक्रिया का माप है। भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर आमतौर पर चुंबकत्व को प्रति इकाई आयतन के चुंबकीय क्षण की मात्रा के रूप में परिभाषित करते हैं।

 यह एक pseudovector  एम द्वारा दर्शाया गया है।

परिभाषा
चुंबकत्व क्षेत्र या एम-फ़ील्ड को निम्न समीकरण के अनुसार परिभाषित किया जा सकता है: $$\mathbf M = \frac{\mathrm{d}\mathbf m}{\mathrm{d}V}$$ कहाँ $$\mathrm{d}\mathbf{m}$$ प्राथमिक चुंबकीय क्षण है और$$\mathrm{d}V$$मात्रा तत्व है; दूसरे शब्दों में, 'एम'-क्षेत्र संबंधित क्षेत्र या कई गुना में चुंबकीय क्षणों का वितरण है। यह निम्नलिखित संबंध के माध्यम से बेहतर ढंग से चित्रित किया गया है: $$\mathbf m=\iiint \mathbf M\,\mathrm{d}V$$ जहाँ m एक साधारण चुंबकीय क्षण है और ट्रिपल इंटीग्रल एक आयतन पर एकीकरण को दर्शाता है। यह एम-फ़ील्ड को पूरी तरह से ध्रुवीकरण घनत्व, या पी-फ़ील्ड के समान बनाता है, जिसका उपयोग समान क्षेत्र द्वारा उत्पन्न विद्युत द्विध्रुवीय पल पी को निर्धारित करने के लिए किया जाता है या इस तरह के ध्रुवीकरण के साथ कई गुना होता है: $$\mathbf P = {\mathrm{d}\mathbf p \over \mathrm{d}V}, \quad \mathbf p = \iiint \mathbf P\,\mathrm{d}V$$ कहाँ $$\mathrm{d}\mathbf{p}$$ प्राथमिक विद्युत द्विध्रुवीय क्षण है।

प्रति इकाई आयतन के क्षणों के रूप में पी और एम की उन परिभाषाओं को व्यापक रूप से अपनाया जाता है, हालांकि कुछ मामलों में वे अस्पष्टता और विरोधाभास पैदा कर सकते हैं।

एम-फ़ील्ड को एसआई इकाइयों में  एम्पेयर प्रति मीटर (ए/एम) में मापा जाता है। यह एक छद्म सदिश M द्वारा दर्शाया गया है।

परिभाषा
चुंबकत्व क्षेत्र या M क्षेत्र को निम्न समीकरण के अनुसार परिभाषित किया जा सकता है:

मैक्सवेल के समीकरणों में
चुंबकीय क्षेत्र (बी, एच), विद्युत क्षेत्र (B, H), आवेश घनत्व (ρ) और धारा घनत्व (J) का व्यवहार मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा वर्णित है। चुंबकत्व की भूमिका नीचे वर्णित है।

मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा चुंबकीय क्षेत्र (बी, एच), विद्युत क्षेत्र (ई, डी), चार्ज घनत्व (ρ), और वर्तमान घनत्व (जे) के व्यवहार का वर्णन किया गया है। चुंबकत्व की भूमिका नीचे वर्णित है।

चुंबकत्व क्षेत्र या एम-फ़ील्ड को निम्न समीकरण के अनुसार परिभाषित किया जा सकता है:

बी, एच, और एम
के बीच संबंध

चुंबकीयकरण सहायक चुंबकीय क्षेत्र एच को परिभाषित करता है


 * $$\mathbf{B}=\mu_0(\mathbf{H + M})$$ (एसआई यूथ)


 * $$\mathbf{B} = \mathbf{H} + 4 \pi \mathbf{M}$$ (गाऊसी इकाइयां)

जो विभिन्न गणनाओं के लिए सुविधाजनक है। निर्वात पारगम्यता μ0 है, परिभाषा के अनुसार, $4$ वाल्ट · दूसरा /(एम्पीयर·मीटर) (एसआई इकाइयों में)।

कई सामग्रियों में एम और एच के बीच एक संबंध मौजूद है। dimagnet ्स और परमैग्नेट ्स में, संबंध आमतौर पर रैखिक होता है:


 * $$\mathbf{M} = \chi\mathbf{H}, \, \mathbf{B} = \mu\mathbf{H}=\mu_0 (1+\chi)\mathbf{H},$$

जहां χ को चुंबकीय संवेदनशीलता कहा जाता है, और μ को सामग्री की पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) कहा जाता है। चुंबकीय क्षेत्र में पैरामैग्नेट (या डायमैग्नेट) की प्रति इकाई आयतन (यानी चुंबकीय ऊर्जा घनत्व) की चुंबकीय ऊर्जा है:


 * $$-\mathbf{M} \cdot \mathbf{B}=-\chi\mathbf{H} \cdot \mathbf{B}=-\frac{\chi}{1+\chi}\frac{\mathbf{B}^2}{\mu_0},$$

जिसका ऋणात्मक ढाल चुंबकों के बीच का बल है#चुंबकीय बल प्रति इकाई आयतन (यानी बल घनत्व) पर अनुचुंबकीय (या प्रतिचुंबकीय) पर गैर-समान चुंबकीय क्षेत्र के कारण होता है। डायमैग्नेट में ($$\chi <0$$) और पैरामैग्नेट्स ($$\chi >0$$), आम तौर पर $$|\chi|\ll 1$$, और इसलिए $$\mathbf{M} \approx \chi\frac{\mathbf{B}}{\mu_0}$$.

लौह ्स में चुंबकीय हिस्टैरिसीस के कारण एम और एच के बीच एक-से-एक पत्राचार नहीं होता है।

चुंबकीय ध्रुवीकरण
चुंबकीयकरण के वैकल्पिक रूप से, कोई चुंबकीय ध्रुवीकरण को परिभाषित कर सकता है, $I$ (अक्सर प्रतीक $J$ का उपयोग किया जाता है, वर्तमान घनत्व से भ्रमित न होने के लिए)।
 * $$\mathbf{B}=\mu_0\mathbf{H} + \mathbf{I}$$ (एस आई यूनिट)।

यह विद्युत ध्रुवीकरण के प्रत्यक्ष सादृश्य द्वारा है, $$\mathbf{D}=\varepsilon_0\mathbf{E} + \mathbf{P}$$. चुंबकीय ध्रुवीकरण इस प्रकार चुंबकीयकरण से एक कारक से भिन्न होता है $μ_{0}$:


 * $$\mathbf{I}=\mu_0\mathbf{M}$$ (एस आई यूनिट)।

जबकि चुंबकत्व को आम तौर पर एम्पीयर/मीटर में मापा जाता है, चुंबकीय ध्रुवीकरण को टेस्लास में मापा जाता है।

चुंबकत्व वर्तमान
चुंबकीयकरण M वर्तमान घनत्व J में योगदान देता है, जिसे चुम्बकत्व धारा के रूप में जाना जाता है।




 * $$ \mathbf{J}_\mathrm{m} = \nabla \times \mathbf{M} $$

और बाध्य सतह धारा के लिए:


 * $$ \mathbf{K}_\mathrm{m} = \mathbf{M} \times \mathbf{\hat{n}} $$

ताकि मैक्सवेल के समीकरणों में प्रवेश करने वाले कुल वर्तमान घनत्व द्वारा दिया गया हो


 * $$ \mathbf{J} = \mathbf{J}_\mathrm{f} + \nabla \times \mathbf{M} + \frac{\partial\mathbf{P}}{\partial t}$$

जहां जेf मुक्त आवेशों का विद्युत धारा घनत्व है (जिसे मुक्त धारा भी कहा जाता है), दूसरा शब्द चुंबकत्व से योगदान है, और अंतिम शब्द विद्युत ध्रुवीकरण 'P' से संबंधित है।

मैग्नेटोस्टैटिक्स
मुक्त विद्युत धाराओं और समय-निर्भर प्रभावों की अनुपस्थिति में, चुंबकीय मात्रा का वर्णन करने वाले मैक्सवेल के समीकरण कम हो जाते हैं


 * $$\begin{align}

\mathbf{\nabla\times H} &= \mathbf{0}\\ \mathbf{\nabla\cdot H} &= -\nabla\cdot\mathbf{M} \end{align}$$ इन समीकरणों को इलेक्ट्रोस्टैटिक समस्याओं के अनुरूप हल किया जा सकता है


 * $$\begin{align}

\mathbf{\nabla\times E} &= \mathbf{0} \\ \mathbf{\nabla\cdot E} &= \frac{\rho}{\epsilon_0} \end{align} $$ इस अर्थ में −∇⋅M विद्युत आवेश घनत्व ρ के अनुरूप एक काल्पनिक चुंबकीय आवेश घनत्व की भूमिका निभाता है; (विचुंबकीयकरण क्षेत्र भी देखें)।

डायनेमिक्स
नैनोस्केल और नैनोसेकंड टाइमस्केल मैग्नेटाइजेशन पर विचार करते समय मैग्नेटाइजेशन का समय-निर्भर व्यवहार महत्वपूर्ण हो जाता है। केवल एक लागू क्षेत्र के साथ संरेखित करने के बजाय, एक सामग्री में अलग-अलग चुंबकीय क्षण लागू क्षेत्र के चारों ओर पूर्वगामी होने लगते हैं और विश्राम के माध्यम से संरेखण में आते हैं क्योंकि ऊर्जा जाली में स्थानांतरित हो जाती है।

उत्क्रमण
मैग्नेटाइजेशन रिवर्सल, जिसे स्विचिंग के रूप में भी जाना जाता है, उस प्रक्रिया को संदर्भित करता है जो मैग्नेटाइजेशन यूक्लिडियन वेक्टर के 180 ° (चाप) पुन: अभिविन्यास की ओर जाता है, इसकी प्रारंभिक दिशा के संबंध में, एक स्थिर अभिविन्यास से विपरीत दिशा में। तकनीकी रूप से, यह चुंबकत्व में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक है जो चुंबकीय डेटा स्टोरेज डिवाइस प्रक्रिया से जुड़ा हुआ है जैसे कि आधुनिक हार्ड डिस्क ड्राइव में उपयोग किया जाता है। जैसा कि आज ज्ञात है, धातु चुंबक के चुंबकीयकरण को उलटने के कुछ ही संभावित तरीके हैं:
 * 1) एक लागू चुंबकीय क्षेत्र # स्पिन (भौतिकी) के साथ कणों के एक बीम के माध्यम से स्पिन इंजेक्शन # गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश द्वारा चुंबकीयकरण उत्क्रमण; यानी, घटना विद्युत चुम्बकीय विकिरण जो गोलाकार ध्रुवीकरण है

विमुद्रीकरण
डीमैग्नेटाइजेशन मैग्नेटाइजेशन की कमी या उन्मूलन है। ऐसा करने का एक तरीका यह है कि वस्तु को उसके क्यूरी तापमान से ऊपर गर्म किया जाए, जहां तापीय उतार-चढ़ाव में पर्याप्त ऊर्जा होती है, जो विनिमय अंतःक्रियाओं, फेरोमैग्नेटिक ऑर्डर के स्रोत को दूर करने और उस क्रम को नष्ट करने के लिए पर्याप्त होती है। एक अन्य तरीका यह है कि इसे एक विद्युत तार से बाहर निकाला जाए, जिसमें वैकल्पिक धारा इसके माध्यम से चल रही हो, जो चुंबकीयकरण का विरोध करने वाले क्षेत्रों को जन्म देती है। विचुंबकीकरण का एक अनुप्रयोग अवांछित चुंबकीय क्षेत्रों को समाप्त करना है। उदाहरण के लिए, चुंबकीय क्षेत्र सेल फोन या कंप्यूटर जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और मशीनिंग के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं जिससे कटिंग उनके माता-पिता से चिपक जाती है।

यह भी देखें

 * मैग्नेटोमीटर
 * कक्षीय चुंबकीयकरण