बिटर विद्युत चुंबक

एक कड़वा इलेक्ट्रोमैग्नेट या बिटर सोलनॉइड एक प्रकार का इलेक्ट्रोमैग्नेट है जिसका आविष्कार 1933 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी फ्रांसिस कड़वा ने किया था जिसका उपयोग वैज्ञानिक अनुसंधान में बेहद मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए किया गया था। 45 टेस्ला (यूनिट) तक पृथ्वी पर सबसे मजबूत निरंतर मानव निर्मित चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के लिए कड़वे विद्युत चुम्बकों का उपयोग किया गया है।.

लाभ
कड़वे विद्युत चुम्बकों का उपयोग वहां किया जाता है जहां अत्यधिक मजबूत क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। पारंपरिक इलेक्ट्रोमैग्नेट्स संतृप्ति (चुंबकीय) में उपयोग किए जाने वाले चुंबकीय कोर, और लगभग 2 टेस्ला के क्षेत्र तक सीमित हैं। अतिचालकता सुपरकंडक्टिंग चुंबक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं लेकिन फ्लक्स रेंगने के कारण 10 से 20 टेस्ला के क्षेत्र तक सीमित हैं, हालांकि सैद्धांतिक सीमाएं अधिक हैं। मजबूत क्षेत्रों के लिए कड़वे डिजाइन के प्रतिरोधक solenoid इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग किया जाता है। उनका नुकसान यह है कि उन्हें बहुत अधिक ड्राइव धाराओं की आवश्यकता होती है और बड़ी मात्रा में गर्मी को नष्ट कर देते हैं।

निर्माण
कड़वे चुम्बकों का निर्माण सर्कुलर कंडक्टिंग धातु प्लेट्स और विद्युतीय इन्सुलेशन स्पेसर्स से होता है, जो तार के कॉइल के बजाय कुंडलित वक्रता कॉन्फ़िगरेशन में स्टैक्ड होते हैं। वर्तमान प्लेटों के माध्यम से एक पेचदार पथ में प्रवाहित होता है। इस डिजाइन का आविष्कार 1933 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी फ्रांसिस बिटर ने किया था। उनके सम्मान में, प्लेटों को बिटर प्लेट्स के रूप में जाना जाता है। स्टैक्ड प्लेट डिज़ाइन का उद्देश्य प्लेट में गतिमान विद्युत आवेशों पर कार्य करने वाले चुंबकीय क्षेत्र के कारण लोरेंत्ज़ बलों द्वारा उत्पन्न भारी बाहरी यांत्रिक दबाव का सामना करना है, जो चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के वर्ग के साथ बढ़ता है। इसके अतिरिक्त, पानी एक शीतलक के रूप में प्लेटों में छिद्रों के माध्यम से प्रसारित होता है, जिससे उनके माध्यम से बहने वाली बड़ी धाराओं द्वारा जूल हीटिंग के कारण प्लेटों में बनाई गई भारी गर्मी को दूर किया जा सके। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के वर्ग के साथ गर्मी अपव्यय भी बढ़ता है।

1990 के दशक के मध्य में तल्हासी में फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी में राष्ट्रीय उच्च चुंबकीय क्षेत्र प्रयोगशाला (NHMFL) के शोधकर्ताओं ने इस मूल डिजाइन में सुधार किया और इसे फ्लोरिडा बिटर के रूप में संदर्भित किया। माउंटिंग और कूलिंग होल को लंबा करने से सिस्टम में विकसित होने वाले स्ट्रेस में काफी कमी आती है और कूलिंग दक्षता में सुधार होता है। जैसे ही मूल कड़वी प्लेटों में तनाव बढ़ता है, वे थोड़ा मुड़ जाते हैं जिससे छोटे सर्कुलर कूलिंग होल संरेखण से बाहर निकल जाते हैं जिससे कूलिंग सिस्टम की प्रभावकारिता कम हो जाती है। फ़्लोरिडा की कड़वी प्लेटें कम तनाव के कारण कम मुड़ेंगी, और डिस्क के किसी भी मोड़ के अनुभव के बावजूद लंबे समय तक ठंडा करने वाले छेद हमेशा आंशिक संरेखण में रहेंगे। इस नए डिजाइन ने दक्षता में 40% की वृद्धि की अनुमति दी और कड़वा प्लेट आधारित प्रतिरोधी चुंबकों के लिए पसंद का डिजाइन बन गया है।

वर्तमान घनत्व और चुंबकीय प्रवाह घनत्व
एक तांबे के तार के विपरीत, एक वर्तमान ले जाने वाली डिस्क का वर्तमान घनत्व उसके पार-अनुभागीय क्षेत्र में समान नहीं है, बल्कि डिस्क के आंतरिक व्यास के अनुपात का एक कार्य है जो डिस्क के भीतर एक मनमाना त्रिज्या है। इस संबंध का निहितार्थ यह है कि वर्तमान घनत्व त्रिज्या में वृद्धि के साथ घटता है। जैसे, करंट का बड़ा हिस्सा डिस्क की आंतरिक त्रिज्या के करीब बह रहा है। बड़ी डिस्क (यानी, उनके आंतरिक और बाहरी त्रिज्या के बीच बड़े अंतर वाली डिस्क) में डिस्क के आंतरिक और बाहरी भागों के बीच वर्तमान घनत्व में बड़ी विसंगति होगी। यह दक्षता को कम करेगा और सिस्टम में अतिरिक्त जटिलताएं पैदा करेगा क्योंकि डिस्क के साथ अधिक पर्याप्त तापमान और तनाव प्रवणता होगी। इस प्रकार, नेस्टेड कॉइल्स की एक श्रृंखला का अक्सर उपयोग किया जाता है क्योंकि यह बड़े डिस्क वाले एकल कॉइल के विपरीत एक बड़े संयुक्त क्षेत्र में अधिक समान रूप से वर्तमान वितरित करेगा।

चुंबकीय प्रवाह घनत्व की गणना करते समय गैर-समान वर्तमान घनत्व पर भी विचार किया जाना चाहिए। तार के एक बुनियादी वर्तमान ले जाने वाले लूप के लिए एम्पीयर का नियम यह देता है कि ऑन-एक्सिस चुंबकीय प्रवाह तार के माध्यम से चलने वाली धारा के समानुपाती होता है और लूप की मूल ज्यामिति से संबंधित होता है, लेकिन इसका क्रॉस सेक्शन की ज्यामिति से कोई सरोकार नहीं है। तार। एक तार के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में वर्तमान घनत्व समान है। बिटर डिस्क के मामले में ऐसा नहीं है। इस प्रकार, वर्तमान शब्द को डिस्क के क्रॉस-आंशिक क्षेत्र और वर्तमान घनत्व पर चर्चा करने वाली शर्तों के साथ प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। परिणाम के रूप में एक कड़वी डिस्क के ऑन-एक्सिस चुंबकीय प्रवाह घनत्व के लिए समीकरण अधिक जटिल हो जाता है।

अंतर प्रवाह घनत्व वर्तमान घनत्व और अंतर क्षेत्र से संबंधित है। कूलिंग और माउंटिंग होल से संबंधित डिस्क में बदलाव की भरपाई के लिए स्पेस फैक्टर की शुरूआत को शामिल किया जाना चाहिए।

कड़वा मैग्नेट रिकॉर्ड करें
पृथ्वी पर सबसे मजबूत निरंतर चुंबकीय क्षेत्र कड़वे चुम्बकों द्वारा निर्मित किए गए हैं। कमरे के तापमान चुंबक द्वारा प्राप्त सबसे मजबूत निरंतर क्षेत्र 37.5 हैनिज्मेजेन, नीदरलैंड में रेडबौड विश्वविद्यालय हाई फील्ड मैगनेट लेबोरेटरी में एक बिटर इलेक्ट्रोमैग्नेट द्वारा टी का उत्पादन किया गया। सबसे मजबूत सतत मानव निर्मित चुंबकीय क्षेत्र, 45टी, एक अतिचालक चुंबक के अंदर एक कड़वा चुंबक से मिलकर एक संकर डिवाइस द्वारा निर्मित किया गया था। प्रतिरोधक चुंबक 33.5 पैदा करता हैटी और सुपरकंडक्टिंग कॉइल शेष 11.5 का उत्पादन करते हैंटी। पूर्व चुंबक को 30 की आवश्यकता होती हैमेगावाट बिजली, बाद में रखा जाना चाहिए 1.8 K तरल हीलियम का उपयोग करना, ठंडा होने में 6 सप्ताह लगना। पूर्ण क्षेत्र में चलाने के लिए प्रति घंटे $ 1452 का खर्च आता है। 2019 में, एक और आंशिक रूप से सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट ने स्थिर डीसी चुंबकीय क्षेत्र के लिए विश्व रिकॉर्ड हासिल किया: 45.5टी।

यह भी देखें

 * अतिचालक चुंबक

बाहरी संबंध

 * National High Magnetic Field Laboratory Magnet Projects Page at Florida State University
 * Magnets at Nijmegen High Field Magnet Laboratory
 * The Frog That Learned to Fly and a ball of water inside a Bitter solenoid at the High Field Magnet Laboratory
 * Diagrams and description of the Bitter solenoid used in the frog levitation demonstration
 * Bitter magnet designs: NHMFL Bitter Magnet and Radbound University Bitter Solenoid