ચુંબકત્વ (magnetism) : ચુંબકીય પદાર્થો વચ્ચે પ્રવર્તતું ભૌતિક બળ. લોખંડ, નિકલ અને કોબાલ્ટ જેવા ચુંબકીય પદાર્થો ઉપર ચુંબકીય ક્ષેત્રની વરતાતી એક ભૌતિક અસર. ચુંબક (magnet) શબ્દ ગ્રીક લોકો loadstone કે leadstone નામના એક પ્રકારના કુદરતી રીતે પ્રાપ્ત થતા મૅગ્નેટાઇટરૂપ પથ્થર (લોખંડનો ચુંબકીય ઑક્સાઇડ, magnetic iron oxide) માટે ગ્રીક લોકો ‘magnet’(ચુંબક) શબ્દ વાપરતા. આ મૅગ્નેટાઇટ ખનિજ એશિયા માઇનોરના મૅગ્નેશિયા પ્રાંતમાંથી મળી આવ્યું હતું, તેથી તેની ઉપરથી ‘મૅગ્નેટ’ અને ‘મૅગ્નેટિઝમ’ શબ્દો પ્રચલિત બન્યા છે. ખનિજ પથ્થર તેના જેવા જ બીજા પથ્થર તથા લોખંડને પોતાની તરફ આકર્ષતો હતો. પદાર્થના ચુંબકીય ક્ષેત્ર અંદેના ગુણધર્મોના કારણે તેઓ એકબીજા પ્રત્યે આકર્ષાય અથવા દૂર જાય છે.ચુંબકના કેટલાક ગુણધર્મો ઈ. પૂ. 600ની આસપાસ શોધાયા હતા. પરંતુ ચુંબક તથા ચુંબકત્વની વૈજ્ઞાનિક અને વિસ્તૃત સમજ તો છેક વીસમી સદીમાં પ્રાપ્ત થઈ. ચુંબકત્વ એ ઘન પદાર્થના જાણીતા પ્રાચીન ગુણધર્મમાંનો એક મહત્વનો ગુણધર્મ છે. તેના વિશે વૈજ્ઞાનિક સમજ આપનાર પ્રથમ વિજ્ઞાની વિલિયમ ગિલ્બર્ટ (1540–1603) હતા. તેમણે એવી શોધ કરી કે પૃથ્વી સ્વયં એક મોટા ચુંબક તરીકે વર્તે છે. વળી તેમણે વિદ્યુત અને ચુંબકત્વ વચ્ચે એક સ્પષ્ટ ભેદરેખા પણ દોરી આપી. ચુંબકત્વનો માપનલક્ષી (quantitative) અભ્યાસ અઢારમી સદીની શરૂઆતમાં થયો હતો. વૈજ્ઞાનિક ચાર્લ્સ કુલંબે (1736–1806) બે ચુંબકીય ધ્રુવ વચ્ચે તથા બે વિદ્યુતભાર વચ્ચે પ્રવર્તતા બળ માટે ‘વ્યસ્ત વર્ગનો નિયમ’ (inverse square law) સ્થાપિત કર્યો. એસ. ડી. પ્વાસોં(1781–1840)એ ‘વિભવ સિદ્ધાંત’(potential theory)નો ઉપયોગ કરીને, ‘સ્થિર ચુંબકત્વ’ (magnentostatics) નામની નવી જ શાખાનો પાયો નાખ્યો. તેના દ્વારા પદાર્થો વચ્ચે ઉદભવતું ચુંબકીય બળ શોધી શકાય છે. ઓગણીસમી સદીમાં જેમ્સ ક્લાર્ક મૅક્સવેલે (1831–1879) વિદ્યુતચુંબકત્વ(electro-magnetism)ના વિકાસ માટે કાર્ય કર્યું; અને વિદ્યુત તથા ચુંબકત્વ વચ્ચેના સંબંધો સ્થાપિત કર્યા. તેમણે દર્શાવ્યું કે વિદ્યુતપ્રવાહ દ્વારા પદાર્થની ઉપર સૂક્ષ્મ સ્તર સ્વરૂપે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. કોણીય વેગમાન (angular momentum) ધરાવતો વિદ્યુતભારિત કણ, ચુંબકીય ચાકમાત્રા (magnetic moment) ઉત્પન્ન કરે છે. તેથી પરમાણુમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રૉનના કોણીય વેગમાનને કારણે ચુંબકીય ચાકમાત્રા ઉદભવે છે અને પરમાણુનું અલગ ચુંબકીય ક્ષેત્ર રચાય છે. જુદા જુદા પરમાણુઓના ચુંબકીય ક્ષેત્રની સંયુક્ત અસરથી પદાર્થની ઉપર, સૂક્ષ્મ સ્તર સ્વરૂપે ચુંબકીય ક્ષેત્રની રચના થાય છે. સને 1831માં માઈકલ ફેરેડેએ વિદ્યુત ચુંબકી. ઉત્પ્રેરણના સિદ્ધાંતની શોધ કરી. આ શોધના આધારે ઇલેક્ટ્રિક મોટર જેવું ઉપયોગી ઉપકરણ લાધ્યું.
કોઈ નાના ચુંબક ઉપર વિદ્યુતપ્રવાહ દ્વારા ચુંબકીય ક્ષેત્ર લગાડતાં, તે ચુંબક નિશ્ચિત દિશામાં ન ગોઠવાય ત્યાં સુધી ચુંબકીય અસરને કારણે તેની ઉપર બળયુગ્મ (torque) લાગુ પડે છે, જેનો માન (modulus) ચુંબકીય ક્ષેત્રની લંબાઈ જેટલો હોય છે.
ચુંબકીય પદાર્થને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખતાં તેમાં ચુંબકત્વ પ્રવેશે છે અને પદાર્થ ચુંબક તરીકે વર્તે છે. તેમના ચુંબકત્વ તથા ચુંબકીય વર્તાવ ઉપરથી પદાર્થોનું નીચે પ્રમાણે વર્ગીકરણ કરવામાં આવે છે :
1. વિષમચુંબકીય (diamagnetic) પદાર્થ : તેમનું ચુંબકત્વ તેમની ઉપર લગાડવામાં આવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા કરતાં વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે. તેમની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા (magnetic susceptibility) ઋણ (–ve) છે.
2. અનુચુંબકીય (paramagnetic) પદાર્થ : તેમનું ચુંબકત્વ, લગાડવામાં આવતા ચુંબકીય ક્ષેત્રને સમાંતર અને સમપ્રમાણમાં હોય છે. તેમની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા ધન (+ve) છે.
વિષમ ચુંબકીય પદાર્થ જેવા કે તાંબુ, કાર્બન વગેરેનું અપાકર્ષણ ખૂબ નજીવું હોય છે. અનુચુંબકીય પદાર્થો જેવા કે એલ્યુમિનિયમ, ઑક્સિજનનું આકર્ષણ પણ નબળું હોય છે. આવા ચુંબક તેમ જ anti ferro magnetic ચુંબકનું આકર્ષણ બળ નજીવું હોવાથી તેને પ્રયોગશાળામાં માપી શકાય છે.
3. લોહચુંબકીય (ferromagnetic) પદાર્થ : નિયત તાપમાન-મર્યાદામાં, તેઓ, ચુંબકીય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં પણ ચુંબકત્વ ધરાવે છે. આ વર્ગમાં લોહચુંબકો(ferromagnets) તથા કેટલાક હેલીચુંબકો(halimagnets)નો સમાવેશ થાય છે. પ્રમાણમાં ખૂબ ઊંચા તાપમાને આ બધા, અનુચુંબકો (paramagnets) તરીકે વર્તે છે.
4. પ્રતિલોહચુંબકીય (antiferromagnetic) પદાર્થ : ચોક્કસ તાપમાનની મર્યાદામાં, ચુંબકક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં તે ચુંબકતા પ્રાપ્ત કરી શકતા નથી. પ્રતિલોહચુંબકો ઉપરાંત આ વર્ગમાં કેટલાક હેલીચુંબકોનો પણ સમાવેશ થાય છે.
પરમાણ્વીયવાદ અનુસાર પદાર્થમાં રહેલું ચુંબકત્વ બે કારણોસર હોય છે :
(1) પદાર્થના પરમાણુમાં આવેલાં ઇલેક્ટ્રૉનની તેમની કક્ષા(orbit)માંની ભ્રમણગતિને લઈને.
(2) આ ઇલેક્ટ્રૉનની પોતાની ધરી ઉપરની ચક્રણ (spin) ગતિને કારણે.
ઉપર વર્ગીકૃત કરેલા પદાર્થોમાં થી ડાયોમૅગ્નેટિક પદાર્થનું ચુંબકત્વ ઇલેક્ટ્રૉનનું તેની કક્ષામાં ભ્રમણગતિને કારણે હોય છે. જ્યારે પૅરામૅગ્નેટિક, ઍન્ટિમૅગ્નેટિક, ફેરીમૅગ્નેટિક અને ફેરોમૅગ્નેટિક પદાર્થનું ચુંબકત્વ ઇલેક્ટ્રૉનની ચક્રણ ગતિને લઈને છે.
રાજેશ શર્મા
આર. વી. મહેતા