ચુંબકશીલતા (magnetic permeability)

January, 2012

ચુંબકશીલતા (magnetic permeability) : પદાર્થનો એક ચુંબકીય ગુણધર્મ. તેનું મૂલ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે પદાર્થમાં ઉદભવતી ચુંબકીય અભિવાહ (flux) ઘનતા (ચુંબકીય પ્રેરણ – magnetic induction) B અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા Hના ગુણોત્તર જેટલું છે. તેને ગ્રીક મૂળાક્ષર ‘મ્યુ’ (μ) વડે દર્શાવવામાં આવે છે.  ચુંબકશીલતા બે પ્રકારની હોય છે : (i) શુદ્ધ ચુંબકશીલતા અને (ii) સાપેક્ષ ચુંબકશીલતા.

શુદ્ધ ચુંબકશીલતા : ‘ટોરોઇડ’(એટલે ચુંબકીય વલય ઉપર વીંટાળેલું ગૂંચળું)ની મદદથી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરવામાં આવે ત્યારે ટોરોઇડના અત્યંત ચુસ્ત રીતે વીંટાળેલા ગૂંચળાને કારણે બધું જ ચુંબકીય ફ્લક્સ અંદરના ભાગમાં હોય છે અને તે ભાગની ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા H નીચે પ્રમાણે મળે છે :

જ્યાં        I = ટોરોઇડ ગૂંચળામાંનો વિદ્યુતપ્રવાહ,

                N = ગૂંચળાના આંટાની સંખ્યા, અને

                l = ટોરોઇડનો સરેરાશ પરિઘ છે.

ઍમ્પિયરના નિયમ ઉપરથી, શૂન્યાવકાશ માટે ટોરોઇડ ગૂંચળાની ચુંબકીય ફ્લક્સ ઘનતા Bo,

(1) માંથી  = Hના મૂલ્યને (2)માં મૂકતાં,

Bo = μoH અથવા,

હવે જો, ટોરોઇડ ગૂંચળામાં શૂન્યાવકાશને બદલે ગર્ભ (core) તરીકે કોઈ પદાર્થ કે માધ્યમ રાખવામાં આવે તો Hના તે જ નિયત મૂલ્ય માટે ચુંબકીય ફ્લક્સ ઘનતા Bનું મૂલ્ય બદલાય છે. પરિણામે μનું મૂલ્ય પણ બદલાય છે. ગુણોત્તર ને તે માધ્યમની શુદ્ધ ચુંબકશીલતા μ કહે છે.

સાપેક્ષ ચુંબકશીલતા : પદાર્થની શુદ્ધ ચુંબકશીલતા (μ) અને શૂન્યાવકાશ માટેની ચુંબકશીલતા(μo)ના ગુણોત્તરને તેની સાપેક્ષ ચુંબકશીલતા (μr) કહે છે.

સાપેક્ષ ચુંબકશીલતા બે ચુંબકશીલતાનો ગુણોત્તર હોવાથી માત્ર આંક છે અને તેથી તેને કોઈ એકમ નથી. જ્યારે ચુંબકશીલતા μ નો એકમ હેન્રી/મીટર છે જે નીચે પ્રમાણે તારવવામાં આવે છે :

     = [હેન્રી]

     = હેન્રી/મીટર

[હેન્રી એ પ્રેરકત્વ(inductance)નો એકમ છે.]

સાપેક્ષ ચુંબકશીલતાના આધારે પદાર્થોનું વર્ગીકરણ થઈ શકે છે. પ્રતિલોહચુંબકીય (antiferromgnetic) પદાર્થની સાપેક્ષ ચુંબકશીલતાનું મૂલ્ય 1 કરતાં સહેજ ઓછું હોય છે. જ્યારે અનુચુંબકીય (paramagnetic) પદાર્થ માટે તેનું મૂલ્ય 1 કરતાં સહેજ વધુ હોય છે. લોહચુંબકીય (ferromagnetic) પદાર્થની સાપેક્ષ ચુંબકશીલતા, ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતાના મૂલ્ય તેમજ પદાર્થની અગાઉની ચુંબકીય વર્તણૂક ઉપર આધાર રાખે છે. કેટલાક લોહચુંબકીય પદાર્થ માટે તેનું મહત્તમ મૂલ્ય હજારના ક્રમનું હોય છે.

ચુંબકશીલતાનું માપન : ‘રોલૅન્ડ રિંગ’ નામના સાધન વડે ચુંબકશીલતાનું માપન થાય છે. આ ઉપકરણ પણ એક પ્રકારનું ટોરોઇડ ગૂંચળું જ છે, જેના ગર્ભ તરીકે વપરાતા પદાર્થની ચુંબકશીલતાને માપી શકાય છે. રિંગની આસપાસ બીજા એક નાના ગૂંચળાને વીંટાળીને તેના બંને છેડા વિદ્યુતભારમાપક બૅલિસ્ટિક ગૅલ્વેનોમીટર સાથે જોડવામાં આવે છે. રિંગમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરી, તેની દિશા ઉલટાવતાં, ગૂંચળામાં 2B જેટલો ફ્લક્સનો ફેરફાર થાય છે જે ગૅલ્વેનોમીટરના ગૂંચળાના આવર્તન ઉપરથી માપી શકાય છે. Bને રિંગના આડછેદના ક્ષેત્રફળ વડે ભાગતાં Hનું મૂલ્ય મળે છે. રોલૅન્ડ રિંગમાં માત્ર વિદ્યુતપ્રવાહને લઈને જ ચુંબકીય ફ્લક્સ ઉદભવતું હોવાથી તેને ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. આમ, B અને Hના મૂલ્ય ઉપરથી નું મૂલ્ય મળે છે. અન્ય પ્રકારનાં ચુંબકશીલતામાપક પણ રોલૅન્ડ રિંગના સિદ્ધાંત ઉપર જ કાર્ય કરે છે.

B = μ · H

જે Y = m · X સમીકરણ જેવું લઈએ, તો B અને H ના આલેખનો

ઉપરથી કહી શકાય કે, μ એ, B અને Hના આલેખના ઉદગમ(origin)માંથી પસાર થતી રેખા અને આલેખ ઉપરના કોઈ ચોક્કસ બિંદુને જોડતી રેખાનો ઢાળ છે. B – Hના આલેખ ઉપરથી બે પ્રકારની ચુંબકશીલતા મેળવવામાં આવે છે :

(i) પ્રારંભિક ચુંબકશીલતા (μo)

(ii) મહત્તમ ચુંબકશીલતા (μm)

ચુંબકશીલતા વધુ હોય તેવા પદાર્થને ચુંબકીય સરળ પદાર્થ (soft material) કહે છે. આવા પદાર્થ યાંત્રિક તથા બિનયાંત્રિક ઉપકરણોમાં ઉપયોગી છે. મૃદુ-લોહતત્વો (soft-ferrites) નિકલ (Ni) અને લોહ (Fe) મિશ્ર ધાતુને મૃદુ ચુંબકીય પદાર્થ કહે છે. તેમનો ઉપયોગ ઉચ્ચ આવૃત્તિ(high frequency)વાળાં ઉપકરણોમાં થાય છે. ઉદાહરણ : ટ્રાન્સફૉર્મર; ઍન્ટિના, આધુનિક રેડિયો-રિસીવર. વિદ્યુતચુંબક માટે વિદ્યુત-સ્ટીલ વાપરવામાં આવે છે કારણ કે આ પ્રકારના ચુંબકમાં મહત્તમ ચુંબકશીલતા તથા પ્રમાણમાં ઓછી કિંમતવાળા પદાર્થનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઓછા-કાર્બન સ્ટીલ (low carbon steel) માટે mm નું મૂલ્ય 5,000થી 10,000 સુધી હોય છે.

રાજેશ શર્મા

આર. વી. ઉપાધ્યાય