ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા (magnetic succeptibility)

ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા (magnetic succeptibility) : કોઈ પદાર્થ કે માધ્યમની ચુંબકન (magnetisation) ગ્રહણ કરવાની ક્ષમતાનું માપ. કેટલી સહેલાઈથી પદાર્થનું ચુંબકન થઈ શકે તે તેની ગ્રહણશીલતા વડે જાણી શકાય છે. પદાર્થના એકમ ઘનફળ (કે કદ) દીઠ પ્રાપ્ત થતી ચુંબકીય ચાકમાત્રા(magnetic moment)ને ચુંબકન કહે છે. તેથી જો V કદના ચુંબકીય પદાર્થની ચુંબકીય ચાકમાત્રા M હોય તો ચુંબકન નું મૂલ્ય બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા જના સમપ્રમાણમાં હોય છે.

I ∝  H અથવા

I = χ H

જ્યાં χ = અચળાંક છે જેને ગ્રીક મૂળાક્ષર ‘કાઈ –  χ’ વડે દર્શાવવામાં આવે છે અને તેને ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા કહે છે.

I = χH ઉપરથી

માટે ચુંબકીય ગ્રહણશીલતાને, ચુંબકન (I) અને તેને ઉત્પન્ન કરતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા(H)ના ગુણોત્તર (I/H) તરીકે પણ વર્ણવી શકાય. સમીકરણમાં H = I એકમ હોય ત્યારે ઉદભવતું ચુંબકન I ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા χ જેટલું હોય છે. તેથી ચુંબકીય ગ્રહણશીલતાને એકમ ચુંબકીય તીવ્રતાના ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે, ચુંબકીય પદાર્થમાં ઉદભવતા ચુંબકન તરીકે પણ લઈ શકાય.

I અને H એકબીજાને સમાંતરે ન હોય ત્યારે χ એક પ્રદિશ (tensor – સદિશ પણ નહિ અને અદિશ પણ નહિ) હોય છે. સ્ફટિકીય પદાર્થની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર(H)ની દિશા ઉપર આધારિત હોય છે. χને પ્રતિગ્રામ, પ્રતિ પરમાણુ, પ્રતિએકમ કદ, પ્રતિ મોલ વગેરે વડે દર્શાવવામાં આવે છે.

જે પદાર્થો માટે ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા χ ઋણ હોય છે તેમને પ્રતિ કે વિષમ ચુંબકીય (diamagnetic) પદાર્થો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આવા પદાર્થોની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા તાપમાનના લાંબા ગાળા સુધી અચળ રહે છે. વાયુરૂપ પ્રતિચુંબકીય પદાર્થોમાં એકમ કદ દીઠ અણુઓની સંખ્યા ઓછી હોવાથી તેમની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા ઘન કે પ્રવાહી પ્રતિચુંબકીય પદાર્થોની ગ્રહણશીલતા કરતાં ઓછી હોય છે.

જે પદાર્થો માટે ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા χ ધન હોય, તેમને અનુચુંબકીય (paramagnetic) પદાર્થો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આવા પદાર્થોની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા તાપમાન વધતાં ઘટે છે. સારણી 1માં કેટલાક પ્રતિચુંબકીય અને અનુચુંબકીય પદાર્થોની ગ્રહણશીલતા આપેલી છે.

સારણી 1

પ્રતિચુંબકીય પદાર્થ χ		અનુચુંબકીય પદાર્થ χ
બિસ્મથ	-16.5 × 10-5	ઑક્સિજન	190 × 10-8
સોનું	-3.0 × 10-5	સોડિયમ	0.85 × 10-5
ચાંદી	-2.4  × 10-5	ઍલ્યુમિનિયમ	2.1 × 10-5
તાંબું	-0.96 × 10-5	ટંગસ્ટન	7.8 × 10-5
પાણી	-0.90 × 10-5	ગેડોલિનિયમ	48000 × 10-5
કાર્બન	-1.2 × 10-8
ડાયૉક્સાઇડ
હાઇડ્રોજન	-0.22 × 10-8

પિયેર ક્યુરી(Pierre Curie)એ 1895માં દર્શાવ્યું કે ઘણા પદાર્થો માટે ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા તે પદાર્થના નિરપેક્ષ તાપમાન(T)ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.

જ્યાં C = ક્યુરી નિયતાંક છે. આ નિયમને ક્યુરીનો નિયમ કહે છે. આ નિયમ નિરપેક્ષ શૂન્ય તાપમાને (0 K) લાગુ પડતો નથી અને ઓરડાના તાપમાન માટે તે નિયમમાં કોઈ નિશ્ચિત તાપમાન θ લઈને સુધારો કરેલો નિયમ  સ્વરૂપે આપવામાં આવે છે. સુધારા સાથેના આ નિયમને ક્યુરી-વીસ (Curie-Weiss)નો નિયમ કહે છે. આ નિયમ પ્રમાણે કોઈ θ = T તાપમાને ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા અનંત બને.

 ઉપરથી આનું અર્થઘટન એ પ્રમાણે થઈ શકે કે cના અનંત મૂલ્ય માટે H = 0 હોવા છતાં પણ પદાર્થ કોઈ નિયત મૂલ્યનું ચુંબકન M ધરાવે છે, એટલે કે આવા પદાર્થ સ્વત: (spontaneous) ચુંબકત્વ ધરાવતા હોય છે અને θ કરતાં નીચા તાપમાને તે લોહચુંબકીય (ferromagnetic) પદાર્થો તરીકે વર્તે છે. આવા પદાર્થ માટે ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા(c)નું મૂલ્ય ખૂબ ઊંચું હોય છે.

નીરવ લવિંગીયા

રાજેશ શર્મા