ચુંબકીય દ્વિધ્રુવ (magnetic dipole) : ચુંબકના ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવ. કાયમી ચુંબકના બે ટુકડા કરવામાં આવે તો દરેક ટુકડો ઉત્તર તથા દક્ષિણ એમ બે ધ્રુવવાળા સ્વતંત્ર ચુંબક તરીકે વર્તે છે. એક જ ધ્રુવ ધરાવતા ચુંબકના અસ્તિત્વ માટે આજ સુધી સ્પષ્ટ પુરાવાઓ મળ્યા નથી.
ચુંબકત્વનું મૂળ કારણ પદાર્થના અણુઓમાંની ઇલેક્ટ્રૉનની ગતિ છે. પરમાણુમાં રહેલ ઇલેક્ટ્રૉનની ગતિ બે પ્રકારની હોય છે : (1) ઇલેક્ટ્રૉનની પોતાની ધરી પરની ચક્રણ (spin) ગતિ (કાંઈક અંશે પૃથ્વીની પોતાની ધરી પરના ભ્રમણ જેવી) અને (2) ધન વિદ્યુતભારિત ન્યૂક્લિયસની આસપાસની ચોક્કસ કક્ષાઓમાં થતી કક્ષીય ગતિ. ઇલેક્ટ્રૉનની આ બંને ગતિઓને સૂક્ષ્મબંધ પરિપથમાંના વિદ્યુતપ્રવાહ જેવી ગણી શકાય અને તેથી કોઈ પણ પરમાણુ આણ્વિક ચુંબકીય દ્વિધ્રુવ (atomic magnetic dipole) તરીકે વર્તી શકે છે. ઇલેક્ટ્રૉનની આ બંને ગતિઓની સાથે (1) સ્પિન અને (2) કક્ષીય એમ બે ચુંબકીય ચાકમાત્રા (magnetic moment) પણ હોય છે. એક કરતાં વધુ ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવતા પરમાણુની પરિણામી ચુંબકીય ચાકમાત્રા તે પરમાણુમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રૉનની ગોઠવણી પર આધારિત હોય છે. તેના પરથી પદાર્થના બે પ્રકાર પડે છે : (1) જેમાં પરમાણુ, અણુ કે આયનોની કાયમી ચુંબકીય ચાકમાત્રા શૂન્ય હોય; અને (2) જેમાં કાયમી ચુંબકીય ચાકમાત્રા શૂન્ય ન હોય.
પ્રથમ પ્રકારના પદાર્થ પર જ્યારે બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ પાડવામાં આવે છે ત્યારે તેમના પરમાણુઓમાંના ઇલેક્ટ્રૉનની ગતિમાં બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રને અનુરૂપ ફેરફાર થાય છે. પરિણામે તેમાં સૂક્ષ્મ, આણ્વિક ચુંબકીય દ્વિધ્રુવી ચાકમાત્રા પ્રેરિત થાય છે જે બાહ્યક્ષેત્રના સમપ્રમાણમાં હોય છે. આ પ્રેરિત ચાકમાત્રાને લઈને પદાર્થ પોતે પણ પરિણામી ચુંબકીય દ્વિધ્રુવી ચાકમાત્રા ધરાવે છે, જે બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રના સમપ્રમાણમાં હોય છે. પ્રતિચુંબકીય (diamagnetic) પદાર્થમાં આ ચાકમાત્રા બાહ્ય ક્ષેત્રની વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે. તેથી આ પદાર્થોની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા ઋણ હોય છે.
બીજા પ્રકારના પદાર્થોમાં બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં કાયમી આણ્વિક ચુંબકીય દ્વિધ્રુવી ચાકમાત્રા બધી જ દિશામાં લગભગ સરેરાશ રીતે એકસરખી વિતરિત થયેલી હોવાથી આવા પદાર્થમાં કોઈ ચુંબકત્વ જણાતું નથી. આવા પદાર્થ પર બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર લગાડવામાં આવે ત્યારે ક્ષેત્રની દિશામાં ગોઠવાતા દ્વિધ્રુવોની સંખ્યા, ક્ષેત્રની વિરુદ્ધ દિશામાં ગોઠવાતા દ્વિધ્રુવોની સંખ્યાથી વધુ હોય છે. તેથી આવા પદાર્થ પરિણામી ચુંબકત્વ ધરાવે છે. આ પ્રકારના ચુંબકત્વને અનુચુંબકીય ચુંબકત્વ (paramagnetism) કહે છે. આવા પદાર્થોમાં પરિણામી ચુંબકીય દ્વિધ્રુવી ચાકમાત્રા, ક્ષેત્રની દિશામાં હોવાથી તેમની ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા ધન હોય છે.
કેટલાક પદાર્થોમાં, બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં આણ્વિક ચુંબકીય દ્વિધ્રુવો, અમુક નિશ્ચિત તાપમાનથી નીચા તાપમાને, પરસ્પર એકબીજા પર બળ લગાડતા હોય છે. પરિણામે બાહ્ય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં પણ અમુક નિશ્ચિત દિશામાં જ આણ્વિક દ્વિધ્રુવોની ગોઠવણ જોવા મળે છે. આ દ્વિધ્રુવો વચ્ચે લાગતાં બળો, તેમને એકબીજાને સમાંતર કે પ્રતિસમાંતર ગોઠવે છે. મોટા વિસ્તાર સુધી દ્વિધ્રુવો એકબીજાને સમાંતરે ગોઠવાય ત્યારે પદાર્થ લોહચુંબકત્વ (ferro-magnetism) ધરાવે છે અને સ્થૂળ સ્તરે કાયમી ચુંબકીય ચાકમાત્રા ધરાવીને કાયમી ચુંબક તરીકે વર્તે છે. લોખંડ, કોબાલ્ટ, નિકલ વગેરે આનાં ઉદાહરણ છે.
આણ્વિક દ્વિધ્રુવો સરખી સંખ્યામાં પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં ગોઠવાય અને આ દ્વિધ્રુવોની ચાકમાત્રાનું પરિણામ સરખું હોય તો સ્થૂળ સ્તરે કોઈ પરિણામી ચુંબકીય ચાકમાત્રા પ્રાપ્ત થતી નથી. આવા ચુંબકત્વને પ્રતિ-લોહચુંબકત્વ (anti-ferromagnetism) કહે છે. ક્રોમિયમ, MnF2, FeO વગેરેમાં તે અમુક તાપમાનથી નીચા તાપમાને જોવા મળે છે. જો અણુ દ્વિધ્રુવીઓ સરખા પરિમાણની ન હોય અને જમણી દિશામાં ગોઠવાયેલા બધા જ દ્વિધ્રુવોની ચુંબકીય દ્વિધ્રુવીનું કુલ પરિમાણ ડાબી દિશામાં ગોઠવાયેલા દ્વિધ્રુવોની દ્વિધ્રુવીના પરિમાણથી વધુ હોય તો સ્થૂળ સ્તરે પરિણામી કાયમી ચુંબકીય ચાકમાત્રા મળે છે. આ અસરને લઘુલોહચુંબકત્વ (ferrimagnetism) કહે છે. તે Fe3O4 તથા ફેરાઇટ્સમાં જોવા મળે છે.
વિવિધ પ્રકારના ચુંબકીય પદાર્થોમાં પરમાણ્વીય દ્વિધ્રુવોની ગોઠવણી
જુદા જુદા પ્રકારના ચુંબકીય પદાર્થોમાં મળતી ચુંબકીય દ્વિધ્રુવોની ગોઠવણને ઉપરની આકૃતિમાં દર્શાવી છે. લોહચુંબકત્વ, પ્રતિલોહચુંબકત્વ અને લઘુલોહચુંબકત્વ અમુક નિશ્ચિત તાપમાનથી વધુ તાપમાને અનુચુંબકત્વમાં રૂપાંતરિત થાય છે. કારણ કે તાપમાન વધતાં દ્વિધ્રુવોની ગોઠવણી કોઈ નિશ્ચિત દિશામાં મળતી નથી.
નીરવ લવિંગીયા