మునుపటి ‘విద్యుత్’ అధ్యాయంలో మనం విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క తాపన ప్రభావాల గురించి తెలుసుకున్నాము. విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క ఇతర ప్రభావాలు ఏమి కావచ్చు? విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని మోసుకెళ్ళే తీగ ఒక అయస్కాంతం వలె ప్రవర్తిస్తుందని మనకు తెలుసు. దీనిని బలోపేతం చేయడానికి ఈ క్రింది కృత్యాన్ని చేద్దాం.

కృత్యం 12.1

• ఒక నేరుగా ఉండే మందపాటి రాగి తీగను తీసుకొని, దానిని ఫిగ్. 12.1లో చూపినట్లుగా, ఒక విద్యుత్ వలయంలో $X$ మరియు $Y$ బిందువుల మధ్య ఉంచండి. తీగ XY కాగితం తలానికి లంబంగా ఉంచబడింది.
• ఈ రాగి తీగ దగ్గర ఒక చిన్న దిక్సూచిని అడ్డంగా ఉంచండి. దాని సూది స్థానాన్ని చూడండి.
• కీని ప్లగ్లోకి చొప్పించి వలయం ద్వారా ప్రవాహాన్ని పంపండి.
• దిక్సూచి సూది స్థానంలో మార్పును గమనించండి.

ఫిగర్ 12.1 లోహ కండక్టర్ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని పంపినప్పుడు దిక్సూచి సూది విక్షేపం చెందుతుంది

సూది విక్షేపం చెందిందని మనం చూస్తాము. దాని అర్థం ఏమిటి? రాగి తీగ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం ఒక అయస్కాంత ప్రభావాన్ని ఉత్పత్తి చేసిందని దీని అర్థం. అందువలన విద్యుత్ మరియు అయస్కాంతత్వం ఒకదానితో ఒకటి సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని చెప్పవచ్చు. అప్పుడు, కదిలే అయస్కాంతాల యొక్క విద్యుత్ ప్రభావం యొక్క రివర్స్ సాధ్యత ఏమిటి? ఈ అధ్యాయంలో మనం అయస్కాంత క్షేత్రాలు మరియు అటువంటి విద్యుదయస్కాంత ప్రభావాలను అధ్యయనం చేస్తాము. విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క అయస్కాంత ప్రభావాన్ని కలిగి ఉన్న విద్యుదయస్కాంతాల గురించి కూడా మనం అధ్యయనం చేస్తాము.

హాన్స్ క్రిస్టియన్ ఓర్స్టెడ్ (1777-1851)

హాన్స్ క్రిస్టియన్ ఓర్స్టెడ్, $19^{\text{th }}$ శతాబ్దపు ప్రముఖ శాస్త్రవేత్తలలో ఒకరు, విద్యుదయస్కాంతత్వాన్ని అర్థం చేసుకోవడంలో కీలక పాత్ర పోషించారు. 1820లో, సమీపంలో ఉంచిన లోహ తీగ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం ప్రవహించినప్పుడు దిక్సూచి సూది విక్షేపం చెందిందని అతను అనుకోకుండా కనుగొన్నాడు. ఈ పరిశీలన ద్వారా ఓర్స్టెడ్ విద్యుత్ మరియు అయస్కాంతత్వం సంబంధిత దృగ్విషయాలు అని చూపించాడు. అతని పరిశోధన తరువాత రేడియో, టెలివిజన్ మరియు ఫైబర్ ఆప్టిక్స్ వంటి సాంకేతికతలను సృష్టించింది. అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క ప్రమాణానికి అతని గౌరవార్థం ఓర్స్టెడ్ అని పేరు పెట్టారు.

12.1 అయస్కాంత క్షేత్రం మరియు క్షేత్ర రేఖలు

దండ అయస్కాంతం దగ్గరకు తీసుకువెళ్ళినప్పుడు దిక్సూచి సూది విక్షేపం చెందుతుందనే వాస్తవం మనకు తెలిసిందే. దిక్సూచి సూది, వాస్తవానికి, ఒక చిన్న దండ అయస్కాంతం. దిక్సూచి సూది చివరలు సుమారుగా ఉత్తర మరియు దక్షిణ దిశల వైపు సూచిస్తాయి. ఉత్తరం వైపు సూచించే చివరను ఉత్తర అన్వేషణ లేదా ఉత్తర ధృవం అంటారు. దక్షిణం వైపు సూచించే మరొక చివరను దక్షిణ అన్వేషణ లేదా దక్షిణ ధృవం అంటారు. వివిధ కృత్యాల ద్వారా సజాతి ధృవాలు వికర్షించుకుంటాయి, అయితే అసజాతి ధృవాలు ఒకదానినొకటి ఆకర్షిస్తాయని మనం గమనించాము.

కృత్యం 12.2

• కొంత అంటుకునే పదార్థాన్ని ఉపయోగించి డ్రాయింగ్ బోర్డుపై తెల్ల కాగితపు షీట్ను స్థిరపరచండి.
• దాని మధ్యలో ఒక దండ అయస్కాంతాన్ని ఉంచండి.
• దండ అయస్కాంతం చుట్టూ కొంత ఇనుప బొగ్గు పొడిని ఏకరీతిగా చల్లండి (ఫిగ్. 12.2). ఈ ప్రయోజనం కోసం ఉప్పు చల్లే సాధనం ఉపయోగించవచ్చు.
• ఇప్పుడు బోర్డును మెల్లగా తట్టండి.
• మీరు ఏమి గమనించారు?

ఫిగర్ 12.2 దండ అయస్కాంతం దగ్గర ఉన్న ఇనుప బొగ్గు పొడి క్షేత్ర రేఖల వెంట స్వయంగా వరుసకట్టుకుంటుంది.

ఇనుప బొగ్గు పొడి ఫిగ్. 12.2లో చూపిన విధంగా ఒక నమూనాలో అమర్చుకుంటుంది. ఇనుప బొగ్గు పొడి ఎందుకు అలాంటి నమూనాలో అమర్చుకుంటుంది? ఈ నమూనా ఏమి ప్రదర్శిస్తుంది? అయస్కాంతం దాని చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతంలో దాని ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. అందువలన ఇనుప బొగ్గు పొడి ఒక బలాన్ని అనుభవిస్తుంది. ఈ విధంగా చూపబడిన బలం ఇనుప బొగ్గు పొడిని ఒక నమూనాలో అమర్చడానికి కారణమవుతుంది. ఒక అయస్కాంతం చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతం, దీనిలో అయస్కాంతం యొక్క బలాన్ని గుర్తించవచ్చు, అయస్కాంత క్షేత్రం ఉందని చెప్పబడుతుంది. ఇనుప బొగ్గు పొడి స్వయంగా వరుసకట్టుకునే రేఖలు అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖలను సూచిస్తాయి.

దండ అయస్కాంతం చుట్టూ అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖలను పొందడానికి ఇతర మార్గాలు ఉన్నాయా? అవును, మీరే ఒక దండ అయస్కాంతం యొక్క క్షేత్ర రేఖలను గీయవచ్చు.

కృత్యం 12.3

• ఒక చిన్న దిక్సూచి మరియు ఒక దండ అయస్కాంతాన్ని తీసుకోండి.
• కొంత అంటుకునే పదార్థాన్ని ఉపయోగించి, డ్రాయింగ్ బోర్డుపై స్థిరపరచిన తెల్ల కాగితపు షీట్పై అయస్కాంతాన్ని ఉంచండి.
• అయస్కాంతం యొక్క సరిహద్దును గుర్తించండి.
• అయస్కాంతం యొక్క ఉత్తర ధృవం దగ్గర దిక్సూచిని ఉంచండి. అది ఎలా ప్రవర్తిస్తుంది? సూది యొక్క దక్షిణ ధృవం అయస్కాంతం యొక్క ఉత్తర ధృవం వైపు సూచిస్తుంది. దిక్సూచి యొక్క ఉత్తర ధృవం అయస్కాంతం యొక్క ఉత్తర ధృవం నుండి దూరంగా నిర్దేశించబడుతుంది.
• సూది యొక్క రెండు చివరల స్థానాన్ని గుర్తించండి.
• ఇప్పుడు సూదిని ఒక కొత్త స్థానానికి తరలించండి, దాని దక్షిణ ధృవం దాని ఉత్తర ధృవం గతంలో ఆక్రమించిన స్థానాన్ని ఆక్రమించేలా చేయండి.
• ఈ విధంగా, మీరు అయస్కాంతం యొక్క దక్షిణ ధృవాన్ని చేరుకునే వరకు దశలవారీగా ముందుకు సాగండి, ఫిగ్. 12.3లో చూపినట్లుగా.
• కాగితంపై గుర్తించిన బిందువులను మృదువైన వక్రరేఖతో కలపండి. ఈ వక్రరేఖ ఒక క్షేత్ర రేఖను సూచిస్తుంది.
• పై విధానాన్ని పునరావృతం చేసి, మీరు చేయగలిగినంత రేఖలను గీయండి. మీరు ఫిగ్. 12.4లో చూపిన నమూనాను పొందుతారు. ఈ రేఖలు అయస్కాంతం చుట్టూ ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని సూచిస్తాయి. ఇవి అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖలుగా పిలువబడతాయి.
• మీరు దిక్సూచి సూదిని ఒక క్షేత్ర రేఖ వెంట తరలించేటప్పుడు దాని విక్షేపణను గమనించండి. సూదిని ధృవాల వైపు తరలించేటప్పుడు విక్షేపణ పెరుగుతుంది.

ఫిగర్ 12.3 దిక్సూచి సూది సహాయంతో అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖను గీయడం

ఫిగర్ 12.4 దండ అయస్కాంతం చుట్టూ క్షేత్ర రేఖలు

అయస్కాంత క్షేత్రం అనేది దిశ మరియు పరిమాణం రెండింటినీ కలిగి ఉండే ఒక రాశి. అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క దిశ, దాని లోపల ఒక దిక్సూచి సూది యొక్క ఉత్తర ధృవం కదిలే దిశగా తీసుకోబడుతుంది. అందువలన, క్షేత్ర రేఖలు ఉత్తర ధృవం నుండి బయలుదేరి దక్షిణ ధృవం వద్ద కలిసిపోతాయని సంప్రదాయం ద్వారా తీసుకోబడుతుంది (ఫిగ్. 12.4లో క్షేత్ర రేఖలపై గుర్తించబడిన \tosని గమనించండి). అయస్కాంతం లోపల, క్షేత్ర రేఖల దిశ దాని దక్షిణ ధృవం నుండి దాని ఉత్తర ధృవం వైపు ఉంటుంది. అందువలన అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖలు మూసివేయబడిన వక్రరేఖలు.

అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క సాపేక్ష బలం క్షేత్ర రేఖల సన్నిహితత స్థాయి ద్వారా చూపబడుతుంది. క్షేత్ర రేఖలు దట్టంగా ఉన్న చోట క్షేత్రం బలంగా ఉంటుంది, అంటే, ఉంచబడిన మరొక అయస్కాంతం యొక్క ధృవంపై పనిచేసే బలం ఎక్కువగా ఉంటుంది (ఫిగ్. 12.4 చూడండి).

రెండు క్షేత్ర-రేఖలు ఒకదానినొకటి దాటుతున్నట్లు కనుగొనబడలేదు. అవి అలా చేస్తే, ఛేదన బిందువు వద్ద, దిక్సూచి సూది రెండు దిశల వైపు సూచిస్తుందని అర్థం, ఇది సాధ్యం కాదు.

12.2 విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని మోసుకెళ్ళే కండక్టర్ వలన అయస్కాంత క్షేత్రం

కృత్యం 12.1లో, లోహ కండక్టర్ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం దాని చుట్టూ ఒక అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుందని మనం చూశాము. ఉత్పత్తి చేయబడిన క్షేత్రం యొక్క దిశను కనుగొనడానికి ఈ క్రింది విధంగా కృత్యాన్ని పునరావృతం చేద్దాం -

కృత్యం 12.4

• ఒక పొడవైన నేరుగా ఉండే రాగి తీగ, రెండు లేదా మూడు $1.5 V$ సెల్లు మరియు ఒక ప్లగ్ కీని తీసుకోండి. ఫిగ్. 12.5 (a)లో చూపినట్లుగా అన్నింటినీ శ్రేణిలో కనెక్ట్ చేయండి.
• నేరుగా ఉండే తీగను దిక్సూచి సూదికి సమాంతరంగా మరియు పైన ఉంచండి.
• వలయంలో కీని ప్లగ్ చేయండి.
• సూది యొక్క ఉత్తర ధృవం యొక్క విక్షేపణ దిశను గమనించండి. ప్రవాహం ఉత్తరం నుండి దక్షిణం వైపు ప్రవహిస్తే, ఫిగ్. 12.5 (a)లో చూపినట్లుగా, దిక్సూచి సూది యొక్క ఉత్తర ధృవం తూర్పు వైపు కదులుతుంది.
• ఫిగ్. 12.5 (b)లో చూపినట్లుగా వలయంలో సెల్ కనెక్షన్లను మార్చండి. ఇది రాగి తీగ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క దిశ మార్పుకు దారి తీస్తుంది, అంటే, దక్షిణం నుండి ఉత్తరం వైపు.
• సూది యొక్క విక్షేపణ దిశలో మార్పును గమనించండి. ఇప్పుడు సూది వ్యతిరేక దిశలో, అంటే, పడమర వైపు కదులుతుందని మీరు చూస్తారు [ఫిగ్. 12.5 (b)]. విద్యుత్ ప్రవాహం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క దిశ కూడా తిరగబడిందని దీని అర్థం.

(a)

(b)

ఫిగర్ 12.5 ఒక సాధారణ విద్యుత్ వలయం, దీనిలో ఒక నేరుగా ఉండే రాగి తీగ దిక్సూచి సూదికి సమాంతరంగా మరియు పైన ఉంచబడుతుంది. ప్రవాహం దిశ తిరగబడినప్పుడు సూదిలో విక్షేపణ వ్యతిరేకంగా మారుతుంది.

12.2.1 నేరుగా కండక్టర్ ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్ ప్రవాహం వలన అయస్కాంత క్షేత్రం

కండక్టర్ ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్ ప్రవాహం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క నమూనాను ఏది నిర్ణయిస్తుంది? నమూనా కండక్టర్ ఆకారంపై ఆధారపడి ఉంటుందా? మనం దీన్ని ఒక కృత్యంతో పరిశోధిస్తాము.

మనం మొదట విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని మోసుకెళ్ళే నేరుగా కండక్టర్ చుట్టూ ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క నమూనాను పరిశీలిస్తాము.

కృత్యం 12.5

• ఒక బ్యాటరీ (12 V), ఒక వేరియబుల్ రెసిస్టెన్స్ (లేదా రియోస్టాట్), ఒక ఆమ్మీటర్ (0-5 A), ఒక ప్లగ్ కీ, కనెక్టింగ్ వైర్లు మరియు ఒక పొడవైన నేరుగా ఉండే మందపాటి రాగి తీగను తీసుకోండి.
• మందపాటి తీగను దీర్ఘచతురస్రాకార కార్డ్బోర్డ్ తలం కేంద్రం ద్వారా, లంబంగా చొప్పించండి. కార్డ్బోర్డ్ స్థిరంగా ఉండి పైకి లేదా కిందకి జారదు అని ఖాతరి చేయండి.
• రాగి తీగను $X$ మరియు $Y$ బిందువుల మధ్య నిలువుగా కనెక్ట్ చేయండి, ఫిగ్. 12.6 (a)లో చూపినట్లుగా, బ్యాటరీ, ప్లగ్ మరియు కీతో శ్రేణిలో.
• కార్డ్బోర్డ్పై కొంత ఇనుప బొగ్గు పొడిని ఏకరీతిగా చల్లండి. (ఈ ప్రయోజనం కోసం మీరు ఉప్పు చల్లే సాధనం ఉపయోగించవచ్చు.)
• రియోస్టాట్ యొక్క వేరియబుల్ను ఒక స్థిర స్థానంలో ఉంచండి మరియు ఆమ్మీటర్ ద్వారా ప్రవాహాన్ని గమనించండి.
• తీగ ద్వారా ప్రవాహం ప్రవహించేలా కీని మూసివేయండి. $X$ మరియు $Y$ బిందువుల మధ్య ఉంచబడిన రాగి తీగ నిలువుగా నేరుగా ఉండేలా ఖాతరి చేయండి.
• కార్డ్బోర్డ్ను కొన్ని సార్లు మెల్లగా తట్టండి. ఇనుప బొగ్గు పొడి నమూనాను గమనించండి. ఇనుప బొగ్గు పొడి రాగి తీగ చుట్టూ సకేంద్ర వృత్తాల నమూనాను చూపుతూ స్వయంగా వరుసకట్టుకుంటుందని మీరు కనుగొంటారు (ఫిగ్. 12.6).
• ఈ సకేంద్ర వృత్తాలు ఏమి సూచిస్తాయి? అవి అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖలను సూచిస్తాయి.
• అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క దిశ ఎలా కనుగొనబడుతుంది? ఒక వృత్తం పైన ఒక బిందువు (P అని చెప్పండి) వద్ద ఒక దిక్సూచిని ఉంచండి. సూది దిశను గమనించండి. దిక్సూచి సూది యొక్క ఉత్తర ధృవం యొక్క దిశ $P$ బిందువు వద్ద నేరుగా తీగ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన క్షేత్ర రేఖల దిశను ఇస్తుంది. బాణం ద్వారా దిశను చూపించండి.
• నేరుగా రాగి తీగ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క దిశ తిరగబడితే అయస్కాంత క్షేత్ర రేఖల దిశ తిరగబడుతుందా? దాన్ని తనిఖీ చేయండి.

(a)

(b)

ఫిగర్ 12.6 (a) నేరుగా కండక్టింగ్ తీగ చుట్టూ అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క క్షేత్ర రేఖలను సూచించే సకేంద్ర వృత్తాల నమూనా. వృత్తాలలోని బాణాలు క్షేత్ర రేఖల దిశను చూపుతాయి. (b) పొందిన నమూనా యొక్క క్లోజప్.

రాగి తీగలోని విద్యుత్ ప్రవాహం మారితే ఇచ్చిన బిందువు వద్ద ఉంచబడిన దిక్సూచి సూది యొక్క విక్షేపణకు ఏమి జరుగుతుంది? దీన్ని చూడటానికి, తీగలోని ప్రవాహాన్ని మార్చండి. సూదిలో విక్షేపణ కూడా మారుతుందని మనం కనుగొంటాము. వాస్తవానికి, ప్రవాహం పెరిగితే, విక్షేపణ కూడా పెరుగుతుంది. ఇది ఇచ్చిన బిందువు వద్ద ఉత్పత్తి చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క పరిమాణం తీగ ద్వారా ప్రవాహం పెరిగేకొద్దీ పెరుగుతుందని సూచిస్తుంది.

తీగ ద్వారా ప్రవాహం అలాగే ఉండి, దిక్సూచిని రాగి తీగ నుండి దూరంగా తరలిస్తే సూది యొక్క విక్షేపణకు ఏమి జరుగుతుంది? దీన్ని చూడటానికి, ఇప్పుడు దిక్సూచిని కండక్టింగ్ తీగ నుండి దూరంగా ఉన్న బిందువు వద్ద ఉంచండి ($Q$ బిందువు వద్ద అని చెప్పండి). మీరు ఏ మార్పును గమనించారు? సూదిలో విక్షేపణ తగ్గుతుందని మనం చూస్తాము. అందువలన కండక్టర్లో ఇచ్చిన ప్రవాహం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం దాని నుండి దూరం పెరిగేకొద్దీ తగ్గుతుంది. ఫిగ్. 12.6 నుండి, విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని మోసుకెళ్ళే నేరుగా తీగ చుట్టూ ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని సూచించే సకేంద్ర వృత్తాలు మనం దాని నుండి దూరంగా వెళ్ళేకొద్దీ పెద్దవి మరియు పెద్దవి అవుతాయని గమనించవచ్చు.

12.2.2 కుడి-చేతి బొటనవేలు నియమం

విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని మోసుకెళ్ళే కండక్టర్తో అనుబంధించబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క దిశను కనుగొనడానికి ఒక సౌకర్యవంతమైన మార్గం ఫిగ్. 12.7లో