لارنس فورس اور galvanomagnetic اثرات

قوتیں چارج شدہ ذرات کو حرکت دینے پر لاگو ہوتی ہیں۔

اگر برقی طور پر چارج شدہ ذرہ ارد گرد کے مقناطیسی میدان میں حرکت کرتا ہے، تو اس حرکت پذیر ذرے کا اندرونی مقناطیسی میدان اور ارد گرد کا میدان آپس میں تعامل کرتا ہے، جس سے ذرہ پر لاگو قوت پیدا ہوتی ہے۔ یہ قوت ذرہ کی حرکت کی سمت کو تبدیل کرتی ہے۔ برقی چارج کے ساتھ ایک متحرک ذرہ ظاہری شکل کا سبب بنتا ہے۔ بائیو ساورا مقناطیسی میدان.

اگرچہ Bio-Savart فیلڈ، سختی سے، صرف ایک لامحدود طویل تار سے پیدا ہوتا ہے جس میں بہت سے چارج شدہ ذرات حرکت کرتے ہیں، اس ذرہ سے گزرنے والے انفرادی ذرہ کے رفتار کے گرد مقناطیسی میدان کا کراس سیکشن ایک ہی سرکلر ترتیب رکھتا ہے۔

تاہم، Bio-Savart فیلڈ جگہ اور وقت دونوں میں مستقل ہے، اور ایک انفرادی ذرہ کی فیلڈ جس کی پیمائش خلائی میں ایک دیے گئے نقطہ پر کی جاتی ہے جیسے ہی ذرہ حرکت کرتا ہے۔

لورینٹز کا قانون مقناطیسی میدان میں حرکت پذیر برقی چارج شدہ ذرہ پر عمل کرنے والی قوت کی وضاحت کرتا ہے۔:

F=kQB (dx/dt)،

جہاں B — ذرہ کا برقی چارج؛ B بیرونی مقناطیسی میدان کی شمولیت ہے جس میں ذرہ حرکت کرتا ہے۔ dx/dt — ذرات کی رفتار؛ F - ذرہ پر نتیجہ خیز قوت؛ k — تناسب کا مستقل۔

الیکٹران کی رفتار کے ارد گرد موجود مقناطیسی میدان کو گھڑی کی سمت میں دیکھا جاتا ہے جب الیکٹران کے قریب آنے والے علاقے سے دیکھا جاتا ہے۔ الیکٹران کی حرکت کے حالات کے تحت، اس کا مقناطیسی میدان بیرونی میدان کے خلاف ہوتا ہے، دکھائے گئے خطے کے نچلے حصے میں اسے کمزور کرتا ہے، اور بیرونی میدان کے ساتھ موافق ہوتا ہے، اسے اوپری حصے میں مضبوط کرتا ہے۔

دونوں عوامل کے نتیجے میں الیکٹران پر نیچے کی طرف قوت کا اطلاق ہوتا ہے۔ بیرونی فیلڈ کی سمت کے ساتھ موافق ایک سیدھی لکیر کے ساتھ، الیکٹران کا مقناطیسی میدان دائیں زاویوں سے بیرونی فیلڈ کی طرف جاتا ہے۔ کھیتوں کی اس طرح کی باہمی طور پر کھڑی سمت کے ساتھ، ان کا تعامل کوئی قوت پیدا نہیں کرتا ہے۔

مختصرا، اگر منفی چارج شدہ ذرہ کسی جہاز میں بائیں سے دائیں حرکت کرتا ہے اور بیرونی مقناطیسی فیلڈ کو مبصر کی طرف سے اسکیم کی گہرائی میں ہدایت کی جاتی ہے، تو اس ذرے پر لاگو لورینٹز فورس اوپر سے نیچے کی طرف جاتی ہے۔

ایک منفی چارج شدہ ذرہ پر عمل کرنے والی قوتیں جس کی رفتار بیرونی مقناطیسی میدان کے قوت ویکٹر کے لیے کھڑی ہوتی ہے

لارنس کے اختیارات

خلا میں حرکت کرنے والا تار اس خلا میں موجود مقناطیسی میدان کی قوت کی لکیروں کو عبور کرتا ہے، جس کے نتیجے میں تار کے اندر موجود الیکٹرانوں پر ایک مخصوص مکینیکل جبری فیلڈ کام کرتی ہے۔

مقناطیسی میدان کے ذریعے الیکٹران کی حرکت تار کے ساتھ ہوتی ہے۔اس حرکت کو کسی بھی قوت کی کارروائی سے روکا جا سکتا ہے جو کنڈکٹر کی نقل و حرکت میں رکاوٹ ہے۔ تاہم، تار کے سفر کی سمت میں، الیکٹران برقی مزاحمت سے متاثر نہیں ہوتے ہیں۔

اس طرح کے تار کے دونوں سروں کے درمیان، لورینٹز وولٹیج پیدا ہوتا ہے، جو حرکت کی رفتار اور مقناطیسی انڈکشن کے متناسب ہوتا ہے۔ لورینٹز قوتیں تار کے ساتھ الیکٹرانوں کو ایک سمت میں منتقل کرتی ہیں، جس کے نتیجے میں تار کے ایک سرے پر دوسرے کی نسبت زیادہ الیکٹران جمع ہوتے ہیں۔

چارجز کی اس علیحدگی سے پیدا ہونے والا وولٹیج الیکٹرانوں کو یکساں تقسیم پر واپس لاتا ہے اور آخر کار توازن قائم ہو جاتا ہے جبکہ تار کی رفتار کے متناسب ایک مخصوص وولٹیج کو برقرار رکھا جاتا ہے۔ اگر آپ ایسے حالات پیدا کرتے ہیں جہاں تار میں کرنٹ بہہ سکتا ہے، تو سرکٹ میں ایک وولٹیج قائم ہو جائے گا جو اصل لورینٹز وولٹیج کے مخالف ہے۔

تصویر لورینٹز قوت کو ظاہر کرنے کے لیے ایک تجرباتی سیٹ اپ دکھاتی ہے۔ بائیں تصویر: یہ کیسا لگتا ہے دائیں: لورینٹز فورس اثر۔ ایک الیکٹران دائیں سرے سے بائیں طرف پرواز کرتا ہے۔

چونکہ برقی کرنٹ چارجز کی ایک منظم حرکت ہے، اس لیے کرنٹ لے جانے والے موصل پر مقناطیسی میدان کا اثر انفرادی حرکت پذیر چارجز پر اس کے عمل کا نتیجہ ہے۔

لورینٹز فورس کا بنیادی اطلاق برقی مشینوں (جنریٹرز اور موٹرز) میں ہے۔

مقناطیسی میدان میں کرنٹ لے جانے والے موصل پر عمل کرنے والی قوت ہر چارج کیریئر پر کام کرنے والی لورینٹز فورسز کے ویکٹر کے مجموعہ کے برابر ہے۔ اس قوت کو Ampere's force کہا جاتا ہے، یعنیایمپیئر فورس کرنٹ لے جانے والے موصل پر کام کرنے والی تمام لورینٹز فورسز کے مجموعے کے برابر ہے۔ دیکھو: ایمپیئر کا قانون

Galvanomagnetic اثرات

لورینٹز قوتوں کے عمل کے مختلف نتائج، جو منفی چارج شدہ ذرات کی رفتار سے انحراف کا باعث بنتے ہیں - الیکٹران، ٹھوس چیزوں کے ذریعے حرکت کرتے ہوئے، گیلوانو میگنیٹک اثرات کہلاتے ہیں۔

جب مقناطیسی میدان میں رکھے ہوئے ٹھوس تار میں برقی رو بہتا ہے، تو اس کرنٹ کو لے جانے والے الیکٹران کرنٹ کی سمت اور مقناطیسی میدان کی سمت دونوں کے لیے کھڑے سمت میں موڑ جاتے ہیں۔ الیکٹران جتنی تیزی سے حرکت کرتے ہیں، اتنا ہی ان کا رخ موڑ جاتا ہے۔

الیکٹرانوں کے انحراف کے نتیجے میں، برقی پوٹینشل کے میلان کرنٹ کی سمت کے لیے کھڑے سمتوں میں قائم ہوتے ہیں۔ اس حقیقت کی وجہ سے کہ تیز حرکت کرنے والے الیکٹران سست حرکت کرنے والے الیکٹرانوں کے مقابلے میں زیادہ منحرف ہوتے ہیں، تھرمل میلان پیدا ہوتے ہیں، جو کرنٹ کی سمت کے لیے بھی کھڑے ہوتے ہیں۔

اس طرح، galvanomagnetic اثرات میں برقی اور تھرمل مظاہر شامل ہیں۔

یہ دیکھتے ہوئے کہ الیکٹرانز جبری برقی، تھرمل اور کیمیائی شعبوں کے زیر اثر حرکت کر سکتے ہیں، galvanomagnetic اثرات کو جبری فیلڈ کی قسم اور نتیجے میں پیدا ہونے والے مظاہر کی نوعیت - تھرمل یا برقی دونوں لحاظ سے درجہ بندی کیا جاتا ہے۔

اصطلاح "galvanomagnetic" سے مراد صرف ٹھوس چیزوں میں مشاہدہ کیے جانے والے کچھ مظاہر ہیں، جہاں کسی بھی قابل قدر مقدار میں حرکت کرنے کے قابل صرف قسم کے ذرات الیکٹران ہیں، جو یا تو "فری ایجنٹ" کے طور پر کام کرتے ہیں یا نام نہاد سوراخوں کی تشکیل کے لیے ایجنٹ کے طور پر کام کرتے ہیں۔لہذا، galvanomagnetic مظاہر کو بھی ان میں شامل کیریئر کی قسم - مفت الیکٹران یا سوراخ کے لحاظ سے درجہ بندی کیا جاتا ہے۔

حرارت کی توانائی کا ایک مظہر کسی بھی ٹھوس مادے کے الیکٹرانوں کے کسی حصے کی تصادفی طور پر ہدایت کردہ رفتار اور بے ترتیب رفتار پر مسلسل حرکت ہے۔ اگر یہ حرکات مکمل طور پر بے ترتیب خصوصیات کی حامل ہیں، تو الیکٹران کی تمام انفرادی حرکات کا مجموعہ صفر ہے، اور لورینٹز قوتوں کے زیر اثر انفرادی ذرات کے انحراف کے کسی نتیجے کا پتہ لگانا ناممکن ہے۔

اگر کوئی برقی رو ہے، تو اسے چارج شدہ ذرات کی ایک خاص تعداد یا ایک ہی سمت میں حرکت کرنے والے کیریئرز کے ذریعے لے جایا جاتا ہے۔

ٹھوس میں، الیکٹرانوں کی اصل بے ترتیب حرکت پر کچھ عمومی یک سمتی حرکت کے سپرپوزیشن کے نتیجے میں برقی رو پیدا ہوتی ہے۔ اس صورت میں، الیکٹران کی سرگرمی جزوی طور پر تھرمل انرجی کے اثر کے لیے ایک بے ترتیب ردعمل ہے اور جزوی طور پر اس اثر کے لیے یک طرفہ ردعمل ہے جو برقی رو پیدا کرتا ہے۔

الیکٹرانوں کی ایک شہتیر ایک مستقل مقناطیسی میدان میں دائرہ مدار میں حرکت کرتا ہے۔ اس ٹیوب میں الیکٹران کا راستہ دکھانے والی جامنی روشنی گیس کے مالیکیولز کے ساتھ الیکٹران کے تصادم سے پیدا ہوتی ہے۔

اگرچہ الیکٹران کی کوئی بھی حرکت لورینٹز قوتوں کے عمل کا جواب دیتی ہے، لیکن صرف وہی حرکتیں جو کرنٹ کی منتقلی میں حصہ ڈالتی ہیں گیلوانو میگنیٹک مظاہر میں ظاہر ہوتی ہیں۔

لہذا، galvanomagnetic مظاہر مقناطیسی میدان میں ایک ٹھوس جسم کو رکھنے اور اس کے الیکٹرانوں کی حرکت میں یک طرفہ حرکت شامل کرنے کے نتائج میں سے ایک ہیں، جو کہ ابتدائی حالات کے تحت فطرت میں بے ترتیب تھی۔ حالات کے اس مجموعہ کا ایک نتیجہ یہ ہے کیریئر کے ذرات کے آبادی کے میلان کی ظاہری شکل ایک سمت میں ان کی یک طرفہ حرکت کے لئے کھڑی ہے۔

لورینٹز فورسز تمام کیریئرز کو تار کے ایک طرف منتقل کرنے کا رجحان رکھتے ہیں۔ چونکہ کیریئرز چارج شدہ ذرات ہوتے ہیں، اس لیے ان کی آبادی کے ایسے میلان بھی برقی صلاحیت کے میلان بناتے ہیں جو لورینٹز قوتوں کو متوازن کرتے ہیں اور خود برقی رو کو جوش دے سکتے ہیں۔

اس طرح کے کرنٹ کی موجودگی میں، لورینٹز فورسز، گیلوانو میگنیٹک وولٹیجز اور مزاحمتی وولٹیجز کے درمیان تین اجزاء کا توازن قائم ہوتا ہے۔

الیکٹرانوں کی بے ترتیب حرکت کو تھرمل توانائی کی مدد حاصل ہوتی ہے، جس کا تعین کسی مادہ کے درجہ حرارت سے ہوتا ہے۔ ذرات کو ایک سمت میں حرکت میں رکھنے کے لیے جو توانائی درکار ہوتی ہے وہ دوسرے ذرائع سے آنی چاہیے۔ یہ مؤخر الذکر مادہ کے اندر نہیں بن سکتا، اگر یہ توازن کی حالت میں ہے، تو توانائی ماحول سے آنی چاہیے۔

اس طرح، galvanomagnetic تبدیلی کا تعلق برقی مظاہر سے ہے جو کہ کیریئر کی آبادی کے میلان کی ظاہری شکل کا نتیجہ ہیں۔ اس طرح کے گریڈینٹ ٹھوس میں اس وقت قائم ہوتے ہیں جب انہیں مقناطیسی میدان میں رکھا جاتا ہے اور بیرونی ماحول کے مختلف اثرات کا نشانہ بنتے ہیں، جس کی وجہ سے کیریئرز کی ایک عام یک طرفہ حرکت ہوتی ہے جن کی ابتدائی حالتوں میں حرکت بے ترتیب ہوتی ہے۔

galvanomagnetic اثرات کی درجہ بندی

چھ اہم galvanomagnetic اثرات معلوم ہیں:

1۔ہال کے اثرات - جبری برقی میدان کے زیر اثر ان کی نقل و حرکت کے دوران کیریئرز کے انحراف کے نتیجے میں برقی صلاحیت کے میلان کی ظاہری شکل۔ اس صورت میں، سوراخ اور الیکٹران بیک وقت یا انفرادی طور پر مخالف سمتوں میں حرکت کرتے ہیں اور اسی وجہ سے ایک ہی سمت میں ہٹ جاتے ہیں۔

دیکھو- ہال سینسر ایپلی کیشنز

2. Nerst اثرات - جبری تھرمل فیلڈ کے زیر اثر ان کی نقل و حرکت کے دوران کیریئرز کے انحراف کے نتیجے میں برقی ممکنہ میلان کی ظاہری شکل، جب کہ سوراخ اور الیکٹران بیک وقت یا الگ الگ ایک ہی سمت میں حرکت کرتے ہیں اور اس وجہ سے مخالف سمتوں میں انحراف کرتے ہیں۔

3. فوٹو برقی مقناطیسی اور میکانی برقی مقناطیسی اثرات - جبری کیمیائی فیلڈ (ذرات کی آبادی کے میلان) کے زیر اثر حرکت کے دوران کیریئرز کے انحراف کے نتیجے میں برقی صلاحیت کے میلان کا ظاہر ہونا۔ اس صورت میں، جوڑوں میں بننے والے سوراخ اور الیکٹران ایک ہی سمت میں ایک ساتھ حرکت کرتے ہیں اور اس لیے مخالف سمتوں میں انحراف کرتے ہیں۔

4. Ettingshausen اور Riga - Leduc کے اثرات - کیریئر کے انحراف کے نتیجے میں تھرمل گریڈیئنٹس کی ظاہری شکل، جب گرم کیریئرز سرد سے زیادہ حد تک موڑ جاتے ہیں۔ اگر تھرمل میلان ہال اثرات کے سلسلے میں واقع ہوتے ہیں، تو اس رجحان کو Ettingshausen اثر کہا جاتا ہے، اگر وہ Nernst اثر کے سلسلے میں واقع ہوتا ہے، تو اس رجحان کو Rigi-Leduc Effect کہا جاتا ہے۔

5. ڈرائیونگ الیکٹرک فیلڈ کے زیر اثر نقل و حرکت کے دوران کیریئرز کے انحراف کے نتیجے میں برقی مزاحمت میں اضافہ۔ یہاں، ایک ہی وقت میں، کنڈکٹر کے مؤثر کراس سیکشنل ایریا میں کمی واقع ہوئی ہے جس کی وجہ کیریئرز کے اس کے ایک طرف شفٹ ہو جاتے ہیں اور کیریئرز کی طرف سے اس کی سمت میں طے کیے گئے فاصلے میں کمی واقع ہوتی ہے۔ ایک سیدھے راستے کی بجائے ایک مڑے ہوئے راستے پر چلنے کی وجہ سے ان کے راستے کی توسیع کی وجہ سے کرنٹ۔

6. اوپر کی طرح بدلتے ہوئے حالات کے نتیجے میں تھرمل مزاحمت میں اضافہ۔

ہال اثر سینسر

اہم مشترکہ اثرات دو صورتوں میں پائے جاتے ہیں:

• جب مندرجہ بالا مظاہر کے نتیجے میں ممکنہ میلان کے زیر اثر برقی رو کے بہاؤ کے لیے حالات پیدا ہوتے ہیں؛
• جب مندرجہ بالا مظاہر کے نتیجے میں تھرمل گریڈینٹ کے زیر اثر گرمی کے بہاؤ کی تشکیل کے لیے حالات پیدا ہوتے ہیں۔

اس کے علاوہ، مشترکہ اثرات معلوم ہوتے ہیں، جس میں ایک گیلوانومیگنیٹک اثرات میں سے ایک کو ایک یا زیادہ غیر galvanomagnetic اثرات کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔

1. حرارتی اثرات:

• درجہ حرارت کی تبدیلیوں کی وجہ سے کیریئر کی نقل و حرکت میں تبدیلی؛
• الیکٹران اور سوراخ کی نقل و حرکت درجہ حرارت کے لحاظ سے مختلف ڈگریوں میں تبدیل ہوتی ہے۔
• درجہ حرارت کی تبدیلیوں کی وجہ سے کیریئر کی آبادی میں تبدیلی؛
• درجہ حرارت میں تبدیلی کی وجہ سے الیکٹران اور سوراخ کی آبادی مختلف ڈگریوں میں بدل جاتی ہے۔

2. انیسوٹروپی کے اثرات۔ کرسٹل لائن مادوں کی انیسوٹروپک خصوصیات اس رجحان کے نتائج کو تبدیل کرتی ہیں جن کا مشاہدہ آئسوٹروپک خصوصیات کے ساتھ کیا جائے گا۔

3. تھرمو الیکٹرک اثرات:

• گرم اور ٹھنڈے میڈیا کی علیحدگی کی وجہ سے تھرمل گریڈینٹ تھرمو الیکٹرک اثرات پیدا کرتے ہیں۔
• کیریئر کے تعصب کے نتیجے میں تھرمو الیکٹرک اثرات میں اضافہ ہوتا ہے، کیرئیر کی آبادی میں تبدیلی کی وجہ سے مادے کی فی یونٹ مقدار میں کیمیائی صلاحیت تبدیل ہوتی ہے (Nerst اثرات)۔

4. فیرو میگنیٹک اثرات۔ فیرو میگنیٹک مادوں میں کیریئر کی نقل و حرکت کا انحصار مقناطیسی میدان کی مطلق طاقت اور سمت پر ہوتا ہے (جیسا کہ گاوسی اثر میں)۔

5. طول و عرض کا اثر۔ اگر جسم میں الیکٹران کی رفتار کے مقابلے میں بڑے طول و عرض ہیں، تو جسم کے حجم میں مادہ کی خصوصیات الیکٹران کی سرگرمی پر اہم اثر ڈالتی ہیں۔ اگر جسم کے طول و عرض الیکٹران کی رفتار کے مقابلے میں چھوٹے ہیں، تو سطحی اثرات غالب ہو سکتے ہیں۔

6. مضبوط کھیتوں کا اثر و رسوخ۔ Galvanomagnetic مظاہر کا انحصار اس بات پر ہے کہ کیریئر اپنے سائکلوٹرون رفتار کے ساتھ کتنی دیر تک سفر کرتے ہیں۔ مضبوط مقناطیسی میدانوں میں، کیریئر اس راستے پر کافی فاصلہ طے کر سکتے ہیں۔ مختلف ممکنہ galvanomagnetic اثرات کی کل تعداد دو سو سے زیادہ ہے، لیکن درحقیقت ان میں سے ہر ایک کو اوپر دیے گئے مظاہر کو ملا کر حاصل کیا جا سکتا ہے۔

بھی دیکھو: بجلی اور مقناطیسیت، بنیادی تعریفیں، حرکت پذیر چارج شدہ ذرات کی اقسام