برقی اور مقناطیسی میدان: کیا فرق ہیں؟

روسی زبان میں اصطلاح "کھیت" کا مطلب یکساں ساخت کا ایک بہت بڑا علاقہ ہے، مثال کے طور پر گندم یا آلو۔

طبیعیات اور الیکٹریکل انجینئرنگ میں، یہ مختلف قسم کے مادے کو بیان کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے، مثال کے طور پر برقی مقناطیسی، جو برقی اور مقناطیسی اجزاء پر مشتمل ہوتا ہے۔

الیکٹرک چارج مادے کی ان شکلوں سے وابستہ ہے۔ جب یہ ساکن ہوتا ہے تو اس کے ارد گرد ہمیشہ ایک برقی میدان ہوتا ہے اور جب یہ حرکت کرتا ہے تو ایک مقناطیسی میدان بھی بنتا ہے۔

برقی (زیادہ واضح طور پر، الیکٹرو سٹیٹک) فیلڈ کی نوعیت کے بارے میں انسان کا خیال اس کی خصوصیات کے تجرباتی مطالعے کی بنیاد پر تشکیل پاتا ہے، کیونکہ تحقیق کا ابھی کوئی دوسرا طریقہ نہیں ہے۔ اس طریقہ کے ساتھ، یہ پتہ چلا کہ یہ ایک خاص قوت کے ساتھ حرکت پذیر اور / یا اسٹیشنری برقی چارجز پر کام کرتا ہے۔ اس کی قدر کی پیمائش کرکے، اہم آپریشنل خصوصیات کا جائزہ لیا جاتا ہے۔

الیکٹرک فیلڈ

تشکیل:

• برقی چارجز کے ارد گرد (جسم یا ذرات)؛

• مقناطیسی میدان میں تبدیلیوں کے ساتھ، جیسا کہ حرکت کے دوران ہوتا ہے۔ برقی مقناطیسی لہریں. 

اسے طاقت کی لکیروں کے ساتھ دکھایا گیا ہے، جو عام طور پر مثبت چارجز سے نکلتے ہوئے اور منفی چارجز میں ختم ہوتے ہوئے دکھائے جاتے ہیں۔ اس طرح چارجز برقی میدان کے ذرائع ہیں۔ ان پر عمل کرکے آپ یہ کرسکتے ہیں:

• فیلڈ کی موجودگی کی شناخت؛

• اس کی قدر کی پیمائش کرنے کے لیے ایک کیلیبریٹڈ قدر درج کریں۔

عملی استعمال کے لیے، پاور کی خصوصیت نام نہاد وولٹیج، جس کا اندازہ ایک مثبت علامت کے ساتھ ایک چارج پر ہونے والی کارروائی سے لگایا جاتا ہے۔

مقناطیسی میدان

پر عمل کرتا ہے:

• الیکٹرک باڈیز اور چارجز ایک خاص کوشش کے ساتھ حرکت میں ہیں۔

• مقناطیسی لمحات ان کی حرکت کی حالتوں پر غور کیے بغیر۔

مقناطیسی میدان بنایا گیا ہے:

• چارج شدہ ذرات کے کرنٹ کا گزرنا؛

• ایٹموں یا دیگر ذرات کے اندر الیکٹران کے مقناطیسی لمحات کا خلاصہ کرکے؛

• برقی میدان میں عارضی تبدیلی کے ساتھ۔

اسے طاقت کی لکیروں کے ساتھ بھی دکھایا گیا ہے، لیکن وہ سموچ کے ساتھ بند ہیں، ان کا کوئی آغاز اور اختتام نہیں ہے، برقی لکیروں کے برعکس۔

برقی اور مقناطیسی شعبوں کا تعامل

برقی مقناطیسی میدان میں ہونے والے عمل کا پہلا نظریاتی اور ریاضیاتی جواز جیمز کلرک میکسویل نے کیا۔ اس نے تفریق اور اٹوٹ شکلوں کی مساوات کا ایک نظام پیش کیا جس میں اس نے برقی چارجز اور مسلسل میڈیا یا ویکیوم میں بہنے والے کرنٹ سے برقی مقناطیسی میدان کا تعلق دکھایا۔

اپنے کام میں وہ قوانین کا استعمال کرتا ہے:

• ایمپیئر، تار کے ذریعے کرنٹ کے بہاؤ اور اس کے ارد گرد مقناطیسی انڈکشن کی تخلیق کو بیان کرتا ہے۔

• فیراڈے، بند موصل پر متبادل مقناطیسی میدان کے عمل سے برقی رو کی موجودگی کی وضاحت کرتے ہوئے۔

میکسویل کے کاموں نے خلا میں تقسیم شدہ چارجز کے لحاظ سے برقی اور مقناطیسی شعبوں کے مظاہر کے درمیان قطعی تعلق کا تعین کیا۔

میکسویل کے کاموں کی اشاعت کے بعد کافی وقت گزر چکا ہے۔ سائنس دان مسلسل برقی اور مقناطیسی شعبوں کے درمیان تجرباتی حقائق کے اظہار کا مطالعہ کر رہے ہیں، لیکن اب بھی ان کی نوعیت کو قائم کرنا مشکل ہے۔ نتائج زیر غور مظاہر کے خالصتاً عملی اطلاق تک محدود ہیں۔

اس کی وضاحت اس حقیقت سے ہوتی ہے کہ ہم اپنے علم کی سطح سے صرف مفروضے ہی بنا سکتے ہیں، کیونکہ فی الحال ہم صرف کچھ فرض کر سکتے ہیں۔

برقی اور مقناطیسی شعبوں کی تقابلی خصوصیات

تعلیم کے ذرائع

بجلی اور مقناطیسیت کے شعبوں کے درمیان باہمی تعلق اس واضح حقیقت کو سمجھنے میں مدد کرتا ہے: وہ الگ تھلگ نہیں ہیں، بلکہ جڑے ہوئے ہیں، لیکن وہ مختلف طریقوں سے ظاہر ہو سکتے ہیں، جو ایک واحد وجود یعنی برقی مقناطیسی میدان کی نمائندگی کرتے ہیں۔

اگر ہم تصور کریں کہ خلا سے کسی مقام پر برقی چارج کا ایک غیر ہم جنس فیلڈ بنایا گیا ہے، جو زمین کی سطح کے نسبت ساکن ہے، تو یہ آرام سے اس کے ارد گرد مقناطیسی میدان کا تعین کرنے کے لیے کام نہیں کرے گا۔

اگر مشاہدہ کرنے والا اس چارج کی نسبت حرکت کرنا شروع کر دے، تو وقت کے ساتھ ساتھ فیلڈ تبدیل ہونا شروع ہو جائے گا، اور برقی جزو پہلے سے ہی ایک مقناطیسی شکل اختیار کر لے گا، جسے مستقل محقق اپنے پیمائشی آلات سے دیکھ سکتا ہے۔

اسی طرح، یہ مظاہر اس وقت رونما ہوں گے جب ایک ساکن مقناطیس کسی سطح پر رکھا جائے گا، جس سے مقناطیسی میدان پیدا ہوگا۔ جب مشاہدہ کرنے والا اس کی طرف بڑھنا شروع کرے گا تو اسے برقی رو کی ظاہری شکل کا پتہ چل جائے گا۔یہ عمل برقی مقناطیسی انڈکشن کے رجحان کو بیان کرتا ہے۔

لہذا، یہ کہنا زیادہ معنی نہیں رکھتا کہ خلا میں تصور شدہ نقطہ پر دو شعبوں میں سے صرف ایک ہے: برقی یا مقناطیسی۔ یہ سوال فریم آف ریفرنس کے سلسلے میں پوچھا جانا چاہیے:

• ساکن

• حرکت پذیر۔

دوسرے الفاظ میں، فریم آف ریفرنس الیکٹرک اور میگنیٹک فیلڈز کے اظہار کو اسی طرح متاثر کرتا ہے جس طرح مختلف رنگوں کے فلٹرز کے ذریعے مناظر کو دیکھنا۔ شیشے کے رنگ میں تبدیلی مجموعی تصویر کے بارے میں ہمارے تصور کو متاثر کرتی ہے، لیکن اگر ہم ہوا کے ماحول میں سورج کی روشنی کے گزرنے سے پیدا ہونے والی قدرتی روشنی کو بنیاد کے طور پر لیں تو بھی یہ مجموعی طور پر حقیقی تصویر نہیں دے گی۔ اسے بگاڑ دیں گے.

اس کا مطلب یہ ہے کہ حوالہ فریم برقی مقناطیسی میدان کا مطالعہ کرنے کے طریقوں میں سے ایک ہے، یہ اس کی خصوصیات، ترتیب کا اندازہ کرنا ممکن بناتا ہے۔ لیکن اس سے واقعی کوئی فرق نہیں پڑتا۔

برقی مقناطیسی میدان کے اشارے

الیکٹرک فیلڈ

برقی طور پر چارج شدہ جسم کو اشارے کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے جو خلا میں کسی خاص مقام پر فیلڈ کی موجودگی کو ظاہر کرتا ہے۔ وہ برقی اجزاء کا مشاہدہ کرنے کے لیے کاغذ کے چھوٹے چھوٹے ٹکڑوں، گیندوں، آستینوں، "سلطان" کا استعمال کر سکتے ہیں۔

آئیے ایک مثال پر غور کریں جہاں دو اشارے والی گیندیں ایک فلیٹ الیکٹریفائیڈ ڈائی الیکٹرک کے دونوں طرف مفت سسپنشن میں رکھی گئی ہیں۔ وہ یکساں طور پر اس کی سطح کی طرف متوجہ ہوں گے اور ایک لائن میں پھیل جائیں گے۔

دوسرے مرحلے میں، ہم ایک فلیٹ میٹل پلیٹ کو ایک گیند اور ایک برقی ڈائی الیکٹرک کے درمیان رکھتے ہیں۔ اس سے اشارے پر کام کرنے والی قوتوں میں کوئی تبدیلی نہیں آئے گی۔ گیندیں اپنی پوزیشن نہیں بدلیں گی۔

تجربے کا تیسرا مرحلہ دھاتی شیٹ کی گراؤنڈنگ سے متعلق ہے۔ جیسے ہی ایسا ہوتا ہے، الیکٹریفائیڈ ڈائی الیکٹرک اور گراؤنڈ میٹل کے درمیان واقع انڈیکیٹر گیند اپنی پوزیشن کو بدل کر اپنی سمت کو عمودی میں بدل دے گی۔ یہ پلیٹ کی طرف متوجہ ہونا بند کر دے گا اور صرف کشش ثقل کی قوتوں کے تابع ہو جائے گا۔

یہ تجربہ ظاہر کرتا ہے کہ گراؤنڈ میٹل شیلڈز برقی فیلڈ لائنوں کے پھیلاؤ کو روکتی ہیں۔

مقناطیسی میدان

اس صورت میں، اشارے ہوسکتے ہیں:

• سٹیل فائلنگز؛

• ایک بند لوپ جس کے ذریعے برقی کرنٹ بہتا ہے۔

• مقناطیسی سوئی (کمپاس کی مثال)۔

طاقت کی مقناطیسی لائنوں کے ساتھ سٹیل شیونگ کی تقسیم کا اصول سب سے زیادہ وسیع ہے۔ یہ مقناطیسی سوئی کے آپریشن میں بھی شامل ہے، جو کہ رگڑ قوتوں کی مخالفت کو کم کرنے کے لیے، ایک تیز نقطہ پر طے کی جاتی ہے اور اس طرح گردش کی اضافی آزادی حاصل کرتی ہے۔

چارج شدہ جسموں کے ساتھ فیلڈز کے تعامل کو بیان کرنے والے قوانین

الیکٹرک فیلڈز

کولمب کا تجرباتی کام، کوارٹج کے پتلے اور لمبے دھاگے پر معطل پوائنٹ چارجز کے ساتھ انجام دیا گیا، جس نے برقی میدانوں میں ہونے والے عمل کی تصویر کو واضح کیا۔

جب ایک چارج شدہ گیند کو ان کے قریب لایا گیا تو اس نے ان کی پوزیشن کو متاثر کیا اور انہیں ایک خاص مقدار سے ہٹنے پر مجبور کیا۔ یہ قدر خاص طور پر ڈیزائن کردہ ڈیوائس کے اسکیل ڈائل پر طے کی جاتی ہے۔

اس طرح، الیکٹرک چارجز کے درمیان باہمی کارروائی کی قوتیں، نام نہاد الیکٹرک، کولمب تعامل… وہ ریاضی کے فارمولوں کے ذریعہ بیان کیے گئے ہیں جو ڈیزائن کردہ آلات کے ابتدائی حساب کتاب کی اجازت دیتے ہیں۔

مقناطیسی میدان

یہ یہاں ٹھیک کام کرتا ہے۔ ایمپیئر کا قانون طاقت کی مقناطیسی لکیروں کے اندر رکھے ہوئے کرنٹ لے جانے والے موصل کے تعامل کی بنیاد پر۔

بائیں ہاتھ کی انگلیوں کی ترتیب کا استعمال کرتے ہوئے ایک قاعدہ کرنٹ لے جانے والے تار پر عمل کرنے والی قوت کی سمت پر لاگو ہوتا ہے۔ چاروں انگلیوں کو جوڑ کر کرنٹ کی سمت میں رکھا جانا چاہیے، اور مقناطیسی میدان کی قوت کی لکیریں ہتھیلی میں داخل ہونی چاہیے۔ پھر پھیلا ہوا انگوٹھا مطلوبہ قوت کی سمت کی نشاندہی کرے گا۔

فلائٹ گرافکس

ڈرائنگ کے جہاز میں ان کی نشاندہی کرنے کے لیے فورس لائنز کا استعمال کیا جاتا ہے۔

الیکٹرک فیلڈز

اس صورت حال میں کشیدگی کی لکیروں کی نشاندہی کرنے کے لیے، ایک ممکنہ فیلڈ استعمال کیا جاتا ہے جب اسٹیشنری چارجز موجود ہوں۔ قوت کی لکیر مثبت چارج سے نکل کر منفی پر جاتی ہے۔

الیکٹرک فیلڈ ماڈلنگ کی ایک مثال تیل میں کوئینین کرسٹل رکھنے کی ایک قسم ہے۔ ایک زیادہ جدید طریقہ گرافک ڈیزائنرز کے کمپیوٹر پروگراموں کا استعمال ہے۔

وہ آپ کو مساوی سطحوں کی تصاویر بنانے، برقی میدان کی عددی قدر کا اندازہ لگانے اور مختلف حالات کا تجزیہ کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔

مقناطیسی میدان

زیادہ ڈسپلے کی وضاحت کے لیے، وہ لکیروں کا استعمال کرتے ہیں جو بنور فیلڈ کی خصوصیت ہے جب ایک لوپ کے ذریعے بند کیا جاتا ہے۔ اسٹیل فائلوں کے ساتھ اوپر کی مثال اس رجحان کو واضح طور پر واضح کرتی ہے۔

طاقت کی خصوصیات

انہیں ویکٹر کی مقدار کے طور پر ظاہر کرنے کا رواج ہے:

• کارروائی کا ایک خاص طریقہ؛

• متعلقہ فارمولے کے ذریعے شمار کی جانے والی قوت کی قدر۔

الیکٹرک فیلڈز

یونٹ چارج پر الیکٹرک فیلڈ طاقت ویکٹر کو تین جہتی امیج کی شکل میں دکھایا جا سکتا ہے۔

اس کی وسعت:

• چارج کے مرکز سے دور ہدایت؛

• ایک طول و عرض ہے جو حساب کے طریقہ کار پر منحصر ہے؛

• اس کا تعین غیر رابطہ عمل سے ہوتا ہے، یعنی ایک فاصلے پر، ایکٹنگ فورس کے چارج کے تناسب کے طور پر۔

مقناطیسی میدان

کوائل میں پیدا ہونے والے وولٹیج کو مندرجہ ذیل تصویر میں ایک مثال کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے۔

باہر سے ہر موڑ سے اس میں قوت کی مقناطیسی لکیریں ایک ہی سمت ہوتی ہیں اور اضافہ کرتی ہیں۔ موڑ سے موڑ کی جگہ کے اندر، وہ مخالف سمت میں ہدایت کی جاتی ہیں. اس کی وجہ سے اندرونی میدان کمزور ہو جاتا ہے۔

وولٹیج کی شدت اس سے متاثر ہوتی ہے:

• کنڈلی سے گزرنے والے کرنٹ کی طاقت؛

• وائنڈنگز کی تعداد اور کثافت، جو کنڈلی کی محوری لمبائی کا تعین کرتی ہے۔

زیادہ دھارے مقناطیسی قوت کو بڑھاتے ہیں۔ نیز، دو کنڈلیوں میں موڑ کی ایک ہی تعداد لیکن مختلف سمیٹنے والی کثافتوں میں، جب ایک ہی کرنٹ بہتا ہے، تو یہ قوت زیادہ ہوگی جہاں موڑ قریب ہوں گے۔

اس طرح، برقی اور مقناطیسی شعبوں میں قطعی فرق ہے، لیکن یہ ایک مشترکہ چیز، برقی مقناطیسی کے باہم جڑے ہوئے اجزاء ہیں۔