طبیعیات میں مقناطیسی مظاہر - تاریخ، مثالیں اور دلچسپ حقائق
مقناطیسیت اور بجلی
مقناطیس کا پہلا عملی استعمال مقناطیسی سٹیل کے ٹکڑے کی شکل میں تھا جو پانی یا تیل کے پلگ پر تیرتا تھا۔ اس صورت میں، مقناطیس کا ایک سرا ہمیشہ شمال اور دوسرا جنوب کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ یہ پہلا کمپاس تھا جسے ملاح استعمال کرتے تھے۔
جیسا کہ بہت پہلے، ہمارے دور سے کئی صدیاں پہلے، لوگ جانتے تھے کہ ایک رال مادہ - امبر، اگر اون کے ساتھ رگڑا جائے تو، تھوڑی دیر کے لئے ہلکی اشیاء کو اپنی طرف متوجہ کرنے کی صلاحیت حاصل ہوتی ہے: کاغذ کے ٹکڑے، دھاگے کے ٹکڑے، فلف. اس رجحان کو برقی کہا جاتا ہے ("الیکٹران" کا مطلب یونانی میں "امبر" ہے)۔ بعد میں معلوم ہوا کہ رگڑ سے برقی نہ صرف عنبر بلکہ دیگر مادے بھی استعمال کر سکتے ہیں: شیشہ، موم کی چھڑی وغیرہ۔
ایک طویل عرصے تک، لوگوں نے دو غیر معمولی قدرتی مظاہر یعنی مقناطیسیت اور بجلی کے درمیان کوئی تعلق نہیں دیکھا۔ صرف ایک بیرونی نشان ہی عام معلوم ہوتا تھا — اپنی طرف متوجہ کرنے کی خاصیت: ایک مقناطیس لوہے کو اپنی طرف متوجہ کرتا ہے، اور شیشے کی چھڑی کو کاغذ کے اون کے ٹکڑوں سے رگڑا جاتا ہے۔یہ سچ ہے کہ مقناطیس مسلسل کام کرتا ہے اور برقی چیز تھوڑی دیر کے بعد اپنی خصوصیات کھو دیتی ہے، لیکن دونوں ہی "کشش" کرتے ہیں۔
لیکن اب، 17ویں صدی کے آخر میں، یہ محسوس کیا گیا تھا کہ بجلی - ایک برقی رجحان - سٹیل کی اشیاء کے قریب مارنا ان کو مقناطیس بنا سکتا ہے۔ اس طرح، مثال کے طور پر، ایک بار لکڑی کے ڈبے میں پڑی سٹیل کی چھریاں مالک کے ناقابل بیان حیرت کے لیے مقناطیسی نکلی، جب آسمانی بجلی نے ڈبے پر حملہ کیا اور اسے توڑ دیا۔
وقت گزرنے کے ساتھ ساتھ اس طرح کے مزید کیسز دیکھنے کو ملتے ہیں۔ تاہم، یہ اب بھی یہ سوچنے کی وجہ نہیں دیتا کہ بجلی اور مقناطیسیت کے درمیان گہرا تعلق ہے۔ ایسا تعلق تقریباً 180 سال پہلے ہی قائم ہوا تھا۔ اس کے بعد دیکھا گیا کہ کمپاس کی مقناطیسی سوئی جیسے ہی اس کے قریب تار لگائی جاتی ہے، اس سے ہٹ جاتی ہے۔ ایک برقی رو بہہ رہا ہے۔.
تقریبا ایک ہی وقت میں، سائنسدانوں نے ایک اور دریافت کیا، کوئی کم حیرت انگیز رجحان نہیں. معلوم ہوا کہ وہ تار جس کے ذریعے برقی رو بہہ رہا ہے وہ لوہے کے چھوٹے شیونگ کو اپنی طرف متوجہ کرنے کے قابل ہے۔ تاہم، یہ تار میں کرنٹ کو روکنے کے قابل تھا، کیونکہ چورا فوراً الگ ہو گیا اور تار اپنی مقناطیسی خصوصیات کھو بیٹھا۔
آخر کار، برقی رو کی ایک اور خاصیت دریافت ہوئی، جس نے آخر کار بجلی اور مقناطیسیت کے درمیان تعلق کی تصدیق کی۔ معلوم ہوا کہ تار کی کنڈلی کے بیچوں بیچ ایک سٹیل کی سوئی رکھی ہوئی ہے جس کے ذریعے برقی کرنٹ بہتا ہے (ایسی کنڈلی کو کہتے ہیں solenoid) کو اسی طرح میگنیٹائز کیا جاتا ہے جیسے کسی قدرتی مقناطیس سے رگڑا جاتا ہے۔
برقی مقناطیس اور ان کا استعمال
ایک سٹیل انجکشن کے ساتھ تجربے سے اور پیدا ہوا تھا برقی مقناطیس… تار کی کنڈلی کے درمیان میں سوئی کی بجائے لوہے کی نرم راڈ رکھ کر سائنس دانوں کو یقین ہو گیا کہ جب کوئی کرنٹ کوائل سے گزرتا ہے تو لوہا مقناطیس کی خاصیت حاصل کر لیتا ہے اور جب کرنٹ رک جاتا ہے تو وہ اس خاصیت کو کھو دیتا ہے۔ . ایک ہی وقت میں، یہ دیکھا گیا کہ سولینائڈ میں تار کا جتنا زیادہ موڑ ہوگا، برقی مقناطیس اتنا ہی مضبوط ہوگا۔
حرکت پذیر مقناطیس کے زیر اثر، تار کے کنڈلی میں برقی رو پیدا ہوتا ہے۔
سب سے پہلے، برقی مقناطیس بہت سے لوگوں کو صرف ایک مضحکہ خیز جسمانی آلہ لگ رہا تھا. لوگوں کو شبہ نہیں تھا کہ مستقبل قریب میں یہ وسیع ترین ایپلی کیشن تلاش کرے گا، بہت سے آلات اور مشینوں کی بنیاد کے طور پر کام کرے گا (دیکھیں — برقی مقناطیسی انڈکشن کے رجحان کا عملی اطلاق).
برقی مقناطیسی ریلے کے آپریشن کا اصول
یہ ثابت ہونے کے بعد کہ برقی رو ایک تار کو مقناطیسی خصوصیات دیتا ہے، سائنسدانوں نے سوال پوچھا: کیا بجلی اور مقناطیسیت کے درمیان کوئی الٹا تعلق ہے؟ مثال کے طور پر، کیا تار کی کنڈلی کے اندر رکھا ہوا مضبوط مقناطیس اس کنڈلی کے ذریعے برقی رو بہنے کا سبب بنے گا؟
درحقیقت، اگر کسی تار میں ایک ساکن مقناطیس کے عمل کے تحت برقی رو ظاہر ہوتا ہے، تو یہ بالکل متضاد ہوگا۔ توانائی کے تحفظ کا قانون… اس قانون کے مطابق، برقی رو حاصل کرنے کے لیے، دوسری توانائی خرچ کرنا ضروری ہے جو برقی توانائی میں تبدیل ہو جائے گی۔ جب مقناطیس کی مدد سے برقی رو پیدا ہوتی ہے تو مقناطیس کی حرکت میں خرچ ہونے والی توانائی برقی توانائی میں بدل جاتی ہے۔
مقناطیسی مظاہر کا مطالعہ
XIII صدیوں کے وسط میں، متجسس مبصرین نے دیکھا کہ کمپاس کے مقناطیسی ہاتھ ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں: ایک ہی سمت کی طرف اشارہ کرنے والے سرے ایک دوسرے کو پیچھے ہٹاتے ہیں، اور جو مختلف طریقے سے اشارہ کرتے ہیں اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں۔
اس حقیقت نے سائنسدانوں کو کمپاس کی کارروائی کی وضاحت کرنے میں مدد کی۔ یہ فرض کیا جاتا ہے کہ دنیا ایک بہت بڑا مقناطیس ہے، اور کمپاس کی سوئیوں کے سرے ضد کے ساتھ صحیح سمت میں مڑتے ہیں، کیونکہ وہ زمین کے ایک مقناطیسی قطب سے پیچھے ہٹتے ہیں اور دوسرے کی طرف راغب ہوتے ہیں۔ یہ مفروضہ سچ نکلا۔
مقناطیسی مظاہر کے مطالعہ میں، لوہے کے چھوٹے چھوٹے دائرے، جو کسی بھی قوت کے مقناطیس سے جڑے ہوئے ہیں، بہت مددگار ثابت ہوئے ہیں۔ سب سے پہلے، یہ دیکھا گیا کہ زیادہ تر چورا مقناطیس پر دو مخصوص جگہوں پر چپک جاتا ہے یا جیسا کہ اسے مقناطیس کے کھمبے کہتے ہیں۔ معلوم ہوا کہ ہر مقناطیس میں ہمیشہ کم از کم دو قطب ہوتے ہیں جن میں سے ایک کو شمال (C) اور دوسرے کو جنوب (S) کہا جاتا ہے۔
لوہے کی فائلنگ مقناطیس کے آس پاس کی جگہ میں مقناطیسی فیلڈ لائنوں کا مقام دکھاتی ہے۔
بار نما مقناطیس میں، اس کے کھمبے اکثر بار کے سروں پر واقع ہوتے ہیں۔ مبصرین کی آنکھوں کے سامنے ایک خاص طور پر واضح تصویر نمودار ہوئی جب انہوں نے شیشے یا کاغذ پر لوہے کی فائلنگ چھڑکنے کا فرض کیا، جس کے نیچے مقناطیس بچھا ہوا تھا۔ شیونگ مقناطیس کے کھمبوں میں قریب سے فاصلہ رکھتی ہیں۔ پھر، باریک لکیروں کی شکل میں - لوہے کے ذرات جو ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں - وہ ایک قطب سے دوسرے کھمبے تک پھیل گئے۔
مقناطیسی مظاہر کے مزید مطالعہ سے معلوم ہوا کہ مقناطیس کے ارد گرد خلا میں خصوصی مقناطیسی قوتیں کام کرتی ہیں، یا جیسا کہ وہ کہتے ہیں، مقناطیسی میدان… مقناطیسی قوتوں کی سمت اور شدت مقناطیس کے اوپر واقع لوہے کے دائروں سے ظاہر ہوتی ہے۔
چورا کے تجربات نے بہت کچھ سکھایا ہے۔ مثال کے طور پر، لوہے کا ایک ٹکڑا مقناطیس کے قطب کے قریب آتا ہے۔ اگر ایک ہی وقت میں جس کاغذ پر چورا پڑا ہے اسے تھوڑا سا ہلایا جائے تو چورا کا نمونہ بدلنا شروع ہو جاتا ہے۔ مقناطیسی لکیریں ایسی ہو جاتی ہیں جیسے دکھائی دینے لگیں۔ وہ مقناطیس کے قطب سے لوہے کے ٹکڑے تک جاتے ہیں اور جیسے جیسے لوہا قطب کے قریب آتا ہے موٹا ہوتا جاتا ہے۔ اس کے ساتھ ہی مقناطیس لوہے کے ٹکڑے کو اپنی طرف کھینچنے والی قوت بھی بڑھ جاتی ہے۔
برقی مقناطیس کی لوہے کی سلاخ کے کس سرے پر قطب شمالی بنتا ہے جب کوئی کرنٹ کوائل سے گزرتا ہے، اور جنوبی قطب کس پر ہے؟ کنڈلی میں برقی رو کی سمت کا تعین کرنا آسان ہے۔ کرنٹ (منفی چارجز کا بہاؤ) ماخذ کے منفی قطب سے مثبت کی طرف بہنے کے لیے جانا جاتا ہے۔
یہ جان کر اور برقی مقناطیس کی کنڈلی کو دیکھ کر، کوئی تصور کر سکتا ہے کہ برقی مقناطیس کے موڑ میں کرنٹ کس سمت میں بہے گا۔ برقی مقناطیس کے آخر میں، جہاں کرنٹ گھڑی کی سمت میں ایک سرکلر حرکت کرے گا، ایک قطب شمالی بنتا ہے، اور پٹی کے دوسرے سرے پر، جہاں کرنٹ گھڑی کی مخالف سمت میں حرکت کرتا ہے، ایک جنوبی قطب۔ اگر آپ برقی مقناطیس کی کنڈلی میں کرنٹ کی سمت بدلتے ہیں تو اس کے کھمبے بھی بدل جائیں گے۔
مزید یہ بھی دیکھا گیا کہ مستقل مقناطیس اور برقی مقناطیس دونوں زیادہ مضبوطی سے اپنی طرف متوجہ ہوتے ہیں اگر وہ سیدھی بار کی شکل میں نہ ہوں بلکہ اس طرح جھکے ہوں کہ ان کے مخالف قطب ایک دوسرے کے قریب ہوں۔اس صورت میں، ایک قطب اپنی طرف متوجہ نہیں ہوتا، بلکہ دو، اور اس کے علاوہ، مقناطیسی قوت کی لکیریں خلا میں کم بکھری ہوئی ہوتی ہیں - وہ قطبوں کے درمیان مرتکز ہوتی ہیں۔
جب متوجہ لوہے کی چیز دونوں کھمبوں سے چپک جاتی ہے، تو گھوڑے کی نالی کا مقناطیس خلا میں طاقت کی لکیروں کو ختم کرنا تقریباً روک دیتا ہے۔ کاغذ پر ایک ہی چورا کے ساتھ یہ دیکھنا آسان ہے۔ قوت کی مقناطیسی لکیریں، جو پہلے ایک قطب سے دوسرے قطب تک پھیلی ہوئی تھیں، اب لوہے کی طرف متوجہ ہوئی چیز سے گزرتی ہیں، گویا ہوا کے ذریعے لوہے سے گزرنا ان کے لیے آسان ہے۔
تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ واقعی ایسا ہی ہے۔ ایک نیا تصور سامنے آیا ہے - مقناطیسی پارگمیتا، جو ایک قدر کی نشاندہی کرتا ہے جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ مقناطیسی لکیروں کے لیے ہوا کے مقابلے میں کسی بھی مادے سے گزرنا کتنی بار آسان ہے۔ لوہے اور اس کے کچھ مرکب دھاتوں میں سب سے زیادہ مقناطیسی پارگمیتا ہے۔ یہ وضاحت کرتا ہے کہ دھاتوں میں سے، لوہا سب سے زیادہ مقناطیس کی طرف کیوں راغب ہوتا ہے۔
ایک اور دھات، نکل، کم مقناطیسی پارگمیتا پائی گئی۔ اور مقناطیس کی طرف کم متوجہ ہوتا ہے۔ کچھ دوسرے مادوں میں ہوا سے زیادہ مقناطیسی پارگمیتا پایا گیا ہے اور اس وجہ سے وہ مقناطیس کی طرف راغب ہوتے ہیں۔
لیکن ان مادوں کی مقناطیسی خصوصیات کو بہت کمزور طریقے سے ظاہر کیا گیا ہے۔ لہٰذا، تمام برقی آلات اور مشینیں، جن میں برقی مقناطیس کسی نہ کسی طریقے سے کام کرتے ہیں، آج تک لوہے کے بغیر یا خاص مرکب دھاتوں کے بغیر نہیں چل سکتے جن میں لوہا شامل ہے۔
قدرتی طور پر، تقریباً الیکٹریکل انجینئرنگ کے آغاز سے ہی لوہے اور اس کی مقناطیسی خصوصیات کے مطالعہ پر بہت زیادہ توجہ دی گئی ہے۔یہ سچ ہے کہ اس علاقے میں سختی سے سائنسی حساب کتاب روسی سائنسدان الیگزینڈر گریگوریوچ اسٹولیٹوف کے 1872 میں کیے گئے مطالعے کے بعد ہی ممکن ہوا۔ اس نے دریافت کیا کہ لوہے کے ہر ٹکڑے کی مقناطیسی پارگمیتا مستقل نہیں ہے۔ وہ بدل رہی ہے۔ اس ٹکڑے کی میگنیٹائزیشن کی ڈگری کے لئے.
اسٹولیٹوف کی طرف سے تجویز کردہ لوہے کی مقناطیسی خصوصیات کو جانچنے کا طریقہ بہت اہمیت کا حامل ہے اور ہمارے زمانے میں سائنسدانوں اور انجینئرز اس کا استعمال کرتے ہیں۔ مقناطیسی مظاہر کی نوعیت کا گہرا مطالعہ مادے کی ساخت کے نظریہ کی ترقی کے بعد ہی ممکن ہوا۔
مقناطیسیت کی جدید تفہیم
اب ہم جانتے ہیں کہ ہر کیمیائی عنصر ایٹموں سے بنا ہے۔ - غیر معمولی طور پر چھوٹے پیچیدہ ذرات۔ ایٹم کے مرکز میں ایک نیوکلئس ہے جو مثبت بجلی سے چارج ہوتا ہے۔ الیکٹرانز، وہ ذرات جو منفی برقی چارج رکھتے ہیں، اس کے گرد گھومتے ہیں۔ مختلف کیمیائی عناصر کے ایٹموں کے لیے الیکٹران کی تعداد یکساں نہیں ہے۔ مثال کے طور پر، ایک ہائیڈروجن ایٹم میں صرف ایک الیکٹران اپنے مرکزے کے گرد چکر لگاتا ہے، جب کہ یورینیم کے ایٹم میں بانوے ہوتے ہیں۔
مختلف برقی مظاہر کا بغور مشاہدہ کرنے سے سائنسدان اس نتیجے پر پہنچے کہ تار میں موجود برقی رو الیکٹران کی حرکت سے زیادہ کچھ نہیں۔ اب یاد رکھیں کہ ایک مقناطیسی میدان ہمیشہ ایک تار کے گرد پیدا ہوتا ہے جس میں برقی رو بہہ جاتا ہے، یعنی الیکٹران حرکت کرتے ہیں۔
اس سے یہ معلوم ہوتا ہے کہ ایک مقناطیسی میدان ہمیشہ ظاہر ہوتا ہے جہاں الیکٹران کی حرکت ہوتی ہے، دوسرے لفظوں میں، مقناطیسی میدان کا وجود الیکٹرانوں کی حرکت کا نتیجہ ہے۔
سوال یہ پیدا ہوتا ہے کہ کسی بھی مادے میں الیکٹران اپنے جوہری مرکز کے گرد مسلسل گردش کر رہے ہوتے ہیں، اس صورت میں ہر مادہ اپنے گرد مقناطیسی میدان کیوں نہیں بناتا؟
جدید سائنس اس کا مندرجہ ذیل جواب دیتی ہے۔ ہر الیکٹران میں صرف ایک برقی چارج سے زیادہ ہوتا ہے۔ اس میں مقناطیس کی خصوصیات بھی ہیں، یہ ایک چھوٹا عنصری مقناطیس ہے۔اس طرح، نیوکلئس کے گرد گھومتے ہوئے الیکٹرانوں کے ذریعے پیدا ہونے والا مقناطیسی میدان ان کے اپنے مقناطیسی میدان میں شامل ہو جاتا ہے۔
اس صورت میں، زیادہ تر ایٹموں کے مقناطیسی میدان، فولڈنگ، مکمل طور پر تباہ، جذب ہو جاتے ہیں۔ اور صرف چند ایٹموں میں - لوہا، نکل، کوبالٹ، اور بہت کم حد تک دوسروں میں - مقناطیسی میدان غیر متوازن ہوتے ہیں، اور ایٹم چھوٹے مقناطیس ہوتے ہیں۔ ان مادوں کو کہا جاتا ہے۔ فیرو میگنیٹک ("فیرم" کا مطلب ہے لوہا)۔
اگر فیرو میگنیٹک مادوں کے ایٹموں کو تصادفی طور پر ترتیب دیا جاتا ہے، تو مختلف ایٹموں کے مقناطیسی میدان مختلف سمتوں میں ایک دوسرے کو منسوخ کر دیتے ہیں۔ لیکن اگر آپ انہیں اس طرح گھمائیں کہ مقناطیسی فیلڈز میں اضافہ ہو جائے — اور یہ وہی ہے جو ہم میگنیٹائزیشن میں کرتے ہیں — مقناطیسی فیلڈز مزید منسوخ نہیں ہوں گے، بلکہ ایک دوسرے میں شامل ہو جائیں گے۔
پورا جسم (لوہے کا ایک ٹکڑا) اپنے اردگرد ایک مقناطیسی میدان بنائے گا، یہ مقناطیس بن جائے گا۔ اسی طرح، جب الیکٹران ایک سمت میں حرکت کرتے ہیں، جو مثال کے طور پر کسی تار میں برقی رو کے ساتھ ہوتا ہے، انفرادی الیکٹران کا مقناطیسی میدان کل مقناطیسی میدان میں اضافہ کرتا ہے۔
بدلے میں، بیرونی مقناطیسی میدان میں پھنسے ہوئے الیکٹران ہمیشہ مؤخر الذکر کے سامنے آتے ہیں۔ یہ مقناطیسی میدان کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹران کی نقل و حرکت کو کنٹرول کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
مندرجہ بالا سب صرف ایک تخمینی اور بہت آسان اسکیم ہے۔ حقیقت میں، جوہری مظاہر جو تاروں اور مقناطیسی مواد میں پائے جاتے ہیں وہ زیادہ پیچیدہ ہیں۔
میگنےٹ اور مقناطیسی مظاہر کی سائنس — میگنیٹولوجی — جدید الیکٹریکل انجینئرنگ کے لیے بہت اہم ہے۔اس سائنس کی ترقی میں ایک بہت بڑا تعاون مقناطیسی ماہر نیکولے سرجیوچ اکولوف نے کیا، جس نے ایک اہم قانون دریافت کیا جسے پوری دنیا میں "اکولوف کا قانون" کہا جاتا ہے۔ یہ قانون پہلے سے یہ طے کرنا ممکن بناتا ہے کہ میگنیٹائزیشن کے دوران دھاتوں کی ایسی اہم خصوصیات جیسے برقی چالکتا، تھرمل چالکتا وغیرہ کیسے تبدیل ہوتی ہیں۔
سائنس دانوں کی نسلوں نے مقناطیسی مظاہر کے اسرار کو جاننے اور ان مظاہر کو انسانیت کی خدمت میں پیش کرنے کے لیے کام کیا ہے۔ آج، لاکھوں انتہائی متنوع میگنےٹ اور برقی مقناطیس مختلف برقی مشینوں اور آلات میں انسان کے فائدے کے لیے کام کرتے ہیں۔ وہ لوگوں کو سخت جسمانی مشقت سے آزاد کرتے ہیں، اور بعض اوقات وہ ناگزیر خادم ہوتے ہیں۔
میگنےٹ اور ان کے استعمال کے بارے میں دیگر دلچسپ اور مفید مضامین دیکھیں: