विद्युत चुम्बक: Difference between revisions

Latest revision as of 17:54, 7 February 2023

लौहे के कोर के चारों ओर लिपटे तार के तार से युक्त साधारण विद्युत चुंबक। लौह जैसे लौहचुंबकीय पदार्थ का कोर निर्मित चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाने का कार्य करता है।^[1] उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति घुमावदार के माध्यम से वर्तमान की मात्रा के समानुपाती होती है।^[1]

परिनालिका (तार) द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र है। यह चित्र कुंडल के केंद्र के माध्यम से अनुप्रस्थ काट दिखाता है।जंहा क्रॉस तार होते हैं जिनके पृष्ठ में धारा प्रवाहित होती है।जिनमे डॉट्स वे तार होते हैं जो चुम्बकत्व पेज से बाहर जा रहा होता है।

विद्युत चुम्बक एक प्रकार का चुंबक होता है जिसमें विद्युत प्रवाह द्वारा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न किया जाता है। विद्युत चुम्बक में सामान्यतः विद्युत चुम्बकीय कुंडल में तार प्रतिघात होते हैं। तार के माध्यम से चुम्बकत्व चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो छेद में केंद्रित होता है, जो कुंडल के केंद्र को दर्शाता है। चुम्बकत्व बंद होने पर चुंबकीय क्षेत्र विलुप्त हो जाता है। चूँकि तार मुड़े हुए अधिकांशतः लोहे जैसे लौह-चुंबकीय सामग्री से बने चुंबकीय कोर के चारों ओर प्रतिघात होते हैं चुंबकीय कोर चुंबकीय प्रवाह को केद्रित करता है और अधिक शक्तिशाली चुंबक बनाता है।

स्थायी चुंबक पर विद्युत चुंबक का मुख्य लाभ यह है कि विद्युत प्रवाह के घुमावदार होने की मात्रा को नियंत्रित करके चुंबकीय क्षेत्र को शीघ्रता से परिवर्तित जा सकता है। चूंकि जिसे विद्युत के स्थायी चुंबक के विपरीत होने के कारण इसकी आवश्यकता नहीं होती है, विद्युत चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखने के लिए वर्तमान की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है।

विद्युत चुम्बक के व्यापक रूप से अन्य विद्युत उपकरणों की युक्ति के रूप में उपयोग किया जाता है, जैसे कि विद्युत उत्पन्न करने वाला विद्युत चालक यंत्र, परिनालिका अनुप्रयोग, रिले, ध्वनि-विस्तारक यंत्र, हार्ड डिस्क (संग्रहण चक्क्रिका), चुंबकीय अनुनाद तर्क,वैज्ञानिक उपकरण और चुंबकीय पृथक्करण उपकरण इत्यदि। भारी लौहे की वस्तुओं जैसे स्क्रैप लौहे और इस्पात को उठाने और स्थानांतरित करने के लिए उद्योग में विद्युत चुम्बकों का भी उपयोग किया जाता है।^[2]

इतिहास

स्टर्जन का इलेक्ट्रोमैग्नेट, 1824

हेनरी के इलेक्ट्रोमैग्नेट्स में से एक जो सैकड़ों पाउंड उठा सकता था, 1830 के दशक में है

बड़े हेनरी इलेक्ट्रोमैग्नेट का क्लोजअप

डेनमार्क के वैज्ञानिक हैंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड ने सन् 1820 में खोज की थी कि विद्युत धाराएं चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं। सन् 1824 में ब्रिटिश वैज्ञानिक विलियम स्टर्जन ने विद्युत चुंबक का आविष्कार किया।^[3]^[4]

उनका प्रथम विद्युत चुम्बक लौहे की घोड़े की नाल के आकार का टुकड़ा था जो नग्न तांबे के तार के लगभग 18 मोड़ों से लिपटा हुआ था (उस समय इंसुलेटर (विद्युत) तार उपस्तिथ नहीं था)। लौहे को घुमावदार होने से बचाने के लिए वार्निश (स्पष्टीकरण) किया गया था। जब कुंडली में से चुम्बकत्व प्रवाहित किया गया, तो लौहा चुम्बकित हो गया और लौहे के अन्य टुकड़ों को आकर्षित करने लगा। जब चुम्बकत्व को रोका गया, तो इसका चुंबकीयकरण विलुप्त हो गया। स्टर्जन ने यह दिखाते हुए अपनी योग्यता का प्रदर्शन किया कि इसका वजन केवल सात औंस (लगभग 200 ग्राम) था, जब लौह-कोशिका विद्युत की आपूर्ति का प्रवाह प्रयुक्त किया गया था, तब यह नौ पाउंड (लगभग 4 किलो) उठा सकता था। चूंकि, स्टर्जन के चुम्बक कमजोर थे इसलिए उनके द्वारा उपयोग किए गए बिना तार को केवल कोर के चारों ओर ही दूरी वाली परत में लपेटा जा सकता था, जिससे घुमावों की संख्या सीमित हो जाती थी।

सन् 1830 की शुरुआत में, अमेरिकी वैज्ञानिक जोसेफ हेनरी ने व्यवस्थित रूप से विद्युत चुंबक में परिवर्तन और लोकप्रिय बनाने का कार्य किया।^[5]^[6] रेशम के धागे से अछूते तार का उपयोग करके, और जोहान श्वेइगर द्वारा विद्युत की योग्यता नापने का यंत्र बनाने के लिए तार के कई घुमावों के उपयोग से प्रेरित किया जाता है,^[7] वह कोर पर तार की कई परतों को घुमाने में सक्षम है। तार के हजारों घुमावों के साथ शक्तिशाली चुंबक बना रहता है, जिसमें जो समर्थन करके 2,063 lb (936 kg). विद्युत चुम्बक के लिए पहला बड़ा उपयोग टेलीग्राफ साउंडर में हुआ था।

लौह चुम्बकत्व कोर कैसे कार्य करता है, इसका चुंबकीय कार्यक्षेत्र सिद्धांत प्रथम बार सन् 1906 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पियरे-अर्नेस्ट वीस द्वारा प्रस्तावित किया गया था और लौह चुम्बकत्व के विस्तृत आधुनिक क्वांटम यांत्रिकी सिद्धांत को सन्1920 के दशक में वर्नर हाइजेनबर्ग, लेव लैंडौस, फेलिक्स बलोच और अन्य वैज्ञानिको द्वारा कार्य किया गया था।

विद्युत चुम्बकों के अनुप्रयोग

औद्योगिक विद्युत चुम्बक में स्क्रैप लोहा उठाना, 1914

वाह्य विद्युत चुम्बक वह होता है जिसे केवल सामग्री को व्यवस्थित रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उदाहरण उठाने वाला चुंबक है। विकर्शी विद्युत चुम्बक बल लगाता है और कुछ क्रिया करता है।^[8]

विद्युत और विद्युत यांत्रिक उपकरणों में विद्युत चुम्बकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिनमें सम्मिलित हैं।

विद्युत चालक यंत्र और विद्युत की घंटी
ट्रांसफार्मर
रिले
विद्युत की घंटियाँ और बजर(गुंजक)
लाउडस्पीकर(ध्वनि-विस्तारक यंत्र) और हेड फोन्स
वाल्व जैसे ट्विटर
चुंबकीय रिकॉर्डिंग और डेटा भंडारण उपकरण: टेप रिकॉर्डर, वीसीआर, हार्ड डिस्क
एमआरआई मशीनें
वैज्ञानिक उपकरण जैसे मास स्पेक्ट्रोमीटर
कण त्वरक
चुंबकीय ताले
चुंबकीय पृथक्करण उपकरण, चुंबकीय को गैर-चुंबकीय सामग्री से अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए लौह धातु को स्क्रैप में अन्य सामग्री से विभक्त करना।
औद्योगिक भारोत्तोलन चुम्बकत्व
चुंबकीय उत्तोलन, मैग्लेव ट्रेन या ट्रेनों में प्रयोग किया जाता है
खाना पकाने, निर्माण और अतिताप चिकित्सा के लिए प्रेरण हीटिंग

प्रयोगशाला विद्युत चुंबक। 20 ए करंट के साथ 2 टी फील्ड का उत्पादन करता है।

मास स्पेक्ट्रोमीटर में चुंबक

इलेक्ट्रिक मोटर के स्टेटर पर एसी इलेक्ट्रोमैग्नेट

विद्युत घंटी में चुम्बक

सिंक्रोट्रॉन में सेक्स्टुपोल फ़ोकसिंग चुंबक

साधारण परिनालिका

विद्युत चुम्बक समान रूप से प्रतिघात वाली परिनालिका और प्लंजर है। परिनालिका तार का कुंडल है और प्लंजर नरम लौहे जैसी सामग्री से बना होता है। परिनालिका में चुम्बकत्व लगाने से प्लंजर पर बल लगता है और वह क्रिया कर सकता है। जब उस पर बल संतुलित हो जाता है तो परिनालिका चलना बंद कर देता है। उदाहरण के लिए, जब परिनालिका में केंद्रित होता है, तो बल संतुलित होते हैं।

अधिकतम समान खिंचाव तब होता है जब परिनालिका का सिरा परिनालिका के मध्य में होता है। $F=CAnI/l$ बल के लिए सन्निकटन $F$ है^[8]

जंहा पर $C$ आनुपातिकता स्थिरांक है, $A$ प्लंजर का अनुप्रस्थ काट है, $n$ परिनालिका में घुमावों की संख्या है, $I$ परिनालिका तार के वर्तमान का माध्यम है और $l$ परिनालिका की लंबाई है।जंहा इंच, पाउंड बल, और लंबे, पतले, परिनालिका वाले एम्पीयर का उपयोग करने वाली इकाइयों का मान $C$ लगभग 0.009 से 0.010 (प्लंजर अनुप्रस्थ काट क्षेत्र के प्रति वर्ग इंच अधिकतम पुल पाउंड) है।^[9] उदाहरण के लिए, 12 इंच लंबा कुंडल ( $l =12 in$ ) 1 वर्ग इंच के अनुप्रस्थ काट के लंबे प्लंजर के साथ ( $A =1 in 2$ ) और 11,200 एम्पीयर-मोड़ ( $n I =11,200 Aturn$ ) का अधिकतम खिंचाव 8.75 पाउंड था (इसी के अनुसार .) $C =0.0094 psi$ ).^[10]

जब परिनालिका में चुंबकीय विराम डाला जाता है तो अधिकतम खिंचाव बढ़ जाता है। विराम चुंबक बन जाता है जो परिनालिका को आकर्षित करता है। जब प्लंजर दूर होता है तब यह परिनालिका पुल को थोड़ा जोडती है परन्तु जब वे निकट होते हैं तो नाटकीय रूप से पुल बढ़ जाता है। पुल के लिए सन्निकटन $P$ है^[11]

P=AnI[(nI/l_{\mathrm {a} }^{2}C_{1}^{2})+(C/l)]=(An^{2}I^{2}/l_{\mathrm {a} }^{2}C_{1}^{2})+(CAnI/l)

जंहा $l a$ विराम और परिनालिका के मध्य की दूरी है। अतिरिक्त स्थिरांक $C 1$ पतली परिनालिका के साथ इंच, पाउंड और एम्पीयर की इकाइयों के लिए लगभग 2660 होता है जंहा कोष्ठक के अंदर दूसरा शब्द उसी बल का प्रतिनिधित्व करता है जो ऊपर रेस्ट-लेस परिनालिका है। पहला पद विराम और प्लंजर के मध्य सैद्धांतिक रूप से डिजाइन पर कुछ सुधार किए जा सकते हैं। विराम और प्लंजर के सिरे अधिकांशतः शंक्वाकार होते हैं। उदाहरण के लिए, प्लंजर का नुकीला सिरा होता है जो विराम में मेल खाने वाले अवकाश में सटीक बैठता है। आकार परिनालिका के खिंचाव को पृथक्करण के कार्य के रूप में अधिक समान बनाता है और सुधार परिनालिका ( लौहे से ढका परिनालिका) के बाहर चुंबकीय प्रथ्यागत पथ जोड़ता है।^[12]^[13] चुंबकीय प्रथ्यागत पथ, विराम की भातिं, वायु का अंतर छोटा होने तक आधिक कम प्रभाव डालता है।

भौतिकी

दाएँ हाथ के नियम के अनुसार उन्मुख होता है।

तार के धारावाही परिपथ की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं परिपथ के केंद्र से होकर गुजरती हैं, वहां के क्षेत्र को केंद्रित करती हैं

किसी कुण्डली से धारा प्रवाहित करने से उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र

तार में बहने वाली विद्युत धारा, एम्पीयर के परिपथीय नियम के कारण तार के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र बनाती है | एम्पीयर के नियम के अनुसार (नीचे चित्र देखें) चुंबकीय क्षेत्र को केंद्रित करने के लिए, विद्युत चुंबक में तार विद्युत चुम्बकीय कुंडल में प्रतिघात कर देता है, जिसमें तार के कई मोड़ इर्द गिर्द होते हैं।^[2] तार के सभी घुमावों का चुंबकीय क्षेत्र कुंडल के केंद्र से होकर गुजरता है, जिससे वह शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।^[2] सीधी ट्यूब ( कुंडलित वक्रता) का आकार बनाने वाली कुंडल को परिनालिका कहा जाता है।^[1]^[2]

तार के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दाएं हाथ के नियम विद्युत चुम्कत्व दाएं हाथ के नियम के रूप में पाई जाती है।^[14]^[15] यदि दाहिने हाथ की अंगुलियों को कुंडल के चारों ओर घुमाया जाता है, तो घुमावदार होने के माध्यम से वर्तमान प्रवाह ( पारंपरिक धारा, धनात्मक आवेश का प्रवाह) की दिशा में, अंगूठा कुंडल के आतंरिक क्षेत्र की दिशा को इंगित करता है। चुम्बक का वह भाग जहाँ से क्षेत्र रेखाएँ निकलती हैं, उत्तरी ध्रुव कहलाता है।

यदि नरम चुंबकीय सामग्री लौह चुम्बकत्व (फेरिमैग्नेटिक) सामग्री, जैसे लौहा, का चुंबकीय कोर कुंडली के अंदर रखा जाए तो आधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन किया जा सकता है।^[1]^[2]^[16]^[17] सामग्री के उच्च पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) μ के कारण, कोर चुंबकीय क्षेत्र को अकेले कुंडली के क्षेत्र की शक्ति से हजारों गुना बढ़ा सकता है।^[1]^[2] इसे लौह चुम्बकत्व-कोर या लौह-कोर विद्युत चुम्बक कहा जाता है। चूंकि, सभी विद्युत चुम्बक कोर का उपयोग नहीं करते हैं, और आधिक शक्तिशाली विद्युत चुम्बक, जैसे अति चालकता और आधिक उच्च वर्तमान विद्युत चुम्बक, संतृप्ति होने के कारण उनका उपयोग नहीं किया जाता हैं।

एम्पीयर का नियम

नीचे दिए गए चरों की परिभाषा के लिए, लेख के अंत में बॉक्स देखें।

सामान्य स्थिति में विद्युत चुम्बकों का चुंबकीय क्षेत्र एम्पीयर के नियम द्वारा दिया जाता है:

\int \mathbf {J} \cdot d\mathbf {A} =\oint \mathbf {H} \cdot d\mathbf {l}

जिससे यह कहा जा सकता है कि चुंबकीय क्षेत्र का अभिन्न अंग $\mathbf {H}$ किसी भी बंद परिपथ के चारों ओर परिपथ से बहने वाली धारा के योग के समान्तर होता है। अन्य समीकरण का उपयोग किया जाता है, जो धारा के प्रत्येक छोटे खंड के कारण चुंबकीय क्षेत्र देता है, बायोट-सावर्ट नियम के द्वारा लौहचुंबकीय पदार्थों द्वारा लगाए गए चुंबकीय क्षेत्र और बल की गणना दो कारणों से जटिल है। सर्वप्रथम, चूँकि क्षेत्र की शक्ति जटिल युक्ति से बिंदु से बिंदु तक भिन्न होती है, विशेष रूप से कोर के बाहर और वायु के अंतराल में, जहां किनारे का क्षेत्र और रिसाव प्रवाह पर विचार किया जाता है। दूसरा, चूँकि चुंबकीय क्षेत्र बी और बल वर्तमान के गैर-रेखीय कार्य हैं, जो विशेष रूप से उपयोग की जाने वाली विशेष सामग्री के लिए बी और एच के मध्य के गैर-रेखीय संबंध पर निर्भर करता है। जोकि त्रुटिहीन गणना के लिए, कंप्यूटर योजना जो परिमित तत्व विधि का उपयोग करके चुंबकीय क्षेत्र की प्रकृति तैयार करने के लिए कार्यरत हैं।

चुंबकीय कोर

चुंबकीय कोर (अधिकांशतः लौहे या इस्पात से बना) की सामग्री चुंबकीय कार्यक्षेत्र नामक छोटे क्षेत्रों से बनी होती है जो छोटे चुंबक की भातिं कार्य करती है ( लौह चुम्बकत्व देखें)। विद्युत चुम्बक में चुम्बकत्व प्रारभ होने से पहले, लौहे के कोर में कार्यक्षेत्र यादृच्छिक दिशाओं में इंगित करते हैं, इसलिए उनके छोटे चुंबकीय क्षेत्र दूसरे को रद्द कर देते हैं, और लौहे में बड़े मापक पर चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है। जब लौहे के चारों ओर लिपटे तार के माध्यम से चुम्बकत्व प्रवाहित होता है, तो इसका चुंबकीय क्षेत्र लौहे में प्रवेश करता है, और कार्यक्षेत्र को चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर संरेखित करने का कारण बनता है, इसलिए उनके छोटे चुंबकीय क्षेत्र तार के क्षेत्र में जुड़ जाते हैं, जिससे बड़ा चुंबकीय क्षेत्र बनता है। जो चुम्बक के चारों ओर अंतरिक्ष में फैली हुई है। कोर का प्रभाव क्षेत्र को केंद्रित करना है, और चुंबकीय क्षेत्र वायु से गुजरने की तुलना में कोर से अधिक सरलता से गुजरता है।

तार कुंडली से जितना बड़ा चुम्बकत्व गुजरता है, कार्यक्षेत्र उतने ही संरेखित होते हैं, और चुंबकीय क्षेत्र उतना ही शक्तिशाली होता है। अंत में, सभी कार्यक्षेत्र पंक्तिबद्ध हैं, और वर्तमान में वृद्धि केवल चुंबकीय क्षेत्र में साधारण वृद्धि का कारण बनती है: इस घटना को संतृप्ति (चुंबकीय) कहा जाता है।

जब कुंडली में चुम्बकत्व को बंद कर दिया जाता है, तो चुंबकीय रूप से नरम सामग्री में जो लगभग हमेशा कोर के रूप में उपयोग की जाती हैं, अधिकांश कार्यक्षेत्र संरेखण खो देते हैं और यादृच्छिक स्थिति में वापस आ जाते हैं और क्षेत्र विलुप्त हो जाता है। चूंकि, कुछ संरेखण बना रहता है, जिससे कार्यक्षेत्र को चुंबकीयकरण की दिशा बदलने में कठिनाई होती है, जिससे कोर कमजोर स्थायी चुंबक बन जाता है। इस घटना को हिस्टैरिसीस कहा जाता है और शेष चुंबकीय क्षेत्र को अवशेष कहा जाता है। कोर के अवशिष्ट चुंबकीयकरण कोचुंबकीय विक्षेपण द्वारा हटाया जा सकता है। बारी-बारी से संचालित विद्युत चुम्बकों में जैसे ही चालक यंत्र में उपयोग किया जाता है, कोर का चुंबकीयकरण लगातार उलट जाता है, और अवशेष चालक यंत्र छति में योगदान देता है।

चुंबकीय परिपथ - निरंतर बी क्षेत्र सन्निकटन

विशिष्ट विद्युत चुम्बक का चुंबकीय क्षेत्र (green), जिसमें लौहे का कोर C दो एयर गैप G के साथ बंद परिपथ बनाता है।
बी - कोर में चुंबकीय क्षेत्र
बी_F- फ्रिंजिंग फील्ड्स। अंतराल G में चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं उभरी हुई होती हैं, इसलिए क्षेत्र की शक्ति कोर की तुलना में कम होती है: B_F< बी
बी_L- रिसाव प्रवाह। चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं जो पूर्ण चुंबकीय परिपथ का अनुसरण नहीं करती हैं
एल - ईक में प्रयुक्त चुंबकीय परिपथ की औसत लंबाई। 1 नीचे। यह लंबाई L . का योग है_coreलौहे के कोर के टुकड़ों और लंबाई L . में_gapवायु के अंतराल में G.
लीकेज फ्लक्स और फ्रिंजिंग फील्ड दोनों बड़े हो जाते हैं क्योंकि गैप बढ़ जाता है, चुंबक द्वारा लगाए गए बल को कम कर देता है।

विद्युत चुब्कत्व के कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, जैसे कि चालक यंत्र, जनरेटर(जनित्र), ट्रांसफार्मर(परिनामित्र), चुम्बक को उठाने और लाउडस्पीकर(ध्वनि विस्तारक), लौहे का कोर परिपथ या चुंबकीय परिपथ के रूप में होता है, जो संभवतः कुछ संकीर्ण वायु के अंतराल से टूट जाता है।^[2] ऐसा इसलिए है क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं बंद परिपथों के रूप में होती हैं। लौहा वायु की तुलना में चुंबकीय क्षेत्र के लिए आधिक कम प्रतिरोध (अनिच्छा ) प्रस्तुत करता है, इसलिए शक्तिशाली क्षेत्र प्राप्त किया जा सकता है यदि अधिकांश चुंबकीय क्षेत्र का पथ कोर के अंदर हो।^[2]

चूंकि अधिकांश चुंबकीय क्षेत्र कोर परिपथ की रूपरेखा के अंदर ही सीमित है, यह गणितीय विश्लेषण के सरलीकरण की अनुमति देता है।^[2](चित्र के दाईं ओर देखें)। इस खंड में उपयोग किए जाने वाले कई विद्युत चुम्बकत्व द्वारा संतुष्ट सामान्य सरलीकृत धारणा यह है कि चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति बी चुंबकीय परिपथ (कोर और वायु अंतराल के अंदर) के आसपास स्थिर है और इसके बाहर शून्य है। अधिकांश चुंबकीय क्षेत्र कोर सामग्री (सी) में केंद्रित होगा। कोर के अंदर चुंबकीय क्षेत्र (बी) किसी भी अनुप्रस्थ काट में लगभग समान होगा, इसलिए यदि इसके अतिरिक्त कोर की लंबाई में लगभग स्थिर क्षेत्र है, तो कोर में क्षेत्र स्थिर रहेगा।^[2] यह सिर्फ मुख्य वर्गों के मध्य वायु के अंतराल (जी), यदि छोड़ देता है तो अंतराल में चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं कोर द्वारा सीमित नहीं होती हैं, इसलिए वे कोर सामग्री के अगले टुकड़े में प्रवेश करने के लिए वापस वक्र करने से पहले कोर की रूपरेखा से परे 'उभार' लेती हैं, जिससे अंतराल में क्षेत्र की शक्ति कम हो जाती है।^[2] उभार (बी_F) फ्रिंजिंग फील्ड(चुम्बक उठाना) कहलाता हैं।^[2] चूंकि, जब तक अंतराल की लंबाई कोर के अनुप्रस्थ काट आयामों से छोटी होती है, तब तक अंतराल में क्षेत्र कोर के समान ही होगा। इसके अतिरिक्त, कुछ चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं (B_L) सरल मार्ग लेगा और पूरा कोर परिपथ से नहीं गुजरेगा, इस भातिं चुंबक द्वारा लगाए गए बल में योगदान नहीं करेगा। इसमें क्षेत्रीय रेखाये भी सम्मिलित हैं जो तार घुमाव को घेरती हैं किंतु कोर में प्रवेश नहीं करती हैं। इसे रिसाव झुकाव कहते हैं। इसलिए, इस खंड के समीकरण विद्युत चुम्बकों के लिए मान्य हैं जिनके लिए:

चुंबकीय परिपथ कोर सामग्री का लौह परिपथ है, संभवतः कुछ वायु अंतराल से टूटा हुआ है
कोर की लंबाई में लगभग समान अनुप्रस्थ क्षेत्र होता है।
कोर के अनुप्रस्थ काट के आयामों की तुलना में कोर सामग्री के वर्गों के मध्य कोई भी वायु अंतराल बड़ा नहीं है।
नगण्य रिसाव प्रवाह है

लौहचुम्बकीय पदार्थों की मुख्य अरेखीय विशेषता यह है कि निश्चित मान पर बी क्षेत्र चुंबकीय संतृप्ति होता है,^[2]जो अधिकांश उच्च पारगम्यता कोर इस्पात के लिए लगभग 1.6 से 2 टेस्ला (यूनिट) (टी) है।^[18]^[19]^[20] बी क्षेत्र उस मान तक चुम्बकत्व बढ़ने के साथ तेज़ी से बढ़ता है, किंतु उस मान से ऊपर क्षेत्र स्तर बंद हो जाता है और लगभग स्थिर हो जाता है, यदि समापन के माध्यम से कितना भी चुम्बकत्व भेजा जाए।^[2] तब भी लौहे के कोर विद्युत चुम्बक से संभव चुंबकीय क्षेत्र की अधिकतम योग्यता लगभग 1.6 से 2 टी तक सीमित है।^[18]^[20]

चुम्बकत्व द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र

विद्युत चुम्बक द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र, समापन में घुमावों की संख्या, N और तार में धारा दोनों के समानुपाती होता है, इसलिए एम्पीयर (इकाई) इस उत्पाद के मुड़े हुए NI को चुंबकत्व बल नाम दिया गया है। लोह चुंबकीय परिपथ वाले विद्युत चुम्बक के लिए, जिसकी लंबाई L_core है चुंबकीय क्षेत्र पथ कोर सामग्री और लंबाई L_gap वायु अंतराल में है, एम्पीयर का नियम इसे कम कर देता है:^[2]^[21]^[22]

NI=H_{\mathrm {core} }L_{\mathrm {core} }+H_{\mathrm {gap} }L_{\mathrm {gap} }\,

NI=B\left({\frac {L_{\mathrm {core} }}{\mu }}+{\frac {L_{\mathrm {gap} }}{\mu _{0}}}\right)\qquad \qquad \qquad \qquad (1)\,

जंहा पर

\mu =B/H\,

उपयोग किए गए विशेष बी क्षेत्र में मुख्य सामग्री की चुंबकीय पारगम्यता है।

\mu _{0}=4\pi (10^{-7})\ \mathrm {N} \cdot \mathrm {A} ^{-2}

मुक्त स्थान (वायु) की पारगम्यता है। ध्यान दें कि

\mathrm {A}

इस परिभाषा में एम्पीयर है।

चूँकि यह अरेखीय समीकरण है, कोर की चुंबकीय पारगम्यता, μ, चुंबकीय क्षेत्र B के साथ भिन्न होती है। त्रुटिहीन समाधान के लिए, उपयोग किए गए B मान पर μ का मान कोर सामग्री शैथिल्य लूप से प्राप्त किया जाता है।^[2] यदि बी अज्ञात है, तो समीकरण को संख्यात्मक विश्लेषण द्वारा हल किया जाता है। चूंकि, यदि चुंबकत्व बल संतृप्ति से अधिक ऊपर है, तो कोर सामग्री संतृप्ति में है, चुंबकीय क्षेत्र लगभग संतृप्ति मान बी_sat होगा सामग्री के लिए और एनआई में परिवर्तन के साथ अधिक भिन्न नहीं होता है। बंद चुंबकीय परिपथ (वायु अंतराल) के लिए अधिकांश कोर सामग्री लगभग 800 एम्पीयर-मोड़ प्रति मीटर फ्लक्स पथ के चुंबकत्व बल पर संतृप्त होती है।

अधिकांश मुख्य सामग्रियों के लिए, $\mu _{r}=\mu /\mu _{0}\approx 2000-6000\,$ होता है^[22] तब उपरोक्त समीकरण (1) में, दूसरा पद हावी होता है। इसलिए, वायु के अंतराल के साथ चुंबकीय परिपथ में, चुंबकीय क्षेत्र बी की शक्ति वायु के अंतराल की लंबाई पर दृढ़ता से निर्भर करती है, और कोर में प्रवाह पथ की लंबाई ज्यादा आशय नहीं रखती है। 1 मिमी के वायु अंतराल को देखते हुए, 1T के चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए लगभग 796 एम्पीयर-मोड़ के चुंबकत्व बल की आवश्यकता होती है।

चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लगाया गया बल

विद्युत चुम्बक द्वारा मुख्य पदार्थ के भाग पर लगने वाला बल है।

F={\frac {B^{2}A}{2\mu _{0}}}\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad (2)\,

जंहा पर $A$ कोर का क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र है। बल समीकरण चुंबकीय ऊर्जा से प्राप्त किया जाता है। ऊर्जा बल गुणा दूरी होती है। इन शर्तों को पुनर्व्यवस्थित करने से उपरोक्त समीकरण उत्पन्न होता है।

मैदान पर 1.6 टी की सीमा^[18]^[20]ऊपर उल्लिखित अधिकतम बल प्रति यूनिट कोर क्षेत्र, या चुंबकीय दबाव पर सीमा निर्धारित करता है, लौह-कोर विद्युत चुम्बक लगा सकता है।अनुमानतः:

{\frac {F}{A}}={\frac {B_{sat}^{2}}{2\mu _{0}}}\approx 1000\ \mathrm {kPa} =10^{6}\mathrm {N/m^{2}} =145\ \mathrm {lbf} \cdot \mathrm {in} ^{-2}\,

अधिक सहज इकाइयों में यह स्मरण रखना उपयोगी है कि 1 टी पर चुंबकीय दबाव लगभग 4^{2</सुप> वायुमंडल या किग्रा/सेमी है।}

कोर ज्यामिति को देखते हुए, किसी दिए गए बल के लिए आवश्यक B क्षेत्र की गणना (2) से की जा सकती है। यदि यह 1.6 T से अधिक निकलता है, तो बड़े कोर का उपयोग किया जाना चाहिए।

बंद चुंबकीय परिपथ

ऊपर की तस्वीर में उस भातिं विद्युत चुंबक उठाने का अनुप्रस्थ काट, बेलनाकार निर्माण दिखा रहा है। घुमावदार (सी) चुंबकीय क्षेत्र के लोरेंत्ज़ बल का सामना करने के लिए समतल तांबे की पट्टियां हैं। कोर का निर्माण मोटे लौहे के क्षेत्र (डी) द्वारा किया जाता है जो समापन के चारों ओर लपेटता है।

बंद चुंबकीय परिपथ के लिए (कोई वायु का अंतर नहीं), जैसे कि विद्युत चुम्बक में पाया जाता है जो लौहे के टुकड़े को अपने ध्रुवों पर उठाता है, समीकरण (1) बन जाता है:

B={\frac {NI\mu }{L}}\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad (3)\,

(2) में प्रतिस्थापित करने पर बल है।

F={\frac {\mu ^{2}N^{2}I^{2}A}{2\mu _{0}L^{2}}}\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad (4)\,

यह देखा जा सकता है कि बल को अधिकतम करने के लिए, छोटा प्रवाह पथ L वाला कोर और विस्तृत क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र A को प्राथमिकता दी जाती है (यह वायु के अंतराल वाले चुब्कत्व पर भी प्रयुक्त होता है)। इसे प्राप्त करने के लिए,मैग्नेट उठाना(लिफ्टिंग मैग्नेट) (ऊपर फोटो देखें) और लाउडस्पीकर (ध्वनि-विस्तारक यंत्र) जैसे अनुप्रयोगों में समतल बेलनाकार डिजाइन का अधिकांशतः उपयोग किया जाता है। घुमावदार छोटे चौड़े बेलनाकार कोर के चारों ओर लपेटा जाता है जो ध्रुव बनाता है, और मोटी धातु का क्षेत्र जो घुमावदार के बाहर लपेटता है, चुंबकीय परिपथ के दूसरे भाग को बनाता है, चुंबकीय क्षेत्र को दूसरे ध्रुव बनाने के लिए सामने लाता है।

विद्युत चुम्बकों के मध्य बल

उपरोक्त विधियां चुंबकीय परिपथ वाले विद्युत चुम्बकों पर प्रयुक्त होती हैं और जब चुंबकीय क्षेत्र पथ का बड़ा भाग कोर के बाहर होता है तो प्रयुक्तन हीं होता है। उदाहरण सीधे बेलनाकार कोर वाला चुंबक होगा जैसा कि इस आलेख के शीर्ष पर दिखाया गया है। अच्छी भातिं से परिभाषित 'ध्रुवों' वाले विद्युत चुम्बकों (या स्थायी चुम्बकों) के लिए जहाँ क्षेत्र रेखाएँ मुख्य से निकलती हैं, दो विद्युत चुम्बकों के मध्य बल चुंबकीय-आवेश युक्ति का उपयोग करके पाया जा सकता है जिससे माना जाता है कि चुंबकीय क्षेत्र काल्पनिक 'चुंबकीय आवेशों' द्वारा उत्पन्न होता है। ध्रुवों की सतह पर, ध्रुव योग्यता m और एम्पीयर (इकाई) -मुड़े हुए मीटर की इकाइयों के साथ विद्युत चुम्बकों की चुंबकीय ध्रुव की योग्यता ज्ञात की जाती है।

$m={\frac {NIA}{L}}$

दो ध्रुवों के मध्य बल है।

$F={\frac {\mu _{0}m_{1}m_{2}}{4\pi r^{2}}}$

प्रत्येक विद्युत चुम्बक में दो ध्रुव होते हैं, इसलिए किसी अन्य चुंबक के कारण दिए गए चुंबक पर कुल बल, दिए गए चुंबक के प्रत्येक ध्रुव पर अनुकरण करने वाले दूसरे चुंबक के ध्रुवों की शक्तियों के (सदिश गणित और भौतिकी) के योग के समान्तर होता है। यह मॉडल परिमित सतहों के अतिरिक्त बिंदु-समान ध्रुवों को ग्रहण करता है, और इस प्रकार यह केवल अच्छा सन्निकटन प्राप्त करता है जब चुम्बकों के मध्य की दूरी उनके व्यास से आधिक होती है।

दुष्प्रभाव

विद्युत चुम्बकों में कई दुष्प्रभाव होते हैं जो उनके डिजाइन में प्रदान किए जाते है। ये सामान्यतः बड़े विद्युत चुम्बकों में अधिक महत्वपूर्ण हो जाते हैं।

ओमिक हीटिंग

एलएनसीएमआई (लेबरटोयर नेशनल डेस चैंप्स मैग्नेटिक्स इंटेंसेस) उच्च क्षेत्र प्रयोगशाला में विद्युत चुम्बकों में चुम्बकत्व ले जाने वाले बड़े एल्यूमीनियम बसबार।

स्थिर अवस्था की स्थिति में प्रत्यक्ष वर्तमान विद्युत चुंबक में व्यय की जाने वाली मात्र योग्यता समापन के विद्युत प्रतिरोध के कारण होती है, और ऊर्जा के रूप में नष्ट हो जाती है। कुछ बड़े विद्युत चुम्बकों को अपशिष्ट ताप को दूर करने के लिए समापन में जल शीतलन प्रणाली की आवश्यकता होती है।

चूंकि चुंबकीय क्षेत्र उत्पाद NI के समानुपाती होता है, इसलिए समापन N में घुमावों की संख्या और वर्तमान की ऊर्जा की हानि को कम करने के लिए चुना जाता है, जब तक कि उनका उत्पाद स्थिर रहता है। विद्युत अपव्यय के बाद से, P = I²R धारा के वर्ग के साथ बढ़ता है किंतु केवल समापन की संख्या के साथ लगभग रैखिक रूप से बढ़ता है, समापन में खोई हुई योग्यता को कम करके और घुमावों की संख्या को आनुपातिक रूप से बढ़ाकर या मोटे तार का उपयोग करके प्रतिरोध को कम किया जाता है। उदाहरण के लिए, I को आधा करने और N को दोगुना करने से विद्युत की हानि आधी हो जाती है, जैसा कि तार के क्षेत्रफल को दोगुना कर देता है। किसी भी स्थिति में, तार की मात्रा बढ़ाने से ओमिक हानियाँ कम हो जाती हैं। इस कारण से, विद्युत चुम्बकों में अधिकांशतः समापन की महत्वपूर्ण मोटाई होती है।

चूँकि, N को बढ़ाने या प्रतिरोध को कम करने की सीमा यह है कि समापन चुंबक के मुख्य टुकड़ों के मध्य अधिक जगह लेती है। यदि समापन के लिए उपलब्ध क्षेत्र भरा हुआ है, तब अधिक तार के मोड़ों को छोटे व्यास में जाने की आवश्यकता होती है, जिसमें उच्च प्रतिरोध होता है, जो अधिक घुमावों का उपयोग करने के लाभ को रद्द कर देता है। इसलिए बड़े चुम्बकों में न्यूनतम मात्रा में ऊष्मा की हानि होती है जिसे कम नहीं किया जा सकता है। यह चुंबकीय प्रवाह B^{2 के वर्ग के साथ बढते है।}

सामान्य वोल्टेज स्पाइक्स

विद्युत चुम्बक में महत्वपूर्ण अधिष्ठापन होता है, और इसके समापन के माध्यम से चुम्बकत्व के परिवर्तन का विरोध करता है। समापन चुम्बकत्व में कोई भी आकस्मिक परिवर्तन समापन में बड़े वोल्टेज स्पाइक्स का कारण बनता है। इसका कारण यह है कि जब चुंबक के माध्यम से धारा को बढ़ाया जाता है, जैसे कि जब इसे प्रारंभ किया जाता है, तो परिपथ से ऊर्जा को चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहित किया जाता है। जब इसे बंद कर दिया जाता है तो क्षेत्र में ऊर्जा परिपथ में पुनः वापस आ जाती है।

यदि समापन चुम्बकत्व को नियंत्रित करने के लिए साधारण परिवर्तन का उपयोग किया जाता है,तब यह अंतिम परिवर्तितव पर चिंगारी उत्पन्न कर सकता है। ऐसा तब नहीं होता जब चुंबक को प्रारंभ किया जाता है, चूँकि सीमित आपूर्ति वोल्टेज के कारण चुंबक के माध्यम से धारा और क्षेत्रीय ऊर्जा धीरे-धीरे बढ़ती है, किंतु जब इसे बंद कर दिया जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा आकस्मिक रूप से परिपथ में पुनः वापस आ जाती है,यह परिवर्तितव संपर्कों में बड़े वोल्टेज स्पाइक और विधुत चाप का कारण बनता है, जो उन्हें हानि पहुंचाता है। छोटे विद्युत चुम्बकों के साथ कभी-कभी संपर्कों में संधारित्र का उपयोग किया जाता है, जो अस्थायी रूप से चुम्बकत्व को स्टोर करके चाप को कम करता है। आधिकतम डायोड का उपयोग वोल्टेज स्पाइक्स को रोकने के लिए किया जाता है, जब तक कि ऊर्जा ऊर्जा के रूप में समाप्त नहीं हो जाती है, तब तक घुमावदार के माध्यम से वर्तमान के लिए पथ प्रदान किया जाता है। डायोड समापन से जुड़ा हुआ उन्मुख है इसलिए यह स्थिर स्थिति के संचालन के दौरान विपरीत पक्षपात होता है और आचरण नहीं करता है। जब आपूर्ति वोल्टेज हटा दिया जाता है, तो वोल्टेज स्पाइक आगे-डायोड को पूर्वाग्रहित करता है और प्रतिक्रियाशील धारा घुमावदार के माध्यम से डायोड के माध्यम और घुमावदार होने के कारण वापस बहती रहती है। इस प्रकार उपयोग किए जाने वाले डायोड को फ्रीव्हीलिंग डायोड या फ्लाईबैक डायोड कहा जाता है।

बड़े विद्युत चुम्बक सामान्यतः माइक्रोप्रोसेसर द्वारा नियंत्रित परिवर्तनशील वर्तमान विद्युत की आपूर्ति द्वारा संचालित होते हैं, जो वर्तमान परिवर्तनों को धीरे-धीरे, कोमल रैंप में पूरा करके वोल्टेज स्पाइक्स को रोकते हैं। बड़े चुंबक को सक्रिय या निष्क्रिय करने में अधिक समय लग सकता हैं।

लोरेंत्ज़ बल

तार के अंदर गतिमान आवेशों पर कार्य करना शक्तिशाली विद्युत चुम्बकों में लोरेंत्ज़ बल के कारण चुंबकीय क्षेत्र समापन के प्रत्येक मोड़ पर बल $q\mathbf {v} \times \mathbf {B} \,$ लगाता है। लोरेंत्ज़ बल तार की धुरी और चुंबकीय क्षेत्र दोनों के लंबवत है। इसे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के मध्य दबाव के रूप में देखा जा सकता है, जो उन्हें अलग कर देता है। विद्युत चुम्बक के समापन पर इसके दो प्रभाव पड़ते हैं।

कुंडल की धुरी के अंदर क्षेत्र रेखाएं घुमावों के प्रत्येक मोड़ पर रेडियल बल लगाती हैं, जो उन्हें सभी दिशाओं में बाहर की ओर धकेलती हैं। यह तार में तन्यता तनाव का कारण बनता है।
कुंडल के प्रत्येक मोड़ के मध्य रिसाव क्षेत्र रेखाएं आसन्न घुमावों के मध्य आकर्षक बल लगाती हैं, जो उन्हें साथ खींचने की प्रवृत्ति रखती हैं।

लोरेंत्ज़ बल B^{2 के साथ बढ़ते हैं विद्युत चुम्बको में समापन में धातु की थकान उत्त्पन करने से शक्ति के बढ़ने और घटने पर गति को रोकने के लिए समापन की शक्तिशालीी होनी चाहिए। विद्युत चुम्बक डिजाइन नीचे, आधिक उच्च क्षेत्र अनुसंधान चुम्बक में प्रयोग किया जाता है, रेडियल बलो का करने के लिए समापन का निर्माण समतल चक्र के रूप में किया जाता है,और अक्षीय लोगो का विरोध करने के लिए अक्षीय दिशा में स्थान्तरित किया जाता है।}

मुख्य हानि

ट्रांसफॉर्मर, प्रारंभ करने वाला, प्रत्यावर्ती धारा चालक यंत्र और विधुत जनरेटर में उपयोग किए जाने वाले प्रत्यावर्ती धारा (एसी) विद्युत चुम्बक्स में, चुंबकीय क्षेत्र लगातार परिवर्तित होता है। इससे उनके चुंबकीय कोर में ऊर्जा की हानि होती है जो कोर में ऊर्जा के रूप में नष्ट हो जाता है। हानि दो प्रक्रियाओं से होता है:

एसी धाराएं फैराडे के प्रेरण के नियम से, बदलते चुंबकीय क्षेत्र में आस-पास के सुचालको के अंदर विद्युत धाराओं को परिचालित किया जाता है, जिसे एसी धाराएं कहा जाता है। इन धाराओं में ऊर्जा सुचालक के विद्युत प्रतिरोध में ऊर्जा के रूप में समाप्त हो जाती है, इसलिए वे ऊर्जा हानि का कारण बनती हैं। चूंकि चुंबक का लौह कोर प्रवाहकीय है, और अधिकांश चुंबकीय क्षेत्र में केंद्रित होते है, इसलिए कोर में एसी धाराएं में प्रमुख समस्या होती हैं। एसी धाराएं वर्तमान में बंद परिपथ होती हैं जो चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत विमानों में प्रवाहित होती हैं। ऊर्जा का क्षय परिपथ से घिरे क्षेत्र के समानुपाती होता है। उन्हें रोकने के लिए, एसी विद्युत चुम्बक के कोर सतह पर इन्सुलेट कोटिंग के साथ, पतली इस्पात शीट, या टुकड़े टुकड़े, चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर उन्मुख के ढेर से बने होते हैं। इन्सुलेशन परतें एसी की धारा को चादरों के मध्य बहने से रोकती हैं। किसी भी शेष एसी धाराओं को प्रत्येक व्यक्तिगत टुकड़े के अनुप्रस्थ काट के अंदर प्रवाहित होना चाहिए, जिससे हानि कम हो जाता है। अन्य विकल्प में फेरेट कोर का उपयोग किया जाता है, जो गैर-सुचालक होता है।
हिस्टैरिसीस हानि कोर सामग्री में चुंबकीय कार्यक्षेत्र के चुंबकीयकरण की दिशा को उलटने से प्रत्येक चक्र सामग्री की जबरदस्ती के कारण ऊर्जा हानि का कारण बनता है। इन हानियों को हिस्टैरिसीस कहा जाता है। प्रति चक्र खोई हुई ऊर्जा बीएच ग्राफ में हिस्टैरिसीस परिपथ के क्षेत्र के समानुपाती होती है। इस हानि को कम करने के लिए, ट्रांसफॉर्मर और अन्य एसी विद्युत चुम्बक में उपयोग किए जाने वाले चुंबकीय कोर नरम कम सहक्रिया सामग्री, जैसे सिलिकॉन इस्पात या नरम फेराइट से बने होते हैं। इन प्रक्रियाओं में से प्रत्येक के लिए एसी चुम्बकत्व के प्रति चक्र ऊर्जा हानि स्थिर होती है, इसलिए विद्युत की हानि आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है।

उच्च-फील्ड विद्युत चुम्बक

अतिचालक विद्युत चुम्बक

दुनिया में सबसे शक्तिशाली विद्युत चुम्बक, यूएस नेशनल हाई मैग्नेटिक फील्ड प्रयोगशाला, तल्हासी, फ्लोरिडा, यूएसए में 45 टी हाइब्रिड बिटर-अति चालकता चुंबक

जब 1.6 टी की लौह चुम्बकत्व सीमा से अधिक चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है, तब अति चालकता चुंबक का उपयोग किया जाता है। लौह चुम्बकत्व सामग्रियों का उपयोग करने के अतिरिक्त, ये तरल हीलियम से ठंडा अतिचालकता समापन का उपयोग करते हैं, जो विद्युत प्रतिरोध के बिना चुम्बकत्व का संचालन करते हैं। ये भारी धाराओं को प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं, जो तीव्र चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। अतिचालक चुंबक उस क्षेत्र की शक्ति से सीमित होते हैं जिस पर घुमावदार सामग्री अतिचालक होना बंद कर देती है। 32 टी के वर्तमान (2017) रिकॉर्ड के साथ वर्तमान डिजाइन 10-20 टी तक सीमित हैं।^[23]^[24] आवश्यक प्रशीतन उपकरण और सायरोस्टेट उन्हें सामान्य विद्युत चुम्बकों की तुलना में अधिक महंगा बनाते हैं। चूंकि, उच्च योग्यता अनुप्रयोगों में इसे कम परिचालन लागत से कार्य किया जाता है, क्योंकि उदाहरण के बाद समापन के लिए कोई योग्यता की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि ओमिक हीटिंग से कोई ऊर्जा विलुप्त नहीं होती है। इनका उपयोग कण त्वरक और एमआरआई मशीनों में किया जाता है।

कड़वे विद्युत चुम्बक

लोह -कोर और अति चालकता विद्युत चुम्बक दोनों की उस क्षेत्र की सीमा होती है जो वे उत्पन्न कर सकते हैं। इसलिए सबसे शक्तिशाली मानव निर्मित चुंबकीय क्षेत्र सन् 1933 में फ्रांसिस बिटर द्वारा आविष्कार किए गए डिजाइन के एयर-कोर अति चालकता विद्युत चुम्बकत्व उत्पन्न किए गए हैं, जिन्हें बिटर विद्युत चुम्बक कहा जाता है।^[25] तार समापन के अतिरिक्त, कड़वे चुंबक में संवाहक चक्र के ढेर से बना परिनालिका होता है, जिसे व्यवस्थित किया जाता है जिससे कि चुम्बकत्व उनके माध्यम से पेचदार पथ में चले, केंद्र के माध्यम से छेद के साथ जहां अधिकतम क्षेत्र बनाया गया हो। इस डिजाइन में क्षेत्र के चरम लोरेंत्ज़ बलों का सामना करने के लिए यांत्रिक योग्यता है, जो B^{2 के साथ बढ़ती है डिस्क को छिद्रों से छेद दिया जाता है जिसके माध्यम से ठंडा पानी उच्च धारा के कारण होने वाली ऊर्जा को दूर करने के लिए गुजरता है। केवल प्रतिरोधक चुंबक के साथ प्राप्त किया गया सबसे शक्तिशाली निरंतर क्षेत्र 37.5 T . है, नीदरलैंडस के निजमेजेन में रेडबौड विश्वविद्यालय उच्च चुम्बकीय क्षेत्र प्रयोगशाला में बिटर विद्युत चुम्बक द्वारा निर्मित।^[26] पिछला रिकॉर्ड 35 टी था।^[24] कुल मिलाकर सबसे शक्तिशाली निरंतर चुंबकीय क्षेत्र, 45 T,^[25] जून 2000 में अति चालकता चुंबक के अंदर कड़वे चुंबक से युक्त हाइब्रिड डिवाइस के साथ हासिल किया गया था।}

विद्युत चुम्बक की शक्ति को सीमित करने वाला कारक भारी अपशिष्ट ऊर्जा को खत्म करने में असमर्थता है, इसलिए अधिक शक्तिशाली क्षेत्र, 100 टी तक,^[24]उनके माध्यम से उच्च धारा के संक्षिप्त स्पंद भेजकर प्रतिरोधक चुम्बकों से प्राप्त किया गया है। प्रत्येक पल्स के बाद की निष्क्रिय अवधि, पल्स के दौरान उत्पन्न ऊर्जा को अगली पल्स से पहले निकालने की अनुमति देती है।

विस्फोटक रूप से पंप किए गए फ्लक्स संपीड़न

विस्फोटक रूप से पंप किए गए फ्लक्स संपीड़न जनरेटर का खोखला ट्यूब प्रकार। खोखली तांबे की ट्यूब ट्रांसफॉर्मर की सिंगल मुड़े हुए सेकेंडरी समापन की भातिं कार्य करती है। जब समापन में कैपेसिटर से चुम्बकत्व की पल्स चुंबकीय क्षेत्र की पल्स बनाती है, तो यह ट्यूब में शक्तिशाली परिधीय धारा बनाता है, जो चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं को अंदर फँसाता है। विस्फोटक तब ट्यूब को ध्वस्त कर देते हैं, इसके व्यास को कम करते हैं, और क्षेत्र की रेखाएं साथ क्षेत्र को बढ़ाने के लिए मजबूर हो जाती हैं।

सबसे शक्तिशाली मानव निर्मित चुंबकीय क्षेत्र^[27] विद्युत चुंबक के अंदर चुंबकीय क्षेत्र को स्पंदित करने के लिए विस्फोटकों का उपयोग करके बनाया गया है। इन्हें विस्फोटक रूप से पंप किए गए फ्लक्स संपीड़न जनरेटर कहा जाता है। कुछ माइक्रोसेकंड के लिए इम्प्लोजन (यांत्रिक प्रक्रिया) चुंबकीय क्षेत्र को लगभग 1000 T . के मान तक संकुचित कर देती है।^[25]चूंकि यह विधि आधिक विनाशकारी लगती है, विस्फोट के झटके को रेडियल रूप से बाहर की ओर पुनर्निर्देशित करना संभव है जिससे कि न तो प्रयोग और न ही चुंबकीय संरचना को हानि पहुंचे। इन उपकरणों को विनाशकारी स्पंदित विद्युत चुम्बक के रूप में जाना जाता है।^[28] उच्च चुंबकीय क्षेत्रों में सामग्री के गुणों का अध्ययन करने के लिए उनका उपयोग भौतिकी और सामग्री विज्ञान अनुसंधान में किया जाता है।

शब्दों की परिभाषा

अवधि	महत्व	इकाई
$A\,$	कोर का पार अनुभागीय क्षेत्र	वर्ग मीटर
$B\,$	चुंबकीय क्षेत्र (चुंबकीय प्रवाह घनत्व)	टेस्ला
$F\,$	चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लगाया गया बल	न्यूटन
$H\,$	चुम्बकीय क्षेत्र	एम्पीयर प्रति मीटर
$I\,$	घुमावदार तार में धारा	एम्पेयर
$L\,$	चुंबकीय क्षेत्र पथ की कुल लंबाई $L_{\mathrm {core} }+L_{\mathrm {gap} }\,$	मीटर
$L_{\mathrm {core} }\,$	कोर सामग्री में चुंबकीय क्षेत्र पथ की लंबाई	मीटर
$L_{\mathrm {gap} }\,$	वायु अंतराल में चुंबकीय क्षेत्र पथ की लंबाई	मीटर
$m_{1},m_{2}\,$	विद्युत चुंबक की ध्रुव शक्ति	एम्पेयर मीटर
$\mu \,$	इलेक्ट्रोमैग्नेट कोर सामग्री की पारगम्यता	न्यूटन प्रति वर्ग एम्पेयर
$\mu _{0}\,$	मुक्त स्थान की पारगम्यता (or air) = 4π(10⁻⁷)	न्यूटन प्रति वर्ग एम्पेयर
$\mu _{r}\,$	इलेक्ट्रोमैग्नेट कोर सामग्री की सापेक्ष पारगम्यता	-
$N\,$	विद्युत चुम्बक पर तार के घुमावों की संख्या	-
$r\,$	दो विद्युत चुम्बकों के ध्रुवों के बीच की दूरी	मीटर

यह भी देखें

द्विध्रुवीय चुंबक - चुंबक का सबसे बुनियादी रूप
विद्युत चुंबकत्व *
विद्युत स्थायी चुंबक - चुंबकीय रूप से कठोर विद्युत चुंबक व्यवस्था
विस्फोटक पंप फ्लक्स संपीड़न जनरेटर
फील्ड कुंडली
चुंबकीय असर
स्पंदित क्षेत्र चुंबक
चौगुनी चुंबक - चुम्बक और विद्युत चुम्बकों का संयोजन जिसका उपयोग मुख्य रूप से आवेशित कणों की गति को प्रभावित करने के लिए किया जाता है

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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