निर्वात की चुम्बकशीलता

This article is about the magnetic constant. For the analogous electric constant, see vacuum permittivity.

Value of μ0	Unit
1.25663706212(19)×10−6	N⋅A−2

वैक्यूम चुंबकीय पारगम्यता (विभिन्न वैक्यूम पारगम्यता , मुक्त स्थान की पारगम्यता , वैक्यूम की पारगम्यता ), जिसे चुंबकीय स्थिरांक के रूप में भी जाना जाता है, एक शास्त्रीय वैक्यूम में चुंबकीय पारगम्यता है। यह एक भौतिक नियतांक है, जिसे परंपरागत रूप से μ लिखा जाता है₀(उच्चारण म्यू नॉट या म्यू जीरो)। इसका उद्देश्य विद्युत प्रवाह द्वारा उत्सर्जित चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को मापना है। SI आधार इकाइयों के संदर्भ में व्यक्त की गई, इसकी इकाई kg⋅m⋅s है⁻²·ए^{-2</सुप>.}

एसआई आधार इकाइयों की 2019 पुनर्परिभाषा के बाद से (जब ई और एच के मान परिभाषित मात्रा के रूप में तय किए गए थे), μ₀ एक प्रायोगिक रूप से निर्धारित स्थिरांक है, इसका मान आयाम रहित ठीक-संरचना स्थिरांक के समानुपाती होता है, जो लगभग की सापेक्ष अनिश्चितता के लिए जाना जाता है 1.5×10⁻¹⁰, प्रयोगात्मक अनिश्चितता के साथ कोई अन्य निर्भरता नहीं है। CODATA 2018 (मई 2019 में प्रकाशित) द्वारा अनुशंसित SI इकाइयों में इसका मूल्य है:

μ₀ = 1.25663706212(19)×10⁻⁶ N⋅A⁻²

1948 से 2019 तक, एम₀ एक परिभाषित मूल्य था (इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली # आधार इकाइयों की पूर्व परिभाषा के अनुसार), इसके बराबर:

μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m = 1.25663706143...×10⁻⁶ N/A² (1 henry per metre = 1 newton per square ampere = 1 tesla metre per ampere)

पूर्व परिभाषित मूल्य से अनुशंसित मापा मूल्य का विचलन सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण है, लगभग 3.6σ पर, μ के रूप में सूचीबद्ध₀/(4π×10⁻⁷ N⋅A⁻²) − 1 = (5.5±1.5)×10⁻¹⁰.

1872 में विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन द्वारा चुंबकीय पारगम्यता और चुंबकीय संवेदनशीलता की शब्दावली पेश की गई थी। ε के रूप में पारगम्यता और ε के रूप में पारगम्यता का आधुनिक अंकन 1950 के दशक से उपयोग में है।

एम्पीयर-परिभाषित वैक्यूम पारगम्यता

दो पतले, सीधे, स्थिर, समानांतर तार, मुक्त स्थान में r दूरी पर, प्रत्येक में विद्युत धारा I है, एक दूसरे पर एक बल लगाएंगे। एम्पीयर का बल नियम बताता है कि चुंबकीय बल F_m प्रति लंबाई एल द्वारा दिया गया है

$${\frac {|{\boldsymbol {F}}_{\text{m}}|}{L}}={\mu _{0} \over 2\pi }{|{\boldsymbol {I}}|^{2} \over |{\boldsymbol {r}}|}.$$

1948 से 2019 तक एम्पेयर को उस स्थिर धारा के रूप में परिभाषित किया गया था, जिसे अगर अनंत लंबाई के दो सीधे समानांतर कंडक्टरों में बनाए रखा जाए, नगण्य गोलाकार क्रॉस सेक्शन, और वैक्यूम में 1 मीटर की दूरी पर रखा जाए, तो इन कंडक्टरों के बीच एक बराबर बल उत्पन्न होगा 2×10⁻⁷ न्यूटन प्रति मीटर लंबाई। यह की परिभाषा के बराबर है $\mu _{0}$ बिल्कुल 4π×10⁻⁷ H/m., तब से

$${\frac {{\boldsymbol {F}}_{\text{m}}}{L}}={\mu _{0} \over 2\pi }\mathrm {(1\,A)^{2} \over {1\,m}}$$

$${2\times 10^{-7}\mathrm {N \over m} }={\mu _{0} \over 2\pi }\mathrm {(1\,A)^{2} \over {1\,m}}$$

$$\mu _{0}=4\pi \times 10^{-7}{\text{ H/m}}$$

एम्पीयर के लिए एक मानक तैयार करने के लिए द्रव्यमान, लंबाई और समय के अंतरराष्ट्रीय मानकों के संदर्भ में परिभाषित इस परिभाषा में धारा को एक ज्ञात भार और तारों के ज्ञात पृथक्करण के साथ मापने की आवश्यकता है (और यही किब्बल संतुलन है के लिए डिजाइन किया गया था)। एसआई आधार इकाइयों की 2019 की पुनर्परिभाषा में, एम्पीयर को प्राथमिक आवेश और द्वितीयक के संदर्भ में सटीक रूप से परिभाषित किया गया है, और इसका मान $\mu _{0}$ प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है; 4π × 1.00000000055(15)×10⁻⁷ H⋅m⁻¹ नई प्रणाली में हाल ही में मापा गया मान है (और किबल बैलेंस ज्ञात वजन से करंट मापने के बजाय ज्ञात करंट से वजन मापने का एक उपकरण बन गया है)।

शब्दावली

मानक संगठन हाल ही में μ के पसंदीदा नाम के रूप में चुंबकीय स्थिरांक में चले गए हैं₀, हालांकि पुराने नाम को एक पर्याय के रूप में सूचीबद्ध किया जाना जारी है। ऐतिहासिक रूप से, निरंतर μ₀ अलग-अलग नाम हुए हैं। 1987 की IUPAP रेड बुक में, उदाहरण के लिए, इस स्थिरांक को अभी भी निर्वात की पारगम्यता कहा जाता था। एक और, बल्कि दुर्लभ और अप्रचलित शब्द, निर्वात की चुंबकीय पारगम्यता है। उदाहरण के लिए, नौकर एट अल देखें। शब्द निर्वात पारगम्यता (और इसके रूपांतर, जैसे कि मुक्त स्थान की पारगम्यता) बहुत व्यापक है।

पारगम्यता और निर्वात शब्दों के भौतिक अर्थों के उपयोग से बचने के लिए मानक संगठनों द्वारा नाम चुंबकीय स्थिरांक का उपयोग किया गया था। पसंदीदा नाम का यह परिवर्तन इसलिए किया गया था क्योंकि μ₀ एक परिभाषित मूल्य था, और प्रायोगिक माप का परिणाम नहीं था (नीचे देखें)। नई एसआई प्रणाली में, निर्वात की पारगम्यता का अब कोई परिभाषित मान नहीं है, बल्कि यह एक मापी गई मात्रा है, जिसमें (मापा गया) आयाम रहित सूक्ष्म संरचना स्थिरांक से संबंधित अनिश्चितता है।

इकाइयों की प्रणाली और μ के मूल्य की ऐतिहासिक उत्पत्ति₀

सिद्धांत रूप में, कई समीकरण प्रणालियाँ हैं जिनका उपयोग विद्युत मात्राओं और इकाइयों की एक प्रणाली स्थापित करने के लिए किया जा सकता है। 19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध से, एम्पीयर के बल नियम का उपयोग करते हुए, वर्तमान इकाइयों की मौलिक परिभाषाएं द्रव्यमान, लंबाई और समय इकाइयों की परिभाषाओं से संबंधित हैं। हालाँकि, जिस सटीक तरीके से यह आधिकारिक तौर पर किया गया है, वह कई बार बदल गया है, क्योंकि माप तकनीक और विषय पर सोच विकसित हुई है। विद्युत प्रवाह की इकाई का समग्र इतिहास, और विद्युत चुम्बकीय घटनाओं का वर्णन करने के लिए समीकरणों के एक सेट को परिभाषित करने के संबंधित प्रश्न का बहुत जटिल है। संक्षेप में, मूल कारण क्यों μ₀ इसका मूल्य इस प्रकार है।

एम्पीयर का बल नियम प्रयोगात्मक रूप से व्युत्पन्न तथ्य का वर्णन करता है कि, दो पतले, सीधे, स्थिर, समानांतर तारों के लिए, दूरी r अलग, जिनमें से प्रत्येक में एक धारा I प्रवाहित होती है, बल प्रति इकाई लंबाई, F_m/ एल, कि मुक्त स्थान के निर्वात में एक तार दूसरे पर लागू होता है

$${\frac {F_{\mathrm {m} }}{L}}\propto {\frac {I^{2}}{r}}.$$

आनुपातिकता के स्थिरांक को k के रूप में लिखने पर_m देता है

$${\frac {F_{\mathrm {m} }}{L}}=k_{\mathrm {m} }{\frac {I^{2}}{r}}.$$

के. का रूप_m समीकरणों की एक प्रणाली स्थापित करने के लिए चुने जाने की आवश्यकता है, और वर्तमान की इकाई को परिभाषित करने के लिए एक मान आवंटित करने की आवश्यकता है।

पुरानी सेंटीमीटर ग्राम में इकाइयों की दूसरी प्रणाली| 19वीं शताब्दी के अंत में परिभाषित समीकरणों की विद्युतचुम्बकीय (एमु) प्रणाली, k_m एक शुद्ध संख्या के रूप में चुना गया था, 2, दूरी को सेंटीमीटर में मापा गया था, बल को cgs इकाई डाएन में मापा गया था, और इस समीकरण द्वारा परिभाषित धाराओं को वर्तमान की विद्युत चुम्बकीय इकाई (emu) में मापा गया था (जिसे abampere भी कहा जाता है)। इलेक्ट्रीशियन और इंजीनियरों द्वारा उपयोग की जाने वाली एक व्यावहारिक इकाई, एम्पीयर, को वर्तमान की विद्युत चुम्बकीय इकाई के दसवें हिस्से के बराबर परिभाषित किया गया था।

एक अन्य प्रणाली में, तर्कसंगत मीटर-किलोग्राम-सेकंड (आरएमकेएस) प्रणाली (या वैकल्पिक रूप से मीटर-किलोग्राम-सेकंड-एम्पीयर (एमकेएसए) प्रणाली), के_m μ के रूप में लिखा जाता है₀/2पी, जहां एम₀ एक माप-प्रणाली स्थिरांक है जिसे चुंबकीय स्थिरांक कहा जाता है। μ का मान₀ इस तरह चुना गया था कि वर्तमान की rmks इकाई एमु प्रणाली में एम्पीयर के आकार के बराबर है: μ₀ होना परिभाषित किया गया था 4π × 10⁻⁷ H/m.

ऐतिहासिक रूप से, कई अलग-अलग प्रणालियाँ (ऊपर वर्णित दो सहित) एक साथ उपयोग में थीं। विशेष रूप से, भौतिकविदों और इंजीनियरों ने विभिन्न प्रणालियों का इस्तेमाल किया, और भौतिकविदों ने भौतिकी सिद्धांत के विभिन्न भागों के लिए तीन अलग-अलग प्रणालियों और प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए चौथी अलग प्रणाली (इंजीनियरों की प्रणाली) का इस्तेमाल किया। 1948 में, मानक संगठनों द्वारा rmks प्रणाली को अपनाने के लिए अंतर्राष्ट्रीय निर्णय लिए गए थे, और विद्युत मात्रा और इकाइयों के संबंधित सेट, अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली की इकाइयों में विद्युत चुम्बकीय घटनाओं का वर्णन करने के लिए एकल मुख्य अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली के रूप में।

जैसा कि ऊपर कहा गया है, एम्पीयर का नियम दुनिया की एक भौतिक संपत्ति का वर्णन करता है। हालाँकि, k के रूप के बारे में विकल्प_m और μ का मान₀ पूरी तरह से मानवीय निर्णय हैं, जो सभी भाग लेने वाले देशों के राष्ट्रीय मानक संगठनों के प्रतिनिधियों से बने अंतर्राष्ट्रीय निकायों द्वारा लिए जाते हैं। पैरामीटर μ₀ एक माप-प्रणाली स्थिरांक है, भौतिक स्थिरांक नहीं जिसे मापा जा सकता है। यह किसी अर्थपूर्ण अर्थ में निर्वात के भौतिक गुण का वर्णन नहीं करता। यही कारण है कि प्रासंगिक मानक संगठन किसी भी नाम के बजाय चुंबकीय स्थिरांक नाम को पसंद करते हैं जो छिपे हुए और भ्रामक निहितार्थ को वहन करता है जो कि μ₀ कुछ भौतिक संपत्ति का वर्णन करता है।

विद्युत चुंबकत्व में महत्व

चुंबकीय स्थिरांक μ₀ मैक्सवेल के समीकरणों में प्रकट होता है, जो विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र क्षेत्र और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के गुणों का वर्णन करते हैं, और उन्हें उनके स्रोतों से संबंधित करते हैं। विशेष रूप से, यह पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) और चुंबकत्व जैसी मात्राओं के संबंध में प्रकट होता है, जैसे संबंध जो चुंबकीय बी-क्षेत्र के संदर्भ में चुंबकीय एच-क्षेत्र को परिभाषित करता है। वास्तविक मीडिया में, इस संबंध का रूप है:

$${\boldsymbol {H}}={{\boldsymbol {B}} \over \mu _{0}}-{\boldsymbol {M}},$$

जहां 'एम' चुंबकीयकरण घनत्व है। निर्वात में, 'एम' = 0।

अंतर्राष्ट्रीय मात्रा प्रणाली (ISQ) में, निर्वात में प्रकाश की गति, c, चुंबकीय स्थिरांक और वैक्यूम परमिटिटिविटी से संबंधित है | विद्युत स्थिरांक (वैक्यूम परमिटिटिविटी), ε₀, समीकरण द्वारा:

$$c^{2}={1 \over {\mu _{0}\varepsilon _{0}}}.$$

यह संबंध मैक्सवेल के क्लासिकल इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के समीकरणों का उपयोग वैक्यूम # इन इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के माध्यम से किया जा सकता है, लेकिन इस संबंध का उपयोग BIPM (इंटरनेशनल ब्यूरो ऑफ वेट्स एंड मेजर्स) और NIST (नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी) द्वारा ε की परिभाषा के रूप में किया जाता है।₀ के लिए परिभाषित संख्यात्मक मूल्यों के संदर्भ में c और μ₀, और मैक्सवेल के समीकरणों की वैधता पर निर्भर व्युत्पन्न परिणाम के रूप में प्रस्तुत नहीं किया गया है। इसके विपरीत, जैसा कि पारगम्यता ठीक संरचना स्थिरांक से संबंधित है ($\alpha$), पारगम्यता बाद वाले से प्राप्त की जा सकती है (प्लैंक स्थिरांक, h और प्राथमिक आवेश, e का उपयोग करके):

$$\mu _{0}={\frac {2\alpha }{e^{2}}}{\frac {h}{c}}.$$

नई एसआई परिभाषाओं में, केवल ठीक संरचना स्थिरांक एसआई इकाइयों में दाईं ओर की अभिव्यक्ति में मापा गया मान है, क्योंकि शेष स्थिरांकों ने एसआई इकाइयों में मूल्यों को परिभाषित किया है।

यह भी देखें

• निर्वात की विशेषता प्रतिबाधा
• विद्युत चुम्बकीय तरंग समीकरण
• विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का गणितीय विवरण
• नई एसआई परिभाषाएँ
• विद्युत चुम्बकीय तरंग समीकरण के साइनसॉइडल प्लेन-वेव सॉल्यूशंस
• वैक्यूम परमिटिटिविटी