காந்தம்

காந்தம் (magnet) (கிரேக்கம்  magnḗtis líthos, "மகனீசியக்கல்"  என்பது காந்தப் புலத்தை உருவாக்கும் பொருளாகும். இந்தக் காந்தப் புலம் கண்ணுக்குப் புலப்படாவிட்டாலும்  காந்தத்தின் குறிப்பிடத்தகுந்த இயல்பான காந்த விசைக்குப் பொறுப்பாகிறது: காந்தவிசை இரும்பைப் போன்ற இரும்பியல் காந்தப் பொருள்களை இழுக்கிறது.மேலும், மற்ற காந்தங்களை ஈர்க்கிறது அல்லது விலக்குகிறது.

நிலைக்காந்தம் (permanent magnet) என்பது காந்தமுற்று நிலையான காந்தப் புலத்தை தரவல்ல பொருளால் செய்ததாகும். அன்றாட வாழ்க்கை எடுத்துகாட்டாக, உறைபதனக் காந்தத்தைக் கூறலாம். இது உறைபதனியின் கதவில் குறிப்புகளைப் பிடித்துவைக்க உதவுகிறது. சிலவகைப் பொருள்களுக்குக் காந்தமேற்றினால் அவை காந்தங்களை ஈர்க்கும். இத்தகைய பொருள்கள் இரும்பியல் காந்தப் பொருள்கல் அல்லது இரும்பயல் காந்தப் பொருள்கள் என வழங்கப்படுகின்றன. இவற்றில் இரும்பு, நிக்கல், கோபால்ட் ஆகியனவும் அருமண் தனிமங்களின் பொன்மக் கலவைகளும் காந்தக்கல் போன்ற சில இயற்கை கனிமப் பொருள்களும் அடங்கும். காந்தப் பொருள்களாக வழக்கில் கருதப்பட்ம் அளவுக்கு இரும்பியல் பொருள்களும் இரும்பயல் பொருள்களும் மட்டுமே காந்தங்களோடு வலிவோடு ஈர்த்தாலும் காந்தப் புலத்தால் மெலிவாக ஈர்க்கப்படும் பல பிற பொருள்களும் காந்த ஈர்ப்பு வகைமைகளும் இயற்கையில் நிலவுகின்றன.

இரும்பியல் காந்தங்களை மென்வகையாகவும் வன்வகையாகவும் இரண்டாகப் பிரிக்கலாம். மென்வகையைக் காந்தமேற்றினால்  காந்தமாகும். ஆனால் அதில் காந்த இயல்பு நிலைத்திருக்காது. பதனாற்றிய இரும்பு இவ்வகைக்கு எடுத்துகாட்டாகும். வன்வகையைக் காந்தமேற்றினால் அதை காந்த இயல்பு நிலைத்திருக்கும். நிலைக்காந்தங்கள் வன்காந்தப் பொருள்களால் செய்யப்படுகின்றன. இதற்கு அல்நிக்கோவும், பெர்ரைட் எனும் இரும்பகிகளும் பயன்படுகின்றன. நிலைக்காந்தங்களைச் செய்யும்போது வலிய காந்தப்புலங்களுக்கு ஆட்படுத்தி, அவற்றின் அகப் படிகக் கட்டமைப்பு திசையொருங்க வைக்கப்படுகிறது. எனவே இவற்றைக் காந்தமிறக்கம் செய்தல் அரிதாகும். நிறைவுற்ற காந்த்த்தைக் காந்தமிறக்கம் செய்ய போதுமான அளவு காந்தப் புலம் தேவைப்படுகிறது. இந்த வாயில் காந்தப் புல அளவு, அந்தப் பொருளின் முரண்மை (Coercivity) அல்லது முரண்திறம் எனப்படுகிறது. வன்காந்தங்கள் உயர்முரண்மை கொண்டவை. மென்காந்தங்கள் தாழ்முரண்மை கொண்டுள்ளன.

மின்காந்தம் கம்பிச் சுருளால் செய்யப்படுகிறது. இதில் மின்னோட்டம் பாயும்போது காந்தம் போலச் செயல்படுகிறது. மின்னோட்டம் நின்றுவிட்டால் காந்த இயல்பை இழந்துவிடுகிறது. வழக்கமாக இந்தக் கம்பிச் சுருள்  எஃகைப் போன்ற மென்வகை இரும்பியல்காந்த அகட்டிம் மீதுசுற்றப்படுகிறது. இந்த எஃகு சுருள் விளைவிக்கும் காந்தப் புலத்தை மிகவும் செறிவாக்குகிறது

காந்தத்தின் ஒட்டுமொத்த வலிமை அதன் காந்த்த் திருப்புமையால் அளக்கப்படுகிறது அல்லது அது உருவாக்கும் காந்தப் பெருக்கால் (பாயத்தால்)  அளக்கப்படுகிறது. காந்த்த்தின் கல வலிமை அதன் காந்தமாக்கத்தால் அளக்கப்படுகிறது.

சொல் விளக்கம் 

காந்தம் என்றால் தமிழில் இழுத்தல் என்று பொருள். இயற்கையில் கிடைக்கும் சில கற்கள் இரும்பை ஈர்ப்பதை, இழுப்பதை மாந்தர்கள் நெடுங்காலமாக அறிந்திருந்தனர். இரும்பை ஈர்க்கும் கல்லை காந்தக்கல் என்று அழைத்தனர். சீனர்கள் இவ்வகைக் கற்களைக் கொண்டு திசையறியும் கருவியை கி.மு.200-கி.பி.200 ஆண்டுகளில் செய்திருந்தனர். இயற்கையாகச் சில பொருள்கள் காந்தத் தன்மை வாய்ந்தவை. அவற்றுள் Magnetite (Fe3O4) உலகில் இயற்கையாகக் காணப்படும் அதி கூடிய காந்தத் தன்மை கொண்ட பொருள் ஆகும்.

குறிப்பு 

 காந்துதல் என்றால் வலித்தல் என்றும் பொருள். வலித்தல் = இழுத்தல். சூரியகாந்தி என்னும் பூ சூரியனின் ஒளியால் ஈர்க்கப்பட்டுக் கதிரவன் போகும் திசையில் திரும்பும் பூ.

கண்டுபிடிப்பும் வளர்ச்சியும் 

பண்டைய மக்கள் இரும்புத் தாதுத் துண்டுகளைக் காந்தக்கல் இயற்கையாக ஈர்ப்பதில் இருந்து காந்த இயல்பு பற்றி அறிந்திருந்தனர்.  இலத்தின மேக்நெட்டம் ( magnetum-காந்தக்கல் ) எனும் சொல்லில் இருந்து இடைக்கால ஆங்கிலம் மேக்நெட் எனும் சொல்லை உருவாக்கி கொண்டது. இந்த இலத்தீனச் சொல் கிரேக்கச் சொல்லாகிய   (magnētis [lithos])  எனும் சொல்லில் இருந்து பெறப்பட்ட்தாகும். இதன் பொருள் " பண்டிய கிரேக்கப் பகுதியாகியமகனீசியா நாட்டுக் கல்" என்பதாகும்.  மகனீசியாவில் காந்தக்கற்கள் பரவலாகக் கிடைத்துள்ளன. தொங்கும் காந்தக்கற்கள் காந்தவட்டின் ஊசியை திருப்பவலானவாக அமைந்தன. 2500 ஆண்டுகளுக்கு முன்பே காந்தமும் அதன் இயல்பும் பற்றிய விவரிப்புகள் கிரேக்கம், சீனா, இந்தியா ஆகிய நாடுகளில் இருந்து கிடைத்துள்ளன. பிளினி, முதுவல் தன் கலைக்களஞ்சியமான Naturalis Historia எனும் நூலில் காந்தக்கற்களின் இயல்புகள் பற்றியும் அவை இரும்பை ஈர்ப்பது பற்றியும் எழுதியுள்ளார்.

சீனாவிலும் ஐரோப்பாவிலும் அரேபியத் தீவகத்திலும் பிற இடங்களிலும் 12 ஆம், 13 ஆம் நூற்றாண்டுகளில் காந்தவட்டுகள் கடற்பயணத்தில் திசைகாட்ட பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன.

இயற்பியல்

காந்தப் புலம் 

காந்தப் பெருக்கு அடர்த்தி (அல்லது B  காந்தப் புலம் அல்லது வெறுமனே காந்தப் புலம் B குறியீட்டால் சுட்டப்படுகிறது) என்பது நெறியப் புலம் ஆகும்].  குறிப்பிடா வெளியின் ஒரு புள்ளியில் அமையும் B காந்தப் புல நெறியம் பின்வரும் இரண்டு இயல்புகளை பொறுத்துள்ளது:

 காந்தவட்டின் ஊசி காட்டும் திசைவைப்பில் அமையும் அதன் திசை .
காந்த ஊசியை அத்திசையில் வைக்கும் திறத்துக்கு நேர்விகிதத்தில் உள்ள  அதன் வலிமை அல்லது பருமை.

செப SI அலகுகளில்,  B காந்தப் புலத்தின் வலிமை தெசுலாக்களில் குறிப்பிடப்படுகிறது.

காந்தத் திருப்புமை 

காந்தம் ஒன்றின் காந்த்த் திருப்புமை (அல்லது காந்த இருமுனைத் திருப்புமை (இது வழக்கமாக μ குறியீட்டால் குறிக்கப்படும்) வடியல் நெறியம் ஆகும். இது காந்தத்தின் ஒட்டுமொத்த இயல்புகளைப் பான்மைப்படுத்துகிறதுசட்டக்காந்த காந்த்த் திருப்புமையின் திசை தெற்கு முனையில் இருந்து வடக்கு முனையை நோக்கி அமைகிறது. இதன் பருமை காந்த முனைகளின் வலிமையையும் அவற்றுக்கு இடையில் உள்ள தொலைவையும் சார்ந்துள்லது. செப( SI) அலகுகளில், காந்தத் திருப்புமை A•m2 (amperes times meters squared) எனும் கோவையால் குறிக்கப்படுகிறது.

காந்தம் காந்தப் புலத்தை உருவாக்குவதோடு பிற காந்தப் புலங்களுக்கும் எதிர்வினை புரியும். ஒரு புள்ளியில் அமையும் காந்தப் புலத்தின் வலிமை காந்தத்தின் காந்த்த் திருப்புமையின் பருமைக்கு நேர்விகிதத்தில் இருக்கும். மேலும் ஒரு காந்த்த்தை வேறொரு காந்தத்தால் ஏற்படும் வெளிக் காந்தப் புலத்தில் வைக்கும்போது, அது திருக்கத்துக்கு ஆட்பட்டுத் தன் காந்தத் திருப்புமையை அக்காந்தப் புலத் திசைக்கு இணையாக வைக்க முயலும். இந்தத் திருக்க அளவு வெளிப் புல வலிமைக்கும் கந்த்த் திருப்புமைக்கும் நேர்விகித்த்தில் அமையும். காந்தம் ஒரு விசைக்கு ஆட்பட்டு ஏதாவது ஒரு திசையில் நகரும். இந்தவிசை காந்தத்தின் திசைவைப்பையும் வாயிலின் திசையையும்  சார்ந்திருக்கும். காந்தப் புலம் வெளிமுழுதும் சீராக இருந்தால், அது திருக்கத்துடன் நிகர விசை ஒன்றுக்கும் ஆட்படும்.

A பரப்பளவு கொண்ட வட்ட வடிவக் கம்பிச் சுருளில் I  மின்னோட்டம் பாய்ந்தால், அந்த மின்காந்தத்தின் காந்தத் திருப்புமையின் பருமை IA மதிப்புக்குச் சமம் ஆகும்.

காந்தமாக்கம்
காந்தப் பொருள் ஒன்றின் காந்தமாக்கம் என்பது ஒற்றை அலகு பருமனில் அமையும் காந்தத் திருப்புமை ஆகும். இது வழக்கமாக, M எனும் குறியீட்டால் குறிக்கப்படும்.  இதன் அலகு A/m ஆகும். இது காந்தத் திருப்புமையைப் போல வெறும் நெறியம் அல்ல, மாறாக ஒரு நெறியப் புலமாகும். ஏனெனில், காந்தத்தின் பல்வேறு பகுதிகள் பல்வேறு திசைகளிலும் வலிமைகளிலும் அமையும் நெறியப் புலமாகும். ஏனெனில், காந்தத்தின் பல்வேறு பகுதிகள் பல்வேறு திசைகளிலும் வலிமைகளிலும் அமையும். எடுத்துகாட்டாக, ஒரு நல்ல சட்டக் காந்தம் 0.1 A•m2 காந்தத் திருப்புமையையும்a volume of 1 cm3, அல்லது 1×10−6 m3 பருமனையும் உருவாக்க வல்லதாகும், எனவே, அதன் நிரல் (சராசரி) காந்தமாக்கப் பருமை 100,000 A/m ஆகும். இரும்பு ஒரு சதுர மீட்டருக்கு ஒரு மில்லியன் ஆம்பியர்கள் அளவுக்கு காந்தமாக்கத்தைத் தரவல்லதாகும். ஆதலால் தான் இரும்புக் காந்தங்கள் செறிந்த காந்தப் புலங்களை உருவாக்குகின்றன.

காந்தப் படிமங்கள் 

இருவேறு காந்தப் படிமங்கள் நிலவுகின்றன. இவை காந்த முனைகளாலும் அணு மின்னோட்டங்களாலும் குறிப்பிடப்படுகின்றன.

நாம் மிக ஏந்தாக, காந்தத்தை வடமுனையாலும் தென்முனையாலும் குறிப்பிட்டாலும் இருமுனைகளிலும் வட, தென் துகள்கள் என ஏதும் அமைவதில்லை. எனவே முனைக் கருத்துப் படிமத்தை அப்படியே நிலவுவதாக எடுத்துக் கோள்ள முடியாது. இது காந்த முனைகளைச் சுட்டும் ஒரு குறிப்பீட்டு முறையே தவிர, காந்தத்தில் அப்படி தெளிவானவட, தென்  முனைகள் ஏதும் இல்லை. ஒரு சட்டக் காந்த்த்தை இரண்டாக உடைத்தால் வடமுனையையும் தென்முனையையும் தனிதனியாகப் பிரிக்க முடியாது. மாராக இதன் விளைவாக இரண்டு தனி சட்டக் காந்தங்கல் தான் கிடைக்கும். இரண்டிலுமே வட, தென் முனைகள் அமையும். என்றாலும், தொழில்முறைக் காந்தவியலாளர்கள் நிலைக்காந்தங்களைக் குறிப்பிட காந்தமுனை அணுகுமுறையையே பயன்படுத்துகின்றனர்.

மின்னோட்டப் பாய்வுகளின் திசையை வலது கை விதி கூறுகிறது.

காந்த முனையைப் பெயரிடும் மரபுகள்

மேற்கோள்கள் 

காந்தவியல்