மின்காந்தவியல்

மின்காந்தவியல் (Electromagnetism) இயற்பியலின் கிளைப்பிரிவாகும். இது மின்காந்த விசை (electromagnetic force) பற்றிப் படிக்கிறது. மின்காந்தவிசை மின்னூட்டத் துகள்களிடையே நிகழும் ஊடாட்டம் அல்லது இடைவினை ஆகும். மின்காந்தவிசை மின்காந்தப் புலத்தைத் தருகிறது. மின்காந்தப் புலத்தில் மின்புலமும் காந்தப்புலமும் பின்னிப் பிணைந்துள்ளன.ஒளி ஒரு மின்காந்த அலையாகும். மின்காந்தவிசை இயற்கையின் நான்கு அடிப்படை விசைகளில் ஒன்றாகும். மற்ற மூன்று அடிப்படை இடைவினைகள் அல்லது விசைகள் வலிய இடைவினை, the மெலிந்த இடைவினை, ஈர்ப்பு விசை என்பனவாகும்.

மின்காந்தவியல் என்பது ἤλεκτρον ēlektron, "amber", and μαγνῆτις λίθος magnētis lithos எனும் இரண்டு கிரேக்கச் சொற்களின் கூட்டுச் சொல்லாகும். magnētis lithos என்றால் காந்தக்கல் என்று பொருள். காந்தக்கல் ஓர் இரும்புத் தாதுவாகும்.  மின்காந்த நிகழ்வு மின்காந்த விசையால் வரையறுக்கப்படுகிறது. மின்காந்த விசை இலாரன்சு விசை எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. இதில் மின்சாரமும் காந்தமும் ஒரே நிகழ்வின் இருகூறுகளாகப் பின்னிப் பிணைந்துள்ளன.

நாம் அன்றாட வாழ்வில் எதிர்கொள்ளும் பெரும்பாலான பொருள்களின் அக இயல்புகளைத் தீர்மானிப்பதில் மின்காந்த விசை பெரும்பங்கு வகிக்கிறது. இயல்பான பொருண்ம வடிவம் அதில் உள்ள தனி அணுக்களுக்கும் மூலக்கூறுகளுக்கும் இடையில் உள்ள மூலக்கூற்று விசைகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. இது மின்காந்த விசைகளின் விளைவே ஆகும். எதிர்மின்னிகள் அணுக்கருவுடன் மின்காந்த விசையால் பிணைந்துள்ளன. குவைய இயக்கவியல் அவற்றின் வட்டணைகளின் வடிவங்களையும் அருகில் உள்ள மின்னன்களோடு அமைந்த அணுக்கள்பாலான விளைவையும் விவரிக்கிறது. மின்காந்த விசை அருகில் உள்ள அணுக்களின் மின்னன்களோடான இடைவினைகளால் ஏற்படும்  வேதியியல் வினைகளையும் கட்டுபடுத்துகிறது.

மின்காந்தப் புலத்துக்கான கணிதவியல் விவரிப்புகள் பல உள்ளன.  செவ்வியல் மின்னியக்கவியலில், மின்புலங்கள் மின்னிலையாலும் மின்னோட்ட்த்தாலும் விவரிக்கப்படுகின்றன. பாரடேவின் மின் தூண்டல் விதியின்படி, மின்காந்தத் தூண்டலில் காந்தப்புலங்களும் இணைந்துள்ளன. மேக்சுவெல்லின் சமன்பாடுகள் காந்த, மின் புலங்கள் ஒன்றுக்கொன்றும் மின்னூட்டங்களாலும் மின்னோட்டங்களாலும் உருவாகின்றன என்பதை விவரிக்கின்றன.

மின்காந்தவியலின் கோட்பாட்டு நெடுநோக்காலும் பரவல் ஊடக இயல்புகளைச் சார்ந்த,  குறிப்பக மின் இசைமையையும் காந்த இசைமையையும் சார்ந்த, ஒளி விரைவின் நிறுவலும் ஆல்பர்ட் ஐன்சுட்டீன் சிறப்புச் சார்பியலை 1905 இல் உருவாக்க வழிவகுத்தன.

மின்காந்த விசை நான்கு அடிப்படை விசைகளில் ஒன்றாக இருப்பினும் உயர் ஆற்றல் நிலையில் மின்காந்த விசையும் மெல்விசையும் மின்மெல் விசையாக ஒருங்கிணைகின்றன. புடவியின் படிமலர்ச்சியின்போது  குவார்க் ஊழியில் ஏற்பட்ட குளிர்ச்சியால் இந்த ஒருங்கமைந்த மின்மெல் விசை மின்காந்த விசையாகவும் மெல்விசையாகவும் பிரிந்தது.

கோட்பாட்டு வரலாறு


முதலில் காந்தமும் மின்சாரமும்Originally தனி விசைகளாகக் கருதப்பட்டன. அன்னல், 1973 இல் மேக்சுவெல்லின் A Treatise on Electricity and Magnetism  என்ற நூல் வெளியிடப்பட்டதும் இந்தக் கண்ணோட்டம் மாறியது. இந்நூலில் நேர்மின்னூட்டம் எதிர்மின்னூட்டம் அகியவற்றின் ஊடாட்டம் ஒரே விசையால் இயங்குவதாக விளக்கப்பட்டது. இந்த ஊடாட்டம் அல்லது இடைவினையால் பின்வரும் நான்கு முதன்மையான விளைவுகள் ஏற்படுகின்றன. இவை செய்முறைகளாலும் நிறுவப்பட்டுள்ளன:
 ஒன்றையொன்று ஈர்க்கும் அல்லது விலக்கும் மின்னூட்டங்கள் இடையில் அமையும் விசை. மின்னூட்டங்களுக்கு நேர்விகிதத்திலும் அவற்றிடையே உள்ள தொலைவின் இருபடிக்கு தலைக்கீழ் விகிதத்திலும் அமைகிறது: எதிரெதிர் மின்னூட்டங்கள் ஈர்க்கின்றன. ஒத்த மின்னூட்டங்கள் விலக்குகின்றன.
 நேர், எதிர் மின்னூட்டங்களைப் போலவே காந்த முனைகள் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன அல்லது விலக்குகின்றன. காந்த முனைகள் எப்போதும் இணைந்தே அமைகின்றன. அதாவது காந்த வட முனையும் தென் முனையும் ஒன்றோடொன்று இணைந்தே அமைகின்றன.
 ஒரு கம்பியில் உள்ள மின்னோட்டம் அதன் பருதியைச் சுற்றிலும் அதற்கு வெளியே ஒரு காந்தப் புலத்தைத் தோற்றுவிக்கிறது.  கம்பி மின்னோட்டத்தின் திசையைப் பொறுத்து காந்தப்புலத் திசை வலஞ்சுழியாகவோ இடஞ்சுழியாகவோ அமையும்.
காந்தப்புலத்தில் ஒரு கடத்தியை புலத்தை நோக்கியோ அல்லது எதிராகவோ நகர்த்தினால் கம்பியின் கண்ணிக்குள் மின்னோட்டம் தூண்டப்படும்; மின்னோட்ட்த்தின் திசை  கடத்தி நகரும் திசையைப் பொறுத்து மாறும்.


ஏன்சு கிறித்தியன் ஆயர்சுடெடு 1820 ஏப்பிரல் 21 இல் ஒரு மாலை வகுப்பெடுக்க ஆயத்தமாகும்போது ஒரு வியப்புதரும் நிகழ்வைக் கவனித்துள்ளார். இவர் தன் செய்முறைப் பொருள்களை ஏற்பாடு செய்துகொண்டிருந்தபோது, மின்கல அடுக்கை சுற்றதரில் இணைக்கும்போதும் அதில் இருந்து துண்டிக்கும்போதும் காந்த வடமுனையில் இருந்து காந்த ஊசி எட்ட விலகுவதைக் கவனித்துள்ளார். இந்த காந்த ஊசியின் விலக்கம், மின்னோட்டம் உள்ள கம்பியைச் சுற்றிலும் அனைத்துப் பக்கங்களிலும் ஒளியையும் வெப்பத்தையும் போலவே காந்தப் புலம் அமைதலை அவருக்கு உறுதிபடுத்தியுள்ளது. அதன்வழி மினசாரத்துக்கும் காந்த்த்துக்கும் இடையில் உள்ள நேரடியான உறவும் உறுதிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது.


அப்போது ஆய்ர்சுடெடு இந்நிகழ்வுக்கான நிறைவுதரும் விலக்கமேதும் அளிக்கவில்லை. மேலும் கணிதவியலாகவும் அந்நிகழ்வை விளக்க முயல்வில்லை. என்றாலும், மூன்று மாதங்களுக்குப் பிறகு அதைப் பற்ரிய ஆழ்ந்த ஆய்வுகளில் ஈடுபடலானார். பின்னர் மின்னோட்டம் ஒரு கம்பியில் பாயும்போது கம்பியைச் சுற்றிலும் காந்தப் புலத்தை உருவாக்குகிறது எனும் கண்டுபிடிப்பை வெளியிட்டார். இவரது இந்த மின்காந்தவியல் பங்களிப்புக்காக மின்காந்தத் தூண்டலின் செமீ-கி-நொ முறையின் அலகான ஆய்ர்சுடெடு இவரது நினைவாகப் பெயரிடப்பட்டுள்ளது.


இவரது கண்டுபிடிப்பின் விளைவாக மின்னோட்டவியலில் செறிவான ஆய்வுகள் பல அறிவியலாளர்களால் மேற்கொள்ளப்பட்டன. இவை பிரெஞ்சு இயற்பியலாளராகிய ஆந்திரே மரீ ஆம்பியரை ஆட்கொள்ளவே அவர் மின்னோட்டம் பாயும் கடத்திகளின் இடையில் அமையும் காந்த விசைகளுக்கான ஒற்றைக் கணிதவியல் வடிவத்தை உருவாக்கினார். ஆய்ர்சுடெடின் கண்டுபிடிப்பும் ஆற்றலின் ஒருங்கிணைந்த கருத்துப்படிமத்தை நோக்கிய பெரும்படியை உருவாக்கி வைத்தது.

இந்த ஒருங்கிணைப்பையும் இதற்கான ஜேம்சு கிளார்க்கின் விரிவாக்கத்தையும் இவற்றை மேலும் ஆலிவர் எவிசைடும் என்றிச் எர்ட்சும்  அளித்த மறுவடிவப்படுத்தலையும் கண்ணுற்ற மைக்கேல் பாரடே இவை 19 ஆம் நூற்றாண்டின் கணித இயற்பியலில் ஏற்பாட சீரிய சாதனைகளாகக் கருதினார். இவை பல பின்விளைவுகளை ஏற்படுத்தின. அவற்றில் ஒன்று ஒளியின் மின்காந்த அலைத்தன்மையைப் புரிந்துகொண்டதாகும். ஒளி பற்றியும் மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு பற்றியும் அப்போது நிலவிய கண்ணோட்டத்துக்கு மாற்றாக இன்றளவில் அவை குவைய இயல்போடு தானே பரவும் மின்காந்தப் புல அலைவு குலைவுகளான ஒலியன்களாக்க் கருதப்படுகின்றன. இந்த அலைவின் பல்வேறு அலைவெண்கள், தாழ் அலைவெண் கொண்ட வானொலி அலைகளில் இருந்து, கட்புல ஒளி அலைகளின் ஊடாக, உயர் அலைவெண் கொண்ட காம்மாக் கதிர் வரை பல வேறு மின்காந்த அலை வடிவங்களை உருவாக்குகின்றன.

மின்சாரத்துக்கும் காந்தவியலுக்கும் இடையில் உள்ள உறவை ஆய்ர்சுடெடு மட்டுமே நோக்கினார் என்க் கூறமுடியாது. 1802 இல் கியான் டொமெனிகோஉரோமகுனோசி எனும் இத்தாலியச் சட்டவியல் அறிஞரும் வோல்ட்டா அடுக்கால் காந்த ஊசியை விலகச் செய்துள்ளார். உண்மையில் நடந்தச் செய்முறையின் விவரம் ஏதும் கிடைக்கவில்லை. ஆனால் இச்செய்தி 1802 இல் ஓர் இத்தாலியச் செய்தித் தாளில் வெளியாகியுள்ளது. ஆனால் இவர் அறிவியல் துறையைச் சாராதவர் என்பதால் அக்கால அறிவியல் சமூகத்தால் புறக்கணிக்கப்பட்டுள்ளது.

அளவுகளும் அலகுகளும்

மின்காந்தவியல் அலகுகள் (Electromagnetic units) மின் அலகுகளில் ஒரு பகுதியாகும். இவை மின்னோட்டங்களின் காந்த இயல்புகளைச் சார்ந்தவை. இதன் அடிப்படை செந்தரப் பன்னாட்டு அலகு ஆம்பியர் ஆகும். மின்காந்தவியல் அலகுகள் பின்வருமாறு:

ஆம்பியர் (மின்னோட்டம்)
கூலம்பு (மின்னூட்டம்)
பாரடு (கொண்மம்)
என்றி (தூண்டம்)
ஓம் (தடை(யம்))
சீமன்சு (கடத்துமை)
தெசுலா (காந்தப் பெருக்கு (பாய) அடர்த்தி)
வோல்ட் (மின்னிலை (மின்னழுத்தம்))
வாட் (மின் திறன்)
வெபர் (காந்தப் பெருக்கு)

 செப (SI) மின்காந்தவியல் அலகுகள்குறியீடுஅளவின் (கணியத்தின்) பெயர்கொணர் அலகுகள்அலகுஅடிப்படை அலகுகள் I  மின்னோட்டம் ஆம்பியர் (செப அடிப்படை அலகு) A A (= W/V = C/s) Q மின்னூட்டம் கூலம்பு C A⋅s U, ΔV, Δφ; E மின்னிலை வேறுபாடு; மின்னியக்கு விசை volt V kg⋅m2⋅s−3⋅A−1 (= J/C) R; Z; X மின்தடை; மறிப்பு; எதிர்வினைப்பு ஓம் Ω kg⋅m2⋅s−3⋅A−2 (= V/A) ρ தடைமை ஓம் மீட்டர் Ω⋅m kg⋅m3⋅s−3⋅A−2 P மின் திறன் வாட் W kg⋅m2⋅s−3 (= V⋅A) C கொண்மம் பாரடு F kg−1⋅m−2⋅s4⋅A2 (= C/V) E மின்புல வலிமை மீட்டர்வீதவோல்ட் V/m kg⋅m⋅s−3⋅A−1 (= N/C) D மின் பெயர்ச்சிப் புலம்சதுர மீட்டர் வீத கூலம்பு  C/m2 A⋅s⋅m−2 ε மின் இசைமை மீட்டர் வீதப் பாரடு  F/m kg−1⋅m−3⋅s4⋅A2 χe மின் ஏலுமை (ஏற்புத் திறம் (பருமானமற்றவை) – – G; Y; B கடத்துமை; மின் விடுப்பு; மின் ஏற்பு சீமன்சு S kg−1⋅m−2⋅s3⋅A2 (= Ω−1) κ, γ, σ கடத்துமைமீட்டர் வீதச் சீமன்சு  S/m kg−1⋅m−3⋅s3⋅A2 B காந்தப் பெருக்கு (பாய) அடர்த்தி, மின் தூண்டல் தெசுலா T kg⋅s−2⋅A−1 (= Wb/m2 = N⋅A−1⋅m−1)  காந்தப் பெருக்கு வெபர் Wb kg⋅m2⋅s−2⋅A−1 (= V⋅s) H காந்தப் புல வலிமை மீட்டர் வீதஆம்பியர்  A/m A⋅m−1 L, M தூண்டம் என்றி H kg⋅m2⋅s−2⋅A−2 (= Wb/A = V⋅s/A) μ காந்த இசைமை (புரைமை) மீட்ட வீதஎன்றி  H/m kg⋅m⋅s−2⋅A−2 χ காந்த ஏலுமை (ஏற்புத்திறம்) (பருமானமற்ரவை) – – J மின்னோட்ட அடர்த்திசதுர மீட்டர் வீத  ஆம்பியர்  A/m2 C⋅m−2⋅s−1

மேற்கோள்கள்

மேலும் படிக்க







வெளி இணைப்புகள்
 மின்காந்தவியல் உந்துவிசை
 Electromagnetic Force - from Eric Weisstein's World of Physics
 Ties That Bind Atoms Weaker Than Thought - LiveScience.com
 Physics 221B notes – quantization 
 Physics 221B notes – interaction 
 Quarked Electromagnetic force - A good introduction for kids
 MIT OpenCourseWare 8.02: Electricity & Magnetism  Free, independent study course with video lectures, homework help videos, assignments, course notes and more.
 The Deflection of a Magnetic Compass Needle by a Current in a Wire (video)

*