అయస్కాంతత్వం

          మొదటిసారిగా అయస్కాంత ధర్మాన్ని టర్కీ దేశంలోని ఆసియా మీనార్ అనే ప్రదేశంలో ఉన్న ‘మెగ్నీషియా’ అనే గ్రామం వద్ద కనుగొన్నారు. అందువల్ల అయస్కాంతత్వాన్ని ‘మాగ్నెటిజం’ అని, అయస్కాంత పదార్థాన్ని ‘మాగ్నెట్’ అని పిలుస్తారు. 

           స్వేచ్ఛగా వేలాడదీసిన ఒక అయస్కాంత పదార్థం ఎల్లప్పుడూ భూమి ఉత్తర, దక్షిణ దిశలను సూచిస్తూ ఆగిపోతుంది. దీన్ని ‘దిశాధర్మం’ అంటారు. ఈ ధర్మం ఆధారంగా చైనీయులు తొలిసారిగా నావికా దిక్సూచీని తయారు చేశారు. దీన్ని నౌకాయానం, విమానయానంలో ఉపయోగిస్తారు. 

            అమెరికా సమీపంలోని అట్లాంటిక్ మహాసముద్రంలో మూడు దీవులున్నాయి. ఈ మూడింటినీ కలిపి ‘బెర్ముడా ట్రయాంగిల్’ అంటారు. ఈ ప్రదేశంలో అత్యంత బలమైన అయస్కాంత పదార్థాలు నిక్షిప్తమై ఉండవచ్చని శాస్త్రవేత్తలు భావిస్తున్నారు.

              మొదటిసారిగా అయస్కాంత పదార్థాలను గ్రీసు దేశంలోని ‘మెగ్నీషియా’ గ్రామం వద్ద కనుగొన్నారు. కాబట్టి ఈ పదార్థాలకు ‘మాగ్నెట్స్’ అనే పేరొచ్చింది. అయస్కాంత పదార్థాల ధర్మాల గురించిమొదటిసారిగా శాస్త్రీయ పరిశోధన చేసిన శాస్త్రవేత్త విలియం గిల్బర్‌‌ట (16వ శతాబ్దం). తర్వాత కాలంలో అయస్కాంతత్వం గురించి అధ్యయనం చేసినవారిలో ముఖ్యులు.. వెబర్, ఈవింగ్, కులూంబ్, మైకేల్ ఫారడే, మేడమ్ క్యూరీ.

పదార్థాలను అయస్కాంత, అనయస్కాంత పదార్థాలుగా వర్గీకరించవచ్చు. వీటిలో అయస్కాంత పదార్థాలు ఇతర పదార్థాలను తమ వైపు ఆకర్షించే, వికర్షించే ధర్మాన్ని కలిగి ఉంటాయి. కానీ అనయస్కాంత పదార్థాలకు అలాంటి ధర్మం ఉండదు.

అయస్కాంత పదార్థాలు ప్రకృతిలో, కృత్రిమంగా అనేక ఆకారాల్లో లభిస్తున్నాయి. వీటిలో ముఖ్యమైనవి..
1) దండ అయస్కాంతాలు
2) గుర్రపు నాడ అయస్కాంతాలు
3) పళ్లెం ఆకారంలో ఉన్న అయస్కాంతాలు
4) స్తూపాకారంలో ఉన్న అయస్కాంతాలు
అయస్కాంత పదార్థాల ధర్మాలు
ప్రతి అయస్కాంత పదార్థంలోని రెండు చివరల వద్ద మాత్రమే ఎలక్ట్రాన్లు ఒక క్రమ పద్ధతిలో అమరి ఉంటాయి. అందువల్ల ఈ బిందువుల వద్ద అస్కాంతత్వం కేంద్రీకృతమై ఉంటుంది. కాబట్టి ఈ రెండు చివర్లను అయస్కాంత ఉత్తర, దక్షిణ ధ్రువాలు అంటారు.
అయస్కాంత ధ్రువాలకు ఉన్న ఆకర్షణ, వికర్షణ బలాలను ధ్రువసత్వం అంటారు.
ప్రమాణాలు: ఆంపియర్-మీటర్.

• అయస్కాంతం మధ్య బిందువు వద్ద ఎలక్ట్రాన్లు క్రమరహితంగా అమరి ఉంటాయి. అందువల్ల మధ్య బిందువు వద్ద అయస్కాంతత్వం ఉండదు.
• అయస్కాంతం మధ్య బిందువు వద్ద ధ్రువాల సంఖ్య శూన్యం.
• ఒక అయస్కాంత పదార్థంలోని ఉత్తర, దక్షిణ ధ్రువాలను కలుపుతూ గీసిన ఊహాత్మక రేఖను అక్షీయ రేఖ అంటారు. ఈ అక్షీయ రేఖకు మధ్య బిందువు ద్వారా ప్రయాణిస్తోన్న మరో సరళరేఖను ‘మధ్యగత లంబరేఖ’ అంటారు.
• సజాతి ధ్రువాలు వికర్షించుకుంటాయి. విజాతి ధ్రువాలు ఆకర్షించుకుంటాయి.
• ఒక అయస్కాంత పదార్థాన్ని చిన్న ముక్కలుగా విభజించినప్పుడు ప్రతి ముక్క రెండు అయస్కాంత ధ్రువాలతో ఒక పరిపూర్ణ అయస్కాంతంలా పని చేస్తుంది. అంతే కానీ ఒక అయస్కాంతాన్ని ముక్కలుగా విభజించి అయస్కాంత ధ్రువాలను వేరుచేయడం వీలు కాదు.
• కాబట్టి ఒంటరి అయస్కాంత ధ్రువాలు ఉండవు. ఈ కారణం వల్ల అయస్కాంత ధ్రువాలు ఎల్లప్పుడూ జంటగా, ఒకదానితో మరొకటి సమానంగా, వ్యతిరేక దిశలో ఉంటాయి.
• అనయస్కాంతీకరణం: గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఒక అయస్కాంత పదార్థాన్ని వేడిచేస్తే లేదా కొంత ఎత్తు నుంచి దృఢమైన తలంపై జారవిడిస్తే లేదా సుత్తితో కొట్టితే లేదా అయస్కాంత పదార్థం ద్వారా ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవహిస్తే అది అయస్కాంత ధర్మాలను కోల్పోయి అనయస్కాంత పదార్థంగా మారుతుంది. దీన్నే అనయస్కాంతీకరణం అంటారు.

గమనిక: దాదాపు సమానమైన రెండు అయస్కాంత పదార్థాల సజాతి ధ్రువాలను ఎదురెదురుగా ఉండేట్లు కొంత కాలంపాటు బంధించినప్పుడు ఆ ధ్రువాల వికర్షణ బలం వల్ల అవి క్రమంగా అయస్కాంతత్వాన్ని కోల్పోయి అనయస్కాంత పదార్థాలుగా మారుతాయి.

• భూమి.. ఉత్తర, దక్షిణ ధ్రువాలు ఉన్న ఒక పెద్ద అయస్కాంత గోళం అని మొదటిసారిగా విలియం గిల్‌బర్ట్ అనే శాస్త్రవేత్త ప్రతిపాదించాడు. కాబట్టి ఒక అయస్కాంత పదార్థాన్ని స్వేచ్ఛగా వేలాడదీసినప్పుడు అది భూమి ఉత్తర, దక్షిణ ధ్రువాలను సూచిస్తూ విరామ స్థితిలోకి వస్తుంది. కాబట్టి ఈ ధర్మాన్ని ‘దిశా ధర్మం’ అంటారు. ఈ ధర్మాన్ని ఆధారంగా చేసుకొని చైనా దేశస్తులు ‘నావికా దిక్సూచి’ని కనుగొన్నారు.
• నావికా దిక్సూచిని ఉపయోగించి నౌకాయానం, విమానయానాల్లో కదులుతున్న దిశలను తెలుసుకోవచ్చు.
• అయస్కాంతత్వానికి సరైన పరీక్ష వికర్షణ మాత్రమే.
• ప్రతి అయస్కాంత పదార్థం మధ్య బిందువు నుంచి ఉత్తర, దక్షిణ ధ్రువాలు సమాన దూరంలో ఉంటాయి. ఈ రెండు ధ్రువాల మధ్య దూరాన్ని అయస్కాంత పొడవు అంటారు. దీన్ని 2lతో సూచిస్తారు. అయస్కాంత పొడవు దాని జ్యామితీయ పొడవులో 5/6వ వంతు మాత్రమే.
• అయస్కాంతం పొడవు, ధ్రువసత్వాల లబ్ధాన్ని అయస్కాంత భ్రామకం అంటారు.

అయస్కాంత భ్రామకం (M) = 2l×m
ప్రమాణాలు: ఆంపియర్-మీటర్ 2
అయస్కాంత క్షేత్రం
ఒక అయస్కాంతం చుట్టూ ఎంత పరిధి వరకు దాని ప్రభావం విస్తరించి ఉంటుందో ఆ పరిధిని అయస్కాంత క్షేత్రం అంటారు.
అయస్కాంత క్షేత్ర తీవ్రతను కొలవడానికి ఉపయోగించే ప్రమాణాలు:
1) వెబర్/ మీటర్ 2
2) టెస్లా (ఇది అంతర్జాతీయ ప్రమాణం)
3) Oersted
4) గాస్
అయస్కాంత క్షేత్ర తీవ్రత దూర వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

అందువల్ల ఒక అయస్కాంత పదార్థం నుంచి దూరంగా వెళ్తున్నప్పుడు అయస్కాంత క్షేత్ర ప్రభావం క్రమంగా తగ్గుతుంది.
అయస్కాంతీకరణ పద్ధతులు
ఒక అనయస్కాంత పదార్థాన్ని అయస్కాంతంగా మార్చడాన్ని అయస్కాంతీకరణం అంటారు. అయస్కాంతీకరణం అయిదు పద్ధతుల్లో జరుగుతుంది.
1) ఏక స్పర్శా పద్ధతి
2) ద్వి స్పర్శా పద్ధతి
3) వేడి చేసి చల్లార్చే పద్ధతి (ఈ పద్ధతిలో ఏర్పడిన అయస్కాంతత్వం చాలా బలహీనంగా ఉంటుంది)
4) అయస్కాంత ప్రేరణ (ఈ పద్ధతిలో ఏర్పడిన అయస్కాంతత్వం తాత్కాలికం)
5) విద్యుదీకరణ పద్ధతి
విద్యుదీకరణ పద్ధతి:
అయస్కాంతీకరించాల్సిన కడ్డీ చుట్టూ రాగి తీగలను చుట్టి, దాని ద్వారా కొంతసేపటి వరకు ఏకముఖ విద్యుత్‌ను ప్రవహింపజేస్తే ఆ పదార్థం బలమైన అయస్కాంతంగా మారుతుంది. దీన్నే ‘విద్యుదీకరణ పద ్ధతి’ అంటారు.
కృత్రిమ అయస్కాంత పదార్థాలను ఎక్కువగా ఈ పద్ధతిలోనే తయారు చేస్తున్నారు.
పదార్థాలన్నింటితో పోల్చినప్పుడు మెత్తని ఇనుము చాలా సులభంగా అయస్కాంతీకరణం చెందుతుంది. అందువల్ల మెత్తని ఇనుమును కింది పరికరాల తయారీకి ఉపయోగిస్తారు.

• తాత్కాలిక అయస్కాంత పదార్థాలను తయారు చేయడం కోసం.
• అయస్కాంత కవచాల తయారీకి స్టీల్ లేదా AlNiCo (అల్యూమినియం + నికెల్ + కోబాల్ట్)ను ఉపయోగిస్తారు. ఇలాంటి అయస్కాంత పదార్థాల్లో అయస్కాంత ధర్మాలు దీర్ఘకాలం పాటు ఉంటాయి.

అయస్కాంత పదార్థాల ఉపయోగాలు

1. టెలిఫోన్, టెలిగ్రామ్ రిసీవర్‌లలో ఉపయోగిస్తారు.
2. విద్యుత్ గంట, విద్యుత్ జనరేటర్లలో ఉపయోగిస్తారు.
3. సైకిల్ డైనమోలో స్తూపకారంలో ఉన్న అయస్కాంత పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఇందులో యాంత్రిక శక్తి విద్యుత్ శక్తిగా మారుతుంది. ఈ సైకిల్ డైనమోను మైకేల్ ఫారడే అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కొని, నిర్మించాడు.
4. టేపు రికార్డర్‌లోని ప్లాస్టిక్ టేపుపై ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ లేదా ఐరన్ ఆక్సైడ్ అనే అయస్కాంత పదార్థాన్ని పూతగా పూస్తారు.
5. చిన్న పిల్లల ఆటబొమ్మల్లో అయస్కాంత పదార్థాలను ఉపయోగిస్తారు.
6. రోగిలో మానసిక పరిపక్వత కలిగించడానికి వైద్యరంగంలో అయస్కాంత పదార్థాలను ఉపయోగిస్తారు. ఈ పద్ధతిని అయస్కాంత చికిత్స(మాగ్నటోథెరపీ) అంటారు.

అయస్కాంత ఉష్ణోగ్రత మాపకం: ఇందులో ద్రవస్థితిలో ఉన్న హెచ్‌సీ వాయువును ఉపయోగిస్తారు. దీన్ని ఉపయోగించి పరమ శూన్య ఉష్ణోగ్రత(-273°C లేదా 0 కెల్విన్)ను కచ్చితంగా కొలవచ్చు.
అయస్కాంత పదార్థాల రకాలు
మైకేల్ ఫారడే అనే శాస్త్రవేత్త అయస్కాంతాలను మూడు రకాల అయస్కాంత పదార్థాలుగా వర్గీకరించారు.
1) పారా అయస్కాంత పదార్థాలు
2) ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలు
3) డయా అయస్కాంత పదార్థాలు
పారా అయస్కాంత పదార్థాలు:
ఈ పదార్థాలకు బలహీన ఆకర్షణ ఉంటుంది.
ఉదా: మెగ్నీషియం, మాంగనీస్, ప్లాటినం, అల్యూమినియం, ఆక్సిజన్, క్రోమియం, క్యూప్రిక్ సల్ఫేట్, క్యూప్రిక్ క్లోరైడ్ మొదలైనవి.
ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలు:
ఈ పదార్థాలకు బలమైన ఆకర్షణ ఉంటుంది.
ఉదా: నికెల్, కోబాల్ట్, ఇనుము, ఉక్కు, పొటాషియం సైనైడ్ మొదలైనవి.

• గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలు ఘనస్థితిలో మాత్రమే లభిస్తాయి.
• గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలను వేడి చేసినప్పుడు ఏదో ఒక ఉష్ణోగ్రత వద్ద బలహీన పారా అయస్కాంత పదార్థాలుగా మారుతాయి. ఈ ఉష్ణోగ్రతను క్యూరీ ఉష్ణోగ్రత లేదా క్యూరీ బిందువు అంటారు.
• క్యూరీ బిందువు విలువ వివిధ ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాల్లో వేర్వేరుగా ఉంటుంది.

డయా అయస్కాంత పదార్థాలు:
ఈ పదార్థాలు ఎల్లప్పుడూ ఇతర అయస్కాంత పదార్థాలను వికర్షిస్తాయి.
ఉదా: వెండి, బంగారం, క్వార్ట్జ్, బిస్మత్, ఆంటిమొని, ఆల్కహల్, పాదరసం, ఇత్తడి, రాగి, నీరు, హైడ్రోజన్ వాయువులు మొదలైనవి.
గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద డయా అయస్కాంత పదార్థాలన్నీ ఘన, ద్రవ, వాయు స్థితుల్లో లభిస్తున్నాయి.
గమనిక: మానవ శరీరం అనయస్కాంత పదార్థం.
భౌమ్య అయస్కాంతత్వం (జియో మాగ్నటిజం)

• భూమి అయస్కాంతత్వం గురించి అధ్యయనం చేయడాన్ని ‘భౌమ్య అయస్కాంతత్వం’ అంటారు. భూమి తన చుట్టూ తాను ఆత్మభ్రమణం చెందడం వల్ల జ్యామితీయ ధ్రువాల నుంచి అయస్కాంత ధ్రువాలు కొంతదూరం విసిరేసినట్లు ఉంటాయి. వీటిలో అయస్కాంత ఉత్తర ధ్రువం ‘బూతియా ఫెలిక్స్’ అనే ప్రదేశంలో ఉన్నట్లు ‘జాన్ రాస్’ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నారు.
• అయస్కాంత దక్షిణ ధ్రువం సౌక్ విక్టోరియా అనే ప్రదేశంలో ఉన్నట్లు శెకర్టాన్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నారు.
• భూమి అయాస్కాంత క్షేత్ర పరిధి ఉపరితలం నుంచి సుమారు 5,28,000 కి.మీ. ఎత్తు వరకు వ్యాపించి ఉంటుంది. ఈ పరిధిలో సహజ ఉపగ్రహమైన చంద్రుడు, కృత్రిమ ఉపగ్రహలు భూమి చుట్టూ పరిభ్రమిస్తున్నాయి.
• విశ్వాంతరాల్లో నుంచి అనేక ప్రాథమిక కణాలు భూమి వైపు వస్తున్నాయి. వాటిలో ఎలక్ట్రాన్లు, పాజిట్రాన్లు, ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు, అయాన్లు ఉన్నాయి. వీటిలో ఆవేశం ఉన్న కొన్ని ప్రాథమిక కణాలను భూమి అయస్కాంత క్షేత్రం వికర్షించడం వల్ల అవి తిరిగి విశ్వాంతరాల్లోకి వెళ్లి భూమి చుట్టూ వృత్తాకార మార్గంలో ఒక వలయంలా పరిభ్రమిస్తున్నాయి. ఈ వలయాలను ‘వ్యాన్ అలెన్’ అంటారు. ఈ వలయాలు విశ్వాంతరాల్లో ఉన్న వ్యోమగాములకు మాత్రమే కనిపిస్తాయి.
• అమెరికా సమీపంలో అట్లాంటిక్ మహాసముద్రంలో మూడు దీవులున్నాయి. వీటిని ‘బెర్ముడా ట్రయాంగిల్’ అంటారు.
• విశ్వాంతరాల్లో నుంచి భూమి వైపు వస్తున్న ప్రాథమిక కణాల్లో కొన్ని భూ వాతావరణంలోనికి ప్రవేశించి వాయు కణాలను ఢీకొని వాటిని ఉత్తేజపరుస్తాయి. ఈ విధంగా ఉత్తేజితమైన వాయు కణాలు తమలో నుంచి కాంతిని విడుదల చేస్తాయి. అయితే ఈ కాంతి తీవ్రత తక్కువగా ఉండటం వల్ల రాత్రి సమయంలో ధ్రువ ప్రాంతం వద్ద మాత్రమే కనిపిస్తుంది. ఈ విధంగా రాత్రి సమయంలో ఉత్తర ధ్రువం వద్ద కనిపించే కాంతిని ‘అరోరా బోరియాలిస్’ అని దక్షిణ ధ్రువం వద్ద కనిపించే కాంతిని ‘అరోరా ఆస్ట్రాలిస్’ అని పిలుస్తారు.
• భూమి అయస్కాంత బలరేఖల్లోని ఒక బలరేఖ మనదేశంలోని తిరువనంతపురం(కేరళ) సమీపంలోని తుంబా ప్రదేశాన్ని తాకుతూ వెళ్తుంది. అందువల్ల ఈ ప్రదేశంలో మొదటి రాకెట్ ప్రయోగశాలను ఏర్పాటు చేశారు. దీని పేరు ‘తుంబా ఈక్వటోరియల్ రాకెట్ లాంచింగ్ స్టేషన్’. ప్రస్తుతం దీన్ని శ్రీహరికోటకు మార్చారు.
• ‘ఇండియన్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ జియోమాగ్నటిజం’ను ముంబైలో ఏర్పాటు చేశారు. ఈ కేంద్రంలో భౌమ్య అయస్కాంతత్వంతోపాటు వివిధ రకాల అయస్కాంత పదార్థాల ధర్మాలు, వాటి అనువర్తనాల గురించి అధ్యయనం చేస్తున్నారు.