සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලි ශිල්පය (Amateur radio) 7

චුම්භක බලය

විදුලි බලයේ නියුන් සොහොයුරා චුම්භක බලයයි (magnetic force). අතීතයේදී (එනම් වර්ෂ 1777 ට පෙර) චුම්භක බලය හා විද්‍යුත් බලය එකිනෙකට වෙනස් ස්වාධීන බල දෙකක් සේ සලකා ගෙන සිටියත් එම වසරේ හාන්ස් ක්‍රිස්ටියන් අර්ස්ටඩ් (Hans Christian Oested) විසින් විදුලිය හා චුම්භක යනු එකිනෙකට සම්බන්ධ එකම බලයක් බව පෙන්වා දෙන ලදි. ඔහුද එය සොයා ගත්තේ අහම්බෙනි. දවසක් විදුලිය යොදාගෙන වැඩක් කරන විට ඔහුට පෙනුනා විදුලිය ගමන් කරන වයරයක් ආසන්නයේ තිබූ මාලිමා යන්ත්‍රයක කටු චලනය වෙනවා. ඒ ගැන වැඩි දුරටත් සොයා බලන විට විදුලියක් ගමන් කරන විට චුම්භක බලයක්ද එතැන නිපදවෙන බව ඔහුට පෙනී ගියා. එසේ වුවත්, විදුලිය හා චුම්භක යන දෙක ගැන අපට වෙන වෙනම අධ්‍යනය කිරීමට කරුණු රැසක් තිබේ. මෙතෙක් අප අධ්‍යනය කළේ විදුලිය ගැන නිසා දැන් තරමක් චුම්භක ගැන වෙනම සොයා බලා ඉන්පසු විදුලිය හා චුම්භක දෙකම එකට ගෙන හදාරමු.

අතීතයේ සිට මේ දැනුදු චුම්භක හෙවත් කාන්දම් ලොකු කුඩා සැම විශ්මයෙන් පුරවන්නට සමත් දෙයකි. අදද වුම්භක ගැන “අද්භූත” න්‍යායන් රැසක් පවතී (අන්තර්ජාලයේ මේ ගැන අතිවිශාල කරුණු ගොන්නක් තිබේ). ඊට එක හේතුවක් නම්, කිසිදු ස්පර්ශයක් නැතිව චුම්භක විසින් වෙනත් චුම්භක හා යකඩවලට කරන බලපෑම ඇස් ඉදිරියේම පෙනෙන්නට තිබීම විය හැකියි. වස්තුවක් තවත් වස්තුවකට ස්පර්ශ නොවී එලෙස “ඈතින් සිට බලපෑම් කිරීම” (action at a distance ලෙසයි අයිසැක් නිව්ටන් එම සංසිද්ධිය හැඳින්වූයේ) චුම්භකවලට පමණක් විශේෂිත තත්වයක් නොවේ. ගුරුත්වාකර්ශනයද, විදුලියද, වෙනත් බලයන්ද එවැනිම හැසිරීමක් තමයි පෙන්වන්නේ. එහෙත් අනතුරක් රහිතව, ප්‍රායෝගිකව ඉතා පහසුවෙන් එම දේ කාන්දම්වලින් අත්විඳිය හැකි වීම විශේෂත්වයකි. කුඩා ළමුන් කාන්දම් එකක් සෙල්ලම් කරන්නේ එම නිසාය.

කාන්දමක් ගත් විට ඊට ස්පර්ශ නොවී බලපෑම් කිරීමට හැකියාව ලැබෙන්නේ කාන්දමේ සිට යම් ඇසට නොපෙනෙන “බලවේගයක්” ඒ අවට ප්‍රදේශය පුරා පැතිර තිබෙන නිසාය. එලෙස පැතිර තිබෙන දේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් (magnetic field) ලෙස හැඳින්වෙනවා. කාන්දමින් ඈතට යන්නට යන්නට එම ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම සීඝ්‍රයෙන් අඩු වෙනවා.

සටහන

ක්ෂේත්‍ර (Field)

ක්ෂේත්‍ර යනු තරංග ආකෘතිය මෙන්ම, විද්‍යාවේදී හමුවන තවත් වැදගත් ආකෘතියකි. ඔබේ කාමරය ගැන සිතන්න. එම කාමරය තුල ඕනෑම තැනක යම් උෂ්ණත්වයක් පවතී. උදාහරණය සඳහා කාමර උෂ්ණත්වය ගතහොත් සාමාන්‍යයෙන් කාමරයේ ඕනෑම තැනක පවතින්නේ දළ වශයෙන් එකම උෂ්ණ්තවයකි. එහෙත් කාමරය මැද කුඩා ගිනි මැලයක් ගැසුවේ නම්, දැන් කාමරයේ තැනින් තැන උෂ්ණත්වය වෙනස් වෙනවා නේද? ගිනිමැලයට ආසන්නව වැඩි උෂ්ණත්වයකුත් ඉන් ඈතට වන්නට වන්නට උෂ්ණත්වය ක්‍රමයෙන් අඩු වෙන ස්වභායකුත් පවතිනවා නේද? මෙම උදාහරණයේ විදියට තැනින් තැනට උෂ්ණත්වය වෙනස් වුවත් නැතත්, කාමරය පුරාම උෂ්ණත්වයක් පැතිර පවතින බව ස්ථිරයිනෙ. එය අපට පැවසිය හැකියි කාමරය පුරාම උෂ්ණත්ව ක්ෂේත්‍රයක් පවතින බව. ඒ කියන්නේ ක්ෂේත්‍රයක් යනු අප සලකා බලන යම් භෞතික ගති ගුණයක් ත්‍රිමාන අවකාශය පුරා පැතිර පවතින ස්වභාවයයි.

විද්‍යාවේදී අපට ක්ෂේත්‍ර ඉතාම ප්‍රයෝජනවත්ය. විශේෂයෙන් ගණනය කිරීම් හා භෞතික ගුණයන් අතර අන්තර්ක්‍රියාකාරිත්වය ඉන් අවබෝධ කර ගැනීමට පහසුවක් ලබා දෙනවා (අවශ්‍ය නම් ඒ ගැන වැඩිදුරටත් සොයා බලන්න). උදාහරණයක් ලෙස නිව්ටන්ගේ “දුරක සිට ක්‍රියා කිරීම” නම් ප්‍රාථමික ආකෘතිය අනුව යම් කාන්දමක් අනෙක් කාන්දමට බලපෑම එල්ල කරන්නේ කෙසේදැයි කියවෙන්නේ නැත. “එය එසේ වේ” යනුවෙන් සිතා සෑහීමකට පත් වීමට සිදු වේ. එහෙත් දැන් ක්ෂේත්‍ර ආකෘතිය ඔස්සේ එය ගැන සිතන්න. කාන්දමක් විසින් ඒ අවට එහි කාන්දම් ක්ෂේත්‍රයක් පතුරවයි. කාන්දම් කැබැල්ල ඇසට දර්ශනය වුවත් එම ක්ෂේත්‍රය ඇසට දර්ශනය නොවේ (එහෙත් යම් යම් විද්‍යාත්මක උපකරණවලට නම් එය හසුකර ගත හැකියි හරියට ඇසට නොපෙනෙන රේඩියෝ තරංග ඇන්ටනා හා ඊට සම්බන්ධිත උපකරණ මඟින් හසු කරගන්නා සේ). ඉතිං අන්න එම ක්ෂේත්‍රය තුල තිබෙන තවත් කාන්දමකට ඉන් බලපෑම සිදු වේ. දැක්කද ක්ෂේත්‍ර ආකෘතිය නිසා මුලදී පැහැදිලි කළ නොහැකි දෙයක් දැන් පැහැදිලි කළා?

චුම්භක ක්ෂේත්‍ර මෙන්ම විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර, විද්‍යුත්-චුම්භක ක්ෂේත්‍ර, ගුරුත්වාකර්ශන බල ක්ෂේත්‍ර, ආලෝක ක්ෂේත්‍ර ආදී ලෙස විවිධ ක්ෂේත්‍ර අපට හමු වෙනවා. එම ක්ෂේත්‍ර ඇති කරන ප්‍රභවයක් හැමවිටම තිබේ. චුම්භක ක්ෂේත්‍රය සැලකුවොත් එම ප්‍රභවය වන්නේ චුම්භක කැබැල්ලයි. විදුලි ක්ෂේත්‍රය සැලකූ විට, එහි ප්‍රභවය ආරෝපණයයි. ගුරුත්වාකර්ශන ක්ෂේත්‍රය සැලකුවොත් ස්කන්ධය තමයි එහි ප්‍රභවය වන්නේ. යම් ක්ෂේත්‍රයක් පුරා එහි ගතිගුණය පැතිර පවතින ආකාරය රූපමය වශයෙන් ඇඳ පෙන්වන්නේ ප්‍රභවයට සම්බන්ධිත රේඛා මඟිනි. එම බල රේඛා ප්‍රභවයට අරීයව ඇඳිය යුතුය.

ප්‍රභවයේ ස්වභාවය අනුව ක්ෂේත්‍රය හැසිරෙන ආකාරය වෙනස් විය හැකියි. ගුරුත්වාකර්ශන ක්ෂේත්‍රයක් ඇති වන්නේ හැමවිටම ස්කන්ධයන් දෙකක් අතරය. හැමවිටම ඇත්තේ එකම ආකාරයේ ස්කන්ධයකි (ඒ කියන්නේ ධන ස්කන්ධ ඍණ ස්කන්ධ කියා නැත). එනිසා ස්කන්ධ දෙක එකිනෙකාට ආකර්ශනය කරගන්නවා. ගුරුත්ව විකර්ෂනය කියා වචනයක් ඔබ කිසිදා අසා නැහැ නේද? හැමවිටම පවතින්නේ ආකර්ෂනයකි. ඒකනේ පොලොව මත ඔබ උඩ පැන්නොත් නැවත ඔබව පොලොව දෙසට ආකර්ශනය වී වැටෙන්නේ. පහත දැක්වෙන්නේ ගුරුත්වාකර්ශන ක්ෂේතයක් බල රේඛා මඟින් නිරූපණය කර තිබෙන ආකාරයයි.

දැන් බලමු විදුලි ක්ෂේත්‍ර (electric field) ගැන. මෙහි ප්‍රභවය ආරෝපණය වන අතර ධන හා ඍණ ලෙස ආරෝපණ දෙවර්ගයක් තිබෙනවා. එනිසා ආකර්ෂන මෙන්ම විකර්ෂනයද පවතිනවා. ධන හා ධන ආරෝපණ දෙකක් අතර ඇත්තේ විකර්ෂනයකි. ඍණ හා ඍණ ආරෝපන දෙකක් අතරද ඇත්තේ විකර්ෂනයකි. ධන හා ඍණ යන ප්‍රතිවිරුද්ධ ආරෝපන දෙකක් අතර ආකර්ශනය පවතී. සමජාතීය හෙවත් එකම ජාතියේ ආරෝපන දෙකක් අතර විකර්ෂනද විෂමජාතීය ආරෝපන දෙකක් අතර ආකර්ෂනයද පවතී යනුවෙන් එය මතක තබා ගත හැකියි. එනිසා පහත රූපවල ආකාරයට විද්‍යුත් බල රේඛා පවතී.

හැමවිටම ධන ධ්‍රැවයේ සිට විද්‍යුත් බල රේඛා පටන් ගෙන ඍණ ධ්‍රැවය දක්වා ගමන් කරනවා. තවද, ධන ධ්‍රැවයකට හෝ ඍණ ධ්‍රැවයකට තනිවම වුවද සිටිය හැකියි. ඉහත රූප බලන්න.

දැන් අපි බලමු චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හැසිරෙන ආකාරය. මෙහිදීද ධ්‍රැව දෙකක් තිබෙනවා උතුර (North) හා දකුණ (South) ලෙස. විදුලි ධ්‍රැවවල මෙන්ම, චුම්භක ධ්‍රැවවලදීත් සජාතීය ධ්‍රැව විකර්ෂනය වන අතර විජාතීය ධ්‍රැව ආකර්ෂනය වේ (මෙය ඉතිං ඕනෑම පොඩි ළමයකු පවා ප්‍රායෝගිකවම දන්නා දෙයක්නෙ). එහෙත් චුම්භක ධ්‍රැව හැමවිටම යුගල වශයෙනුයි පවතින්නේ. ඒ කියන්නේ කාන්දම් කැබැල්ලක් (ප්‍රභවයක්) ගත් විට, එහි එක පැත්තක් උතුරද අනෙක් ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධ පැත්ත දකුණද වේ. එම ධ්‍රැව දෙක වෙන් කිරීමේ අරමුණින් ඔබ එම කාන්දම් කැබැල්ල දෙකට කැඩුවොත් පුදුමයට මෙන් එම කැබැලි දෙකෙහි නැවත පහත රූපයේ ආකාරයට උතුර-දකුණු ධ්‍රැව ඇති වේ. කොතරම් කුඩාවට කඩාගෙන කඩාගෙන ගියත් මෙම තත්වය දිගටම පවතිනවා.

එහෙත් මේ මොන ක්ෂේත්‍රයත් ප්‍රභවයෙන් ඈතට යන්නට යන්නට සීඝ්‍රයෙන් දුර්වල වෙනවා (එසේ නොවන එක් ක්ෂේත්‍රයක් තිබේ ප්‍රබල න්‍යෂ්ටික බල ක්ෂේත්‍රය නමින්; මෙහිදී ප්‍රභව දෙක ඈත්වන්නට වන්නට ඒ දෙක අතර ඇති වන ආකර්ශන ශක්තිය වැඩි වේ; එහෙත් එය අපට මෙහිදී කිසිදු වැඩක් නැත).

මෙතෙක් විදුලිය ගැන පාඩම්වලදී අප විදුලි ක්ෂේත්‍ර ගැන කතා කළේ නැහැ නේද? ඊට හේතුව විදුලි ක්ෂේත්‍රයට වඩා අපට වැදගත් වන්නේ විදුලි ධාරාව (විදුලි ආරෝපණය) වීමයි. එනමුත් විදුලි ක්ෂේත්‍රය පවා කෙලින්ම භාවිතා කරගෙන ප්‍රයෝජනවත් වැඩ රාශියක් ඉන් කර ගත හැකියි. එහෙත් චුම්භකවල තත්වය ඉඳුරාම වෙනස්ය. චුම්භකවලින් ගන්නා සියලුම ප්‍රයෝජනයන් එහි ක්ෂේත්‍රය කෙලින්ම යොදා ගැනීම තුලිනුයි සිදු වන්නේ. එනිසානෙ ක්ෂේත්‍ර ගැන තරමක් හෝ හදාරන්නට සිදු වූයේ. විදුලි ක්ෂේත්‍රයකට මුල් වූයේ ආරෝපණයි (ඉලෙක්ට්‍රෝන). එවිට, චුම්භක ක්ෂේත්‍රයකට මුල් වූයේ මොනවාද? බොහෝ අය නොදන්නා වුවත්, චුම්භකත්වයටද (magnetism) හේතුව ආරෝපණයි (ඉලෙක්ට්‍රෝන). එහෙත් ඉලෙක්ට්‍රෝනවලින් කෙසේද චුම්භකත්වය ඇතිවන්නේ කියා පැහැදිලි කිරීමට සංකීර්ණ ක්වන්ටම් භෞතික විද්‍යාවේ න්‍යායන් තමයි භාවිතා කිරීමට සිදු වන්නේ. කෙසේ වෙතත් මා එයද ඉතා සරලව විස්තර කරන්නම් මොහොතකින්.

මුලින්ම චුම්භක හමුවූයේ පොලොවෙන් ස්වාභාවිකවම හමු වූ පාෂාණ ලෙසයි. පැරන්නන්ට හමු වූවා විශේෂිත අලු පැහැති පාෂාණ වර්ගයක්. ඒවා පුදුමසහගතයි මොකද එම ගල් සමහරවිට එකිනෙකාවට ආකාර්ෂනය කර ගන්නවා; තවත් අවස්ථාවක විකර්ෂනය කරගන්නවා. මෙම ගල් lodestone හෝ magnet ලෙස නම් කළා. චුම්භක නොවන්නට කිසිදු මෝටරයක් හෝ ජෙනරේටරයක් නොපවතින්නට තිබුණා. එසේ වූවා නම් ලෝකය තවමත් ඉතා නොදියුණු තත්වයක පවතින්නට තිබුණා.

සාමාන්‍යයෙන් හමුවන චුම්භකවල අමුද්‍රව්‍ය වන්නේ බොහෝවිට යකඩයි. ඊට අමතරව නිකල්, කෝබෝල්ට්, හා නියෝඩිමියම්ද කාන්දම් සාදන අමුද්‍රව්‍ය වේ (බලන්න කොතරම් කුඩා මූලද්‍රව්‍ය ප්‍රමාණයක්ද කාන්දම් ගුණ දක්වන්නේ කියා). මේ අතරිනුත් නියෝඩිමියම්වලින් සාදන කාන්දම් අතිප්‍රබල වන අතර මිලෙන්ද වැඩිය. රසායන විද්‍යාවේදී නියොඩිමියම් හා තවත් එවැනි මූලද්‍රව්‍ය ගොන්නක්ම හඳුන්වන්නේ දුර්ලභ පාෂාණ (rare earth metals) ලෙසයි. එනිසාම නියෝඩිමියම් යොදා තනනු ලබන කාන්දම් rare earth magnet ලෙසද හඳුන්වනවා. රන්, රිදී, තඹ, සින්ක්, ඇලුමිනියම් ආදී ලෙස ඇති අනෙක් කිසිදු ලෝහයක් කාන්දම් ගුණ දක්වන්නේ නැති වීමද අපූරුය.

විශාල කාන්දමක් ගෙන එය කුඩාවට කඩා ගෙන ගියොත් අපට නැවත නැවත ලැබෙන්නේ ධ්‍රැව දෙකක් සහිත කුඩා කාන්දම්ය. මෙම කුඩා කාන්දම් නිසා තමයි ලොකු කාන්දම්වල හැසිරීම තීරණය වන්නේ (පහත රූපය).

කුඩා කාන්දම් බහුතරයක් නිශ්චිත දිශාවක් ඔස්සේ පිහිටියොත් එම ද්‍රව්‍ය කාන්දමක් ලෙස සැලකිය හැකියි. එම ද්‍රව්‍යයම ගෙන, එම කුඩා කාන්දම් කැබැලි සෑම දිශාවක් ඔස්සේම අහඹු ලෙස පිහිටන පරිදි සකස් කළොත් එහි කාන්දම් ගුණ නැති වේ. කාන්දමක් රත් කරන විට එහි කාන්දම් ගුණ නැති වේ. ඊට හේතුව රත් වීම නිසා අංශු (එවිට ඉබේම කුඩා කාන්දම් කැබැලි) කම්පනය වන්නට පටන් ගනී. එවිට එකම දිශාවක් ඔස්සේ පිහිටපු කුඩා කාන්දම් කැබැලි විවිධ දිශා ඔස්සේ පිහිටන්නට පටන් ගනී. මේ දේම සිදු වෙනවා කාන්දමක් කම්පනයකට භාජනය කළොත් (ඒ කියන්නේ කාන්දමකට තට්ටු කරන විට). මෙහි ආදර්ශනයක් ඔබටද කළ හැකියි. කඩදාසියක් මතට හාල් හැට කිහිපයක් දමා කඩදාසිය මතට සෙමින් තට්ටු කරන්න. එවිට දිගැටි හාල් හැට තිබෙන ආකාරයෙන් වෙනස්ව විවිධ දිශාවලට හැරෙන සැටි පෙනේවි.

පෙරත් සඳහන් කළ ලෙස චුම්භක හා විදුලිය යනු එකිනෙකට සම්බන්ධ දෙකකි. එමනිසා දැන් අපි විදුලිය හා චුම්භක යන දෙකට එකට ගෙන විද්‍යුත්-චුම්භකත්වය (electro-magnetism) යනුවෙන් තනි එකක් ලෙස සලකනවා. ඇත්තටම මෙහි පුදුම වන්නට දෙයක් නැත මොකද විදුලි ධාරාව මෙන්ම චුම්භකත්වයද හටගන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝන නිසාය. ඕනෑම සන්නායකයක් දිගේ විදුලි ධාරාවක් ගමන් කරන විට, එතැන චුම්භකත්වයක් (එනම් චුම්භක ක්ෂේතයක්) ජනිත වේ පහත රූපයේ ආකාරයට. විදුලිය හේතුවෙන් චුම්භකත්වය ජනිත වූ නිසා මෙවැනි ඇටවුමක් විද්‍යුත්චුම්භකයක් (electromagnet) ලෙස හැඳින්වෙනවා.

ධාරාව රේඛීයව ගමන් කරන විට ඉහත රූපයේ පෙනෙන ආකාරයට එම රේඛාව මැදි කොටගෙන වලලු ආකාරයට චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් පවතී. තවද, ධන ආරෝපණය ගමන් කරන දිශාවට දකුණු අතේ මහපොට ඇඟිල්ල පිහිටන සේ තබා, එම අතෙහිම අනෙක් ඇඟිලි කම්බිය වටා කරකැවූ විට ඉන් අපට එම චුම්භක ක්ෂේත්‍රය කුමන දිශාවකට කැරකැවෙන්නේද (වාමාවර්තවද දක්ෂිණාවර්තවද) යන වග පහසුවෙන්ම දැන ගත හැකියි. මෙම ක්‍රමයෙන් චුම්භක වලලු කැරකැවෙන පැත්ත හඳුනාගැනීම දකුණත් රීතිය (right hand rule) ලෙස හඳුන්වනවා.

හොඳින් මතක තබා ගන්න මෙහිදී ධන ආරෝපණ ගමන් කරන දිශාව හෙවත් සම්මත ධාරාව ගමන් කරන දිශාව ඔස්සේයි මහපොට ඇඟිල්ල තබන්නේ. ඔබ සලකා බලන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කරන දිශාව නම්, දිශාව ප්‍රතිවිරුද්ධ වේ. ඔබ දැන් දන්නවා චුම්භකත්වය හැමවිටම ධ්‍රැව දෙකක් ලෙසයි පවතින්නේ (ද්වි-ධ්‍රැව = dipole). එම ගුණය පවත්වා ගන්නට නම්, ඉහත ආකාරයට වලලු ලෙසට චුම්භක ක්ෂේත්‍රය පිහිටිය යුතු වෙනවා. මෙවිට, ඔබ එම වලල්ලේ යම් ස්ථානයක් උතුර යැයි සැලකුවොත්, එතැන සිට එම චුම්භක වලල්ලේ අංශක 180ක් හෙවත් වට භාගයක් ගිය තැන දකුණ ධ්‍රැවය ලෙස සැලකිය හැකියි.

වයරය අසල චුම්භකත්වය ප්‍රබලය. ඉන් ඈතට යන විට ක්‍රමයෙන් දුර්වල වේ. කම්බිය තුළින් ගලන ධාරාව වැඩි වන විට, චුම්භක ක්ෂේත්‍රයද ප්‍රබල වේ. මීට අමතරව, එක වයරයක් වෙනුවට වයර් කිහිපයක් තැබිය හැකි නම්, එවිට ඒ එක් එක් වයරය මඟින් නිපදවන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයන් එකතු වී නැවත සමස්ථ ක්ෂේත්‍රය ප්‍රබල වේ (මෙවිට එම වයර් සියල්ලම හරහා ගලන ධාරාව එකම දිශාවට ගමන් කළ යුතුය). ඒ කියන්නේ කම්බි පොටවල් ගණනට සමානුපාතිකව චුම්භකත්වයද ප්‍රබල වේ.

ඍජු කම්බියක් වෙනුට පහත ආකාරයට කොයිල් එකක් ආකාරයෙන් කම්බියක් ඔතා ඒ ඔස්සේ ධාරාවක් යැවුවොත්, එවිටද චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇති වේ. එහෙත් දැන් එම ක්ෂේත්‍රය ඇති වන්නේ පහත රූපයේ ආකාරයටයි. දැන් ධාරාව යන්නේ රවුමට වන අතර, චුම්භක බල රේඛා ඍජු වේ. එක් පැත්තක් උතුරද අනෙක් පැත්ත දකුණ ධ්‍රැවය ලෙස පිහිටයි (මේ අනුව පෙනෙන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රය හා විදුලි ධාරාව යන දෙකෙන් එකක් වලලු ලෙස පිහිටන විට අනෙක රේඛීයව පිහිටන බවයි). මෙය බැලූබැල්මටම සාමාන්‍ය කාන්දමක චුම්භක බල රේඛා පිහිටන ආකාරයට සමානයි නේද? ඔව් හැම අතින්ම ඊට සමානයි.

මෙනිසා දැන් බොහෝ උපකරණවල යොදන සාමාන්‍ය කාන්දම් කෑලි වෙනුවට යොදන්නේ ඉහත රූපයේ ආකාරයේ විද්‍යුත්චුම්භක වේ. එහි වාසි ඇත. එකක් නම්, අවශ්‍ය වෙලාවට පමණක් චුම්භකත්වය ඇති කළ හැකියි අවශ්‍ය ධාරාව යවා. තවද, අපට අවශ්‍ය අවශ්‍ය අගයන්ගෙන් හෙවත් ප්‍රබලතාවන්ගෙන් යුතු චුම්භක සාදා ගත හැකියි. චුම්භකය පහසුවෙන් නිර්මාණය කර ගැනීමටද හැකියි. එහෙත් මෙවිට විද්‍යුත්චුම්භකවලටද විදුලිය සැපයිය යුතු අතර එය පාලනය කිරීමට සිදු වීම අවාසියකි. එනිසා තවමත් සරල උපකරණවලට සාමාන්‍ය කාන්දම් යොදනවා. පහත දැක්වෙන්නේ විද්‍යුත්චුම්භකයක හා සාමාන්‍ය කාන්දමක ක්ෂේත්‍රවල සමානකම පෙන්වන රූපයකි.

සටහන

මා පෙරදී පැවසුවා චුම්භකත්වය ඉලෙක්ට්‍රෝන නිසා ඇතිවන තත්වයක් බවත්, එය පැහැදිලි කිරීමට ක්වන්ටම් විද්‍යාව යොදා ගන්නට සිදු වන බවත්. දැන් ඉතා සරලව එය කෙසේ ඇති වන්නේදැයි සොයා බලමු. නවීන විද්‍යාව අනුව අනුපරමාණුක අංශු වර්ග, ඉලෙක්ට්‍රෝන, ප්‍රෝටෝන, නියුට්‍රෝන ලෙස 3ක් නොව, දුසිම් දෙකක් පමණ ඇත (ක්වාක්, ඉලෙක්ට්‍රෝන, නියුට්‍රිනෝ, හා ඒවායේ ප්‍රතිඅංශු ලෙස; මේ ගැන උනන්දු නම් particle physics යන වචනය ඔස්සේ කරුණු සොයා බලන්න). ඒ ගැන ඔබ දැන සිටීම අත්‍යවශ්‍ය නොවේ (ඉලෙක්ට්‍රෝන, ප්‍රොටෝන, නියුට්‍රෝන ගැන පමණක් දැන සිටීම ප්‍රමාණවත්). විදුලිය පාඩමේදී පැවසු පරිදි මින් ඉලෙක්ට්‍රෝන තමයි නැවතත් චුම්භකත්වයේදීත් අපට වැදගත් වන්නේ. ඉතිං, ඔබ දන්නවා ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට විවිධ ගතිගුණ තිබුණා. ස්කන්ධය, පරිමාව, ආරෝපණය යන ගතිගුණ ඔබ දන්නවා. ඊට අමතරව ස්පින් (spin) නම් ගතිගුණයක්ද තිබෙනවා (ස්පින් යන ඉංග්‍රිසි වදනෙහි තේරුම තමා වටේ කරකැවෙනවා හෙවත් භ්‍රමණය වෙනවා යන්නයි).

ඉතිං, ඔබ මොහොතකට සිතන්න ඉලෙක්ට්‍රෝනය තමන් වටා කරකැවෙනවා කියා හරියට පෘථිවිය භ්‍රමණය වන්නා සේම. ඉලෙක්ට්‍රෝන ආරෝපිත අංශුවකි. ඔබ දන්නවා ආරෝපණයක් ගමන් කරනවා යනු විදුලි ධාරාවක් ගලනවා යන්නයි. එවිට ඉහත පෙන්වා දුන් ලෙසම එතැන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇති වෙනවා. ඉලෙක්ට්‍රෝනය රේඛීයව නොව වෘත්තාකාරවයි කරකැවෙන්නේ දැන්. එය ධාරාව රවුමට යෑමක් ලෙස සැලකිය හැකියි (කොයිලයක් තුලින් ආරෝපණ යන ආකාරයට). මෙවිට පහත රූපයේ ආකාරයට චුම්භක ධ්‍රැව දෙක පිහිටිය යුතුයි නේද? ස්පින් එක පවතින දිශාව අනුව උතුර දකුණ ධ්‍රැව පිහිටයි.

බලන්න. ඉලෙක්ට්‍රෝනයේ ස්පින් එක නිසා දැන් ඉලෙක්ට්‍රෝනයට යම් චුම්භකත්වයක් ලැබී තිබෙනවා. එහිද උතුර හා දකුණ යන ධ්‍රැව දෙක තිබෙනවා. ඉලෙක්ට්‍රෝනයකට චුම්භකත්වය ලැබෙන්නේ අන්න ඒ විදියටයි. එක් එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනය සතු මෙවැනි ඉතාම කුඩා චුම්භක ක්ෂේත්‍රවල එකතුව හෙවත් සම්ප්‍රයුක්තය තමයි අපට කාන්දම් ලෙස අවසාන වශයෙන් ලැබෙන්නේ.

අවසාන වශයෙන් කිව යුතු දෙයක් තිබෙනවා. ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇත්තටම කරකැවෙන්නේ නැත. ඇත්තටම එය කරකැවෙනවාද නැද්ද යන්න අප දන්නේ නැත. ඉලෙක්ට්‍රෝනය යනු සිතාගත නොහැකි තරම් කුඩා දෙයකි. එනිසා එවැනි දේකට වර්ණයක් තිබේ, අහවල් විදියේ හැඩයක් තිබේ යැයි කීමට බැරිය. එසේ කීම අවලංගු (invalid) වේ. නිකමට හෝ ඉලෙක්ට්‍රෝනය එසේ කරකැවුණොත් සිදු වන දේ තමයි ඉහත පැවසුවේ. එහෙත් එසේ භ්‍රමනය වන්නේ නැත. එනිසා ස්පින් යනු ස්කන්ධය, ආරෝපණය මෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝනය සතු තවත් එක් ක්වන්ටම් ගති ලක්ෂණයක් පමණි.

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තවත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයකට බලපෑම් කරනවානේ (ඒකනේ කාන්දම් කෑලි දෙකක් එක ළඟ ඇති විට ඒවා එක්කෝ ළං වෙන්නේ නැතිනම් ඈත් වෙන්නේ). ඉතිං යම් චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක පවතින යම් ධන හෝ ඍණ ආරෝපණයකටත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයෙන් බලපෑමක් තිබෙනවා. ඊට හේතුව ස්පින් එක නිසා ආරෝපණවලටත් තමන්ගේම කුඩා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තිබීමයි; මෙවිට භාහිරින් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හා ආරෝපණයක් අතර පවතින සම්බන්ධතාවක් ලෙස පෙනුනත් එතැන ඇත්තටම තිබෙන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකක් අතර සම්බන්ධතාවක් බව වටහාගන්න. ඒ අනුව, චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක පවතින ආරෝපණයකට සිදුවන බලපෑම පහත රූපයේ (b) ආකාරයට හැමවිටම පවතිනවා.

මෙහිදී උතුරු චුම්භක ධ්‍රැවයේ සිට දකුණු චුම්භක ධ්‍රැවය දක්වා බල රේඛා පිහිටනවා සේ සලකනවා (එසේ සිතීම සම්මත ක්‍රමය වන අතර මෙවිට බල රේඛාවල ඊහිස් පිහිටන්නේ උතුරු ධ්‍රැවයේ සිට දකුණු ධ්‍රැවය දෙසටයි). ආරෝපණය ධන ලෙසයි සලකන්නේ. ඒ කියන්නේ වයරය දිගේ සම්මත ධාරාවක් ගලා යනවා කියායි සිතන්නේ. එවිට, එම ආරෝපණ ප්‍රවාහයට හෙවත් ධාරාවට චුම්භක ක්ෂේත්‍රය විසින් යම් බලයක් ඇති කරනවා (බලය (force) යනු යමක් චලනය කිරීමට කෙරෙන බලපෑමකි). එම බලය නිසා එම ආරෝපණය (හෝ එම ධාරාව ගමන් කරන සන්නායකය) එම බලය එල්ල වී ඇති දිශාව ඔස්සේ චලනය වන්නට උත්සහ කරනවා.

ඉහත රූපයේ පෙනෙන පරිදි චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හරහා ධන ආරෝපණයක් ගමන් කරන විට, එම ආරෝපණය මතට ඉහල දෙසට ලම්භකව බලයක් ක්‍රියාත්මක වෙනවා. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, ධන ආරෝපණය ඉදිරියට එන අතරේම ඉහලටද එස වෙමින් තමයි ගමන් කරන්නේ. එය ඉතා පැහැදිලිව ඉහත (b) කොටසින් දැක්වෙනවා. එහි (a) කොටසින් පෙන්වන්නේ එම ආරෝපණයම විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් හරහා යෑමේදී සිදුවන චලනයයි. මෙහිදී ධන ආරෝපණය ඍණ ධ්‍රැවය පැත්තට ආකර්ෂනයක් සිදු වේ පෙන්වා ඇති පරිදි. චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ හා විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම වෙනස් බව ඉන් පැහැදිලිවම පෙනේ. ආරෝපණය ඍණ වූවා නම්, ඉහත අවස්ථා දෙකෙහිදීම එම ආරෝපණය ගමන් කරන්නේ පෙන්වා ඇති දිශාවලට විරුද්ධ දිශාවලට බව තේරුම් ගත හැකියිනෙ.

චුම්භක බල රේඛා, විදුලි ධාරාව, හා බලය යන සාධක 3 හැමවිටම ක්‍රියාත්මක වන්නේ එකිනෙකට ලබ්භකවයි. එය පහත රූපයේ ආකාරයට අතක මහපොට, දඹර, හා මැද යන ඇඟිලි 3 ආශ්‍රයෙන් ආදර්ශනය කළ හැකියි.

එය පහසුවෙන් මතක තබා ගත හැකියි FBI යන ලෝකප්‍රකට කෙටිවචනය මඟින් (ඉංග්‍රිසි නාට්‍ය හා චිත්‍රපට නරඹනවා නම්, ඔබ හොඳින්ම අහල තිබෙනවා මෙම එෆ්බීඅයි යන වචනය; FBI යනු ඇමරිකාවේ මධ්‍යම/ෆෙඩරල් පොලිසියයි). පිළිවෙලින් මහපොට ඇඟිල්ල, ඊට පසුව ඇති දඹරැඟිල්ල, ඊටත් පසුව ඇති මැදැඟිල්ල යන ඇඟිලි 3ට පිළිවෙළින් බලය (Force), චුම්භක රේඛා (B), හා විදුලි ධාරාව (I) යන සාධක තුන ආදේශ වේ. මෙම සංසිද්ධිය නිසා තමයි විදුලි මෝටරය, විදුලි ජෙනරේටරය අපට නිපදවීමට හැකි වූයේ. අතින් ආදර්ශනය කළ හැකි එම රීතිය වමතින් මෙන්ම දකුණතින්ද පෙන්වා දිය හැකියි. ජෙනරේටරයේ ක්‍රියාකාරිත්වය පෙන්නුම් කිරීමට දකුණතද, මෝටරයේ ක්‍රියාකාරිත්වය පෙන්වීමට වමතද යොදා ගනී (Gennie is always right යන ප්‍රකාශයෙන් දකුණත් රීතිය යොදන්නේ ජෙනියට හෙවත් ජෙනරේටරයට බව මතක තබා ගත හැකියි).

විදුලි මෝටරය යනු ඉහත කියූ ලෙසටම චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුල යම් සන්නායකයක් හරහා ධාරාවක් යවා ඉන් ඇති වන බලය මඟින් කරකැවීමක් (භ්‍රමණ චලිතයක්) ලැබෙන පරිදි සෑදූ ඇටවුමකි. ඒ සඳහා F = B I L යන සූත්‍රයක්ද පවතිනවා (පහත රූපය බලන්න). මෙහිදී දණ්ඩ මතට පෙන්වා ඇති පරිදි පහතට ලොරෙන්ස් බලය ක්‍රියාත්මක වෙනවා. තනි කම්බියක් වෙනුවට කම්බි පොටවල් කිහිපයක් එතැන පවතී නම් එවිට ඉහත සූත්‍රයෙන් ලැබෙන බලය කම්බි පොටවල් ගණනින් (N) වැඩි කළ යුතු වෙනවා (එනම්, F = BILN).

ඉතිං ඉහත ඇටවුමම පහත ආකාරයට වෙනසක් කළ විට සරල මෝටරය හමු වෙනවා. මෙවිට කොටුවක් ආකාරයට තිබෙන දණ්ඩෙහි එක් පැත්තකට ගලන ධාරාවට විරුද්ධ පැත්තට යන ධාරාවකුයි අනෙක් දණ්ඩ හරහා යන්නේ. ඒ කියන්නේ කොළ පාට ඊතල මගින් පෙන්වා තිබෙන ආකාරවලටයි දැන් ලොරෙන්ස් බල ක්‍රියාත්මක වන්නේ. එවිට කොටුව භ්‍රමණය වේ (මෝටර් ගැන තව බොහෝ කරුණු ඉගෙනීමට තිබුණත්, මා මෝටර් ගැන සාකච්ඡා කිරීම මෙතැනින් නවතනවා).

විදුලි උත්පාදකය හෙවත් ජෙනරේටරය ගැනත් ඉහත ආකාරයටම සිතිය හැකියි (ඇත්තටම මෝටර් හා ජෙනරේටර් යන දෙකම බොහෝ අතින් එක සමානයි; නමුත් භාවිතා කරන විදියෙහි වෙනස තිබෙන්නේ). මෙහිදී ඉහත මොටරයේ දණ්ඩ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුල චලනය කරවා එමගින් අමුතුවෙන් විදුලි ධාරාවක් නිපදවයි. මෙහිදීද F = BILN යන සූත්‍රයම තමයි වලංගු වන්නේ. වතුර කඳකින් හෝ තෙල් දහනය කර හෝ එම දණ්ඩ කැරකැවිය යුතුය.