मैग्नेट के साथ मज़ा (Fun with Magnets)

1.1 चुंबकत्व की खोज का ऐतिहासिक वृत्तांत: गड़ेरिया मैगनस की कथा

चुंबकत्व का इतिहास हजारों वर्ष प्राचीन है और इसकी खोज की कथा प्राचीन यूनान (ग्रीस) की सुरम्य वादियों से जुड़ी है। प्राचीन ऐतिहासिक विवरणों के अनुसार, क्रीट द्वीप के समीप 'मैग्नेशिया' (Magnesia) नामक एक पर्वतीय क्षेत्र था, जहाँ 'मैगनस' (Magnes) नाम का एक वृद्ध गड़ेरिया रहता था। मैगनस प्रतिदिन अपनी भेड़ों और बकरियों के झुंड को चराने के लिए माउंट इडा की पथरीली ढलानों पर ले जाया करता था।

पशुओं को नियंत्रित करने तथा पहाड़ी रास्तों पर संतुलन बनाए रखने के लिए मैगनस अपने हाथ में लकड़ी की एक पारंपरिक छड़ी रखता था। उस छड़ी के निचले सिरे पर सुरक्षा और घिसाव रोकने के लिए लोहे की एक मजबूत टोपी (लोहे की नाल अथवा फेर्यूल) चढ़ी हुई थी। इसके अतिरिक्त, पथरीले कांटों से पैरों की रक्षा हेतु उसके चमड़े के जूतों के तलवों में हाथ से गढ़ी गई लोहे की कीलें जड़ी हुई थीं।

एक दोपहर, जब मैगनस एक विशाल काली चट्टान के ऊपर से गुजर रहा था, तो उसे एक अत्यंत विस्मयकारी और अप्रत्याशित भौतिक अनुभूति हुई:

1. जब उसने अपनी छड़ी को उस काले पत्थर पर टिकाया, तो छड़ी का निचला सिरा पत्थर से अत्यंत मजबूती से चिपक गया। छड़ी को पत्थर से छुड़ाने के लिए मैगनस को आश्चर्यजनक रूप से अपनी पूरी ताकत लगाकर उसे ऊपर खींचना पड़ा।
2. उसी क्षण, उसके पैरों के तलवे भी पत्थर से ऐसे जकड़ गए जैसे कोई अदृश्य, गुप्त शक्ति उसके जूतों की लोहे की कीलों को नीचे पाताल की ओर खींच रही हो।
3. मैगनस ने जब कौतूहलवश ध्यानपूर्वक परीक्षण किया, तो पाया कि यह खिंचाव केवल और केवल लोहे की वस्तुओं (उसकी छड़ी की टोपी और जूतों की कीलों) पर ही लग रहा था। चट्टान ने उसकी लकड़ी की छड़ी, ऊनी कपड़ों अथवा आसपास पड़े साधारण चूना-पत्थरों पर तनिक भी आकर्षण बल नहीं लगाया।

वह काली चट्टान वास्तव में लोहे का एक प्राकृतिक अयस्क थी जो प्राकृतिक रूप से चुंबकित था। गड़ेरिए 'मैगनस' के नाम पर अथवा उस क्षेत्र 'मैग्नेशिया' के नाम पर उस प्राकृतिक पत्थर को मैग्नेटाइट (Magnetite) कहा गया। बाद में, लोहे को आकर्षित करने वाले ऐसे सभी पदार्थों को सार्वभौमिक रूप से चुंबक (Magnet) तथा इस भौतिक परिघटना को चुंबकत्व (Magnetism) नाम दिया गया।

[प्राकृतिक रूप से चुंबकित लौह अयस्क]
              ↓
[मैग्नेशिया क्षेत्र में गड़ेरिया मैगनस द्वारा खोज]
              ↓
[खनिज नाम: मैग्नेटाइट (Fe3O4)]
              ↓
[दिशा सूचक गुण के कारण नाविकों द्वारा नाम: लोडस्टोन (पथ-प्रदर्शक)]
              ↓
[आधुनिक युग में मानव-निर्मित कृत्रिम चुंबक]

1.2 प्राकृतिक चुंबक (Natural Magnets): रासायनिक संरचना एवं सीमाएं

प्राकृतिक चुंबक वे पत्थर, खनिज अथवा चट्टानें हैं जो प्रकृति में भूगर्भीय प्रक्रियाओं द्वारा स्वतः निर्मित होती हैं और जिनमें बिना किसी मानवीय हस्तक्षेप के स्थायी चुंबकत्व उपस्थित होता है।

1. रासायनिक संगठन एवं भूगर्भीय उत्पत्ति

• प्रकृति में पाया जाने वाला मुख्य प्राकृतिक चुंबक मैग्नेटाइट है, जो लोहे का एक सघन काला ऑक्साइड अयस्क है। इसका रासायनिक सूत्र $\text{Fe}_3\text{O}_4$ (फेरोसोफेरिक ऑक्साइड अथवा $\text{FeO} \cdot \text{Fe}_2\text{O}_3$) होता है।
• जब भू-सतह पर स्थित मैग्नेटाइट की चट्टानों पर आकाशीय बिजली (तड़ित) का भीषण विद्युत विसर्जन गिरता है, तो अत्यधिक तीव्र विद्युत धाराओं के चुंबकीय क्षेत्र से चट्टान के आंतरिक डोमेन स्थायी रूप से एक ही दिशा में संरेखित हो जाते हैं। ऐसी अत्यधिक चुंबकित प्राकृतिक चट्टान को ऐतिहासिक रूप से लोडस्टोन (Lodestone) कहा जाता है।
• 'लोडस्टोन' शब्द प्राचीन अंग्रेजी भाषा के शब्द Lode से बना है, जिसका अर्थ होता है 'मार्ग' (Way), 'दिशा' (Course) अथवा 'यात्रा'। चूंकि प्राचीन नाविक इस पत्थर को पतले धागे से लटकाकर बादलों से घिरे समुद्र में सही दिशा ज्ञात करते थे, अतः इसे 'मार्ग दिखाने वाला पत्थर' या 'लोडस्टोन' कहा गया।

2. प्राकृतिक चुंबकों की भौतिक एवं व्यावहारिक सीमाएं

यद्यपि लोडस्टोन विज्ञान के आरंभिक विकास में अत्यंत महत्वपूर्ण रहा, किंतु आधुनिक तकनीकी आवश्यकताओं की दृष्टि से इसमें कई गंभीर कमियां पाई जाती हैं:

• अनियमित एवं बेडौल आकृति: प्राकृतिक चट्टानें उबड़-खाबड़, बेडौल पत्थरों के रूप में मिलती हैं, जिन्हें सटीक वैज्ञानिक यंत्रों में लगाना संभव नहीं होता।
• दुर्बल एवं असमान चुंबकीय शक्ति: प्राकृतिक पत्थरों का चुंबकीय बल तुलनात्मक रूप से बहुत क्षीण होता है और पत्थर के भीतर विभिन्न स्थानों पर बेतरतीब फैला रहता है।
• अत्यधिक भंगुरता (Brittleness): मैग्नेटाइट एक भंगुर खनिज है; इसे तराशने, काटने या छेद करने का प्रयास करने पर यह चटक कर टुकड़ों में बिखर जाता है।

1.3 कृत्रिम चुंबक (Artificial Magnets): धातु विज्ञान एवं ज्यामितीय रूप

प्राकृतिक पत्थरों की सीमाओं को दूर करने के लिए वैज्ञानिकों ने लौहचुंबकीय धातुओं को कृत्रिम रूप से चुंबकित करने की विधियां विकसित कीं। कृत्रिम चुंबक (Artificial Magnets) वे चुंबक हैं जिनका निर्माण मानव द्वारा कारखानों एवं प्रयोगशालाओं में विशिष्ट धातुओं तथा मिश्रधातुओं (जैसे लोहा, कार्बन इस्पात, निकेल, कोबाल्ट, तथा आधुनिक एल्निको एवं नियोडिमियम) को चुंबकीय क्षेत्र में रखकर किया जाता है।

कृत्रिम चुंबकों के प्रमुख तकनीकी लाभ निम्नलिखित हैं:

1. इन्हें इच्छानुसार अत्यधिक शक्तिशाली और तीव्र चुंबकीय क्षमता वाला बनाया जा सकता है।
2. इन्हें किसी भी मनचाहे ज्यामितीय आकार एवं आकार-माप (Dimensions) में ढाला जा सकता है।

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  कृत्रिम चुंबकों के प्रमुख मानक ज्यामितीय रूप           |
+----------------------+--------------------------------------------------+
| चुंबक का नाम         | भौतिक संरचना एवं ध्रुवों की स्थिति               |
+----------------------+--------------------------------------------------+
| 1. छड़ चुंबक         | आयताकार अथवा वर्गाकार सीधी छड़; उत्तरी (N) व     |
|    (Bar Magnet)      | दक्षिणी (S) ध्रुव दोनों विपरीत सिरों पर होते हैं।|
+----------------------+--------------------------------------------------+
| 2. नाल चुंबक         | अंग्रेजी के 'U' या घोड़े की नाल के आकार का; दोनों|
| (Horse-shoe Magnet)  | ध्रुव समानांतर और पास-पास लाए जाते हैं।          |
+----------------------+--------------------------------------------------+
| 3. बेलनाकार चुंबक    | ठोस गोल बेलन; इसके दोनों चपटे वृत्ताकार फलकों पर |
| (Cylindrical Magnet) | ध्रुव स्थित होते हैं।                            |
+----------------------+--------------------------------------------------+
| 4. गोलांत चुंबक      | डंबल जैसी संरचना; एक संकरी छड़ के दोनों सिरों पर |
| (Ball-ended Magnet)  | दो ठोस गोलियां (गोले) जुड़ी होती हैं।            |
+----------------------+--------------------------------------------------+
| 5. वलय/चकती चुंबक    | गोल चपटी टिकिया अथवा छिद्रयुक्त छल्ला (Ring);    |
| (Ring / Disc Magnet) | ऊपर और नीचे के चपटे तलों पर ध्रुव उपस्थित होते हैं।|
+----------------------+--------------------------------------------------+

प्रत्येक आकार का अपना एक विशिष्ट वैज्ञानिक उद्देश्य होता है। उदाहरण के लिए, नाल चुंबक (Horse-shoe Magnet) में दोनों विपरीत ध्रुवों को बिल्कुल पास लाया जाता है, जिससे उनके बीच के संकीर्ण अंतराल में अत्यंत प्रबल और सघन चुंबकीय क्षेत्र बनता है, जो भारी लोहे की वस्तुओं को उठाने के लिए सर्वोत्तम है। वलय चुंबक (Ring Magnet) का उपयोग रेडियो, टेलीविजन और मोबाइल फोन के लाउडस्पीकरों में ध्वनि तरंगें उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

2.1 चुंबकीय आकर्षण की प्रकृति: असंपर्क भौतिक बल

जब कोई चुंबक किसी लोहे की कील के समीप लाया जाता है, तो कील बिना चुंबक के छुए ही अचानक उछलकर चुंबक से चिपक जाती है। भौतिक विज्ञान में इस परिघटना को असंपर्क बल (Non-Contact Force या Action-at-a-distance) कहा जाता है।

दैनिक जीवन के सामान्य यांत्रिक बलों (जैसे घर्षण, धक्का या खिंचाव) के विपरीत, चुंबकीय बल को कार्य करने के लिए दो वस्तुओं के मध्य भौतिक संपर्क की आवश्यकता नहीं होती। प्रत्येक चुंबक अपने चारों ओर अंतरिक्ष में एक अदृश्य प्रभाव क्षेत्र उत्पन्न करता है, जिसे चुंबकीय क्षेत्र (Magnetic Field) कहते हैं। जब भी कोई संवेदनशील पदार्थ इस अदृश्य क्षेत्र में प्रवेश करता है, उस पर तात्कालिक रूप से एक खिंचाव बल कार्य करने लगता है।

2.2 चुंबकीय पदार्थ (Magnetic Materials): परिभाषा, तत्व एवं सूक्ष्म डोमेन सिद्धांत

1. वैज्ञानिक परिभाषा

चुंबकीय पदार्थ (Magnetic Materials) उन पदार्थों को कहा जाता है जो किसी चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने पर उसकी ओर तीव्र आकर्षण बल अनुभव करते हैं, तथा जिनमें स्वयं चुंबकित होकर अस्थायी अथवा स्थायी चुंबक बनने की क्षमता होती है।

2. प्रमुख लौहचुंबकीय तत्व (Ferromagnetic Elements)

रासायनिक आवर्त सारणी के सभी तत्वों में से कमरे के सामान्य तापमान ($25^\circ\text{C}$) पर केवल तीन शुद्ध धात्विक तत्व प्रबल लौहचुंबकत्व प्रदर्शित करते हैं:

1. लोहा (Iron - $\text{Fe}$): प्रकृति का सबसे प्रमुख चुंबकीय तत्व। शुद्ध नर्म लोहा बहुत सरलता से चुंबकित हो जाता है और बाह्य चुंबक हटाते ही अपना चुंबकत्व खो देता है (अस्थायी विद्युत चुंबकों का आधार)। इस्पात (लोहा + कार्बन) स्थायी चुंबक बनाता है।
2. निकेल (Nickel - $\text{Ni}$): चांदी जैसा चमकदार संक्रमण धातु जो चुंबकीय मिश्रधातुओं के निर्माण में व्यापक रूप से प्रयुक्त होता है।
3. कोबाल्ट (Cobalt - $\text{Co}$): अत्यधिक कठोर एवं चुंबकीय रूप से सघन धातु, जिसका उपयोग अत्यंत शक्तिशाली स्थायी चुंबकों (जैसे एल्निको) में किया जाता है।

3. सूक्ष्म डोमेन सिद्धांत (Domain Theory - कक्षा 6 हेतु सरल रूप)

परमाण्विक स्तर पर, चुंबकीय धातुओं के भीतर प्रत्येक परमाणु अपने इलेक्ट्रॉनों के चक्रण (Spin) के कारण एक नन्हें परमाणु चुंबक की भांति कार्य करता है:

• एक सामान्य अचुंबकित लोहे के टुकड़े में अरबों परमाणु मिलकर छोटे-छोटे समूहों में बंधे होते हैं, जिन्हें चुंबकीय डोमेन (Magnetic Domains) कहा जाता है।
• अचुंबकित अवस्था में ये डोमेन बिना किसी नियम के सभी संभव दिशाओं में अस्त-व्यस्त (Random) फैले होते हैं। इनके चुंबकीय प्रभाव एक-दूसरे को काटकर निरस्त कर देते हैं, जिससे लोहे का कुल बाह्य चुंबकीय बल शून्य रहता है।
• जैसे ही कोई स्थायी चुंबक समीप लाया जाता है, उसका चुंबकीय क्षेत्र इन सभी बिखरे हुए डोमेन पर बल आघूर्ण लगाकर उन्हें एक ही समानांतर दिशा में संरेखित कर देता है। लोहा तुरंत चुंबकित हो जाता है और चुंबक की ओर तीव्र वेग से आकर्षित होता है।

[अचुंबकित लोहा: अस्त-व्यस्त डोमेन]       [चुंबकित लोहा: समानांतर संरेखित डोमेन]
      ↗   ←   ↓   ↖                             →   →   →   →
      →   ↘   ↑   ↙       + बाह्य चुंबकीय बल →   →   →   →   →
      (कुल बाह्य बल = 0)                       (प्रबल चुंबकीय आकर्षण)

2.3 अचुंबकीय पदार्थ (Non-Magnetic Materials): परिभाषा, भ्रांतियां एवं उदाहरण

1. वैज्ञानिक परिभाषा

अचुंबकीय पदार्थ (Non-Magnetic Materials) वे पदार्थ हैं जो किसी चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा तनिक भी आकर्षित नहीं होते, और जिन्हें सामान्य भौतिक विधियों द्वारा चुंबकित नहीं किया जा सकता।

2. अचुंबकीय अधातुएं

हमारे पर्यावरण में पाई जाने वाली अधिकांश अधात्विक वस्तुएं पूर्णतः अचुंबकीय होती हैं:

• लकड़ी और कागज: सेल्यूलोज के रेशों में कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन चक्रण नहीं होता जो संरेखित हो सके।
• प्लास्टिक और पॉलिमर: पॉलीथीन, पीवीसी, नायलॉन, एक्रिलिक पर चुंबक का कोई प्रभाव नहीं पड़ता।
• कांच एवं चीनी मिट्टी (Ceramics): सिलिका की जालक संरचना चुंबकीय रूप से पूर्णतः अक्रिय होती है।
• रबर और चमड़ा: रबर की गेंद या जूते का चमड़ा चुंबक से कभी नहीं चिपकता।

3. छात्र भ्रम का वैज्ञानिक निवारण: 'क्या सभी धातुएं चुंबकीय होती हैं?'

कक्षा 6 के विद्यार्थियों में यह अत्यंत सामान्य भ्रम होता है कि "चूंकि धातुएं ठोस और चमकीली होती हैं, अतः सभी धातुएं चुंबक से चिपकती हैं।" यह धारणा वैज्ञानिक रूप से पूर्णतः असत्य है:

• तांबा (Copper - $\text{Cu}$): बिजली का सर्वोत्तम सुचालक होने के बावजूद तांबा पूरी तरह अचुंबकीय है। एक शक्तिशाली चुंबक भी तांबे के सिक्के या तार को आकर्षित नहीं कर सकता।
• एल्युमिनियम (Aluminium - $\text{Al}$): अत्यंत उपयोगी, हल्की धातु; चुंबक से तनिक भी आकर्षित नहीं होती।
• पीतल (Brass) एवं कांसा (Bronze): तांबे, जस्ते और टिन की मिश्रधातुएं; पूर्णतः अचुंबकीय।
• सोना (Gold) एवं चांदी (Silver): बहुमूल्य आभूषण धातुएं; चुंबक से कभी नहीं चिपकतीं।
• जस्ता (Zinc) एवं सीसा (Lead): औद्योगिक धातुएं; अचुंबकीय।

2.4 हवा में तैरती पेपरक्लिप का प्रायोगिक प्रदर्शन (क्रियाकलाप 1 व 2)

चुंबकीय आकर्षण की असंपर्क प्रकृति तथा अचुंबकीय माध्यमों के पार चुंबकत्व के संचरण को सिद्ध करने के लिए 'हवा में उड़ती पेपरक्लिप' का प्रयोग अत्यंत प्रभावी है:

                      +-------------------+
                      |   कागज का कप      |
                      | [भीतर छड़ चुंबक]  |
                      +-------------------+
                               │
                               │ (अदृश्य चुंबकीय बल क्षेत्र)
                               │
                              ( )  स्टील पेपरक्लिप (हवा में तैरती हुई!)
                               │
                               │  सूती धागा (तनाव में बंधा हुआ)
                               │
                      ===================== (लकड़ी का भारी आधार)

प्रायोगिक विधि एवं प्रेक्षण:

1. एक प्लास्टिक या कागज के कप के भीतर एक शक्तिशाली छड़ चुंबक को सीधा खड़ा करके चिपका दें। कप के मुंह पर गत्ता चिपका दें ताकि भीतर रखा चुंबक दिखाई न दे। इस कप को एक स्टैंड पर उचित ऊंचाई पर कस दें।
2. स्टील की एक छोटी पेपरक्लिप में एक पतला सूती धागा बांधें। धागे के दूसरे सिरे को स्टैंड के आधार पर इस प्रकार बांधें कि जब पेपरक्लिप को कप के पेंदे की ओर खींचा जाए, तो वह कप से 2-3 सेंटीमीटर नीचे ही रुक जाए।
3. अब पेपरक्लिप को कप के पेंदे के पास ले जाकर धीरे से छोड़ दें।
4. प्रेक्षण: पेपरक्लिप बिना किसी सहारे के हवा में क्षैतिज रूप से किसी जीवित पतंग की भांति तैरती रहती है!
5. यदि कप और पेपरक्लिप के बीच के रिक्त स्थान में से कागज की शीट, कांच की प्लेट अथवा लकड़ी का स्केल निकाला जाए, तो भी पेपरक्लिप नीचे नहीं गिरती।
6. वैज्ञानिक निष्कर्ष: चुंबक का आकर्षण बल दूरी के पार कार्य करता है और यह बल हवा, कागज, कांच तथा लकड़ी जैसे अचुंबकीय पदार्थों के आर-पार बिना किसी रुकावट के गति करता है।

3.1 चुंबकीय ध्रुव की अवधारणा: आकर्षण बल का असमान वितरण

जब किसी चुंबक को लोहे की छोटी-छोटी वस्तुओं (जैसे आलपिन या लोहे के चूर्ण) के पास लाया जाता है, तो क्या चुंबक अपनी पूरी सतह से लोहे को समान मात्रा में चिपकाता है?

वैज्ञानिक प्रयोगों से यह प्रमाणित हुआ है कि चुंबक की आकर्षण शक्ति उसकी पूरी लंबाई पर एक समान नहीं बंटी होती। चुंबक के जिन विशिष्ट क्षेत्रों में चुंबकीय आकर्षण बल अपनी उच्चतम तीव्रता (Maximum Intensity) पर केंद्रित होता है, उन क्षेत्रों को चुंबकीय ध्रुव (Magnetic Poles) कहा जाता है।

3.2 लोहे के बुरादे का वितरण प्रयोग (NCERT / SCERT क्रियाकलाप 3)

चुंबक की शक्ति के वितरण को आंखों से देखने के लिए लोहे के बारीक बुरादे का प्रयोग सबसे प्रामाणिक विधि है:

        लोहे के बुरादे के घने गुच्छे                     लोहे के बुरादे के घने गुच्छे
           (अधिकतम आकर्षण बल)                              (अधिकतम आकर्षण बल)
                 vvvvvvv                                          vvvvvvv
               +---------+-------------------------------+---------+
               |  उत्तरी  |          उदासीन क्षेत्र       |  दक्षिणी |
               |   ध्रुव  |      (लगभग शून्य बुरादा)       |   ध्रुव  |
               |   (N)   |                               |   (S)   |
               +---------+-------------------------------+---------+

1. प्रायोगिक प्रक्रिया

1. एक सफेद चार्ट पेपर को समतल मेज पर बिछाकर उस पर लोहे का महीन बुरादा (Iron Filings) समान रूप से फैला दें।
2. एक सामान्य छड़ चुंबक (Bar Magnet) को उठाकर बुरादे के बीच में रख दें और उसे बुरादे में हल्का सा घुमाएं।
3. अब छड़ चुंबक को दोनों सिरों से पकड़कर सीधा ऊपर उठाएं और उस पर चिपके हुए बुरादे का बारीकी से निरीक्षण करें।

2. प्रायोगिक प्रेक्षण

• दोनों सिरे (Extremities): चुंबक के दोनों बाहरी छोरों पर लोहे का बुरादा अत्यंत घने, कांटों जैसे गुच्छों के रूप में भारी मात्रा में चिपक जाता है।
• मध्यवर्ती भाग (Center): जैसे-जैसे हम सिरों से चुंबक के मध्य की ओर बढ़ते हैं, चिपके हुए बुरादे की मात्रा तेजी से घटती जाती है।
• ठीक केंद्र (Midpoint): चुंबक के ठीक मध्यवर्ती बिंदु पर लोहे का एक भी कण नहीं चिपकता। यह भाग पूरी तरह साफ रहता है।

3. वैज्ञानिक निष्कर्ष

• प्रत्येक चुंबक में आकर्षण शक्ति के दो प्रमुख केंद्र होते हैं जो उसके दोनों छोरों के पास स्थित होते हैं। इन्हें चुंबक के ध्रुव कहते हैं।
• चुंबक का मध्य भाग एक उदासीन क्षेत्र (Neutral Zone) होता है, जहाँ बाह्य चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता न्यूनतम (लगभग शून्य) होती है।

3.3 चुंबकीय ध्रुवों की पहचान एवं नामकरण

चुंबक के दोनों ध्रुव भौतिक दृष्टि से भिन्न गुण प्रदर्शित करते हैं। इन्हें पृथ्वी की भौगोलिक दिशाओं के आधार पर नाम दिया गया है:

1. उत्तरी ध्रुव (North-Seeking Pole / North Pole - 'N'):
   • स्वतंत्र रूप से लटके हुए चुंबक का जो सिरा पृथ्वी के भौगोलिक उत्तर (North) दिशा की ओर संकेत करता है, उसे चुंबक का उत्तरी ध्रुव अथवा संक्षेप में 'N' ध्रुव कहा जाता है।
2. दक्षिणी ध्रुव (South-Seeking Pole / South Pole - 'S'):
   • चुंबक का जो विपरीत सिरा पृथ्वी के भौगोलिक दक्षिण (South) दिशा की ओर संकेत करता है, उसे चुंबक का दक्षिणी ध्रुव अथवा संक्षेप में 'S' ध्रुव कहा जाता है।
3. रंग संकेतन मानक (Color Coding):
   • प्रयोगशालाओं और विद्यालयों में प्रयुक्त होने वाले मानक छड़ चुंबकों पर पहचान हेतु उत्तरी ध्रुव (N) को लाल रंग से रंगा जाता है (अथवा उस पर एक सफेद बिंदु अंकित होता है), जबकि दक्षिणी ध्रुव (S) को नीले या काले रंग से रंगा जाता है।

3.4 अविभाज्य द्विध्रुव का नियम (Non-Existence of Magnetic Monopoles)

एक अत्यंत महत्वपूर्ण और मौलिक वैज्ञानिक प्रश्न यह उठता है: यदि किसी छड़ चुंबक को ठीक बीच से काटकर दो टुकड़े कर दिए जाएं, तो क्या उत्तरी ध्रुव और दक्षिणी ध्रुव अलग-अलग हो जाएंगे?

इसका उत्तर है: कदापि नहीं! प्रकृति में चुंबकीय ध्रुव कभी भी अकेले नहीं रह सकते।

[मूल छड़ चुंबक]
+---------------------------------------+
|              N         |            S |
+---------------------------------------+
                    ↓ बीच से दो टुकड़ों में काटा
+-------------------+   +---------------+
|     N     |     S |   |   N   |     S |  (दो पूर्ण स्वतंत्र चुंबक बन गए!)
+-------------------+   +---------------+
                    ↓ पुनः काटा
+-+-+   +-+-+   +-+-+   +-+-+
|N|S|   |N|S|   |N|S|   |N|S|  (चार पूर्ण द्विध्रुव निर्मित हो गए!)
+-+-+   +-+-+   +-+-+   +-+-+

भौतिकी का अविभाज्य द्विध्रुवीय सिद्धांत:

1. जब एक छड़ चुंबक को उसके उदासीन केंद्र से काटकर दो अलग-अलग खंड बनाए जाते हैं, तो कटे हुए फलक उदासीन नहीं रहते। उत्तरी ध्रुव वाले टुकड़े के कटे हुए सिरे पर तुरंत एक नया दक्षिणी ध्रुव (S) प्रकट हो जाता है, और दक्षिणी ध्रुव वाले टुकड़े के कटे हुए सिरे पर तुरंत एक नया उत्तरी ध्रुव (N) प्रकट हो जाता है।
2. परिणाम स्वरूप, हमें दो टुकड़े नहीं बल्कि दो पूर्ण, स्वतंत्र नए चुंबक प्राप्त होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में अपना स्वयं का उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव विद्यमान होता है।
3. यदि इन टुकड़ों को पुनः सैकड़ों, हजारों बार भी काटा जाए, यहाँ तक कि यदि हम पदार्थ के आणविक स्तर तक भी पहुंच जाएं, तब भी प्रत्येक सूक्ष्म कण एक पूर्ण चुंबकीय द्विध्रुव (Magnetic Dipole) ही रहेगा।
4. मूलभूत नियम: प्रकृति में कभी भी एकल चुंबकीय ध्रुव (Magnetic Monopole) नहीं पाया जाता। चुंबकीय ध्रुव सदैव अविभाज्य, संतुलित युग्मों (North-South Pairs) के रूप में ही अस्तित्व में रहते हैं।

4.1 स्वतंत्र लटके चुंबक का दैशिक गुण (Directive Property)

लोहे को आकर्षित करने के अतिरिक्त, चुंबक में प्रकृति का एक और विस्मयकारी गुण पाया जाता है, जिसे चुंबक का दैशिक गुण (Directive Property) कहा जाता है।

जब किसी चुंबक को इस प्रकार सहारा दिया जाए कि वह क्षैतिज तल में बिना किसी घर्षण या रुकावट के स्वतंत्रतापूर्वक चारों दिशाओं में घूम सके, तो वह कभी भी मनचाही अथवा यादृच्छिक दिशा में नहीं ठहरता। इसके विपरीत, वह कुछ देर झूलने के उपरांत सदैव एक ही विशिष्ट, निश्चित दिशा में आकर स्थिर होता है: उत्तर-दक्षिण दिशा (North-South Direction)।

                           लटकाने वाला बारीक रेशमी धागा
                                       │
                                       │
                                +--------------+
               (उत्तर की ओर)    |  N        S  |    (दक्षिण की ओर)
                     ◄══════════|   छड़ चुंबक   |══════════►
                                +--------------+
                                       │
                                       ▼
                         पृथ्वी की उत्तर-दक्षिण भौगोलिक धुरी

प्रायोगिक सत्यापन विधि (क्रियाकलाप 5):

1. एक समान छड़ चुंबक लें जिसके दोनों ध्रुव (N और S) स्पष्ट रूप से अंकित हों।
2. चुंबक के ठीक मध्य में संतुलन बिंदु पर एक बारीक रेशम का धागा बांधें ताकि चुंबक क्षैतिज अवस्था में संतुलित रहे।
3. धागे के ऊपरी सिरे को लकड़ी के एक स्टैंड से लटका दें। ध्यान रखें कि आसपास लोहे की कोई बड़ी वस्तु (जैसे खिड़की की ग्रिल या लोहे की मेज) न हो।
4. चुंबक को स्वतंत्र रूप से घूमने दें। जब चुंबक पूरी तरह स्थिर हो जाए, तो उसके दोनों सिरों की सीध में मेज पर दो बिंदु लगाएं और उन्हें मिलाकर एक रेखा खींचें।
5. अब चुंबक को उंगली से हल्का सा धक्का देकर किसी भी दिशा में घुमा दें और छोड़ दें।
6. प्रेक्षण: चुंबक कुछ सेकंड तक इधर-उधर दोलन करता है और धीरे-धीरे गति धीमी होने पर पुनः ठीक उसी पुरानी रेखा पर आकर ठहरता है। इसका लाल सिरा सदैव उत्तर की ओर और दूसरा सिरा दक्षिण की ओर संकेत करता है।

4.2 भूभौतिकीय कारण: पृथ्वी का विशाल चुंबकत्व (Geodynamo Principle)

स्वतंत्र लटका हुआ चुंबक सदैव उत्तर-दक्षिण दिशा में ही क्यों ठहरता है?

• इसका कारण यह है कि हमारी पृथ्वी स्वयं एक विशाल गोलीय चुंबक (Giant Spherical Magnet) की भांति व्यवहार करती है।
• भू-वैज्ञानिकों के अनुसार, पृथ्वी के गहरे भूगर्भ में स्थित बाह्य द्रव क्रोड (Outer Liquid Core) में पिघला हुआ लोहा और निकेल निरंतर तीव्र संवहन धाराओं में घूमता रहता है, जिससे पृथ्वी का विशाल चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।
• इस भू-चुंबकत्व का सबसे आश्चर्यजनक तथ्य यह है कि:
  • पृथ्वी के आंतरिक चुंबक का चुंबकीय दक्षिणी ध्रुव वास्तव में भौगोलिक उत्तर दिशा के निकट स्थित है।
  • पृथ्वी के आंतरिक चुंबक का चुंबकीय उत्तरी ध्रुव वास्तव में भौगोलिक दक्षिण दिशा के निकट स्थित है।
• चूंकि चुंबकीय नियम के अनुसार विपरीत ध्रुव एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं, अतः हमारे लटके हुए छड़ चुंबक का उत्तरी ध्रुव (N) पृथ्वी के आंतरिक चुंबकीय दक्षिणी ध्रुव की ओर आकर्षित होकर भौगोलिक उत्तर की ओर खिंच जाता है। इसी प्रकार दक्षिणी ध्रुव भौगोलिक दक्षिण की ओर खिंच जाता है।

4.3 ऐतिहासिक विकास: सम्राट हुआंग टी का दक्षिण-प्रदर्शक रथ

चुंबक के इस दैशिक गुण ने मानव सभ्यता के इतिहास, सामुद्रिक व्यापार और भौगोलिक खोजों को एक नई दिशा प्रदान की:

1. प्राचीन चीन का दक्षिण-प्रदर्शक रथ (South-Pointing Chariot)

चीन के प्राचीन इतिहास में लगभग 4,000 वर्ष पूर्व सम्राट हुआंग टी (येलो एम्परर) का वृत्तांत मिलता है। एक बड़े युद्ध के दौरान विद्रोही सेनापति ची यू ने युद्धक्षेत्र में एक जादुई, घना कोहरा फैला दिया। कोहरे के कारण सम्राट की सेना दिशाहीन हो गई और सैनिक आपस में टकराने लगे।

इस संकट से उबरने के लिए सम्राट हुआंग टी ने एक अद्भुत यांत्रिक रथ तैयार करवाया, जिसे दक्षिण-प्रदर्शक रथ कहा गया:

• इस दोपहिया रथ के ऊपर लकड़ी की बनी एक सुंदर स्त्री की प्रतिमा स्थापित थी।
• रथ के आंतरिक पहियों से जुड़ी विशेष गियर प्रणाली तथा चुंबकीय व्यवस्था के कारण वह प्रतिमा इस प्रकार संतुलित थी कि रथ चाहे किसी भी दिशा में मुड़े, घूमे या आगे बढ़े, उस प्रतिमा की फैली हुई दाईं भुजा सदैव दक्षिण दिशा (South Direction) की ओर ही संकेत करती रहती थी।
• प्रतिमा की उंगली की दिशा देखकर सम्राट की सेना ने घने कोहरे को चीरते हुए सही दिशा में कूच किया और युद्ध में विजय प्राप्त की।

2. सामुद्रिक यात्राओं में लोडस्टोन का योगदान

दिशा-सूचक यंत्रों के आविष्कार से पूर्व नाविक समुद्र तट से दूर जाने का साहस नहीं करते थे, क्योंकि खुले समुद्र में दिशा भटक जाने पर मृत्यु निश्चित थी। लोडस्टोन तथा पानी पर तैरती चुंबकित सुई के आविष्कार ने नाविकों को बादलों और तूफानों के बीच भी सटीक दिशा का ज्ञान कराया, जिससे कोलंबस और वास्को-डि-गामा जैसी महान भौगोलिक खोजें संभव हो सकीं।

4.4 आधुनिक चुंबकीय कंपास (दिक्-सूचक यंत्र) की संरचना एवं कार्यप्रणाली

चुंबकीय कंपास (Magnetic Compass) दिशाएं ज्ञात करने का एक अत्यंत सुगम, सुवाह्य और परिशुद्ध वैज्ञानिक यंत्र है।

                           +-------------------+
                           |     /       \     |
                           |    /    N    \    |  <-- लाल रंग का नुकीला सिरा (उत्तर)
                           |   |     ▲     |   |
                           | W | ◄───┼───► | E |  <-- दिशा अंकित वृत्ताकार डायल
                           |   |     ▼     |   |
                           |    \    S    /    |  <-- नीला / सामान्य सिरा (दक्षिण)
                           |     \       /     |
                           +-------------------+
                            ^ अचुंबकीय पीतल/प्लास्टिक डिब्बी व कांच का ढक्कन

कंपास के प्रमुख घटक:

1. चुंबकीय सुई (Magnetic Needle): यह इस्पात की बनी एक अत्यंत हल्की, पतली पत्ती होती है जो दोनों सिरों पर नुकीली होती है। इसका उत्तरी ध्रुव पहचान हेतु लाल रंग से रंगा जाता है।
2. तीक्ष्ण कीलक (Pivot): सुई अपने गुरुत्व केंद्र पर एक अत्यंत बारीक, कठोर धातु के कीलक (धुरी) पर टिकी होती है, जिससे वह न्यूनतम घर्षण के साथ $360^\circ$ स्वतंत्रता से घूम सकती है।
3. अचुंबकीय डिब्बी (Casing): पूरी प्रणाली पीतल, एल्युमिनियम या पारदर्शी प्लास्टिक की एक गोल डिब्बी में बंद होती है। लोहे की डिब्बी कभी नहीं बनाई जाती, क्योंकि लोहे की दीवारें सुई को अपनी ओर खींचकर चिपका लेंगी और सुई घूम नहीं पाएगी।
4. कांच का पारदर्शी ढक्कन (Glass Lid): ऊपर लगा कांच सुई को धूल, पानी और वायु के झोंकों से सुरक्षित रखता है।
5. दिशा अंकित डायल (Direction Dial): सुई के नीचे एक वृत्ताकार पटल होता है जिस पर चार मुख्य दिशाएं—उत्तर (N), दक्षिण (S), पूर्व (E), पश्चिम (W)—तथा उनके मध्य की उपदिशाएं (NE, NW, SE, SW) अंकित होती हैं।

कंपास द्वारा दिशा ज्ञात करने की विधि:

• कंपास को किसी समतल लकड़ी की मेज पर अथवा हथेली पर स्थिर रखें।
• चुंबकीय सुई कुछ सेकंड घूमेगी और फिर उत्तर-दक्षिण दिशा में स्थिर हो जाएगी।
• अब कंपास की बाहरी डिब्बी को धीरे-धीरे तब तक घुमाएं जब तक कि डायल पर लिखा हुआ 'N' सुई के लाल नुकीले सिरे के ठीक नीचे न आ जाए।
• ऐसा करते ही कंपास पूर्णतः सेट हो जाता है। अब डायल पर देखकर आप अपने सामने की पूर्व, पश्चिम, उत्तर अथवा दक्षिण दिशा का सटीक ज्ञान प्राप्त कर सकते हैं।

5.1 चुंबकीय अन्योन्यक्रिया के सार्वभौमिक नियम

जब दो भिन्न चुंबकों को एक-दूसरे के निकट लाया जाता है, तो उनके अदृश्य चुंबकीय क्षेत्र एक-दूसरे के संपर्क में आकर गतिशील भौतिक बल उत्पन्न करते हैं। यह पारस्परिक अंतःक्रिया प्रकृति के एक अटल और सार्वभौमिक नियम द्वारा नियंत्रित होती है:

$$\mathbf{चुंबकत्व\ का\ मूलभूत\ नियम}: \quad \begin{cases} \text{समान (सजातीय) ध्रुव एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं} & (N-N \text{ अथवा } S-S) \\ \text{असमान (विजातीय) ध्रुव एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं} & (N-S \text{ अथवा } S-N) \end{cases}$$

[समान ध्रुवों में प्रतिकर्षण (धकेलना)]
+-------+             +-------+
|   S   |   N  ◄═══►  N   |   S   |  (प्रतिकर्षण बल द्वारा दूर धकेले जाते हैं)
+-------+             +-------+

[असमान ध्रुवों में आकर्षण (खींचना)]
+-------+             +-------+
|   S   |   N  ═══► ◄═══  S   |   N   |  (आकर्षण बल द्वारा पास खींचे जाते हैं)
+-------+             +-------+

1. समान ध्रुवों का प्रतिकर्षण (Repulsion of Like Poles):
   • जब एक चुंबक के उत्तरी ध्रुव ($N$) को किसी दूसरे चुंबक के उत्तरी ध्रुव ($N$) के पास लाया जाता है, तो वे एक-दूसरे पर तीव्र धकेलने वाला (अपसारी) बल आरोपित करते हैं और दूर हटते हैं।
   • ठीक इसी प्रकार, जब एक चुंबक का दक्षिणी ध्रुव ($S$) दूसरे चुंबक के दक्षिणी ध्रुव ($S$) के सम्मुख आता है, तब भी उनके मध्य शक्तिशाली प्रतिकर्षण बल कार्य करता है।
2. असमान ध्रुवों का आकर्षण (Attraction of Unlike Poles):
   • जब एक चुंबक के उत्तरी ध्रुव ($N$) को दूसरे चुंबक के दक्षिणी ध्रुव ($S$) के पास लाया जाता है, तो वे एक-दूसरे पर प्रबल खिंचाव बल आरोपित करते हैं और आपस में चिपक जाते हैं।
3. दूरी पर निर्भरता:
   • चुंबकों के बीच लगने वाले आकर्षण अथवा प्रतिकर्षण बल की तीव्रता उनके मध्य की दूरी घटने पर बहुत तेजी से बढ़ती है। जैसे ही चुंबकों को थोड़ा दूर किया जाता है, बल का प्रभाव क्षीण हो जाता है।

5.2 खिलौना कारों द्वारा प्रायोगिक सत्यापन (NCERT क्रियाकलाप 6)

घर्षणरहित गतिमान अवस्था में आकर्षण और प्रतिकर्षण के नियमों को प्रत्यक्ष देखने के लिए दो छोटी प्लास्टिक खिलौना कारों (कार A और कार B) का प्रयोग किया जाता है:

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  खिलौना कारों द्वारा चुंबकीय अंतःक्रिया का परीक्षण       |
+------+----------------------+----------------------+--------------------+
| स्थिति| कार A पर लगा चुंबक   | कार B पर लगा चुंबक   | कारों की गतिज प्रतिक्रिया|
+------+----------------------+----------------------+--------------------+
| 1    | आगे = N, पीछे = S    | आगे = S, पीछे = N    | दोनों कारें तेजी से|
|      |                      |                      | एक-दूसरे की ओर दौड़|
|      |                      |                      | कर टकराती हैं      |
|      |                      |                      | (आकर्षण: N - S)    |
+------+----------------------+----------------------+--------------------+
| 2    | आगे = N, पीछे = S    | आगे = N, पीछे = S    | कार A को आगे बढ़ाने |
|      |                      |                      | पर कार B बिना छुए  |
|      |                      |                      | पीछे भागती है      |
|      |                      |                      | (प्रतिकर्षण: N - N) |
+------+----------------------+----------------------+--------------------+
| 3    | आगे = S, पीछे = N    | आगे = S, पीछे = N    | कार B पुनः पीछे की ओर|
|      |                      |                      | भागती है           |
|      |                      |                      | (प्रतिकर्षण: S - S) |
+------+----------------------+----------------------+--------------------+
| 4    | आगे = S, पीछे = N    | आगे = N, पीछे = S    | दोनों कारें पुनः पास|
|      |                      |                      | आकर चिपक जाती हैं  |
|      |                      |                      | (आकर्षण: S - N)    |
+------+----------------------+----------------------+--------------------+

प्रायोगिक विधि एवं प्रेक्षण:

1. दोनों प्लास्टिक कारों की छतों पर रबर बैंड की सहायता से एक-एक छड़ चुंबक लंबाई के अनुदिश दृढ़ता से बांधें।
2. स्थिति 1 में कार A का उत्तरी ध्रुव आगे रखें और कार B का दक्षिणी ध्रुव आगे रखें। दोनों को चिकने फर्श पर आमने-सामने कुछ सेंटीमीटर की दूरी पर रखें। छोड़ते ही दोनों कारें आकर्षण बल के कारण एक-दूसरे की ओर झपटती हैं और जुड़ जाती हैं।
3. स्थिति 2 में कार B के चुंबक को उलट दें ताकि दोनों कारों के आमने-सामने उत्तरी ध्रुव ($N-N$) आ जाएं। अब जब कार A को धीरे-धीरे कार B की ओर खिसकाया जाता है, तो कार B बिना छुए ही आगे की ओर लुढ़कने लगती है।
4. यह प्रयोग अकाट्य रूप से सिद्ध करता है कि समान ध्रुव बिना छुए भी यांत्रिक प्रतिकर्षण बल उत्पन्न करते हैं।

5.3 प्रतिकर्षण ही चुंबकत्व की एकमात्र निश्चित कसौटी क्यों है? (महत्वपूर्ण वैज्ञानिक विश्लेषण)

प्रायोगिक परीक्षाओं में विद्यार्थियों के सामने प्रायः एक अज्ञात धात्विक छड़ रखकर पूछा जाता है कि क्या यह छड़ एक स्थायी चुंबक है या केवल साधारण लोहे का टुकड़ा?

अधिकांश छात्र यह गलत उत्तर देते हैं कि 'यदि वह छड़ किसी चुंबक की ओर आकर्षित हो जाए, तो वह चुंबक है।' यह निष्कर्ष वैज्ञानिक रूप से पूर्णतः भ्रामक है।

आकर्षण एक अनिश्चित (द्विअर्थी) परीक्षण क्यों है?

एक साधारण अचुंबकित नर्म लोहे की छड़ के व्यवहार पर विचार कीजिए:

• जब एक ज्ञात छड़ चुंबक के उत्तरी ध्रुव ($N$) को अचुंबकित लोहे की छड़ के सिरे 1 के पास लाया जाता है, तो लोहे की छड़ आकर्षित होकर चिपक जाती है।
• अब यदि उसी छड़ चुंबक के दक्षिणी ध्रुव ($S$) को लोहे की छड़ के उसी सिरे 1 के पास लाया जाए, तो वह सिरा पुनः आकर्षित होकर चिपक जाता है।
• यही प्रक्रिया सिरे 2 के साथ दोहराने पर भी दोनों ध्रुव (N और S) उसे आकर्षित ही करते हैं।

[आकर्षण दो बिल्कुल अलग स्थितियों में संभव है]:
1. चुंबक (N)  <--- आकर्षण --->  चुंबक (S)          [दो वास्तविक चुंबकों के बीच]
2. चुंबक (N/S)<--- आकर्षण --->  अचुंबकित लोहा      [चुंबक और साधारण लोहे के बीच]

[प्रतिकर्षण केवल और केवल एक ही विशिष्ट स्थिति में संभव है]:
1. चुंबक (N)  <=== प्रतिकर्षण ===>  चुंबक (N)      [केवल दो वास्तविक चुंबकों के
   चुंबक (S)  <=== प्रतिकर्षण ===>  चुंबक (S)       समान ध्रुवों के बीच]

वैज्ञानिक कारण (चुंबकीय प्रेरण):

जब किसी अचुंबकित लोहे के टुकड़े के पास चुंबक का कोई भी ध्रुव आता है, तो वह चुंबकीय प्रेरण द्वारा लोहे के समीपवर्ती सिरे पर तात्कालिक रूप से विपरीत ध्रुव उत्पन्न कर देता है। अतः एक चुंबक अचुंबकित लोहे को अपने दोनों ध्रुवों से सदैव आकर्षित ही करता है।

प्रतिकर्षण की अचूक शक्ति:

• एक अचुंबकित लोहे का टुकड़ा किसी भी चुंबक के किसी भी ध्रुव द्वारा कभी भी प्रतिकर्षित नहीं हो सकता।
• प्रतिकर्षण केवल तभी संभव है जब सामने वाली वस्तु के भीतर पहले से ही अपना एक स्वतंत्र, स्थायी चुंबकीय क्षेत्र और ध्रुव उपस्थित हो, और दो समान ध्रुव ($N-N$ या $S-S$) आमने-सामने आएं।
• अतः यदि किसी अज्ञात छड़ का कोई एक सिरा किसी चुंबक के एक ध्रुव द्वारा धकेला (प्रतिकर्षित) जाता है, तो यह शत-प्रतिशत सिद्ध हो जाता है कि वह अज्ञात छड़ एक वास्तविक चुंबक है।

चुंबकत्व का स्वर्णिम सिद्धांत: आकर्षण चुंबक और अचुंबकित चुंबकीय पदार्थों का साझा लक्षण है, जबकि प्रतिकर्षण ही चुंबकत्व की एकमात्र निश्चित, प्रामाणिक एवं अचूक कसौटी है।

6.1 चुंबकीय प्रेरण का सिद्धांत: साधारण लोहे को चुंबक में बदलना

भौतिक विज्ञान का एक अत्यंत कौतूहलपूर्ण और व्यावहारिक पहलू यह है कि हम अपने घर अथवा विद्यालय की प्रयोगशाला में उपस्थित किसी साधारण लोहे की वस्तु—जैसे सिलाई की सुई, स्टील की पेपरक्लिप, लोहे की कील अथवा आरी के ब्लेड (Hacksaw Blade)—को बिना किसी जटिल रासायनिक प्रक्रिया के एक कार्यशील चुंबक में रूपांतरित कर सकते हैं।

इस प्रक्रिया का आधार चुंबकीय प्रेरण (Magnetic Induction) और आंतरिक डोमेन संरेखण है। एक सामान्य अचुंबकित सिलाई की सुई के भीतर उपस्थित अरबों परमाण्विक चुंबकीय डोमेन बेतरतीब दिशाओं में बिखरे रहते हैं। जब एक शक्तिशाली स्थायी चुंबक को सुई की सतह पर एक ही दिशा में बार-बार दृढ़ता से रगड़ा जाता है, तो चुंबक का बाह्य चुंबकीय क्षेत्र उन सभी अव्यवस्थित डोमेन पर एकदिशीय खिंचाव बल आरोपित करता है। इस यांत्रिक प्रक्रिया से सभी डोमेन एक दूसरे के समानांतर पंक्तिबद्ध हो जाते हैं, और वह साधारण सुई स्वयं एक स्वतंत्र चुंबक बन जाती है।

6.2 एकल-स्पर्श विधि (Single-Touch Stroking Method) की मानक प्रक्रिया

प्रयोगशाला में किसी लोहे की पत्ती या सुई को चुंबकित करने की सबसे सरल एवं प्रामाणिक विधि एकल-स्पर्श विधि (NCERT / SCERT क्रियाकलाप 6) कहलाती है।

         चरण 1: चुंबक को सिरे A पर रखें        चरण 2: सिरे B की ओर दृढ़ता से रगड़ें
             [N] [S]                              [N] [S] ───► ───►
             +-----+                              +-----+
             |     |                              |     |
             ▼     ▼                              ▼     ▼
          +-------------------------------------------------------------+
          | A (प्रारंभिक सिरा)       लोहे की पत्ती / सिलाई सुई        B (अंतिम सिरा) |
          +-------------------------------------------------------------+
             ▲                                                     │
             │                                                     ▼
             └────── चुंबक को हवा में ऊंचा उठाकर पुनः सिरे A पर लाएं ──────┘
                               (30 से 40 बार दोहराएं)

आवश्यक सामग्री:

• एक अचुंबकित स्टील की सिलाई सुई अथवा लोहे की पतली पत्ती ($6-8\text{ सेमी}$ लंबी)।
• एक शक्तिशाली छड़ चुंबक।
• समतल लकड़ी की मेज।
• कुछ छोटी आलपिनें अथवा लोहे का बुरादा (परीक्षण हेतु)।

चरणबद्ध कार्यविधि:

1. सिलाई की सुई को लकड़ी की मेज पर बिल्कुल सीधा और स्थिर लिटा दें।
2. छड़ चुंबक को अपने हाथ में लें और उसके किसी एक ध्रुव—मान लीजिए उत्तरी ध्रुव ($N$)—को सुई के एक सिरे (सिरे A) पर रखें।
3. अब चुंबक को बिना उठाए और बिना तिरछा किए, सुई के ऊपर दृढ़तापूर्वक दबाते हुए सिरे A से दूसरे सिरे (सिरे B) तक एक ही झटके में घसीटें।
4. जैसे ही चुंबक सिरे B पर पहुंचे, उसे सुई से अलग करके हवा में कम से कम 15 से 20 सेंटीमीटर ऊंचा उठा लें।
5. चुंबक को हवा में ही घुमाकर वापस प्रारंभिक सिरे A पर लाएं, उसी उत्तरी ध्रुव ($N$) को पुनः सिरे A पर रखें और फिर से सिरे B की ओर घसीटें।
6. इस एकदिशीय रगड़ की पूरी प्रक्रिया को 30 से 40 बार लगातार दोहराएं।

दो गंभीर त्रुटियां जिनसे बचना अनिवार्य है:

• कभी भी आगे-पीछे (दोतरफा) न रगड़ें: यदि आप चुंबक को आगे ले जाकर वापस उसी रास्ते से पीछे खींचेंगे, तो आगे जाने वाली रगड़ डोमेन को सीधा करेगी और पीछे लौटने वाली रगड़ उन्हें पुनः अस्त-व्यस्त कर देगी। परिणाम स्वरूप सुई कभी चुंबकित नहीं होगी।
• बीच में चुंबक का ध्रुव न बदलें: यदि आपने उत्तरी ध्रुव से रगड़ना शुरू किया है, तो सभी 40 चक्र उसी उत्तरी ध्रुव से ही पूरे करें। बीच में दक्षिणी ध्रुव लगाने से संरेखण नष्ट हो जाता है।

6.3 प्रेरित ध्रुवता निर्धारण का वैज्ञानिक नियम

एकल-स्पर्श विधि द्वारा चुंबकित की गई सुई में कौन सा सिरा उत्तरी ध्रुव बनेगा और कौन सा दक्षिणी ध्रुव, इसका एक निश्चित भौतिक नियम है:

$$\begin{cases} \text{प्रारंभिक सिरा (A):} & \text{रगड़ने वाले ध्रुव के \textbf{समान} ध्रुवता प्राप्त करता है} \\ \text{अंतिम / उठाने वाला सिरा (B):} & \text{रगड़ने वाले ध्रुव की \textbf{विपरीत} ध्रुवता प्राप्त करता है} \end{cases}$$

उदाहरणार्थ:

• यदि आपने छड़ चुंबक के उत्तरी ध्रुव ($N$) से सिरे A से सिरे B की ओर रगड़ा है:
  • जैसे-जैसे उत्तरी ध्रुव सिरे B की ओर बढ़ता है, वह सुई के परमाणुओं के दक्षिणी ध्रुवों को सिरे B की ओर आकर्षित करके खींच लेता है।
  • अतः सुई का अंतिम सिरा B एक दक्षिणी ध्रुव ($S$) बन जाता है।
  • स्वाभाविक रूप से, सुई का प्रारंभिक सिरा A एक उत्तरी ध्रुव ($N$) बन जाता है।
• परीक्षण: जब इस सुई को आलपिनों के ढेर के पास लाया जाता है, तो आलपिनें तुरंत उछलकर सुई के दोनों सिरों से चिपक जाती हैं, जिससे सिद्ध होता है कि सुई एक कार्यशील चुंबक बन चुकी है।

6.4 जल पर तैरते घरेलू चुंबकीय कंपास का निर्माण (क्रियाकलाप 7)

अपनी नव-निर्मित चुंबकित सुई की सहायता से आप एक अत्यंत संवेदनशील और वास्तविक घरेलू दिशा-सूचक यंत्र (कंपास) तैयार कर सकते हैं:

                          साफ जल से भरा कटोरा
                     +~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~+
                     |         \       /         |
                     |       +-----------+       |
      (उत्तर की ओर)  |  ◄════| कॉर्क का  |════►  |(दक्षिण की ओर)
      चुंबकित सुई    |       | चपटा टुकड़ा|      |
                     |       +-----------+       |
                     |         /       \         |
                     +~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~+

निर्माण विधि:

1. एकल-स्पर्श विधि द्वारा चुंबकित की गई सिलाई की सुई लें।
2. किसी बोतल के कॉर्क का एक छोटा, चपटा गोल टुकड़ा (लगभग 5 मिमी मोटा), थर्माकोल का छोटा टुकड़ा अथवा किसी वृक्ष का चौड़ा सूखा पत्ता लें।
3. सुई को बड़ी सावधानी से कॉर्क के टुकड़े के आर-पार क्षैतिज रूप से पिरो दें, ताकि सुई कॉर्क के केंद्र में संतुलित रहे।
4. कांच अथवा प्लास्टिक के एक चौड़े उथले कटोरे में साफ नल का पानी भरें।
5. कॉर्क के टुकड़े को (सुई सहित) पानी की सतह पर धीरे से तैरा दें। यह ध्यान रखें कि सुई सीधे पानी में न डूबे और कॉर्क कटोरे के किनारों को न छुए।

अवलोकन एवं दैशिक कार्यप्रणाली:

• पानी की सतह लगभग घर्षणरहित होती है। कॉर्क तुरंत जल पर तैरते हुए धीरे-धीरे घूमने लगता है।
• कुछ ही पलों में कॉर्क का घूमना बंद हो जाता है और चुंबकित सुई ठीक उत्तर-दक्षिण दिशा में आकर स्थिर हो जाती है।
• यदि आप उंगली से कॉर्क को किसी भी दिशा में घुमाकर छोड़ दें, तो वह जल पर दोलन करके पुनः ठीक उसी पुरानी उत्तर-दक्षिण सीध में आकर ठहर जाएगा।
• प्रातःकालीन सूर्य (पूर्व दिशा) की सहायता से सुई के उत्तर की ओर संकेत करने वाले सिरे की पहचान करें और उस पर लाल नेलपॉलिश या पेंट लगा दें। इस प्रकार आपका घरेलू समुद्री कंपास पूर्णतः तैयार हो जाता है।

7.1 चुंबकत्व नष्ट होने (विचुंबकन - Demagnetization) के भौतिक कारण

एक बार निर्मित हो जाने के बाद कोई भी स्थायी चुंबक सदैव के लिए अपनी चुंबकीय शक्ति बनाए नहीं रख सकता। यदि उसके साथ भौतिक रूप से दुर्व्यवहार किया जाए अथवा उसे प्रतिकूल तापीय परिस्थितियों में रखा जाए, तो उसके भीतर का व्यवस्थित डोमेन संरेखण नष्ट हो जाता है और चुंबक अपनी शक्ति खो देता है। इस प्रक्रिया को विचुंबकन (Demagnetization) कहा जाता है।

[समानांतर व्यवस्थित डोमेन: शक्तिशाली चुंबक]
      ════►   ════►   ════►   ════►   (स्थायी चुंबकत्व)
                        │
                        ▼ (ऊष्मा, चोट अथवा पतन का प्रभाव)
[अस्त-व्यस्त बिखरे हुए डोमेन: शून्य बाह्य बल]
      ▲   ◄   ▼   ►   ↗   ↙   ↖   ↘   (विचुंबकित / निष्प्रभावी पत्थर)

चुंबक के चुंबकत्व ह्रास के तीन मुख्य भौतिक कारण निम्नलिखित हैं:

1. अत्यधिक गर्म करना (तापीय विक्षोभ - Thermal Agitation)

• जब किसी चुंबक को गैस बर्नर, मोमबत्ती अथवा अंगीठी की ज्वाला पर तेज गर्म किया जाता है, तो ऊष्मा के कारण धातु के परमाणुओं में अत्यधिक तीव्र गतिज कंपन होने लगता है।
• यह हिंसक तापीय कंपन उन सूक्ष्म बलों को तोड़ देता है जो चुंबकीय डोमेन को समानांतर बांधे रखते हैं। सभी डोमेन छिन्न-भिन्न होकर पुनः यादृच्छिक दिशाओं में बिखर जाते हैं।
• प्रत्येक चुंबकीय पदार्थ का एक निश्चित ताप होता है जिसे क्यूरी ताप (Curie Point) कहते हैं (शुद्ध लोहे के लिए यह $770^\circ\text{C}$ होता है)। इस ताप पर पहुंचते ही चुंबक का सारा चुंबकत्व तात्कालिक रूप से नष्ट हो जाता है और वह साधारण अचुंबकीय धातु में बदल जाता है।

2. हथौड़े से पीटना या चोट मारना (यांत्रिक आघात)

• यदि किसी चुंबक को भारी लोहे के हथौड़े से बार-बार पीटा जाए अथवा ठोस निहाई पर पटका जाए, तो धातु के क्रिस्टल जालक में तीव्र यांत्रिक आघात तरंगें (Shockwaves) संचरित होती हैं।
• ये झटके परमाणुओं के चुंबकीय संरेखण को उनकी बंधी हुई अवस्था से विस्थापित कर देते हैं, जिससे चुंबकत्व क्षीण हो जाता है।

3. ऊंचाई से कठोर फर्श पर गिराना

• मेज, अलमारी या छत से चुंबक के कठोर सीमेंट या पत्थर के फर्श पर बार-बार गिरने से उसमें अचानक तीव्र मंदन (Deceleration) और यांत्रिक कंपन उत्पन्न होते हैं, जो धीरे-धीरे उसके चुंबकत्व को समाप्त कर देते हैं।

7.2 स्वतः विचुंबकन एवं चुंबकीय रक्षकों (Keepers) द्वारा सुरक्षित भंडारण

चुंबक को आग और चोट से बचाने के बावजूद, यदि दो छड़ चुंबकों को अलमारी में बिना किसी सुरक्षा के खुला छोड़ दिया जाए, तो वे कुछ वर्षों में स्वतः ही कमजोर हो जाते हैं। इसे स्वतः विचुंबकन (Self-Demagnetization) कहते हैं:

• किसी अकेले छड़ चुंबक के दोनों सिरों पर उपस्थित मुक्त ध्रुव (Free Poles) अपने ही चुंबक के भीतर एक विपरीत दिशा वाला 'विचुंबकन क्षेत्र' उत्पन्न करते हैं, जो धीरे-धीरे किनारों के डोमेन को उलट देता है।

इस प्राकृतिक ह्रास को रोकने के लिए छड़ चुंबकों और नाल चुंबकों का भंडारण विशिष्ट चुंबकीय रक्षकों (Magnetic Keepers) की सहायता से किया जाता है।

[छड़ चुंबकों का रक्षकों सहित सुरक्षित भंडारण]
            नर्म लोहे की पट्टी (रक्षक - Keeper)
         +----------------------+
         |                      |
         +----------------------+
         | N                  S |  <-- छड़ चुंबक 1
         +----------------------+
         | अचुंबकीय लकड़ी की पट्टी|  <-- लकड़ी का पृथक्कारी (Spacer)
         +----------------------+
         | S                  N |  <-- छड़ चुंबक 2 (विपरीत ध्रुव पास-पास)
         +----------------------+
         |                      |
         +----------------------+
            नर्म लोहे की पट्टी (रक्षक - Keeper)

भंडारण के अनिवार्य नियम (Guidelines for Storage):

1. विपरीत ध्रुवों का जोड़ा बनाना: छड़ चुंबकों को सदैव विपरीत ध्रुवों को एक ही तरफ रखकर जोड़ों में रखा जाना चाहिए (चुंबक 1 के उत्तरी ध्रुव N के पास चुंबक 2 का दक्षिणी ध्रुव S होना चाहिए)।
2. लकड़ी का पृथक्कारी (Wooden Spacer): दोनों छड़ चुंबकों के बीच में एक सूखी लकड़ी अथवा प्लास्टिक की अचुंबकीय पट्टी रखी जाती है ताकि दोनों के शरीर सीधे आपस में टकराकर खरोंच न खाएं।
3. नर्म लोहे के रक्षक (Soft Iron Keepers): दोनों विपरीत सिरों पर नर्म लोहे की दो चपटी पट्टियां लगाई जाती हैं।
4. बंद चुंबकीय परिपथ का सिद्धांत: चूंकि नर्म लोहा चुंबकीय प्रेरण द्वारा तुरंत चुंबकित हो जाता है, अतः चुंबक 1 के N ध्रुव से निकलने वाली चुंबकीय बल रेखाएं हवा में फैलने के बजाय सीधे नर्म लोहे के रक्षक में प्रवेश करती हैं, वहाँ से चुंबक 2 के S ध्रुव में, उसके शरीर से होकर उसके N ध्रुव में, और दूसरे रक्षक से होकर पुनः चुंबक 1 के S ध्रुव में लौट आती हैं।
   • इस प्रकार एक अखंड, सतत बंद चुंबकीय लूप (Closed Magnetic Loop) बन जाता है।
   • हवा में चुंबकीय फ्लक्स का रिसाव शून्य हो जाता है और चुंबक दशकों तक अपनी पूरी शक्ति बनाए रखता है।
5. नाल चुंबक का भंडारण: नाल चुंबक (U-आकार) के दोनों ध्रुव (N और S) पहले से ही एक ही तल पर पास-पास होते हैं, अतः इसके दोनों ध्रुवों के ऊपर केवल एक अकेला नर्म लोहे का रक्षक चिपका कर रखा जाता है।

7.3 संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से दूरी संबंधी सावधानियां

शक्तिशाली स्थायी चुंबक अपने चारों ओर तीव्र चुंबकीय क्षेत्र उत्सर्जित करते हैं जो दीवारों और प्लास्टिक को भेदकर आर-पार जा सकता है। अतः चुंबकों को निम्नलिखित संवेदनशील उपकरणों से सदैव दूर रखना चाहिए:

• एटीएम, डेबिट एवं क्रेडिट कार्ड: इन कार्डों की पिछली सतह पर एक गहरी काली चुंबकीय पट्टी (Magnetic Stripe) होती है, जिसमें उपयोगकर्ता का खाता नंबर और सुरक्षा कोड सूक्ष्म चुंबकीय कणों के पैटर्न के रूप में दर्ज होता है। यदि कोई चुंबक इस पट्टी के संपर्क में आ जाए, तो उसका चुंबकीय क्षेत्र इस डिजिटल डेटा को तुरंत मिटा देता है और कार्ड बेकार हो जाता है।
• कंप्यूटर हार्ड डिस्क एवं लैपटॉप: पारंपरिक कंप्यूटर हार्ड ड्राइव में डेटा चुंबकीय डिस्क (Platters) पर संचित होता है। चुंबक के संपर्क से हार्ड ड्राइव का डेटा भ्रष्ट (Corrupt) हो सकता है।
• ऑडियो एवं वीडियो कैसेट: पुराने टेप रिकॉर्डर की कैसेटों पर गाने चुंबकीय चूर्ण के संरेखण द्वारा रिकॉर्ड होते हैं। चुंबक लगाने पर आवाज मिट जाती है।
• सीआरटी टेलीविजन एवं मॉनिटर: चुंबक इनके भीतर चलने वाली इलेक्ट्रॉन किरणों को मोड़ देता है, जिससे स्क्रीन पर स्थायी रंगीन धब्बे पड़ जाते हैं।
• यांत्रिक घड़ियां (Mechanical Watches): घड़ी की बारीक हेयर-स्प्रिंग चुंबकित होकर चिपक जाती है, जिससे घड़ी समय गलत देने लगती है या रुक जाती है।

7.4 आधुनिक विज्ञान एवं उद्योग में चुंबकत्व के युगांतकारी अनुप्रयोग

चुंबकत्व केवल खिलौनों और आलपिनों तक सीमित नहीं है, अपितु 21वीं सदी की अत्याधुनिक तकनीक की रीढ़ है:

1. दैनिक घरेलू उपयोग:
   • रेफ्रिजरेटर के दरवाजे की सील: फ्रिज के दरवाजे की रबर की चौखट (Gasket) के भीतर लचीली चुंबकीय पट्टी लगी होती है, जो लोहे की कैबिनेट से वायुरोधी (Airtight) तरीके से चिपक जाती है और ठंडी हवा को बाहर निकलने से रोकती है।
   • पेंसिल बॉक्स, पर्स एवं अलमारी के कुंडे: बिना किसी ताले या चटकनी के स्वतः बंद होने वाले चुंबकीय लॉक्स।
   • आलपिन होल्डर: कार्यालयों में मेज पर रखा प्लास्टिक का छोटा डिब्बा जिसके मुंह पर गोल चुंबक लगा होता है जो आलपिनों को बिखरने से रोकता है।
2. ध्वनि एवं दूरसंचार उपकरण:
   • लाउडस्पीकर एवं हेडफोन: प्रत्येक स्पीकर के पीछे एक शक्तिशाली स्थायी वलय चुंबक और एक गतिशील तांबे की वॉयस कॉइल होती है। विद्युत संकेत आने पर कॉइल चुंबकीय क्षेत्र में कंपन करती है और ध्वनि उत्पन्न होती है।
   • माइक्रोफोन: ध्वनि कंपनों को विद्युत तरंगों में बदलने के लिए चुंबक का उपयोग।
3. भारी उद्योग एवं अपशिष्ट प्रबंधन:
   • क्रेन के विशाल विद्युत चुंबक: इस्पात कारखानों और कबाड़ के बड़े गोदामों में क्रेन की गोल चकती में शक्तिशाली विद्युत चुंबक लगा होता है। स्विच ऑन करते ही वह मलबे में से कई टन वजनी लोहे की प्लेटों और गाड़ियों को उठा लेता है, और स्विच ऑफ करते ही लोहा ठीक वांछित स्थान पर गिर जाता है।
4. तीव्रगामी रेल परिवहन: मैग्लेव ट्रेन (Maglev Trains):
   • जापान और चीन में चलने वाली 'मैग्नेटिक लेविटेशन' (Maglev) ट्रेनें पटरियों पर पहियों के सहारे नहीं चलतीं, बल्कि चुंबकीय प्रतिकर्षण बल की सहायता से ट्रैक से 10 से 15 सेंटीमीटर ऊपर हवा में तैरती हैं!
   • पहियों और पटरियों के बीच घर्षण शून्य हो जाने के कारण ये ट्रेनें बिना किसी झटके और ध्वनि के $500\text{ किमी/घंटा}$ से भी अधिक प्रचंड गति से दौड़ती हैं।
5. चिकित्सा विज्ञान: एमआरआई स्कैनर (MRI Scanner):
   • आधुनिक चिकित्सा में बीमारियों की पहचान हेतु 'मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग' (MRI) का उपयोग किया जाता है।
   • इसमें अति-चालक (Superconducting) चुंबकों द्वारा पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र से 60,000 गुना अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न किया जाता है। यह चुंबकीय क्षेत्र बिना किसी दर्द, सुई अथवा एक्स-रे के मानव मस्तिष्क और कोमल आंतरिक अंगों के अत्यंत स्पष्ट त्रिविमीय (3D) चित्र तैयार करता है।