विद्युत् चुंबक :मृदू लोखंडाच्या किंवा पोलादाच्या गाभ्याभोवती तारेचे वेटोळे गुंडाळून विद्युत् चुंबक बनवितात. या वेटोळ्यातून विद्युत् प्रवाह वाहताना गाभ्यात तात्पुरते तीव्र चुंबकत्व निर्माण होते आणि प्रवाह बंद केल्यावर हे चुंबकत्व जवळजवळ पूर्णपणे नाहीसे होते. विद्युत् घंटा, वजनदार वस्तू उचलणे, गतिरोधक, विद्युत् जनित्र व चलित्र, ध्वनिवर्धक चुंबकत्वाविषयीच्या इ. अनेक ठिकाणी विद्युत् चुंबक वापरतात. (या नोंदीत आलेल्या चुंबकत्वाविषयीच्या संज्ञांच्या स्पष्टीकरणासाठी ‘चुंबकत्व’ ही नोंद पहावी).
इ. स. १८२० च्या सुमारास हॅन्स क्रिश्चन ओर्स्टेड यांनी विद्युत् प्रवाहाचा उपयोग करून चुंबकीय पदार्थांत चुंबक गुण निर्माण करता येतात यासंबंधी मूलभूत संशोधन केले. अशाच प्रकारचे संशोधन याच सुमारास डॉमीनीक फ्रांस्वा ॲरागो व आंद्रे मारी अँपिअर या शास्त्रज्ञांनीही केले. त्यांच्या या प्राथमिक संशोधनाचा उपयोग करून १८२५ मध्ये विल्यम स्टर्जन यांनी व्यवहारात प्रत्यक्ष उपयोगी पडणारे विद्युत् चुंबक बनविण्यास सुरूवात केली. त्यासाठी मृदू लोखंडी गाभ्याभोवती बसविलेल्या संवाहक तारेच्या वेटोळ्यांतून विद्युत् प्रवाह जात असताना त्या गाभ्याला चुंबकत्व प्राप्त होते आणि प्रवाह थांबताच गाभ्यातील चुंबकत्वही नष्ट होते, या तत्त्वाचा उपयोग केला. विद्युत् चुंबकाचा उपयोग बिडाचे तुकडे, लोखंडी कतरण अशांसारखा चुंबकीय राशिमाल थेट आकर्षणाने धरून व यारीच्या साहाय्याने उचलण्यासाठी करता येते. या प्रकारच्या चुंबकांना उच्चालक (उत्थापक) विद्युत् चुंबक म्हणतात.
यांशिवाय विद्युत् ⇨परिनलिका, ⇨अभिचालित्र, ग्राम, विद्युत् मंडल खडक अशा उपकरणांमध्ये त्याचे लोखंडी दट्टे किंवा तरफा ओढण्यासाठीही विद्युत् चुंबक वापरतात. या चुंबकांना कर्षन विद्युत् चुंबक म्हणतात. विद्युत् चुंबकाचे अभिकल्प (आराखडे) तयार करताना, सुरक्षित तापमानाबाहेर उष्णता वाढू न देता, गाभ्यातून अपेक्षित शक्तीचे चुंबक क्षेत्र मिळविण्यासाठी विद्युत् प्रवाह, संवाहक तारेच्या वेटोळ्यावरील वेढ्यांची संख्या व तारेचे आकारमान, तसेच चुंबकीय गाभ्याचे क्षेत्र आणि आकारमान यांचा योग्य प्रकारे मेळ घालणे महत्त्वाचे असते. विद्युत् चुंबक निर्माण करण्यासाठी एकदिश (एका दिशेने वाहणारा) विद्युत् प्रवाह, तसेच प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशांनी वाहणारा) विद्युत् प्रवाहही वापरता येतो. सामान्यतः प्रत्यावर्ती प्रवाहावरील विद्युत् चुंबक एकदिश प्रवाहावरील विद्युत् चुंबकापेक्षा कमी कार्यक्षम असतो परंतु तो शीघ्र कार्यगती मिळविण्यासाठी सुलभ व उपयुक्त ठरतो. प्रत्यावर्ती प्रवाहावरील विद्युत् चुंबक गाभ्यामध्ये निर्माण होणारा आवर्तप्रवाह व त्यांपासून होणारा शक्तिऱ्हास कमी करण्यासाठी चुंबकाचा गाभा हा अतिपातळ पत्र्यापासून बनविलेल्या निरनिराळ्या पट्‌ट्यांच्या थरांचा बनवितात. या पट्‌ट्या एकमेकींपासून अलग करण्यासाठी त्यावर रोधक लेप असतो. यासाठी ३.५% सिलिकॉनमिश्रित पोलादी पत्रा वापराला, तर विद्युत् मंडलाचा शक्तिगुणक म्हणजे वेटोळ्याचा रोध आणि संरोध यांचे गुणोत्तर वाढून विद्युत् चुंबक त्वेरेने कार्यप्रवण होतो.
चिरचुंबकासाठी वापराल जाणारा गाभा हा विशेष धातुमिश्रित कठीण पोलादाचा बनविलेला असतो. अशा गाभ्याभोवतीच्या वेटोळ्यांतून विद्युत् प्रवाह पाठविल्यास त्यामुळे गाभ्यामध्ये चुंबक क्षेत्र निर्माण होतेच, परंतु गाभ्याभोवती संवाहक वेटोळ्यातील प्रवाह बंद केल्यानंतर किंवा वेटोळे काढून टाकल्यासही गाभ्यात निर्माण झालेले चुंबकीय क्षेत्र नष्ट न होता पुढेही कित्येक वर्षे तसेच टिकून राहते (म्हणजेच चिरचुंबकाच्या गाभ्यामध्ये चुंबकीय क्षेत्र राखून ठेवण्याची विशेष क्षमता असते). तशीच क्षमता इतर विद्युत् चुंबकांच्या गाभ्यामध्येही अगदी अल्प प्रमाणात असते. यास शेष चुंबकत्व म्हणतात. चिरचुंबकासाठी लोखंड-कोबाल्ट-मॉलिब्डेनम तसेच ॲल्युमिनियम-निकेल-कोबाल्ट अशा प्रकारचे मिश्रधातू प्रामुख्याने वापरतात [⟶ मिश्रधातु].
एखादा चुंबक चुंबकीय क्षेत्र ग्रहण करण्याची क्षमता असलेल्या दुसऱ्या वस्तूजवळ नेला, तर चुंबकीय प्रवर्तनाने दुसऱ्या वस्तूमध्ये विरूद्ध चुंबकीय ध्रुव निर्माण होऊन ती वस्तू चुंबकाकडे ओढली जाते. यामुळे दुसऱ्या वस्तूमध्ये निर्माण होणारी प्रेरणा असा प्रकारची असते की, ती वस्तू चुंबकीय क्षेत्राच्या एकंदर मार्गातील चुंबकीय रोध शक्य तेवढा कमी होईल, अशा तऱ्हेने चुंबकाकडे सरकते. चुंबकाची कर्षण प्रेरणा ही एकंदर क्षेत्ररेषांवर अवलंबून नसून तेथील क्षेत्ररेषांच्या घनतेवर असते, असे दिसून येईल. म्हणजे तेवढ्याच क्षेत्ररेषा निम्म्या क्षेत्रफळातून पाठविल्यास चुंबकाची कर्षक प्रेरणा दुप्पट होऊ शकते. निर्माण होणाऱ्या चुंबकीय क्षेत्ररेषा ह्या विद्युत् चालक प्रेरणेच्या (मंडलातून विद्युत् प्रवाह पाठविणाऱ्या प्रेरणेच्या) समप्रमाणात व चुंबकीय क्षेत्ररोधाच्या व्यस्त प्रमाणात असतात [⟶ चुंबकीय मंडले]. त्यामुळे विद्युत् प्रवाह किंवा वेटोळ्यातील वेढे वाढविल्यास क्षेत्ररेषांची संख्या त्या प्रमाणात वाढते. तसेच माध्यम बदलल्यास (कमी अधिक चुंबकीय पार्यतेच्या धातूंचा गाभा वापरल्यास) किंवा क्षेत्राचा आकार बदल्यास चुंबकीय रोध बदलतो. या प्रमाणे चुंबकीय मंडलाचा पाहिजे तो घटक योग्य त्या प्रमाणात बदलून पाहिजे असणारी प्रेरणा देणारे विद्युत् चुंबक अमिकल्पित करता येतात.
लोखंडी अवजड माल उचलणाऱ्या उच्चालक चुंबकांची शक्ती त्यांच्या दिवसभर काम करणाच्या हिशेबाने सरासरी वजन उचलण्याच्या क्षमतेने दाखविण्याची पद्धत आहे. वजन उचलणारे विद्युत् चुंबक तीन प्रकारचे आहे : कंकणाकृती, आयताकार आणि दोन चुंबकीय ध्रुव असणारे. हे सर्वच एकदिश प्रवाहावर काम करतात. यांपैकी कंकणाकृती चुंबक जास्त प्रचारात आहेत. लोखंडाचे तुकडे, लोखंडी रूळांचे भाग, लोखंडी नळ्या, पत्रे इ. वस्तू यारीच्या साहाय्याने उचलून आगगाडीच्या डब्यात अथवा बोटीत ठेवण्यासाठी या विद्युत् चुंबकाचा जास्त वापर करतात. ३०,००० किग्रॅ. वजनापर्यंतचे अवजड पोलादी भाग उचलण्यासाठी, तसेच एखाद्या बुडालेल्या जहाजाचे अवशेष समुद्रातून वर काढण्यासाठी मोठमोठे कंकणाकृती चुंबक वापरतात. दुसऱ्या दोन्ही प्रकारचे चुंबक (आयताकार व दोन ध्रुवांचे) लोखंडी नळ्या, तुळ्या, लोखंडी पत्रे यांसारख्या पण प्रमाणित आकार व आकारमान असलेल्या वस्तू यारीची साहाय्याने उचलून इकडून तिकडे हालविण्यासाठी वापरतात. यारीची हालचाल उलटसुलट करण्यासाठी गुंडाळीतून उलटसुलट दिशेने प्रवाह पाठविण्यात येतो आणि त्यातील शेष चुंबकत्व नष्ट करण्यासाठी विरुद्ध दिशेने थोडासा प्रवाह पाठवितात. त्यामुळे शेष चुंबकत्वामुळे विद्युत् चुंबकास चिकटून राहिलेले धातूचे लहानसहान भागही प्रतिसारणामुळे (दूर लोटण्याच्या क्रियेने) झटकन गळून पडतात. अशा वेळी विद्युत् मंडल खंडित झाल्यानंतर ठिणगीही पडत नाही व स्पर्शकाची झीजही होत नाही. हा उलट दिशेने प्रवाह पाठविणारा स्विचसुद्धा यारी चालविणाऱ्या वाहकाजवळच असतो. ह्या चुंबकास लागणारा विद्युत् प्रवाह बराच मोठा (१० ते २० अँपिअरपर्यंत) व मंडलाचा अवरोधही बराच मोठा असल्याने विद्युत् प्रवाह तोडताना स्पर्शकाचा नाश करणारी प्रज्योत (विद्युत् अग्रांदरम्यान आयनी−विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगटयुक्त−वायूचे विसर्जन टिकवून ठेवण्याची क्रिया) निर्माण होण्याची शक्यता असते. म्हणून यासाठी वापरलेल्या मंडल खंडकाची काळजीपूर्वक निवड करावी लागते. या मंडल खंडकामध्ये पुढील गोष्टी स्वयंचलित पद्धतीने साध्य व्हाव्या लागतात : (१) सुरुवातीस जास्त असलेला प्रवाह वेटोळ्याचे तापमान मर्यादित ठेवण्यासाठी कमी करणे (२) चुंबक मंडलातील ऊर्जा विसर्जनासाठी समांतरित विसर्जन रोधक जोडला जाणे व योग्य वेळी तो मंडलात आणणे व (३) मंडल खंडित होण्यापूर्वी काही काळ थोडा प्रवाह विरुद्ध दिशेने पाठविणे.
मोठ्या आकारमानाच्या विद्युत् चुंबकाच्या गाभ्यात व त्यांवरील वेटोळ्यात निर्माण होणारी उष्णता कमी करण्यासाठी शीतक म्हणून पाणी वापरतात. हे पाणी वेटोळ्यातून बसविलेल्या नळ्यांतून फिरवले जाते किंवा पुष्कळ वेळा वेटोळ्याचा प्रवाह वाहून नेणारा संवाहकच नळीसारख्या छेदाचा बनवून त्यातील पोकळ भागातून पाण्याचा प्रवाह फिरवला जातो.
फ्रान्सिस बिटर यांनी १९३६ मध्ये १,७०० किवॉ. विद्युत् शक्ती वापरून १० टेस्‌ला घनतेचे चुंबक क्षेत्र निर्माण करण्यात यश मिळविले. या चुंबकाची शीतन पद्धती बरीच क्लिष्ट होती. हा शीतनाचा प्रश्न सुलभ करण्यासाठी पीटर काप्यिट्स यांनी स्पंदित पद्धतीचे चुंबक वापरून ५० टेस्‌ला घनतेचे पण फक्त ०.००३ सेंकदापुरते चुंबक क्षेत्र निर्माण करण्यात यश मिळविले. तरीही तीव्रतर चुंबक क्षेत्र मिळविण्यात मात्र १९६० नंतरच लक्षणीय प्रगती झाली. या बाबतीत सी. एम्. फौलर, आर्. एस्. केअर्ड, डब्ल्यू. बी. गार्न आणि डी. बी. टॉमसन यांनी १,००० टेमसला घनतेचे चुंबक क्षेत्र काही मिमी. एवढ्या लहान भागात केवळ १० दशलक्षांश सेंकदभर मिळविण्यात यश मिळविले. काही जटिल प्रयोगांसाठी आवश्यकता भासल्यामुळे मॅसॅचूसेट्‌स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी येथील नॅशनल मॅग्नेट लॅबोरेटरीमध्ये २५ टेस्‌ला घनतेचे स्थिर चुंबक क्षेत्र निर्माण करण्यात आले. यामध्ये एकात एक असे तीन चुंबक साखळी पद्धतीने वापरून त्यायोगे सतत चुंबक क्षेत्र वृध्दी प्राप्त करता आली. यासाठी प्रतिमिनिट २,००० गॅलन पाणी शीतक म्हणून वापरावे लागले व १६,००० किवॉ. विद्युत् शक्ती खर्च झाली. विद्युत् चुंबकाच्या प्रगतीतील पुढच्या महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे अतिसंवाहक (विशिष्ट तापमानापर्यंत थंड केल्यास ज्या धातूंची वा मिश्रधातूंची विद्युत् संवाहकता अतिशय वाढून रोध शून्य होतो अशा धातूंचे) वेटोळे वापरून बनविलेला विद्युत् चुंबक होय. निओबियमझिर्कोनियम, तसेच व्हॅनेडियम-गॅलियम यांसारख्या अतिसंवाहकांचा उपयोग करून १० टेस्‌ला घनतेचे क्षेत्र निर्माण करणारे प्रायोगिक चुंबक प्रयोगशाळेत बनविता आले. तरीही यांच्या प्रत्यक्ष व्यावहारिक निर्मितीमध्ये अजूनही बऱ्याच तांत्रिक अडचणी शिल्लकच आहेत.
विद्युत् चुंबकांच्या उपयोगाचे क्षेत्र अतिशय विस्तृत असून प्रामुख्याने दोलनदर्शक [⟶ इलेक्ट्रॉनीय मापन], सायक्लोट्रॉन व बीटाट्रॉन यांसारख्या उपकरणांमध्ये फार मोठ्या शक्तीचे चुंबक विद्युत् भारित कणांना वर्तुळाकार गती देण्यासाठी वापरले जातात [⟶ कणवेगवर्धक]. बीटाट्रॉनमध्ये प्रवेगी चुंबक क्षेत्राच्या साहाय्याने भारित सूक्ष्मकणांना प्रकाशाच्या जवळपासची गती देता येते तर याउलट सायक्लोट्रॉनमध्ये प्रवेगी चुंबक क्षेत्राच्या साहाय्याने भारित जड कणांना मर्यादित प्रमाणात गतिमान करता येते. पदार्थांचे चुंबकीय परीक्षण, चुंबकीय प्रकाशीय संशोधन, किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणारे) प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा), औष्णिक अणुकेंद्रीय प्रक्रिया नियंत्रण यांसारख्या कार्यांसाठीही विद्युत् चुंबक वापरतात. तसेच लहान आकारमानाचे विद्युत् चुंबक ध्वनीच्या चुंबकीय अभिलेखनासाठी (चुंबकीय फीत मुद्रणासाठी) आणि ध्वनिवर्धकासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. अनेक प्रकारच्या विद्युत् चुंबकीय उपकरणांत मृदू लोखंडाचा एक तुकडा (स्पर्शक) हा एकूण विद्युत् चुंबकीय मंडलाचा एक भाग असून वेटोळ्यांतून प्रवाह जाताच हा स्पर्शक एका दिशेने स्प्रिंगच्या ताणाविरुद्ध ओढला जातो. असा तो ओढला जाताच विद्युत् मंडल तेवढ्यापुरते खंडित होऊन चुंबकातील चुंबकत्व नष्ट होते व तो स्पर्शक स्प्रिंगमुळे आपल्या पूर्वीच्या जागी जाऊन मंडलातील विद्युत् प्रवाह परत सुरू होतो, अशा प्रकारे यांत्रिक आंदोलक क्रिया मिळविण्यासाठी विद्युत् चुंबकाचा वापर होतो. अशा विद्युत् चुंबक व स्पर्शक यांचा उपयोग करून अनेक विद्युत् उपकरणे कार्य करतात. उदा., विद्युत् घंटा, विद्युत् चुंबकीय हातोडा, स्वयंचलित वाहनांचे कर्णे वगैरे. विद्युत् जनित्रे व विद्युत् चलित्रे यांमध्येही विद्युत् चुंबक वापरतात [⟶ विद्युत् जनित्र विद्युत् चलित्र]. तसेच मोठ्या प्रमाणात विद्युत् चुंबक क्षेत्र निर्माण करून त्या गतिमान चुंबक क्षेत्राद्वारे मोठ्या वाहनांनी गती व दिशा देण्याचा प्रयत्न चालू आहे. याबाबत एरिक लेथवाइट आणि इतरांचे प्रयोग चालू असून नजीकच्या काळात या तत्त्वांचा वापर केलेल्या वेगवान गाड्या व बोटी प्रचारात येण्याची दाट शक्यता आहे.
पहा : अतिसंवाहकता परिनलिका पोलाद मिश्रधातु
संदर्भ : 1. Fink, D. G. Beaty, H. W., Eds., Standard Handbook for Electrical Engineers, New York, 1973.
2. Purcell, Electricity and Magnetism, New York, 1984.
3. Windred, G. Electromagnets and Windings, London, 1943.
बापट, प्र. रा.
“