Magnetism & Magnetic Materials

By Utkersh Bora

​Magnetism
&
Magnetic Materials

Magnetic Field Lines and Its Properties

Definition & Description परिभाषा एवं विवरण

Magnetic field lines are imaginary lines that represent the direction and strength of a magnetic field. The tangent at any point on the field line gives the direction of the magnetic field at that point. The density of field lines indicates the strength of the magnetic field.
चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ काल्पनिक रेखाएँ होती हैं जो चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और परिमाण को दर्शाती हैं। किसी भी बिंदु पर रेखा के स्पर्शरेखा से उस बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा ज्ञात होती है। रेखाओं का घनत्व चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता को दर्शाता है।

Properties: गुण:

• Magnetic field lines are continuous closed curves.

• They emerge from the north pole of a magnet and enter the south pole outside the magnet.

• Inside the magnet, they move from the south pole to the north pole.

• The closer the field lines, the stronger the magnetic field.

• Field lines never intersect.

• चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ निरंतर बंद वक्र होती हैं।

• वे चुम्बक के उत्तर ध्रुव से निकलकर बाहर दक्षिण ध्रुव में प्रवेश करती हैं।

• चुम्बक के अंदर, ये दक्षिण ध्रुव से उत्तर ध्रुव की ओर जाती हैं।

• रेखाएँ जितनी पास-पास हों, चुंबकीय क्षेत्र उतना ही प्रबल होता है।

• चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ कभी भी एक-दूसरे को नहीं काटतीं।

Multiple Choice

Magnetic field lines inside a bar magnet go from: चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ चुम्बक के अंदर किस दिशा में जाती हैं?

• North to South / उत्तर से दक्षिण

• South to North / दक्षिण से उत्तर

• East to West / पूर्व से पश्चिम

• None of these / इनमें से कोई नहीं

Multiple Choice

The strength of the magnetic field is greater where field lines are:
चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति अधिक होती है जहाँ क्षेत्र रेखाएँ:

• Far apart / दूर-दूर हों

• Close together / पास-पास हों

• Curved / मुड़ी हुई हों

• Straight / सीधी हों

Multiple Choice

Magnetic field lines never intersect because:
चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ कभी एक-दूसरे को नहीं काटतीं क्योंकि:

• They are imaginary / वे काल्पनिक होती हैं

• Two directions of field at one point are impossible / एक बिंदु पर क्षेत्र की दो दिशाएँ असंभव हैं

• They form closed loops / वे बंद वक्र बनाती हैं

• Magnetic monopoles do not exist / चुंबकीय एकध्रुव नहीं होते

Earth’s Magnetic Field and Its Cause

Definition & Description परिभाषा एवं विवरण

The Earth itself behaves like a giant bar magnet with its magnetic field extending into space. The Earth’s magnetic field is caused mainly by the motion of molten iron and nickel in its outer core, which creates a geodynamo effect.
पृथ्वी स्वयं एक विशाल दंड चुंबक की तरह व्यवहार करती है, जिसका चुंबकीय क्षेत्र अंतरिक्ष तक फैला हुआ है। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र मुख्यतः उसके बाहरी कोर में पिघले हुए लोहे और निकल के प्रवाह से उत्पन्न होता है, जो भू-डायनेमो प्रभाव पैदा करता है।

Multiple Choice

The main cause of Earth’s magnetic field is:
पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का मुख्य कारण है:

• The Sun’s radiation / सूर्य का विकिरण

• Motion of molten metals in the outer core / बाहरी कोर में पिघले हुए धातुओं का प्रवाह

• Magnetic rocks in the crust / भूपर्पटी में चुंबकीय चट्टानें

• Rotation of the Moon / चंद्रमा का घूर्णन

Multiple Choice

The Earth’s magnetic south pole is located near its:
पृथ्वी का चुंबकीय दक्षिण ध्रुव स्थित है उसके:

• Geographic South Pole / भौगोलिक दक्षिण ध्रुव

• Geographic North Pole / भौगोलिक उत्तर ध्रुव

• Equator / भूमध्य रेखा

• None of these / इनमें से कोई नहीं

Multiple Choice

The process generating the Earth’s magnetic field is called:
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाली प्रक्रिया को कहते हैं:

• Electromagnetic induction / विद्युतचुंबकीय प्रेरण

• Geodynamo effect / भू-डायनेमो प्रभाव

• Thermoelectric effect / ऊष्मा-वैद्युत प्रभाव

• Hall effect / हॉल प्रभाव

Components of Earth’s Magnetic Field

​Definition & Description परिभाषा एवं विवरण

The magnetic field of the Earth at any point can be resolved into three components:

1. Horizontal Component (H) — The component parallel to the Earth’s surface.

2. Vertical Component (Z) — The component perpendicular to the Earth’s surface.

3. Magnetic Declination and Dip — Declination is the angle between geographic and magnetic meridian; Dip (inclination) is the angle between the total field and horizontal.

पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को किसी भी स्थान पर तीन घटकों में विभाजित किया जा सकता है:

1. क्षैतिज घटक (H) — पृथ्वी की सतह के समानांतर घटक।

2. ऊर्ध्वाधर घटक (Z) — पृथ्वी की सतह के लम्बवत घटक।

3. चुंबकीय विचलन और झुकाव — विचलन भौगोलिक और चुंबकीय मध्याह्न के बीच का कोण है; झुकाव कुल क्षेत्र और क्षैतिज के बीच का कोण है।

Multiple Choice

The angle between the total magnetic field and the horizontal is called:
कुल चुंबकीय क्षेत्र और क्षैतिज के बीच का कोण कहलाता है:

• Declination / विचलन

• Dip / झुकाव

• Azimuth / आज़िमुथ

• Latitude / अक्षांश

Multiple Choice

Horizontal component of Earth’s field is maximum at:
पृथ्वी के क्षेत्र का क्षैतिज घटक अधिकतम होता है:

• Poles / ध्रुवों पर

• Equator / भूमध्य रेखा पर

• Tropics / उष्ण कटिबंधों पर

• 45° latitude / 45° अक्षांश पर

Multiple Choice

Vertical component of Earth’s magnetic field is zero at:
पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का ऊर्ध्वाधर घटक शून्य होता है:

• Poles / ध्रुवों पर

• Equator / भूमध्य रेखा पर

• Mid-latitudes / मध्य अक्षांशों पर

• Nowhere / कहीं नहीं

Magnetic Field

Definition & Description
A magnetic field is a region in space where a magnetic force is experienced by a moving charge or a magnetic dipole. It is a vector quantity, denoted by B, and is measured in Tesla (T). The magnetic field can be produced by magnets or by moving electric charges (currents).

चुंबकीय क्षेत्र वह क्षेत्र है जहाँ गतिमान आवेश या चुंबकीय द्विध्रुव पर चुंबकीय बल लगता है। यह एक सदिश राशि है, जिसे B द्वारा दर्शाया जाता है और इसे टेस्ला (T) में मापा जाता है। चुंबकीय क्षेत्र स्थायी चुम्बक या गतिमान विद्युत आवेश (धारा) द्वारा उत्पन्न हो सकता है।

Multiple Choice

The SI unit of magnetic field is:
चुंबकीय क्षेत्र की SI इकाई है:

• Weber / वेबर

• Tesla / टेस्ला

• Gauss / गॉस

• Henry / हेनरी

Multiple Choice

A magnetic field exerts force on:
चुंबकीय क्षेत्र बल लगाता है:

• Only stationary charges / केवल स्थिर आवेशों पर

• Only moving charges / केवल गतिमान आवेशों पर

• Both stationary and moving charges / स्थिर और गतिमान दोनों आवेशों पर

• None of these / इनमें से कोई नहीं

Multiple Choice

Magnetic field is a:
चुंबकीय क्षेत्र है:

• Scalar quantity / अदिश राशि

• Vector quantity / सदिश राशि

• Dimensionless quantity / बिनाएकाई राशि

• None / कोई नहीं

Intensity of Magnetising Field (H)

Definition & Description
The intensity of the magnetising field is the measure of the magnetising force that produces a magnetic field in a material. It is denoted by H and measured in A/m (ampere per metre). It depends on the current and the geometry of the coil producing the field.

चुंबकित करने वाले क्षेत्र की तीव्रता वह मात्रा है जो किसी पदार्थ में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाली शक्ति को दर्शाती है। इसे H द्वारा दर्शाया जाता है और एम्पीयर प्रति मीटर (A/m) में मापा जाता है। यह धारा और क्षेत्र उत्पन्न करने वाली कुंडली के आकार पर निर्भर करता है।

Multiple Choice

The SI unit of intensity of magnetising field is:
चुंबकित करने वाले क्षेत्र की तीव्रता की SI इकाई है:

• Tesla / टेस्ला

• Ampere/meter / एम्पीयर प्रति मीटर

• Weber / वेबर

• Henry / हेनरी

Multiple Choice

H depends upon:
H निर्भर करता है:

• Only material / केवल पदार्थ पर

• Current and coil geometry / धारा और कुंडली की ज्यामिति पर

• Magnetic susceptibility / चुंबकीय संवेदनशीलता पर

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

If current in a solenoid increases, H will:
यदि सोलोनॉइड में धारा बढ़ती है, तो H:

• Increase / बढ़ेगा

• Decrease / घटेगा

• Remain same / समान रहेगा

• Become zero / शून्य हो जाएगा

Magnetization (M)

Definition & Description
Magnetization is the magnetic moment per unit volume of a material. It indicates the extent to which a material is magnetised under the influence of a magnetising field. It is denoted by M and measured in A/m.

परिभाषा एवं विवरण
चुंबकीकरण किसी पदार्थ के इकाई आयतन में उपस्थित चुंबकीय आघूर्ण को कहते हैं। यह दर्शाता है कि चुंबकित करने वाले क्षेत्र के प्रभाव में कोई पदार्थ कितनी मात्रा में चुंबकित हुआ है। इसे M द्वारा दर्शाया जाता है और एम्पीयर प्रति मीटर (A/m) में मापा जाता है।

Multiple Choice

Magnetization is:चुंबकीकरण है:

• Magnetic field per unit current / प्रति इकाई धारा चुंबकीय क्षेत्र

• Magnetic moment per unit volume / प्रति इकाई आयतन चुंबकीय आघूर्ण

• Current per unit area / प्रति इकाई क्षेत्र धारा

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

SI unit of magnetization is:
चुंबकीकरण की SI इकाई है:

• Tesla / टेस्ला

• Ampere/meter / एम्पीयर प्रति मीटर

• Weber/m² / वेबर/मीटर²

• Henry / हेनरी

Multiple Choice

Higher M means:
अधिक M का अर्थ है:

• Weak magnetisation / कमजोर चुंबकीकरण

• Strong magnetisation / प्रबल चुंबकीकरण

• No magnetisation / कोई चुंबकीकरण नहीं

• None / कोई नहीं

परावेश्यता किसी पदार्थ की यह क्षमता है कि वह चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को अपने अंदर से गुजरने की कितनी अनुमति देता है। इसे μ द्वारा दर्शाया जाता है और इसकी SI इकाई हेनरी प्रति मीटर (H/m) है। अधिक परावेश्यता का अर्थ है कि पदार्थ अधिक प्रबल चुंबकीय क्षेत्र को समर्थन करता है।

Permeability is the measure of a material’s ability to allow the passage of magnetic field lines through it. It is denoted by μ and has the SI unit Henry per metre (H/m). Higher permeability means the material supports stronger magnetic fields.

Permeability (μ)

Multiple Choice

SI unit of permeability is:
परावेश्यता की SI इकाई है:

• Henry/meter / हेनरी प्रति मीटर

• Tesla / टेस्ला

• Ampere/meter / एम्पीयर प्रति मीटर

• Weber / वेबर

Multiple Choice

A material with high permeability:
उच्च परावेश्यता वाला पदार्थ:

• Allows weak magnetic field / कमजोर चुंबकीय क्षेत्र को अनुमति देता है

• Allows strong magnetic field / प्रबल चुंबकीय क्षेत्र को अनुमति देता है

• Blocks magnetic field / चुंबकीय क्षेत्र को रोकता है

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

Permeability depends on:
परावेश्यता निर्भर करती है:

• Material / पदार्थ पर

• Current only / केवल धारा पर

• Voltage only / केवल वोल्टेज पर

• None / कोई नहीं

चुंबकीय संवेदनशीलता, चुंबकीकरण (M) और चुंबकित करने वाले क्षेत्र (H) का अनुपात है। यह दर्शाता है कि कोई पदार्थ कितनी आसानी से चुंबकित हो सकता है।
सूत्र: χ = M / H (बिनाएकाई)।

Magnetic susceptibility is the ratio of magnetization (M) to the magnetising field (H). It indicates how easily a material can be magnetised.
Formula: χ = M / H (dimensionless).

Magnetic Susceptibility (χ)

Multiple Choice

Magnetic susceptibility is:
चुंबकीय संवेदनशीलता है:

• Dimensionless / बिनाएकाई

• Tesla / टेस्ला

• Ampere/meter / एम्पीयर प्रति मीटर

• Weber / वेबर

Multiple Choice

χ = M / H is correct for:
χ = M / H सही है:

• All materials / सभी पदार्थों के लिए

• Only metals / केवल धातुओं के लिए

• Only non-metals / केवल अधातुओं के लिए

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

If χ is negative, the material is:
यदि χ ऋणात्मक है, तो पदार्थ है:

• Diamagnetic / विकर्षणीय

• Paramagnetic / आकर्षणीय

• Ferromagnetic / प्रबल आकर्षणीय

• None / कोई नहीं

• विकर्षणीय (Diamagnetic) — चुंबकीय क्षेत्र से हल्का विकर्षण, χ ऋणात्मक। उदाहरण: तांबा, बिस्मथ।

• आकर्षणीय (Paramagnetic) — चुंबकीय क्षेत्र से हल्का आकर्षण, χ छोटा धनात्मक। उदाहरण: एल्युमिनियम, प्लेटिनम।

• प्रबल आकर्षणीय (Ferromagnetic) — चुंबकीय क्षेत्र से अत्यधिक आकर्षण, χ बड़ा धनात्मक। उदाहरण: लोहा, कोबाल्ट, निकल।

• Diamagnetic — Weakly repelled by magnetic fields, χ is negative. Example: Copper, Bismuth.

• Paramagnetic — Weakly attracted, χ is small positive. Example: Aluminium, Platinum.

• Ferromagnetic — Strongly attracted, χ is large positive. Example: Iron, Cobalt, Nickel.

Types of Magnetic Materials

Multiple Choice

Copper is:
तांबा है:

• Diamagnetic / विकर्षणीय

• Paramagnetic / आकर्षणीय

• Ferromagnetic / प्रबल आकर्षणीय

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

Iron is:
लोहा है:

• Diamagnetic / विकर्षणीय

• Paramagnetic / आकर्षणीय

• Ferromagnetic / प्रबल आकर्षणीय

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

Which type has χ negative?
किस प्रकार में χ ऋणात्मक होता है?

• Diamagnetic / विकर्षणीय

• Paramagnetic / आकर्षणीय

• Ferromagnetic / प्रबल आकर्षणीय

• None / कोई नहीं

जब किसी चुंबकीय पदार्थ को बार-बार चुंबकित और विमुक्त किया जाता है, तो चुंबकीकरण (B) और चुंबकित करने वाले क्षेत्र (H) के बीच संबंध एक ही पथ का पालन नहीं करता। B–H ग्राफ पर बनने वाले वक्र को हिस्टैरिसिस लूप कहते हैं। इस लूप का क्षेत्रफल प्रति चक्र ऊर्जा हानि को दर्शाता है, जिसे हिस्टैरिसिस हानि कहते हैं।

When a magnetic material is magnetised and then demagnetised repeatedly, the magnetization (B) does not follow the same path as the magnetising field (H). The loop formed on a B–H graph is called the hysteresis loop. The area of the loop represents energy loss per cycle, called hysteresis loss.

Hysteresis and Hysteresis Loss

Multiple Choice

The hysteresis loop is plotted between:
हिस्टैरिसिस लूप किसके बीच बनाया जाता है:

• B and M / B और M

• B and H / B और H

• H and χ / H और χ

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

Area of hysteresis loop represents:
हिस्टैरिसिस लूप का क्षेत्रफल दर्शाता है:

• Magnetic susceptibility / चुंबकीय संवेदनशीलता

• Energy loss per cycle / प्रति चक्र ऊर्जा हानि

• Magnetic field strength / चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता

• None / कोई नहीं

Multiple Choice

Hysteresis loss is undesirable in:
हिस्टैरिसिस हानि अवांछनीय है:

• Permanent magnets / स्थायी चुम्बकों में

• Transformer cores / ट्रांसफार्मर कोर में

• Electromagnets / विद्युतचुंबकों में

• All / सभी में