चुंबक

किती मजा येते ना चुंबकाशी खेळायला! अनेक वस्तू चुंबकाकडे आकर्षित होतात, ओढल्या जातात, त्याला येऊन चिकटतात. या ओढून घेणाऱ्या शक्तीला चुंबक शक्ती असे म्हणतात. जगात काही ठिकाणी अशीच शक्ती असलेला एक खास नैसर्गिक दगड देखील आढळतो, प्राचीन काळापासून या दगडाचे चुंबकीय गुणधर्म लोकांना माहीत होते.

या प्रकरणात आपण काही प्रयोग करू. चुंबकाचे गुणधर्म समजून घेऊ. चुंबकामुळे दिशा कशी समजते हेही समजून घ्यायचा प्रयत्न करू. आणि स्वतःचा एक चुंबक देखील तयार करून बघू.
आपण चुंबक अनेक निरनिराळ्या प्रकारे वापरतो. आपण नेहमी वापरतो अशा अनेक यंत्रांमध्ये आणि साधनांमध्ये चुंबकाचा वापर  केलेला असतो, उदाहरणार्थ, विजेवर चालणारी मोटर, पंप आणि पंखे, टेलिव्हिजन, ध्वनिक्षेपक,  टेलिफोन,  रेडिओ सर्वांत चुंबकाचा वापर केलेला आहे.

चुंबकात असे काय खास गुणधर्म आहेत? चला, आपण काही प्रयोग करून पाहूया. असेच प्रयोग अनेक शास्त्रज्ञांनी केलेले आहेत.
शास्त्रज्ञ आपल्या प्रयोगांचे वर्णन आणि निरीक्षणे लिखित स्वरूपात आणि आकृत्या काढून वह्यांमध्ये नोंदवतात.  
जे प्रयोग तुम्ही कराल त्यांचे वर्णनसुद्धा तुम्ही तुमच्या वहीत असेच नोंदवून ठेवले पाहिजे. .
परंतु प्रयोग सुरू करण्या आधी चुंबकाच्या शोधाबद्दलची एक गंमतीदार लोक कथा आपण ऐकू या. .

चुंबकाची कहाणी
असे म्हटले जाते की 2500 वर्षांपूर्वी ग्रीसमधल्या क्रीट नावाच्या बेटावर एक म्हातारा मेंढपाळ राहत होता. त्याचे नाव मॅग्नस होते. तो आपल्या शेळ्या-मेंढ्यांना डोंगरावर घेऊन जात असे. त्याच्या काठीचे टोक लोखंडी होते. एक दिवस शेळ्या-मेंढ्या चरत असताना, तो आपल्या काठीने लहान मोठे दगड इकडे तिकडे हलवत होता. एका झऱ्याच्या पाण्यात त्याने काठी घातली आणि आतले दगड हलवू लागला.
अचानक त्याची काठी ओढली गेली आणि बाहेर काढल्यावर त्याला दिसले की काठीच्या लोखंडी टोकाला एक दगड चिकटला आहे. मॅग्नसने तो दगड ओढून काढला.
तशा दगडाला चुंबकपाषाण (lodestone) म्हणतात. हा पाषाण म्हणजे लोखंडाचेच एक नैसर्गिक रूप असते व त्यात नैसर्गिकरीत्याच चुंबकाचे गुणधर्म असतात.

प्रयोग क्र. 1

चुंबकीय आकर्षण
आधी हे शोधूया की चुंबक कोणकोणत्या वस्तूंना आपल्याकडे ओढून घेतो.
लाकूड, काच, रबर, चामडे, लोखंड, तांबे, प्लास्टिक, अॅल्युमिनियम यापासून बनलेल्या छोट्या छोट्या वस्तू गोळा करा. एक चुंबक क्रमाक्रमाने यातील एकेका वस्तूजवळ न्या आणि बघा की यातल्या कोणत्या वस्तू चुंबकाकडे ओढल्या जातात. चुंबकाकडे ओढल्या जाण्याच्या या गुणधर्माला आकर्षण (attraction) म्हणतात.
आपल्या वहीत तक्ता क्र. 1 उतरवून घ्या व त्यात आपली निरीक्षणे नोंदवा. (1).
ज्या वस्तू चुंबकाकडे ओढल्या जातात म्हणजे चुंबकाने आकर्षित होतात, त्यांना चुंबकीय (magnetic) वस्तू म्हटले जाते. ज्या वस्तू चुंबकाकडे आकर्षित होत नाहीत, त्यांना अचुंबकीय (non-magnetic) वस्तू म्हटले जाते

तक्ता क्र. 1 -

प्रयोग क्र. 2

चुंबकाचे दोन ध्रुव

चुंबकाच्या कोणत्या भागाला वस्तू जास्त चिकटतात, हे तुमच्या लक्षात आले आहे का? चुंबकाचे सगळे भाग चुंबकीय वस्तूंना आपल्याकडे एकाच प्रकारे आकर्षित करतात का?
या प्रश्नाचे उत्तर शोधण्यासाठी खालील प्रयोग करा.
एका कागदावर थोडासा लोखंडाचा कीस ठेवा. एक पट्टी चुंबक त्या किसावर आडवा ठेवून दोन तीन वेळा उलटा सुलटा फिरवा.
आता चुंबक उचला.

तुम्हाला काय दिसले? वहीत चित्र काढा. (2)
चुंबकाच्या कोणत्या भागाला जास्त लोखंडाचा कीस चिकटला? (3)
कोणत्या भागाला लोखंडाचा कीस जवळजवळ चिकटलाच नाही? (4)
चुंबकाच्या ज्या भागाला लोखंडाचा कीस सगळ्यात जास्त चिकटतो, त्याला चुंबकाचा ध्रुव {pole)असे म्हणतात.
नालाकृती चुंबकानेसुद्धा हाच प्रयोग पुन्हा करून बघा.
नालाकृती चुंबकाचे ध्रुव तुमच्या लक्षात आले का?

आपल्या वहीत पट्टी चुंबक आणि नालाकृती चुंबक यांच्या आकृत्या काढा आणि पेन्सिलीने रंगवून त्यांचे ध्रुव दाखवा. (5)
जर तुमच्या घरी चकती चुंबक, कडे चुंबक, अंगठी चुंबक किंवा इतर कोणत्याही आकाराचा चुंबक असेल तर तो वापरून हा प्रयोग करून बघा आणि त्याचे ध्रुव कुठे आहेत हे शोधून काढा.
चुंबकाचे प्रयोग करण्यासाठी आपल्याला वारंवार लोखंडाचा कीस वापरावा लागतो. चला, तो आता आपण स्वत:च गोळा करूया. जर तुम्ही एखाद्या वाळूच्या ढिगात चुंबक फिरवलात तर वाळूत मिसळलेले लोखंडाचे कण त्याला चिकटतील. ते तुम्ही अगदी सहजपणे वेगळे करून गोळा करू शकता. जरा करून तर पाहा. जर वाळूत असे कण मिळाले नाहीत तर चिकण मातीतसुद्धा तुम्ही ते शोधू शकता.

प्रयोग क्र. 3 

चुंबक कोणत्या वस्तूंमधून प्रभाव पाडू शकतो? :

चुंबक निरनिराळ्या वस्तूंना आकर्षित करतो हे आपण पाहिले. पण जर चुंबक आणि ती वस्तू यांच्या मध्ये काहीतरी ठेवले, तरीसुद्धा त्या वस्तूवर चुंबकाचा परिणाम होईल का?
सगळ्यात आधी आपल्या वहीच्या साहाय्याने हा प्रयोग करा. दप्तरातून वही काढून त्याच्यावर लोखंडाचा कीस किंवा टाचण्या पसरा. आता वहीच्या खालून चुंबक फिरवा.
मध्ये वही असून सुद्धा चुंबकाचा प्रभाव दिसतो का? (6)

प्रयोग क्र. 4

चुंबकाने होड्या चालवा

साहित्य संचात दिलेल्या चंचुपात्रामध्ये थोडेसे पाणी भरा. त्यालाच आपला तलाव मानू. आता कागदाच्या छोट्या छोट्या होड्या बनवा आणि त्यांना तीन-चार टाचण्या टोचा. टाचण्या वरच्या बाजूने होड्यांमध्ये अशा टोचा की त्या होडीच्या तळातून बाहेर येतील. या होड्या पाण्यात सोडा आणि चंचुपात्राच्या बाजूबाजूने किंवा तळाजवळून चुंबक फिरवून या होड्या चालवण्याचा व पळवण्याचा प्रयत्न करा.
चुंबक पाण्यातून सुद्धा काम करते का? (7)
या प्रयोगाचे वर्णन आपल्या शब्दात लिहा. (8)
चुंबकाचे अनेक गुणधर्म आपण पाहिले.  या प्रकरणाच्या सुरुवातीला असे म्हटले होते की चुंबकामुळे आपल्याला दिशा कळू शकतात. त्या कशा काय? चला, एक प्रयोग करून पाहू या.

प्रयोग क्र. 5

चुंबकाच्या साहाय्याने दिशा ओळखणे
एका पुठ्ठ्याच्या खालून मधोमध एक टाचणी खुपसा. टाचणीचे टोकदार टोक वरच्या बाजूला असायला हवे. साहित्य संचातील चुंबकसूची (magnetic needle) काढा. तुम्ही पट्टी चुंबक आणि नालाकृती चुंबक पाहिले आहेत. चुंबकसूची सुद्धा एक वेगळ्या आकाराचे चुंबकच आहे. तिच्या एका टोकाला खडूने एक खूण करा आणि चुंबकसूची टाचणीच्या टोकावर धरा. सूची हळूच फिरवा आणि ती थांबेपर्यंत वाट पाहा.
खडूची खूण असलेले टोक कोणत्या दिशेला जाऊन थांबते? दरवेळी फिरवल्यावर खडूची खूण असलेले टोक एकाच विशिष्ट दिशेला जाऊन थांबते का? (9)
सूची ज्या दिशेला थांबते, त्या दिशेतच पुठ्ठ्यावर किंवा टेबलावर एक रेषा काढा. (म्हणजेच सूचीला समांतर अशी एक रेषा काढा.) चुंबकसूची टाचणीवरून उचलून बाजूला ठेवा.
आता पट्टी चुंबक मधोमध बांधून एका दोऱ्याच्या साहाय्याने या रेषेवर टांगा. चुंबक फिरवून सोडून द्या. बघा, चुंबक थांबते तेव्हा कोणत्या दिशेत असते? चुंबक थोडेसे इकडे तिकडे हलवा आणि सोडून द्या. चुंबक  स्थिर होऊ द्या.
आता चुंबक कोणत्या दिशेत थांबले?    (10)
पट्टी चुंबक आणि चुंबकसूची एकाच दिशेत थांबतात का?(11)
ही दिशा जवळजवळ उत्तर-दक्षिण दिशा आहे. चुंबकाचे जे टोक किंवा ध्रुव उत्तर दिशेला थांबतो त्याला उत्तर ध्रुव असे म्हणतात आणि दक्षिणेकडे थांबलेल्या टोकाला दक्षिण ध्रुव असे म्हणतात. चुंबकावर काही ना काही खूण करून उत्तर किंवा दक्षिण ध्रुव कोणता हे नक्की दाखवलेले असते. बघा, ध्रुव सांगण्यासाठी तुमच्या चुंबकावर काय खूण केलेली आहे? चुंबकसूचीवरसुद्धा खूण करून ध्रुव दाखवले आहेत का?
दिशा ठरवण्यासाठी चुंबकाच्या या गुणधर्माचा वापर कित्येक शतकांपासून केला जातो. सुमारे 800 वर्षांपूर्वी म्हणजे 12 व्या शतकात चिनी लोकांच्या लक्षात आले की टांगलेला चुंबकपाषाण  नेहमी उत्तर–दक्षिण दिशेतच स्थिर होतो. चिनी नावाडी या दगडाचा एक तुकडा आपल्या नावेत टांगून ठेवत असत आणि जर समुद्रात वादळ किंवा धुके असेल तर या दगडाच्या साहाय्याने दिशा ओळखत असत.

दिशादर्शक
दिशादर्शक (compass) हे दिशा शोधण्यासाठी चुंबकाचा उपयोग करणारे एक यंत्र आहे. दिशा समजण्यासाठी विमान आणि जहाज यांच्यात  खास करून दिशादर्शकाचा वापर होतो. अनोळखी प्रदेशात रस्ता शोधत भटकावे लागू नये म्हणून पर्वतारोहक देखील असा दिशादर्शक नेहेमी जवळ ठेवतात.
दिशादर्शकात एक सहजपणे फिरू शकणारी चुंबकसूची असते. तिची खूण केलेली बाजू म्हणजे या चुंबकाचा उत्तर ध्रुव असतो.
जर तुम्ही स्काऊटच्या शिबिरात भाग घेतला असेल, तर तेव्हा याचा उपयोग करायला शिकला असाल.

प्रयोग क्र. 6

कधी आकर्षण, कधी प्रतिकर्षण

बराच वेळ दिनू दोन चुंबकांना एका विशिष्ट पद्धतीने एकमेकांच्या जवळ आणण्याचा प्रयत्न करत होता. पण ते एकमेकांपासून असे काही तोंड फिरवत होते की जणू त्यांना एकमेकांचे तोंड बघायचीसुद्धा इच्छा नव्हती. एकमेकांपासून दूर ढकले जाण्याच्या या गुणधर्माला प्रतिकर्षण (repulsion) म्हणतात. दोन पट्टी चुंबक घ्या आणि बघा, तुम्हाला पण हाच अनुभव येतो का.
दोन चुंबकांना जवळ आणण्याचे अनेक मार्ग असू शकतात. तक्ता क्र. 2 मध्ये असे काही मार्ग दाखवले आहेत. हा तक्ता तुमच्या वहीत उतरवून घ्या.
दोन पट्टी चुंबक घ्या. प्रत्येक हातात एक एक चुंबक धरा. आता तक्त्यात दाखवल्याप्रमाणे त्यांना जवळ आणण्याचा प्रयत्न करा. आकर्षण किंवा प्रतिकर्षण जे काही तुम्हाला अनुभवायला मिळेल, ते तक्त्यात लिहा.
दोन्ही चुंबकांचे उत्तर-उत्तर किंवा दक्षिण-दक्षिण ध्रुव समोरासमोर येतात तेव्हा त्यांचे सजातीय ध्रुव (like poles) समोरासमोर आहेत, असे म्हणतात. जेव्हा एका चुंबकाचा उत्तर आणि दुसऱ्या चुंबकाचा दक्षिण ध्रुव समोरासमोर येतात, तेव्हा त्यांचे विजातीय ध्रुव (unlike poles) समोरासमोर आहेत, असे म्हणतात.
दोन चुंबकांमध्ये नेहमी आकर्षणच असते का? (12)
दोन चुंबक कधी कधी एकमेकांना दूरही ढकलतात का? म्हणजेच त्यांच्यात प्रतिकर्षणसुद्धा असते का? (13)

तक्ता क्र. 2

रिकाम्या जागा भरा

चुंबकांचे ________ ध्रुव समोरासमोर असतात, तेव्हा त्यांच्यात आकर्षण असते. (14)
चुंबकांचे ________ ध्रुव समोरासमोर असतात, तेव्हा त्यांच्यात प्रतिकर्षण असते. (15)

तुम्ही कधी चुंबक लोखंडाला प्रतिकर्षित करताना पाहिले आहे का? लोखंडाच्या वस्तूंना चुंबक नेहेमी आकर्षितच करतो. `कधी हो, कधी नाही' असे आंबट-गोड नाते फक्त दोन चुंबकांच्या मध्येच असते.

एक प्रश्न

खाली दिलेल्या वस्तूंतील कोणत्या वस्तू  पट्टी चुंबकाच्या दोन्ही ध्रुवांकडे आकर्षित होतील?
क)    दुसऱ्या पट्टी चुंबकाचा उत्तर ध्रुव
ख)    दुसऱ्या पट्टी चुंबकाचा दक्षिण ध्रुव
ग)    लोखंडाचा एक तुकडा
घ)    स्टेनलेस स्टीलचा चमचा                     (16)

प्रयोग क्र. 7

आपला स्वत:चा चुंबक बनवा

एखाद्या लोखंडाच्या तुकड्यापासून किंवा  पट्टीपासून आपल्याला एका सोप्या पद्धतीने चुंबक बनवता येतो.
साहित्य संचामध्ये दिलेली सायकलच्या चाकाची आरी घ्या. ती टेबलावर किंवा फरशीवर ठेवा. आकृती क्र. 1 मध्ये दाखवल्यानुसार तिच्या वाकड्या टोकाजवळ ती अंगठ्याने दाबून ठेवा. एका पट्टी चुंबकाचा उत्तर ध्रुव आरीच्या वाकड्या टोकावर ठेवा. तिथून चुंबक आरीला घासत घासत तिच्या दुसऱ्या टोकाकडे न्या. तिथून चुंबक उचलून पुन्हा वाकड्या टोकावर आणा. असे दहा-वीस वेळा करा.
आता आरी लोखंडाच्या किसाजवळ नेऊन पाहा. ती लोखंडाच्या किसाला आकर्षित करत आहे की नाही? जर लोखंडाच्या किसावर काहीच परिणाम झाला नसेल तर तुम्हाला चुंबक बनवण्यासाठी अजून कष्ट घ्यावे लागतील. आरीवर पुन्हा चुंबक वरीलप्रमाणे दहा-वीस वेळा जोराने घासा व पुन्हा प्रयत्न करा.
साहित्य संचातील चुंबकसूची ठेवून ठेवून खराब झाली असेल तर आता तिचे परत चांगल्या  चुंबकात रूपांतर करायला तुम्हाला फार कष्ट पडायला नकोत.

प्रयोग क्र. 8

चुंबक बनवण्याची अजून एक पद्धत

दोन पट्टी चुंबक घ्या. एकाचा दक्षिण ध्रुव आणि दुसऱ्याचा उत्तर ध्रुव आरीच्या मध्यावर ठेवा. आता हे चुंबक आरीवर विरुद्ध दिशेने घासत न्या. (आकृती क्र.  2 मध्ये दाखवल्यानुसार काळजीपूर्वक घासा.) असे बऱ्याच वेळा केलेत की आरीचा चुंबक होईल. आता लोखंडाचा कीस आपल्या चुंबकीय आरीजवळ नेऊन तो आकर्षित होतो आहे की नाही ते पाहा व त्याचे ध्रुव शोधा.

प्रयोग क्र. 9

चुंबकाची रांगोळी
खरं आहे मित्रांनो, चुंबकसुद्धा एक खास प्रकारची रांगोळी तयार करू शकतो. पाहायची आहे, कशी? एक पट्टी चुंबक जमिनीवर आडवा ठेवा. त्यावर एक पुठ्ठा ठेवा. पुठ्ठ्यावर चुंबकाच्या आसपास लोखंडाचा कीस हळू हळू पसरवा. आता पुटःटःयावर हळूहळू टिचक्या मारा.
काय झाले? लोखंडाचा कीस एका विशिष्ट आकृतीच्या आकारात पसरला का? (17)
कमल, सीमा, गोपाळ आणि चंदा यांच्या गटाने जेव्हा हा प्रयोग केला, तेव्हा त्यांना लोखंडाचा कीस या चित्रात दाखवलेल्या आकृतीच्या रूपात पसरलेला दिसला.
तुमच्या प्रयोगात सुद्धा लोखंडाच्या किसाची अशीच आकृती दिसते आहे का?
तुम्हाला जे दिसते आहे, त्याचे एक चित्र काढा. (18)

चला, थोडी अजून मजा करूया. पुठ्ठ्यावरून चुंबक काढून घ्या. आणि लोखंडाचा कीस परत चांगल्या प्रकारे पसरवा. आता तुमचे दोन गट बनवा. एक गट बाजूला थांबेल. दुसऱ्या गटातील मुले पुठ्ठ्याच्या खाली कशाही प्रकारे चुंबक ठेवतील. टिचक्या मारल्यावर जेव्हा किसातून नवीन आकृती दिसायला लागेल तेव्हा पहिल्या गटाला जवळ बोलवा. या गटाने वरून किसाची आकृती बघून हे शोधायचे आहे की पुठ्ठ्याखाली चुंबक कोणत्या प्रकारे ठेवला आहे आणि त्याचे ध्रुव कुठे कुठे आहेत.
चुंबकाच्या वरील सगळ्या गुणधर्मांमुळेच त्याला एवढे महत्त्व आले आहे. चुंबक लावून तयार केलेले स्टिकर तर तुम्ही पाहिलेच असतील. असे स्टिकर लोक लोखंडी कपाटावर, फ्रिजच्या दारावर वगैरे लावतात. स्टीलच्या दुकानात दुकानदार चुंबक ठेवतात. चुंबक स्टेनलेस स्टीलच्या वस्तूंना आकर्षित करत नाही. म्हणून एखादी वस्तू लोखंडाची नाही, शुद्ध स्टेनलेस स्टीलची आहे, हे ते चुंबक लावून सांगतात.
पुढच्या इयत्तांमध्ये विद्युत प्रवाहाचा वापर करून चुंबक बनवण्याची अजून एक पद्धत तुम्ही शिकाल आणि विजेची मोटर कशी बनववायची हे सुद्धा शिकाल.
या धड्यात चुंबकाचे किती गुणधर्म तुम्हाला समजले त्यांची यादी करा. (19)

उजळणीसाठी प्रश्न

1. चुंबकाचे ध्रुव कोठे आहेत हे कसे कळते?
2. योग्य वाक्यांपुढे  बरोबरची खूण करा.
(क) पट्टी चुंबकाच्या मधल्या भागाला चुंबकीय वस्तू जास्त चिकटतात.
(ख) पट्टी चुंबकाच्या दोन टोकांना चुंबकीय वस्तू जास्त चिकटतात.
(ग) पट्टी चुंबकावर सर्व ठिकाणी चुंबकीय वस्तू सारख्या प्रमाणात चिकटतात.
3. चुंबकसूची वापरून पूर्व दिशा कशी शोधाल ते तुमच्या शब्दात सांगा.
4. गोपाळने जत्रेत एक मजेशीर जादू पाहिली. राम, सीता आणि रावणाचे तीन पुतळे बनवले होते. टेबलावर ठेवलेल्या सीतेकडे जेव्हा रावणाला आणले जात असे, तेव्हा ती तोंड फिरवत असे. मग जेव्हा रामाचा पुतळा तिच्याजवळ आणला जात असे, तेव्हा ती रामाकडे तोंड वळवत असे. या जादूच्या पाठीमागे काय विज्ञान असू शकेल? विचार करा आणि लिहा.
5. एक चुंबक दोरीने टांगला आहे. त्याच्या जवळ एक चुंबकसूची ठेवली आहे. चुंबकसूचीवर उत्तर आणि दक्षिण ध्रुव दाखवा.
6. रिकाम्या जागा भरा:

आपल्याकडे चुंबक असेल तर आपण त्यावरून दिशा शोधू शकतो, कारण टांगलेला चुंबक स्थिर झाल्यावर त्याचे एक टोक नेहेमी ___________ दिशेला आणि दुसरे टोक ___________ दिशेला असते. या गोष्टीवरून आपल्याला पूर्व-पश्चिम दिशासुद्धा कळू शकतात कारण उत्तरेकडे तोंड केल्यावर आपल्या उजव्या हाताला ___________ दिशा आणि डाव्या हाताला ___________ दिशा असते.
7. कलाला एका लोखंडाच्या चाकूचा चुंबक बनवायचा आहे. तिने चाकूवर चुंबक कसा घासायला हवा? इथे दिलेल्या चित्रांतील योग्य चित्र ओळखा.
8. लोखंडाच्या किसापासून तयार झालेल्या काही आकृत्यांची चित्रे खाली दिलेली आहेत. ती पाहून योग्य आकृती ओळखा. त्यात चुंबक कोठे आणि कसा ठेवला आहे ते सांगा.
9. तुम्हाला सारख्या दिसणाऱ्या लोखंडाच्या दोन पट्ट्या दिल्या आहेत. त्यातील केवळ एका पट्टीचा चुंबक बनला आहे. दुसऱ्या कोणत्याही उपकरणाची मदत न घेता, कोणती पट्टी चुंबक आहे हे तुम्ही कसे ओळखाल?


नवीन शब्द

चुंबकीय         अचुंबकीय             दिशादर्शक
ध्रुव               आकर्षण                 प्रतिकर्षण