காந்தங்கள் இரு பெரும் வகைகளாக உள்ளன: மின்காந்தம் (electromagnet) — சுருளில் மின்னோட்டம் பாயும்போது மட்டுமே காந்தத்தன்மை இருக்கும்; நிலைக் காந்தம் (permanent magnet) — காந்தத்தன்மை அப்பொருளின் இயல்பாகவே நிரந்தரமாக நிலைத்திருக்கும். இரு வகைக் காந்தங்களும் மின் மோட்டார்கள் வழியே வீட்டு உபகரணங்கள்/robots கட்டுப்படுத்துதல், காந்த அட்டைகள், MRI போன்ற மருத்துவ உபகரணங்கள் — எனப் பல இடங்களில் பயன்படுகின்றன.
இரும்பு, எஃகு, நிக்கல் போன்ற காந்தப் பொருட்களால் (magnetic materials) ஆனவை காந்தத்தால் கவரப்படுகின்றன. ஆனால் plastic, மரம், காகிதம், ரப்பர் போன்ற பொருட்கள் காந்தத்தால் கவரப்படுவதில்லை — அதனால்தான் காந்தத்தை அருகே கொண்டுசெல்லும்போது iron nails, pins, paper clips ஒட்டிக்கொள்ளும்; eraser, plastic button, காகிதம் ஒட்டிக்கொள்ளாது.
ஒரு காந்தத்தைச் சுற்றி, அக்காந்தம் தனது தாக்கத்தைச் செலுத்தும் ஒரு வெளி உண்டு — இதுவே காந்தப்புலம் (magnetic field). இது கண்ணுக்குப் புலப்படாது; ஆனால் இன்னொரு காந்தத்தையோ, நகரும் மின்னேற்றத்தையோ தாக்கும் வல்லமை கொண்டது. ஒரு வெளியில் காந்தப்புலம் இருக்கிறதா என்பதைக் கண்டறிய திசைகாட்டியை (compass) பயன்படுத்தலாம் — வேறு எந்தக் காந்தத் தாக்கமும் இல்லாதபோது compass ஊசி பூமியின் காந்தப்புலத்தால் வடக்கு–தெற்கு திசையில் நிலைபெறும். புள்ளிக்குப் புள்ளி திசையும் புலத்தின் வலிமையும் மாறலாம் — ஆகவே காந்தப்புலம் என்பது பருமனும் திசையும் கொண்ட இயற்பியல் அளவு (vector). சில பறவைகள் பூமியின் காந்தப்புலத்தை வழிகாட்டலுக்குப் பயன்படுத்துகின்றன.
ஒரு மின்கடத்தியில் மின்னோட்டம் பாயும்போது, அதைச் சுற்றி ஒரு காந்தப்புலம் உருவாகின்றது. இவ்விளைவை முதலில் கண்டறிந்தவர் டென்மார்க் விஞ்ஞானி ஹான்ஸ் கிறிஸ்டியன் ஓர்ஸ்டெட். ஒரு நேர்க்கம்பிக்கு அருகே compass வைத்து மின்னோட்டம் பாயவிட்டால், compass ஊசி விலகும் — காந்தப்புலம் உருவானதற்கான சான்று. மின்னோட்டத்தின் திசையை மாற்றினால் ஊசியின் விலகல் திசையும் மாறும் — காந்தப்புலத்தின் திசை மின்னோட்டத்தின் திசையைச் சார்ந்தது.
நேர்க்கடத்தியில் மின்னோட்டம் பாயும்போது உருவாகும் காந்தப்புலத்தின் திசையைக் காண இரு விதிகள் உள்ளன. மாக்ஸ்வெல்லின் திருகாணி விதி — ஒரு திருகாணியை அதன் நுனி மின்னோட்டத்தின் திசையில் முன்னோக்கி நகரும்படி சுழற்றினால், அந்தச் சுழற்சியின் திசையே காந்தவிசைக்கோடுகளின் திசை (A→B மின்னோட்டம் → எதிர்-கடிகார திசைப் புலம்; B→A → கடிகார திசைப் புலம்). வலக்கைப் பிடி விதி — கடத்தியை வலக்கையால் பிடித்து, கட்டைவிரல் மின்னோட்டத்தின் திசையைக் காட்டினால், மற்ற நான்கு விரல்களும் கடத்தியைச் சுற்றி வளையும் திசையே காந்தப்புலத்தின் திசை. படத்தில் காந்தப்புலத்தைக் குறிக்க புள்ளி (•) = புலம் தாளிலிருந்து வெளியே; குறுக்கு (×) = புலம் தாளுக்கு உள்ளே.
ஒரு காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்ட கடத்தியில் மின்னோட்டம் பாயும்போது, அக்கடத்தியின் மீது ஒரு விசை (force) செயற்படுகின்றது. U-காந்தம் + brass rods கொண்ட activity-யில், switch மூடியதும் கடத்தி நகர்கின்றது; மின்னோட்டத் திசை மாற்றினால் அல்லது காந்தத் துருவங்களை மாற்றினால் நகர்வுத் திசை எதிராகும். மின்னோட்டத் திசையும் காந்தப்புல திசையும் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக இருந்தால், விசை இவ்விரண்டிற்கும் செங்குத்தான திசையில் இருக்கும். விசையின் பருமன் மூன்று காரணிகளுக்கு நேர்விகிதம்: கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டத்தின் பருமன், காந்தப்புலத்தில் உள்ள கடத்தியின் நீளம், காந்தப்புலத்தின் வலிமை.
ஃபிளமிங்கின் இடக்கை விதி (Fleming's left hand rule): இடக்கையின் கட்டைவிரல், சுட்டுவிரல், நடுவிரல் மூன்றையும் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக வைத்து — நடுவிரல் மின்னோட்டத்தின் திசையிலும், சுட்டுவிரல் காந்தப்புலத்தின் திசையிலும் காட்டினால், கட்டைவிரல் காட்டும் திசையே கடத்தியின் மீது செயற்படும் விசையின் திசை. இவ்விளைவின் அடிப்படையில் கட்டப்பட்டவை: மின் மோட்டார்கள், ஒலிபெருக்கிகள், galvanometers, analog voltmeter/ammeter.
ஒலிபெருக்கி (loud speaker): முக்கிய பாகங்கள் — அட்டை கூம்பு, கடத்தும் சுருள், வளைய-காந்தம். ஒலி அலையின் வடிவத்திற்கேற்ப மாறும் மின்னோட்டம் சுருளில் பாயும்போது, காந்தம் சுருளின் மீது செலுத்தும் விசையால் சுருள் முன்னும் பின்னும் அதிர்கின்றது; அதனுடன் இணைந்த கூம்பும் அதிர்ந்து ஒலி அலைகளை உருவாக்குகின்றது — மின்சக்தி → ஒலி/இயக்க சக்தி.
நேர் மின்னோட்ட மோட்டார் (DC Motor): காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்ட சுருளில் மின்னோட்டம் பாயும்போது, சுருளின் இரு பக்கங்களிலும் எதிர் திசைகளில் இரு விசைகள் (இரட்டை விசை) செயற்பட்டு சுருளைச் சுழற்றுகின்றன. முக்கிய பாகங்கள்: Armature — இரும்பு/எஃகு கருவின் மீது சுற்றப்பட்ட சுருள்; காந்தத் துருவங்கள் — armature-ஐச் சுற்றி அமைக்கப்பட்ட நிலைக்காந்தத் துருவங்கள்; Commutator (பிளவு வளையங்கள்) + brushes — ஒவ்வொரு அரைச் சுழற்சியிலும் சுருளில் மின்னோட்டத் திசையை மாற்றி, சுருள் ஒரே திசையில் தொடர்ந்து சுழல வைக்கின்றது. 180° சுழன்றதும் commutator மின்னோட்டத் திசையை மாற்றி அதே திசையில் சுழற்சி தொடர வைக்கின்றது. மோட்டாரில் மின்சக்தி → இயந்திர சக்தி.
ஒரு கடத்தி மாறும் காந்தப்புலத்தில் அசையாமல் இருக்கும்போது, அல்லது மாறாக் காந்தப்புலத்தில் கடத்தி நகரும்போது, அதன் முனைகளுக்கிடையே மின்னியக்க விசை (emf) உருவாவதே மின்காந்தத் தூண்டல். இதை உலகிற்கு முதலில் அறிமுகப்படுத்தியவர் மைக்கேல் ஃபாரடே; அவர் 1831-இல் ஃபாரடேயின் விதியை வழங்கினார்.
ஒரு bar காந்தத்தைச் சுருளுக்குள் உள்நோக்கி அல்லது வெளிநோக்கி நகர்த்தும் ஒவ்வொரு முறையும், சுருளுடன் இணைந்த காந்தவிசைக்கோடுகள் மாறுகின்றன — அப்போதெல்லாம் galvanometer விலகுகின்றது. காந்தத்தையும் சுருளையும் ஒரே வேகத்தில் சேர்த்து நகர்த்தினால் (இடைவெளி மாறாமல்) விலகல் இல்லை. எனவே, தூண்டப்பட்ட emf உருவாக, சுருளுடன் இணைந்த காந்தவிசைக்கோடுகளில் மாற்றம் இருக்க வேண்டும். காந்தத்தை வேகமாக நகர்த்தினால் galvanometer அதிகம் விலகுகின்றது — ஏனெனில் தூண்டப்பட்ட emf, காந்தவிசைக்கோடுகள் மாறும் வீதத்திற்கு நேர்விகிதம்.
தூண்டப்பட்ட emf-இன் பருமனைத் தீர்மானிக்கும் மூன்று காரணிகள்: சுருளில் உள்ள சுற்றுகளின் எண்ணிக்கை, காந்தத்தின் வலிமை, காந்தம்/சுருள் நகரும் வேகம்.
காந்தப்புலத்திற்குச் செங்குத்தாக வைக்கப்பட்ட நேர்க்கடத்தியை, புலத்திற்கும் கடத்திக்கும் செங்குத்தான திசையில் நகர்த்தினால், கடத்தியின் முனைகளில் emf தூண்டப்பட்டு மின்னோட்டம் பாய்கின்றது. அதன் திசையைக் காண ஃபிளமிங்கின் வலக்கை விதி பயன்படும் — கட்டைவிரல் நகர்வுத் திசையிலும், சுட்டுவிரல் காந்தப்புல திசையிலும் காட்டினால், நடுவிரல் காட்டுவதே மின்னோட்டத்தின் திசை.
ஒரு செவ்வக சுருள் ABCD-ஐ காந்தப்புலத்தில் சுழலும் axle-உடன் இணைத்தால், சுருள் சுழலும்போது AB + CD கைகள் காந்தவிசைக்கோடுகளை வெட்டுவதால் emf தூண்டப்படுகின்றது. சுருளின் தளம் காந்தப்புலத்திற்கு இணையாக இருக்கும் நிலைகளில் கைகள் விசைக்கோடுகளை செங்குத்தாக வெட்டுவதால் emf உச்சம்; செங்குத்தாக இருக்கும் நிலைகளில் கைகள் விசைக்கோடுகளுக்கு இணையாக நகர்வதால் emf சுழியம். ஒவ்வொரு அரைச் சுழற்சியிலும் மின்னோட்டத் திசை மாறுகின்றது — இதனால் வெளிச் சுற்றில் பாயும் மின்னோட்டம் மாறுதிசை மின்னோட்டமாக (AC) இருக்கும்; காலத்திற்கு எதிராக வரைந்தால் சைன் அலை கிடைக்கும். dynamo-வில் இயந்திர சக்தி → மின்சக்தி.
| வகை | திசை | எடுத்துக்காட்டு |
|---|---|---|
| நேர்திசை மின்னோட்டம் (DC) | காலத்துடன் மாறாது | Dry cells, solar cells |
| மாறுதிசை மின்னோட்டம் (AC) | காலத்துடன் மாறுகின்றது (சைன் அலை) | AC dynamo |
மிதிவண்டி dynamo: கரடான தலைப்பகுதி டயரில் தேய்த்தால், அதனுடன் இணைந்த உருளை-காந்தம் சுழன்று, soft iron-ஐச் சுற்றிய சுருளுடன் இணைந்த காந்தப்புலம் மாறி emf தூண்டப்படுகின்றது; வேகமாக ஓட்டினால் காந்தப்புலம் மாறும் வீதம் அதிகரித்து emf + மின்னோட்டம் அதிகரிக்கும், விளக்கு பிரகாசமாகும். இதன் வெளியீடு AC.
ஒரு supply-இன் மின்னழுத்தத்தை ஓர் மதிப்பிலிருந்து இன்னொரு மதிப்பிற்கு மாற்றப் பயன்படுவதே மின்மாற்றி. இதில் soft iron core-ஐச் சுற்றி இரு சுருள்கள்: முதன்மைச் சுருள் (primary) — சுற்றுகள் N_P, மின்னழுத்தம் V_P, AC supply இங்கு இணைக்கப்படும்; இரண்டாம் சுருள் (secondary) — சுற்றுகள் N_S, தூண்டப்பட்ட மின்னழுத்தம் V_S, சுமை இங்கு இணைக்கப்படும். V_P ஆல் primary-இல் மாறும் மின்னோட்டம் → மாறும் காந்தப்புலம் → soft iron core வழியே secondary-உடன் இணைந்து V_S-ஐத் தூண்டுகின்றது.
மின்னழுத்த உயர்த்தி (step-up): V_S > V_P, secondary-இல் சுற்றுகள் அதிகம் (N_S > N_P). மின்னழுத்த தாழ்த்தி (step-down): V_S < V_P, secondary-இல் சுற்றுகள் குறைவு (N_S < N_P). மின்மாற்றி AC-உடன் மட்டுமே இயங்கும் (மாறும் காந்தப்புலம் தேவை); மாறாத DC-உடன் இயங்காது. மின் நிலையங்களில் உற்பத்தியான AC, தேசிய மின்வலையமைப்பிற்கு அனுப்புமுன் step-up transformer-ஆல் 132 kV/220 kV போன்ற உயர் மின்னழுத்தங்களாக உயர்த்தப்படுகின்றது; வீடுகளுக்கு வழங்குமுன் step-down transformer-ஆல் 220 V ஆகத் தாழ்த்தப்படுகின்றது.
மின்மாற்றியில் சக்தி இழப்பு இல்லை எனக் கொண்டால் (100% திறன்), primary-க்குக் கொடுக்கப்படும் சக்தி = secondary-இலிருந்து பெறப்படும் சக்தி.