Moving Charges and Magnetism (गतिमान आवेश एवं चुंबकत्व) Class 12 Physics – UP Board

Class 12 Physics का अध्याय Moving Charges and Magnetism यह स्पष्ट करता है कि बिजली (Electricity) और चुंबकत्व (Magnetism) एक-दूसरे से गहराई से जुड़े हुए हैं।
जब आवेश स्थिर होता है तो Electric field बनता है, और जब वही आवेश गति करता है, तो उसके साथ-साथ Magnetic field भी उत्पन्न हो जाता है।

UP Board की परीक्षाओं में इस अध्याय से:

• Magnetic field की परिभाषा
• Lorentz force
• Biot–Savart law
• Ampere’s circuital law
• Force on moving charge और current carrying conductor
• Numericals (2–5 marks)

हर साल प्रश्न पूछे जाते हैं।

👉 gurugyanam.online का उद्देश्य है कि इस अध्याय को classroom-style explanation, आसान भाषा और real-life examples के साथ समझाया जाए ताकि छात्र इसे conceptually strong और scoring बना सकें।

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⚡ Moving Charges क्या हैं?

जब कोई electric charge (जैसे electron या ion) स्थिर न रहकर गति करता है, तो उसे Moving Charge कहते हैं।

📌 उदाहरण:

• तार में बहती हुई electric current
• Cathode ray tube में electrons
• Plasma में ions की गति

👉 इन सभी में moving charges मौजूद होते हैं।

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🧲 Magnetism क्या है?

Magnetism पदार्थ का वह गुण है जिसके कारण वह:

• अन्य चुंबकीय पदार्थों को आकर्षित करता है
• अपने आसपास magnetic field उत्पन्न करता है

जब moving charges magnetic field उत्पन्न करते हैं, तो यही phenomenon Moving Charges and Magnetism कहलाता है।

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🧠 Electricity और Magnetism का संबंध

एक समय electricity और magnetism को अलग-अलग phenomena माना जाता था, लेकिन अब हम जानते हैं कि:

• Static charge → Electric field
• Moving charge → Magnetic field

👉 यही इस chapter का मूल विचार है।

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🧲 Magnetic Field (चुंबकीय क्षेत्र)

📘 परिभाषा:

“चुंबक या गतिमान आवेश के चारों ओर का वह क्षेत्र जहाँ चुंबकीय बल का अनुभव किया जा सके, चुंबकीय क्षेत्र कहलाता है।”

Symbol:

• B

SI Unit:

• Tesla (T)

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🧲 Magnetic Field Lines

Magnetic field को समझाने के लिए magnetic field lines का प्रयोग किया जाता है।

विशेषताएँ:

• ये काल्पनिक रेखाएँ होती हैं
• चुंबक के बाहर North से South जाती हैं
• कभी एक-दूसरे को नहीं काटतीं
• जहाँ रेखाएँ घनी हों → field strong

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⚡ Magnetic Field due to Moving Charge

जब कोई charge गति करता है:

• उसके चारों ओर magnetic field उत्पन्न होता है
• Field की दिशा और मान charge की velocity पर निर्भर करता है

👉 यह field static charge में नहीं बनता।

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✋ Right Hand Thumb Rule

Rule:

यदि:

• दाएँ हाथ का अंगूठा current की दिशा में रखें
• उँगलियाँ मोड़ें

तो:
👉 उँगलियों की दिशा magnetic field की दिशा बताती है।

📌 यह rule straight current carrying conductor के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

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🧲 Magnetic Field due to Current Carrying Conductor

जब किसी सीधे चालक में current बहती है:

• चालक के चारों ओर concentric circular magnetic field lines बनती हैं
• Field की strength:
  • Current पर निर्भर
  • Distance बढ़ने पर घटती है

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📐 Biot–Savart Law

Biot–Savart law बताता है कि किसी current element से उत्पन्न magnetic field किस पर निर्भर करता है।

Statement:

Magnetic field current element, distance और angle पर निर्भर करता है।

Mathematical Form:

[
dB = \frac{\mu_0}{4\pi} \frac{I,dl,\sin\theta}{r^2}
]

जहाँ:

• dB = magnetic field
• I = current
• dl = current element
• r = distance

📌 यह law numericals और derivations दोनों के लिए महत्वपूर्ण है।

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🔄 Magnetic Field due to Circular Coil

यदि current को circular coil में प्रवाहित किया जाए:

• Coil के केंद्र पर magnetic field अधिक होता है
• Turns बढ़ाने से field बढ़ता है

👉 यही principle solenoid में भी लागू होता है।

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🌀 Solenoid और Magnetic Field

Solenoid क्या है?

“एक लंबी कुंडली जिसमें बहुत–से turns हों, solenoid कहलाती है।”

गुण:

• अंदर magnetic field लगभग uniform
• बाहर field बहुत कमजोर
• Bar magnet जैसा व्यवहार

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⚡ Ampere’s Circuital Law

Ampere का नियम magnetic field और current के बीच संबंध बताता है।

Statement:

[
\oint \vec{B}\cdot d\vec{l} = \mu_0 I
]

👉 यह law symmetric cases (जैसे solenoid) में बहुत उपयोगी है।

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🧲 Force on Moving Charge (Lorentz Force)

जब कोई charge:

• Velocity v के साथ
• Magnetic field B में प्रवेश करता है

तो उस पर बल लगता है।

Formula:

[
\vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B})
]

या magnitude:
[
F = qvB\sin\theta
]

📌 यही Lorentz force कहलाता है।

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🧠 Special Cases of Lorentz Force

• यदि θ = 0° → Force = 0
• यदि θ = 90° → Force maximum

👉 इसलिए magnetic force हमेशा velocity के perpendicular होता है।

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🔄 Circular Motion of Charged Particle

जब:

• Charged particle perpendicular magnetic field में जाता है

तो:

• वह circular path में घूमता है

Radius:

[
r = \frac{mv}{qB}
]

👉 यह concept cyclotron और particle accelerators में उपयोगी है।

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⚡ Force on Current Carrying Conductor

जब कोई conductor:

• Magnetic field में रखा हो
• और उसमें current बह रही हो

तो उस पर magnetic force लगता है।

Formula:

[
F = BIL\sin\theta
]

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✋ Fleming’s Left Hand Rule

यह rule force की दिशा जानने के लिए प्रयोग किया जाता है।

• First finger → Magnetic field
• Thumb → Force
• Middle finger → Current

📌 यह rule electric motor में प्रयोग होता है।

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🔄 Electric Motor (Concept)

Electric motor:

• Electrical energy → Mechanical energy

Principle:

Current carrying conductor placed in magnetic field experiences force.

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🧠 Magnetism in Matter (संक्षेप)

पदार्थों को चुंबकीय गुणों के आधार पर बाँटा जाता है:

1️⃣ Diamagnetic – Weakly repelled
2️⃣ Paramagnetic – Weakly attracted
3️⃣ Ferromagnetic – Strongly attracted

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🌍 Earth’s Magnetism

पृथ्वी एक विशाल चुंबक की तरह व्यवहार करती है।

• Magnetic declination
• Magnetic inclination
• Horizontal component

👉 Compass इसी field के कारण काम करता है।

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🛠️ Applications of Moving Charges and Magnetism

• Electric motors
• Generators
• Cyclotron
• Magnetic braking
• MRI machines

👉 आधुनिक तकनीक की नींव यही chapter है।

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✍️ Exam Oriented Tips (UP Board)

✔️ Definitions साफ-साफ लिखें
✔️ Rules (Right hand, Fleming’s) diagram के साथ लिखें
✔️ Formula में units जरूर लिखें
✔️ Numericals में given-required-solution format अपनाएँ
✔️ Vector direction पर ध्यान दें

👉gurugyanam.online पर UP Board pattern के अनुसार MCQs, numericals और derivation notes उपलब्ध हैं।

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Q1. Moving charge क्या है?

Ans: जो electric charge गति कर रहा हो।

Q2. Moving charge से क्या उत्पन्न होता है?

Ans: Magnetic field।

Q3. Magnetic field की unit क्या है?

Ans: Tesla।

Q4. Static charge magnetic field बनाता है?

Ans: नहीं।

Q5. Right hand thumb rule किसके लिए है?

Ans: Magnetic field की दिशा जानने के लिए।

Q6. Biot–Savart law क्या बताता है?

Ans: Magnetic field की dependence।

Q7. Solenoid क्या है?

Ans: लंबी कुंडली।

Q8. Solenoid अंदर field कैसी होती है?

Ans: Uniform।

Q9. Lorentz force क्या है?

Ans: Moving charge पर लगने वाला magnetic force।

Q10. Lorentz force का formula क्या है?

Ans: F = qvB sinθ

Q11. Force किस दिशा में होता है?

Ans: Velocity के perpendicular।

Q12. Charged particle circular motion क्यों करता है?

Ans: Magnetic force के कारण।

Q13. Ampere’s law कहाँ उपयोगी है?

Ans: Symmetric magnetic fields में।

Q14. Fleming’s left hand rule किसके लिए है?

Ans: Motor के लिए।

Q15. Current बढ़ाने से magnetic field?

Ans: बढ़ता है।

Q16. Coil के turns बढ़ाने से field?

Ans: बढ़ता है।

Q17. Magnetic force charge की speed पर निर्भर है?

Ans: हाँ।

Q18. θ = 0° पर force क्यों शून्य?

Ans: sin0 = 0।

Q19. Magnetic field lines क्यों नहीं काटतीं?

Ans: Direction ambiguity के कारण।

Q20. Moving charges chapter क्यों important है?

Ans: Modern physics का आधार।

Q21. Cyclotron किस principle पर काम करता है?

Ans: Magnetic force on moving charge।

Q22. Magnetic braking क्या है?

Ans: Magnetic force से गति कम करना।

Q23. Motor और generator का आधार?

Ans: Moving charges and magnetism।

Q24. Numericals आते हैं?

Ans: हाँ, UP Board में।

Q25. Moving Charges and Magnetism पढ़ने का best source?

Ans: gurugyanam.online