MPSC 2022 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 38 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (4) — लोडस्टोन. लोडस्टोन म्हणजे निसर्गात आढळणारा मॅग्नेटाइट या खनिजाचा तुकडा, ज्याचे रासायनिक सूत्र Fe3O4 आहे आणि जे प्रश्नपत्रिकेत 3 व 4 हे आकडे खाली लिहून छापले आहे. तोच मूळ नैसर्गिक चुंबक आहे — असा खडक, ज्यावर काहीही प्रक्रिया न करता तो लोखंड आकर्षित करतो. प्रश्न नेमके तेच विचारतो. चुंबकांचे दोन वर्ग केले जातात आणि हे वर्गीकरण ताकदीचे नसून उगमाचे आहे. नैसर्गिक चुंबक म्हणजे पृथ्वीत आधीच चुंबकीकृत अवस्थेत सापडणारा चुंबक, आणि या वर्गाचा जवळपास एकमेव सदस्य लोडस्टोनच आहे. कृत्रिम चुंबक म्हणजे जाणीवपूर्वक प्रक्रियेने बनवलेला चुंबक — पोलादी पट्टीवर आधीच्या चुंबकाने घासून, लोहचुंबकीय पदार्थ प्रबळ चुंबकीय क्षेत्रात ठेवून, किंवा मऊ लोखंडाच्या गाभ्याभोवती तारेचे वेटोळे गुंडाळून त्यातून विद्युतधारा वाहवून विद्युतचुंबक तयार करून. दांडी चुंबक, नालाकृती चुंबक, होकायंत्राची सुई आणि ध्वनिवर्धक व मोटारींतील चुंबक हे सर्व कृत्रिम आहेत. लोडस्टोनला मोठा इतिहास जोडलेला आहे आणि तो एका ओळीत सांगण्यासारखा आहे, कारण परीक्षकांना तो आवडतो : हा गुणधर्म प्राचीन काळापासून माहीत होता, इंग्रजीतील magnet हा शब्द आशिया मायनरमधील मॅग्नेशिया या जिथे हे खनिज सापडले त्या प्रदेशाच्या नावावरून आल्याचे सामान्यतः मानले जाते, आणि टांगलेला लोडस्टोनचा तुकडा उत्तर-दक्षिण रेषेत स्थिरावतो — तोच चुंबकीय होकायंत्राचा पूर्वज, आणि इंग्रजीतील 'lode-stone' म्हणजे 'दिशा दाखवणारा दगड' या नावाचाही उगम. या पर्यायसंचामागचे भौतिकशास्त्रही एकदा सांगितले की तितकेच सोपे आहे. सामान्य तापमानाला मोजकीच मूलद्रव्ये लोहचुंबकीय असतात — लोखंड, कोबाल्ट व निकेल ही परिचित उदाहरणे — आणि मॅग्नेटाइट हे लोखंडाचे ऑक्साइड आहे, म्हणून त्याचे चुंबकत्व आश्चर्यकारक नाही. तांबे, सिलिकॉन व जस्त ही तिन्ही लोहचुंबकीय नाहीत, म्हणून त्यांच्यापासून कायमस्वरूपी चुंबक बनवताच येत नाही — जमिनीत आधीच चुंबकीकृत सापडण्याची गोष्ट तर दूरच. हे एकच निरीक्षण उरलेले तिन्ही पर्याय एकाच फटक्यात बाद करते आणि ते तिघांना स्वतंत्रपणे लक्षात ठेवण्यापेक्षा अधिक उपयोगी आहे. एक नोंद : चारांपैकी बरोबर पर्यायच एकमेव संयुग आहे आणि त्याच्यावरच रासायनिक सूत्र छापले आहे — ही छपाईतील विषमता उमेदवाराच्या नजरेस येऊ शकते. इथे ती योगायोगाने उत्तराबरोबर आली आहे; पण तो पर्याय निवडण्याचे कारण 'लोडस्टोन म्हणजे मॅग्नेटाइट' हे आहे, 'त्याचा पर्याय इतरांपेक्षा वेगळा दिसतो' हे नव्हे. उत्तर पर्याय (4).

• (1)तांबे (कॉपर) — तांबे हा कोणत्याही प्रकारचा चुंबक नाही — नैसर्गिकही नाही आणि कृत्रिमही नाही. तो लोहचुंबकीय नाही, त्याला कायमचे चुंबकीकृत करता येत नाही, आणि चुंबकाजवळ नेलेला तांब्याचा तुकडा सामान्य निरीक्षकाला जाणवेल अशा कोणत्याही प्रकारे आकर्षित होत नाही; नेमक्या वर्गीकरणात तो प्रतिचुंबकीय आहे, म्हणजे चुंबकीय क्षेत्राकडून तो अतिशय क्षीणपणे प्रतिकर्षित होतो. या विषयातले तांब्याचे महत्त्व पूर्णपणे वेगळे आहे, आणि तेच या गोंधळाचे मूळ आहे हे समजून घेण्यासारखे. वापरात असलेला सर्वात चांगला स्वस्त विद्युतवाहक तांबेच आहे, म्हणून विद्युतचुंबकाच्या मऊ लोखंडी गाभ्याभोवतीची वेटोळी जवळपास नेहमीच तांब्याच्या तारेची असतात, आणि त्यामुळे विद्युतचुंबकाच्या प्रत्येक चित्रात तांबे हजर असते. ते चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करणारी विद्युतधारा वाहून नेते; ते स्वतः चुंबकीय होणारी गोष्ट नाही. ज्याने चित्र पाहिले पण त्याखालचा मजकूर वाचला नाही, तो त्या आधारावर तांब्याची सांगड चुंबकत्वाशी घालू शकतो.
• (2)सिलीकॉन — सिलिकॉन चुंबक नाही आणि तो लोहचुंबकीयही नाही. तो धातुसदृश मूलद्रव्य असून अर्धवाहक आहे, आणि आधुनिक तंत्रज्ञानातले त्याचे प्रचंड महत्त्व चुंबकत्वात नसून इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये आहे — डायोड, ट्रान्झिस्टर व एकात्मिक मंडले याच पदार्थापासून बनतात, आणि बहुतेक सौरघटही. तांब्याप्रमाणेच इथेही चुंबकत्वाशी एक खरा पण अप्रत्यक्ष संबंध आहे जो दिशाभूल करू शकतो : रोहित्रे व मोटारींच्या गाभ्यांसाठी वापरले जाणारे सिलिकॉन पोलाद बनवताना लोखंडात थोड्या प्रमाणात सिलिकॉन मिसळले जाते, कारण त्या मिश्रधातूची विद्युत रोधकता शुद्ध लोखंडापेक्षा अधिक असते आणि म्हणून भोवऱ्याच्या प्रवाहांमुळे होणारी ऊर्जाहानी कमी होते. त्या मिश्रधातूतले चुंबकत्व लोखंडाकडून येते, आणि सिलिकॉन तिथे एक हानी दाबण्यासाठी असते. एकटा सिलिकॉन चुंबकाकडे आकर्षित होत नाही आणि त्याचा चुंबक बनवताही येत नाही.
• (3)जस्त (झिंक) — जस्त लोहचुंबकीय नाही आणि त्याचा चुंबक बनवता येत नाही, म्हणून तो नैसर्गिकही चुंबक नाही आणि कृत्रिमही; तांब्याप्रमाणे त्याचेही नेमके वर्गीकरण प्रतिचुंबकीय असे होते. त्याच्या परिचित उपयोगांचा चुंबकत्वाशी काहीही संबंध नाही : लोखंड व पोलादाला गंज लागू नये म्हणून जस्तलेपनात त्याचा थर दिला जातो, पितळेतील दोन धातूंपैकी तो एक आहे, आणि सामान्य कोरड्या विद्युतघटाचे भांडे व ऋण विद्युताग्र त्याचेच असते. शेवटच्या उपयोगामुळे जस्त शालेय पाठ्यपुस्तकात विजेच्या प्रकरणातच येते, आणि बहुधा त्यामुळेच तो या पर्यायसंचात आला आहे; तसेच 'विद्युतघटाशी संबंध असणे' म्हणजे 'चुंबकीय असणे' नव्हे याची तो आठवणही करून देतो. हा पर्याय आणि त्याच्या आधीचे दोन्ही पर्याय एकाच सर्वसाधारण नियमाने निकालात निघतात : नेहमीचे लोहचुंबकीय पदार्थ म्हणजे लोखंड, कोबाल्ट व निकेल आणि त्यांच्या मिश्रधातू व ऑक्साइडे — आणि जस्त यांपैकी काहीच नाही.

पदार्थ चुंबकीय क्षेत्राला तीन ढोबळ प्रकारे प्रतिसाद देतात, आणि हे वर्गीकरण अशा प्रश्नाचे उत्तर जवळपास नेहमीच लोखंडाचे संयुग का असते हे समजावते. प्रतिचुंबकीय पदार्थ — ज्यांत तांबे, जस्त, पाणी आणि बहुतेक सेंद्रिय पदार्थ येतात — चुंबकीय क्षेत्राकडून अतिशय क्षीणपणे प्रतिकर्षित होतात आणि क्षेत्र काढून घेतल्यावर त्यांच्यात काहीही चुंबकत्व उरत नाही. अनुचुंबकीय पदार्थ, उदाहरणार्थ अॅल्युमिनियम व प्लॅटिनम, अतिशय क्षीणपणे आकर्षित होतात आणि तेही काही टिकवत नाहीत. लोहचुंबकीय पदार्थ — लोखंड, कोबाल्ट, निकेल, त्यांच्या मिश्रधातू, आणि मॅग्नेटाइटसारखी काही ऑक्साइडे — प्रबळपणे आकर्षित होतात आणि क्षेत्र काढून घेतल्यानंतरही चुंबकत्व टिकवू शकतात; कायमस्वरूपी चुंबक शक्य होतो तो याच गुणधर्मामुळे. लोहचुंबकीय पदार्थ त्याच्या क्युरी बिंदू नावाच्या विशिष्ट तापमानाच्या वर तापवला तर हा गुणधर्म नाहीसा होतो आणि थंड झाल्यावर परत येतो. लोहचुंबकीय गटातच आणखी एक व्यावहारिकदृष्ट्या महत्त्वाचा भेद आहे — मऊ व कठीण चुंबकीय पदार्थ. मऊ पदार्थ, ज्यांचे प्रमाण उदाहरण शुद्ध किंवा सिलिकॉनमिश्रित लोखंड आहे, क्षेत्रात सहज चुंबकीकृत होतात आणि क्षेत्र काढताच चुंबकत्व गमावतात — विद्युतचुंबक किंवा रोहित्राच्या गाभ्यासाठी नेमके तेच हवे असते. पोलादासारखे व आधुनिक मिश्रधातूंसारखे कठीण पदार्थ चुंबकीकृत करायला अवघड असतात पण चुंबकत्व टिकवतात — कायमस्वरूपी चुंबकासाठी तेच हवे. लोडस्टोन या उत्पादनाच्या मांडणीच्या बाहेरच बसतो, कारण तो कोणी बनवलेलाच नाही : ते नैसर्गिकरीत्या चुंबकीकृत झालेले मॅग्नेटाइट आहे, आणि म्हणूनच या घटनेचा सिद्धांत मांडला जाण्याच्या हजारो वर्षे आधीपासून ती माहीत होती. त्याचा सर्वात परिणामकारक उपयोग दिशादर्शनाचा ठरला, कारण मोकळेपणी टांगलेला तुकडा स्थानिक चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेने स्थिरावतो आणि साधारण उत्तर-दक्षिण दाखवतो; या वर्तनावर उभे राहिलेल्या चुंबकीय होकायंत्राने सागरी प्रवासाची पद्धतच बदलून टाकली.

एमपीएससीचे विज्ञानविषयक प्रश्न शालेय पातळीवर विचारले जातात आणि त्यांतला मोठा भाग एकाच वर्गीकरणाची तपासणी करतो — नैसर्गिक विरुद्ध कृत्रिम, लोहचुंबकीय विरुद्ध अचुंबकीय, वाहक विरुद्ध निरोधक, मूलद्रव्य विरुद्ध संयुग. या संपूर्ण कुटुंबासाठीची कार्यक्षम तयारी पदार्थांच्या लांबलचक याद्या पाठ करण्याची नसून प्रत्येक वर्गात बसणारा छोटा संच लक्षात ठेवण्याची आहे, कारण वर्ग लहान आहेत आणि त्यांच्या बाहेरचे जग अवाढव्य. इथे 'लोडस्टोन म्हणजे मॅग्नेटाइट आणि मॅग्नेटाइट म्हणजे लोखंडाचे ऑक्साइड' एवढे माहीत असले की संपूर्ण प्रश्न सुटतो; किंवा 'लोहचुंबकीय पदार्थ म्हणजे लोखंड, कोबाल्ट व निकेल आणि त्यांच्या मिश्रधातू व ऑक्साइडे' एवढे माहीत असले तरी तांबे, सिलिकॉन व जस्त एकाच फटक्यात बाद होतात. पर्यायसंच कसा बांधला आहे तेही पाहा : तिन्ही चुकीची उत्तरे विज्ञानाच्या अभ्यासक्रमात सतत भेटणारे सामान्य धातू किंवा धातुसदृश पदार्थ आहेत, आणि प्रत्येकाचा विजेशी खरा संबंध आहे — वेटोळ्यांचा वाहक म्हणून तांबे, अर्धवाहक व रोहित्राच्या पोलादातील मिश्रक म्हणून सिलिकॉन, कोरड्या विद्युतघटातील विद्युताग्र म्हणून जस्त — म्हणजे प्रत्येकाची सांगड बरोबर प्रकरणाशी आणि चुकीच्या गुणधर्माशी घातलेली आहे. या सांगडी चुंबकत्वाशी नसून विजेशी आहेत हे ओळखणे हाच या प्रश्नातून जाण्याचा सर्वात जलद मार्ग. एक भर : ही प्रश्नपत्रिका रासायनिक सूत्रे खरोखरच खालच्या आकड्यांसह छापते आणि एका ओळीत दोन लिपी मिसळते; तसेच मराठी स्तंभातील पर्याय (1) व (3) यांना कंसात इंग्रजी नावे — 'तांबे (कॉपर)', 'जस्त (झिंक)' — जोडली आहेत, जी इंग्रजी स्तंभात नाहीत.

• लोडस्टोन म्हणजे नैसर्गिकरीत्या चुंबकीकृत झालेला मॅग्नेटाइट या खनिजाचा तुकडा — Fe3O4 हे सूत्र असलेले लोखंडाचे ऑक्साइड — आणि नैसर्गिक चुंबकाचे तेच प्रमाण व जवळपास एकमेव उदाहरण आहे.
• कृत्रिम चुंबक म्हणजे जाणीवपूर्वक बनवलेले चुंबक — आधीच्या चुंबकाने घासून, प्रबळ चुंबकीय क्षेत्रात ठेवून, किंवा मऊ लोखंडाच्या गाभ्याभोवती विद्युतधारा वाहणारे वेटोळे गुंडाळून विद्युतचुंबक करून — आणि त्यांत दांडी चुंबक, नालाकृती चुंबक व होकायंत्राची सुई येतात.
• इंग्रजीतील magnet हा शब्द आशिया मायनरमधील मॅग्नेशिया या जिथे हे खनिज सापडले त्या प्रदेशाच्या नावावरून आल्याचे मानले जाते, आणि मोकळेपणी टांगलेला लोडस्टोनचा तुकडा उत्तर-दक्षिण दिशेत स्थिरावतो — तोच चुंबकीय होकायंत्राचा उगम.
• पदार्थांचे वर्गीकरण : प्रतिचुंबकीय — क्षीण प्रतिकर्षण व काहीही टिकत नाही; अनुचुंबकीय — क्षीण आकर्षण व काहीही टिकत नाही; आणि लोहचुंबकीय — प्रबळ आकर्षण व चुंबकत्व टिकवण्याची क्षमता, ज्यात लोखंड, कोबाल्ट, निकेल, त्यांच्या मिश्रधातू आणि मॅग्नेटाइटसारखी काही ऑक्साइडे येतात.
• तांबे व जस्त प्रतिचुंबकीय आहेत आणि सिलिकॉन अर्धवाहक आहे; तिघांचेही चुंबकीकरण होऊ शकत नाही, आणि तांब्याच्या वेटोळ्यांशी, सिलिकॉन पोलादाच्या गाभ्यांशी व कोरड्या विद्युतघटांशी असलेल्या त्यांच्या सांगडी चुंबकत्वाशी नव्हे तर विजेशी आहेत.

• तांब्याचा संबंध विद्युतचुंबकाशी असतो म्हणून तांबे चुंबकीय आहे असे मानणे; तांबे विद्युतधारा वाहून नेते आणि चुंबकीय होणारा भाग मऊ लोखंडाचा गाभा असतो
• सिलिकॉन पोलाद रोहित्राच्या गाभ्यात वापरतात म्हणून सिलिकॉन लोहचुंबकीय आहे असे मानणे; त्या मिश्रधातूतले चुंबकत्व लोखंडाचे असते आणि सिलिकॉन ऊर्जाहानी कमी करण्यासाठी असते
• विद्युतघटात वापरला जातो म्हणून जस्ताला चुंबकत्वाशी जोडणे; विजेच्या प्रकरणात येणे आणि चुंबकीय असणे या वेगळ्या गोष्टी आहेत
• 'नैसर्गिक चुंबक' म्हणजे 'कमकुवत चुंबक' असे समजणे; हे वर्गीकरण ताकदीचे नसून उगमाचे आहे — चुंबक निसर्गात तयार सापडला की माणसाने बनवला हा त्याचा मुद्दा आहे

चुंबकत्व एमपीएससीच्या विज्ञान विभागात नेमक्या याच प्रकारच्या छोट्या स्मरणप्रश्नांच्या रूपात येते — नैसर्गिक चुंबक ओळखा, लोहचुंबकीय पदार्थ सांगा, होकायंत्राची सुई काय करते ते सांगा — आणि कधीतरी विद्युतचुंबक, रोहित्र किंवा पृथ्वीच्या क्षेत्राविषयीच्या उपयोजन प्रश्नाच्या रूपात. विषय लहान व स्थिर आहे, म्हणून शालेय पाठ्यपुस्तकाचे एक प्रकरण नीट वाचलेला उमेदवार इथे विचारले जाणारे जवळपास सर्व काही सोडवू शकतो. सर्वात उपयुक्त तथ्ये अशी : लोडस्टोन म्हणजे मॅग्नेटाइट ही ओळख, लोहचुंबकीय मूलद्रव्यांची यादी, मऊ व कठीण चुंबकीय पदार्थांतील फरक प्रत्येकाच्या एका उपयोगासह, आणि विद्युतधारेतून चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते हे तथ्य — जे चुंबकत्व व वीज या दोन प्रकरणांना जोडणारा दुवा आहे आणि जिथून बहुतेक उपयोजन प्रश्न बांधले जातात. जिथे प्रश्नात तीन सामान्य धातू आणि एक संयुग दिलेले असते, तिथे 'यांपैकी लोखंड कशात आहे' एवढे तपासले की सहसा उत्तर निघते.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  खालीलपैकी कोणता पदार्थ लोहचुंबकीय आहे ?

  • (a)अॅल्युमिनियम
  • (b)निकेल
  • (c)तांबे
  • (d)जस्त

  उत्तर(2) निकेल. नेहमीचे लोहचुंबकीय पदार्थ म्हणजे लोखंड, कोबाल्ट व निकेल आणि त्यांच्या मिश्रधातू व काही ऑक्साइडे; हेच पदार्थ प्रबळपणे आकर्षित होतात आणि क्षेत्र काढून घेतल्यावरही चुंबकत्व टिकवू शकतात. अॅल्युमिनियम अनुचुंबकीय आहे — म्हणजे अतिशय क्षीणपणे आकर्षित होतो आणि काहीही टिकवत नाही — तर तांबे व जस्त प्रतिचुंबकीय आहेत आणि ते क्षीणपणे प्रतिकर्षित होतात. लोहचुंबकीय पदार्थ क्युरी बिंदूच्या वर तापवला तर हा गुणधर्म नाहीसा होतो व थंड झाल्यावर परत येतो.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  विद्युतचुंबकाच्या गाभ्यासाठी मऊ लोखंड आणि कायमस्वरूपी चुंबकासाठी पोलाद का वापरतात ?

  • (a)मऊ लोखंड स्वस्त असते आणि पोलाद महाग असते
  • (b)मऊ लोखंड सहज चुंबकीकृत होते व क्षेत्र काढताच चुंबकत्व गमावते, तर पोलाद अवघडपणे चुंबकीकृत होते पण चुंबकत्व टिकवते
  • (c)मऊ लोखंड विजेचा वाहक असते आणि पोलाद निरोधक असते
  • (d)मऊ लोखंडाला क्युरी बिंदू नसतो

  उत्तर(2) मऊ लोखंड सहज चुंबकीकृत होते व क्षेत्र काढताच चुंबकत्व गमावते, तर पोलाद अवघडपणे चुंबकीकृत होते पण चुंबकत्व टिकवते. विद्युतचुंबकाकडून नेमकी हीच अपेक्षा असते — विद्युतधारा बंद केली की चुंबकत्वही थांबावे — म्हणून तिथे मऊ पदार्थ हवा; आणि कायमस्वरूपी चुंबकाकडून उलट अपेक्षा असते, म्हणून तिथे कठीण पदार्थ हवा. दोन्ही पदार्थ लोहचुंबकीयच आहेत आणि दोघांनाही क्युरी बिंदू असतो; फरक चुंबकत्व टिकवण्याच्या क्षमतेत आहे, चुंबकीय असण्या-नसण्यात नाही.