विद्युत प्रभार की गणना कैसे करें

चाहे वह एक प्यारे कोट द्वारा दी गई स्थैतिक बिजली हो या वह बिजली जो टेलीविजन सेटों को शक्ति प्रदान करती हो, आप अंतर्निहित भौतिकी को समझकर विद्युत आवेश के बारे में अधिक जान सकते हैं। चार्ज की गणना करने के तरीके स्वयं बिजली की प्रकृति पर निर्भर करते हैं, जैसे कि वस्तुओं के माध्यम से चार्ज कैसे वितरित होता है, इसके सिद्धांत। ये सिद्धांत समान हैं चाहे आप ब्रह्मांड में कहीं भी हों, विद्युत आवेश को विज्ञान का एक मौलिक गुण बनाते हैं।

गणना करने के कई तरीके हैं आवेश भौतिकी और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में विभिन्न संदर्भों के लिए।

कूलम्ब का नियम आमतौर पर विद्युत आवेश को वहन करने वाले कणों से उत्पन्न बल की गणना करते समय उपयोग किया जाता है, और यह आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य विद्युत आवेश समीकरणों में से एक है। इलेक्ट्रॉन −1.602 × 10. के व्यक्तिगत आवेश वहन करते हैं^-19 कूलम्ब (सी), और प्रोटॉन समान मात्रा में ले जाते हैं, लेकिन सकारात्मक दिशा में, 1.602 × 10 ⁻¹⁹ सी। दो शुल्क के लिए क्यू₁ तथा क्यू₂_जो दूरी _r. से अलग होते हैं, आप विद्युत बल की गणना कर सकते हैं एफ_इ कूलम्ब के नियम का उपयोग करके उत्पन्न:

जिसमें क एक स्थिरांक है क = 9.0 × 10 ⁹ एनएम² / सी². भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर कभी-कभी चर का उपयोग करते हैं इ एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को संदर्भित करने के लिए।

ध्यान दें कि विपरीत चिह्नों (प्लस और माइनस) के आरोपों के लिए, बल ऋणात्मक होता है और इसलिए, दोनों आवेशों के बीच आकर्षक होता है। एक ही चिन्ह (प्लस और प्लस या माइनस और माइनस) के दो आरोपों के लिए, बल प्रतिकारक है। आवेश जितने अधिक होते हैं, उनके बीच उतना ही अधिक आकर्षक या प्रतिकारक बल होता है।

कूलम्ब का नियम गुरुत्वाकर्षण बल के न्यूटन के नियम के समान है एफ_{जी ​} = जी एम₁म₂ / आर² गुरुत्वाकर्षण बल के लिए एफ_जी, जनता म₁तथा म₂, और गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक जी = 6.674 × 10 ⁻¹¹ म³/ किग्रा s². वे दोनों अलग-अलग बलों को मापते हैं, अधिक द्रव्यमान या आवेश के साथ भिन्न होते हैं और दोनों वस्तुओं के बीच की त्रिज्या पर दूसरी शक्ति पर निर्भर करते हैं। समानताओं के बावजूद, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि गुरुत्वाकर्षण बल हमेशा आकर्षक होते हैं जबकि विद्युत बल आकर्षक या प्रतिकारक हो सकते हैं।

आपको यह भी ध्यान रखना चाहिए कि नियमों के स्थिरांक की घातीय शक्ति में अंतर के आधार पर विद्युत बल आमतौर पर गुरुत्वाकर्षण से बहुत अधिक मजबूत होता है। इन दो कानूनों के बीच समानताएं ब्रह्मांड के सामान्य कानूनों के बीच समरूपता और पैटर्न का एक बड़ा संकेत हैं।

यदि कोई सिस्टम अलग-थलग रहता है (अर्थात इसके बाहर किसी अन्य चीज के संपर्क के बिना), तो यह चार्ज को संरक्षित करेगा। प्रभार का संरक्षण इसका मतलब है कि सिस्टम के लिए इलेक्ट्रिक चार्ज की कुल मात्रा (पॉजिटिव चार्ज माइनस नेगेटिव चार्ज) समान रहती है। चार्ज का संरक्षण भौतिकविदों और इंजीनियरों को यह गणना करने देता है कि सिस्टम और उनके परिवेश के बीच कितना चार्ज चलता है।

यह सिद्धांत वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को फैराडे पिंजरे बनाने की अनुमति देता है जो चार्ज से बचने के लिए धातु की ढाल या कोटिंग का उपयोग करते हैं। फैराडे केज या फैराडे शील्ड एक विद्युत क्षेत्र की प्रवृत्ति का उपयोग करते हुए आवेशों को फिर से वितरित करते हैं सामग्री क्षेत्र के प्रभाव को रद्द करने और आरोपों को नुकसान पहुंचाने या प्रवेश करने से रोकने के लिए आंतरिक। इनका उपयोग चिकित्सा उपकरणों जैसे चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग मशीनों में किया जाता है, ताकि डेटा को रोका जा सके विकृत किया जा रहा है, और खतरनाक में काम कर रहे इलेक्ट्रीशियन और लाइनमैन के लिए सुरक्षात्मक गियर में वातावरण।

आप प्रवेश करने वाले चार्ज की कुल राशि की गणना करके और छोड़ने वाले चार्ज की कुल राशि को घटाकर अंतरिक्ष की मात्रा के लिए शुद्ध चार्ज प्रवाह की गणना कर सकते हैं। चार्ज करने वाले इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के माध्यम से, चार्ज के संरक्षण के अनुसार खुद को संतुलित करने के लिए चार्ज कणों को बनाया या नष्ट किया जा सकता है।

यह जानते हुए कि एक इलेक्ट्रॉन का आवेश −1.602 × 10. होता है ⁻¹⁹ सी, −8 × 10. का एक चार्ज ⁻¹⁸ C 50 इलेक्ट्रॉनों से बना होगा। आप इसे एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के परिमाण से विद्युत आवेश की मात्रा को विभाजित करके पा सकते हैं।

यदि आप जानते हैं विद्युत प्रवाहएक वस्तु के माध्यम से विद्युत आवेश का प्रवाह, एक सर्किट के माध्यम से यात्रा करना और कितनी देर तक करंट लगाया जाता है, आप करंट के समीकरण का उपयोग करके विद्युत आवेश की गणना कर सकते हैं क्यू = इतो जिसमें क्यू कुल आवेश को कूलम्ब में मापा जाता है, मैं एएमपीएस में चालू है, और तो वह समय है जब करंट सेकंड में लगाया जाता है। आप ओम के नियम का भी उपयोग कर सकते हैं (वी = आईआर) वोल्टेज और प्रतिरोध से करंट की गणना करने के लिए।

वोल्टेज 3 वी और प्रतिरोध 5 के साथ एक सर्किट के लिए जो 10 सेकंड के लिए लागू होता है, इसके परिणामस्वरूप परिणाम होता है मैं = वी / आर = ३ वी / ५ = ०.६ ए, और कुल शुल्क होगा क्यू = यह = 0.6 ए × 10 एस = 6 सी।

यदि आप संभावित अंतर जानते हैं (वी) एक सर्किट और काम में लगाए गए वोल्ट में (वू) जूल में, जिस अवधि में इसे लगाया जाता है, कूलम्ब में चार्ज, क्यू = वू / वी.

•••सैयद हुसैन अथेरे

बिजली क्षेत्र, विद्युत बल प्रति इकाई आवेश, धनात्मक आवेशों से ऋणात्मक आवेशों की ओर रेडियल रूप से बाहर की ओर फैलता है और इसकी गणना की जा सकती है इ = एफ_इ / क्यू, जिसमें एफ_इ विद्युत बल है और क्यू वह आवेश है जो विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है। यह देखते हुए कि बिजली और चुंबकत्व में गणना के लिए मौलिक क्षेत्र और बल कैसे हैं, विद्युत आवेश हो सकता है पदार्थ की संपत्ति के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसके कारण एक कण में विद्युत की उपस्थिति में बल होता है मैदान।

भले ही किसी वस्तु पर कुल या कुल आवेश शून्य हो, विद्युत क्षेत्र वस्तुओं के अंदर विभिन्न तरीकों से आवेशों को वितरित करने की अनुमति देते हैं। यदि उनके भीतर आवेश वितरण होते हैं जिसके परिणामस्वरूप गैर-शून्य शुद्ध आवेश होता है, तो ये वस्तुएँ हैं ध्रुवीकरण, और इन ध्रुवीकरणों के कारण होने वाले आरोप को के रूप में जाना जाता है बाध्य प्रभार.

यद्यपि सभी वैज्ञानिक इस बात से सहमत नहीं हैं कि ब्रह्मांड का कुल आवेश क्या है, उन्होंने विभिन्न तरीकों से शिक्षित अनुमान और परीक्षण परिकल्पनाएँ की हैं। आप देख सकते हैं कि ब्रह्मांडीय पैमाने पर ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण प्रमुख बल है, और, क्योंकि विद्युत चुम्बकीय बल बहुत मजबूत है गुरुत्वाकर्षण बल की तुलना में, यदि ब्रह्मांड का शुद्ध आवेश (या तो धनात्मक या ऋणात्मक) होता, तो आप इसका प्रमाण इतने बड़े पैमाने पर देख पाएंगे दूरियां। इस सबूत की अनुपस्थिति ने शोधकर्ताओं को यह विश्वास करने के लिए प्रेरित किया है कि ब्रह्मांड चार्ज न्यूट्रल है।

क्या ब्रह्मांड हमेशा चार्ज न्यूट्रल रहा है या बिग बैंग के बाद से ब्रह्मांड का चार्ज कैसे बदल गया है, यह भी ऐसे सवाल हैं जो बहस के लिए हैं। यदि ब्रह्मांड में शुद्ध आवेश होता, तो वैज्ञानिकों को अपनी प्रवृत्तियों और सभी पर प्रभाव को मापने में सक्षम होना चाहिए विद्युत क्षेत्र रेखाएँ इस तरह से, कि वे धनात्मक आवेशों से ऋणात्मक आवेशों से जुड़ने के बजाय, कभी खत्म नहीं। इस अवलोकन की अनुपस्थिति इस तर्क की ओर भी इशारा करती है कि ब्रह्मांड पर कोई शुद्ध आवेश नहीं है।

•••सैयद हुसैन अथेरे

विद्युतीय फ्लक्स एक तलीय (यानी समतल) क्षेत्र के माध्यम से through ए विद्युत क्षेत्र का इ क्षेत्र के लंबवत क्षेत्र के घटक द्वारा गुणा किया गया क्षेत्र है। इस लंबवत घटक को प्राप्त करने के लिए, आप फ्लक्स के सूत्र में क्षेत्र और रुचि के विमान के बीच के कोण के कोसाइन का उपयोग करते हैं, जिसे निम्न द्वारा दर्शाया जाता है = ईए क्योंकि (θ), कहां है θ क्षेत्र के लंबवत रेखा और विद्युत क्षेत्र की दिशा के बीच का कोण है।

यह समीकरण, के रूप में जाना जाता है गॉस का नियम, आपको यह भी बताता है कि, ऐसी सतहों के लिए, जिन्हें आप कहते हैं गाऊसी सतह, कोई भी शुद्ध आवेश विमान की सतह पर रहेगा क्योंकि यह विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए आवश्यक होगा।

चूंकि यह फ्लक्स की गणना में प्रयुक्त सतह के क्षेत्र की ज्यामिति पर निर्भर करता है, यह आकार के आधार पर भिन्न होता है। वृत्ताकार क्षेत्र के लिए, फ्लक्स क्षेत्र ए _r_ होगा² साथ से आर वृत्त की त्रिज्या के रूप में, या एक बेलन की वक्र सतह के लिए, फ्लक्स क्षेत्र होगा चौधरी जिसमें सी वृत्ताकार बेलन फलक की परिधि है और एच सिलेंडर की ऊंचाई है।

स्थैतिक बिजली तब उभरता है जब दो वस्तुएं विद्युत संतुलन पर नहीं होती हैं (या स्थिरवैद्युत संतुलन), या, कि एक वस्तु से दूसरी वस्तु पर आवेशों का शुद्ध प्रवाह होता है। जैसे ही सामग्री एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती है, वे एक दूसरे के बीच शुल्क स्थानांतरित करते हैं। मोज़े को कालीन पर या फुलाए हुए गुब्बारे की रबर को अपने बालों पर रगड़ने से बिजली के ये रूप उत्पन्न हो सकते हैं। संतुलन की स्थिति को फिर से स्थापित करने के लिए झटका इन अतिरिक्त शुल्कों को वापस स्थानांतरित कर देता है।

एक के लिए कंडक्टर (एक सामग्री जो बिजली संचारित करती है) इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन में, अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य होता है और इसकी सतह पर शुद्ध चार्ज इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन पर रहना चाहिए। ऐसा इसलिए है, क्योंकि यदि कोई क्षेत्र होता, तो कंडक्टर में इलेक्ट्रॉन क्षेत्र के जवाब में खुद को फिर से वितरित या फिर से संरेखित करते। इस तरह, वे किसी भी क्षेत्र को तत्काल बनाए जाने के तुरंत बाद रद्द कर देंगे।

एल्यूमीनियम और तांबे के तार आम कंडक्टर सामग्री हैं जिनका उपयोग धाराओं और आयनिक कंडक्टरों को प्रसारित करने के लिए किया जाता है अक्सर उपयोग किया जाता है, जो ऐसे समाधान होते हैं जो स्वतंत्र रूप से तैरने वाले आयनों का उपयोग करते हैं ताकि चार्ज प्रवाहित हो सके सरलता। अर्धचालकों, जैसे चिप्स जो कंप्यूटर को कार्य करने देते हैं, मुक्त रूप से परिसंचारी इलेक्ट्रॉनों का भी उपयोग करते हैं, लेकिन उतने नहीं जितने कंडक्टर करते हैं। सिलिकॉन और जर्मेनियम जैसे अर्ध-चालकों को भी आवेशों को प्रसारित होने देने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और आमतौर पर इनकी चालकता कम होती है। इसके विपरीत, रोधक जैसे लकड़ी अपने में से आवेश को आसानी से प्रवाहित नहीं होने देती।

अंदर कोई क्षेत्र नहीं होने के कारण, गाऊसी सतह के लिए जो कंडक्टर की सतह के ठीक अंदर होती है, क्षेत्र हर जगह शून्य होना चाहिए ताकि फ्लक्स शून्य हो। इसका मतलब है कि कंडक्टर के अंदर कोई शुद्ध विद्युत आवेश नहीं है। इससे, आप यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि, सममित ज्यामितीय संरचनाओं जैसे कि गोले के लिए, चार्ज गॉसियन सतह की सतह पर समान रूप से वितरित होता है।

चूँकि किसी सतह पर शुद्ध आवेश इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन में रहना चाहिए, किसी भी विद्युत क्षेत्र को कंडक्टर की सतह पर लंबवत होना चाहिए ताकि सामग्री को चार्ज करने की अनुमति मिल सके। गॉस का नियम आपको कंडक्टर के लिए इस विद्युत क्षेत्र और प्रवाह के परिमाण की गणना करने देता है। एक कंडक्टर के अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य होना चाहिए, और बाहर, यह सतह के लंबवत होना चाहिए।

इसका मतलब है, एक बेलनाकार कंडक्टर के लिए एक लंबवत कोण पर दीवारों से विकिरण क्षेत्र के साथ, कुल फ्लक्स केवल 2_E__πr_ है² विद्युत क्षेत्र के लिए इ तथा आर बेलनाकार चालक के वृत्ताकार फलक की त्रिज्या। आप सतह पर नेट चार्ज का भी वर्णन कर सकते हैं σ, द चार्ज का घनत्व प्रति इकाई क्षेत्र, क्षेत्रफल से गुणा।