इलेक्ट्रिक चार्ज आपके चारों ओर है, लेकिन आप इसे केवल दुर्लभ अवसरों पर ही नोटिस करते हैं, जैसे कि जब आपके बाल अंत में खड़े होते हैं आप एक टोपी उतारते हैं या जब आप एक तेज झपकी लेते हैं जब आप अपने पैरों को रगड़ने के बाद किसी चीज को छूने के लिए पहुंचते हैं कालीन
ये दो घटनाएं उदाहरण हैंस्थैतिक बिजली, कुछ ऐसा जो आपने शायद तब सीखा जब आप बच्चे थे। लेकिन स्टैटिक चार्ज आपके बालों को अंत तक कैसे खड़ा करता है और यह आपको स्टैटिक शॉक क्यों दे सकता है?
परमाणु स्तर पर वास्तव में क्या चल रहा है जो इन सार्वभौमिक अनुभवों को उत्पन्न करता है? स्थैतिक बिजली के बारे में विवरण सीखने से आपको पदार्थ की इस आकर्षक संपत्ति के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी मिलती है।
इलेक्ट्रिक चार्ज की मूल बातें
विद्युत आवेश पदार्थ का मौलिक गुण है। इसे धनात्मक आवेशों और ऋणात्मक आवेशों में विभाजित किया गया है, और यद्यपि कुछ कण हैं विद्युत रूप से तटस्थ - जैसे न्यूट्रॉन - ये वास्तव में और भी अधिक मौलिक. से बने होते हैं कण जोकरएक इलेक्ट्रिक चार्ज ले लो।
जब आप स्थैतिक बिजली के बारे में सीखते हैं तो दो सबसे महत्वपूर्ण आवेशित कण एक परमाणु के दो मुख्य घटक होते हैं: प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन।
+. के आवेश के साथ प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैंइ, जबकि इलेक्ट्रॉनों पर ऋणात्मक आवेश होता है -इ, कहां हैइ = 1.602 × 10−19 सी। यहाँ C का अर्थ हैकूलंब, जो विद्युत आवेश के लिए SI इकाई है। 10−19 आपको बताता है कि आवेशित कणों में होता हैबहुत छोटे सेएक कूलम्ब की तुलना में चार्ज वैल्यू - एक मीटर द्वारा अलग किए गए सिर्फ 1 सी के दो चार्ज शनि वी रॉकेट के लॉन्च थ्रस्ट के जोर से बड़ा बल उत्पन्न करेंगे!
विद्युत आवेश कैसे काम करता है, इसका मूल नियम यह है कि विपरीत आवेश आकर्षित होते हैं और समान आवेश प्रतिकर्षित करते हैं। इसलिए यदि आप एक इलेक्ट्रॉन को दूसरे इलेक्ट्रॉन के पास लाते हैं, तो वे खुद को अलग कर लेते हैं, जबकि यदि आप एक इलेक्ट्रॉन को एक प्रोटॉन के पास लाते हैं, तो वह उसकी ओर आकर्षित होगा।
स्थैतिक बिजली की परिभाषा
सबसे बुनियादी स्तर पर, स्थैतिक बिजली केवल उन शुल्कों को संदर्भित करती है जो गतिमान नहीं होते हैं। हालाँकि, इसके अलावा भी बहुत कुछ है! स्थैतिक बिजली के बारे में महत्वपूर्ण बात यह है कि यह तब होता है जब चार्ज का असंतुलन होता है, और यह असंतुलन अनिवार्य रूप से पैदा करता हैविद्युत क्षमता, जिसका अर्थ है कि आवेश-वाहक कणों की स्थिति के कारण विद्युत प्रवाह के प्रवाह (आवेश को पुनर्संतुलित करने के लिए) की संभावना है।
परमाणुओं में, और विस्तार से अधिकांश रोजमर्रा की वस्तुओं में, सकारात्मक और नकारात्मक के बीच संतुलन होता है चार्ज (यानी प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के बीच), इसलिए जब सभी को माना जाता है तो वे विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं साथ में।
इसलिए यदि आप एक परमाणु को दूसरे के करीब लाते हैं, तो उनके बीच कोई विद्युत बल नहीं होगा क्योंकि सभी धनात्मक आवेशों को ऋणात्मक आवेशों द्वारा संतुलित किया जाता है, इसलिए a उत्पन्न करने के लिए कोई शुद्ध आवेश नहीं है बल।
हालांकि यह वास्तव में इससे थोड़ा अधिक जटिल है (क्योंकि इलेक्ट्रॉन हमेशा चलते हैं, इसलिए वे नहीं करते हैंहमेशाप्रोटॉन से धनात्मक आवेश को अवरुद्ध करें), यह तटस्थ स्थिति स्थिर आवेश के निर्माण होने पर क्या होता है, इसके साथ एक स्पष्ट विपरीतता पैदा करती है।
संक्षेप में, जब कोई वस्तु (जैसे कि उस पर गुब्बारे को रगड़ने के बाद आपके बाल) अधिक या आवेश की कमी (इतना अधिक) प्राप्त करती है या अपनी सामान्य अवस्था की तुलना में कम इलेक्ट्रॉन), तो यह अब तटस्थ नहीं है और जिसे आप स्थैतिक कहते हैं उसे उत्पन्न कर सकते हैं बिजली। इसके विपरीत, साधारण बिजली है aनिरंतर आंदोलनआवेश (विद्युत प्रवाह में इलेक्ट्रॉनों के रूप में), जबकि स्थैतिक बिजली में गति शामिल नहीं होती हैजब तकशुल्क एक दूसरे को पुनर्संतुलित करते हैं - और संभवतः आपको इस प्रक्रिया में एक तेज झपकी देते हैं!
स्थैतिक बिजली कैसे काम करती है
स्थैतिक बिजली मूल रूप से धनात्मक आवेशों और ऋणात्मक आवेशों के बीच असंतुलन पर निर्भर करती है, लेकिन वास्तव में यह केवल इलेक्ट्रॉन हैं जो वास्तव में इस असंतुलन को पैदा करने के लिए आगे बढ़ते हैं।
एक परमाणु में, प्रोटॉन नाभिक (न्यूट्रॉन के साथ) में कसकर बंधे होते हैं, और ये दोनों हैं नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों की तुलना में काफी भारी है जो कि बाहर के चारों ओर "बादल" में रहते हैं केंद्रक
क्योंकि ये हल्के कण बाहर की तरफ होते हैं, जब एक वस्तु दूसरे से संपर्क करती है तो यह इलेक्ट्रॉन जो उनके बीच स्थानांतरित हो सकते हैं, और उन्हें एक साथ रगड़ने से आवेश की दर बढ़ जाती है बनाया। इसलिए यदि कोई वस्तु अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करती है, तो वह ऋणात्मक रूप से आवेशित हो जाती है, जबकि यदि वह इलेक्ट्रॉनों को खो देती है तो वह धनात्मक रूप से आवेशित हो जाती है।
इन्सुलेट सामग्री एक स्थिर चार्ज अच्छी तरह से रखती है, जबकि एक अच्छा कंडक्टर केवल कुछ स्थितियों में स्थिर चार्ज बनाए रखेगा। एक कंडक्टर को अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन दिए जाने पर स्थिर चार्ज नहीं होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन पूरी सामग्री में स्वतंत्र रूप से प्रवाहित हो सकते हैं (जो कि एक अच्छे कंडक्टर की परिभाषा है)।
इसलिए कोई भी चार्ज बिल्डअप ध्यान देने योग्य स्थैतिक बिजली बनाने के लिए बहुत तेज़ी से नष्ट हो जाता है, और यह अन्य वस्तुओं में स्थानांतरित हो सकता है जब तक कि यह बाकी पर्यावरण से पूरी तरह से अछूता न हो। चूंकि एक इंसुलेटर में करंट प्रवाहित नहीं हो सकता है, स्टैटिक बिल्ड-अप जल्दी से एक उल्लेखनीय चार्ज असंतुलन पैदा करता है और इस तरह स्थैतिक बिजली उत्पन्न करता है।
क्योंकि जैसे आवेश प्रतिकर्षित करते हैं, और विपरीत आवेश आकर्षित होते हैं, जब किसी वस्तु का स्थिर आवेश होता है तो वह विपरीत आवेशित वस्तुओं से चिपक जाता है, और यह कभी-कभी भी हो सकता है।फूट डालनाएक तटस्थ वस्तु में परमाणु और उससे भी चिपके रहते हैं - जिस तरह एक गुब्बारा आपके सिर पर रगड़ने के बाद दीवार से चिपक जाता है।
यदि चार्ज बिल्डअप काफी बड़ा है और दो सतहों या वस्तुओं के बीच अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज प्राप्त किया जाता है, तो चार्ज एक वस्तु से दूसरी वस्तु पर जा सकता है। यही कारण है कि यदि आप अपने पैरों को फर्श पर रगड़ते हैं और फिर दरवाजे के घुंडी को छूते हैं तो आपको स्थैतिक झटके से झपकी आ सकती है।
स्थैतिक बिजली के उदाहरण
स्थैतिक बिजली के ऐसे कई उदाहरण हैं जिनका आप दैनिक जीवन में सामना करेंगे, भले ही आप उनके संचालन में स्थैतिक आवेश की भूमिका के बारे में आवश्यक रूप से न सोचें।
एक विशेष रूप से सामान्य उदाहरण कपड़ों में स्थिर चिपकना है, विशेष रूप से ड्रायर का उपयोग करने के बाद, जो आदर्श परिस्थितियों को बनाए रखता है स्थैतिक बिजली विकसित करने के लिए, और इसमें कपड़े एक दूसरे के खिलाफ रगड़ना और संभावित रूप से अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को उठाना शामिल है मार्ग। इस तरह से चार्ज किए गए कपड़ों से होने वाला स्थैतिक झटका काफी छोटा होता है, लेकिन जब आप एक प्राप्त करते हैं तब भी आप निश्चित रूप से इसे नोटिस करते हैं!
फोटोकॉपियर इस बात का एक बेहतरीन उदाहरण हैं कि कैसे स्थैतिक बिजली को अच्छे उपयोग में लाया जा सकता है। तेज रोशनी जो दस्तावेज़ को स्कैन करती है, एक फोटोकॉन्डक्टिव (यानी एक फोटोकॉन्डक्टिव) पर छवि की एक विद्युत "छाया" बनाती है। प्रकाश के प्रति संवेदनशील) बेल्ट, और जैसे ही बेल्ट घूमता है, यह स्थिर होने के कारण नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए टोनर कणों को उठाता है चार्ज।
इसके नीचे, एक और बेल्ट कागज की एक शीट को चारों ओर लाती है, जिससे यह प्रक्रिया में एक मजबूत सकारात्मक स्थिर चार्ज देता है। जब टोनर से ऋणात्मक आवेश कागज पर धनात्मक आवेशों से मिलते हैं, तो टोनर अंकित हो जाता है कागज के टुकड़े पर, उसी पैटर्न में जैसा कि फोटोकॉन्डक्टिव द्वारा छाया को उठाया जाता है बेल्ट।
एक और उदाहरण आपको स्कूल में भौतिकी की कक्षा में वापस ले जाना चाहिए: वैन डे ग्रैफ जनरेटर, और क्लासिक प्रदर्शन जहां कोई व्यक्ति गोले को छूता है, उसके बाल अंत में खड़े होते हैं। जनरेटर स्थिर विद्युत आवेशों की गति के आधार पर काम करता है, जिसमें एक चलती हुई बेल्ट डिवाइस की लंबाई तक चलती है और स्थिर चार्ज को नियंत्रित करने के लिए दो धातु "कंघी" होती है।
तल पर एक धनावेशित कंघी (बिजली की आपूर्ति से जुड़ी) बेल्ट से इलेक्ट्रॉनों को खींचती है, इसे छोड़कर एक शुद्ध धनात्मक आवेश के साथ, और इस आवेश को शीर्ष पर एक कंघी द्वारा उठाया जाता है, जो इसे बड़े गुंबद तक फैला देता है ऊपर। यदि आप चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान गुंबद को छूते हैं, तो आपके बालों की अलग-अलग किस्में मैचिंग चार्ज लेती हैं और एक-दूसरे को पीछे हटाती हैं, जिससे यह सिरे पर खड़ा हो जाता है!
बेंजामिन फ्रैंकलिन का पतंग प्रयोग
बिजली के बोल्ट स्थैतिक बिजली की शक्ति का एक बहुत ही नाटकीय प्रदर्शन हैं, और बेंजामिन फ्रैंकलिन ने इसे साबित किया आंधी के दौरान गीले पतंग के तार की चाबी बांधकर अब तक के सबसे प्रसिद्ध वैज्ञानिक प्रदर्शनों में से एक।
हालांकि यह एक मिथक है कि पतंग वास्तव में एक बिजली के बोल्ट द्वारा मारा गया था (इससे संभवतः फ्रैंकलिन की मौत हो गई होगी), बिजली का क्षेत्र तूफान को स्ट्रिंग द्वारा उठाया गया था, जिसने - क्लासिक वैन डे ग्रैफ जनरेटर प्रदर्शन की तरह - सुतली के स्ट्रैंड को खड़ा कर दिया समाप्त। अंत में, फ्रैंकलिन ने चाबी को छुआ और एक स्थिर झटके की झपकी को महसूस किया, जो स्पष्ट रूप से बिजली और बिजली के बीच की कड़ी को प्रदर्शित करता है।
बेशक, वैज्ञानिकों ने बेंजामिन फ्रैंकलिन के दिनों से इस प्रक्रिया के बारे में कई और विवरण भरे हैं। बहुत कुछ जैसे कपड़े ड्रायर में एक-दूसरे से रगड़ते हैं या गुब्बारे आपके बालों के खिलाफ रगड़ते हैं, स्थिर चार्ज जो बिजली पैदा करता है वह घर्षण से आता है, और ठंडी हवा में बर्फ के क्रिस्टल से गर्म हवा से पानी की बूंदों का मिलन होता है द्रव्यमान।
क्लाउड में अलग-अलग जगहों पर चार्ज बनता है, और जब में पर्याप्त रूप से उच्च अंतर होता है इन स्थानों के बीच विद्युत क्षमता (अर्थात पर्याप्त रूप से उच्च वोल्टेज), इसे a के रूप में जारी किया जाता है बिजली। ऐसा आमतौर पर होता हैअंदरबादल या दो बादलों के बीच, लेकिन कभी-कभी बोल्ट जमीन से टकराएगा।
ट्राइबोइलेक्ट्रिक सीरीज
घर्षण और रगड़ के कारण होने वाले स्थैतिक आवेश के निर्माण को तकनीकी रूप से कहा जाता है ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव, और इस लेख के आधार पर आप पहले से ही इसका विवरण जानते हैं कि इसका क्या कारण है और यह काम किस प्रकार करता है। वस्तुएँ एक-दूसरे के संपर्क में आने से उनमें से एक को अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन लेने पड़ते हैं ऋणात्मक आवेशों को वहन करता है) और दूसरा इलेक्ट्रॉनों की कमी को विकसित करता है और इसलिए एक सकारात्मक जाल चार्ज।
हालाँकि, विभिन्न सामग्री जिस हद तक ऋणात्मक आवेश उठाती है या इलेक्ट्रॉनों को खो देती है और धनात्मक आवेश प्राप्त करती है, वह सामग्री की विशेषताओं के आधार पर भिन्न होती है। जबकि इंसुलेटर आमतौर पर स्टैटिक चार्ज लेने में बेहतर होते हैं, अलग-अलग इंसुलेटर इसे अलग-अलग दरों पर उठाते हैं।
उदाहरण के लिए, अधिकांश प्रकार के रबर, और विशेष रूप से टेफ्लॉन, इलेक्ट्रॉनों को बहुत आसानी से उठाते हैं और इस तरह प्रदर्शनों और स्थैतिक बिजली पर निर्भर प्रौद्योगिकी के टुकड़ों के लिए बहुत अच्छे हैं। सामग्री उनकी "इलेक्ट्रोनगेटिविटी" के आधार पर भिन्न होती है, जिसका मूल रूप से उनके इलेक्ट्रॉन संबंध, या अन्य वस्तुओं से उन्हें लेने की उनकी प्रवृत्ति का अर्थ है।
ट्राइबोइलेक्ट्रिक श्रृंखला सकारात्मक या नकारात्मक स्थिर चार्ज लेने की उनकी क्षमता के आधार पर विभिन्न सामग्रियों को क्रम में रखती है। ट्राइबोइलेक्ट्रिक श्रृंखला के शीर्ष की ओर रखे गए आइटम एक सकारात्मक चार्ज लेने की संभावना रखते हैं, जबकि सबसे नीचे वाले लोग इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने और ऋणात्मक चार्ज को a likely के रूप में लेने की अधिक संभावना रखते हैं परिणाम। ट्राइबोइलेक्ट्रिक श्रृंखला में दो वस्तुओं के बीच जितना अधिक अलगाव होगा, उतना ही उन्हें एक साथ रगड़ने से उन दोनों में एक स्थिर आवेश पैदा होगा।
स्थैतिक बिजली के खतरे
जबकि स्थैतिक बिजली के अधिकांश प्रदर्शन मज़ेदार प्रदर्शन या छोटी-छोटी जिज्ञासाएँ हैं जिन्हें आप दैनिक जीवन में मुठभेड़, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि अवांछित स्थिर चार्ज गंभीर हो सकता है परिणाम।
उदाहरण के लिए, स्थैतिक बिजली की एक चिंगारी ज्वलनशील तरल पदार्थ या गैसों को प्रज्वलित कर सकती है और संभावित रूप से विस्फोट का कारण बन सकती है। आपकी कार की सीट पर फिसलने से स्थिर बिल्ड-अप संभावित रूप से समस्या पैदा कर सकता है जब आपकी गैस को फिर से भरने के लिए आता है, और इसलिए आपको भरने से पहले कार के धातु वाले हिस्से को हमेशा छूना चाहिए यूपी।
बेशक,अधिकांशउस समय की स्थैतिक बिजली वास्तव में सिर्फ एक दिलचस्प घटना है, लेकिन यह कैसे काम करता है यह समझने से आपको कुछ स्थितियों में तबाही से बचने में मदद मिल सकती है।