भले ही आप विद्युत चुंबकत्व के रूप में जाने जाने वाले भौतिक विज्ञान में नए हों, आप शायद इस बात से अवगत होंगे कि समान आवेश प्रतिकर्षित करते हैं और विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं; अर्थात्, एक धनात्मक आवेश ऋणात्मक आवेश की ओर आकर्षित होगा, लेकिन दूसरे धनात्मक आवेश को पीछे हटाने की प्रवृत्ति रखेगा, उसी सरल नियम के विपरीत। (यह रोजमर्रा की कहावत का आधार है "विपरीत आकर्षित करते हैं"; क्या यह रोमांस में सच है शायद एक खुला प्रश्न है, लेकिन यह निश्चित रूप से ऐसा है जब परमाणुओं और अणुओं पर विद्युत आवेशों की बात आती है।)
हालाँकि, आप यह नहीं जानते होंगे कि किसी आवेशित वस्तु का तटस्थ वस्तु की ओर आकर्षित होना संभव है - अर्थात बिना शुद्ध आवेश वाली वस्तु। यह की घटना के माध्यम से संभव हैचार्ज ध्रुवीकरण, जो इस तथ्य के लिए जिम्मेदार है कि अणु जो समग्र रूप से विद्युत रूप से तटस्थ हैं, उनके भीतर एक विषम आवेश वितरण हो सकता है। सादृश्य के रूप में, एक शहर में 40 से कम और 40 से अधिक निवासियों की समान संख्या हो सकती है, लेकिन शहर की सीमाओं के भीतर उनका वितरण लगभग निश्चित रूप से विषम है।
- अणुओंकिसी विशेष यौगिक की सबसे छोटी रासायनिक इकाई का प्रतिनिधित्व करने वाले दो या दो से अधिक परमाणुओं का संग्रह है; ये परमाणु एक ही तत्व का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं, जैसे ऑक्सीजन गैस (O .)2), या कई तत्वों को शामिल करें, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड (CO .) के साथ2).
द्वारा विद्युत आवेश का स्थानांतरणअधिष्ठापन- अर्थात मुक्त इलेक्ट्रॉनों के रूप में आवेशों का आदान-प्रदान करने वाली वस्तुओं को सीधे स्पर्श किए बिना - रणनीतिक के चारों ओर घूमता है कंडक्टरों की नियुक्ति, जो ऐसी सामग्री है जिसके माध्यम से धारा आसानी से प्रवाहित होती है, और इंसुलेटर, जो ऐसी सामग्री है जिसके माध्यम से करंट नहीं जा सकता है बहे। लेकिन इससे भी अधिक, यह उनके घटक अणुओं के ध्रुवीकरण से उत्पन्न होने वाली संपूर्ण वस्तुओं के ध्रुवीकरण पर निर्भर करता है, जिसे विद्युत क्षेत्र के उपयोग से संशोधित किया जा सकता है।
प्वाइंट चार्ज और इलेक्ट्रिक फील्ड
जिस तरह गति के रैखिक और घूर्णी समीकरण एक-दूसरे के अनुरूप होते हैं, उसी तरह गणित के प्रभावों को अंतर्निहित करता है aबिजली क्षेत्र इबिंदु आवेशों पर कार्य करना दृढ़ता से मिलता-जुलता है जो बिंदु द्रव्यमान पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के प्रभावों का वर्णन करता है। विद्युत क्षेत्र का बल किसके द्वारा दिया जाता है
एफ_ई = क्यूई
- विद्युत क्षेत्र वेक्टर उसी दिशा में इंगित करता है जैसे विद्युत बल वेक्टर करता है जबक्यूसकारात्मक है। की इकाइयाँइन्यूटन प्रति कूलम्ब (N/C) हैं।
बिंदु शुल्क अपने स्वयं के विद्युत क्षेत्र स्थापित करते हैं। (याद रखें कि "बिंदु" शुल्क का कोई भी परिमाण हो सकता है और फिर भी किसी भी मात्रा को लेने के रूप में कल्पना नहीं की जा सकती है।) इसके लिए अभिव्यक्ति है:
ई=\frac{kq}{r^2}
कहां हैकअचर है 9×109 एनएम2/सी2 तथाआरआवेश और किसी भी बिंदु जिस पर क्षेत्र का आकलन किया जाता है, के बीच विस्थापन (दूरी और दिशा) है। उपरोक्त दो प्रमुख समीकरणों को मिलाने पर प्राप्त होता है:
F_E=\frac{kq_1q_2}{r^2}
इस रिश्ते को के रूप में जाना जाता हैकूलम्ब का नियम.
समान विद्युत क्षेत्र और ध्रुवीकरण
यदि प्रत्येक बिंदु आवेश अपना स्वयं का विद्युत क्षेत्र स्थापित करता है, तो क्या एक समान विद्युत क्षेत्र होना संभव है - वह है, जिसमें परिमाण और दिशाइएक ही है? जिन कारणों से आप देखेंगे, एक द्विध्रुव पर कुल बल शून्य होने के लिए एक समान क्षेत्र की आवश्यकता होती है।
दो असीम रूप से बड़ी संवाहक प्लेटों को एक दूसरे के समानांतर रखकर और उनके बीच एक इन्सुलेट सामग्री, या ढांकता हुआ सामग्री रखने से एक के लिए अनुमति मिलती है विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है यदि उनके बीच एक वोल्टेज (विद्युत संभावित अंतर) स्थापित किया जाता है, जैसे कि जब विभिन्न प्लेटों को एक से जोड़ा जाता है बैटरी।
यह व्यवस्था के निर्माण में अनुमानित हैसंधारित्र, जो सर्किट में इलेक्ट्रिक चार्ज स्टोर करते हैं। विद्युत क्षेत्र रेखाएँ प्लेटों के लंबवत होती हैं और ऋणात्मक प्लेट की ओर इंगित करती हैं। लेकिन शुरू में इन इकाइयों की सतहों पर चार्ज कैसे बनते हैं?
एक इन्सुलेटर का ध्रुवीकरण
कंडक्टरों के अंदर शुद्ध विद्युत क्षेत्र मौजूद नहीं हो सकते। ऐसा इसलिए है, क्योंकि यदि इलेक्ट्रॉन गति करने के लिए स्वतंत्र हैं, तो वे ऐसा तब तक करेंगे जब तक कि वे संतुलन पर न हों, जहां सभी बलों और टोक़ों का योग शून्य है, और चूंकि F = qE,इशून्य होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, एक कंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति किसी भी विद्युत क्षेत्र को मिटा देती है जो इलेक्ट्रॉनों में बदलाव के माध्यम से "इसे समतल" करके मौजूद होगा।
इंसुलेटर के अंदर की स्थिति काफी अलग है। सभी परमाणुओं में एक धनात्मक आवेशित नाभिक होता है जो एक इलेक्ट्रॉन बादल से घिरा होता है। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में (शायद एक आवेशित वस्तु की उपस्थिति के कारण), इलेक्ट्रॉन बादल शिफ्ट हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एकद्विध्रुव आघूर्णऔर एक शुद्ध विद्युत बल।
यद्यपि एक इन्सुलेटर में कोई शुद्ध चार्ज नहीं होता है, यदि इसके किसी हिस्से का नमूना लिया जाता है, तो द्विध्रुवीय क्षणों की उपस्थिति होती है नमूने के एक तरफ शुद्ध धनात्मक आवेश और दूसरी ओर शुद्ध ऋणात्मक आवेश के संचय की ओर जाता है पक्ष। लेकिन इन सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनों की सीमित गति के कारण, कंडक्टरों की तरह, वास्तव में चार्ज सतह पर जमा नहीं होते हैं।
ध्रुवीकरण की परिभाषा
ध्रुवीकरण तब होता है जब एक न्यूट्रल चार्ज वस्तु के भीतर इलेक्ट्रॉन अपनी औसत स्थिति को के सापेक्ष स्थानांतरित कर देते हैं प्रोटॉन, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों के दो "समूह" (स्थानीयकृत बढ़े हुए इलेक्ट्रॉन घनत्व के क्षेत्र) प्रति अणु और एक द्विध्रुवीय होते हैं पल। दो आरोप हैंक्यूपरिमाण में बराबर और चिन्ह में विपरीत। आणविक द्विध्रुव में, ध्रुवीकरण की सीमा सामग्री की विद्युत संवेदनशीलता से निर्धारित होती है।पी= क्यूघ= a. का द्विध्रुव आघूर्णएकएक ढांकता हुआ पदार्थ में द्विध्रुवीय।
विद्युत क्षेत्र के प्रभाव को समझने के लिएइपूरी तरह से इन्सुलेटर के अंदर, एक सामग्री पर विचार करें जिसमें डीपोल वॉल्यूम घनत्व हैनहींप्रति इकाई आयतन आवेश द्विध्रुव। अब आप बड़ी संख्या में आसन्न द्विध्रुवों पर विचार कर रहे हैं, प्रत्येक द्विध्रुव के एक सिरे पर थोड़ा सा धनात्मक आवेश और दूसरे सिरे पर थोड़ा सा ऋणात्मक आवेश है। (इस में यह परिणामद्विध्रुवीय-द्विध्रुवीयएंड-टू-एंड डीपोल में + और - चार्ज के बीच आकर्षण।)
ढांकता हुआ ध्रुवीकरण घनत्वपीइसके भीतर विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के परिणामस्वरूप सामग्री में द्विध्रुव की सांद्रता की विशेषता है:पी= एनपी= एनक्यूडी
पीविद्युत क्षेत्र की ताकत के समानुपाती है, जैसा कि आप उम्मीद करेंगे। यह रिश्ता द्वारा दिया गया हैपी = ε0χ0इ, जहां0 विद्युत स्थिरांक है और0 विद्युत संवेदनशीलता है।
ध्रुवीय अणु
कुछ अणु पहले से ही स्वाभाविक रूप से ध्रुवीकृत होते हैं। इन्हें ध्रुवीय अणु कहते हैं। ध्रुवीय अणु का एक उदाहरण पानी है, जिसमें एक ऑक्सीजन परमाणु से बंधे दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। द हू2O अणु अपने आप में सममित है कि इसे उनके बीच सही अभिविन्यास में रखे गए समतल द्वारा समान हिस्सों में विभाजित किया जा सकता है।
एक ही अणु के भीतर हाइड्रोजन परमाणुओं और ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच के बंधन सहसंयोजक बंधन होते हैं, लेकिन वेविभिन्न जल अणुओं में इन परमाणुओं के बीच betweenकहा जाता हैहाइड्रोजन बांड. हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के बीच सहसंयोजक बंधों में साझा किए गए इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन परमाणु के बहुत करीब होते हैं, जिससे ऑक्सीजन परमाणु H. में बनता है2हे इलेक्ट्रोनगेटिव और हाइड्रोजन परमाणु इलेक्ट्रोपोसिटिव। आसन्न अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड का परिणामी गठन इस प्रकार अणुओं की ध्रुवीयता का परिणाम है, जो पूरे पानी के नमूने के माध्यम से फैलता है।
यदि आप किसी आवेशित वस्तु को नल से पानी की एक पतली धारा के पास रखते हैं (जो केवल के कारण कंडक्टर है) आयनों और अन्य अशुद्धियों की उपस्थिति), आप देख सकते हैं कि पानी की धारा किसके कारण वस्तु की ओर इतनी थोड़ी सी गति करती है यह प्रभाव। ऐसा इसलिए है क्योंकि अणु स्वयं को उन्मुख करते हैं ताकि विपरीत आवेश वाले अणु का अंत आवेशित वस्तु की ओर इंगित हो।
विद्युत प्रेरण
आवेश पृथक्करण की घटना कंडक्टरों में डाइलेक्ट्रिक्स की तुलना में थोड़ी अलग होती है। अणुओं के द्विध्रुव बनने के बजाय, मुक्त इलेक्ट्रॉनों को सामग्री के एक तरफ जाने के लिए प्रेरित किया जाता है।
एक कांच की छड़, जो एक इन्सुलेटर है, मुक्त इलेक्ट्रॉनों को एकत्र कर सकती है और अगर इसे ऊन जैसी सतह पर स्वाइप किया जाए तो चार्ज हो सकता है। (यह अन्य प्रकार के चार्ज ट्रांसफर का एक उदाहरण है,चोरडक्टन, या सीधा संपर्क।) यदि एक ऋणात्मक आवेशित छड़ को a की गेंद के पास लाया जाता हैविद्युतदर्शीइसे छुए बिना, इलेक्ट्रॉनों को "दूर धकेल दिया जाएगा," और वे स्वतंत्र रूप से गेंद की संवाहक सतहों के साथ अंदर लटके हुए एल्यूमीनियम के पत्तों की जोड़ी की ओर बढ़ेंगे। आप देखेंगे कि पत्ते एक दूसरे को पीछे हटाते हैं।
ध्यान दें कि इलेक्ट्रोस्कोप अभी भी कुल मिलाकर विद्युत रूप से तटस्थ है, लेकिन चार्ज अलग तरह से वितरित किया जाता है। अंदर की पत्तियों की ओर इलेक्ट्रॉनों का "भागना" धनात्मक आवेशों के बसने से संतुलित होता है जहाँ छड़ गोले के करीब होती है।
यदि आप वास्तव मेंस्पर्शआवेशित छड़ से गेंद में, इलेक्ट्रॉनों को छड़ से स्थानांतरित किया जाएगा क्योंकि पास में धनात्मक आवेश हैं। जब आप छड़ को दूर खींचते हैं, तो इलेक्ट्रोस्कोप आवेशित रहेगा, लेकिन ऋणात्मक आवेश पूरे गेंद में समान रूप से वितरित होंगे।
प्रेरण के उदाहरण
अब, आप इन सबको एक साथ रखने की स्थिति में हैं और देखें कि जब आप किसी आवेशित छड़ को किसी चालक के पास रखते हैं तो क्या होता है।भीकिसी और चीज से जुड़ा होना। (एक आवेशित छड़ को एक संवाहक गोले के पास लाना और प्रतिक्रिया में गोले के अपने इलेक्ट्रॉनों को "नृत्य" करने के लिए इसे दूर ले जाना एक समय के बाद उबाऊ हो सकता है।)
मान लें कि आपके पास एक चार्ज इंसुलेटिंग रॉड है, और आप इसे एक इंसुलेटिंग पोस्ट द्वारा जमीन से जुड़े एक ठोस संचालन क्षेत्र के करीब लाते हैं। हालांकि पिछले अनुभागों ने डाइपोल्स को डाइइलेक्ट्रिक्स में अलग-अलग अणुओं के संदर्भ में वर्णित किया है, एक ही घटना को इंडक्शन के माध्यम से एक कंडक्टर में "एन मस्से" प्रेरित किया जाता है। यदि कंडक्टर एक गोला (गेंद) है, तो कंडक्टर के इलेक्ट्रॉन रॉड की नोक के विपरीत गोलार्ध की सतह पर प्रवाहित होंगे।
जुड़वां क्षेत्र
कल्पना करें कि क्या होता है, जबकि एक दोस्त ऊपर से रॉड रखता है, तो आप रॉड प्लेसमेंट के सीधे विपरीत, पहले के खिलाफ एक सेकंड, तटस्थ संचालन गेंद को भी स्लाइड करते हैं। वहां एकत्रित इलेक्ट्रॉन रॉड और उसके विकर्षक इलेक्ट्रॉनों से और भी दूर जाने के अवसर को जब्त कर लेंगे, और दूर की ओर चले जाएंगेयहगोला
अब आप रचनात्मक हो सकते हैं। यदि आप चाहते हैं कि दूसरी गेंद चार्ज रहे, तो बस दो गेंदों को अलग कर देंजबकि रॉड अभी भी जगह पर है(और इस प्रकार सकारात्मक आरोपों को "विचलित" करना)। इलेक्ट्रॉनों को अंततः छड़ से दूसरे गोले में स्थानांतरित कर दिया गया होगा, जहां वे खुद को इसकी सतह पर समान रूप से वितरित करते हैं। पहली गेंद अपनी प्रारंभिक तटस्थ और एकसमान स्थिति में लौट आती है।
- गैर-सममितीय वस्तुएं समान भौतिक नियमों से चलती हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनों के "सटीक" व्यवहार का पता लगाना उतना आसान नहीं है जितना कि गोले के मामले में होता है।
ग्राउंड वायर्स
क्या आपने कभी सोचा है क्याजमीन के तारकरते हैं, या वे कैसे काम करते हैं? पृथ्वी को विद्युत रूप से तटस्थ माना जाता है, लेकिन यह बिना किसी परिणाम के स्थानीय गड़बड़ी को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त है। इस वजह से, पृथ्वी एक विशाल जलाशय या चार्ज बफर के रूप में कार्य कर सकती है, जो जमीन के तारों के माध्यम से आवश्यकतानुसार इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति करती है सकारात्मक रूप से चार्ज की गई वस्तुओं को बेअसर करना, या विपरीत में तार के माध्यम से नकारात्मक चार्ज की गई वस्तुओं से उन्हें स्वीकार करना दिशा।
इसलिए, अवांछित वोल्टेज को रोकने के लिए धन्यवाद, बड़ी संवाहक वस्तुओं पर नेट चार्ज के बड़े संचय के लिए धन्यवाद, ग्राउंड वायर अत्यधिक विद्युत आधुनिक दुनिया में एक सुरक्षा सुविधा प्रदान करते हैं।