विद्युत आवेश पदार्थ का एक मौलिक भौतिक गुण है और विशेष रूप से, उप-परमाणु कण प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों। जैसे परमाणुओं में द्रव्यमान होता है, इन कणों में आवेश होता है, और इस आवेश के साथ एक विद्युत बल और विद्युत क्षेत्र जुड़ा होता है।
इलेक्ट्रिक चार्ज के गुण
इलेक्ट्रिक चार्ज दो किस्मों में आता है:सकारात्मक चार्ज और नकारात्मक चार्ज, जो, जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, विपरीत संकेत हैं (द्रव्यमान के विपरीत, जिसमें केवल एक किस्म है)। वैद्युत आवेश वाली वस्तुएँ एक दूसरे पर वैद्युत बल आरोपित करती हैं, ठीक वैसे ही जैसे द्रव्यमान वाली वस्तुएँ गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा करती हैं। लेकिन हमेशा एक आकर्षक बल होने के बजाय, जैसा कि द्रव्यमान के साथ होता है, विपरीत आवेश आकर्षित होते हैं जबकि समान आवेश प्रतिकर्षित करते हैं।
आवेश का SI मात्रक कूलम्ब (C) है। एक कूलॉम को उस आवेश की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसे एक सेकंड में विद्युत धारा के एक एम्पीयर द्वारा स्थानांतरित किया जा सकता है। मौलिक आवेश वाहक प्रोटॉन हैं, आवेश के साथ+ई, और इलेक्ट्रॉन, आवेश के साथ-इ, जहां प्राथमिक प्रभारइ = 1.602 × 10-19 सी।
किसी वस्तु पर शुद्ध आवेश प्रोटॉनों की संख्या हैनहींपीशून्य से इलेक्ट्रॉनों की संख्यानहींइबारइ:
\text{नेट चार्ज} = (N_p - N_e) e
अधिकांश परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास समान संख्या में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन हैं, इसलिए उनका शुद्ध चार्ज 0 सी है। यदि कोई परमाणु इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है या खो देता है, तो इसे आयन कहा जाता है और इसमें एक गैर-शून्य शुद्ध चार्ज होगा। शुद्ध आवेश वाली वस्तुएँ स्थैतिक बिजली प्रदर्शित करती हैं और आवेश की मात्रा पर निर्भर बल के परिणामस्वरूप एक दूसरे से चिपक सकती हैं।
ध्यान दें कि परमाणुओं के बीच या वस्तुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों के इस हस्तांतरण के परिणामस्वरूप वस्तुओं के द्रव्यमान में भी महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं होता है। ऐसा इसलिए है, क्योंकि प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के आवेश का परिमाण समान होता है, लेकिन उनका द्रव्यमान बहुत भिन्न होता है। एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान 9.11 × 10. होता है-31 किलो जबकि प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.67 × 10. है-27 किलोग्राम। एक प्रोटॉन एक इलेक्ट्रॉन से 1,000 गुना अधिक भारी होता है!
कूलम्ब का नियम: सूत्र
कूलम्ब का नियम स्थिरवैद्युत बल देता हैएफदो आरोपों के बीच,क्यू1तथाक्यू2एक दूरीआरअलग:
F = k\frac{q_1q_2}{r^2}
कहा पेककूलम्ब स्थिरांक है = 8.99 × 109 एनएम2/सी2.
ध्यान दें कि यह बल है aवेक्टर,जो आवेश समान होने पर दूसरे कण से दूर निर्देशित रेखा के अनुदिश तथा आवेश विपरीत होने पर दूसरे कण की ओर इंगित करता है।
कूलम्ब का नियम, दो द्रव्यमानों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल की तरह, एक व्युत्क्रम वर्ग नियम है। इसका अर्थ है कि यह दो आवेशों के बीच की दूरी के व्युत्क्रम वर्ग के रूप में घटता जाता है। दूसरे शब्दों में, जो शुल्क दोगुने दूर हैं वे एक चौथाई बल का अनुभव करते हैं। लेकिन जबकि यह चार्ज दूरी के साथ कम होता जाता है, यह कभी भी शून्य नहीं होता है और इसलिए इसकी अनंत सीमा होती है।
अध्ययन के उदाहरण
उदाहरण 1:+2. का शुल्कइऔर -4. का शुल्कइ0.25 सेमी की दूरी से अलग हो जाते हैं। उनके बीच कूलम्ब बल का परिमाण क्या है?
कूलम्ब के नियम का उपयोग करते हुए, और सेमी को मी में बदलना सुनिश्चित करने के बाद, आप प्राप्त करते हैं:
F = k\frac{q_1q_2}{r^2} = (8.99\times10^9)\frac{(2\times 1.602\times10^{-19})(-4\times 1.602\times 10^{-19 })}{0.0025^2} = 2.95\बार 10^{-22}\पाठ{ N}
उदाहरण 2:मान लीजिए कि एक इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन 1 मिमी की दूरी से अलग हो जाते हैं। उनके बीच गुरुत्वाकर्षण बल की तुलना इलेक्ट्रोस्टैटिक बल से कैसे होती है?
गुरुत्वाकर्षण बल की गणना समीकरण से की जा सकती है:
F_{grav} = G\frac{m_pm_e}{r^2}
जहां गुरुत्वाकर्षण स्थिरांकजी = 6.67 × 10-11 म3/kgs2.
संख्याओं में प्लगिंग देता है:
F_{grav} = (6.67\बार 10^{-11})\frac{(1.67\बार 10^{-27})(9.11\बार 10^{-31})}{(1\बार 10^{ -3})^2} = 1.015\बार 10^{-61}\पाठ{ एन}
इलेक्ट्रोस्टैटिक बल कूलम्ब के नियम द्वारा दिया गया है:
F_{elec} = k\frac{q_1q_2}{r^2} = (8.99\times10^9)\frac{(1.602\times 10^{-19})(-1.602\times 10^{-19}) }{(1\बार 10^{-3})^2} = 2.307\बार 10^{-22}\पाठ{ एन}
प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के बीच स्थिरवैद्युत बल 10. से अधिक होता है39 गुरुत्वाकर्षण बल से कई गुना अधिक!