વિદ્યુત ક્ષેત્ર વિશે લેખ
વિદ્યુત ચાર્જના વિષય પર, એવું જાણવા મળ્યું કે સમાન ચાર્જ એકબીજાને ભગાડે છે, જ્યારે વિપરિત ચાર્જ એકબીજાને આકર્ષે છે. જો કોઈ ધન ચાર્જવાળા પદાર્થને ઋણ ચાર્જવાળા પદાર્થની નજીક લાવવામાં આવે છે, તો બે પદાર્થો એકબીજાને ખેંચે છે જેથી તેઓ એકબીજા તરફ આગળ વધે. તેનાથી વિપરીત, જો કોઈ ધન ચાર્જવાળા પદાર્થને ધન ચાર્જવાળા પદાર્થની નજીક લાવવામાં આવે છે, તો બે પદાર્થો એકબીજાને ભગાડે છે જેથી તેઓ એકબીજાથી દૂર જાય છે. કુલોમ્બના નિયમના વિષય પર અભ્યાસ કર્યા મુજબ, વિદ્યુત ચાર્જવાળા પદાર્થો અન્ય વિદ્યુત ચાર્જવાળા પદાર્થોને વેગ આપી શકે છે કારણ કે આ વિદ્યુત ચાર્જવાળા પદાર્થો વચ્ચે એક વિદ્યુત બળ કાર્ય કરે છે. વિદ્યુત ચાર્જવાળા પદાર્થ દ્વારા અન્ય વિદ્યુત ચાર્જવાળા પદાર્થો પર જે વિદ્યુત બળ લાગુ કરવામાં આવે છે તે એક બળનું ઉદાહરણ છે જે સંપર્ક વિના કાર્ય કરી શકે છે. અંતરે કાર્ય કરી શકે તેવા બળનું બીજું ઉદાહરણ ગુરુત્વાકર્ષણ બળ છે . ગુરુત્વાકર્ષણ બળ એક દળ પદાર્થ દ્વારા અન્ય દળ પદાર્થો પર લાગુ કરવામાં આવે છે.
ઘર્ષણ બળ , ધક્કો મારવાનું બળ, સામાન્ય બળ એ એવા બળોના ઉદાહરણો છે જે સમજવામાં સરળ છે કારણ કે આ બળો સંપર્ક થાય ત્યારે કાર્ય કરે છે. તેનાથી વિપરીત, વિદ્યુત બળ એ એવા બળનું ઉદાહરણ છે જે સમજવું મુશ્કેલ છે કારણ કે આ બળ સ્પર્શ વિના ચોક્કસ અંતરથી કાર્ય કરી શકે છે. ચોક્કસ અંતરથી કાર્ય કરી શકે તેવા વિદ્યુત બળને સમજવા માટે, વિદ્યુત ક્ષેત્રનો ખ્યાલ દેખાય છે. વિદ્યુત ક્ષેત્રનો ખ્યાલ બ્રિટિશ વૈજ્ઞાનિક માઈકલ ફેરાડે (૧૭૯૧-૧૮૬૭) દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યો હતો.
વિદ્યુત ક્ષેત્ર (E) ની વ્યાખ્યા
ધારો કે કાચ શરૂઆતમાં વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હતો. કાપડથી ઘસ્યા પછી, કાચનો સળિયો વિદ્યુત રીતે ચાર્જ થઈ જાય છે. જ્યારે કાચનો સળિયો વિદ્યુત રીતે ચાર્જ થાય છે, ત્યારે તે જ સમયે, કાચની આસપાસ એક વિદ્યુત ક્ષેત્ર દેખાય છે. જો કાચ તટસ્થ થઈ જાય, તો તે જ સમયે વિદ્યુત ક્ષેત્ર અદૃશ્ય થઈ જાય છે. તેથી, E ના અસ્તિત્વને વિદ્યુત ચાર્જની હાજરીથી અલગ કરી શકાતું નથી. E એ હવા જેવો પદાર્થ નથી અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો જેવો તરંગ નથી. E એ વિદ્યુત ચાર્જને કારણે થતી વસ્તુ છે અને વિદ્યુત ચાર્જની આસપાસની જગ્યાને અસર કરે છે, જ્યાં અન્ય વિદ્યુત ચાર્જ ફક્ત E નો પ્રભાવ અનુભવે છે.
ઓરડામાં E છે કે નહીં તે ચકાસવા માટે, એવું માનવામાં આવે છે કે તે જગ્યામાં એક ટેસ્ટ ચાર્જ છે. ટેસ્ટ ચાર્જ એક ન્યૂનતમ ચાર્જ (Q) છે જેથી ચાર્જ એક નાનું ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે, તેથી તેને અવગણી શકાય છે. જો કે, ટેસ્ટ ચાર્જ અન્ય ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવને અનુભવી શકે છે. ટેસ્ટ ચાર્જ ફક્ત E છે કે નહીં તે તપાસવા માટે રજૂ કરવામાં આવે છે. જો જગ્યામાં E હોય, તો
પરીક્ષણ ચાર્જને વિદ્યુત બળનો અનુભવ થવો જોઈએ, જ્યારે જો E ન હોય, તો પરીક્ષણ ચાર્જ વિદ્યુત બળનો અનુભવ કરતો નથી.
બાજુ પરની આકૃતિ જુઓ.
આકૃતિ 1 માં, ચાર્જ +q 1 અને ચાર્જ +q 2 આસપાસના અવકાશમાં E ઉત્પન્ન કરે છે. જ્યારે પરીક્ષણ ચાર્જ +q o ને અવકાશમાં એક બિંદુ પર મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે પરીક્ષણ ચાર્જ +q o વિદ્યુત બળનો અનુભવ કરે છે. F 1 એ ચાર્જ +q 1 દ્વારા પરીક્ષણ ચાર્જ +q o પર લાગુ કરાયેલ વિદ્યુત બળ છે , અને F 2 એ ચાર્જ +q 2 દ્વારા પરીક્ષણ ચાર્જ +q o પર લાગુ કરાયેલ વિદ્યુત બળ છે . આકૃતિ 2 માં, જ્યારે પરીક્ષણ ચાર્જ દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે E રહે છે અને તે બિંદુથી અદૃશ્ય થતો નથી. E 1 એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ +q 1 દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત ક્ષેત્ર છે , અને E 2 એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ +q 2 દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ E છે.
ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રનું મૂલ્ય
E એ એક વેક્ટર જથ્થો છે, જ્યાં વિદ્યુત ક્ષેત્રનું મૂલ્ય અને દિશા હોય છે. E ની તીવ્રતાને સામાન્ય રીતે E શક્તિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. એક બિંદુ પર E ની શક્તિને તે બિંદુ પર મૂકવામાં આવેલા ધન પરીક્ષણ ચાર્જ પર વિદ્યુત ચાર્જ દ્વારા લગાવવામાં આવતા વિદ્યુત બળ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, જેને પરીક્ષણ ચાર્જના કદથી ભાગવામાં આવે છે.
E = ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત
F = વિદ્યુત બળ
q = ટેસ્ટ ચાર્જ
વિદ્યુત બળનો એકમ ન્યૂટન છે, અને વિદ્યુત ચાર્જનો એકમ કુલોમ્બ છે, તેથી E નો એકમ ન્યૂટન / કુલોમ્બ છે, જેને સંક્ષિપ્તમાં N/C કહેવામાં આવે છે.
ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની દિશા
આકૃતિ 1a માં, ધન વિદ્યુત ચાર્જ (+Q) ધન પરીક્ષણ ચાર્જ (+q) પર વિદ્યુત બળ લાગુ કરે છે, જ્યાં વિદ્યુત બળ (F) ની દિશા +Q ના ચાર્જથી દૂર છે.
આકૃતિ 1b માં, જ્યારે પરીક્ષણ ચાર્જ દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે આ બિંદુએ એક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર (E) હોય છે જેની દિશા ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ Q થી દૂર હોય છે.
આકૃતિ 2a માં, ઋણ વિદ્યુત ચાર્જ (-Q) ધન પરીક્ષણ ચાર્જ (+q) માં વિદ્યુત બળનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યાં વિદ્યુત બળ (F) ની દિશા -Q ની નજીક આવે છે.
આકૃતિ 2b માં, જ્યારે પરીક્ષણ ચાર્જ દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે આ બિંદુએ એક વિદ્યુત ક્ષેત્ર (E) હોય છે જેની દિશા વિદ્યુત ચાર્જ -Q ની નજીક હોય છે.
ઉપરોક્ત આકૃતિ અને સમજૂતીના આધારે, એવું તારણ કાઢી શકાય છે કે વિદ્યુત ક્ષેત્રની દિશા ધન વિદ્યુત ચાર્જથી દૂર છે અને ઋણ વિદ્યુત ચાર્જની નજીક પહોંચે છે.
ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની રેખાઓ
E ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની આસપાસની જગ્યાને અસર કરે છે, જ્યાં E નો પ્રભાવ ફક્ત અન્ય ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા જ અનુભવાય છે. જ્યારે બીજો ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ E માં હોય છે, ત્યારે બીજો ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઇલેક્ટ્રિક બળના પ્રભાવને અનુભવે છે.
ઉપરોક્ત વિદ્યુત ક્ષેત્રને સમજવું, જેમ કે E વિશેના લેખમાં વર્ણવેલ છે, તે મનથી સાકાર કરી શકાય છે પરંતુ ફક્ત મનમાં જ કલ્પના કરી શકાય છે. E ની કલ્પના કરવા માટે, વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ રજૂ કરવામાં આવે છે. વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ એ વિદ્યુત ક્ષેત્રના અસ્તિત્વને દર્શાવવા માટે વિદ્યુત ચાર્જની આસપાસ દોરવામાં આવેલી રેખાઓનો સમૂહ છે. કારણ કે તેનો હેતુ E ની હાજરી દર્શાવવાનો છે, આ રેખાઓ વચ્ચે E સાથે જોડાણ છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, E ની તીવ્રતા અને દિશા વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ દોરીને સમજાવી શકાય છે.
દિશા અને વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ અને વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ વચ્ચેનો સંબંધ નીચે મુજબ છે:
પ્રથમ, E ની દિશા ધન ચાર્જથી દૂર ખસીને ઋણ ચાર્જની નજીક પહોંચે છે. આમ, વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓની દિશા પણ ધન ચાર્જથી દૂર હોય છે અને ઋણ ચાર્જની નજીક આવે છે.
જો ધન ચાર્જ ઋણ ચાર્જની બાજુમાં હોય, તો વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ ધન ચાર્જમાંથી ઋણ ચાર્જ તરફ ખેંચાય છે. તેનાથી વિપરીત, જો ધન ચાર્જ ધન ચાર્જની બાજુમાં હોય, તો વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ દરેક ધન ચાર્જમાંથી ખેંચાય છે અને એકબીજાથી દૂર જાય છે.
બીજું, વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ વચ્ચેના અંતર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. વિદ્યુત ક્ષેત્રની રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર જેટલું નજીક હશે, વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ તેટલી વધારે હશે અને વિદ્યુત ક્ષેત્રની રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર જેટલું દૂર હશે, વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ તેટલી ઓછી હશે.
રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર જેટલું નજીક હોય છે, વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ એટલી જ વધારે કેમ હોય છે? આ સમજવા માટે, નીચે આપેલ સમજૂતી જુઓ. ધારો કે ગોળાના કેન્દ્રમાં એક ધન વિદ્યુતભાર છે અને વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ ગોળાની સપાટી દ્વારા વિવિધ દિશામાં ફેલાયેલી છે. જો વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓની સંખ્યા N છે અને ગોળાનું સપાટી ક્ષેત્રફળ 4πr 2 છે , તો પ્રતિ એકમ ક્ષેત્રફળ અથવા રેખા ઘનતા રેખાઓની સંખ્યા N / 4πr 2 છે . આ સૂત્રના આધારે, સમાન N માટે, જો r નાનું થાય છે, તો રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર નજીક આવે છે અને જો r વધુ નોંધપાત્ર બને છે તો રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર વધુ દૂર થાય છે.
વિદ્યુત ક્ષેત્ર શક્તિ સૂત્ર E = kq / r 2 એ પણ દર્શાવે છે કે વિદ્યુત ક્ષેત્ર શક્તિ અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણસર છે. જો r નાનું હોય, તો વિદ્યુત ક્ષેત્ર શક્તિ વધુ સ્પષ્ટ થાય છે, અને જો r વધુ સ્પષ્ટ થાય છે, તો વિદ્યુત ક્ષેત્ર શક્તિ નાની થાય છે.
ઉપરોક્ત સમીક્ષાના આધારે, એવું તારણ કાઢી શકાય છે કે જો r નાનું થઈ રહ્યું છે (ચાર્જની નજીક જઈ રહ્યું છે) તો વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાત વધી રહી છે અને રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર પણ નજીક આવી રહ્યું છે. તેનાથી વિપરીત, જો r વધુ સ્પષ્ટ થાય છે (ચાર્જથી દૂર), તો વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાત ઓછી થઈ રહી છે અને રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર પણ વધુ દૂર થઈ રહ્યું છે.
ત્રીજું, E રેખાઓની સંખ્યા વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈના પ્રમાણસર છે. જેટલી વધુ વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ, તેટલી વધુ વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ. જેટલી ઓછી વિદ્યુત ક્ષેત્ર રેખાઓ, તેટલી ઓછી વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ.
