विद्युत क्षेत्र

विद्युत क्षेत्र से संबंधित प्रश्नों की चर्चा और विद्युत क्षेत्र से संबंधित प्रश्नों के उदाहरणों का भी अध्ययन करें ।

दूर से कार्य करने वाले विद्युत बल को समझने में आसानी के लिए, क्षेत्र की अवधारणा प्रस्तुत की गई। विद्युत क्षेत्र की अवधारणा को ब्रिटिश वैज्ञानिक माइकल फैराडे (1791-1867) ने विकसित किया था।

परिभाषा

मान लीजिए कि एक कांच की छड़ प्रारंभ में विद्युत रूप से उदासीन है। कपड़े से रगड़ने के बाद, वह विद्युत आवेशित हो जाती है। जब छड़ पर विद्युत आवेश होता है , तो उसके चारों ओर एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न हो जाता है। यदि छड़ उदासीन हो जाती है, तो विद्युत क्षेत्र भी उसी समय अंतरिक्ष से गायब हो जाता है। अतः विद्युत क्षेत्र का अस्तित्व विद्युत आवेश की उपस्थिति से अविभाज्य है। विद्युत क्षेत्र वायु की तरह कोई पदार्थ नहीं है और न ही विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरह कोई तरंग है, बल्कि यह एक ऐसी चीज है जो विद्युत आवेश द्वारा उत्पन्न होती है और विद्युत आवेश के आसपास के अंतरिक्ष को प्रभावित करती है, जहां इसका प्रभाव केवल अन्य विद्युत आवेशों द्वारा ही महसूस किया जाता है।

किसी स्थान में विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति का परीक्षण करने के लिए, यह माना जाता है कि उस स्थान में एक परीक्षण आवेश मौजूद है । परीक्षण आवेश (Q) इतना छोटा होता है कि वह बहुत छोटा क्षेत्र उत्पन्न करता है और इसलिए उसे अनदेखा किया जा सकता है। हालांकि, परीक्षण आवेश अन्य विद्युत आवेशों द्वारा उत्पन्न क्षेत्र के प्रभाव को महसूस कर सकता है। परीक्षण आवेश केवल विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति का पता लगाने के लिए मौजूद होता है। यदि विद्युत क्षेत्र मौजूद है, तो परीक्षण आवेश विद्युत बल के रूप में प्रभाव का अनुभव करेगा। इसके विपरीत, यदि विद्युत क्षेत्र मौजूद नहीं है, तो परीक्षण आवेश विद्युत बल का अनुभव नहीं करेगा ।

बगल में दी गई तस्वीर को देखें।
चित्र 1 में, आवेश +q₁ और आवेश +q₂ जब आसपास के क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है। जब एक परीक्षण आवेश +q रखा जाता है_o अंतरिक्ष में एक बिंदु पर, परीक्षण आवेश +q_o विद्युत बल का अनुभव कर रहा है।₁ यह +q आवेश द्वारा लगाया गया विद्युत बल है।₁ परीक्षण आवेश +q पर_o और एफ₂ यह +q आवेश द्वारा लगाया गया विद्युत बल है।₂ परीक्षण आवेश +q पर_oचित्र 2 में, जब परीक्षण आवेश को हटा दिया जाता है, तो क्षेत्र बना रहता है और उस बिंदु से गायब नहीं होता है।₁ विद्युत आवेश +q द्वारा उत्पन्न क्षेत्र₁ और ई₂ विद्युत आवेश +q द्वारा उत्पन्न क्षेत्र₂.

क्षेत्र की ताकत

विद्युत क्षेत्र एक सदिश राशि है, जिसमें परिमाण और दिशा दोनों होते हैं। किसी बिंदु पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को उस बिंदु पर रखे गए धनात्मक परीक्षण आवेश पर विद्युत आवेश द्वारा लगाए गए विद्युत बल को परीक्षण आवेश के परिमाण से भाग देकर परिभाषित किया जाता है।
टिप्पणी:
E = क्षेत्र की तीव्रता
F = विद्युत बल
q = परीक्षण आवेश का परिमाण
टिप्पणी:
Q = विद्युत आवेश
r = विद्युत आवेश और परीक्षण आवेश के बीच की दूरी
(पढ़ें: एप्सिलॉन शून्य) = खाली स्थान की पारगम्यता = 8,854 x 10^-12 C²/एनएम²
k = कूलम्ब स्थिरांक = 9 x 10⁹ एनएम²/C²

विद्युत बल की इकाई न्यूटन है और विद्युत आवेश की इकाई कूलम्ब है, इसलिए क्षेत्र की इकाई न्यूटन/कूलम्ब है, जिसे संक्षेप में N/C लिखा जाता है।

दिशा

 
बगल में दी गई तस्वीर को देखें
पाडा चित्र 1एएक धनात्मक विद्युत आवेश (+Q) एक धनात्मक परीक्षण आवेश (+q) पर विद्युत बल लगाता है, जहाँ विद्युत बल (F) की दिशा +Q आवेश से दूर होती है।
पाडा चित्र 1बीजब परीक्षण आवेश को हटा दिया जाता है, तो उस बिंदु पर एक क्षेत्र (E) होता है जिसकी दिशा विद्युत आवेश Q से दूर होती है।
पाडा चित्र 2एएक ऋणात्मक विद्युत आवेश (-Q) एक धनात्मक परीक्षण आवेश (+q) पर विद्युत बल लगाता है, जहाँ विद्युत बल (F) की दिशा -Q आवेश की ओर अग्रसर होती है।
पाडा चित्र 2बीजब परीक्षण आवेश को हटा दिया जाता है, तो उस बिंदु पर एक क्षेत्र (E) होता है जिसकी दिशा विद्युत आवेश -Q के निकट होती है।
ऊपर दिए गए चित्र और स्पष्टीकरण के आधार पर, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि क्षेत्र की दिशा धनात्मक विद्युत आवेश से दूर और ऋणात्मक विद्युत आवेश की ओर है।

समस्याओं का उदाहरण

1. बिंदु A एक विद्युत क्षेत्र में स्थित है। बिंदु A पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता 0,4 N/C है। यदि 0,2 C आवेश वाली कोई वस्तु बिंदु A पर रखी जाती है, तो उस पर लगने वाला कूलम्ब बल...
ए. 0,2 एन
बी. 0,4 एन
सी. 0,6 एन
डी. 0,7 एन
ई. 0,8 एन
बहस :
ज्ञात है :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
पूछा :
विद्युत बल?
जवाबी :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
सही उत्तर E है।

2. एक आवेशित बिंदु q एक आवेश (+) द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र में बिंदु A पर स्थित आवेश q, आवेश q की दिशा में 0,1 N का बल अनुभव करता है। यदि बिंदु A पर क्षेत्र की तीव्रता 0,02 N/C है, तो आवेश q का परिमाण और प्रकार क्या होगा?
ए. 5,0 सी, सकारात्मक
बी. 5,0 सी, नकारात्मक
सी. 4,0 सी, सकारात्मक
डी. 2,5 सी, नकारात्मक
ई. 2,5 सी, धनात्मक
बहस :
ज्ञात है :
एफ = १५० एन
E = 0,02 N/C
पूछा :
आवेश q का परिमाण और दिशा क्या है?
जवाबी :
आवेश q का परिमाण:
एफ = क्यू ई
क्यू = एफ / ई = 0,1 एन: 0,02 एन/सी = 5सी
आवेश q का प्रकार:
कूलम्ब बल की दिशा आवेश q की ओर होती है, इसलिए आवेश q का मान धनात्मक होना चाहिए।