विद्युत आवेश सामग्री
कृपया अपने आस-पास की किसी वस्तु को ध्यान से देखें। यदि आप किसी वस्तु को तोड़ते हैं, उदाहरण के लिए एक पत्थर, तो वह कई छोटे टुकड़ों में टूट जाएगा। यदि पत्थर को फिर से कुचला जाए, तो वह और भी छोटे टुकड़ों में बदल जाएगा। यदि पत्थर के टुकड़ों को फिर से कुचला जाए तो क्या होगा? निश्चित रूप से, पत्थर के टुकड़े कुचले जाएंगे और और भी छोटे टुकड़ों में बदल जाएंगे। क्या पत्थरों को अनंत तक और भी छोटे टुकड़ों में विभाजित किया जा सकता है? तथ्य यह दर्शाता है कि किसी भी वस्तु को छोटे टुकड़ों में विभाजित करने पर एक ऐसा बिंदु आएगा जहां वस्तु का सबसे छोटा भाग और छोटे टुकड़ों में विभाजित नहीं किया जा सकता। किसी वस्तु का वह सबसे छोटा भाग जिसे और विभाजित नहीं किया जा सकता, परमाणु कहलाता है। अतः परमाणु ब्रह्मांड में मौजूद प्रत्येक पदार्थ का सबसे छोटा भाग है।
परमाणुओं में विद्युत आवेश
परमाणु इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से मिलकर बने होते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक बनाते हैं, जिसका आकार लगभग 10⁻¹⁵ मीटर होता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के बाहर स्थित होते हैं और सूर्य के चारों ओर ग्रहों की परिक्रमा की तरह नाभिक की परिक्रमा करते हैं। यदि परमाणु का व्यास कई किलोमीटर मान लें, तो नाभिक का आकार लगभग एक बिलियर्ड गेंद के बराबर होता है, और इलेक्ट्रॉन नाभिक के भीतर स्थित होते हैं, जिनकी दूरी लगभग 10⁻¹⁰ मीटर होती है । नाभिक और इलेक्ट्रॉन के बीच खाली स्थान होता है।
परमाणु के किनारों पर ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन स्थित होते हैं, जबकि नाभिक में धनात्मक आवेशित प्रोटॉन होते हैं। इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करते रहने और परमाणु से बाहर न निकलने देने के लिए, धनात्मक आवेशित नाभिक को इलेक्ट्रॉनों पर आकर्षण बल लगाना पड़ता है। यह बल, जो इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करते रहने और बाहर निकलने से रोकता है, विद्युत बल कहलाता है।
इसके विपरीत, परमाणु नाभिक के अंदर धनात्मक आवेश वाले प्रोटॉन होते हैं, इसलिए समान आवेश होने के कारण वे स्वाभाविक रूप से एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। परमाणु नाभिक में प्रोटॉनों को एक साथ रखने और उन्हें परमाणु से अलग होने से रोकने के लिए, एक बल की आवश्यकता होती है। परमाणु नाभिक में प्रोटॉनों को एक साथ रखने वाले बल को नाभिकीय बल कहते हैं।
प्रोटॉन का द्रव्यमान लगभग न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है। परमाणु का लगभग 99,9% द्रव्यमान नाभिक में केंद्रित होता है, जबकि इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान बहुत कम होता है। इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान (me ) = 9,1093897 x 10⁻³¹ kg , न्यूट्रॉन का द्रव्यमान (mn ) = 1,6749286 x 10⁻²⁷ kg , और प्रोटॉन का द्रव्यमान (mp ) = 1,6726231 x 10⁻²⁷ kg है।
विद्युत आवेश की मात्रा
इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक आवेशित होते हैं, प्रोटॉन धनात्मक आवेशित होते हैं और न्यूट्रॉन विद्युत रूप से उदासीन होते हैं। परमाणु नाभिक बनाने वाले प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्वार्क से बने होते हैं, जिनका आवेश इलेक्ट्रॉनों के आवेश का लगभग 1/3 और लगभग 2/3 होता है। क्वार्क परमाणुओं के सबसे छोटे कण होते हैं, लेकिन अभी तक क्वार्क को एकल कण के रूप में अकेले मौजूद नहीं पाया गया है।
इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन के आवेश का परिमाण आवेश की मूल इकाई है। किसी वस्तु के विद्युत आवेश का परिमाण इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन के आवेश का गुणज होता है। इसे परिमाणित आवेश कहते हैं । उदाहरण के लिए, यदि हमारे द्वारा उपयोग की जाने वाली मुद्रा का सबसे छोटा मूल्यवर्ग 100 रुपिया है, तो किसी व्यक्ति के पास मौजूद धन की राशि को सबसे छोटी मुद्रा, अर्थात् 100 रुपिया के गुणजों में व्यक्त किया जाता है। उदाहरण के लिए, मेरे पास 100.000 रुपिया हैं और यह 100.000 रुपिया 100 से विभाजित हो सकता है। यह अजीब होगा यदि मेरे पास 100.002 रुपिया हों क्योंकि 2 रुपिया का कोई मूल्यवर्ग नहीं होता है। इसी प्रकार, किसी वस्तु के आवेश का परिमाण भी समान होता है। इलेक्ट्रॉन का आवेश -e होता है और प्रोटॉन का आवेश +e होता है। किसी वस्तु का आवेश e का गुणज या 1,60 x 10⁻¹⁹ कूलम्ब होता है और इसे Q = ±Ne के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। Q = आवेश की मात्रा, ± आवेश के प्रकार को दर्शाता है, N = पूर्णांक, e = 1,60 x 10 -19 कूलम्ब।
वस्तुओं में विद्युत आवेश
यदि किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों की संख्या बराबर हो, तो परमाणु का कुल विद्युत आवेश शून्य होता है, और परमाणु उदासीन होता है, जिसका अर्थ है कि उस पर कोई विद्युत आवेश नहीं होता। एक उदासीन परमाणु में प्रोटॉनों या इलेक्ट्रॉनों की संख्या को परमाणु क्रमांक (Z) कहते हैं । यदि प्रोटॉनों से अधिक इलेक्ट्रॉन हों, तो परमाणु ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है। इसके विपरीत, यदि प्रोटॉनों से कम इलेक्ट्रॉन हों, तो परमाणु धनात्मक रूप से आवेशित होता है। ऋणात्मक रूप से आवेशित परमाणुओं को ऋणात्मक आयन कहते हैं , जबकि धनात्मक रूप से आवेशित परमाणुओं को धनात्मक आयन कहते हैं । किसी परमाणु से इलेक्ट्रॉनों के अवशोषण या उत्सर्जन की प्रक्रिया को आयनीकरण कहते हैं । जब हम कहते हैं कि कोई परमाणु आवेशित है, तो हमारा तात्पर्य कुल आवेश या शुद्ध आवेश से होता है। उदाहरण के लिए, एक परमाणु में 10 इलेक्ट्रॉन और 7 प्रोटॉन हैं। यह परमाणु ऋणात्मक रूप से आवेशित है क्योंकि इसमें 3 अतिरिक्त ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन हैं। इसलिए इस परमाणु का शुद्ध आवेश 3 है, और परमाणु आवेश का प्रकार ऋणात्मक है। 3, 7, 10 जैसी संख्याएँ केवल उदाहरण हैं ताकि इसे समझना आसान हो सके। वास्तव में, किसी वस्तु का विद्युत आवेश इलेक्ट्रॉन आवेश या प्रोटॉन आवेश का गुणक होता है।
यदि किसी वस्तु में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों की संख्या बराबर हो, तो वह वस्तु उदासीन होती है या उस पर कोई विद्युत आवेश नहीं होता। यदि किसी वस्तु में प्रोटॉनों से अधिक इलेक्ट्रॉन हों, तो उस पर ऋणात्मक आवेश होता है, और इसके विपरीत यदि किसी वस्तु में प्रोटॉनों से कम इलेक्ट्रॉन हों, तो उस पर धनात्मक आवेश होता है। किसी उदासीन वस्तु को उसमें इलेक्ट्रॉन जोड़कर ऋणात्मक आवेशित किया जा सकता है, जबकि किसी वस्तु को उसमें इलेक्ट्रॉनों की संख्या घटाकर धनात्मक आवेशित किया जा सकता है।
