ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ

ಸಹ ಕಲಿಯಿರಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳ ಚರ್ಚೆ ಡಾನ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು

ದೂರದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದಾದ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಅನುಕೂಲವಾಗುವಂತೆ, ಕ್ಷೇತ್ರದ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲಾಯಿತು. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಬ್ರಿಟಿಷ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಮೈಕೆಲ್ ಫ್ಯಾರಡೆ (1791–1867) ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದರು.

ತಿಳುವಳಿಕೆ

ಒಂದು ಗಾಜಿನ ರಾಡ್ ಆರಂಭದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ತಟಸ್ಥವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸೋಣ. ಬಟ್ಟೆಯಿಂದ ಉಜ್ಜಿದ ನಂತರ, ಗಾಜಿನ ರಾಡ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗುತ್ತದೆ. ಗಾಜಿನ ರಾಡ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್, ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಗಾಜಿನ ರಾಡ್ ಸುತ್ತಲೂ ಒಂದು ಕ್ಷೇತ್ರ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಗಾಜಿನ ರಾಡ್ ತಟಸ್ಥವಾಗಿದ್ದರೆ, ಕ್ಷೇತ್ರವು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದಿಂದ ಕಣ್ಮರೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಅಸ್ತಿತ್ವವು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಇರುವಿಕೆಯಿಂದ ಬೇರ್ಪಡಿಸಲಾಗದು. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಗಾಳಿಯಂತಹ ಒಂದು ರೀತಿಯ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲ ಅಥವಾ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗಗಳಂತಹ ಒಂದು ರೀತಿಯ ತರಂಗವಲ್ಲ, ಬದಲಿಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಸುತ್ತಲಿನ ಜಾಗದ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುವ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಅದರ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಇತರ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ಗಳಿಂದ ಮಾತ್ರ ಅನುಭವಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಒಂದು ಜಾಗದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಕ್ಷೇತ್ರವಿದೆಯೇ ಎಂದು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು, ಒಂದು ಇದೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಲಾಗಿದೆ ಪರೀಕ್ಷಾ ಹೊರೆ ಆ ಜಾಗದಲ್ಲಿ. ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ ಒಂದು ಚಾರ್ಜ್ (Q) ಆಗಿದ್ದು ಅದು ತುಂಬಾ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದ್ದು ಅದು ತುಂಬಾ ಸಣ್ಣ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಅದನ್ನು ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಬಹುದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ ಇತರ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಅನುಭವಿಸಬಹುದು. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿದೆಯೇ ಎಂದು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ಮಾತ್ರ ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ ಇರುತ್ತದೆ. ಒಂದು ವೇಳೆ ಇದ್ದರೆ, ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ ಖಂಡಿತವಾಗಿಯೂ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಅದು ಇಲ್ಲದಿದ್ದರೆ, ಪರೀಕ್ಷಾ ಶುಲ್ಕವನ್ನು ಅನುಭವಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ.

ಪಕ್ಕದಲ್ಲಿರುವ ಚಿತ್ರವನ್ನು ನೋಡಿ.
ಚಿತ್ರ 1 ರಲ್ಲಿ, ಚಾರ್ಜ್ +q₁ ಮತ್ತು ಶುಲ್ಕ +q₂ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಜಾಗದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ +q ಅನ್ನು ಇರಿಸಿದಾಗ_o ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದ ಒಂದು ಹಂತದಲ್ಲಿ, ಪರೀಕ್ಷಾ ಶುಲ್ಕ +q_o ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುವುದು. F₁ ಚಾರ್ಜ್ +q ನಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲವೇ?₁ ಪರೀಕ್ಷಾ ಶುಲ್ಕ +q ನಲ್ಲಿ_o ಮತ್ತು ಎಫ್₂ ಚಾರ್ಜ್ +q ನಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲವೇ?₂ ಪರೀಕ್ಷಾ ಶುಲ್ಕ +q ನಲ್ಲಿ_oಚಿತ್ರ 2 ರಲ್ಲಿ, ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಿದಾಗ, ಕ್ಷೇತ್ರವು ಉಳಿಯುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆ ಹಂತದಿಂದ ಕಣ್ಮರೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ. E₁ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ +q ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕ್ಷೇತ್ರವೇ?₁ ಮತ್ತು ಇ₂ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ +q ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕ್ಷೇತ್ರವೇ?₂.

ಕ್ಷೇತ್ರದ ಶಕ್ತಿ

ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಒಂದು ವೆಕ್ಟರ್ ಪ್ರಮಾಣವಾಗಿದ್ದು, ಪ್ರಮಾಣ ಮತ್ತು ದಿಕ್ಕು ಎರಡನ್ನೂ ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಒಂದು ಹಂತದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬಲವನ್ನು ಆ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾದ ಧನಾತ್ಮಕ ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಮೇಲೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ನಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ ಎಂದು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಪರಿಮಾಣದಿಂದ ಭಾಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಮಾಹಿತಿ :
E = ಕ್ಷೇತ್ರ ಬಲ
F = ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ
q = ಪರೀಕ್ಷಾ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶದ ಪ್ರಮಾಣ
ಮಾಹಿತಿ :
Q = ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್
r = ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ ನಡುವಿನ ಅಂತರ
(ಓದಿ: ಎಪ್ಸಿಲಾನ್ ಸೊನ್ನೆ) = ಖಾಲಿ ಜಾಗದ ಪರ್ಮಿಟಿವಿಟಿ = 8,854 x 10^-12 C²/ಎನ್ಎಂ²
k = ಕೂಲಂಬ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ = 9 x 10⁹ ಎನ್ಎಮ್²/C²

ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲದ ಘಟಕ ನ್ಯೂಟನ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಘಟಕ ಕೂಲಂಬ್ ಆದ್ದರಿಂದ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಘಟಕ ನ್ಯೂಟನ್/ಕೂಲಂಬ್, ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ N/C.

ನಿರ್ದೇಶನ

 
ಪಕ್ಕದಲ್ಲಿರುವ ಚಿತ್ರವನ್ನು ನೋಡಿ.
ಪಾದ ಚಿತ್ರ 1a, ಒಂದು ಧನಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ (+Q) ಒಂದು ಧನಾತ್ಮಕ ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ (+q) ಮೇಲೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲವನ್ನು ಬೀರುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲದ (F) ದಿಕ್ಕು +Q ಚಾರ್ಜ್‌ನಿಂದ ದೂರದಲ್ಲಿದೆ.
ಪಾದ ಚಿತ್ರ 1 ಬಿಪರೀಕ್ಷಾ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಿದಾಗ, ಆ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಕ್ಷೇತ್ರ (E) ಇರುತ್ತದೆ, ಅದರ ದಿಕ್ಕು ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ Q ನಿಂದ ದೂರದಲ್ಲಿದೆ.
ಪಾದ ಚಿತ್ರ 2a, ಋಣಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ (-Q) ಧನಾತ್ಮಕ ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ (+q) ಮೇಲೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲವನ್ನು ಬೀರುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲದ (F) ದಿಕ್ಕು -Q ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಸಮೀಪಿಸುತ್ತದೆ.
ಪಾದ ಚಿತ್ರ 2 ಬಿ, ಪರೀಕ್ಷಾ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಿದಾಗ, ಆ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಕ್ಷೇತ್ರ (E) ಇರುತ್ತದೆ, ಅದರ ದಿಕ್ಕು ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ -Q ಗೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದೆ.
ಮೇಲಿನ ಚಿತ್ರ ಮತ್ತು ವಿವರಣೆಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿ, ಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಕ್ಕು ಧನಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶದಿಂದ ದೂರ ಮತ್ತು ಋಣಾತ್ಮಕ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶದ ಕಡೆಗೆ ಇದೆ ಎಂದು ತೀರ್ಮಾನಿಸಬಹುದು.

ಸಮಸ್ಯೆಗಳ ಉದಾಹರಣೆ

1. A ಬಿಂದುವು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿದೆ. A ಬಿಂದುವಿನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬಲ 0,4 N/C. 0,2 C ಚಾರ್ಜ್ ಹೊಂದಿರುವ ವಸ್ತುವನ್ನು A ಬಿಂದುವಿನಲ್ಲಿ ಇರಿಸಿದರೆ, ಕೂಲಂಬ್ ಬಲವು...
ಎ. 0,2 ಎನ್
ಬಿ. 0,4 ಎನ್
ಸಿ. 0,6 ಎನ್
ಡಿ. 0,7 ಎನ್
ಇ. 0,8 ಎನ್
ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
ಇ = 0,4 ಎನ್/ಸಿ
q = 0,2 ಸಿ
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ?
ಜವಾಬ್ :
ಎಫ್ = ಕ್ಯೂ ಇ = (0,2 ಸಿ)(4 ಎನ್/ಸಿ) = 0,8 ಎನ್
ಸರಿಯಾದ ಉತ್ತರ E.

2. ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಪಾಯಿಂಟ್ q ಚಾರ್ಜ್ (+) ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ A ಬಿಂದುವಿನಲ್ಲಿದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್ q ಕಡೆಗೆ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ 0,1 N ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತದೆ. A ಬಿಂದುವಿನಲ್ಲಿ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬಲವು 0,02 N/C ಆಗಿದ್ದರೆ, ಚಾರ್ಜ್ q ನ ಪ್ರಮಾಣ ಮತ್ತು ಪ್ರಕಾರವು...
ಎ. 5,0 ಸಿ, ಧನಾತ್ಮಕ
ಬಿ. 5,0 ಸಿ, ಋಣಾತ್ಮಕ
C. 4,0 C, ಧನಾತ್ಮಕ
ಡಿ. 2,5 ಸಿ, ಋಣಾತ್ಮಕ
ಇ. 2,5 ಸಿ, ಧನಾತ್ಮಕ
ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
F = 0,1N
ಇ = 0,02 ಎನ್/ಸಿ
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
ಚಾರ್ಜ್ q ನ ಪ್ರಮಾಣ ಮತ್ತು ದಿಕ್ಕು ಏನು?
ಜವಾಬ್ :
ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಪ್ರಮಾಣ q:
ಎಫ್ = ಕ್ಯೂ ಇ
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
ಚಾರ್ಜ್ ಪ್ರಕಾರ q:
ಕೂಲಂಬ್ ಬಲದ ದಿಕ್ಕು ಚಾರ್ಜ್ q ಕಡೆಗೆ ಇರುವುದರಿಂದ ಚಾರ್ಜ್ q ಧನಾತ್ಮಕ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರಬೇಕು.