വൈദ്യുത ചാർജ്

ആറ്റങ്ങളിലെ വൈദ്യുത ചാർജിനെക്കുറിച്ചുള്ള ലേഖനം

നിങ്ങളുടെ ചുറ്റുമുള്ള വസ്തുക്കളിൽ ഒന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു കല്ല് പോലുള്ള ഒരു വസ്തുവിനെ നിങ്ങൾ നശിപ്പിച്ചാൽ, ആ കല്ല് ചെറിയ കഷണങ്ങളായി വിഭജിക്കപ്പെടും. കല്ലിന്റെ ഭാഗം വീണ്ടും നശിപ്പിക്കപ്പെട്ടാൽ, ആ കല്ല് ചെറിയ കഷണങ്ങളായി മാറും. കല്ല് വീണ്ടും നശിപ്പിക്കപ്പെട്ടാലോ? തീർച്ചയായും, കല്ല് ചെറുതാണ്. കല്ലുകളെ ചെറുതോ അനന്തമോ ആയ കഷണങ്ങളായി നശിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമോ? യാഥാർത്ഥ്യം കാണിക്കുന്നത് ഒരു വസ്തുവിനെ ചെറിയവയായി വിഭജിക്കുമ്പോൾ, വസ്തുവിന്റെ ഏറ്റവും ചെറിയ ഭാഗം ചെറിയവയായി വിഭജിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു ഘട്ടത്തിൽ എത്തിച്ചേരും എന്നാണ്. വിഭജിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഏറ്റവും ചെറിയ ഭാഗത്തെ ആറ്റം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. അതിനാൽ, പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ വസ്തുക്കളുടെയും ഏറ്റവും ചെറിയ ഭാഗമാണ് ആറ്റങ്ങൾ.

ആറ്റങ്ങൾ ഇലക്ട്രോണുകൾ, പ്രോട്ടോണുകൾ, ന്യൂട്രോണുകൾ എന്നിവയാൽ നിർമ്മിതമാണ്. പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും ഏകദേശം 10–15 മീറ്റർ നീളമുള്ള ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസുകൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ന്യൂക്ലിയസിന് പുറത്താണ്, ഗ്രഹങ്ങൾ സൂര്യനു ചുറ്റും സഞ്ചരിക്കുന്നതുപോലെ ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും നീങ്ങുന്നു. ആറ്റത്തിന്റെ വ്യാസം ഏതാനും കിലോമീറ്ററാണെന്ന് അനുമാനിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസ് ഒരു ബില്യാർഡ് ബോളിന്റെ വലുപ്പമാണ്,

ഇലക്ട്രോണുകൾ ന്യൂക്ലിയസിനിടയിലായിരിക്കുകയും ഏകദേശം 10 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് അകലത്തിൽ എത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.^-10 കാമ്പിൽ നിന്ന് മീറ്ററുകൾ അകലെയാണ്. കാമ്പിനും ഒരു ഇലക്ട്രോണിനും ഇടയിൽ ഒരു സ്ഥലമുണ്ട്.

നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ ആറ്റങ്ങളുടെ അരികിലും പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള പ്രോട്ടോണുകൾ ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിലും സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ന്യൂക്ലിയസിൽ ചുറ്റി സഞ്ചരിക്കുകയും ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് രക്ഷപ്പെടാതിരിക്കുകയും ചെയ്യണമെങ്കിൽ, പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസ് ഇലക്ട്രോണിൽ ആകർഷകമായ ഒരു ബലം ചെലുത്തണം. ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും തുടരാൻ ഇലക്ട്രോണുകളെ ആകർഷിക്കുകയും ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് വേർതിരിക്കാൻ കഴിയാതിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ബലത്തെ വൈദ്യുതബലം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

മറുവശത്ത്, ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിനുള്ളിൽ, പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള പ്രോട്ടോണുകൾ ഉള്ളതിനാൽ, ഒരേ ചാർജ് കാരണം പ്രോട്ടോണുകൾ പരസ്പരം പുറന്തള്ളേണ്ടതുണ്ട്. പ്രോട്ടോണുകൾ ന്യൂക്ലിയസിൽ ഒരുമിച്ച് നിലനിൽക്കാനും ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് വേർപെടാതിരിക്കാനും, പ്രോട്ടോണുകളെ ഒന്നിപ്പിക്കുന്ന ഒരു ബലം ഉണ്ടായിരിക്കണം. ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിൽ പ്രോട്ടോണുകളെ ഒരുമിച്ച് നിൽക്കാൻ ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന ബലത്തെ ന്യൂക്ലിയർ ഫോഴ്‌സ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

പ്രോട്ടോണിന്റെ പിണ്ഡം ന്യൂട്രോണിന്റെ പിണ്ഡത്തിന് ഏതാണ്ട് തുല്യമാണ്. ആറ്റോമിക പിണ്ഡത്തിന്റെ ഏകദേശം 99.9% ആറ്റോമിക ന്യൂക്ലിയസിൽ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, അതേസമയം ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് വളരെ ചെറിയ പിണ്ഡങ്ങളുണ്ട്. ഇലക്ട്രോണിന്റെ പിണ്ഡം (me) = 9.1093897 x 10^-31 കിലോ, ന്യൂട്രോണുകളുടെ പിണ്ഡം (mn) = 1.6749286 x 10^-27 കി.ഗ്രാം, പ്രോട്ടോണിന്റെ പിണ്ഡം (mp) = 1.6726231 x 10^-27 കി. ഗ്രാം.

വൈദ്യുതിയുടെ അളവ്

ഇലക്ട്രോണുകൾ നെഗറ്റീവ് ആണ്, പ്രോട്ടോണുകൾ പോസിറ്റീവ് ആണ്, ന്യൂട്രോണുകൾ ന്യൂട്രൽ ആണ്. പ്രോട്ടോണുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ന്യൂട്രോണുകൾ ക്വാർക്കുകൾ ചേർന്നതാണ്, അവയ്ക്ക് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചാർജിന്റെ ± 1/3 ഉം ± 2/3 ഉം മടങ്ങ് ചാർജ് ഉണ്ട്. ആറ്റങ്ങളെ രൂപപ്പെടുത്തുന്ന ഏറ്റവും ചെറിയ കണങ്ങളാണ് ക്വാർക്കുകൾ, എന്നാൽ ഇതുവരെ ക്വാർക്കുകൾ ഒറ്റ കണികകളായി ഒറ്റയ്ക്ക് നിൽക്കുന്നതായി കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ല.

ഇലക്ട്രോൺ ചാർജിന്റെയോ പ്രോട്ടോൺ ചാർജിന്റെയോ അളവാണ് ചാർജിന്റെ അടിസ്ഥാന യൂണിറ്റ്. വൈദ്യുത ചാർജ് ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഇലക്ട്രോൺ ചാർജിന്റെയോ പ്രോട്ടോൺ ചാർജിന്റെയോ ഗുണിതമാണ് ഇത്. ഇതിനെ ക്വാണ്ടൈസ്ഡ് ചാർജ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന കറൻസിയുടെ ഏറ്റവും ചെറിയ ഭിന്നസംഖ്യ 1 ആണെങ്കിൽ, ഒരു വ്യക്തി ഏറ്റവും ചെറിയ കറൻസിയുടെ ഗുണിതങ്ങളായി പറഞ്ഞിരിക്കുന്ന പണത്തിന്റെ അളവ് 1 ആണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, എന്റെ പണത്തിന്റെ അളവ് 2 ഉം 3 ഉം ആണ്.

ഒരു ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജിന്റെ അളവ് –e ഉം ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ ചാർജിന്റെ കാന്തിമാനം +e ഉം ആണ്. ഒരു വസ്തുവിന്റെ ചാർജിന്റെ അളവ് e യുടെ ഗുണിതമാണ് അല്ലെങ്കിൽ 1.60 x 10 ആണ്.^-19 കൂലോംബ്, Q = ± Ne എന്ന് പ്രകടിപ്പിക്കാം. Q = ചാർജുകളുടെ എണ്ണം, ± ചാർജിന്റെ തരത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, N = പൂർണ്ണസംഖ്യ, e = 1.60 x 10^-19 കൂലോംബ്.

വസ്തുക്കളിലെ വൈദ്യുത ചാർജ്

ഒരു ആറ്റത്തിന് ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ അത്രയും ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ടെങ്കിൽ, ആറ്റത്തിലെ ആകെ വൈദ്യുത ചാർജ് പൂജ്യമാണ്, ഈ ആറ്റം ന്യൂട്രൽ ആണ് അല്ലെങ്കിൽ വൈദ്യുത ചാർജ് ഇല്ല. ഒരു ന്യൂട്രൽ ആറ്റത്തിലെ പ്രോട്ടോണുകളുടെയോ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയോ എണ്ണത്തെ ആറ്റോമിക് നമ്പർ (Z) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒരു പ്രോട്ടോണിനേക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, ആറ്റം നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ളതാണ്. നേരെമറിച്ച്, ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രോട്ടോണുകളേക്കാൾ കുറവാണെങ്കിൽ, അവ പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ളതാണ്. നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ള ആറ്റങ്ങളെ നെഗറ്റീവ് അയോണുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അതേസമയം പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ആറ്റങ്ങളെ പോസിറ്റീവ് അയോണുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് ഇലക്ട്രോണുകൾ സ്വീകരിക്കുന്നതോ പുറത്തുവിടുന്നതോ ആയ പ്രക്രിയയെ അയോണൈസേഷൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു ആറ്റം ചാർജ്ജ് ചെയ്യപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു എന്ന് പറയുമ്പോൾ, അർത്ഥമാക്കുന്നത് നെറ്റ് ചാർജ് എന്നാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ആറ്റത്തിന് 10 ഇലക്ട്രോണുകളും 7 പ്രോട്ടോണുകളും ഉണ്ട്. ഈ ആറ്റത്തിന് 3 ഇലക്ട്രോണുകൾ കൂടുതലായതിനാൽ നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ളതാണ്. അതിനാൽ, ഈ ആറ്റത്തിന്റെ മൊത്തം ചാർജ് 3 ആണ്, കൂടാതെ ഈ തരത്തിലുള്ള ആറ്റോമിക് ചാർജ് നെഗറ്റീവ് ആണ്. ചിത്രം 3, 7, 10 എന്നിവ മനസ്സിലാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നതിനുള്ള ഉദാഹരണങ്ങൾ മാത്രമാണ്. വാസ്തവത്തിൽ, ഒരു വസ്തുവിന്റെ വൈദ്യുത ചാർജിന്റെ അളവ് ഇലക്ട്രോൺ ചാർജിന്റെയോ പ്രോട്ടോൺ ചാർജിന്റെയോ ഗുണിതമാണ്.

ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രോട്ടോണുകളുടെ അത്രയും ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ടെങ്കിൽ, ആ വസ്തു ന്യൂട്രൽ ആണ് അല്ലെങ്കിൽ വൈദ്യുത ചാർജ്ജ് ഇല്ല. ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രോട്ടോണിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ടെങ്കിൽ, ആ വസ്തു നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്തിരിക്കും, അതേസമയം ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രോട്ടോണിനേക്കാൾ കുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണുകൾ മാത്രമേ ഉള്ളൂവെങ്കിൽ, ആ വസ്തു പോസിറ്റീവ് ചാർജ് ചെയ്തിരിക്കും. തുടക്കത്തിൽ ന്യൂട്രൽ ആയിരുന്ന വസ്തുക്കളെ വസ്തുവിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ചേർത്തുകൊണ്ട് നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്തേക്കാം. അല്ലാത്തപക്ഷം, വസ്തുവിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ കുറച്ചുകൊണ്ട് വസ്തുക്കളെ പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്തേക്കാം.