വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ലേഖനം
വൈദ്യുത ചാർജിനെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുമ്പോൾ, ചാർജുകൾ പരസ്പരം അകറ്റുന്നുവെന്നും ചാർജുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി അവ പരസ്പരം ആകർഷിക്കുന്നുവെന്നും മനസ്സിലാക്കി. പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ഒരു വസ്തുവിനെ നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ള ഒരു വസ്തുവിനടുത്തേക്ക് കൊണ്ടുവന്നാൽ, രണ്ട് വസ്തുക്കളും പരസ്പരം വലിച്ചെടുക്കുകയും പരസ്പരം നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു. നേരെമറിച്ച്, പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ഒരു വസ്തുവിനെ പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ഒരു വസ്തുവിനടുത്തേക്ക് കൊണ്ടുവന്നാൽ, രണ്ട് വസ്തുക്കളും പരസ്പരം അകന്നുപോകുകയും ചെയ്യുന്നു. കൂലോംബിന്റെ നിയമത്തെക്കുറിച്ച് പഠിച്ചതുപോലെ, വൈദ്യുത ചാർജുള്ള വസ്തുക്കൾക്ക് മറ്റ് വൈദ്യുത ചാർജുള്ള വസ്തുക്കളെ ത്വരിതപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, കാരണം ഈ വൈദ്യുത ചാർജുള്ള വസ്തുക്കൾക്കിടയിൽ ഒരു വൈദ്യുതബലം പ്രവർത്തിക്കുന്നു. വൈദ്യുത ചാർജുള്ള ഒരു വസ്തു മറ്റ് വൈദ്യുത ചാർജുള്ള വസ്തുക്കളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുതബലം സമ്പർക്കമില്ലാതെ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ബലത്തിന്റെ ഒരു ഉദാഹരണമാണ്. അകലത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന ബലത്തിന്റെ മറ്റൊരു ഉദാഹരണമാണ് ഗുരുത്വാകർഷണബലം . ഒരു പിണ്ഡമുള്ള വസ്തു മറ്റ് പിണ്ഡമുള്ള വസ്തുക്കളിൽ ഗുരുത്വാകർഷണബലം പ്രയോഗിക്കുന്നു.
ഘർഷണബലം , ത്രസ്റ്റ്ബലം, സാധാരണബലം എന്നിവ എളുപ്പത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയുന്ന ബലങ്ങളുടെ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്, കാരണം ഈ ബലങ്ങൾ സമ്പർക്കം സംഭവിക്കുമ്പോൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. നേരെമറിച്ച്, സ്പർശനമില്ലാതെ ഒരു നിശ്ചിത അകലത്തിൽ നിന്ന് ഈ ബലത്തിന് പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുമെന്നതിനാൽ മനസ്സിലാക്കാൻ പ്രയാസമുള്ള ഒരു ബലത്തിന്റെ ഉദാഹരണമാണ് വൈദ്യുതബലം. ഒരു നിശ്ചിത അകലത്തിൽ നിന്ന് പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന വൈദ്യുതബലത്തെ മനസ്സിലാക്കാൻ, വൈദ്യുതക്ഷേത്രം എന്ന ആശയം പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു. ബ്രിട്ടീഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ മൈക്കൽ ഫാരഡെ (1791-1867) ആണ് വൈദ്യുതക്ഷേത്ര ആശയം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്.
വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ നിർവചനം (E)
ഒരു ഗ്ലാസ് തുടക്കത്തിൽ വൈദ്യുതപരമായി നിഷ്പക്ഷമായിരുന്നുവെന്ന് കരുതുക. ഒരു തുണി ഉപയോഗിച്ച് ഉരച്ച ശേഷം, ഗ്ലാസ് വടി വൈദ്യുതപരമായി ചാർജ്ജ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഗ്ലാസ് വടി വൈദ്യുതപരമായി ചാർജ്ജ് ചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ, അതേ സമയം, ഗ്ലാസിന് ചുറ്റും ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു. ഗ്ലാസ് നിഷ്പക്ഷമായി മാറുകയാണെങ്കിൽ, അതേ സമയം വൈദ്യുത മണ്ഡലം അപ്രത്യക്ഷമാകുന്നു. അതിനാൽ, ഒരു E യുടെ നിലനിൽപ്പ് ഒരു വൈദ്യുത ചാർജിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ നിന്ന് വേർതിരിക്കാനാവില്ല. E വായു പോലുള്ള ഒരുതരം പദാർത്ഥമല്ല, വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങൾ പോലെ ഒരു തരം തരംഗവുമല്ല. ഒരു E എന്നത് ഒരു വൈദ്യുത ചാർജ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഒന്നാണ്, അത് ഒരു വൈദ്യുത ചാർജിന് ചുറ്റുമുള്ള സ്ഥലത്തെ ബാധിക്കുന്നു, അവിടെ മറ്റ് വൈദ്യുത ചാർജുകൾ ഒരു E യുടെ സ്വാധീനം മാത്രമേ അനുഭവിക്കുന്നുള്ളൂ.
ഒരു മുറിയിൽ ഒരു E ഉണ്ടോ എന്ന് പരിശോധിക്കാൻ, ആ സ്ഥലത്ത് ഒരു ടെസ്റ്റ് ചാർജ് ഉണ്ടെന്ന് അനുമാനിക്കുന്നു. ടെസ്റ്റ് ചാർജ് ഒരു മിനിമൽ ചാർജ് (Q) ആണ് , അതിനാൽ ചാർജ് വളരെ ചെറിയ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം സൃഷ്ടിക്കുന്നു, അതിനാൽ അത് അവഗണിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, മറ്റ് വൈദ്യുത ചാർജുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ സ്വാധീനം ടെസ്റ്റ് ചാർജിന് അനുഭവിക്കാൻ കഴിയും. ഒരു E ഉണ്ടോ എന്ന് അന്വേഷിക്കാൻ മാത്രമാണ് ടെസ്റ്റ് ചാർജ് അവതരിപ്പിക്കുന്നത്. സ്ഥലത്ത് ഒരു E ഉണ്ടെങ്കിൽ,
ടെസ്റ്റ് ചാർജ് വൈദ്യുതബലം അനുഭവിക്കണം, അതേസമയം E ഇല്ലെങ്കിൽ, ടെസ്റ്റ് ചാർജ് വൈദ്യുതബലം അനുഭവിക്കുന്നില്ല.
വശത്തുള്ള ചിത്രം നോക്കൂ.
ചിത്രം 1-ൽ, ചാർജ് +q 1 ഉം ചാർജ് +q 2 ഉം ചുറ്റുമുള്ള സ്ഥലത്ത് ഒരു E ഉണ്ടാക്കുന്നു. ടെസ്റ്റ് ചാർജ് +q o ബഹിരാകാശത്തെ ഒരു ബിന്ദുവിൽ സ്ഥാപിക്കുമ്പോൾ, ടെസ്റ്റ് ചാർജ് +q o വൈദ്യുതബലം അനുഭവിക്കുന്നു. ടെസ്റ്റ് ചാർജിൽ +q o യിൽ ചാർജ് +q 1 പ്രയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുതബലമാണ് F 1 , ടെസ്റ്റ് ചാർജിൽ +q o യിൽ ചാർജ് +q 2 പ്രയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുതബലമാണ് F 2. ചിത്രം 2 - ൽ, ടെസ്റ്റ് ചാർജ് നീക്കം ചെയ്യുമ്പോൾ, E നിലനിൽക്കുകയും ആ ബിന്ദുവിൽ നിന്ന് അപ്രത്യക്ഷമാകുകയും ചെയ്യുന്നില്ല. E 1 എന്നത് ഒരു വൈദ്യുത ചാർജ് +q 1 ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലമാണ് , കൂടാതെ E 2 എന്നത് ഒരു വൈദ്യുത ചാർജ് +q 2 ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഒരു E ആണ്.
വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ വ്യാപ്തി
E എന്നത് ഒരു വെക്റ്റർ അളവാണ്, അവിടെ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന് ഒരു വ്യാപ്തിയും ദിശയും ഉണ്ട്. ഒരു E യുടെ വ്യാപ്തിയെ സാധാരണയായി E ശക്തി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു ബിന്ദുവിൽ E യുടെ ശക്തിയെ നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്, ആ ബിന്ദുവിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു പോസിറ്റീവ് ടെസ്റ്റ് ചാർജിൽ ഒരു വൈദ്യുത ചാർജ് പ്രയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുതിയുടെ ബലമായി, ടെസ്റ്റ് ചാർജിന്റെ വലിപ്പം കൊണ്ട് ഹരിച്ചാണ്.
E = വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി
F = വൈദ്യുത ബലം
q = ടെസ്റ്റ് ചാർജ്
വൈദ്യുതബലത്തിന്റെ യൂണിറ്റ് ന്യൂട്ടൺ ആണ്, വൈദ്യുത ചാർജിന്റെ യൂണിറ്റ് കൂലോംബ് ആണ്, അതിനാൽ E യുടെ യൂണിറ്റ് ന്യൂട്ടൺ / കൂലോംബ് ആണ്, ചുരുക്കത്തിൽ N/C.
വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ ദിശ
ചിത്രം 1a-യിൽ, ഒരു പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രിക് ചാർജ് (+Q) പോസിറ്റീവ് ടെസ്റ്റ് ചാർജിൽ (+q) വൈദ്യുതബലം പ്രയോഗിക്കുന്നു, ഇവിടെ വൈദ്യുതബലത്തിന്റെ (F) ദിശ +Q യുടെ ചാർജിൽ നിന്ന് അകലെയാണ്.
ചിത്രം 1b-യിൽ, ടെസ്റ്റ് ചാർജ് നീക്കം ചെയ്യുമ്പോൾ, ഈ ഘട്ടത്തിൽ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം (E) ഉണ്ട്, അതിന്റെ ദിശ വൈദ്യുത ചാർജ് Q-യിൽ നിന്ന് അകലെയാണ്.
ചിത്രം 2a-യിൽ, ഒരു നെഗറ്റീവ് വൈദ്യുത ചാർജ് (-Q) ഒരു പോസിറ്റീവ് ടെസ്റ്റ് ചാർജിൽ (+q) വൈദ്യുത ബലം പ്രയോഗിക്കുന്നു, ഇവിടെ വൈദ്യുത ബലത്തിന്റെ (F) ദിശ ചാർജ് -Q-നെ സമീപിക്കുന്നു.
ചിത്രം 2b-യിൽ, ടെസ്റ്റ് ചാർജ് നീക്കം ചെയ്യുമ്പോൾ, ഈ ഘട്ടത്തിൽ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം (E) ഉണ്ട്, അതിന്റെ ദിശ വൈദ്യുത ചാർജ് -Q ന് അടുത്താണ്.
മുകളിലുള്ള ചിത്രവും വിശദീകരണവും അടിസ്ഥാനമാക്കി, വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ ദിശ പോസിറ്റീവ് വൈദ്യുത ചാർജിൽ നിന്ന് അകലെയാണെന്നും നെഗറ്റീവ് വൈദ്യുത ചാർജിലേക്ക് അടുക്കുന്നുവെന്നും നിഗമനം ചെയ്യാം.
വൈദ്യുത ഫീൽഡ് ലൈനുകൾ
ഒരു വൈദ്യുത ചാർജ് മൂലമാണ് E ഉണ്ടാകുന്നത് , അത് വൈദ്യുത ചാർജിന് ചുറ്റുമുള്ള സ്ഥലത്തെ ബാധിക്കുന്നു, അവിടെ E യുടെ സ്വാധീനം മറ്റ് വൈദ്യുത ചാർജുകൾക്ക് മാത്രമേ അനുഭവപ്പെടൂ. ഒരു വൈദ്യുത ചാർജ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന E യിൽ മറ്റൊരു വൈദ്യുത ചാർജ് ഉണ്ടാകുമ്പോൾ, മറ്റൊരു വൈദ്യുത ചാർജ് ഒരു വൈദ്യുത ശക്തിയുടെ സ്വാധീനം മനസ്സിലാക്കുന്നു.
E യെക്കുറിച്ചുള്ള ലേഖനത്തിൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, മുകളിൽ പറഞ്ഞ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തെ മനസ്സിലാക്കുന്നത് മനസ്സുകൊണ്ട് സാക്ഷാത്കരിക്കാൻ കഴിയും, പക്ഷേ മനസ്സിൽ മാത്രമേ സങ്കൽപ്പിക്കാൻ കഴിയൂ. ഒരു E യെ ദൃശ്യവൽക്കരിക്കുന്നതിന്, വൈദ്യുത മണ്ഡലരേഖകൾ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ നിലനിൽപ്പ് സൂചിപ്പിക്കുന്നതിന് ഒരു വൈദ്യുത ചാർജിന് ചുറ്റും വരച്ച വരകളുടെ ഒരു കൂട്ടമാണ് വൈദ്യുത മണ്ഡലരേഖകൾ. ഒരു E യുടെ സാന്നിധ്യം കാണിക്കാൻ ഇത് ലക്ഷ്യമിടുന്നതിനാൽ, ഈ രേഖകൾക്കിടയിൽ ഒരു E യുമായി ഒരു ബന്ധമുണ്ട്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, വൈദ്യുത മണ്ഡലരേഖകൾ വരയ്ക്കുന്നതിലൂടെ E യുടെ വ്യാപ്തിയും ദിശയും വിശദീകരിക്കാം.
വൈദ്യുത മണ്ഡലരേഖകളും ദിശയും വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം താഴെ കൊടുക്കുന്നു:
ആദ്യം, E യുടെ ദിശ പോസിറ്റീവ് ചാർജിൽ നിന്ന് മാറി നെഗറ്റീവ് ചാർജിലേക്ക് അടുക്കുന്നു. അങ്ങനെ, വൈദ്യുത മണ്ഡലരേഖകളുടെ ദിശയും പോസിറ്റീവ് ചാർജിൽ നിന്ന് അകലെയാണ്, നെഗറ്റീവ് ചാർജിലേക്ക് അടുക്കുന്നു.
പോസിറ്റീവ് ചാർജ് നെഗറ്റീവ് ചാർജിനോട് ചേർന്നാണെങ്കിൽ, വൈദ്യുത മണ്ഡലരേഖകൾ പോസിറ്റീവ് ചാർജിൽ നിന്ന് നെഗറ്റീവ് ചാർജിലേക്ക് വരയ്ക്കുന്നു. നേരെമറിച്ച്, ഒരു പോസിറ്റീവ് ചാർജ് പോസിറ്റീവ് ചാർജിനോട് ചേർന്നാണെങ്കിൽ, ഓരോ പോസിറ്റീവ് ചാർജിൽ നിന്നും വൈദ്യുത മണ്ഡലരേഖകൾ വരയ്ക്കുകയും പരസ്പരം അകലുകയും ചെയ്യുന്നു.
രണ്ടാമതായി, വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തിയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നത് വൈദ്യുത മണ്ഡല രേഖകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരമാണ്. വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ രേഖകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുന്തോറും വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ ശക്തി കൂടുകയും വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ രേഖകൾക്കിടയിലുള്ള ദൂരം കൂടുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി കുറയുന്നു.
രേഖകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം അടുക്കുന്തോറും വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി കൂടുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്? ഇത് മനസ്സിലാക്കാൻ, ഇനിപ്പറയുന്ന വിശദീകരണം നോക്കുക. ഗോളത്തിന്റെ മധ്യഭാഗത്ത് ഒരു പോസിറ്റീവ് ചാർജ് ഉണ്ടെന്നും ഗോളത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിലൂടെ വിവിധ ദിശകളിലേക്ക് വൈദ്യുത മണ്ഡല രേഖകൾ വ്യാപിച്ചിട്ടുണ്ടെന്നും കരുതുക. വൈദ്യുത മണ്ഡല രേഖകളുടെ എണ്ണം N ഉം ഗോളത്തിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം 4πr 2 ഉം ആണെങ്കിൽ , യൂണിറ്റ് വിസ്തീർണ്ണത്തിലോ രേഖാ സാന്ദ്രതയിലോ ഉള്ള രേഖകളുടെ എണ്ണം N / 4πr 2 ആണ് . ഈ സൂത്രവാക്യത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, അതേ N ന്, r കുറയുകയാണെങ്കിൽ, രേഖകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുക്കുകയും r കൂടുതൽ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുകയാണെങ്കിൽ രേഖകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അകലുകയും ചെയ്യുന്നു.
വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി സൂത്രവാക്യം E = kq / r 2 വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി ദൂരത്തിന്റെ വർഗ്ഗത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണെന്ന് കാണിക്കുന്നു. r ചെറുതാണെങ്കിൽ, വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി കൂടുതൽ പ്രകടമാകും, r കൂടുതൽ പ്രകടമാകുകയാണെങ്കിൽ, വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി കുറയും.
മുകളിലുള്ള അവലോകനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, r ചെറുതാകുകയാണെങ്കിൽ (ചാർജിനോട് അടുക്കുമ്പോൾ) വൈദ്യുതക്ഷേത്ര ശക്തി വർദ്ധിക്കുകയും രേഖകൾക്കിടയിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അടുക്കുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം. നേരെമറിച്ച്, r കൂടുതൽ പ്രകടമാകുകയാണെങ്കിൽ (ചാർജിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ അകലെ), വൈദ്യുതക്ഷേത്ര ശക്തി കുറയുകയും രേഖകൾക്കിടയിലുള്ള ദൂരം കൂടുതൽ അകലെയാകുകയും ചെയ്യുന്നു.
മൂന്നാമതായി, E ലൈനുകളുടെ എണ്ണം വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തിക്ക് ആനുപാതികമാണ്. കൂടുതൽ വൈദ്യുത മണ്ഡല രേഖകൾ, വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി കൂടുതലാണ്. കുറഞ്ഞ വൈദ്യുത മണ്ഡല രേഖകൾ, വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തി ചെറുതായിരിക്കും.
