तसेच विद्युत क्षेत्रावरील प्रश्नांची चर्चा आणि उदाहरणांचा अभ्यास करा.
दूर अंतरावर कार्य करू शकणाऱ्या विद्युत बलाची समज सुलभ करण्यासाठी, विद्युत क्षेत्राची संकल्पना मांडण्यात आली. विद्युत क्षेत्राची संकल्पना ब्रिटिश शास्त्रज्ञ मायकल फॅराडे (१७९१-१८६७) यांनी विकसित केली.
समज
समजा, एक काचेची कांडी सुरुवातीला विद्युतदृष्ट्या उदासीन आहे. कापडाने घासल्यावर, ती काचेची कांडी विद्युतभारित होते. जेव्हा काचेच्या कांडीवर विद्युतभार असतो , तेव्हा तिच्याभोवती एकाच वेळी एक विद्युत क्षेत्र निर्माण होते. जर काचेची कांडी उदासीन झाली, तर ते विद्युत क्षेत्र त्या जागेतून एकाच वेळी नाहीसे होते. म्हणून, विद्युत क्षेत्राचे अस्तित्व हे विद्युतभाराच्या उपस्थितीपासून अविभाज्य आहे. विद्युत क्षेत्र हे हवेसारखा पदार्थाचा प्रकार नाही आणि विद्युतचुंबकीय लहरींसारखा लहरींचा प्रकारही नाही, तर ती एक अशी गोष्ट आहे जी विद्युतभाराद्वारे निर्माण होते आणि विद्युतभाराच्या सभोवतालच्या जागेवर परिणाम करते, जिथे तिचा प्रभाव केवळ इतर विद्युतभारांनाच जाणवतो.
एखाद्या जागेत विद्युत क्षेत्र अस्तित्वात आहे की नाही हे तपासण्यासाठी, असे गृहीत धरले जाते की त्या जागेत एक चाचणी प्रभार आहे . हा चाचणी प्रभार (Q) इतका लहान असतो की तो एक अतिशय लहान विद्युत क्षेत्र निर्माण करतो आणि त्यामुळे त्याकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते. तथापि, इतर विद्युत प्रभारांद्वारे निर्माण झालेल्या क्षेत्राचा प्रभाव चाचणी प्रभाराला जाणवू शकतो. विद्युत क्षेत्र अस्तित्वात आहे की नाही हे तपासण्यासाठीच चाचणी प्रभार उपस्थित असतो. जर विद्युत क्षेत्र अस्तित्वात असेल, तर चाचणी प्रभाराला विद्युत बलाच्या स्वरूपात प्रभाव जाणवेल. याउलट, जर विद्युत क्षेत्र नसेल, तर चाचणी प्रभाराला कोणतेही विद्युत बल जाणवणार नाही.
बाजूला असलेल्या चित्राकडे बघा.
आकृती १ मध्ये, +q प्रभार1 आणि चार्ज +q2 सभोवतालच्या जागेत विद्युत क्षेत्र निर्माण करते. जेव्हा +q हा चाचणी प्रभार ठेवला जातोo अवकाशातील एका बिंदूवर, चाचणी प्रभार +qo विद्युत बलाचा अनुभव घेत आहे. F1 +q प्रभाराद्वारे प्रयुक्त होणारे विद्युत बल आहे1 चाचणी शुल्क +qo आणि एफ2 +q प्रभाराद्वारे प्रयुक्त होणारे विद्युत बल आहे2 चाचणी शुल्क +qoआकृती २ मध्ये, जेव्हा चाचणी प्रभार काढला जातो, तेव्हा क्षेत्र कायम राहते आणि त्या बिंदूपासून नाहीसे होत नाही.1 +q विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेले क्षेत्र आहे1 आणि ई2 +q विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेले क्षेत्र आहे2.
क्षेत्र सामर्थ्य
विद्युत क्षेत्र ही एक सदिश राशी असून, तिला परिमाण आणि दिशा दोन्ही असतात. एखाद्या बिंदूवरील विद्युत क्षेत्राची तीव्रता म्हणजे, त्या बिंदूवर ठेवलेल्या धन प्रभारावर विद्युत प्रभाराने प्रयुक्त केलेले विद्युत बल, भागिले त्या प्रभाराचे परिमाण होय.
माहिती :
E = क्षेत्र सामर्थ्य
F = विद्युत बल
q = चाचणी प्रभाराचे परिमाण
माहिती :
Q = विद्युत प्रभार
r = विद्युत प्रभार आणि चाचणी प्रभार यांच्यातील अंतर
(वाचा: एप्सिलॉन शून्य) = पोकळीची पारगम्यता = 8,854 x 10-12 C2/एनएम2
k = कूलॉम्ब स्थिरांक = 9 x 109 Nm2/C2
विद्युत बलाचे एकक न्यूटन आहे आणि विद्युत प्रभाराचे एकक कूलंब आहे, म्हणून क्षेत्राचे एकक न्यूटन/कूलूंब आहे, ज्याला N/C असे संक्षेपात दर्शवले जाते.
अराह
बाजूला असलेल्या चित्राकडे बघा.
पाडा आकृती २अएक धन विद्युत प्रभार (+Q) एका धन चाचणी प्रभारावर (+q) विद्युत बल प्रयुक्त करतो, जिथे विद्युत बलाची (F) दिशा +Q प्रभारापासून दूर असते.
पाडा आकृती २बजेव्हा चाचणी चार्ज काढला जातो, तेव्हा त्या ठिकाणी एक क्षेत्र (E) असते ज्याची दिशा विद्युत चार्ज Q पासून दूर असते.
पाडा आकृती २अएक ऋण विद्युत प्रभार (-Q) एका धन चाचणी प्रभारावर (+q) विद्युत बल प्रयुक्त करतो, जिथे विद्युत बलाची (F) दिशा -Q प्रभाराकडे झुकते.
पाडा आकृती २बजेव्हा चाचणी चार्ज काढला जातो, तेव्हा त्या ठिकाणी एक क्षेत्र (E) असते ज्याची दिशा विद्युत चार्ज -Q च्या जवळ असते.
वरील चित्र आणि स्पष्टीकरणाच्या आधारे असा निष्कर्ष काढता येतो की, क्षेत्राची दिशा धन विद्युत प्रभारापासून दूर आणि ऋण विद्युत प्रभाराच्या दिशेने आहे.
समस्यांचे उदाहरण
१. बिंदू A एका विद्युत क्षेत्रात आहे. बिंदू A वरील विद्युत क्षेत्राची तीव्रता ०.४ N/C आहे. जर ०.२ C प्रभार असलेली एखादी वस्तू बिंदू A वर ठेवली, तर... कूलॉम्ब बल.
अ. २८.८ एन
बी. ३०.० एन
सी. ३९.६ एन
डी. ४८.० एन
ई. ५०.० एन
चर्चा :
दिकेताहुई :
E = 0,4 N/C
q = ०.२ C
विचारले :
विद्युत बल?
उत्तर :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
योग्य उत्तर E आहे.
२. एक चार्ज केलेला बिंदू q एक कण बिंदू A वर धन (+) प्रभाराने निर्माण केलेल्या विद्युत क्षेत्रात आहे, ज्यामुळे त्यावर q प्रभाराच्या दिशेने 0,1 N चे बल कार्य करते. जर बिंदू A वरील क्षेत्राची तीव्रता 0,02 N/C असेल, तर q प्रभाराचे परिमाण आणि प्रकार...
अ. ५.० से, पॉझिटिव्ह
बी. ५.० सी, नकारात्मक
सी. ४.० सी, पॉझिटिव्ह
डी. २.५ से, नकारात्मक
ई. २.५ से, पॉझिटिव्ह
चर्चा :
दिकेताहुई :
F = 0,1 एन
E = 0,02 N/C
विचारले :
प्रभार q चे परिमाण आणि दिशा काय आहे?
उत्तर :
प्रभार q चे परिमाण:
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
शुल्काचा प्रकार q:
कूलॉम्ब बलाची दिशा प्रभार q च्या दिशेने असते, म्हणून प्रभार q चे मूल्य धन असले पाहिजे.
