विद्युत प्रभार सामग्री
कृपया तुमच्या सभोवतालच्या वस्तूंपैकी एकाचे निरीक्षण करा. जर तुम्ही एखादी वस्तू, उदाहरणार्थ खडक, फोडली, तर त्या खडकाचे अनेक लहान तुकडे होतील. जर तो खडक पुन्हा फोडला, तर त्याचे आणखी लहान तुकडे होतील. खडकाचे तुकडे पुन्हा फोडले तर काय होईल? अर्थातच, खडकाचे तुकडे फोडले जातील आणि त्यांचे आणखी लहान तुकडे होतील. खडकाचे अनंत तुकडे होईपर्यंत त्याचे आणखी लहान तुकडे करता येतील का? वस्तुस्थिती हे दर्शवते की, कोणत्याही वस्तूचे लहान तुकड्यांमध्ये विभाजन केल्यास, ती वस्तू अशा एका टप्प्यावर पोहोचते, जिथे त्या वस्तूच्या सर्वात लहान भागाचे आणखी लहान तुकड्यांमध्ये विभाजन करता येत नाही. वस्तूच्या ज्या सर्वात लहान भागाचे पुढे विभाजन करता येत नाही, त्याला अणू म्हणतात. म्हणून, अणू हा विश्वातील प्रत्येक पदार्थाचा सर्वात लहान भाग आहे.
अणूंमधील विद्युत प्रभार
अणू हे इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन यांनी बनलेले असतात. प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन मिळून अणूचे केंद्रक तयार करतात, ज्याचा आकार अंदाजे १०⁻¹⁵ मीटर असतो . इलेक्ट्रॉन केंद्रकाच्या बाहेर असतात आणि ते सूर्याभोवती फिरणाऱ्या ग्रहांप्रमाणे केंद्रकाभोवती फिरतात. अणूचा व्यास अनेक किलोमीटर आहे असे गृहीत धरल्यास, केंद्रक साधारणपणे बिलियर्ड बॉलच्या आकाराचे असते आणि इलेक्ट्रॉन केंद्रकाच्या आत असतात, जे अंदाजे १०⁻¹⁰ मीटर अंतरापर्यंत पोहोचतात . केंद्रक आणि इलेक्ट्रॉन यांच्यामध्ये पोकळी असते.
ऋणप्रभारित इलेक्ट्रॉन अणूच्या कडांवर असतात आणि धनप्रभारित प्रोटॉन केंद्रकात असतात. इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती फिरत राहावेत आणि अणूमधून बाहेर पडू नयेत यासाठी, धनप्रभारित केंद्रकाला इलेक्ट्रॉनवर एक आकर्षण बल लावावे लागते. हे बल, जे इलेक्ट्रॉनला केंद्रकाभोवती फिरवत ठेवते आणि त्यांना बाहेर पडण्यापासून रोखते, त्याला विद्युत बल म्हणतात.
याउलट, अणूच्या केंद्रकात धनप्रभारित प्रोटॉन असतात, त्यामुळे समान प्रभार असल्यामुळे ते नैसर्गिकरित्या एकमेकांना दूर ढकलतात. प्रोटॉनना अणूच्या केंद्रकात एकत्र ठेवण्यासाठी आणि त्यांना अणूपासून वेगळे होण्यापासून रोखण्यासाठी, त्यांना एकत्र धरून ठेवणारे एक बल असणे आवश्यक आहे. अणूच्या केंद्रकात प्रोटॉनना एकत्र धरून ठेवणाऱ्या बलाला केंद्रकीय बल म्हणतात.
प्रोटॉनचे वस्तुमान न्यूट्रॉनच्या वस्तुमानाइतकेच असते. अणूचे सुमारे ९९.९% वस्तुमान केंद्रकात एकवटलेले असते, तर इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान खूप कमी असते. इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान (me ) = ९.१०९३८९७ x १०⁻³¹ किलोग्रॅम, न्यूट्रॉनचे वस्तुमान (mn ) = १.६७४९२८६ x १०⁻²⁷ किलोग्रॅम, आणि प्रोटॉनचे वस्तुमान (mp ) = १.६७२६२३१ x १०⁻²⁷ किलोग्रॅम.
विद्युत प्रभाराचे प्रमाण
इलेक्ट्रॉनवर ऋणभार असतो, प्रोटॉनवर धनभार असतो आणि न्यूट्रॉन विद्युतदृष्ट्या उदासीन असतात. अणूचे केंद्रक बनवणारे प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन हे क्वार्कपासून बनलेले असतात, ज्यांचा विद्युतभार इलेक्ट्रॉनच्या विद्युतभाराच्या अंदाजे १/३ आणि अंदाजे २/३ पट असतो. क्वार्क हे अणू बनवणारे सर्वात लहान कण आहेत, परंतु आतापर्यंत क्वार्क एकल कणांच्या स्वरूपात अस्तित्वात असल्याचे आढळलेले नाही.
इलेक्ट्रॉन किंवा प्रोटॉनच्या विद्युत प्रभाराचे परिमाण हे प्रभाराचे मूलभूत एकक आहे. एखाद्या वस्तूच्या विद्युत प्रभाराचे परिमाण हे इलेक्ट्रॉन किंवा प्रोटॉनच्या विद्युत प्रभाराच्या पटीत असते. याला क्वांटाइज्ड चार्ज (quantized charge) म्हणतात . उदाहरणार्थ, जर आपण वापरत असलेले सर्वात लहान चलन १०० रुपया असेल, तर एखाद्या व्यक्तीकडील पैशांची रक्कम सर्वात लहान चलनाच्या, म्हणजेच १०० रुपयांच्या पटीत व्यक्त केली जाते. उदाहरणार्थ, माझ्याकडील पैसे १,००,००० आहेत आणि या १,००,००० ला १०० ने भागता येते. माझ्याकडील पैसे १,००,००२ असणे विचित्र ठरेल, कारण २ रुपयांचे कोणतेही चलन अस्तित्वात नाही. त्याचप्रमाणे, एखाद्या वस्तूच्या विद्युत प्रभाराचे प्रमाण. इलेक्ट्रॉनच्या विद्युत प्रभाराचे प्रमाण -e असते आणि प्रोटॉनच्या विद्युत प्रभाराचे प्रमाण +e असते. एखाद्या वस्तूच्या विद्युत प्रभाराचे प्रमाण हे e किंवा १.६० x १०⁻¹⁹ कूलॉम्बच्या पटीत असते आणि ते Q = ±Ne या सूत्राद्वारे व्यक्त केले जाऊ शकते. Q = प्रभाराचे प्रमाण, ± प्रभाराचा प्रकार दर्शवतो, N = पूर्णांक, e = 1,60 x 10 -19 कूलंब.
वस्तूंमधील विद्युत प्रभार
जर एखाद्या अणूमध्ये इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉनची संख्या समान असेल, तर त्या अणूमधील एकूण विद्युत प्रभार शून्य असतो आणि तो अणू उदासीन असतो, म्हणजेच त्यावर कोणताही विद्युत प्रभार नसतो. उदासीन अणूमधील प्रोटॉन किंवा इलेक्ट्रॉनच्या संख्येला अणुक्रमांक (Z) म्हणतात . जर प्रोटॉनपेक्षा इलेक्ट्रॉन जास्त असतील, तर तो अणू ऋणप्रभारित असतो. याउलट, जर प्रोटॉनपेक्षा इलेक्ट्रॉन कमी असतील, तर तो अणू धनप्रभारित असतो. ऋणप्रभारित अणूंना ऋण आयन म्हणतात , तर धनप्रभारित अणूंना धन आयन म्हणतात . अणूमधून इलेक्ट्रॉन शोषून घेण्याच्या किंवा बाहेर टाकण्याच्या प्रक्रियेला आयनीकरण म्हणतात . जेव्हा आपण म्हणतो की अणू प्रभारित आहे, तेव्हा आपला अर्थ एकूण प्रभार किंवा निव्वळ प्रभार असा असतो. उदाहरणार्थ, एका अणूमध्ये १० इलेक्ट्रॉन आणि ७ प्रोटॉन आहेत. हा अणू ऋणप्रभारित आहे कारण त्यात ३ अतिरिक्त ऋणप्रभारित इलेक्ट्रॉन आहेत. म्हणून या अणूचा निव्वळ प्रभार ३ आहे आणि अणुप्रभाराचा प्रकार ऋण आहे. ३, ७, १० हे आकडे केवळ समजण्यास सोपे जावे म्हणून दिलेली उदाहरणे आहेत. वास्तविक पाहता, एखाद्या वस्तूवरील विद्युत प्रभार हा इलेक्ट्रॉनच्या प्रभाराचा किंवा प्रोटॉनच्या प्रभाराचा पटीत असतो.
जर एखाद्या वस्तूमध्ये प्रोटॉनच्या संख्येइतकेच इलेक्ट्रॉन असतील, तर ती वस्तू उदासीन असते किंवा तिच्यावर कोणताही विद्युत प्रभार नसतो. जर एखाद्या वस्तूमध्ये प्रोटॉनपेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन असतील, तर त्या वस्तूवर ऋण प्रभार असतो, याउलट, जर एखाद्या वस्तूमध्ये प्रोटॉनपेक्षा कमी इलेक्ट्रॉन असतील, तर त्या वस्तूवर धन प्रभार असतो. सुरुवातीला उदासीन असलेल्या वस्तूमध्ये इलेक्ट्रॉन वाढवून तिला ऋण प्रभारित करता येते, तर त्या वस्तूतील इलेक्ट्रॉन कमी करून तिला धन प्रभारित करता येते.
