विद्युत क्षेत्राबद्दलचा लेख
विद्युत प्रभाराच्या विषयावर, असे शिकले गेले की समान प्रभार एकमेकांना दूर ढकलतात, तर भिन्न प्रभार एकमेकांना आकर्षित करतात. जर एक धनप्रभारित वस्तू ऋणप्रभारित वस्तूच्या जवळ आणली, तर त्या दोन्ही वस्तू एकमेकांना खेचतात आणि एकमेकांकडे सरकतात. याउलट, जर एक धनप्रभारित वस्तू दुसऱ्या धनप्रभारित वस्तूच्या जवळ आणली, तर त्या दोन्ही वस्तू एकमेकांना दूर ढकलतात आणि एकमेकांपासून दूर जातात. कूलॉम्बच्या नियमाच्या विषयात अभ्यासल्याप्रमाणे, विद्युतप्रभारित वस्तू इतर विद्युतप्रभारित वस्तूंना गती देऊ शकतात, कारण या विद्युतप्रभारित वस्तूंमध्ये एक विद्युत बल कार्यरत असते. एका विद्युतप्रभारित वस्तूद्वारे दुसऱ्या विद्युतप्रभारित वस्तूंवर प्रयुक्त होणारे विद्युत बल हे संपर्काशिवाय कार्य करू शकणाऱ्या बलाचे एक उदाहरण आहे. अंतर आहे गुरुत्वाकर्षण शक्तीगुरुत्वाकर्षण बल हे एका वस्तुमान असलेल्या वस्तूद्वारे दुसऱ्या वस्तुमान असलेल्या वस्तूंवर प्रयुक्त केले जाते.
घर्षण बलप्रणोद बल, अभिलंब बल ही समजायला सोप्या बलांची उदाहरणे आहेत, कारण ही बले संपर्क झाल्यावरच कार्य करतात. याउलट, विद्युत बल हे समजायला कठीण बलाचे उदाहरण आहे, कारण हे बल स्पर्शाशिवाय एका विशिष्ट अंतरावरून कार्य करू शकते. एका विशिष्ट अंतरावरून कार्य करू शकणारे विद्युत बल समजून घेण्यासाठी, विद्युत क्षेत्राची संकल्पना पुढे येते. विद्युत क्षेत्राची संकल्पना ब्रिटिश शास्त्रज्ञ मायकल फॅराडे (१७९१-१८६७) यांनी विकसित केली.
विद्युत क्षेत्राची (E) व्याख्या
समजा, एक काच सुरुवातीला विद्युतदृष्ट्या उदासीन होती. कापडाने घासल्यावर, ती काच विद्युतभारित होते. जेव्हा काच विद्युतभारित होते, तेव्हा त्याच वेळी तिच्याभोवती एक विद्युत क्षेत्र निर्माण होते. जर काच पुन्हा उदासीन झाली, तर त्याच वेळी ते विद्युत क्षेत्र नाहीसे होते. म्हणून, विद्युत प्रभाराच्या उपस्थितीपासून 'E' चे अस्तित्व वेगळे करता येत नाही. 'E' हा हवेसारखा पदार्थ नाही आणि विद्युतचुंबकीय लहरींसारखा लहरींचा प्रकारही नाही. 'E' ही एक अशी गोष्ट आहे जी विद्युत प्रभाराने निर्माण होते आणि विद्युत प्रभाराच्या सभोवतालच्या जागेवर परिणाम करते, जिथे इतर विद्युत प्रभारांना केवळ 'E' चा प्रभाव जाणवतो.
एखाद्या खोलीत विद्युत प्रभार आहे की नाही हे तपासण्यासाठी, त्या जागेत एक चाचणी प्रभार आहे असे गृहीत धरले जाते. हा चाचणी प्रभार एक किमान प्रभार असतो. (प्रश्न) जेणेकरून तो प्रभार एक अतिशय सूक्ष्म विद्युत क्षेत्र निर्माण करतो, ज्याकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते. तथापि, चाचणी प्रभार इतर विद्युत प्रभारांद्वारे निर्माण झालेल्या विद्युत क्षेत्राचा प्रभाव अनुभवू शकतो. चाचणी प्रभार केवळ अवकाशात विद्युत प्रभार आहे की नाही हे तपासण्यासाठी ठेवला जातो. जर अवकाशात विद्युत प्रभार असेल,
चाचणी प्रभारावर विद्युत बलाचा अनुभव आलाच पाहिजे, तर जर E नसेल, तर चाचणी प्रभारावर विद्युत बलाचा अनुभव येत नाही.
बाजूला असलेल्या आकृतीकडे बघा.
आकृती १ मध्ये, +q प्रभार1 आणि चार्ज +q2 सभोवतालच्या जागेत E निर्माण करा. जेव्हा चाचणी चार्ज +qo अवकाशातील एका बिंदूवर ठेवले आहे, चाचणी प्रभार +qo विद्युत बलाचा अनुभव येतो. F1 +q प्रभाराद्वारे प्रयुक्त होणारे विद्युत बल आहे1 चाचणी चार्ज +q वरo, आणि एफ2 +q प्रभाराद्वारे प्रयुक्त विद्युत बल आहे2 चाचणी चार्ज +q वरoआकृती २ मध्ये, जेव्हा चाचणी प्रभार काढला जातो, तेव्हा E तिथेच राहतो आणि त्या बिंदूतून नाहीसा होत नाही.1 +q विद्युत प्रभाराद्वारे निर्माण केलेले विद्युत क्षेत्र1, आणि ई2 +q विद्युत प्रभाराद्वारे निर्माण होणारा E हा एक विद्युत प्रभार आहे का?2.
विद्युत क्षेत्राचे परिमाण
E ही एक सदिश राशी आहे, जिथे विद्युत क्षेत्राला परिमाण आणि दिशा असते. E च्या परिमाणाला सामान्यतः E सामर्थ्य म्हटले जाते. एखाद्या बिंदूवरील E चे सामर्थ्य म्हणजे, त्या बिंदूवर ठेवलेल्या धन चाचणी प्रभारावर विद्युत प्रभाराने प्रयुक्त केलेले विद्युत बल, भागिले त्या चाचणी प्रभाराचा आकार.
E = विद्युत क्षेत्राची तीव्रता
F = विद्युत बल
q = चाचणी शुल्क
विद्युत बलाचे एकक न्यूटन आहे आणि विद्युत प्रभाराचे एकक कूलंब आहे, त्यामुळे E चे एकक न्यूटन / कूलंब आहे, ज्याला N/C असे संक्षिप्त रूप दिले जाते.
विद्युत क्षेत्राची दिशा
आकृती 1a मध्ये, एक धन विद्युत प्रभार (+Q) धन चाचणी प्रभार (+q) वर विद्युत बल प्रयुक्त करतो, जिथे विद्युत बलाची (F) दिशा +Q प्रभारापासून दूर असते.
आकृती 1b मध्ये, जेव्हा चाचणी चार्ज काढला जातो, तेव्हा या बिंदूवर एक विद्युत क्षेत्र (E) असते ज्याची दिशा विद्युत चार्ज Q पासून दूर असते.
आकृती 2a मध्ये, एक ऋण विद्युत प्रभार (-Q) एका धन चाचणी प्रभार (+q) वर विद्युत बल लावतो, जिथे विद्युत बलाची (F) दिशा प्रभार -Q च्या जवळ जाते.
आकृती 2b मध्ये, जेव्हा चाचणी चार्ज काढला जातो, तेव्हा या बिंदूवर एक विद्युत क्षेत्र (E) असते ज्याची दिशा विद्युत चार्ज -Q च्या जवळ असते.
वरील आकृती आणि स्पष्टीकरणाच्या आधारे असा निष्कर्ष काढता येतो की, विद्युत क्षेत्राची दिशा धन विद्युत प्रभारापासून दूर असून ऋण विद्युत प्रभाराकडे जाते.
इलेक्ट्रिक फील्ड लाइन्स
E हे एकाद्वारे निर्माण होते इलेक्ट्रिक चार्ज आणि विद्युत प्रभाराच्या सभोवतालच्या जागेवर परिणाम करते. जिथे E चा प्रभाव फक्त इतर विद्युत प्रभारांनाच जाणवतो. जेव्हा एका विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेल्या विद्युत क्षेत्रात दुसरा विद्युत प्रभार असतो, तेव्हा त्या दुसऱ्या विद्युत प्रभाराला विद्युत बलाचा प्रभाव जाणवतो.
'E' बद्दलच्या लेखात वर्णन केल्याप्रमाणे, वरील विद्युत क्षेत्राची समज मनाने अनुभवता येते, परंतु त्याची मनात केवळ कल्पनाच करता येते. 'E' ची कल्पना करण्यासाठी, विद्युत क्षेत्र रेषा दर्शविल्या जातात. विद्युत क्षेत्र रेषा म्हणजे विद्युत क्षेत्राचे अस्तित्व दर्शवण्यासाठी विद्युत प्रभाराभोवती काढलेल्या रेषांचा संच होय. 'E' चे अस्तित्व दर्शविण्याचा उद्देश असल्यामुळे, या रेषांचा 'E' शी संबंध असतो. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, विद्युत क्षेत्र रेषा काढून 'E' चे परिमाण आणि दिशा स्पष्ट करता येते.
विद्युत क्षेत्र रेषांच्या संदर्भात दिशा आणि विद्युत क्षेत्राची तीव्रता यांच्यातील संबंध खालीलप्रमाणे आहे:
प्रथम, E ची दिशा धन प्रभारापासून दूर जाऊन ऋण प्रभाराकडे जाते. त्यामुळे, विद्युत क्षेत्र रेषांची दिशा देखील धन प्रभारापासून दूर जाऊन ऋण प्रभाराकडे जाते.
जर धन प्रभार ऋण प्रभाराच्या लगत असेल, तर विद्युत क्षेत्र रेषा धन प्रभारापासून ऋण प्रभाराकडे बाहेरच्या दिशेने ओढल्या जातात. याउलट, जर एक धन प्रभार दुसऱ्या धन प्रभाराच्या लगत असेल, तर विद्युत क्षेत्र रेषा प्रत्येक धन प्रभारापासून बाहेरच्या दिशेने आणि एकमेकांपासून दूर ओढल्या जातात.
दुसरे म्हणजे, विद्युत क्षेत्राची तीव्रता विद्युत क्षेत्र रेषांमधील अंतराने दर्शविली जाते. विद्युत क्षेत्र रेषांमधील अंतर जितके कमी, तितकी विद्युत क्षेत्राची तीव्रता जास्त आणि विद्युत क्षेत्र रेषांमधील अंतर जितके जास्त, तितकी विद्युत क्षेत्राची तीव्रता कमी असते.
रेषांमधील अंतर जितके कमी असते, तितकी विद्युत क्षेत्राची तीव्रता जास्त का असते? हे समजून घेण्यासाठी, खालील स्पष्टीकरण पहा. समजा, एका गोलाच्या केंद्रावर एक धन प्रभार आहे आणि विद्युत क्षेत्र रेषा गोलाच्या पृष्ठभागातून विविध दिशांना पसरल्या आहेत. जर विद्युत क्षेत्र रेषांची संख्या N असेल आणि गोलाचे पृष्ठफळ 4πr² असेल तर...2तर, प्रति एकक क्षेत्रफळातील रेषांची संख्या किंवा रेषा घनता N / 4πr असते.2या सूत्रानुसार, समान N साठी, जर r लहान झाला तर रेषांमधील अंतर कमी होते आणि जर r मोठा झाला तर रेषांमधील अंतर वाढते.
विद्युत क्षेत्राच्या तीव्रतेचे सूत्र E = kq / r2 हे असेही दर्शवते की विद्युत क्षेत्राची तीव्रता अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते. जर r लहान असेल, तर विद्युत क्षेत्राची तीव्रता अधिक ठळक होते, आणि जर r अधिक ठळक झाला, तर विद्युत क्षेत्राची तीव्रता कमी होते.
वरील आढाव्यावरून असा निष्कर्ष काढता येतो की, जर r लहान होत गेला (प्रभाराच्या जवळ गेल्यास), तर विद्युत क्षेत्राची तीव्रता वाढते आणि रेषांमधील अंतरही कमी होते. याउलट, जर r अधिक ठळक झाला (प्रभारापासून दूर गेल्यास), तर विद्युत क्षेत्राची तीव्रता कमी होते आणि रेषांमधील अंतरही वाढते.
तिसरे, विद्युत क्षेत्र रेषांची संख्या विद्युत क्षेत्राच्या तीव्रतेच्या समानुपाती असते. विद्युत क्षेत्र रेषा जितक्या जास्त, तितकी विद्युत क्षेत्राची तीव्रता जास्त. विद्युत क्षेत्र रेषा जितक्या कमी, तितकी विद्युत क्षेत्राची तीव्रता कमी.
