மின்புலம் பற்றிய கட்டுரை
மின்னூட்டம் என்ற தலைப்பில், ஒத்த மின்னூட்டங்கள் ஒன்றை ஒன்று விலக்கும் என்றும், மாறுபட்ட மின்னூட்டங்கள் ஒன்றை ஒன்று ஈர்க்கும் என்றும் அறியப்பட்டது. ஒரு நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற பொருளை ஒரு எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற பொருளுக்கு அருகில் கொண்டு வந்தால், அவ்விரு பொருட்களும் ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்து, ஒன்றை நோக்கி மற்றொன்று நகரும். இதற்கு நேர்மாறாக, ஒரு நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற பொருளை மற்றொரு நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற பொருளுக்கு அருகில் கொண்டு வந்தால், அவ்விரு பொருட்களும் ஒன்றை ஒன்று விலக்கி, ஒன்றை விட்டு மற்றொன்று விலகிச் செல்லும். கூலும் விதியைப் பற்றிப் படித்தது போல, மின்னூட்டம் பெற்ற பொருட்களுக்கு இடையில் ஒரு மின்விசை செயல்படுவதால், மின்னூட்டம் பெற்ற பொருட்கள் மற்ற மின்னூட்டம் பெற்ற பொருட்களை முடுக்க முடியும். ஒரு மின்னூட்டம் பெற்ற பொருள் மற்ற மின்னூட்டம் பெற்ற பொருட்களின் மீது செலுத்தும் மின்விசை, தொடுதல் இன்றி செயல்படக்கூடிய ஒரு விசைக்கு உதாரணமாகும். தொலைவில் செயல்படக்கூடிய விசைக்கு மற்றொரு உதாரணம் புவியீர்ப்பு விசை ஆகும் . புவியீர்ப்பு விசையானது ஒரு நிறைப்பொருளால் மற்ற நிறைப்பொருட்களின் மீது செலுத்தப்படுகிறது.
உராய்வு விசை , உந்து விசை, செங்குத்து விசை ஆகியவை எளிதில் புரிந்துகொள்ளக்கூடிய விசைகளுக்கு எடுத்துக்காட்டுகள் ஆகும், ஏனெனில் இந்த விசைகள் தொடர்பு ஏற்படும்போது செயல்படுகின்றன. இதற்கு மாறாக, மின் விசை என்பது புரிந்துகொள்வதற்குக் கடினமான ஒரு விசைக்கு எடுத்துக்காட்டாகும், ஏனெனில் இந்த விசையானது தொடுதல் இல்லாமலேயே ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்திலிருந்து செயல்பட முடியும். ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்திலிருந்து செயல்படக்கூடிய மின் விசையைப் புரிந்துகொள்வதற்காக, மின்புலம் என்ற கருத்து தோன்றுகிறது. மின்புலம் என்ற கருத்தை பிரிட்டிஷ் விஞ்ஞானி மைக்கேல் ஃபாரடே (1791-1867) உருவாக்கினார்.
மின்புலத்தின் (E) வரையறை
ஒரு கண்ணாடி ஆரம்பத்தில் மின் நடுநிலைத்தன்மையுடன் இருப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம். ஒரு துணியால் தேய்க்கப்பட்ட பிறகு, அந்தக் கண்ணாடித் தண்டு மின்னூட்டம் பெறுகிறது. கண்ணாடித் தண்டு மின்னூட்டம் பெறும்போது, அதே நேரத்தில், கண்ணாடியைச் சுற்றி ஒரு மின்புலம் தோன்றுகிறது. கண்ணாடி மீண்டும் நடுநிலைத்தன்மைக்கு மாறினால், அதே நேரத்தில் அந்த மின்புலம் மறைந்துவிடும். எனவே, ஒரு மின்னூட்டத்தின் இருப்பை ஒரு மின்னூட்டத்தின் இருப்பிலிருந்து பிரிக்க முடியாது. மின்னூட்டம் என்பது காற்று போன்ற ஒரு பொருளும் அல்ல, மின்காந்த அலைகள் போன்ற ஒரு வகை அலையும் அல்ல. மின்னூட்டம் என்பது ஒரு மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்பட்டு, அந்த மின்னூட்டத்தைச் சுற்றியுள்ள வெளியில் பாதிப்பை ஏற்படுத்தும் ஒன்றாகும்; மற்ற மின்னூட்டங்கள் மின்னூட்டத்தின் தாக்கத்தை மட்டுமே உணர்கின்றன.
ஒரு அறையில் மின்காந்தம் (E) உள்ளதா என்பதைச் சோதிக்க, அந்த இடத்தில் ஒரு சோதனை மின்னூட்டம் இருப்பதாகக் கருதப்படுகிறது. அந்த சோதனை மின்னூட்டம் ஒரு மிகச்சிறிய மின்னூட்டம் (Q) ஆகும் , அதனால் அது ஒரு மிகச்சிறிய மின்புலத்தை உருவாக்குகிறது, எனவே அதைப் புறக்கணிக்கலாம். இருப்பினும், மற்ற மின்னூட்டங்களால் உருவாக்கப்படும் மின்புலத்தின் தாக்கத்தை அந்த சோதனை மின்னூட்டத்தால் உணர முடியும். மின்காந்தம் உள்ளதா என்பதை ஆராய்வதற்காக மட்டுமே அந்த சோதனை மின்னூட்டம் அங்கு வைக்கப்படுகிறது. அந்த இடத்தில் மின்காந்தம் இருந்தால்,
சோதனை மின்னூட்டம் மின் விசையை உணர வேண்டும், ஆனால் E இல்லாத பட்சத்தில், சோதனை மின்னூட்டம் மின் விசையை உணர்வதில்லை.
பக்கத்தில் உள்ள உருவத்தைப் பாருங்கள்.
படம் 1-இல், +q 1 மற்றும் +q 2 ஆகிய மின்னூட்டங்கள் சுற்றியுள்ள வெளியில் ஒரு மின்புலத்தை (E) உருவாக்குகின்றன. சோதனை மின்னூட்டம் +q o வெளியில் ஒரு புள்ளியில் வைக்கப்படும்போது, அந்த சோதனை மின்னூட்டம் +q o மின்விசையை உணர்கிறது. F 1 என்பது +q 1 மின்னூட்டத்தால் சோதனை மின்னூட்டம் +q o மீது செலுத்தப்படும் மின்விசையாகும் , மற்றும் F 2 என்பது +q 2 மின்னூட்டத்தால் சோதனை மின்னூட்டம் +q o மீது செலுத்தப்படும் மின்விசையாகும் . படம் 2-இல், சோதனை மின்னூட்டம் அகற்றப்படும்போது, மின்புலம் (E) அந்தப் புள்ளியில் இருந்து மறையாமல் அப்படியே நிலைத்திருக்கிறது. E 1 என்பது +q 1 மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் ஒரு மின்புலமாகும் , மற்றும் E 2 என்பது +q 2 மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் ஒரு மின்புலமாகும்.
மின்புலத்தின் அளவு
E என்பது ஒரு திசையளவு ஆகும், இதில் மின்புலத்திற்கு ஒரு எண்மதிப்பும் திசையும் உண்டு. E-யின் எண்மதிப்பு பொதுவாக E வலிமை என்று குறிப்பிடப்படுகிறது. ஒரு புள்ளியில் உள்ள E-யின் வலிமை என்பது, அப்புள்ளியில் வைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு நேர்மறை சோதனை மின்னூட்டத்தின் மீது ஒரு மின்னூட்டம் செலுத்தும் மின்விசையை, அந்த சோதனை மின்னூட்டத்தின் அளவால் வகுக்கக் கிடைப்பதாக வரையறுக்கப்படுகிறது.
E = மின்புல வலிமை
F = மின் விசை
q = சோதனை மின்னூட்டம்
மின் விசையின் அலகு நியூட்டன் மற்றும் மின் மின்னூட்டத்தின் அலகு கூலும் ஆகும். எனவே, E-யின் அலகு நியூட்டன் / கூலும் ஆகும், இது N/C எனச் சுருக்கப்படுகிறது.
மின்புலத்தின் திசை
படம் 1a-வில், ஒரு நேர்மறை மின்னூட்டம் (+Q), நேர்மறை சோதனை மின்னூட்டம் (+q) மீது மின்விசையைச் செலுத்துகிறது; இதில் மின்விசையின் (F) திசையானது, +Q மின்னூட்டத்திலிருந்து விலகிச் செல்கிறது.
படம் 1b-இல், சோதனை மின்னூட்டம் அகற்றப்படும்போது, இந்தப் புள்ளியில் மின்னூட்டம் Q-விலிருந்து விலகிச் செல்லும் திசையில் ஒரு மின்புலம் (E) உருவாகிறது.
படம் 2a-வில், ஒரு எதிர்மறை மின்னூட்டம் (-Q), ஒரு நேர்மறை சோதனை மின்னூட்டத்தின் (+q) மீது மின்விசையைச் செலுத்துகிறது, இதில் மின்விசையின் (F) திசையானது -Q மின்னூட்டத்தை நோக்கி அணுகுகிறது.
படம் 2b-இல், சோதனை மின்னூட்டம் அகற்றப்படும்போது, இந்தப் புள்ளியில் -Q என்ற மின் மின்னூட்டத்தின் திசைக்கு நெருக்கமான திசையைக் கொண்ட ஒரு மின்புலம் (E) உருவாகிறது.
மேற்கண்ட படம் மற்றும் விளக்கத்தின் அடிப்படையில், மின்புலத்தின் திசையானது நேர்மறை மின்னூட்டத்திலிருந்து விலகி, எதிர்மறை மின்னூட்டத்தை நோக்கிச் செல்கிறது என்று முடிவு செய்யலாம்.
மின்சார புல கோடுகள்
ஒரு மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் மின்விசை , அந்த மின்னூட்டத்தைச் சுற்றியுள்ள வெளியில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது; அங்கு அந்த மின்விசையின் தாக்கத்தை மற்ற மின்னூட்டங்கள் மட்டுமே உணர முடியும். ஒரு மின்னூட்டத்தால் உருவாக்கப்பட்ட மின்விசையில் மற்றொரு மின்னூட்டம் இருக்கும்போது, அந்த மற்றொரு மின்னூட்டம் ஒரு மின்விசையின் தாக்கத்தை உணர்கிறது.
E பற்றிய கட்டுரையில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளபடி, மேலே உள்ள மின்புலத்தைப் புரிந்துகொள்வதை மனதால் உணர முடியும், ஆனால் அதை மனதால் மட்டுமே கற்பனை செய்ய முடியும். ஒரு E-ஐக் காட்சிப்படுத்த, மின்புலக் கோடுகள் வழங்கப்படுகின்றன. மின்புலக் கோடுகள் என்பவை, ஒரு மின்புலத்தின் இருப்பைக் குறிப்பதற்காக ஒரு மின்சுமையைச் சுற்றி வரையப்படும் கோடுகளின் தொகுப்பாகும். இது ஒரு E-இன் இருப்பைக் காட்டுவதை நோக்கமாகக் கொண்டிருப்பதால், இந்தக் கோடுகளுக்கும் E-க்கும் இடையே ஒரு தொடர்பு உள்ளது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், மின்புலக் கோடுகளை வரைவதன் மூலம் E-இன் அளவையும் திசையையும் விளக்க முடியும்.
மின்புலக் கோடுகளுடன், திசைக்கும் மின்புல வலிமைக்கும் இடையிலான தொடர்பு பின்வருமாறு:
முதலில், மின்புலத்தின் திசையானது நேர்மின்னூட்டத்திலிருந்து விலகி எதிர்மின்னூட்டத்தை நோக்கிச் செல்கிறது. எனவே, மின்புலக் கோடுகளின் திசையும் நேர்மின்னூட்டத்திலிருந்து விலகி எதிர்மின்னூட்டத்தை நோக்கிச் செல்கிறது.
நேர்மின்னூட்டம் எதிர்மின்னூட்டத்திற்கு அருகில் இருந்தால், மின்புலக் கோடுகள் நேர்மின்னூட்டத்திலிருந்து எதிர்மின்னூட்டத்தை நோக்கி வெளிநோக்கி வரையப்படுகின்றன. இதற்கு நேர்மாறாக, ஒரு நேர்மின்னூட்டம் மற்றொரு நேர்மின்னூட்டத்திற்கு அருகில் இருந்தால், மின்புலக் கோடுகள் ஒவ்வொரு நேர்மின்னூட்டத்திலிருந்தும் வெளிநோக்கி, ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்று விலகிச் செல்கின்றன.
இரண்டாவதாக, மின்புல வலிமையானது மின்புலக் கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரத்தால் குறிக்கப்படுகிறது. மின்புலக் கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரம் குறைவாக இருந்தால், மின்புலத்தின் வலிமை அதிகமாக இருக்கும், மேலும் கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரம் அதிகமாக இருந்தால், மின்புலத்தின் வலிமை குறைவாக இருக்கும்.
கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரம் குறையக் குறைய, மின்புல வலிமை ஏன் அதிகமாகிறது? இதைப் புரிந்துகொள்ள, பின்வரும் விளக்கத்தைப் பாருங்கள். ஒரு கோளத்தின் மையத்தில் ஒரு நேர்மின் சுமை இருப்பதாகவும், மின்புலக் கோடுகள் கோளத்தின் மேற்பரப்பு வழியாகப் பல்வேறு திசைகளில் பரவுவதாகவும் வைத்துக்கொள்வோம். மின்புலக் கோடுகளின் எண்ணிக்கை N ஆகவும், கோளத்தின் மேற்பரப்பு 4πr² ஆகவும் இருந்தால் , ஓரலகு பரப்பிற்கான கோடுகளின் எண்ணிக்கை அல்லது கோட்டு அடர்த்தி N / 4πr² ஆகும் . இந்த சூத்திரத்தின் அடிப்படையில், ஒரே N மதிப்பிற்கு, r குறையும்போது கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரம் குறைகிறது, மேலும் r அதிகரிக்கும்போது கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரம் அதிகரிக்கிறது.
மின்புல வலிமைக்கான சூத்திரம் E = kq / r², மின்புல வலிமையானது தூரத்தின் வர்க்கத்திற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் இருக்கும் என்பதையும் காட்டுகிறது. r சிறியதாக இருந்தால், மின்புல வலிமை அதிகமாகும், மேலும் r அதிகரிக்கும்போது, மின்புல வலிமை குறையும்.
மேற்கண்ட ஆய்வின் அடிப்படையில், r குறையும்போது (மின்னூட்டத்திற்கு அருகில் செல்லும்போது) மின்புல வலிமை அதிகரிப்பதோடு, கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரமும் குறைகிறது என்று முடிவு செய்யலாம். இதற்கு நேர்மாறாக, r அதிகரிக்கும்போது (மின்னூட்டத்திலிருந்து தொலைவில் செல்லும்போது), மின்புல வலிமை குறைவதோடு, கோடுகளுக்கு இடையேயான தூரமும் அதிகரிக்கிறது.
மூன்றாவதாக, E கோடுகளின் எண்ணிக்கை மின்புல வலிமைக்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது. மின்புலக் கோடுகள் அதிகமாக இருந்தால், மின்புல வலிமை அதிகமாக இருக்கும். மின்புலக் கோடுகள் குறைவாக இருந்தால், மின்புல வலிமை குறைவாக இருக்கும்.
