విద్యుత్ క్షేత్రం

విద్యుత్ క్షేత్రం గురించిన వ్యాసం

విద్యుత్ ఆవేశం విషయంలో, సజాతి ఆవేశాలు ఒకదానికొకటి వికర్షించుకుంటాయని, విజాతి ఆవేశాలు ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకుంటాయని తెలుసుకున్నాము. ఒక ధనావేశ వస్తువును ఒక రుణావేశ వస్తువుకు దగ్గరగా తీసుకువస్తే, ఆ రెండు వస్తువులు ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకొని దగ్గరకు కదులుతాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, ఒక ధనావేశ వస్తువును మరొక ధనావేశ వస్తువుకు దగ్గరగా తీసుకువస్తే, ఆ రెండు వస్తువులు ఒకదానికొకటి వికర్షించుకొని దూరంగా కదులుతాయి. కూలం నియమం విషయంలో అధ్యయనం చేసినట్లుగా, విద్యుత్ ఆవేశం గల వస్తువుల మధ్య ఒక విద్యుత్ బలం పనిచేయడం వల్ల, ఆ వస్తువులు ఇతర విద్యుత్ ఆవేశం గల వస్తువులను త్వరణం చేయగలవు. ఒక విద్యుత్ ఆవేశ వస్తువు ఇతర విద్యుత్ ఆవేశం గల వస్తువులపై ప్రయోగించే విద్యుత్ బలం, స్పర్శ లేకుండా పనిచేయగల బలానికి ఒక ఉదాహరణ. దూరం నుండి పనిచేయగల బలానికి మరొక ఉదాహరణ గురుత్వాకర్షణ బలం . గురుత్వాకర్షణ బలాన్ని ఒక ద్రవ్యరాశి గల వస్తువు ఇతర ద్రవ్యరాశి గల వస్తువులపై ప్రయోగిస్తుంది.

ఘర్షణ బలం , నెట్టే బలం, అభిలంబ బలం అనేవి సులభంగా అర్థం చేసుకోగల బలాలకు ఉదాహరణలు, ఎందుకంటే ఈ బలాలు స్పర్శ జరిగినప్పుడు పనిచేస్తాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, విద్యుత్ బలం అనేది అర్థం చేసుకోవడానికి కష్టమైన బలానికి ఒక ఉదాహరణ, ఎందుకంటే ఈ బలం స్పర్శ లేకుండా ఒక నిర్దిష్ట దూరం నుండి పనిచేయగలదు. ఒక నిర్దిష్ట దూరం నుండి పనిచేయగల విద్యుత్ బలాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, విద్యుత్ క్షేత్రం అనే భావన వస్తుంది. విద్యుత్ క్షేత్రం అనే భావనను బ్రిటిష్ శాస్త్రవేత్త మైఖేల్ ఫారడే (1791-1867) అభివృద్ధి చేశారు.

విద్యుత్ క్షేత్రం (E) యొక్క నిర్వచనం

మొదట ఒక గాజు కడ్డీ విద్యుత్ పరంగా తటస్థంగా ఉందని అనుకుందాం. దానిని ఒక గుడ్డతో రుద్దిన తర్వాత, ఆ గాజు కడ్డీ విద్యుత్ ఆవేశాన్ని పొందుతుంది. ఆ గాజు కడ్డీ విద్యుత్ ఆవేశాన్ని పొందినప్పుడు, అదే సమయంలో, గాజు చుట్టూ ఒక విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది. ఒకవేళ గాజు తిరిగి తటస్థంగా మారితే, అదే సమయంలో ఆ విద్యుత్ క్షేత్రం అదృశ్యమవుతుంది. కాబట్టి, 'E' ఉనికిని విద్యుత్ ఆవేశం యొక్క ఉనికి నుండి వేరు చేయలేము. 'E' అనేది గాలి వంటి ఒక పదార్థం కాదు, మరియు విద్యుదయస్కాంత తరంగాల వంటి ఒక రకమైన తరంగం కూడా కాదు. 'E' అనేది ఒక విద్యుత్ ఆవేశం వల్ల కలుగుతూ, ఆ విద్యుత్ ఆవేశం చుట్టూ ఉన్న ప్రదేశాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది, అయితే ఇతర విద్యుత్ ఆవేశాలు 'E' ప్రభావాన్ని కేవలం అనుభవిస్తాయి.

ఒక గదిలో E ఉందో లేదో పరీక్షించడానికి, ఆ ప్రదేశంలో ఒక పరీక్షా ఆవేశం ఉందని భావిస్తారు. ఈ పరీక్షా ఆవేశం ఒక కనిష్ట ఆవేశం (Q) అయి ఉంటుంది , కాబట్టి అది ఉత్పత్తి చేసే విద్యుత్ క్షేత్రం చాలా చిన్నదిగా ఉంటుంది, అందువల్ల దానిని విస్మరించవచ్చు. అయినప్పటికీ, ఇతర విద్యుత్ ఆవేశాల ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ప్రభావాన్ని ఈ పరీక్షా ఆవేశం గ్రహించగలదు. E ఉందో లేదో పరిశోధించడానికి మాత్రమే ఈ పరీక్షా ఆవేశాన్ని ఉంచుతారు. ఒకవేళ ఆ ప్రదేశంలో E ఉంటే,

పరీక్షా ఆవేశం విద్యుత్ బలాన్ని అనుభవించాలి, అయితే E లేకపోతే, పరీక్షా ఆవేశం విద్యుత్ బలాన్ని అనుభవించదు.

పక్కన ఉన్న బొమ్మను చూడండి.

పటం 1లో, +q₁ మరియు + _q₂ ఆవేశాలు పరిసర ప్రదేశంలో Eని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. పరీక్షా ఆవేశం +q₀ను ప్రదేశంలోని ఒక బిందువు వద్ద ఉంచినప్పుడు, ఆ పరీక్షా ఆవేశం _{+ q₀} విద్యుత్ బలాన్ని అనుభవిస్తుంది. F₁ అనేది +q₁ ఆవేశం ద్వారా పరీక్షా ఆవేశం +q₀ _పై ప్రయోగించబడిన _{విద్యుత్ బలం} , _{మరియు} F₂ అనేది _{+ q₂} ఆవేశం ద్వారా పరీక్షా ఆవేశం +q₀పై _{ప్రయోగించబడిన} విద్యుత్ బలం . పటం 2లో, పరీక్షా ఆవేశాన్ని తొలగించినప్పుడు, E ఆ బిందువు వద్దే ఉంటుంది మరియు అదృశ్యం కాదు. E₁ _{అనేది + q₁} విద్యుత్ ఆవేశం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్ క్షేత్రం , మరియు E₂ _{అనేది + q₂ విద్యుత్ ఆవేశం ద్వారా ఉత్పత్తి} చేయబడిన E.

విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క పరిమాణం

E అనేది ఒక సదిశ రాశి, దీనిలో విద్యుత్ క్షేత్రానికి పరిమాణం మరియు దిశ ఉంటాయి. E యొక్క పరిమాణాన్ని సాధారణంగా E బలం అని అంటారు. ఒక బిందువు వద్ద E బలాన్ని, ఆ బిందువు వద్ద ఉంచిన ధన పరీక్షా ఆవేశంపై ఒక విద్యుత్ ఆవేశం ప్రయోగించిన విద్యుత్ బలాన్ని, ఆ పరీక్షా ఆవేశం యొక్క పరిమాణంతో భాగించగా వచ్చే విలువగా నిర్వచిస్తారు.

E = విద్యుత్ క్షేత్ర బలం

F = విద్యుత్ బలం

q = పరీక్ష ఛార్జ్

విద్యుత్ బలం యొక్క ప్రమాణం న్యూటన్, మరియు విద్యుత్ ఆవేశం యొక్క ప్రమాణం కూలంబ్, కాబట్టి E యొక్క ప్రమాణం న్యూటన్ / కూలంబ్, దీనిని N/C గా సంక్షిప్తీకరిస్తారు.

విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క దిశ

పటం 1aలో, ఒక ధన విద్యుత్ ఆవేశం (+Q), ధన పరీక్షా ఆవేశం (+q) పై విద్యుత్ బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది, ఇక్కడ విద్యుత్ బలం (F) యొక్క దిశ +Q ఆవేశం నుండి దూరంగా ఉంటుంది.

పటం 1bలో, పరీక్షా ఆవేశాన్ని తొలగించినప్పుడు, ఈ బిందువు వద్ద విద్యుత్ ఆవేశం Q నుండి వ్యతిరేక దిశలో ఉండే విద్యుత్ క్షేత్రం (E) ఉంటుంది.

పటం 2aలో, ఒక రుణాత్మక విద్యుత్ ఆవేశం (-Q) ఒక ధనాత్మక పరీక్షా ఆవేశం (+q) పై విద్యుత్ బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది, ఇక్కడ విద్యుత్ బలం (F) యొక్క దిశ -Q ఆవేశాన్ని సమీపిస్తుంది.

పటం 2bలో, పరీక్షా ఆవేశాన్ని తొలగించినప్పుడు, ఈ బిందువు వద్ద -Q విద్యుత్ ఆవేశానికి దగ్గరగా ఉండే దిశలో ఒక విద్యుత్ క్షేత్రం (E) ఉంటుంది.

పై పటం మరియు వివరణ ఆధారంగా, విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క దిశ ధన విద్యుత్ ఆవేశం నుండి దూరంగా ఉండి, రుణ విద్యుత్ ఆవేశానికి సమీపంగా ఉంటుందని నిర్ధారించవచ్చు.

ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ లైన్లు

E అనేది ఒక విద్యుత్ ఆవేశం ద్వారా ఉత్పన్నమై , ఆ విద్యుత్ ఆవేశం చుట్టూ ఉన్న ప్రదేశాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది, అయితే E యొక్క ప్రభావాన్ని ఇతర విద్యుత్ ఆవేశాలు మాత్రమే అనుభవిస్తాయి. ఒక విద్యుత్ ఆవేశం ద్వారా ఉత్పన్నమైన E పరిధిలో మరొక విద్యుత్ ఆవేశం ఉన్నప్పుడు, ఆ రెండవ విద్యుత్ ఆవేశం ఒక విద్యుత్ బలం యొక్క ప్రభావాన్ని గ్రహిస్తుంది.

E గురించిన వ్యాసంలో వివరించినట్లుగా, పైన విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడం అనేది మనసుతో గ్రహించగలిగినప్పటికీ, దానిని మనసులో కేవలం ఊహించుకోగలము. E ని దృశ్యమానం చేయడానికి, విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు చూపబడతాయి. విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు అంటే, ఒక విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ఉనికిని సూచించడానికి ఒక విద్యుత్ ఆవేశం చుట్టూ గీసిన రేఖల సముదాయం. దీని లక్ష్యం E యొక్క ఉనికిని చూపించడమే కాబట్టి, ఈ రేఖలకు మరియు E కి మధ్య ఒక సంబంధం ఉంటుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలను గీయడం ద్వారా E యొక్క పరిమాణాన్ని మరియు దిశను వివరించవచ్చు.

విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలతో దిశ మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర బలం మధ్య ఉన్న సంబంధం ఈ క్రింది విధంగా ఉంది:

మొదట, E యొక్క దిశ ధనావేశం నుండి దూరంగా కదిలి రుణావేశాన్ని సమీపిస్తుంది. అందువల్ల, విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖల దిశ కూడా ధనావేశం నుండి దూరంగా ఉండి రుణావేశాన్ని సమీపిస్తుంది.

ఒకవేళ ధనావేశం రుణావేశానికి ఆసన్నంగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు ధనావేశం నుండి రుణావేశం వైపుకు గీయబడతాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, ఒక ధనావేశం మరొక ధనావేశానికి ఆసన్నంగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు ప్రతి ధనావేశం నుండి బయటకు మరియు ఒకదానికొకటి దూరంగా గీయబడతాయి.

రెండవది, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం అనేది విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖల మధ్య దూరం ద్వారా సూచించబడుతుంది. విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖల మధ్య దూరం ఎంత దగ్గరగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖల మధ్య దూరం ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం అంత తక్కువగా ఉంటుంది.

రేఖల మధ్య దూరం ఎంత దగ్గరగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం అంత ఎక్కువగా ఎందుకు ఉంటుంది? దీనిని అర్థం చేసుకోవడానికి, కింది వివరణను చూడండి. ఒక గోళం మధ్యలో ఒక ధనావేశం ఉందని మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు గోళం యొక్క ఉపరితలంపై వివిధ దిశలలో విస్తరించి ఉన్నాయని అనుకుందాం. విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖల సంఖ్య N మరియు గోళం యొక్క ఉపరితల వైశాల్యం 4πr² అయితే ^, యూనిట్ వైశాల్యానికి రేఖల సంఖ్య లేదా రేఖ సాంద్రత N / 4πr² అవుతుంది ^. ఈ సూత్రం ఆధారంగా, N ఒకేలా ఉన్నప్పుడు, r విలువ తగ్గితే రేఖల మధ్య దూరం తగ్గుతుంది మరియు r విలువ పెరిగితే రేఖల మధ్య దూరం పెరుగుతుంది.

విద్యుత్ క్షేత్ర బలం సూత్రం E = kq / r² ^{ప్రకారం} , విద్యుత్ క్షేత్ర బలం దూరం యొక్క వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుందని కూడా తెలుస్తుంది. r చిన్నదిగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం ఎక్కువగా ఉంటుంది, మరియు r పెద్దదిగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం తక్కువగా ఉంటుంది.

పై సమీక్ష ఆధారంగా, r విలువ తగ్గే కొద్దీ (ఆవేశానికి దగ్గరయ్యే కొద్దీ), విద్యుత్ క్షేత్ర బలం పెరుగుతుందని మరియు రేఖల మధ్య దూరం కూడా తగ్గుతుందని నిర్ధారించవచ్చు. దీనికి విరుద్ధంగా, r విలువ పెరిగే కొద్దీ (ఆవేశానికి దూరమయ్యే కొద్దీ), విద్యుత్ క్షేత్ర బలం తగ్గుతుందని మరియు రేఖల మధ్య దూరం కూడా మరింత పెరుగుతుందని నిర్ధారించవచ్చు.

మూడవదిగా, E రేఖల సంఖ్య విద్యుత్ క్షేత్ర బలానికి అనుపాతంలో ఉంటుంది. విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు ఎంత తక్కువగా ఉంటే, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం అంత తక్కువగా ఉంటుంది.