برقی ممکنہ توانائی

اس موضوع کا مطالعہ کرنے سے پہلے، پہلے فزکس ، قدامت پسند قوتوں ، الیکٹرک چارج ، کولمب کے قانون اور برقی شعبوں کے مواد کو سمجھیں ۔

برقی قوت ایک قدامت پسند قوت ہے۔

کشش ثقل اور بہار کی قوت کے علاوہ، قدامت پسند قوت کی ایک اور مثال برقی قوت ہے۔ بہتر طور پر سمجھنے کے لیے کہ برقی قوت کو قدامت پسند قوت کیوں کہا جاتا ہے، درج ذیل وضاحت کو پڑھیں۔

فرض کریں کہ دو برقی چارج شدہ پلیٹیں ہیں جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے، بائیں پلیٹ مثبت چارج کی گئی ہے اور دائیں پلیٹ منفی چارج کی گئی ہے۔n منفی درمیان کا تیر دونوں پلیٹیں ہیں الیکٹرک فیلڈ لائنز یانگ مثبت چارج سے منفی چارج کی طرف۔ مثبت چارج ایک مثبت چارج شدہ پلیٹ کے قریب ہوتا ہے۔

الیکٹرک فیلڈ کی موجودگی ایک مثبت چارج کا سبب بنتی ہے جس میں برقی قوت کا تجربہ برقی فیلڈ کی طرح ہوتا ہے، تاکہ مثبت چارج کو منفی چارج شدہ پلیٹ کی طرف دائیں طرف تیز کیا جائے۔ برقی قوت کی سمت دائیں طرف ہے، اسی سمت میں جس طرح چارج کی حرکت کی سمت ہے ، تاکہ برقی قوت چارج پر مثبت کام کرے۔ ریاضیاتی طور پر، مثبت چارج پر برقی قوت کے ذریعہ کیا جانے والا کام W = F s = q E s ہے، جہاں W = کام، F = برقی قوت، s = دو پلیٹوں کے درمیان فاصلہ، q = مثبت چارج، E = الیکٹرک فیلڈ۔

منفی چارج شدہ پلیٹ کے قریب پہنچنے کے بعد، اگر مثبت چارج کرنا چاہتے ہیںکیمبلیہو سکتا ہے اپنی اصل پوزیشن پر قریب مثبت چارج شدہ پلیٹ پھر آپ کے انداز کی ضرورت ہےar جب چارج مثبت ہو۔ منتقل کر دیا گیا بائیں طرف مثبت چارج شدہ پلیٹ کی طرف، برقی قوت دائیں طرف رہتی ہے تاکہ برقی قوت چارج پر منفی کام کرے۔ ریاضیاتی طور پر، مثبت چارج پر برقی قوت کے ذریعے کیا جانے والا کام W = – F s = – q E s ہے۔ 

مثبت چارج پر برقی قوت کے ذریعے کیا جانے والا کل کام ، جب چارج دائیں طرف جاتا ہے اور پھر بائیں طرف اپنی اصل پوزیشن پر منتقل ہوتا ہے تو W = q E s – q E s = 0۔ اگر کسی شے پر کسی قوت کے ذریعے کیا جانے والا کل کام، جب شے اپنی اصل پوزیشن سے ہٹ کر اپنی اصل پوزیشن پر واپس آجاتی ہے، صفر کے برابر ہے، پھر کنزرویٹو فورس ہے۔ اوپر کی وضاحت کی بنیاد پر، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ برقی قوت ایک قدامت پسند قوت ہے۔

برقی قوت اور برقی ممکنہ توانائی

قدامت پسند قوت کے ذریعہ کیا جانے والا کام ممکنہ توانائی میں تبدیلی سے متعلق ہے۔ مثال کے طور پر، کسی بڑے پیمانے پر کشش ثقل کی قوت کے ذریعے کیا جانے والا کام بڑے پیمانے پر کشش ثقل کی ممکنہ توانائی کو تبدیل کرتا ہے۔ اسی طرح، برقی قوت کے ذریعے برقی چارج پر کیا جانے والا کام چارج کی برقی پوٹینشل انرجی کو تبدیل کرتا ہے۔

یکساں برقی میدان میں مثبت چارج

ذیل کے دو اعداد و شمار قدامت پسند قوت کے ذریعہ کئے گئے کام کی مثالیں بیان کرتے ہیں جو ممکنہ توانائی میں تبدیلی کا سبب بنتے ہیں۔ کشش ثقل کے ذریعہ کئے گئے کام کی وضاحت اور ثقلی امکانی توانائی میں تبدیلی کو ایک موازنہ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ برقی قوت کے ذریعہ کئے گئے کام اور برقی امکانی توانائی میں تبدیلی کو سمجھنے میں آسانی ہو۔

بائیں طرف کی تصویر ایک چیز کو گرتی ہوئی دکھاتی ہے۔ مفت زمینی سطح کی طرف۔ جب اونچائی پر ہو تو، کسی چیز میں زیادہ سے زیادہ کشش ثقل کی صلاحیت ہوتی ہے۔ جب کوئی چیز نیچے کی طرف جاتی ہے تو اس پر کشش ثقل کی قوت کام کرتی ہے۔ کشش ثقل کی قوت کی سمت وہی ہے جو شے کے نقل مکانی کی سمت ہے، یعنی نیچے کی طرف، اس لیے کشش ثقل مثبت کام کرتی ہے۔ جب کوئی چیز نیچے کی طرف تیز ہوتی ہے، تو اس کی اونچائی کم ہوتی ہے، اس طرح اس کی کشش ثقل کی صلاحیت میں کمی آتی ہے۔ جب یہ زمین تک پہنچنے والا ہوتا ہے، تو کشش ثقل کی ممکنہ توانائی اپنی کم سے کم قیمت پر ہوتی ہے۔ یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ کسی شے پر ثقلی قوت کے ذریعے کیا جانے والا مثبت کام آبجیکٹ کی کشش ثقل کی صلاحیت کو کم کر دیتا ہے۔ کشش ثقل کی صلاحیت ضائع نہیں ہوتی بلکہ حرکی توانائی میں تبدیل ہو جاتی ہے، جو نیچے کی طرف بڑھنے پر آبجیکٹ کی بڑھتی ہوئی رفتار سے ظاہر ہوتی ہے۔

دائیں طرف کی تصویر ایک مثبت چارج کو ظاہر کرتی ہے۔f مثبت چارج شدہ پلیٹ کے قریب ہے۔ جب مثبت طور پر چارج شدہ پلیٹ کے قریب ہوتا ہے، چارج کی برقی ممکنہ توانائی اپنی زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے۔ دو پلیٹوں کے درمیان الیکٹرک فیلڈ کی موجودگی کی وجہ سے برقی قوت سے چارج کو تیز کیا جاتا ہے۔ مثبت چارج شدہ پلیٹ سے منفی چارج شدہ پلیٹ۔ جب بوجھ دائیں طرف جاتا ہے۔، برقی قوت بھی اسی سمت میں چارج کی نقل مکانی دائیں طرف ہے، تاکہ برقی قوت مثبت کام کرے۔ حرکت کرتے وقت دائیں طرف، چارج کی حرکی توانائی بڑھ جاتی ہے جبکہ برقی ممکنہ توانائی کم ہوتی ہے۔ جب یہ منفی چارج شدہ پلیٹ کے قریب پہنچتا ہے، تو چارج کی برقی پوٹینشل انرجی اپنی کم سے کم قیمت پر ہوتی ہے۔ اس سے یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ برقی قوت نے جو مثبت کام کیا ہے۔ کارگو، چارج کی برقی ممکنہ توانائی کو کم کرنا۔ Sاس کے برعکس، اگر مثبت چارج اپنی اصل پوزیشن پر واپس چلا جاتا ہے۔ پھر چارج کی منتقلی کی سمت بائیں طرف ہے، سمت کے مخالف برقی قوت دائیں طرفn. چونکہ برقی قوت مخالف سمت میں ہے، یہ مثبت چارج پر منفی کام کرتی ہے۔ جیسے جیسے یہ بائیں طرف جاتا ہے، برقی ممکنہ توانائی میں اضافہ ہوتا ہے۔ لہذا، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ چارج پر برقی قوت کی طرف سے کیا جانے والا منفی کام چارج کی برقی ممکنہ توانائی کو بڑھاتا ہے۔

یکساں برقی میدان میں منفی چارج

مثبت چارجز کے برعکس، منفی چارجز میں زیادہ سے زیادہ برقی ممکنہ توانائی ہوتی ہے جب وہ منفی چارج شدہ پلیٹ کے قریب ہوتے ہیں اور جب وہ مثبت چارج شدہ پلیٹ کے قریب ہوتے ہیں تو کم سے کم برقی ممکنہ توانائی ہوتی ہے۔ قدرتی طور پر، برقی چارجز قدرتی طور پر اعلی صلاحیت سے کم صلاحیت کی طرف منتقل ہوتے ہیں، لہذا منفی چارجز بھی منفی چارج شدہ پلیٹ سے مثبت چارج شدہ پلیٹ میں منتقل ہوتے ہیں۔ منفی چارج کی حرکت کی سمت بائیں طرف ہے، جبکہ برقی قوت کی سمت دائیں طرف ہے، لہذا برقی قوت منفی کام کرتی ہے۔ بائیں طرف جانے پر، منفی چارج کی برقی ممکنہ توانائی کم ہو جاتی ہے اور جب منفی چارج مثبت چارج شدہ پلیٹ کے قریب پہنچتا ہے تو اس کی کم از کم قدر ہوتی ہے۔ یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ برقی قوت کے ذریعے کیا جانے والا منفی کام منفی چارج کی برقی ممکنہ توانائی کو کم کر دیتا ہے۔ برقی پوٹینشل انرجی ضائع نہیں ہوتی بلکہ متحرک توانائی میں بدل جاتی ہے، جو مثبت چارج شدہ پلیٹ کی طرف بڑھتے وقت چارج کی بڑھتی ہوئی رفتار سے ظاہر ہوتی ہے۔

یکساں برقی میدان میں برقی ممکنہ توانائی

کسی چارج کی برقی ممکنہ توانائی جب وہ کسی خاص پوزیشن میں ہو تو نامعلوم ہے۔ تاہم، اگر چارج ایک جگہ سے دوسری جگہ منتقل ہوتا ہے، تو اس کی برقی ممکنہ توانائی میں تبدیلی کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، جو چیز اہمیت رکھتی ہے وہ ہے ممکنہ توانائی (ΔEP) میں تبدیلی۔

موازنے کے لیے، جب آم اپنے تنے پر ہوتا ہے تو اس میں کشش ثقل کی صلاحیت ہوتی ہے لیکن اس کی قدر معلوم نہیں ہوتی۔ اگر آم کو کشش ثقل کی قوت سے زمین پر تیز کیا جاتا ہے، تو آم کی کشش ثقل کی ممکنہ توانائی میں کمی کا تعین فارمولہ W = Δ EP = mgh کا استعمال کرتے ہوئے حساب کے ذریعے کیا جا سکتا ہے، جہاں m = mass، g = گرویاتی سرعت، h آم کے تنے اور زمینی سطح کے درمیان فاصلہ ہے۔

اسی طرح، چارج کی برقی ممکنہ توانائی میں تبدیلی اس وقت معلوم کی جا سکتی ہے جب چارج ایک برقی قوت کے ذریعے ایک نقطہ سے دوسرے مقام تک تیز ہوتا ہے۔ جیسا کہ پہلے بیان کیا گیا ہے، اگر کوئی مثبت چارج مثبت چارج شدہ پلیٹ سے منفی چارج شدہ پلیٹ میں منتقل ہوتا ہے، تو چارج کی برقی ممکنہ توانائی میں کمی کا حساب W = Δ EP = q E s فارمولہ استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے ، جہاں q = برقی چارج، E = الیکٹرک فیلڈ اور s دو پلیٹوں کے درمیان فاصلہ یا ایک جگہ سے دوسری جگہ کا فاصلہ ہے۔ اسی طرح، اگر منفی چارج ایک منفی چارج شدہ پلیٹ سے مثبت چارج شدہ پلیٹ میں منتقل ہوتا ہے، تو منفی چارج کی برقی ممکنہ توانائی میں اضافے کا حساب W = ΔEP = q E s فارمولہ استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے ۔

دو پوائنٹ چارجز کی برقی ممکنہ توانائی

برقی ممکنہ توانائی میں تبدیلیوں کا تجربہ نہ صرف ایک یکساں برقی فیلڈ میں چارجز سے ہوتا ہے بلکہ ایک برقی چارج سے پیدا ہونے والے برقی میدان میں بھی ہوتا ہے۔ فرض کریں کہ ایک واحد چارج Q ہے جو برقی میدان پیدا کرتا ہے اور چارج q چارج Q سے r کے فاصلے پر ہے۔

معلومات : k (کولمب کا مستقل) = 9 x 10⁹ این ایم²/C², Q = برقی چارج جو برقی میدان بناتا ہے، q = الیکٹرک چارج جو چارج Q سے پیدا ہونے والے برقی میدان میں نقل مکانی کا تجربہ کرتا ہے، s = r = چارج Q سے چارج Q کا فاصلہ۔

اگر دونوں چارجز کی علامت ایک ہی ہے، + یا –، تو دونوں چارجز ایک دوسرے کو پیچھے ہٹاتے ہیں یا ایک دوسرے سے دور ہو جاتے ہیں تاکہ ممکنہ توانائی میں تبدیلی مثبت ہو (برقی امکانی توانائی بڑھ جاتی ہے)۔ یہ ایک بڑے پیمانے پر چیز کی طرح ہے جو زمین سے اوپر کی طرف جاتا ہے تاکہ اس کی اونچائی اور کشش ثقل کی صلاحیت میں اضافہ ہو۔ اس کے برعکس، اگر دو چارجز میں مختلف علامات ہیں، تو دونوں چارجز ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں یا ایک دوسرے کے قریب جاتے ہیں تاکہ ممکنہ توانائی میں تبدیلی منفی ہو (برقی پوٹینشل انرجی کم ہو جاتی ہے)۔ یہ ایک بڑے پیمانے پر شے کی طرح ہے جو زمین کی طرف نیچے کی طرف بڑھ رہی ہے تاکہ اس کی اونچائی اور کشش ثقل کی صلاحیت کم ہو جائے۔

برقی قوت ایک قدامت پسند قوت ہے، لہذا چارج کے راستے کی شکل کا برقی ممکنہ توانائی میں تبدیلی پر کوئی اثر نہیں پڑتا ہے۔ الیکٹرک پوٹینشل انرجی میں تبدیلی پر کیا اثر پڑتا ہے وہ چارج کی ابتدائی اور آخری پوزیشنیں ہیں۔

اگلے موضوع میں، ہم برقی پوٹینشل کا جائزہ لیں گے ، ایک طبعی مقدار جس کا برقی پوٹینشل انرجی سے گہرا تعلق ہے ۔