ग्रेड 10 → विद्युत और चुम्बकत्व → स्थिर वैद्युतिकी ↓
वैद्युत आवेश और उसके गुण
भौतिकी के क्षेत्र में, वैद्युत आवेश को पदार्थ का एक मौलिक गुण कहा जा सकता है जो इसे विद्युत क्षेत्र में रखने पर उस पर बल लागू करता है। यह समझना महत्वपूर्ण है कि वैद्युत आवेश कैसे काम करता है और यह चुंबकत्व के साथ कैसे अंतःक्रिया करता है।
वैद्युत आवेश क्या है?
वैद्युत आवेश एक गुण है जो पदार्थ के कणों में पाया जाता है। सबसे प्रसिद्ध आवेशित कण इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन हैं। इलेक्ट्रॉनों पर नकारात्मक आवेश होता है, जबकि प्रोटॉनों पर सकारात्मक आवेश होता है। परमाणुओं में, ये आवेश संतुलित होकर परमाणु को तटस्थ बनाते हैं, लेकिन जब इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित होते हैं या परमाणुओं से हटा दिए जाते हैं, तो इससे असंतुलन उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप वैद्युत आवेश होता है। यह आवेश ही है जो आवेशित कणों के बीच वैद्युत बलों के लिए जिम्मेदार होता है।
परमाणु का आरेख
यह सरल आरेख एक परमाणु को दर्शाता है जिसमें नाभिक में प्रोटॉनों पर सकारात्मक आवेश और इलेक्ट्रॉनों पर नकारात्मक आवेश होता है।
आवेश की इकाइयाँ
अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली की इकाइयों (SI) में विद्युत आवेश की इकाई कूलाम्ब (C) है। आवेश को प्रायः e द्वारा अंकित की गई छोटी इकाइयों में भी व्यक्त किया जा सकता है, जहाँ एक प्रक्रमणीय आवेश लगभग 1.6 × 10 -19 C के बराबर होता है। एक प्रोटॉन का आवेश +1e होता है और एक इलेक्ट्रॉन का आवेश -1e होता है।
वैद्युत आवेश के गुण
वैद्युत आवेश के गुण निम्नलिखित रूप में सारांशित किए जा सकते हैं:
1. आवेश का मात्रा निर्धारण
किसी भी प्रणाली का कुल आवेश Q हमेशा प्रक्रमणीय आवेश e का पूर्णांक गुणज होता है। इस प्रकार, आवेश को मात्रा निर्धारित कहा जाता है। इसका मतलब है कि आप आवेश में e का कोई अंश कभी नहीं पाएंगे। गणितीय रूप से इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
Q = n × eयहाँ n एक पूर्णांक है।
2. आवेश का संरक्षण
किसी भी भौतिक प्रक्रिया के दौरान, कुल आवेश स्थिर रहता है। इसे विद्युत आवेश का संरक्षण कहते हैं। आवेश आस-पास हो सकते हैं और यहां तक कि सकारात्मक से नकारात्मक में बदल सकते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया के पहले और बाद में कुल आवेश हमेशा समान रहेगा।
3. आवेश की संयोजकता
जब विभिन्न आवेशों को मिलाते हैं, तो कुल आवेश केवल व्यक्तिगत आवेशों का योग होता है। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास +2 C का एक आवेश है और -1 C का एक आवेश है, तो परिणामी आवेश +1 C होगा।
आवेशों के बीच परस्पर क्रिया
वैद्युत आवेश एक-दूसरे के साथ अंतःक्रिया करते हैं और बल लागू कर सकते हैं। अंतःक्रिया का स्वभाव संबद्ध आवेशों पर निर्भर करता है:
1. समान आवेश विकर्षण करते हैं
यदि दो आवेश दोनों सकारात्मक या दोनों नकारात्मक हैं, तो वे एक-दूसरे को विकर्षण करते हैं। इसका मतलब है कि वे एक-दूसरे को दूर धकेलते हैं। इसे इस प्रकार सोचें:
यह आरेख दो सकारात्मक आवेशों को एक-दूसरे को विकर्षण करते हुए दर्शाता है।
2. विपरीत आवेश आकर्षण करते हैं
जब एक आवेश सकारात्मक और दूसरा नकारात्मक होता है, तो वे एक-दूसरे को आकर्षण करते हैं, अर्थात्, वे चुंबकों की तरह एक-दूसरे की ओर खींचे जाते हैं।
यह दिखाता है कि सकारात्मक और नकारात्मक आवेश एक-दूसरे को आकर्षण कर रहे हैं।
कूलॉम्ब का नियम
दो बिंदु आवेशों के बीच आकृष्टि या विकर्षण का बल कूलॉम्ब के नियम के अनुसार होता है, जो दर्शाता है कि बल F आवेशों के गुणनफल के प्रत्यक्ष अनुपात में और उनके बीच की दूरी r के वर्ग के व्युत्क्रम अनुपात में है। इसे गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
F = k × |q₁ × q₂| / r²जहां:
Fआवेशों के बीच का बल है (न्यूटन में, N)kकूलॉम्ब स्थिरांक है, जो लगभग8.99 × 10 9 N·m²/C²हैq₁औरq₂आवेश की मात्राएँ हैं (कूलॉम्ब में, C)rदोनों आवेशों के केंद्रों के बीच की दूरी है (मीटर में, m)
उदाहरण समस्या
कल्पना करें कि आपके पास दो आवेश हैं, q₁ = +3 C और q₂ = -2 C, जो 2 m दूर हैं।
उनके बीच का बल निकालने के लिए:
F = 8.99 × 10⁹ × |(+3) × (-2)| / (2)² = 8.99 × 10⁹ × 6 / 4 = 13.485 × 10⁹ / 4 = 3.37125 × 10⁹ Nबल 3.37125 × 10⁹ N इस प्रकार निर्देशित होता है कि विपरीत आवेश एक-दूसरे को आकर्षण करते हैं।
प्रेरण द्वारा आवेशण
विद्युत आवेश को एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित किया जा सकता है, और आमतौर पर यह प्रेरण के माध्यम से होता है। इसमें एक आवेशित वस्तु को एक तटस्थ वस्तु के निकट लाना शामिल होता है, जिससे तटस्थ वस्तु में सकारात्मक और नकारात्मक आवेश के क्षेत्र उत्पन्न होते हैं।
प्रेरण द्वारा आवेशण के कदम
मान लें कि एक नकारात्मक रूप से आवेशित छड़ी को एक तटस्थ धातु गोला के पास लाया जाता है:
- छड़ी का नकारात्मक आवेश गोला में उपस्थित इलेक्ट्रॉनों को विकर्षण करता है। इससे उस भाग में सकारात्मक आवेश उत्पन्न होता है जो छड़ी के सबसे निकट होता है और अन्य पक्ष में नकारात्मक आवेश उत्पन्न होता है।
- यदि गोला को कुछ समय के लिए ग्राउंड किया जाता है (किसी चालक से जोड़ा जाता है जो आवेश को बहने देता है), तो कुछ इलेक्ट्रॉन बाहर बह जाते हैं, जिससे गोला पर सकारात्मक आवेश रह जाता है।
- भूमि और फिर छड़ी को हटाने के बाद, गोला कुल मिलाकर सकारात्मक आवेश रह जाता है।
वैद्युत आवेश के अनुप्रयोग
वैद्युत आवेश का दैनिक जीवन और प्रौद्योगिकी में कई अनुप्रयोग होते हैं। यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं:
१. स्थिर बिजली
जब आप गुब्बारे को अपने बालों पर रगड़ते हैं, तो इलेक्ट्रॉन आपके बालों से गुब्बारे पर स्थानांतरित हो जाते हैं, जिससे गुब्बारे पर नकारात्मक आवेश आ जाता है। यह नकारात्मक आवेश गुब्बारे को दीवार पर कुछ समय के लिए चिपकाने की अनुमति देता है।
2. विद्युत उपकरण
चालक के माध्यम से जाने वाले आवेशित कण (आमतौर पर इलेक्ट्रॉन) एक विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं। यह हमारे अधिकांश विद्युत उपकरणों के संचालन का आधार है, जैसे बल्ब से लेकर कम्प्यूटर तक।
3. संधारित्र
एक संधारित्र एक उपकरण है जो एक विद्युत क्षेत्र में विद्युत ऊर्जा को संरक्षित करता है, जो एक इन्सुलेटर द्वारा अलग की गई चालक प्लेटों की एक जोड़ी द्वारा बनाया जाता है। वे इलेक्ट्रॉनिक परिपथों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
संधारित्र का प्रतीक
4. इलेक्ट्रोस्कोप
इलेक्ट्रोस्कोप विद्युत आवेश की उपस्थिति और परिमाण का पता लगा सकता है। इसमें एक धातु की छड़ होती है जो दो पतली धातु प्लेटों से जुड़ी होती है। जब एक आवेशित वस्तु धातु की छड़ को स्पर्श करती है, तो प्लेटें विकर्षण के कारण अलग हो जाती हैं।
निष्कर्ष
वैद्युत आवेश हमारे समझ के लिए एक आधारभूत अवधारणा है कि बिजली और चुंबकत्व कैसे अंतःक्रिया करते हैं। इसके गुण जैसे कि मात्रा निर्धारण, संरक्षण, और संयोजकता वस्त्र की संरचना और अनेक तरीकों में हमारे विश्व को शक्ति देने का आधार बनाते हैं। दैनिक स्थिर बिजली से लेकर जटिल विद्युत परिपथों तक, वैद्युत आवेशों का प्रवाह और अंतःक्रिया आधुनिक प्रौद्योगिकी के कार्य के लिए महत्वपूर्ण हैं।
टिप्पणियाँ