विद्युत आवेश की अवधारणा

विद्युत आवेश पदार्थ का एक मौलिक गुण है और यह विद्युत और चुंबकत्व के क्षेत्रों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह वह निर्माण खंड है जो वस्तुओं के आपस में विद्युत रूप से कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, का वर्णन करता है। भले ही हम विद्युत आवेश को नहीं देख सकते, लेकिन हम इसके प्रभाव को वस्तुओं पर देख सकते हैं। आइए देखें कि विद्युत आवेश क्या है और इससे संबंधित कुछ बुनियादी अवधारणाएँ।

विद्युत आवेश क्या है?

विद्युत आवेश कुछ उपपरमाण्विक कणों जैसे इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों का गुण है। जब इन्हें एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह इन कणों पर एक बल लगाता है। विद्युत आवेश के दो प्रकार होते हैं:

• धनात्मक आवेश
• ऋणात्मक आवेश

एक सरल नियम है कि विपरीत आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं जबकि समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। एक धनात्मक आवेश एक ऋणात्मक आवेश को आकर्षित करेगा और एक ऋणात्मक आवेश एक धनात्मक आवेश को आकर्षित करेगा। इसके विपरीत, एक धनात्मक आवेश एक अन्य धनात्मक आवेश को प्रतिकर्षित करेगा और एक ऋणात्मक आवेश एक अन्य ऋणात्मक आवेश को प्रतिकर्षित करेगा।

इकाइयाँ और प्रतीक

विद्युत आवेश की एसआई इकाई कूलाम्ब (C) है। विद्युत आवेश को अक्सर प्रतीक Q द्वारा दर्शाया जाता है। छोटे आवेश अक्सर माइक्रोकूलाम्ब (μC) या नैनोकूलाम्ब (nC) में मापे जाते हैं।

उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन का आवेश लगभग -1.6 x 10^-19 कूलाम्ब होता है, और इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

    एक इलेक्ट्रॉन का आवेश = -1.6 x 10 -19 C
    

उपपरमाण्विक कण और आवेश

विद्युत आवेश एक गुण है जो कुछ उपपरमाण्विक कणों में निहित होता है:

• इलेक्ट्रॉन्स: इनमें ऋणात्मक आवेश होता है।
• प्रोटॉन्स: इनमें धनात्मक आवेश होता है।
• न्युट्रॉन्स: इनमें कोई आवेश नहीं होता (तटस्थ)।

किसी परमाणु में प्रोटॉन्स और इलेक्ट्रॉन्स के बीच संतुलन इसके कुल आवेश को निर्धारित करता है। यदि प्रोटॉन्स की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन्स हैं, तो परमाणु का कुल आवेश ऋणात्मक होगा। इसके विपरीत, यदि इलेक्ट्रॉन्स की तुलना में अधिक प्रोटॉन्स हैं, तो परमाणु का कुल आवेश धनात्मक होगा। जिन परमाणुओं का कोई शुद्ध आवेश नहीं होता, वे विद्युतीय रूप से तटस्थ होते हैं क्योंकि उनमें प्रोटॉन्स और इलेक्ट्रॉन्स की संख्या समान होती है।

आवेश के संरक्षण का सिद्धांत

आवेश के संरक्षण का सिद्धांत बताता है कि किसी पृथक प्रणाली में कुल आवेश स्थिर रहता है। आवेश को न तो निर्मित किया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, बल्कि इसे केवल किसी एक निकाय से दूसरे निकाय में स्थानांतरित किया जा सकता है।

अपने बालों पर गुब्बारा रगड़ने का सरल उदाहरण लें। रगड़ने से पहले, गुब्बारा और बाल दोनों तटस्थ होते हैं। इन्हें साथ रगड़ने से आपके बालों से गुब्बारे में इलेक्ट्रॉन्स स्थानांतरित हो जाते हैं, जिससे गुब्बारा ऋणात्मक रूप से आवेशित हो जाता है और आपके बाल धनात्मक रूप से आवेशित हो जाते हैं। भले ही आवेश स्थानांतरित हो गए हैं, कुल आवेश की मात्रा वैसे की वैसे रहती है।

कूलाम्ब का नियम

कूलाम्ब का नियम बताता है कि दो आवेशित वस्तुओं के बीच का विद्युत बल उनके आवेशों और उनके बीच की दूरी पर निर्भर करता है। इस नियम को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

दो बिंदु आवेशों के बीच कार्य करने वाला बल उनके आवेशों के उत्पाद के अनुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

कूलाम्ब के नियम का गणितीय रूप है:

    F = k * (|Q1 * Q2| / r^2)
    

जहाँ:

• F आवेशों के बीच के बल की मात्रा है।
• Q1 और Q2 आवेशों की मात्रा हैं।
• r दो आवेशों के केंद्रों के बीच की दूरी है।
• k कूलाम्ब स्थिरांक है, जिसका मान लगभग 8.99 x 10^9 N m^2/C^2 होता है।

विद्युत बल के उदाहरण

यह समझने के लिए कि कूलाम्ब का नियम कैसे कार्य करता है, आइए कुछ उदाहरण देखें:

उपरोक्त चित्र में दो आवेश हैं: एक ऋणात्मक और एक धनात्मक। कूलाम्ब के नियम के अनुसार, इन आवेशों के बीच आकर्षण का बल होता है।

विद्युत क्षेत्र

विद्युत क्षेत्र एक आवेशित वस्तु के चारों ओर बनता है। यह उस स्थान का प्रतिनिधित्व करता है जहाँ अन्य आवेशित वस्तुएँ विद्युत बल का अनुभव करेंगी। विद्युत क्षेत्र की शक्ति आवेश की मात्रा और आवेश से दूरी द्वारा निर्धारित की जाती है। विद्युत क्षेत्र का दिशा धनात्मक आवेश से दूर और ऋणात्मक आवेश की ओर होती है।

किसी बिंदु आवेश के कारण विद्युत क्षेत्र E निम्नलिखित सूत्र द्वारा दिया जाता है:

    E = k * |Q| / r²
    

जहाँ Q आवेश है और r आवेश से दूरी है।

यह आरेख दिखाता है कि कैसे एक धनात्मक आवेश से विद्युत क्षेत्र रेखाएँ प्रदर्शित होती हैं, जो अन्य आवेशों पर एक बाहरी बल डालती हैं।

चालक और रोधक

सामग्री को वर्गीकृत किया जा सकता है कि वे विद्युत आवेश को कैसे प्रवाहित करती हैं:

• चालक: ये सामग्री विद्युत आवेश को आसानी से प्रवाहित होने देती हैं। सामान्य चालक धातुएँ होती हैं जैसे ताँबा और एल्युमिनियम।
• रोधक: ये सामग्री विद्युत आवेश को आसानी से प्रवाहित नहीं होने देतीं। उदाहरण के लिए, रबर, लकड़ी, और प्लास्टिक।

विद्युत आवेशों के साथ सामग्रियों की परस्पर क्रिया को समझना सर्किट्स और एलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को डिजाइन करने में महत्वपूर्ण है।

चालक और रोधक के व्यवहार को समझाने का एक सरल उदाहरण यहाँ है:

यदि हम एक धातु तार (चालक) को बैटरी के दो टर्मिनलों के बीच जोड़ते हैं, तो आवेश तार के माध्यम से प्रवाहित होगा, और विद्युत सर्किट पूरा हो जाएगा। हालाँकि, यदि हम धातु तार की जगह रबर होज़ (रोधक) से बदल देते हैं, तो आवेश प्रवाहित नहीं होगा, और सर्किट खुला रहेगा।

स्थैतिक बिजली

स्थैतिक बिजली एक ऐसा परिघटना है जिसमें किसी पदार्थ की सतह पर विद्युत आवेश संगृहीत हो जाता है। यह सामान्यतः तब होता है जब दो सामग्री संपर्क में आती हैं और फिर अलग होती हैं, जिससे आवेश उनके बीच स्थानांतरित हो जाते हैं।

निम्नलिखित रोज़ाना के उदाहरण पर विचार करें:

जब आप कालीनदार फर्श पर चलते हैं और फिर एक धातु के दरवाजे के हैंडल को छूते हैं, तो आपको हल्का झटका लग सकता है। यह झटका इसलिए होता है क्योंकि कालीन से इलेक्ट्रॉन्स आपके शरीर में स्थानांतरित हो गए थे। आपके शरीर ने आवेश प्राप्त किया और जब आपने धातु के हैंडल को छुआ, जो कि एक चालक है, तो अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन्स ने आवेश अंतर को निरस्त कर दिया।

निष्कर्ष

विद्युत आवेश भौतिकी का एक मौलिक पहलू है जो आधुनिक तकनीक और जीवन की कई गतिविधियों का वर्णन करता है। विद्युत आवेश, विद्युत क्षेत्रों और बलों के सिद्धांत भौतिकी और इंजीनियरिंग के उन्नत विषयों को समझने के लिए आवश्यक हैं। इन मौलिक अवधारणाओं को समझकर, छात्र विद्युत और चुंबकत्व के आकर्षक क्षेत्रों की आगे की खोज के लिए सज्जित होते हैं।

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