विद्युत आवेश के लिए माप की एक इकाई। लटकन। अन्य भौतिक राशियों के साथ संबंध। (10+)

विद्युत आवेश के लिए माप की एक इकाई। लटकन (कूलम्ब)

सामग्री लेख के लिए एक स्पष्टीकरण और अतिरिक्त है:
रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स में भौतिक मात्रा के मापन की इकाइयाँ
रेडियो इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली भौतिक मात्राओं के माप और अनुपात की इकाइयाँ।

किसी पिंड का विद्युत आवेश इस पिंड में एक ध्रुवता के आवेशित कणों की संख्या और दूसरी ध्रुवता के बीच का अंतर है (कुछ मान्यताओं के साथ)। विद्युत आवेश में धनात्मक या ऋणात्मक ध्रुवता हो सकती है। समान ध्रुवता के आवेश वाले पिंड एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, जबकि भिन्न ध्रुवता के आवेश वाले पिंड आकर्षित होते हैं।

कूलम्ब में विद्युत आवेश को मापा जाता है। पदनाम के। अंतर्राष्ट्रीय पदनाम सी। सूत्रों में शुल्क आमतौर पर क्यू द्वारा दर्शाया जाता है।

एक इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश लगभग 1.602176E-19 कूलम्ब होता है, जिसका ऋणात्मक चिन्ह होता है। प्रोटॉन चार्ज समान मान के बराबर है, लेकिन सकारात्मक है। पदार्थ में आमतौर पर इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन समान मात्रा में मौजूद होते हैं, जिससे कुल चार्ज शून्य हो जाता है। कुछ मामलों में, इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ सकती है, तो हम कहते हैं कि शरीर नकारात्मक रूप से चार्ज होता है, या घट जाता है, तो शरीर सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है।

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लंबे अवलोकनों के परिणामस्वरूप, वैज्ञानिकों ने पाया है कि विपरीत आवेशित पिंड आकर्षित होते हैं, और इसके विपरीत आवेशित पिंड एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। इसका मतलब है कि निकायों के बीच संपर्क बल उत्पन्न होते हैं। फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी सी। कूलम्ब ने प्रयोगात्मक रूप से धातु की गेंदों के परस्पर क्रिया के पैटर्न की जांच की और पाया कि दो बिंदु विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का बल इन आवेशों के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होगा और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होगा:

जहाँ k आनुपातिकता का एक गुणांक है, जो भौतिक मात्राओं के मापन की इकाइयों की पसंद पर निर्भर करता है जो सूत्र में शामिल हैं, साथ ही उस वातावरण पर जिसमें विद्युत आवेश q 1 और q 2 स्थित हैं। r उनके बीच की दूरी है।

इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कूलम्ब का नियम केवल बिंदु आवेशों के लिए मान्य होगा, अर्थात ऐसे निकायों के लिए, जिनके आयामों को उनके बीच की दूरी की तुलना में पूरी तरह से उपेक्षित किया जा सकता है।

सदिश रूप में, कूलम्ब का नियम इस प्रकार दिखेगा:

जहाँ q 1 और q 2 आवेश हैं, और r उन्हें जोड़ने वाला त्रिज्या सदिश है; आर = |आर|।

आवेशों पर कार्य करने वाले बलों को केन्द्रीय बल कहते हैं। वे इन आरोपों को जोड़ने वाली एक सीधी रेखा के साथ निर्देशित होते हैं, और चार्ज q 2 से चार्ज q 1 पर कार्य करने वाला बल चार्ज q 1 से चार्ज q 2 पर कार्य करने वाले बल के बराबर होता है, और साइन में विपरीत होता है।

विद्युत मात्राओं को मापने के लिए, दो संख्या प्रणालियों का उपयोग किया जा सकता है - एसआई प्रणाली (मूल) और कभी-कभी सीजीएस प्रणाली का उपयोग किया जा सकता है।

एसआई प्रणाली में, मुख्य विद्युत मात्राओं में से एक वर्तमान शक्ति की इकाई है - एम्पीयर (ए), फिर विद्युत आवेश की इकाई इसका व्युत्पन्न (वर्तमान शक्ति की इकाई के संदर्भ में व्यक्त) होगी। आवेश की SI इकाई पेंडेंट है। 1 लटकन (सी) 1 ए के वर्तमान में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन से गुजरने वाली "बिजली" की मात्रा है, यानी 1 सी = 1 ए एस।

गुणांक k को सूत्र 1a) में SI के बराबर लिया जाता है:

और कूलम्ब के नियम को तथाकथित "तर्कसंगत" रूप में लिखा जा सकता है:

चुंबकीय और विद्युत घटनाओं का वर्णन करने वाले कई समीकरणों में कारक 4π होता है। हालांकि, अगर इस कारक को कूलम्ब के नियम के हर में पेश किया जाता है, तो यह चुंबकत्व और बिजली के अधिकांश सूत्रों से गायब हो जाएगा, जो अक्सर व्यावहारिक गणना में उपयोग किए जाते हैं। समीकरण लिखने के इस रूप को युक्तिसंगत कहा जाता है।

इस सूत्र में 0 का मान एक विद्युत नियतांक है।

CGS प्रणाली की मूल इकाइयाँ CGS यांत्रिक इकाइयाँ (ग्राम, सेकंड, सेंटीमीटर) हैं। सीजीएस प्रणाली में उपरोक्त तीनों के अतिरिक्त नई बुनियादी इकाइयों को शामिल नहीं किया गया है। सूत्र (1) में गुणांक k को एकता और विमारहित माना जाता है। तदनुसार, गैर-तर्कसंगत रूप में कूलम्ब के नियम का रूप होगा:

CGS प्रणाली में, बल को dynes में मापा जाता है: 1 dyne \u003d 1 g cm / s 2, और दूरी सेंटीमीटर में होती है। मान लीजिए कि q \u003d q 1 \u003d q 2, फिर सूत्र (4) से हमें मिलता है:

यदि r = 1 सेमी, और F = 1 dyne, तो इस सूत्र का अर्थ है कि CGS प्रणाली में, एक बिंदु आवेश को आवेश की एक इकाई के रूप में लिया जाता है, जो (निर्वात में) 1 सेमी की दूरी पर स्थित समान आवेश पर कार्य करता है। इसमें से, 1 दीन के बल के साथ। आवेश की ऐसी इकाई को विद्युत की मात्रा (आवेश) की निरपेक्ष इलेक्ट्रोस्टैटिक इकाई कहा जाता है और इसे CGS q द्वारा दर्शाया जाता है। इसका आयाम:

0 के मान की गणना करने के लिए, आइए SI और CGS प्रणालियों में लिखे गए कूलम्ब के नियम के व्यंजकों की तुलना करें। 1 सी प्रत्येक के दो बिंदु आवेश, जो एक दूसरे से 1 मीटर की दूरी पर हैं, एक बल के साथ परस्पर क्रिया करेंगे (सूत्र 3 के अनुसार):

GHS में, यह बल बराबर होगा:

दो आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया की शक्ति उस वातावरण पर निर्भर करती है जिसमें वे स्थित हैं। विभिन्न मीडिया के विद्युत गुणों को चिह्नित करने के लिए, सापेक्ष पारगम्यता की अवधारणा पेश की गई थी।

विभिन्न पदार्थों के लिए ε का मान अलग-अलग होता है - फेरोइलेक्ट्रिक्स के लिए, इसका मान 200 - 100,000 की सीमा में होता है, क्रिस्टलीय पदार्थों के लिए 4 से 3000 तक, ग्लास के लिए 3 से 20 तक, ध्रुवीय तरल पदार्थ के लिए 3 से 81 तक, के लिए 1, 8 से 2.3 तक गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थ; 1.0002 से 1.006 तक गैसों के लिए।

ढांकता हुआ स्थिरांक (सापेक्ष) भी परिवेश के तापमान पर निर्भर करता है।

यदि हम उस माध्यम की पारगम्यता को ध्यान में रखते हैं जिसमें आरोप लगाए जाते हैं, तो SI कूलम्ब के नियम में यह रूप होगा:

ढांकता हुआ पारगम्यता ε एक आयामहीन मात्रा है और यह माप की इकाइयों की पसंद पर निर्भर नहीं करता है और वैक्यूम के लिए इसे ε = 1 के बराबर माना जाता है। फिर वैक्यूम के लिए कूलम्ब कानून रूप लेता है:

व्यंजक (6) को (5) से भाग देने पर हमें प्राप्त होता है:

तदनुसार, सापेक्ष पारगम्यता दर्शाती है कि किसी माध्यम में बिंदु आवेशों के बीच परस्पर क्रिया बल कितनी बार एक दूसरे के सापेक्ष r दूरी पर होता है, समान दूरी पर निर्वात से कम होता है।

बिजली और चुंबकत्व के विभाजन के लिए, सीजीएस प्रणाली को कभी-कभी गाऊसी प्रणाली कहा जाता है। सीजीएस प्रणाली के आगमन से पहले, सीजीएसई (सीजीएस इलेक्ट्रिक) सिस्टम विद्युत मात्रा को मापने के लिए और चुंबकीय मात्रा को मापने के लिए सीजीएसएम (सीजीएस चुंबकीय) के संचालन में थे। पहली समान इकाई में, विद्युत स्थिरांक 0 लिया गया, और दूसरा, चुंबकीय स्थिरांक μ 0 लिया गया।

सीजीएस प्रणाली में, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के सूत्र सीजीएसई के संबंधित सूत्रों और चुंबकत्व के सूत्रों के साथ मेल खाते हैं, बशर्ते कि उनमें सीजीएसएम में संबंधित सूत्रों के साथ केवल चुंबकीय मात्राएं हों।

लेकिन अगर समीकरण में एक साथ चुंबकीय और विद्युत मात्रा दोनों शामिल हैं, तो गाऊसी प्रणाली में लिखा गया यह समीकरण एक ही समीकरण से भिन्न होगा, लेकिन सीजीएसएम या सीजीएसई प्रणाली में, कारक 1/s या 1/s 2 द्वारा लिखा जाएगा। c का मान प्रकाश की गति के बराबर होता है (c = 3·10 10 cm/s) विद्युतगतिकी स्थिरांक कहलाता है।

CGS प्रणाली में कूलम्ब के नियम का रूप होगा:

उदाहरण

तेल की दो बिल्कुल समान बूंदों पर, एक इलेक्ट्रॉन गायब है। न्यूटन के आकर्षण बल को कूलम्ब प्रतिकर्षण बल द्वारा संतुलित किया जाता है। बूंदों की त्रिज्या निर्धारित करना आवश्यक है यदि उनके बीच की दूरी उनके रैखिक आयामों से काफी अधिक है।

फेसला

चूंकि बूंदों के बीच की दूरी r उनके रैखिक आयामों से बहुत अधिक है, बूंदों को बिंदु आवेश के रूप में लिया जा सकता है, और फिर कूलम्ब प्रतिकर्षण बल के बराबर होगा:

जहां ई तेल की बूंद का धनात्मक आवेश है, जो इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर है।

न्यूटन के आकर्षण बल को सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

जहाँ m बूँद का द्रव्यमान है और गुरुत्वीय स्थिरांक है। समस्या की स्थिति के अनुसार F k \u003d F n, इसलिए:

बूंद का द्रव्यमान घनत्व ρ और आयतन V के गुणनफल के रूप में व्यक्त किया जाता है, अर्थात m = V, और त्रिज्या R की बूंद का आयतन V = (4/3)πR 3 के बराबर होता है, जिससे हम प्राप्त करते हैं:

इस सूत्र में, अचर π, 0 , ज्ञात हैं; = 1; इलेक्ट्रॉन चार्ज ई \u003d 1.6 10 -19 सी और तेल घनत्व ρ \u003d 780 किग्रा / मी 3 (संदर्भ डेटा) भी जाना जाता है। संख्यात्मक मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करते हुए, हमें परिणाम मिलता है: आर = 0.363 10 -7 मीटर।

« भौतिकी - ग्रेड 10 "

विद्युत-चुंबकीय अंतःक्रियाओं को क्या कहते हैं?
आरोपों की बातचीत क्या है?

आइए विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं के मात्रात्मक नियमों का अध्ययन शुरू करें। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स का मूल नियम दो गतिहीन बिंदु आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया का नियम है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स का मौलिक कानून प्रयोगात्मक रूप से चार्ल्स कूलम्ब द्वारा 1785 में स्थापित किया गया था और उनका नाम है।

यदि पिंडों के बीच की दूरी उनके आकार से कई गुना अधिक है, तो न तो आकार और न ही आवेशित पिंडों का आकार उनके बीच की बातचीत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

स्मरण करो कि सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम भी निकायों के लिए तैयार किया गया है, जिन्हें भौतिक बिंदु माना जा सकता है।

आवेशित पिंड, जिनका आकार और आकार उनकी बातचीत के दौरान उपेक्षित किया जा सकता है, कहलाते हैं बिंदु शुल्क.

आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया का बल आवेशित पिंडों के बीच माध्यम के गुणों पर निर्भर करता है। कुछ समय के लिए, हम यह मानेंगे कि अंतःक्रिया निर्वात में होती है। अनुभव से पता चलता है कि आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया के बल पर हवा का बहुत कम प्रभाव पड़ता है, यह लगभग निर्वात के समान ही होता है।

कूलम्ब के प्रयोग।

कूलम्ब के प्रयोगों का विचार गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक के निर्धारण में कैवेंडिश के अनुभव के विचार के समान है। विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया के नियम की खोज को इस तथ्य से सुगम बनाया गया था कि ये बल बड़े हो गए थे और इसके कारण विशेष रूप से संवेदनशील उपकरणों का उपयोग करना आवश्यक नहीं था, जैसा कि स्थलीय परिस्थितियों में सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम का परीक्षण करते समय होता है। मरोड़ संतुलन की मदद से, यह स्थापित करना संभव था कि गतिहीन आवेशित पिंड एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं।

मरोड़ संतुलन में एक पतली लोचदार तार पर निलंबित एक कांच की छड़ होती है (चित्र 14.3)। एक छोटी धातु की गेंद को छड़ी के एक छोर पर और दूसरे पर एक काउंटरवेट सी तय किया जाता है। एक और धातु की गेंद b रॉड पर गतिहीन होती है, जो बदले में, बैलेंस कवर से जुड़ी होती है।

जब समान आवेशों की गेंदों को लगाया जाता है, तो वे एक दूसरे को पीछे हटाना शुरू कर देते हैं। उन्हें एक निश्चित दूरी पर रखने के लिए, लोचदार तार को एक निश्चित कोण से घुमाया जाना चाहिए जब तक कि परिणामी लोचदार बल गेंदों के कूलम्ब प्रतिकारक बल की भरपाई न कर दे। तार के मुड़ने का कोण गेंदों की परस्पर क्रिया के बल को निर्धारित करता है।

मरोड़ संतुलन ने आवेशों के मूल्यों और उनके बीच की दूरी पर आवेशित गेंदों के परस्पर क्रिया बल की निर्भरता का अध्ययन करना संभव बना दिया। वे उस समय बल और दूरी को मापना जानते थे। एकमात्र कठिनाई उस चार्ज से जुड़ी थी जिसकी माप के लिए इकाइयाँ भी नहीं थीं। पेंडेंट ने एक गेंद को उसी अनावेशित गेंद से जोड़कर उसके आवेश को 2, 4 या अधिक बार बदलने का एक सरल तरीका खोजा। इस मामले में, चार्ज को गेंदों के बीच समान रूप से वितरित किया गया था, जिसने एक निश्चित संबंध में जांच किए गए चार्ज को कम कर दिया। नए चार्ज के साथ इंटरेक्शन फोर्स का नया मान प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया गया था।

कूलम्ब का नियम।

कूलम्ब के प्रयोगों ने एक ऐसे कानून की स्थापना की जो सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम की याद दिलाता है।

निर्वात में दो स्थिर बिंदु आवेशों की परस्पर क्रिया का बल आवेश मोडुली के गुणनफल के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

आवेशों के परस्पर क्रिया के बल को कहते हैं कूलम्ब बल.

यदि हम चार्ज मॉड्यूल को |q 1 और |q 2 | के रूप में नामित करते हैं, और उनके बीच की दूरी को r के रूप में नामित करते हैं, तो कूलम्ब के नियम को निम्नलिखित रूप में लिखा जा सकता है:

जहां k आनुपातिकता का गुणांक है, संख्यात्मक रूप से लंबाई की एक इकाई के बराबर दूरी पर इकाई आवेशों की परस्पर क्रिया के बल के बराबर है। इसका मूल्य इकाइयों की प्रणाली की पसंद पर निर्भर करता है।

सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम का एक ही रूप (14.2) है, केवल आवेश के बजाय, गुरुत्वाकर्षण के नियम में द्रव्यमान शामिल हैं, और गुणांक k की भूमिका गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक द्वारा निभाई जाती है।

यह पता लगाना आसान है कि डोरियों पर लटकी दो आवेशित गेंदें या तो एक दूसरे को आकर्षित करती हैं या एक दूसरे को प्रतिकर्षित करती हैं। इसलिए यह इस प्रकार है कि दो स्थिर बिंदु आवेशों के परस्पर क्रिया बल इन आवेशों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होते हैं(चित्र 14.4)।

ऐसे बलों को केंद्रीय कहा जाता है। न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार 1.2 = - 2.1।

विद्युत आवेश की इकाई।

आवेश की इकाई, साथ ही अन्य भौतिक मात्राओं का चुनाव मनमाना है। एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को एक इकाई के रूप में लेना स्वाभाविक होगा, जो परमाणु भौतिकी में किया जाता है, लेकिन यह आवेश बहुत छोटा होता है, और इसलिए इसे आवेश की इकाई के रूप में उपयोग करना हमेशा सुविधाजनक नहीं होता है।

इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (एसआई) में, चार्ज यूनिट मुख्य नहीं है, बल्कि एक व्युत्पन्न है, और इसके लिए मानक पेश नहीं किया गया है। मीटर, सेकंड और किलोग्राम के साथ, SI ने विद्युत मात्रा के लिए मूल इकाई - करंट की इकाई - की शुरुआत की एम्पेयर. एम्पीयर का संदर्भ मान धाराओं के चुंबकीय इंटरैक्शन का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।

एसआई में प्रभारी की इकाई - लटकनकरंट की इकाई का उपयोग करके सेट करें।

एक लटकन (1 सी) एक चार्ज है जो 1 ए: 1 सी = 1 ए 1 एस के वर्तमान में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से 1 एस में गुजरता है।

कूलम्ब के नियम में गुणांक k की इकाई जब SI इकाइयों में लिखी जाती है, N m 2 / Cl 2 है, क्योंकि सूत्र (14.2) के अनुसार हमारे पास है

जहाँ आवेशों के परस्पर क्रिया बल को न्यूटन में व्यक्त किया जाता है, दूरी मीटर में होती है, आवेश कूलम्ब में होता है। इस गुणांक का संख्यात्मक मान प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, दो ज्ञात आवेशों के बीच परस्पर क्रिया F के बल को मापना आवश्यक है |q 1 | और |q 2 |, दी गई दूरी r पर स्थित है, और इन मानों को सूत्र (14.3) में प्रतिस्थापित करें। k का परिणामी मान होगा:

के \u003d 9 10 9 एन एम 2 / सीएल 2। (14.4)

1 C का आवेश बहुत बड़ा है। दो बिंदु आवेशों की परस्पर क्रिया बल, 1 C प्रत्येक, जो एक दूसरे से 1 किमी की दूरी पर स्थित है, उस बल से थोड़ा कम है जिसके साथ ग्लोब 1 टन का भार आकर्षित करता है। इसलिए , एक छोटे से शरीर को बताएं (आकार में कई मीटर के क्रम में) 1 सी का चार्ज असंभव है।

एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हुए आवेशित कण शरीर पर नहीं रह सकते। प्रकृति में दी गई परिस्थितियों में कूलम्ब प्रतिकर्षण की क्षतिपूर्ति करने में सक्षम कोई अन्य बल नहीं हैं।

लेकिन एक कंडक्टर में जो आम तौर पर तटस्थ होता है, 1 सी के चार्ज को गति में सेट करना मुश्किल नहीं होता है। दरअसल, 220 वी के वोल्टेज पर 200 डब्ल्यू की शक्ति वाले पारंपरिक प्रकाश बल्ब में, वर्तमान ताकत 1 ए से थोड़ी कम होती है। उसी समय, लगभग 1 सी के बराबर चार्ज कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन से होकर गुजरता है। 1 एस में

गुणांक k के स्थान पर अक्सर एक अन्य गुणांक का प्रयोग किया जाता है, जिसे कहा जाता है विद्युत स्थिरांक 0. यह निम्नलिखित संबंध द्वारा गुणांक k से संबंधित है:

इस मामले में कूलम्ब के नियम का रूप है

यदि आवेश माध्यम में परस्पर क्रिया करते हैं, तो अंतःक्रिया बल कम हो जाता है:

जहां - ढांकता हुआ स्थिरांकमाध्यम, यह दर्शाता है कि माध्यम में आवेशों की परस्पर क्रिया बल निर्वात की तुलना में कितनी बार कम है।

प्रकृति में मौजूद न्यूनतम आवेश प्राथमिक कणों का आवेश है। SI मात्रकों में, इस आवेश का मापांक है:

ई \u003d 1.6 10 -19 सी। (14.5)

जो चार्ज शरीर को लगाया जा सकता है वह हमेशा न्यूनतम चार्ज का गुणक होता है:

जहाँ N एक पूर्णांक है। जब न्यूनतम आवेश के मापांक में शरीर का आवेश काफी अधिक होता है, तो बहुलता की जाँच करने का कोई मतलब नहीं है, हालाँकि, जब कणों, परमाणु नाभिकों के आवेश की बात आती है, तो उनका आवेश हमेशा एक पूर्णांक संख्या के बराबर होना चाहिए। इलेक्ट्रॉन चार्ज मॉड्यूल के।

मान लीजिए कि दो आवेशित स्थूल पिंड हैं, जिनका आकार उनके बीच की दूरी की तुलना में नगण्य रूप से छोटा है। इस मामले में, प्रत्येक निकाय को एक भौतिक बिंदु या "बिंदु आवेश" माना जा सकता है।

फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी सी. कूलम्ब (1736-1806) ने प्रयोगात्मक रूप से उस कानून की स्थापना की जो उनके नाम का है ( कूलम्ब का नियम) (चित्र 1.5):

चावल। 1.5. सी. कूलम्ब (1736-1806) - फ्रांसीसी इंजीनियर और भौतिक विज्ञानी

एक निर्वात में, दो स्थिर बिंदु आवेशों की परस्पर क्रिया बल प्रत्येक आवेश के परिमाण के समानुपाती होता है, जो उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है, और इन आवेशों को जोड़ने वाली एक सीधी रेखा के साथ निर्देशित होता है:

अंजीर पर। 1.6 दो समान बिंदु आवेशों के बीच उत्पन्न होने वाले विद्युत प्रतिकर्षण बल को दर्शाता है।

चावल। 1.6. दो समान बिंदु आवेशों के बीच विद्युत प्रतिकर्षण बल

याद रखें कि, पहले और दूसरे चार्ज के त्रिज्या वैक्टर कहां हैं, इसलिए इसके इलेक्ट्रोस्टैटिक के परिणामस्वरूप दूसरे चार्ज पर अभिनय करने वाले बल - पहले चार्ज के साथ "कूलम्ब" इंटरैक्शन को निम्नलिखित "अनफोल्डेड" रूप में फिर से लिखा जा सकता है

हम निम्नलिखित नियम पर ध्यान देते हैं, जो समस्याओं को हल करने में सुविधाजनक है: यदि बल का पहला सूचकांक उस आवेश की संख्या है, जिस परयह बल कार्य करता है, और दूसरा उस आवेश की संख्या है, कौन साइस बल को बनाता है, फिर सूत्र के दाईं ओर सूचकांकों के समान क्रम का पालन स्वचालित रूप से बल की सही दिशा सुनिश्चित करता है - आरोपों के उत्पाद के संकेत के अनुरूप: - प्रतिकर्षण और - आकर्षण, जबकि गुणांक है हमेशा।

बिंदु आवेशों के बीच कार्य करने वाले बलों को मापने के लिए, कूलम्ब द्वारा निर्मित एक उपकरण का उपयोग किया गया था, जिसे कहा जाता है मरोड़ संतुलन(चित्र। 1.7, 1.8)।

चावल। 1.7. श्री कूलम्ब का मरोड़ संतुलन (1785 के एक कार्य से आरेखण)। आवेशित गेंदों a और b के बीच कार्य करने वाले बल को मापा जाता था

चावल। 1.8. श्री कूलम्ब के मरोड़ वाले तराजू (निलंबन बिंदु)

एक हल्के घुमाव को एक पतले लोचदार धागे पर लटकाया जाता है, जिसके एक छोर पर एक धातु की गेंद तय होती है, और दूसरी तरफ - एक काउंटरवेट। पहली गेंद के आगे, आप एक और समान गतिहीन गेंद रख सकते हैं। कांच का सिलेंडर उपकरण के संवेदनशील हिस्सों को हवा की आवाजाही से बचाता है।

आवेशों के बीच की दूरी पर इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की ताकत की निर्भरता स्थापित करने के लिए, गेंदों को एक ढांकता हुआ हैंडल पर लगी तीसरी चार्ज की गई गेंद से छूकर मनमाने चार्ज लगाए जाते हैं। लोचदार धागे के घुमा के कोण के अनुसार, कोई समान-आवेशित गेंदों के प्रतिकारक बल को माप सकता है, और डिवाइस के पैमाने पर - उनके बीच की दूरी।

यह कहा जाना चाहिए कि कूलम्ब आरोपों की बातचीत के कानून को स्थापित करने वाले पहले वैज्ञानिक नहीं थे, जो अब उनका नाम रखता है: उनसे 30 साल पहले, बी फ्रैंकलिन एक ही निष्कर्ष पर आए थे। इसके अलावा, कूलम्ब के माप की सटीकता पहले के प्रयोगों (जी कैवेंडिश) की सटीकता से कम थी।

माप की सटीकता का निर्धारण करने के लिए एक मात्रात्मक माप शुरू करने के लिए, मान लीजिए कि वास्तव में आवेशों की परस्पर क्रिया का बल उनके बीच की दूरी के वर्ग का व्युत्क्रम नहीं है, बल्कि कुछ अन्य डिग्री का है:

कोई भी वैज्ञानिक यह दावा करने का उपक्रम नहीं करेगा डी= 0 बिल्कुल। सही निष्कर्ष इस तरह लगना चाहिए: प्रयोगों से पता चला है कि डीसे कम...

इनमें से कुछ प्रयोगों के परिणाम तालिका 1 में दिखाए गए हैं।

तालिका नंबर एक।

कूलम्ब के नियम का परीक्षण करने के लिए प्रत्यक्ष प्रयोगों के परिणाम

चार्ल्स कूलम्ब ने स्वयं कुछ प्रतिशत के भीतर प्रतिलोम वर्ग नियम का परीक्षण किया। तालिका प्रत्यक्ष प्रयोगशाला प्रयोगों के परिणाम दिखाती है। बाह्य अंतरिक्ष में चुंबकीय क्षेत्रों के अवलोकन पर आधारित अप्रत्यक्ष डेटा मूल्य पर और भी मजबूत प्रतिबंध लगाते हैं डी. इस प्रकार, कूलम्ब के नियम को एक विश्वसनीय रूप से स्थापित तथ्य माना जा सकता है।

वर्तमान की एसआई इकाई ( एम्पेयर) बुनियादी है, इसलिए आवेश की इकाई क्यूव्युत्पन्न हो जाता है। जैसा कि हम बाद में देखेंगे, वर्तमान मैंइस समय में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से बहने वाले चार्ज के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है:

इससे यह देखा जा सकता है कि प्रत्यक्ष वर्तमान शक्ति क्रमशः प्रति इकाई समय में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन से बहने वाले चार्ज के बराबर है:

कूलम्ब के नियम में आनुपातिकता का गुणांक इस प्रकार लिखा गया है:

संकेतन के इस रूप के साथ, प्रयोग से मात्रा का मान निकलता है, जिसे आमतौर पर कहा जाता है विद्युत स्थिरांक. विद्युत स्थिरांक का अनुमानित संख्यात्मक मान इस प्रकार है:

चूंकि यह अक्सर संयोजन के रूप में समीकरणों में प्रवेश करता है

हम गुणांक का संख्यात्मक मान ही देते हैं

जैसा कि प्राथमिक आवेश के मामले में, विद्युत स्थिरांक का संख्यात्मक मान प्रयोगात्मक रूप से उच्च सटीकता के साथ निर्धारित किया जाता है:

लटकन बहुत बड़ी इकाई है जिसका उपयोग अभ्यास में नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक दूसरे से 100 मीटर की दूरी पर निर्वात में स्थित 1 C प्रत्येक के दो आवेश एक-दूसरे को बल द्वारा प्रतिकर्षित करते हैं।

तुलना के लिए: ऐसे बल के साथ, द्रव्यमान का एक पिंड

यह लगभग एक मालवाहक रेलवे कार का द्रव्यमान है, उदाहरण के लिए, कोयले के साथ।

क्षेत्रों के अध्यारोपण का सिद्धांत

सुपरपोजिशन का सिद्धांत एक बयान है जिसके अनुसार एक जटिल प्रभाव प्रक्रिया का परिणामी प्रभाव अलग-अलग प्रत्येक प्रभाव के कारण होने वाले प्रभावों का योग होता है, बशर्ते कि बाद वाले परस्पर एक दूसरे को प्रभावित न करें (भौतिक विश्वकोश शब्दकोश, मॉस्को, "सोवियत विश्वकोश" ", 1983, पी. .731)। यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि सुपरपोजिशन का सिद्धांत यहां पर विचार किए गए विद्युत चुम्बकीय संपर्क के लिए मान्य है।

आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया के मामले में, सुपरपोज़िशन का सिद्धांत इस प्रकार प्रकट होता है: वह बल जिसके साथ एक निश्चित बिंदु आवेश पर आवेशों की एक प्रणाली कार्य करती है, उन बलों के वेक्टर योग के बराबर होती है जिनके साथ प्रत्येक आवेश सिस्टम उस पर काम करता है।

आइए इसे एक सरल उदाहरण से समझाते हैं। माना दो आवेशित पिंड हैं जो तीसरे पर क्रमशः बलों के साथ कार्य कर रहे हैं। तब इन दो पिंडों की प्रणाली - पहला और दूसरा - तीसरे शरीर पर बल के साथ कार्य करता है

यह नियम किसी भी आवेशित निकाय के लिए सही है, न कि केवल बिंदु आवेशों के लिए। बिंदु आवेशों की दो मनमानी प्रणालियों के बीच परस्पर क्रिया की ताकतों की गणना इस अध्याय के अंत में परिशिष्ट 1 में की गई है।

यह इस प्रकार है कि आवेशों की एक प्रणाली का विद्युत क्षेत्र प्रणाली के व्यक्तिगत आवेशों द्वारा निर्मित क्षेत्र की ताकत के वेक्टर योग द्वारा निर्धारित किया जाता है, अर्थात।

वेक्टर जोड़ नियम के अनुसार विद्युत क्षेत्र की ताकत का जोड़ तथाकथित को व्यक्त करता है अध्यारोपण सिद्धांत(स्वतंत्र सुपरपोजिशन) विद्युत क्षेत्रों का। इस गुण का भौतिक अर्थ यह है कि स्थिर वैद्युत क्षेत्र केवल विरामावस्था में आवेशों द्वारा निर्मित होता है। इसका मतलब यह है कि विभिन्न आरोपों के क्षेत्र एक दूसरे के साथ "हस्तक्षेप नहीं करते", और इसलिए शुल्कों की प्रणाली के कुल क्षेत्र की गणना उनमें से प्रत्येक से अलग-अलग क्षेत्रों के वेक्टर योग के रूप में की जा सकती है।

चूँकि प्राथमिक आवेश बहुत छोटा होता है, और स्थूल निकायों में बहुत बड़ी संख्या में प्राथमिक आवेश होते हैं, ऐसे निकायों पर आवेशों के वितरण को ज्यादातर मामलों में निरंतर माना जा सकता है। यह वर्णन करने के लिए कि चार्ज कैसे वितरित किया जाता है (समान रूप से, असमान रूप से, जहां अधिक शुल्क होते हैं, जहां कम होते हैं, आदि) शरीर पर चार्ज, हम निम्नलिखित तीन प्रकार के चार्ज घनत्व पेश करते हैं:

· थोक घनत्वशुल्क :

कहाँ पे डीवी- शारीरिक रूप से अतिसूक्ष्म आयतन तत्व;

· सतह चार्ज घनत्व:

कहाँ पे डी एस- शारीरिक रूप से अतिसूक्ष्म सतह तत्व;

· रैखिक चार्ज घनत्व:

जहां रेखा की लंबाई का भौतिक रूप से अतिसूक्ष्म तत्व है।

यहां, हर जगह भौतिक रूप से अतिसूक्ष्म तत्व (आयतन, सतह क्षेत्र, रेखा खंड) का प्रभार है। यहाँ और नीचे, शरीर के एक शारीरिक रूप से असीम रूप से छोटे खंड का अर्थ उसके एक ऐसे भाग से समझा जाता है, जो एक ओर, इतना छोटा है कि, किसी समस्या की शर्तों के तहत, इसे एक भौतिक बिंदु माना जा सकता है, और, दूसरी ओर, यह इतना बड़ा है कि इस खंड के चार्ज की विसंगति (देखें। अनुपात) की उपेक्षा की जा सकती है।

अध्याय के अंत में परिशिष्ट 2 में निरंतर वितरित आवेशों की प्रणालियों के अंतःक्रियात्मक बलों के लिए सामान्य अभिव्यक्तियाँ दी गई हैं।

उदाहरण 1 50 nC का विद्युत आवेश 15 सेमी लंबी एक पतली छड़ पर समान रूप से वितरित किया जाता है। अपने निकटतम छोर से 10 सेमी की दूरी पर छड़ के अक्ष की निरंतरता पर, 100 nC का एक बिंदु आवेश होता है (चित्र। 1.9) . एक आवेशित छड़ और एक बिंदु आवेश के बीच परस्पर क्रिया के बल का निर्धारण करें।

चावल। 1.9. बिंदु आवेश के साथ आवेशित छड़ की परस्पर क्रिया

फेसला।इस समस्या में, या (1.3) के रूप में कूलम्ब नियम लिखकर बल F का निर्धारण नहीं किया जा सकता है। वास्तव में छड़ और आवेश के बीच की दूरी क्या है: आर, आर + ए/2, आर + ए? चूंकि, समस्या की स्थितियों के अनुसार, हमें यह मानने का कोई अधिकार नहीं है कि ए << आर, कूलम्ब के नियम का अनुप्रयोग में मूलसूत्रीकरण जो केवल बिंदु आवेशों के लिए मान्य है, असंभव है, ऐसी स्थितियों के लिए मानक विधि का उपयोग करना आवश्यक है, जो इस प्रकार है।

यदि बिंदु निकायों के परस्पर क्रिया के बल को जाना जाता है (उदाहरण के लिए, कूलम्ब का नियम) और विस्तारित निकायों के परस्पर क्रिया बल का पता लगाना आवश्यक है (उदाहरण के लिए, परिमित आकार के दो आवेशित निकायों के परस्पर क्रिया बल की गणना करने के लिए), तो इन निकायों को शारीरिक रूप से असीम रूप से छोटे वर्गों में विभाजित करना आवश्यक है, ऐसे "बिंदु" वर्गों के प्रत्येक जोड़े के लिए लिखें, उनके लिए ज्ञात अनुपात और, इन वर्गों के सभी जोड़े पर सुपरपोजिशन, योग (एकीकृत) के सिद्धांत का उपयोग करते हुए।

गणना के विनिर्देश और निष्पादन के साथ आगे बढ़ने से पहले समस्या की समरूपता का विश्लेषण करने के लिए, यदि आवश्यक नहीं है, तो यह हमेशा उपयोगी होता है। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, ऐसा विश्लेषण उपयोगी है, एक नियम के रूप में, समस्या की पर्याप्त उच्च समरूपता के साथ, यह उन मात्राओं की संख्या को तेजी से कम करता है जिनकी गणना करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि यह पता चला है कि उनमें से कई हैं शून्य के बराबर।

चलो छड़ को लंबाई के छोटे छोटे खंडों में विभाजित करते हैं, ऐसे खंड के बाएं छोर से बिंदु आवेश तक की दूरी के बराबर है।

रॉड पर चार्ज वितरण की एकरूपता का मतलब है कि रैखिक चार्ज घनत्व स्थिर और बराबर है

इसलिए, खंड का प्रभार है , जहां से, कूलम्ब के नियम के अनुसार, कार्य करने वाला बल सटीकशुल्क क्यूके साथ उनकी बातचीत के परिणामस्वरूप सटीकचार्ज के बराबर है

बातचीत के परिणामस्वरूप सटीकशुल्क क्यूबिल्कुल भी छड़, एक बल उस पर कार्य करेगा

बल के मापांक के लिए संख्यात्मक मानों को यहां प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

यह (1.5) से देखा जा सकता है कि जब छड़ को एक भौतिक बिंदु माना जा सकता है, तो आवेश और छड़ के परस्पर क्रिया बल के लिए अभिव्यक्ति, जैसा कि होना चाहिए, बातचीत के लिए कूलम्ब कानून का सामान्य रूप लेता है। दो बिंदु आवेशों का बल:

उदाहरण 2त्रिज्या का एक वलय समान रूप से वितरित आवेश वहन करता है। बिंदु आवेश के साथ वलय की परस्पर क्रिया का बल क्या है क्यूअपने केंद्र से कुछ दूरी पर वलय के अक्ष पर स्थित है (चित्र 1.10)।

फेसला।शर्त के अनुसार, त्रिज्या के साथ रिंग पर चार्ज समान रूप से वितरित किया जाता है। परिधि से भाग देने पर, हमें वलय पर रैखिक आवेश घनत्व प्राप्त होता है रिंग पर लंबाई का एक तत्व चुनें। इसका चार्ज है .

चावल। 1.10. एक बिंदु आवेश के साथ एक वलय की सहभागिता

बिंदु पर क्यूयह तत्व एक विद्युत क्षेत्र बनाता है

हम केवल क्षेत्र के अनुदैर्ध्य घटक में रुचि रखते हैं, क्योंकि जब रिंग के सभी तत्वों के योगदान का योग होता है, तो यह केवल गैर-शून्य होता है:

एकीकृत करते हुए, हम वलय के अक्ष पर उसके केंद्र से कुछ दूरी पर विद्युत क्षेत्र पाते हैं:

यहाँ से हम आवेश के साथ वलय की परस्पर क्रिया का वांछित बल पाते हैं क्यू:

आइए परिणाम पर चर्चा करें। रिंग से बड़ी दूरी पर, रेडिकल के चिन्ह के तहत रिंग की त्रिज्या की उपेक्षा की जा सकती है, और हम एक अनुमानित अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं

यह आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि बड़ी दूरी पर वलय एक बिंदु आवेश की तरह दिखता है और अंतःक्रिया का बल सामान्य कूलम्ब के नियम द्वारा दिया जाता है। कम दूरी पर, स्थिति नाटकीय रूप से बदल जाती है। इसलिए, जब एक परीक्षण आवेश q को वलय के केंद्र में रखा जाता है, तो अंतःक्रियात्मक बल शून्य होता है। यह भी आश्चर्य की बात नहीं है: इस मामले में आरोप क्यूरिंग के सभी तत्वों द्वारा समान बल के साथ आकर्षित किया जाता है, और इन सभी बलों की कार्रवाई की पारस्परिक रूप से क्षतिपूर्ति की जाती है।

चूँकि विद्युत क्षेत्र पर और विद्युत क्षेत्र शून्य के बराबर होता है, कहीं मध्यवर्ती मान पर, वलय का विद्युत क्षेत्र अधिकतम होता है। आइए तनाव के लिए व्यंजक में अंतर करके इस बिंदु को खोजें इदूरी से

व्युत्पन्न को शून्य के बराबर करने पर, हम वह बिंदु पाते हैं जहाँ क्षेत्र अधिकतम होता है। यह इस बिंदु पर बराबर है

उदाहरण 3दो परस्पर लंबवत अनंत लंबे धागे रैखिक घनत्व के साथ समान रूप से वितरित चार्ज ले जाते हैं और दूरी पर होते हैं एएक दूसरे से (चित्र 1.11)। धागों के बीच परस्पर क्रिया का बल दूरी पर कैसे निर्भर करता है ए?

फेसला।आइए पहले विमीय विश्लेषण की विधि द्वारा इस समस्या के समाधान पर चर्चा करें। धागे के बीच बातचीत की ताकत उन पर चार्ज घनत्व पर निर्भर हो सकती है, धागे और विद्युत स्थिरांक के बीच की दूरी, यानी वांछित सूत्र का रूप है:

जहां एक आयामहीन स्थिरांक (संख्या) है। ध्यान दें कि फिलामेंट्स की सममित व्यवस्था के कारण, उन पर चार्ज घनत्व केवल समान डिग्री में सममित तरीके से प्रवेश कर सकते हैं। यहाँ SI में शामिल मात्राओं के आयाम ज्ञात हैं:

चावल। 1.11 दो परस्पर लंबवत अपरिमित रूप से लंबे धागों की परस्पर क्रिया

यांत्रिकी की तुलना में, यहां एक नई मात्रा दिखाई दी है - विद्युत आवेश का आयाम। पिछले दो सूत्रों को मिलाकर, हम आयामों के लिए समीकरण प्राप्त करते हैं:

लंबाई और दूरी कन्वर्टर मास कन्वर्टर थोक खाद्य और खाद्य वॉल्यूम कन्वर्टर एरिया कन्वर्टर वॉल्यूम और रेसिपी यूनिट्स कन्वर्टर तापमान कन्वर्टर दबाव, तनाव, यंग मॉड्यूलस कन्वर्टर ऊर्जा और वर्क कन्वर्टर पावर कन्वर्टर फोर्स कन्वर्टर टाइम कन्वर्टर लीनियर वेलोसिटी कन्वर्टर फ्लैट एंगल कन्वर्टर थर्मल एफिशिएंसी और फ्यूल एफिशिएंसी कन्वर्टर विभिन्न संख्या प्रणालियों में संख्याओं का कनवर्टर सूचना की मात्रा के माप की इकाइयों का कनवर्टर मुद्रा दर महिलाओं के कपड़ों और जूतों के आयाम पुरुषों के कपड़ों और जूतों के आयाम कोणीय वेग और घूर्णी आवृत्ति कनवर्टर त्वरण कनवर्टर कोणीय त्वरण कनवर्टर घनत्व कनवर्टर विशिष्ट मात्रा कनवर्टर जड़ता कनवर्टर का क्षण क्षण बल कनवर्टर का टोक़ कनवर्टर विशिष्ट कैलोरी मान कनवर्टर (द्रव्यमान द्वारा) ऊर्जा घनत्व और विशिष्ट कैलोरी मान कनवर्टर (मात्रा के अनुसार) तापमान अंतर कनवर्टर गुणांक कनवर्टर थर्मल विस्तार गुणांक थर्मल प्रतिरोध कनवर्टर थर्मल चालकता कनवर्टर विशिष्ट गर्मी क्षमता कनवर्टर ऊर्जा एक्सपोजर और दीप्तिमान पावर कन्वर्टर हीट फ्लक्स घनत्व कनवर्टर हीट ट्रांसफर गुणांक कनवर्टर वॉल्यूम फ्लो कन्वर्टर मास फ्लो कन्वर्टर मोलर फ्लो कन्वर्टर मास फ्लक्स डेंसिटी कन्वर्टर मोलर कंसंट्रेशन कन्वर्टर सॉल्यूशन कन्वर्टर में मास कंसंट्रेशन डायनेमिक ( काइनेमेटिक चिपचिपापन कनवर्टर भूतल तनाव कनवर्टर वाष्प पारगम्यता कनवर्टर वाष्प पारगम्यता और वाष्प स्थानांतरण वेग कनवर्टर ध्वनि स्तर कनवर्टर माइक्रोफोन संवेदनशीलता कनवर्टर ध्वनि दबाव स्तर (एसपीएल) कनवर्टर चयन योग्य संदर्भ के साथ ध्वनि दबाव स्तर कनवर्टर दबाव चमक कनवर्टर चमकदार तीव्रता कनवर्टर रोशनी कनवर्टर ग्राफ आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य कनवर्टर पावर डायोप्टर को एक्स और फोकल लेंथ डायोप्टर पावर और लेंस आवर्धन (×) इलेक्ट्रिक चार्ज कन्वर्टर रैखिक चार्ज घनत्व कनवर्टर सतह चार्ज घनत्व कनवर्टर थोक चार्ज घनत्व कनवर्टर इलेक्ट्रिक वर्तमान कनवर्टर रैखिक वर्तमान घनत्व कनवर्टर सतह वर्तमान घनत्व कनवर्टर इलेक्ट्रिक फील्ड ताकत कनवर्टर इलेक्ट्रोस्टैटिक संभावित और वोल्टेज कनवर्टर कनवर्टर विद्युत प्रतिरोध विद्युत प्रतिरोधकता कनवर्टर विद्युत चालकता कनवर्टर विद्युत चालकता कनवर्टर समाई अधिष्ठापन कनवर्टर dBm (dBm या dBmW), dBV (dBV), वाट, आदि में US वायर गेज कनवर्टर स्तर। इकाइयां मैग्नेटोमोटिव बल कनवर्टर चुंबकीय क्षेत्र शक्ति कनवर्टर चुंबकीय प्रवाह कनवर्टर चुंबकीय प्रेरण कनवर्टर विकिरण। आयनकारी विकिरण अवशोषित खुराक दर परिवर्तक रेडियोधर्मिता। रेडियोधर्मी क्षय परिवर्तक विकिरण। एक्सपोजर डोस कन्वर्टर रेडिएशन। अवशोषित खुराक कनवर्टर दशमलव उपसर्ग कनवर्टर डेटा स्थानांतरण टाइपोग्राफी और छवि प्रसंस्करण इकाई कनवर्टर इमारती लकड़ी मात्रा इकाई कनवर्टर रासायनिक तत्वों की दाढ़ द्रव्यमान आवर्त सारणी की गणना डी. आई. मेंडेलीव द्वारा

1 कूलम्ब [सी] = 0.01666666666666666667 एम्पीयर-मिनट [एक मिनट]

आरंभिक मूल्य

परिवर्तित मूल्य

कूलम्ब मेगाकूलम्ब किलोकूलॉम्ब मिलीकूलम्ब माइक्रोकूलॉम्ब नैनोकूलम्ब पिकोकूलॉम्ब एबकूलम्ब इकाई प्रभारी सीजीएसएम स्टेटकूलम्ब सीजीएसई इकाई प्रभारी फ्रेंकलिन एम्पीयर-घंटा मिलीएम्प-घंटा एम्पीयर-मिनट एम्पीयर-सेकंड फैराडे (प्रभारी की इकाई) प्राथमिक विद्युत आवेश

इलेक्ट्रिक चार्ज के बारे में अधिक जानकारी

सामान्य जानकारी

आश्चर्यजनक रूप से, हम दैनिक आधार पर स्थैतिक बिजली के संपर्क में आते हैं - जब हमारी प्यारी बिल्ली को पेटिंग करते हैं, हमारे बालों में कंघी करते हैं या सिंथेटिक स्वेटर खींचते हैं। तो हम अनजाने में स्थैतिक बिजली के जनरेटर बन जाते हैं। हम सचमुच इसमें स्नान करते हैं, क्योंकि हम पृथ्वी के एक मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में रहते हैं। यह क्षेत्र इस तथ्य के कारण उत्पन्न होता है कि यह आयनोस्फीयर से घिरा हुआ है, वायुमंडल की ऊपरी परत एक विद्युत प्रवाहकीय परत है। आयनमंडल का निर्माण ब्रह्मांडीय विकिरण की क्रिया के तहत हुआ था और इसका अपना प्रभार है। भोजन को गर्म करने जैसे रोजमर्रा के काम करते समय, हम यह बिल्कुल नहीं सोचते हैं कि हम गैस आपूर्ति वाल्व को ऑटो-इग्निशन बर्नर पर चालू करके या उसमें इलेक्ट्रिक लाइटर लाकर स्थैतिक बिजली का उपयोग कर रहे हैं।

स्थैतिक बिजली के उदाहरण

बचपन से, हम सहज रूप से गड़गड़ाहट से डरते हैं, हालांकि यह अपने आप में बिल्कुल सुरक्षित है - एक भयानक बिजली की हड़ताल का एक ध्वनिक परिणाम, जो वायुमंडलीय स्थैतिक बिजली के कारण होता है। नौकायन बेड़े के समय के नाविक अपने मस्तूलों पर सेंट एल्मो की रोशनी को देखकर विस्मय में पड़ गए, जो वायुमंडलीय स्थैतिक बिजली की अभिव्यक्ति भी हैं। लोगों ने प्राचीन धर्मों के सर्वोच्च देवताओं को बिजली के रूप में एक अविभाज्य विशेषता के साथ संपन्न किया, चाहे वह ग्रीक ज़ीउस, रोमन बृहस्पति, स्कैंडिनेवियाई थोर या रूसी पेरुन हो।

सदियाँ बीत चुकी हैं जब लोगों को पहली बार बिजली में दिलचस्पी होने लगी थी, और कभी-कभी हमें यह भी संदेह नहीं होता है कि वैज्ञानिक, स्थैतिक बिजली के अध्ययन से गहन निष्कर्ष निकालकर, हमें आग और विस्फोटों की भयावहता से बचा रहे हैं। हमने आकाश में बिजली की छड़ों को इंगित करके और ईंधन ट्रकों को ग्राउंडिंग उपकरणों से लैस करके इलेक्ट्रोस्टैटिक्स को नियंत्रित किया जो इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज को सुरक्षित रूप से जमीन में भागने की अनुमति देते हैं। और, फिर भी, स्थैतिक बिजली दुर्व्यवहार करना जारी रखती है, रेडियो संकेतों के स्वागत में हस्तक्षेप करती है - आखिरकार, एक ही समय में पृथ्वी पर 2000 तक गरज के साथ गरज के साथ छींटे पड़ रहे हैं, जो हर सेकंड में 50 बिजली का निर्वहन उत्पन्न करते हैं।

लोग अनादि काल से स्थैतिक बिजली का अध्ययन कर रहे हैं; हम प्राचीन यूनानियों के लिए "इलेक्ट्रॉन" शब्द का भी श्रेय देते हैं, हालांकि उनका मतलब इससे कुछ अलग था - इसलिए उन्होंने एम्बर कहा, जो घर्षण के दौरान पूरी तरह से विद्युतीकृत था (अन्य - ग्रीक ἤλεκτρον - एम्बर)। दुर्भाग्य से, स्थैतिक बिजली का विज्ञान हताहतों के बिना नहीं रहा है - रूसी वैज्ञानिक जॉर्ज विल्हेम रिचमैन को बिजली के एक प्रयोग के दौरान मार दिया गया था, जो वायुमंडलीय स्थैतिक बिजली की सबसे दुर्जेय अभिव्यक्ति है।

स्थैतिक बिजली और मौसम

पहले सन्निकटन में, वज्र के आवेशों के निर्माण का तंत्र कई तरह से कंघी के विद्युतीकरण के तंत्र के समान होता है - इसमें घर्षण द्वारा विद्युतीकरण ठीक उसी तरह होता है। पानी की छोटी बूंदों से बने बर्फ के कण, ऊपर की ओर हवा की धाराओं के स्थानांतरण के कारण ठंडा हो जाते हैं, बादल के ठंडे हिस्से एक दूसरे से टकराते हैं। बर्फ के बड़े टुकड़े ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं, जबकि छोटे टुकड़े धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं। वजन में अंतर के कारण, बादल में बर्फ का पुनर्वितरण होता है: बड़े, भारी वाले बादल के नीचे तक डूब जाते हैं, और हल्के, छोटे बर्फ के टुकड़े गरज के ऊपरी हिस्से में इकट्ठा होते हैं। यद्यपि संपूर्ण बादल तटस्थ रहता है, बादल के निचले भाग को ऋणात्मक आवेश प्राप्त होता है, जबकि ऊपरी भाग को धनात्मक आवेश प्राप्त होता है।

एक विद्युतीकृत कंघी की तरह जो एक गुब्बारे को कंघी के सबसे करीब एक विपरीत चार्ज के शामिल होने के कारण आकर्षित करती है, एक गरज के साथ पृथ्वी की सतह पर एक सकारात्मक चार्ज उत्पन्न होता है। जैसे-जैसे वज्रपात होता है, आवेश बढ़ते हैं, जबकि उनके बीच क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है, और जब क्षेत्र की ताकत इन मौसम की स्थिति के लिए महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक हो जाती है, तो हवा का एक विद्युत टूटना होता है - एक बिजली का निर्वहन।

बिजली की छड़ के आविष्कार के लिए मानव जाति बेंजामिन फ्रैंकलिन - बाद में पेन्सिलवेनिया की सर्वोच्च कार्यकारी परिषद के अध्यक्ष और संयुक्त राज्य अमेरिका के पहले पोस्टमास्टर जनरल की ऋणी है (इसे बिजली की छड़ कहना अधिक सटीक होगा), जिसे हमेशा के लिए बचा लिया गया। इमारतों में बिजली गिरने से होने वाली आग से पृथ्वी की आबादी। वैसे, फ्रैंकलिन ने अपने आविष्कार का पेटेंट नहीं कराया, जिससे यह सभी मानव जाति के लिए उपलब्ध हो गया।

बिजली हमेशा केवल विनाश नहीं लाती थी - यूराल खनिकों ने क्षेत्र में कुछ बिंदुओं पर बिजली के हमलों की आवृत्ति से लोहे और तांबे के अयस्कों का स्थान निर्धारित किया।

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स की घटनाओं का अध्ययन करने के लिए अपना समय समर्पित करने वाले वैज्ञानिकों में, अंग्रेज माइकल फैराडे का उल्लेख करना आवश्यक है, जो बाद में इलेक्ट्रोडायनामिक्स के संस्थापकों में से एक थे, और डचमैन पीटर वैन मुशचेनब्रोक, इलेक्ट्रिक कैपेसिटर के प्रोटोटाइप के आविष्कारक - द प्रसिद्ध लेडेन जार।

DTM, IndyCar या फॉर्मूला 1 दौड़ को देखते हुए, हमें यह भी संदेह नहीं है कि यांत्रिकी पायलटों को मौसम के रडार डेटा के आधार पर टायर को बारिश में बदलने के लिए बुला रहे हैं। और ये आंकड़े, बदले में, निकट आने वाले वज्रपात की विद्युत विशेषताओं पर आधारित हैं।

स्थैतिक बिजली एक ही समय में हमारी दोस्त और दुश्मन है: रेडियो इंजीनियर इसे नापसंद करते हैं, पास की बिजली की हड़ताल के परिणामस्वरूप जले हुए सर्किट बोर्डों की मरम्मत करते समय ग्राउंडिंग कंगन खींचते हैं - इस मामले में, एक नियम के रूप में, उपकरण के इनपुट चरण विफल हो जाते हैं . दोषपूर्ण ग्राउंडिंग उपकरण के साथ, यह दुखद परिणामों के साथ गंभीर मानव निर्मित आपदाओं का कारण बन सकता है - पूरे कारखानों में आग और विस्फोट।

चिकित्सा में स्थैतिक बिजली

फिर भी, यह रोगी के हृदय के अराजक ऐंठन संकुचन के कारण हृदय ताल गड़बड़ी वाले लोगों की सहायता के लिए आता है। डिफाइब्रिलेटर नामक उपकरण का उपयोग करके एक छोटा इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज पास करके इसका सामान्य संचालन बहाल किया जाता है। डिफाइब्रिलेटर की मदद से दूसरी दुनिया से रोगी की वापसी का दृश्य एक निश्चित शैली की फिल्म के लिए एक तरह का क्लासिक है। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फिल्में पारंपरिक रूप से बिना दिल की धड़कन के संकेत और एक अशुभ सीधी रेखा के साथ एक मॉनिटर दिखाती हैं, हालांकि वास्तव में, डिफाइब्रिलेटर का उपयोग रोगी के दिल के रुकने पर मदद नहीं करता है।

अन्य उदाहरण

स्थैतिक बिजली से बचाने के लिए विमान के धातुकरण की आवश्यकता को याद करना उपयोगी होगा, अर्थात, इंजन सहित विमान के सभी धातु भागों को एक विद्युत रूप से अभिन्न संरचना में जोड़ना। विमान की पूरी पूंछ की युक्तियों पर, स्थैतिक बिजली को निकालने के लिए स्थिर डिस्चार्जर स्थापित किए जाते हैं जो विमान के शरीर के खिलाफ हवा के घर्षण के कारण उड़ान के दौरान जमा हो जाते हैं। स्थैतिक बिजली के निर्वहन के कारण होने वाले हस्तक्षेप से बचाने और ऑन-बोर्ड इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए ये उपाय आवश्यक हैं।

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स छात्रों को "विद्युत" खंड से परिचित कराने में एक निश्चित भूमिका निभाता है - शायद भौतिकी के किसी भी खंड में अधिक शानदार प्रयोग नहीं हैं - यहां आपके पास अंत में खड़े बाल हैं, और एक कंघी के लिए एक गुब्बारे की खोज, और रहस्यमय चमक बिना किसी कनेक्शन तार के फ्लोरोसेंट लैंप! लेकिन गैस से भरे उपकरणों की चमक का यह प्रभाव उन इलेक्ट्रीशियनों की जान बचाता है जो आधुनिक बिजली लाइनों और वितरण नेटवर्क में उच्च वोल्टेज से निपटते हैं।

और सबसे महत्वपूर्ण बात, वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि हम शायद पृथ्वी पर जीवन की उपस्थिति के लिए स्थैतिक बिजली, या बिजली के रूप में इसके निर्वहन के कारण हैं। पिछली शताब्दी के मध्य में प्रयोगों के दौरान, गैसों के मिश्रण के माध्यम से विद्युत निर्वहन के पारित होने के साथ, पृथ्वी के वायुमंडल की प्राथमिक संरचना की संरचना के करीब, अमीनो एसिड में से एक प्राप्त किया गया था, जो "ईंट" है। "हमारे जीवन का।

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स को वश में करने के लिए, संभावित अंतर या विद्युत वोल्टेज को जानना बहुत महत्वपूर्ण है, जिसके मापन के लिए वोल्टमीटर नामक उपकरण का आविष्कार किया गया था। 19वीं सदी के इतालवी वैज्ञानिक एलेसेंड्रो वोल्टा ने विद्युत वोल्टेज की अवधारणा पेश की, जिसके नाम पर इस इकाई का नाम रखा गया। एक समय में, इलेक्ट्रोस्टैटिक वोल्टेज को मापने के लिए गैल्वेनोमीटर का उपयोग किया जाता था, जिसका नाम वोल्टा के हमवतन लुइगी गलवानी के नाम पर रखा गया था। दुर्भाग्य से, इलेक्ट्रोडायनामिक प्रकार के इन उपकरणों ने माप में विकृतियों को पेश किया।

स्थैतिक बिजली का अध्ययन

वैज्ञानिकों ने अठारहवीं शताब्दी के फ्रांसीसी वैज्ञानिक चार्ल्स ऑगस्टिन डी कूलम्ब के काम के समय से इलेक्ट्रोस्टैटिक्स की प्रकृति का व्यवस्थित रूप से अध्ययन करना शुरू कर दिया। विशेष रूप से, उन्होंने विद्युत आवेश की अवधारणा का परिचय दिया और आवेशों की परस्पर क्रिया के नियम की खोज की। बिजली की मात्रा के लिए माप की इकाई, कूलम्ब (Cl) का नाम उनके नाम पर रखा गया है। सच है, ऐतिहासिक न्याय के लिए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वर्षों पहले अंग्रेजी वैज्ञानिक लॉर्ड हेनरी कैवेन्डिश इसमें लगे हुए थे; दुर्भाग्य से, उन्होंने मेज पर लिखा और उनके कार्यों को उनके उत्तराधिकारियों द्वारा केवल 100 साल बाद प्रकाशित किया गया।

विद्युत अंतःक्रियाओं के नियमों के प्रति समर्पित पूर्ववर्तियों के काम ने भौतिकविदों जॉर्ज ग्रीन, कार्ल फ्रेडरिक गॉस और शिमोन डेनिस पॉइसन को गणितीय रूप से सुरुचिपूर्ण सिद्धांत बनाने में सक्षम बनाया जिसका हम आज भी उपयोग करते हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में मुख्य सिद्धांत एक इलेक्ट्रॉन का अभिधारणा है - एक प्राथमिक कण जो किसी भी परमाणु का हिस्सा होता है और बाहरी ताकतों के प्रभाव में आसानी से इससे अलग हो जाता है। इसके अलावा, समान आवेशों के प्रतिकर्षण और असमान आवेशों के आकर्षण के बारे में अभिधारणाएँ हैं।

बिजली माप

पहले मापने वाले उपकरणों में से एक सबसे सरल इलेक्ट्रोस्कोप था, जिसका आविष्कार अंग्रेजी पुजारी और भौतिक विज्ञानी अब्राहम बेनेट ने किया था - एक कांच के कंटेनर में रखी सोने की विद्युत प्रवाहकीय पन्नी की दो चादरें। तब से, मापने के उपकरण महत्वपूर्ण रूप से विकसित हुए हैं - और अब वे नैनोकूलॉम्स की इकाइयों में अंतर को माप सकते हैं। अत्यंत सटीक भौतिक उपकरणों का उपयोग करके, रूसी वैज्ञानिक अब्राम इओफ़े और अमेरिकी भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट एंड्रयूज मिलिकेन एक इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश को मापने में सक्षम थे।

आजकल, डिजिटल प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ, अद्वितीय विशेषताओं वाले अति-संवेदनशील और उच्च-सटीक उपकरण दिखाई दिए हैं, जो उच्च इनपुट प्रतिरोध के कारण, माप में विकृतियों का परिचय नहीं देते हैं। वोल्टेज को मापने के अलावा, ऐसे उपकरण विद्युत सर्किट की अन्य महत्वपूर्ण विशेषताओं को मापना संभव बनाते हैं, जैसे कि ओमिक प्रतिरोध और एक विस्तृत माप सीमा में प्रवाहित धारा। सबसे उन्नत उपकरण, जिसे मल्टीमीटर कहा जाता है या, पेशेवर शब्दजाल में, परीक्षक, उनकी बहुमुखी प्रतिभा के कारण, एसी आवृत्ति, संधारित्र समाई और परीक्षण ट्रांजिस्टर को भी माप सकते हैं और यहां तक ​​कि तापमान को भी माप सकते हैं।

एक नियम के रूप में, आधुनिक उपकरणों में अंतर्निहित सुरक्षा होती है जो गलत तरीके से उपयोग किए जाने पर डिवाइस को क्षतिग्रस्त होने की अनुमति नहीं देती है। वे कॉम्पैक्ट, संभालने में आसान और संचालित करने के लिए पूरी तरह से सुरक्षित हैं - प्रत्येक एक सटीक परीक्षणों की एक श्रृंखला के माध्यम से जाता है, भारी शुल्क स्थितियों के तहत परीक्षण किया जाता है और एक अच्छी तरह से योग्य सुरक्षा प्रमाण पत्र अर्जित करता है।

क्या आपको माप की इकाइयों का एक भाषा से दूसरी भाषा में अनुवाद करने में कठिनाई होती है? सहकर्मी आपकी मदद के लिए तैयार हैं। टीसी टर्म्स पर एक प्रश्न पोस्ट करेंऔर कुछ ही मिनटों में आपको जवाब मिल जाएगा।

कनवर्टर में इकाइयों को परिवर्तित करने की गणना " इलेक्ट्रिक चार्ज कनवर्टर'unitconversion.org के कार्यों का उपयोग करके किया जाता है।