विद्युत आवेश, उनकी परस्पर क्रिया।

डीसी विद्युत परिपथ, इसके मूल नियम।

पदार्थ की संरचना का इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत.

प्रकृति में सभी पदार्थ अणुओं, परमाणुओं के अणुओं से बने होते हैं।

अणुवह सबसे छोटा कण है जिसमें किसी दिए गए पदार्थ के रासायनिक गुण होते हैं।

यदि आप एक अणु को विभाजित करते हैं, तो कोई पदार्थ नहीं होगा, लेकिन ऐसे तत्व होंगे जो इस पदार्थ को बनाते हैं: परमाणु।

एटमवह सबसे छोटा कण है जिसमें किसी दिए गए तत्व के रासायनिक और भौतिक गुण होते हैं।

यह होते हैं:

एक धनात्मक आवेशित नाभिक

ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन अनुमत कक्षाओं में घूम रहे हैं।

नाभिक में सकारात्मक प्रोटॉन और तटस्थ न्यूट्रॉन होते हैं।

एक इलेक्ट्रॉन का आवेश एक प्रोटॉन के आवेश के बराबर होता है, लेकिन संकेत विपरीत होते हैं। ये प्राथमिक कण आकार और द्रव्यमान में समान नहीं होते हैं, प्रोटॉन इलेक्ट्रॉन से बड़ा होता है।

परमाणु एक विद्युत् रूप से तटस्थ कण (आवेशित नहीं) है, अर्थात, जितने प्रोटॉन नाभिक में होते हैं, उतने ही इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, क्योंकि एक प्रोटॉन एक इलेक्ट्रॉन को धारण कर सकता है।

इस प्रकार, हमारे चारों ओर की दुनिया की विविधता केवल तीन कणों के विभिन्न संयोजनों से बनती है: एक न्यूट्रॉन, एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन, जिनकी बदले में एक आंतरिक संरचना भी होती है।

अणु की संयोजन क्षमतावे इलेक्ट्रॉन हैं जो चरम कक्षा में हैं। वे किसी पदार्थ के रासायनिक गुणों और उसकी विद्युत चालकता का निर्धारण करते हैं।

इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटीकिसी पदार्थ की विद्युत धारा संचालित करने की क्षमता है।

विद्युत आवेश, उनकी परस्पर क्रिया।

प्राचीन काल में भी यह ज्ञात था कि ऊन पर पहना जाने वाला एम्बर हल्की वस्तुओं को आकर्षित करने की क्षमता प्राप्त कर लेता है। बाद में यह पाया गया कि कई अन्य पदार्थों में समान गुण होते हैं। एम्बर की तरह रगड़ने के बाद हल्की वस्तुओं को आकर्षित करने में सक्षम पिंड विद्युतीकृत कहलाते हैं। इस अवस्था में पिंडों पर विद्युत आवेश होते हैं, और पिंड स्वयं आवेशित कहलाते हैं।

प्रकृति में आवेश केवल दो प्रकार के होते हैं - धनात्मक और ऋणात्मक। समान चिन्ह वाले आवेश (जैसे आवेश) प्रतिकर्षित करते हैं, विपरीत चिन्ह वाले आवेश (विपरीत आवेश) आकर्षित करते हैं।

प्राथमिक कणों में सबसे छोटा (प्राथमिक) आवेश होता है। उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन और एक पॉज़िट्रॉन सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, जबकि एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीप्रोटॉन नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं।

प्राथमिक ऋणात्मक आवेश परिमाण में प्राथमिक धनात्मक आवेश के बराबर होता है। SI प्रणाली में आवेश को मापा जाता है पेंडेंट(सीएल)। प्राथमिक प्रभार का मूल्य ई = 1.6-10-19 सी।प्रकृति में, कहीं भी और कभी भी एक ही चिन्ह का विद्युत आवेश उत्पन्न या गायब नहीं होता है। एक सकारात्मक विद्युत आवेश + q की उपस्थिति हमेशा एक समान नकारात्मक विद्युत आवेश - q की उपस्थिति के साथ होती है। न तो धनात्मक और न ही ऋणात्मक आवेश एक-दूसरे से अलग-अलग गायब हो सकते हैं, वे केवल एक-दूसरे को परस्पर बेअसर कर सकते हैं यदि वे समान हों।

एक तटस्थ परमाणु से चार्ज प्राप्त करने के लिए, आपको किसी प्रकार के बल के साथ कार्य करना होगा और इलेक्ट्रॉनों को फाड़ना होगा, या विदेशी इलेक्ट्रॉनों को एक तटस्थ परमाणु से जोड़ना होगा। परिणामस्वरूप, अलग होने पर (उदाहरण के लिए, घर्षण के दौरान), एक धनात्मक आवेशित परमाणु प्राप्त होता है, जिसे कहा जाता है सकारात्मक आयन, और जब संलग्न हो - नकारात्मक आयन.

आयनीकरणतटस्थ परमाणु से आवेश बनने की प्रक्रिया है।

8.1. दो प्रकार के विद्युत आवेश

यदि कुछ कणों (या पिंडों) में विद्युत अंतःक्रियाओं में भाग लेने की क्षमता है, तो उन्हें कुछ विशेषता देना समझ में आता है जो उनकी इस संपत्ति को इंगित करेगा। इस विशेषता को कहा जाता है बिजली का आवेश. वे पिंड जो विद्युतीय अंतःक्रिया में भाग लेते हैं, आवेशित कहलाते हैं। इस प्रकार, "विद्युत आवेशित" शब्द "विद्युत अंतःक्रियाओं में भाग लेता है" अभिव्यक्ति का पर्याय है। कुछ प्राथमिक कणों में विद्युत आवेश क्यों होता है, जबकि अन्य में नहीं - कोई नहीं जानता!

प्रयोगात्मक डेटा के आधार पर आगे के तर्क का उद्देश्य, यदि संभव हो तो, इस विशेषता को ठोस बनाना है, ताकि इसे मात्रात्मक बनाया जा सके।

विद्युत परिघटनाओं के अध्ययन का इतिहास लंबा और नाटकीयता से भरा है...

आगे, हम सरल प्रयोगों की एक श्रृंखला का वर्णन करते हैं जिन्हें घर पर "रसोई में" या स्कूल प्रयोगशाला में किया जा सकता है। उन्हें समझाते समय, हम उस ज्ञान का उपयोग करेंगे जो कई वैज्ञानिकों ने कई सौ वर्षों में कई और विविध प्रयोगों के परिणामस्वरूप प्राप्त किया है।

अब, हम प्रायोगिक अनुसंधान के कुछ चरणों को बहुत सरल रूप में पुन: पेश करेंगे, जिसके निष्कर्ष विद्युत इंटरैक्शन के आधुनिक सिद्धांत के आधार के रूप में कार्य करते हैं।

प्रयोग करने के लिए सबसे पहले यह सीखना चाहिए कि आवेशित पिंड कैसे प्राप्त करें। इस लक्ष्य को प्राप्त करने का सबसे सरल तरीका है घर्षण द्वारा विद्युतीकरण. उदाहरण के लिए, यदि कांच को रेशम से रगड़ा जाए तो वह अच्छी तरह से विद्युतीकृत हो जाता है (अर्थात विद्युत आवेश प्राप्त कर लेता है)। विद्युत आवेश की उपस्थिति इस तथ्य में प्रकट होती है कि ऐसी छड़ी कागज के टुकड़ों, बालों, धूल के कणों आदि को आकर्षित करने लगती है।

यह भी स्थापित किया जा सकता है कि कई अन्य पदार्थ भी घर्षण द्वारा विद्युतीकृत होते हैं। परिणाम को पहले से जानते हुए, बिजली के दूसरे "स्रोत" के रूप में, हम ऊन से पहनी जाने वाली इबोनाइट छड़ी को चुनते हैं। आइए कांच पर दिखाई देने वाले विद्युत आवेश को - "ग्लास" कहें, और एबोनाइट पर लगने वाले आवेश को "राल" कहें।

इसके बाद, हमें एक "डिवाइस" की आवश्यकता है जो विद्युत आवेश की उपस्थिति पर प्रतिक्रिया दे सके। ऐसा करने के लिए, हम पन्नी के एक टुकड़े से मुड़ा हुआ एक हल्का कप एक धागे पर लटकाते हैं। यह जांचना आसान है कि यह कप चार्ज नहीं है - ताकि हम इसमें पेंसिल, हाथ, भौतिकी की पाठ्यपुस्तक आदि न लाएँ, कप पर कोई प्रभाव न पड़े।

आइए एक आवेशित काँच की इलेक्ट्रिक स्टिक को एक अनावेशित काँच में लाएँ (चित्र 141)। अन्य छोटे पिंडों की तरह कांच भी इसकी ओर आकर्षित होता है। धागे के विचलन के कोण से (कप के ज्ञात द्रव्यमान और धागे की लंबाई के साथ), कोई आकर्षण बल की गणना भी कर सकता है। यदि कांच आवेशित छड़ी के संपर्क में नहीं आता है, तो यह अनावेशित रहता है, जिसे प्रयोगात्मक रूप से आसानी से सत्यापित किया जा सकता है। यदि कांच आवेशित छड़ी को छूता है, तो वह तेजी से उससे दूर हट जाएगी। यदि अब हम छड़ी को हटा दें, तो कप चार्ज हो जाएगा, जिसे उसके पास एक अन्य अनावेशित वस्तु लाकर सत्यापित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यह उठे हुए हाथ की ओर आकर्षित होगा।

यदि हम रेशम पर रगड़ी गई कांच की छड़ को ऊन पर रगड़ी गई एबोनाइट की छड़ से बदल दें तो भी इसी तरह के परिणाम प्राप्त होते हैं।

इस प्रकार, इन प्रयोगों में, "कांच" और "राल" बिजली के बीच अंतर प्रकट नहीं होता है।

हम अभी इस बात पर चर्चा नहीं करेंगे कि एक अनावेशित कप एक आवेशित छड़ी की ओर क्यों आकर्षित होता है, और एक आवेशित कप एक अनावेशित हाथ की ओर आकर्षित होता है। प्रयोग से हम जो एकमात्र निष्कर्ष निकाल सकते हैं वह यह है कि संपर्क के परिणामस्वरूप, कांच ने विद्युत आवेश प्राप्त कर लिया। इसलिए, विद्युत आवेश प्रसारित किया जा सकता हैएक शरीर से दूसरे शरीर में.

दो समान फ़ॉइल कप लें, उन्हें समान लंबाई के धागों पर अगल-बगल लटका दें। यदि कपों को उसी प्रकार चार्ज किया जाता है (या तो ग्लास की सहायता से या एबोनाइट रॉड की सहायता से), तो कप विकर्षित हो जाते हैं (चित्र 142)। यदि कपों पर अलग-अलग चार्ज लगाए जाएं तो वे आकर्षित होते हैं।

इस प्रकार, हम साबित करते हैं कि कम से कम है दो प्रकार के विद्युत आवेश.

आगे के प्रयोगों के लिए, हम "मापने वाले कप" को एक अधिक उन्नत उपकरण से बदल देंगे जिसे इलेक्ट्रोमीटर कहा जाता है (चित्र 143)। डिवाइस में एक धातु की छड़ और एक हल्का धातु सूचक होता है जो क्षैतिज अक्ष के चारों ओर घूम सकता है। इस उपकरण को कांच के कवर से बंद धातु के केस में रखा गया है। सूचक के विक्षेपण कोण को एक पैमाने का उपयोग करके मापा जा सकता है। तीर की छड़ को प्लेक्सीग्लास आस्तीन के साथ शरीर में तय किया गया है। तीर वाली छड़ पिछले प्रयोगों में फ़ॉइल कप के समान ही भूमिका निभाती है - जब कोई आवेशित पिंड छड़ को छूता है, तो आवेश छड़ और तीर की ओर प्रवाहित होगा, जिससे उसका विक्षेपण होगा। इसके अलावा, तीर के विक्षेपण की दिशा रिपोर्ट किए गए चार्ज के प्रकार पर निर्भर नहीं करती है।

आगे के प्रयोगों के लिए, हम दो समान इलेक्ट्रोस्कोप का उपयोग करेंगे। आइए, उदाहरण के लिए, एक कांच की छड़ का उपयोग करके उनमें से एक को चार्ज करें। इसके बाद, हम विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करके इलेक्ट्रोमीटर की छड़ों को जोड़ना शुरू करेंगे। छड़ों को लकड़ी, अनावेशित कांच, इबोनाइट, प्लास्टिक की छड़ियों से जोड़ते समय; कपड़ा धागों में कोई परिवर्तन नहीं होता - एक इलेक्ट्रोमीटर आवेशित रहता है, दूसरा अनावेशित। यदि आप छड़ों को धातु के तार से जोड़ते हैं, तो दोनों इलेक्ट्रोमीटर चार्ज हो जाते हैं। इसके अलावा, प्रारंभ में चार्ज किए गए इलेक्ट्रोमीटर के तीर का विचलन कम हो जाएगा (चित्र 144)।

इस प्रयोग के परिणामों से दो महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं: सबसे पहले, कुछ सामग्री (धातु) विद्युत आवेश संचारित कर सकती हैं, अन्य (कांच, प्लास्टिक, लकड़ी) नहीं कर सकतीं; दूसरे, चार्ज बदल सकता है, कम या ज्यादा हो सकता है। वही प्रयोग दूसरे प्रकार ("राल") बिजली का उपयोग करके दोहराया जा सकता है। परिणाम वही होंगे - जो सामग्रियां "ग्लास" बिजली का संचालन करती हैं, वे "राल" बिजली का संचालन करती हैं। यदि "ग्लास" चार्ज को इलेक्ट्रोमीटर के बीच पुनर्वितरित किया जाता है, तो "राल" चार्ज भी व्यवहार करता है।

इसलिए, हम सामग्रियों को दो समूहों में विभाजित कर सकते हैं - वे जो विद्युत आवेश संचारित करते हैं (इन सामग्रियों को कहा जाता है कंडक्टर), और वे जो विद्युत आवेश संचारित नहीं करते (उन्हें बुलाया गया था रोधक). वैसे, इलेक्ट्रोमीटर की रॉड को इंसुलेटर स्लीव की मदद से बॉडी से अलग किया जाता है ताकि इलेक्ट्रिक चार्ज बॉडी पर "फैल" न जाए, बल्कि रॉड और तीर पर बना रहे।

इलेक्ट्रोमीटर सुई के विभिन्न विचलन स्पष्ट रूप से इंगित करते हैं कि आवेशित पिंडों के बीच परस्पर क्रिया का बल भिन्न हो सकता है, इसलिए, आवेशों का परिमाण भिन्न हो सकता है। इसलिए, चार्ज को कुछ संख्यात्मक मान द्वारा चित्रित किया जा सकता है (और नहीं, जैसा कि हमने पहले कहा था - "है, या नहीं है")।

एक और दिलचस्प परिणाम - यदि आप चार्ज किए गए इलेक्ट्रोमीटर की छड़ को अपने हाथ से छूते हैं, तो इलेक्ट्रोमीटर डिस्चार्ज हो जाता है - चार्ज गायब हो जाता है। इन गुणात्मक अवलोकनों के आधार पर भी यह समझाना संभव है कि हाथ छूने पर आवेश कहाँ गायब हो जाता है। मानव शरीर एक संवाहक है, इसलिए आवेश मानव शरीर में प्रवाहित हो सकता है।

आवेश की मात्रात्मक प्रकृति के बारे में इस विचार की पुष्टि करने के लिए, निम्नलिखित प्रयोग किया जा सकता है। हम एक इलेक्ट्रोमीटर को चार्ज करते हैं - हम तीर के विचलन के कोण को नोट करते हैं। हम इसे दूसरे इलेक्ट्रोमीटर से जोड़ते हैं - तीर के विचलन का कोण काफ़ी कम हो जाएगा। हम उपकरणों और हाथ के बीच संपर्क को हटाते हैं, दूसरे इलेक्ट्रोमीटर को डिस्चार्ज करते हैं, जिसके बाद हम इलेक्ट्रोमीटर को फिर से जोड़ते हैं - तीर का विचलन फिर से कम हो जाएगा। इस प्रकार, विद्युत आवेश को भागों में विभाजित किया जा सकता है। आप विपरीत प्रयोग भी कर सकते हैं - धीरे-धीरे इलेक्ट्रोमीटर में चार्ज जोड़ना।

अब दो उपलब्ध प्रकार की बिजली को "मिक्स" करें। ऐसा करने के लिए, हम एक इलेक्ट्रोमीटर को "ग्लास" बिजली से और दूसरे को "राल" से चार्ज करते हैं, यह सुनिश्चित करने की कोशिश करते हैं कि दोनों इलेक्ट्रोमीटर के तीरों का प्रारंभिक विचलन लगभग समान है। उसके बाद, हम इलेक्ट्रोमीटर की छड़ों को एक धातु के तार से जोड़ते हैं (एक इंसुलेटिंग हैंडल पर ताकि चार्ज भाग न जाए)। इस प्रयोग का परिणाम आश्चर्यजनक हो सकता है - दोनों इलेक्ट्रोस्कोप को डिस्चार्ज कर दिया गया, या "ग्लास" और "राल" बिजली को बेअसर कर दिया गया, एक दूसरे को मुआवजा दिया गया (चित्र 145)। नतीजतन, विभिन्न प्रकार के चार्ज के लिए अलग-अलग बीजगणितीय संकेत निर्दिष्ट करना संभव हो जाता है - एक चार्ज को सकारात्मक, दूसरे को नकारात्मक कहना। यह मान लेना उचित है कि अंतःक्रिया का बल कुल आवेश पर निर्भर करता है। यदि शुरू में इलेक्ट्रोमीटर को विभिन्न प्रकार की बिजली से चार्ज किया गया था, लेकिन एक अलग सीमा तक (तीर के विचलन अलग-अलग हैं), और फिर वे जुड़े हुए हैं, तो चार्ज का केवल आंशिक मुआवजा होगा - तीर विक्षेपित हो जाएंगे, लेकिन बहुत कम हद तक.

ऐतिहासिक रूप से, "ग्लास" चार्ज को सकारात्मक कहा जाता था, और "राल" चार्ज नकारात्मक हो गया।

हमारे द्वारा वर्णित उपकरण, इलेक्ट्रोमीटर, केवल आवेशों के परिमाण का गुणात्मक मूल्यांकन करने की अनुमति देता है; इसके साथ मात्रात्मक माप करना असंभव है। उदाहरण के लिए, अपने हाथ को चार्ज किए गए इलेक्ट्रोमीटर के पास लाने का प्रयास करें (रॉड को छुए बिना) - तीर का विचलन बढ़ जाएगा! चार्ज की गई छड़ी को रॉड को छुए बिना बिना चार्ज वाली रॉड पर लाएँ - तीर विचलित हो जाएगा, हालाँकि इलेक्ट्रोमीटर चार्ज नहीं है। हम इन तथ्यों की व्याख्या पर बाद में लौटेंगे।

पन्नी की हल्की गेंदों को दो धागों पर लटकाकर और उनमें से प्रत्येक को रेशम पर रगड़ी गई कांच की छड़ से स्पर्श करके, आप देख सकते हैं कि गेंदें एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगी। यदि आप एक गेंद को रेशम पर रगड़ी हुई कांच की छड़ से और दूसरी को फर पर रगड़ी गई एबोनाइट की छड़ से स्पर्श करते हैं, तो गेंदें एक-दूसरे की ओर आकर्षित होंगी। इसका मतलब यह है कि कांच और एबोनाइट की छड़ें रगड़ने पर चिपक जाती हैं विभिन्न संकेतों के आरोप , अर्थात। प्रकृति में मौजूद हैं दो प्रकार के विद्युत आवेशविपरीत चिन्ह होना: सकारात्मक और नकारात्मक। हम इस बात पर विचार करने के लिए सहमत हुए कि एक कांच की छड़, रेशम पर रगड़ने से प्राप्त होती है सकारात्मक आरोप , और एक आबनूस की छड़ी, फर के खिलाफ रगड़ने से प्राप्त होती है ऋणात्मक आवेश .

वर्णित प्रयोग से यह भी पता चलता है कि पिंडों पर आवेश होता है एक - दूसरे से बात करें. आवेशों की इस परस्पर क्रिया को विद्युत कहते हैं। जिसमें समान आरोप, वे। एक ही चिन्ह के आरोप , एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, और विपरीत आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं।

यह उपकरण समान आवेशित पिंडों के प्रतिकर्षण की घटना पर आधारित है विद्युतदर्शी- यह निर्धारित करने के लिए एक उपकरण कि क्या किसी दिए गए शरीर को चार्ज किया गया है, और विद्युतमापी, एक उपकरण जो आपको विद्युत आवेश के मूल्य का अनुमान लगाने की अनुमति देता है।

यदि कोई आवेशित वस्तु इलेक्ट्रोस्कोप की छड़ को छूती है, तो इलेक्ट्रोस्कोप की पत्तियाँ तितर-बितर हो जाएँगी, क्योंकि वे उसी चिन्ह का आवेश प्राप्त कर लेंगी। यदि आवेशित पिंड इसकी छड़ को छूता है तो इलेक्ट्रोमीटर की सुई के साथ भी ऐसा ही होगा। इस मामले में, चार्ज जितना अधिक होगा, तीर रॉड से उतने ही अधिक कोण पर विचलित होगा।

सरल प्रयोगों से यह निष्कर्ष निकलता है कि आवेशित पिंडों के बीच परस्पर क्रिया का बल अर्जित आवेश के परिमाण के आधार पर अधिक या कम हो सकता है। इस प्रकार, हम कह सकते हैं कि विद्युत आवेश, एक ओर, शरीर की विद्युत अंतःक्रिया की क्षमता को दर्शाता है, और दूसरी ओर, एक मात्रा है जो इस अंतःक्रिया की तीव्रता को निर्धारित करती है।

आरोप पत्र द्वारा दर्शाया गया है क्यू , आवेश की एक इकाई के रूप में लिया गया लटकन: [क्यू ] = 1 सीएल.

यदि आप एक इलेक्ट्रोमीटर को चार्ज की गई छड़ी से छूते हैं, और फिर इस इलेक्ट्रोमीटर को धातु की छड़ से दूसरे इलेक्ट्रोमीटर से जोड़ते हैं, तो पहले इलेक्ट्रोमीटर पर चार्ज दो इलेक्ट्रोमीटर के बीच विभाजित हो जाएगा। फिर आप इलेक्ट्रोमीटर को कई अन्य इलेक्ट्रोमीटरों से जोड़ सकते हैं, और चार्ज उनके बीच साझा किया जाएगा। इस प्रकार, विद्युत आवेश होता है विभाज्यता संपत्ति . चार्ज विभाज्यता की सीमा, यानी प्रकृति में मौजूद सबसे छोटा आवेश आवेश है इलेक्ट्रॉन. एक इलेक्ट्रॉन का आवेश ऋणात्मक एवं बराबर होता है 1.6*10 -19 सी. कोई भी अन्य आवेश इलेक्ट्रॉन आवेश का गुणज होता है।

§ 1 दो प्रकार के विद्युत आवेश। विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया

ब्रह्मांड की संरचना गुरुत्वाकर्षण आकर्षण से बनी है, लेकिन केवल यही बल असीमित संपीड़न की ओर ले जाएगा। पिंडों के आयामों को स्थिर बनाए रखने के लिए एक प्रतिकारक बल की आवश्यकता होती है। इन बलों में विद्युत चुम्बकीय संपर्क की ताकतें शामिल हैं। वे कणों के आकर्षण और प्रतिकर्षण का कारण बनते हैं। इलेक्ट्रोडायनामिक्स भौतिकी की एक शाखा है जो आवेशित कणों के विद्युत चुम्बकीय संपर्क का अध्ययन करती है। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स इलेक्ट्रोडायनामिक्स का एक खंड है जो गतिहीन (स्थैतिक) विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है।

विद्युत आवेश क्या है? प्रतिनिधित्व बनाने के लिए प्रारंभिक जानकारी, ज्ञान, अनुभव, प्रयोग और परिकल्पनाएँ आवश्यक हैं।

विद्युत संपर्क (गुरुत्वाकर्षण के विपरीत) न केवल पारस्परिक आकर्षण है, बल्कि प्रतिकर्षण भी है।

आइए एक प्रयोग करें: हम घर्षण द्वारा विद्युतीकृत एक एबोनाइट छड़ी लाते हैं, पहले एक "सुल्तान" के लिए, फिर दूसरे के पास। हम देखेंगे कि जब हम "सुल्तानों" को एक-दूसरे के पास लाएंगे तो पत्तियां पीछे हट जाएंगी (चित्र 1)।

हम दूसरे "सुल्तान" को रेशम से बनी कांच की छड़ी से विद्युतीकृत करते हैं। आइए इसे पहले "सुल्तान" के पास लाएँ, और हम उनकी पत्तियों का आकर्षण देखेंगे (चित्र 2, 3)।

इन प्रयोगों से प्रकृति में विद्यमान विद्युत आवेशों (धनात्मक एवं ऋणात्मक) की पुष्टि की जा सकती है।

विद्युत आवेश वाले पिंड एक दूसरे के साथ इस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं:

यदि उनके पास विपरीत चिह्न के आरोप हैं तो आकर्षित करें (चित्र 4);

यदि उन पर समान चिन्ह के आवेश हों तो प्रतिकर्षित करें (चित्र 5)।

विभिन्न पिंडों के विद्युतीकरण की प्रक्रिया में, पिंडों के बीच परस्पर क्रिया का बल अधिक होगा (यदि पिंड पर बड़ा आवेश है) या कम (यदि पिंड पर छोटा आवेश है)। इस प्रकार, आवेश एक भौतिक मात्रा है, और 1 पेंडेंट (1C) को आवेश की इकाई माना जाता है।

विद्युत आवेश एक भौतिक माप है जो आवेशित पिंडों के एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करने के गुणों को दर्शाता है।

आवेश का सबसे छोटा भाग प्राथमिक आवेश होता है, यह 1.6 10-19 C के बराबर होता है। किसी भी पिंड का आवेश इस मान से कम नहीं हो सकता।

यदि आप एक इबोनाइट छड़ी को ऊनी दस्ताने से और एक कांच की छड़ी को रेशमी दुपट्टे से विद्युतीकृत करते हैं, फिर छड़ियों को धागों पर लटकाते हैं, तो आप देख सकते हैं कि:

एबोनाइट और ऊन एक दूसरे को आकर्षित करते हैं;

कांच और रेशम एक दूसरे को आकर्षित करते हैं;

कांच और ऊन एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं;

एबोनाइट और रेशम एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं।

हम घर्षण द्वारा दो पिंडों को विद्युतीकृत करते हैं, जबकि वे परिमाण में समान और संकेत में विपरीत आवेशों से आवेशित होते हैं। संपर्क के कारण, पहला शरीर इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, दूसरा उन्हें प्राप्त कर लेता है। यह समझा सकता है कि क्यों एक शरीर पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता (नकारात्मक चार्ज) होगी, और दूसरे पर - कमी (सकारात्मक चार्ज)।

निष्कर्ष: यदि शरीर ऋणात्मक रूप से आवेशित है, तो उसमें इलेक्ट्रॉनों की अधिकता है, लेकिन यदि ऐसा है

धनात्मक रूप से आवेशित होने पर इसमें इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है।

दो विद्युतीकृत वस्तुएँ आकर्षित या विकर्षित होती हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वे किस प्रकार विद्युतीकृत हैं। घर्षण से विद्युतीकृत होने वाले पिंड हमेशा केवल आकर्षित होते हैं।

कंडक्टरों में, कुछ इलेक्ट्रॉन एक परमाणु से दूसरे परमाणु में जा सकते हैं, यह प्रक्रिया इस तथ्य के कारण होती है कि इलेक्ट्रॉन कमजोर रूप से परमाणु नाभिक से बंधे होते हैं। उन्हें स्वतंत्र कहा जाता है. ये परमाणु ही आवेश स्थानांतरण (चालकता) प्रदान करते हैं।

ढांकता हुआ में व्यावहारिक रूप से कोई चालकता नहीं है, क्योंकि उनके पास लगभग कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं है और चार्ज ले जाने के लिए "कोई नहीं" है।

विद्युत गुणों के अनुसार सभी पदार्थों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

1. डाइलेक्ट्रिक्स - ऐसे पदार्थ जिनमें मुक्त आवेश नहीं होता है और वे एक पिंड के आवेश को दूसरे पिंडों में "प्रवाह" नहीं करने देते हैं।

2. चालक वे पिंड और पदार्थ हैं जिनमें मुक्त आवेशित कण होते हैं; वे चार्ज को शरीर के अन्य भागों या अन्य निकायों में स्थानांतरित करते हुए गति कर सकते हैं।

आवेशों का संचालन करने की क्षमता के अनुसार, पदार्थों को कंडक्टरों में विभाजित किया जा सकता है: धातु, मिट्टी, लवण और एसिड के घोल, आदि, और गैर-कंडक्टर (डाइलेक्ट्रिक्स): चीनी मिट्टी के बरतन, इबोनाइट, कांच, गैसें, प्लास्टिक, आदि। अर्धचालकों में शामिल हैं कई पदार्थ, जिनकी चालकता बाहरी स्थितियों (तापमान, रोशनी, अशुद्धियों की उपस्थिति) पर निर्भर करती है।

इलेक्ट्रोमीटर विद्युत आवेशों का पता लगाने और उनका अनुमानित मान निर्धारित करने के लिए एक उपकरण है (चित्र 6)।

यह निर्धारित करने के लिए कि शरीर चार्ज है या नहीं, आप इलेक्ट्रोमीटर का उपयोग कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको शरीर को गेंद ए के पास लाने की आवश्यकता है, यदि शरीर चार्ज किया गया है, तो तीर बी विचलित हो जाएगा। वह क्यों घट रही है? मान लीजिए कि शरीर पर नकारात्मक चार्ज था, यानी। शरीर पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता थी। गेंद के संपर्क में आने पर, कुछ इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोमीटर की ओर चले जाएंगे। गेंद ऋणावेशित हो जायेगी। गेंद छड़ से जुड़ी है, और छड़ तीर से जुड़ी है, और वे सभी कंडक्टर हैं, इलेक्ट्रॉन छड़ की ओर जाएंगे, और फिर तीर की ओर। एक प्लास्टिक स्टॉपर गेंद, रॉड, तीर प्रणाली को अलग करने में मदद करेगा। नतीजतन, छड़ी और तीर को समान नकारात्मक चार्ज प्राप्त होगा और वे पीछे हट जाएंगे, जिससे तीर विचलित हो जाएगा। इसके अलावा, चार्ज जितना अधिक होगा, तीर का विक्षेपण कोण उतना ही अधिक होगा। इलेक्ट्रोमीटर आपको केवल चार्ज के परिमाण का अनुमान लगाने की अनुमति देता है, अर्थात। मान लीजिए कि एक पिंड पर दूसरे की तुलना में अधिक आवेश होता है। इलेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके, एक छोटे चार्ज की उपस्थिति निर्धारित करना असंभव है, क्योंकि। एक छोटे से आवेश के साथ, समान आवेशों का प्रतिकारक बल तीर को विक्षेपित करने के लिए पर्याप्त नहीं होगा, अर्थात। इलेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके छोटे चार्ज की उपस्थिति निर्धारित करना असंभव है। आवेश के अभाव में तीर अपनी मूल स्थिति में क्यों लौट आता है? तीर ऊर्ध्वाधर स्थिति ग्रहण करेगा, क्योंकि तीर का निलंबन बिंदु गुरुत्वाकर्षण के केंद्र से ऊपर है।

यूएसई कोडिफायर के विषय: निकायों का विद्युतीकरण, आवेशों की परस्पर क्रिया, दो प्रकार के आवेश, विद्युत आवेश के संरक्षण का नियम।

विद्युतचुंबकीय अंतःक्रियाप्रकृति में सबसे मौलिक अंतःक्रियाओं में से एक हैं। पदार्थ के कणों के बीच लोच और घर्षण बल, गैस दबाव और बहुत कुछ को विद्युत चुम्बकीय बल में कम किया जा सकता है। विद्युतचुंबकीय अंतःक्रियाएं अब अन्य, गहरे प्रकार की अंतःक्रियाओं तक सीमित नहीं रह गई हैं।

समान रूप से मौलिक प्रकार की अंतःक्रिया गुरुत्वाकर्षण है - किन्हीं दो पिंडों का गुरुत्वाकर्षण आकर्षण। हालाँकि, विद्युत चुम्बकीय और गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रियाओं के बीच कई महत्वपूर्ण अंतर हैं।

1. हर कोई विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रिया में भाग नहीं ले सकता, बल्कि केवल आरोप लगायाशरीर (होना) बिजली का आवेश).

2. गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रिया सदैव एक पिंड का दूसरे पिंड के प्रति आकर्षण होता है। विद्युतचुंबकीय अंतःक्रिया आकर्षण और प्रतिकर्षण दोनों हो सकती है।

3. विद्युत चुम्बकीय संपर्क गुरुत्वाकर्षण की तुलना में बहुत अधिक तीव्र है। उदाहरण के लिए, दो इलेक्ट्रॉनों का विद्युत प्रतिकर्षण बल एक दूसरे के प्रति उनके गुरुत्वाकर्षण आकर्षण बल से कई गुना अधिक होता है।

प्रत्येक आवेशित वस्तु में कुछ मात्रा में विद्युत आवेश होता है। विद्युत आवेश एक भौतिक मात्रा है जो प्रकृति की वस्तुओं के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क की ताकत निर्धारित करती है. आवेश की इकाई है लटकन(सीएल)।

दो प्रकार के चार्ज

चूँकि गुरुत्वाकर्षण संपर्क हमेशा एक आकर्षण होता है, सभी पिंडों का द्रव्यमान गैर-नकारात्मक होता है। लेकिन आरोपों का मामला ऐसा नहीं है. दो प्रकार के विद्युत चुम्बकीय संपर्क - आकर्षण और प्रतिकर्षण - को दो प्रकार के विद्युत आवेशों को प्रस्तुत करके आसानी से वर्णित किया गया है: सकारात्मकऔर नकारात्मक.

विभिन्न चिन्हों के आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, और विभिन्न चिन्हों के आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। इसे चित्र में बताया गया है। 1 ; धागों पर लटकी गेंदों को किसी न किसी चिन्ह का आवेश दिया जाता है।

चावल। 1. दो प्रकार के आवेशों की परस्पर क्रिया

विद्युत चुम्बकीय बलों की सर्वव्यापी अभिव्यक्ति को इस तथ्य से समझाया जाता है कि आवेशित कण किसी भी पदार्थ के परमाणुओं में मौजूद होते हैं: सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रोटॉन परमाणु नाभिक का हिस्सा होते हैं, और नकारात्मक चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में घूमते हैं।

एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के आवेश निरपेक्ष मान में बराबर होते हैं, और नाभिक में प्रोटॉन की संख्या कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है, और इसलिए यह पता चलता है कि संपूर्ण रूप से परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ है। इसीलिए, सामान्य परिस्थितियों में, हम आसपास के पिंडों से विद्युत चुम्बकीय प्रभाव को नोटिस नहीं करते हैं: उनमें से प्रत्येक का कुल चार्ज शून्य है, और चार्ज किए गए कण शरीर के पूरे आयतन में समान रूप से वितरित होते हैं। लेकिन यदि विद्युत तटस्थता का उल्लंघन किया जाता है (उदाहरण के लिए, परिणामस्वरूप विद्युतीकरण) शरीर तुरंत आसपास के आवेशित कणों पर कार्य करना शुरू कर देता है।

विद्युत आवेश वास्तव में दो प्रकार के क्यों होते हैं, उनकी कोई अन्य संख्या क्यों नहीं होती, यह फिलहाल ज्ञात नहीं है। हम केवल यह दावा कर सकते हैं कि इस तथ्य को प्राथमिक मानने से विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं का पर्याप्त विवरण मिलता है।

प्रोटॉन का आवेश Cl होता है। एक इलेक्ट्रॉन का आवेश संकेत में इसके विपरीत होता है और C के बराबर होता है। कीमत

बुलाया प्राथमिक प्रभार. यह न्यूनतम संभव चार्ज है: प्रयोगों में छोटे चार्ज वाले मुक्त कण नहीं पाए गए। भौतिक विज्ञान अभी तक यह नहीं समझा सका है कि प्रकृति में सबसे छोटा आवेश क्यों है और इसका परिमाण बिल्कुल इतना ही क्यों है।

किसी भी पिंड के आवेश का योग सदैव होता है पूराप्राथमिक शुल्कों की संख्या:

यदि, तो शरीर में इलेक्ट्रॉनों की संख्या अधिक है (प्रोटॉन की संख्या की तुलना में)। यदि, इसके विपरीत, शरीर में इलेक्ट्रॉनों की कमी है: अधिक प्रोटॉन हैं।

निकायों का विद्युतीकरण

एक स्थूल पिंड को अन्य पिंडों पर विद्युतीय प्रभाव डालने के लिए, इसे विद्युतीकृत किया जाना चाहिए। विद्युतीकरण- यह शरीर या उसके भागों की विद्युत तटस्थता का उल्लंघन है। विद्युतीकरण के परिणामस्वरूप, शरीर विद्युत चुम्बकीय संपर्क में सक्षम हो जाता है।

किसी पिंड को विद्युतीकृत करने का एक तरीका उसे विद्युत आवेश प्रदान करना है, अर्थात किसी दिए गए पिंड में एक ही चिन्ह के आवेशों की अधिकता प्राप्त करना। घर्षण के साथ ऐसा करना आसान है।

इसलिए, जब कांच की छड़ को रेशम से रगड़ा जाता है, तो उसके नकारात्मक आवेश का एक हिस्सा रेशम में चला जाता है। परिणामस्वरूप, छड़ी सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाती है, और रेशम नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है। लेकिन जब एबोनाइट की छड़ी को ऊन से रगड़ा जाता है, तो नकारात्मक चार्ज का एक हिस्सा ऊन से छड़ी में स्थानांतरित हो जाता है: छड़ी नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाती है, और ऊन सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाती है।

निकायों के विद्युतीकरण की इस विधि को कहा जाता है घर्षण द्वारा विद्युतीकरण. जब भी आप अपने सिर के ऊपर से स्वेटर उतारते हैं तो आपको घर्षण से विद्युतीकरण का सामना करना पड़ता है ;-)

दूसरे प्रकार का विद्युतीकरण कहलाता है इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण, या प्रभाव के माध्यम से विद्युतीकरण. इस मामले में, शरीर का कुल चार्ज शून्य के बराबर रहता है, लेकिन पुनर्वितरित होता है ताकि शरीर के कुछ हिस्सों में सकारात्मक चार्ज जमा हो जाए, और अन्य में नकारात्मक चार्ज हो जाए।

चावल। 2. इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण

आइए अंजीर देखें। 2. धातु पिंड से कुछ दूरी पर धनात्मक आवेश होता है। यह धातु के नकारात्मक आवेशों (मुक्त इलेक्ट्रॉनों) को आकर्षित करता है, जो आवेश के निकटतम शरीर की सतह के क्षेत्रों पर जमा होते हैं। सुदूर क्षेत्रों में अप्रतिपूरित धनात्मक आवेश बने रहते हैं।

इस तथ्य के बावजूद कि धातु पिंड का कुल आवेश शून्य के बराबर रहा, पिंड में आवेशों का स्थानिक पृथक्करण हुआ। यदि अब हम शरीर को बिंदीदार रेखा के साथ विभाजित करते हैं, तो दायां आधा नकारात्मक रूप से चार्ज होगा, और बायां आधा सकारात्मक रूप से चार्ज होगा।

आप इलेक्ट्रोस्कोप का उपयोग करके शरीर के विद्युतीकरण का निरीक्षण कर सकते हैं। चित्र में एक साधारण इलेक्ट्रोस्कोप दिखाया गया है। 3 (छवि en.wikipedia.org से)।

चावल। 3. इलेक्ट्रोस्कोप

इस मामले में क्या होता है? एक धनात्मक आवेशित छड़ (उदाहरण के लिए, पहले रगड़ी गई) को इलेक्ट्रोस्कोप डिस्क पर लाया जाता है और उस पर एक ऋणात्मक आवेश एकत्र कर लिया जाता है। नीचे, इलेक्ट्रोस्कोप की चलती पत्तियों पर, असंतुलित धनात्मक आवेश बने रहते हैं; एक-दूसरे से दूर जाने पर पत्तियाँ अलग-अलग दिशाओं में मुड़ जाती हैं। यदि आप छड़ी हटाते हैं, तो आवेश अपनी जगह पर वापस आ जाएंगे और पत्तियाँ वापस गिर जाएँगी।

बड़े पैमाने पर इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण की घटना तूफान के दौरान देखी जाती है। अंजीर पर. 4 हम पृय्वी पर गरजते हुए बादल को जाते हुए देखते हैं।

चावल। 4. वज्रपात से पृथ्वी का विद्युतीकरण

बादल के अंदर अलग-अलग आकार की बर्फ की परतें होती हैं, जो ऊपर उठती हवा की धाराओं से मिश्रित होती हैं, एक-दूसरे से टकराती हैं और विद्युतीकृत हो जाती हैं। इस मामले में, यह पता चलता है कि बादल के निचले हिस्से में एक नकारात्मक चार्ज जमा होता है, और ऊपरी हिस्से में एक सकारात्मक चार्ज जमा होता है।

बादल का नकारात्मक चार्ज वाला निचला हिस्सा पृथ्वी की सतह पर सकारात्मक चार्ज उत्पन्न करता है। बादल और जमीन के बीच भारी वोल्टेज वाला एक विशाल संधारित्र दिखाई देता है। यदि यह वोल्टेज हवा के अंतराल को तोड़ने के लिए पर्याप्त है, तो एक निर्वहन होगा - बिजली, आप अच्छी तरह से जानते हैं।

आवेश संरक्षण का नियम

आइए घर्षण द्वारा विद्युतीकरण के उदाहरण पर लौटें - छड़ी को कपड़े से रगड़ना। इस स्थिति में, छड़ी और कपड़े का टुकड़ा परिमाण में बराबर और संकेत में विपरीत आवेश प्राप्त कर लेते हैं। उनका कुल आवेश, चूँकि अंतःक्रिया से पहले शून्य के बराबर था, अंतःक्रिया के बाद भी शून्य के बराबर रहता है।

हम यहां देखते हैं आवेश संरक्षण का नियमजो पढ़ता है: निकायों की एक बंद प्रणाली में, इन निकायों के साथ होने वाली किसी भी प्रक्रिया के लिए आवेशों का बीजगणितीय योग अपरिवर्तित रहता है:

निकायों की एक प्रणाली के बंद होने का मतलब है कि ये निकाय केवल आपस में आवेशों का आदान-प्रदान कर सकते हैं, लेकिन दिए गए सिस्टम के बाहर किसी अन्य वस्तु के साथ नहीं।

जब छड़ी को विद्युतीकृत किया जाता है, तो आवेश के संरक्षण में कोई आश्चर्य की बात नहीं है: कितने आवेशित कण छड़ी से निकले - उतनी ही मात्रा कपड़े के टुकड़े में आई (या इसके विपरीत)। आश्चर्यजनक रूप से, अधिक जटिल प्रक्रियाओं में, साथ में पारस्परिक परिवर्तनप्राथमिक कण और संख्या परिवर्तनसिस्टम में आवेशित कण, कुल आवेश अभी भी संरक्षित है!

उदाहरण के लिए, अंजीर में। 5 उस प्रक्रिया को दर्शाता है जिसमें विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक भाग (तथाकथित)। फोटोन) दो आवेशित कणों में बदल जाता है - एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन। ऐसी प्रक्रिया कुछ शर्तों के तहत संभव है - उदाहरण के लिए, परमाणु नाभिक के विद्युत क्षेत्र में।

चावल। 5. एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी का निर्माण

पॉज़िट्रॉन का आवेश निरपेक्ष मान में इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होता है और संकेत में इसके विपरीत होता है। आवेश संरक्षण का नियम पूरा हुआ! दरअसल, प्रक्रिया की शुरुआत में हमारे पास एक फोटॉन था जिसका चार्ज शून्य था, और अंत में हमें शून्य कुल चार्ज वाले दो कण मिले।

आवेश के संरक्षण का नियम (सबसे छोटे प्राथमिक आवेश के अस्तित्व के साथ) आज प्राथमिक वैज्ञानिक तथ्य है। भौतिक विज्ञानी अभी तक यह समझाने में सफल नहीं हुए हैं कि प्रकृति इस प्रकार व्यवहार क्यों करती है अन्यथा नहीं। हम केवल यह कह सकते हैं कि इन तथ्यों की पुष्टि अनेक भौतिक प्रयोगों से होती है।