निकायों का विद्युतीकरण, आवेशों की परस्पर क्रिया
इस लेख में, हम निकायों का विद्युतीकरण क्या है, इसके बारे में एक सामान्यीकृत विचार प्रस्तुत करने का प्रयास करेंगे, और हम विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम को भी स्पर्श करेंगे।
भले ही विद्युत ऊर्जा का यह या वह स्रोत सिद्धांत के लिए काम करता हो, उनमें से प्रत्येक भौतिक निकायों का विद्युतीकरण होता है, अर्थात विद्युत ऊर्जा के स्रोत में मौजूद विद्युत आवेशों का पृथक्करण और कुछ स्थानों पर उनकी सांद्रता, उदाहरण के लिए, स्रोत के इलेक्ट्रोड या टर्मिनलों पर। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, विद्युत ऊर्जा के स्रोत (कैथोड) के एक टर्मिनल पर ऋणात्मक आवेशों (इलेक्ट्रॉनों) की अधिकता प्राप्त होती है, और दूसरे टर्मिनल (एनोड) पर इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है, अर्थात। उनमें से पहला नकारात्मक बिजली से चार्ज होता है, और दूसरा सकारात्मक बिजली से।
इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद, न्यूनतम आवेश वाले प्राथमिक कण, परमाणु की संरचना के अंत में व्याख्या किए जाने के बाद, बिजली से संबंधित अधिकांश भौतिक घटनाएं भी व्याख्या करने योग्य हो गईं।
भौतिक पदार्थ जो निकायों को बनाते हैं, आम तौर पर विद्युत रूप से तटस्थ पाए जाते हैं, क्योंकि शरीर बनाने वाले अणु और परमाणु सामान्य परिस्थितियों में तटस्थ होते हैं, और शरीर के परिणामस्वरूप कोई चार्ज नहीं होता है। लेकिन अगर ऐसा तटस्थ शरीर किसी अन्य शरीर के खिलाफ रगड़ता है, तो कुछ इलेक्ट्रॉन अपने परमाणु छोड़ कर एक शरीर से दूसरे शरीर में चले जाएंगे। इस तरह की गति के दौरान इन इलेक्ट्रॉनों द्वारा तय किए गए रास्तों की लंबाई पड़ोसी परमाणुओं के बीच की दूरी से अधिक नहीं होती है।
हालांकि, अगर घर्षण के बाद पिंड अलग हो जाते हैं, अलग हो जाते हैं, तो दोनों पिंड चार्ज हो जाएंगे। जिस शरीर में इलेक्ट्रॉन गए हैं, वह ऋणात्मक रूप से आवेशित हो जाएगा, और जिसने इन इलेक्ट्रॉनों का दान किया है, वह धनात्मक आवेश प्राप्त कर लेगा, धनात्मक रूप से आवेशित हो जाएगा। यह विद्युतीकरण है।
मान लीजिए कि कुछ भौतिक शरीर में, उदाहरण के लिए कांच में, उनके कुछ इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं की एक महत्वपूर्ण संख्या से निकालना संभव था। इसका मतलब यह है कि कांच, जिसने अपने कुछ इलेक्ट्रॉनों को खो दिया है, को सकारात्मक बिजली से चार्ज किया जाएगा, क्योंकि इसमें सकारात्मक चार्ज ने नकारात्मक लोगों पर लाभ प्राप्त किया है।
कांच से निकाले गए इलेक्ट्रॉन गायब नहीं हो सकते और उन्हें कहीं रखा जाना चाहिए। मान लीजिए कि कांच से इलेक्ट्रॉनों को निकालने के बाद, उन्हें धातु की गेंद पर रखा जाता है। तब यह स्पष्ट है कि अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने वाली धातु की गेंद को नकारात्मक बिजली से चार्ज किया जाता है, क्योंकि इसमें नकारात्मक चार्ज को सकारात्मक से अधिक प्राथमिकता दी जाती है।
भौतिक शरीर का विद्युतीकरण - इसका अर्थ है कि इसमें इलेक्ट्रॉनों की अधिकता या कमी पैदा करना, अर्थात। इसमें दो विपरीत, अर्थात् सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज के संतुलन को परेशान करें।
दो भौतिक निकायों को एक साथ और विभिन्न विद्युत आवेशों के साथ विद्युतीकृत करने का अर्थ है - एक शरीर से इलेक्ट्रॉनों को निकालना और उन्हें दूसरे शरीर में स्थानांतरित करना।
यदि प्रकृति में कहीं एक सकारात्मक विद्युत आवेश बना है, तो उसी निरपेक्ष मान का एक ऋणात्मक आवेश अनिवार्य रूप से इसके साथ-साथ उत्पन्न होना चाहिए, क्योंकि किसी भी भौतिक शरीर में इलेक्ट्रॉनों की अधिकता किसी अन्य भौतिक शरीर में उनकी कमी के कारण उत्पन्न होती है।
विभिन्न विद्युत आवेश विद्युत परिघटनाओं में निरपवाद रूप से साथ देने वाले विपरीत के रूप में प्रकट होते हैं, जिनकी एकता और परस्पर क्रिया पदार्थों में विद्युत परिघटना की आंतरिक सामग्री का निर्माण करती है।
जब वे इलेक्ट्रॉन देते या प्राप्त करते हैं तो तटस्थ निकाय विद्युतीकृत हो जाते हैं, दोनों ही मामलों में वे एक विद्युत आवेश प्राप्त कर लेते हैं और तटस्थ नहीं रह जाते हैं। यहाँ विद्युत आवेश कहीं से उत्पन्न नहीं होते हैं, आवेश केवल अलग हो जाते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रॉन पहले से ही पिंडों में थे और बस अपना स्थान बदल लेते हैं, इलेक्ट्रॉन एक विद्युतीकृत पिंड से दूसरे विद्युतीकृत पिंड में चले जाते हैं।
पिंडों के घर्षण से उत्पन्न विद्युत आवेश का संकेत इन पिंडों की प्रकृति, उनकी सतहों की स्थिति और कई अन्य कारणों पर निर्भर करता है। इसलिए, इस संभावना को बाहर नहीं किया जा सकता है कि एक ही भौतिक शरीर को एक मामले में सकारात्मक और दूसरे में नकारात्मक बिजली से चार्ज किया जाता है, उदाहरण के लिए, कांच और ऊन के खिलाफ रगड़ने पर धातुएं नकारात्मक रूप से विद्युतीकृत हो जाती हैं, और जब इसके खिलाफ रगड़ जाती हैं रबड़ — सकारात्मक रूप से।
एक उपयुक्त प्रश्न होगा: विद्युत आवेश परावैद्युतों के माध्यम से नहीं बल्कि धातुओं के माध्यम से क्यों प्रवाहित होता है? मुद्दा यह है कि डाइलेक्ट्रिक्स में सभी इलेक्ट्रॉन अपने परमाणुओं के नाभिक से बंधे होते हैं, उनके पास पूरे शरीर में स्वतंत्र रूप से घूमने की क्षमता नहीं होती है।
लेकिन धातुओं में स्थिति अलग है। धातु के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन बांड डाइलेक्ट्रिक्स की तुलना में बहुत कमजोर होते हैं, और कुछ इलेक्ट्रॉन आसानी से अपने परमाणुओं को छोड़ देते हैं और पूरे शरीर में स्वतंत्र रूप से चले जाते हैं, ये तथाकथित मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं जो तारों में चार्ज ट्रांसफर प्रदान करते हैं।
धात्विक पिंडों के घर्षण के दौरान और डाइलेक्ट्रिक्स के घर्षण के दौरान आवेशों का पृथक्करण होता है। लेकिन प्रदर्शनों में डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग किया जाता है: एबोनाइट, एम्बर, ग्लास। इसका उपयोग साधारण कारण के लिए किया जाता है कि चूँकि आवेश अचालक में आयतन के माध्यम से नहीं चलते हैं, वे पिंडों की सतहों पर उसी स्थान पर बने रहते हैं जहाँ से वे उत्पन्न हुए थे।
और अगर घर्षण से, कहते हैं, फर के लिए, धातु का एक टुकड़ा विद्युतीकृत हो जाता है, तो आवेश, जिसके पास केवल इसकी सतह पर जाने का समय होता है, तुरंत प्रयोगकर्ता के शरीर पर बह जाएगा, और एक प्रदर्शन, उदाहरण के लिए, के साथ डाइलेक्ट्रिक्स, काम नहीं करेगा। लेकिन यदि धातु का एक टुकड़ा प्रयोगकर्ता के हाथ से अलग कर दिया जाए, तो वह धातु पर बना रहेगा।
यदि पिण्डों का आवेश केवल विद्युतीकरण की प्रक्रिया में ही मुक्त होता है, तो उनका कुल आवेश किस प्रकार व्यवहार करता है? सरल प्रयोग इस प्रश्न का उत्तर प्रदान करते हैं। एक विद्युतमापी को उसकी छड़ से जुड़ी धातु की डिस्क के साथ लेते हुए, डिस्क के ऊपर ऊनी कपड़े का एक टुकड़ा रखें, जो उस डिस्क के आकार का हो। ऊतक डिस्क के शीर्ष पर एक और प्रवाहकीय डिस्क रखी जाती है, जो इलेक्ट्रोमीटर रॉड के समान होती है, लेकिन एक ढांकता हुआ हैंडल से लैस होती है।
हैंडल को पकड़कर, प्रयोगकर्ता ऊपरी डिस्क को कई बार घुमाता है, इसे इलेक्ट्रोमीटर रॉड की डिस्क पर पड़ी टिशू डिस्क के खिलाफ रगड़ता है, फिर इसे इलेक्ट्रोमीटर से दूर ले जाता है। जब डिस्क को हटा दिया जाता है और उसी स्थिति में रहता है तो इलेक्ट्रोमीटर की सुई विक्षेपित होती है। यह इंगित करता है कि ऊनी कपड़े और इलेक्ट्रोमीटर रॉड से जुड़ी डिस्क पर एक विद्युत आवेश विकसित हो गया है।
इसके बाद हैंडल वाली डिस्क को दूसरे इलेक्ट्रोमीटर के संपर्क में लाया जाता है, लेकिन डिस्क से जुड़े बिना, और इसकी सुई को पहले इलेक्ट्रोमीटर की सुई के समान कोण से विक्षेपित देखा जाता है।
प्रयोग से पता चलता है कि विद्युतीकरण के दौरान दोनों डिस्क एक ही मॉड्यूल के चार्ज प्राप्त करते हैं। लेकिन इन आरोपों के संकेत क्या हैं? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए विद्युतमापी को एक तार से जोड़ा जाता है। इलेक्ट्रोमीटर की सुइयां तुरंत उसी शून्य स्थिति में वापस आ जाएंगी, जिसमें वे प्रयोग शुरू होने से पहले थीं। आवेश को निष्प्रभावी कर दिया गया, जिसका अर्थ है कि डिस्क पर आवेश परिमाण में बराबर लेकिन संकेत में विपरीत थे, और प्रयोग शुरू होने से पहले कुल मिलाकर शून्य दिया।
इसी तरह के प्रयोगों से पता चलता है कि विद्युतीकरण के दौरान निकायों का कुल आवेश संरक्षित रहता है, अर्थात यदि विद्युतीकरण से पहले कुल राशि शून्य थी, तो विद्युतीकरण के बाद कुल राशि शून्य हो जाएगी... लेकिन ऐसा क्यों होता है? यदि आप एक आबनूस की छड़ी को एक कपड़े पर रगड़ते हैं, तो यह ऋणात्मक रूप से आवेशित हो जाएगा और कपड़ा सकारात्मक रूप से आवेशित हो जाएगा, और यह एक सर्वविदित तथ्य है। ऊन पर रगड़ने पर इबोनाइट पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता बनती है, और कपड़े पर इसी कमी से।
आवेश मापांक में बराबर होंगे, क्योंकि कपड़े से इबोनाइट में कितने इलेक्ट्रॉन पारित हुए हैं, इबोनाइट को ऐसा ऋणात्मक आवेश प्राप्त हुआ है, और कैनवास पर समान मात्रा में धनात्मक आवेश का निर्माण हुआ है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों ने छोड़ दिया है कपड़ा कपड़े पर धनात्मक आवेश होता है। और एबोनाइट पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता कपड़े पर इलेक्ट्रॉनों की कमी के बराबर होती है। आवेश चिह्न के विपरीत लेकिन परिमाण में बराबर होते हैं। जाहिर है, विद्युतीकरण के दौरान पूरा चार्ज संरक्षित है; यह कुल में शून्य के बराबर है।
इसके अलावा, भले ही विद्युतीकरण से पहले दोनों निकायों पर शुल्क गैर-शून्य थे, फिर भी कुल शुल्क विद्युतीकरण से पहले जैसा ही है। निकायों के आवेशों को उनके परस्पर क्रिया से पहले q1 और q2 के रूप में, और अंतःक्रिया के बाद के आवेशों को q1' और q2' के रूप में निरूपित करने के बाद, निम्नलिखित समानता सत्य होगी:
क्यू1 + क्यू2 = क्यू1 '+ क्यू2'
इसका तात्पर्य यह है कि पिंडों की किसी भी अन्योन्य क्रिया के लिए कुल आवेश हमेशा संरक्षित रहता है। यह प्रकृति के मूलभूत नियमों में से एक है, विद्युत आवेश के संरक्षण का नियम। बेंजामिन फ्रैंकलिन ने 1750 में इसकी खोज की और "पॉजिटिव चार्ज" और "नेगेटिव चार्ज" की अवधारणाओं को पेश किया। फ्रेंकलिन और «-» और «+» संकेतों के साथ विपरीत आरोपों को इंगित करने का प्रस्ताव रखा।
इलेक्ट्रॉनिक्स में किरचॉफ के नियम क्योंकि धाराएँ सीधे विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम का पालन करती हैं। तारों और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के संयोजन को एक खुली प्रणाली के रूप में दर्शाया गया है। किसी दिए गए सिस्टम में शुल्कों का कुल अंतर्वाह उस सिस्टम से शुल्कों के कुल बहिर्वाह के बराबर होता है। किरचॉफ के नियम मानते हैं कि एक इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम अपने कुल चार्ज को महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदल सकता है।
निष्पक्षता में, हम ध्यान दें कि विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम का सबसे अच्छा प्रायोगिक परीक्षण प्राथमिक कणों के ऐसे क्षय की खोज है जो आवेश के गैर-सख्त संरक्षण के मामले में अनुमत होगा। व्यवहार में इस तरह के क्षय कभी नहीं देखे गए हैं।
भौतिक निकायों को विद्युतीकृत करने के अन्य तरीके:
1. यदि जिंक की प्लेट को सल्फ्यूरिक अम्ल H2SO4 के विलयन में डुबाया जाए तो यह उसमें आंशिक रूप से घुल जाएगा। जिंक प्लेट पर कुछ परमाणु, जिंक प्लेट पर अपने दो इलेक्ट्रॉनों को छोड़कर, दोगुने आवेशित धनात्मक जिंक आयनों के रूप में अम्लों की एक श्रृंखला के साथ विलयन में जाएंगे। नतीजतन, जस्ता प्लेट को नकारात्मक बिजली (इलेक्ट्रॉनों की अधिकता) से चार्ज किया जाएगा और सल्फ्यूरिक एसिड समाधान को सकारात्मक (सकारात्मक जस्ता आयनों की अधिकता) से चार्ज किया जाएगा। इस संपत्ति का उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड समाधान में जस्ता को विद्युतीकृत करने के लिए किया जाता है एक गैल्वेनिक सेल में विद्युत ऊर्जा की उपस्थिति की मुख्य प्रक्रिया के रूप में।
2. यदि प्रकाश की किरणें जस्ता, सीज़ियम और कुछ अन्य धातुओं की सतह पर पड़ती हैं, तो इन सतहों से मुक्त इलेक्ट्रॉन वातावरण में मुक्त हो जाते हैं। नतीजतन, धातु को सकारात्मक बिजली से चार्ज किया जाता है, और इसके आसपास की जगह को नकारात्मक बिजली से चार्ज किया जाता है। कुछ धातुओं की प्रबुद्ध सतहों से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, जिसका उपयोग फोटोवोल्टिक कोशिकाओं में किया जाता है।
3. यदि धातु के शरीर को सफेद ताप की स्थिति में गर्म किया जाता है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन इसकी सतह से आसपास के स्थान में उड़ जाएंगे।नतीजतन, जिस धातु ने इलेक्ट्रॉनों को खो दिया है वह सकारात्मक बिजली से और आसपास के नकारात्मक बिजली से चार्ज हो जाएगा।
4. यदि आप दो अलग-अलग तारों के सिरों को मिलाते हैं, उदाहरण के लिए, बिस्मथ और कॉपर, और उनके जंक्शन को गर्म करते हैं, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन तांबे के तार से बिस्मथ तक आंशिक रूप से गुजरेंगे। नतीजतन, तांबे के तार को सकारात्मक बिजली से चार्ज किया जाएगा, जबकि बिस्मथ तार को नकारात्मक बिजली से चार्ज किया जाएगा। तापीय ऊर्जा को अवशोषित करने पर दो भौतिक पिंडों के विद्युतीकरण की घटना थर्मोक्यूल्स में उपयोग किया जाता है.
विद्युतीकृत पिंडों की परस्पर क्रिया से जुड़ी घटना को विद्युत घटना कहा जाता है।
विद्युतीकृत निकायों के बीच बातचीत तथाकथित द्वारा निर्धारित की जाती है विद्युत बल जो अन्य प्रकृति की शक्तियों से भिन्न होते हैं जिसमें वे आवेशित पिंडों को उनकी गति की गति की परवाह किए बिना एक दूसरे को पीछे हटाने और आकर्षित करने का कारण बनते हैं।
इस तरह, आवेशित पिंडों के बीच परस्पर क्रिया भिन्न होती है, उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण से, जो केवल पिंडों के आकर्षण या चुंबकीय उत्पत्ति की शक्तियों से होती है, जो आवेशों की गति की सापेक्ष गति पर निर्भर करती है, जिससे चुंबकीय होता है घटना।
इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग मुख्य रूप से विद्युतीकृत निकायों के गुणों की बाहरी अभिव्यक्ति के नियमों का अध्ययन करती है - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के नियम।
हम आशा करते हैं कि इस छोटे से लेख ने आपको एक सामान्य विचार दिया है कि निकायों का विद्युतीकरण क्या है, और अब आप जानते हैं कि एक साधारण प्रयोग का उपयोग करके विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम को प्रायोगिक रूप से कैसे सत्यापित किया जाए।