वैद्युत क्षेत्र : परिभाषा ,सूत्र, मात्रक और वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता -Electrical Gyan

Introduction / परिचय

बिजीली यानी Electricity हमारे जीवन का एक अभिन्न अंग है। Electricity हमें रोशनी ,गर्मी,शक्ति और गति प्रदान करता है । आज के इस आर्टिकल में हम Electric field अर्थात विद्युत क्षेत्र के बारे में जानेंगे कि, वैद्युत क्षेत्र क्या होता है?, विद्युत क्षेत्र का si मात्रक क्या होता है ?, वैद्युत क्षेत्र रेखाएं क्या होती हैं ?

Table of Contents

What is electric field in Hindi/ वैद्युत क्षेत्र क्या होता है?

किसी वैद्युत आवेश अथवा आवेश समुदाय के चारों ओर का वह क्षेत्र जिसमे कोई अन्य आवेश आकर्षण अथवा प्रतिकर्षण के बल का अनुभव करता है ,उसे वैद्युत क्षेत्र कहते हैं । सरल शब्दों में समझे तो विद्युत क्षेत्र यह बताता है कि विद्युत रूप से आवेशित कोई वस्तु अपने आस पास के स्थान को कैसे प्रभावित करता है । यह एक बल क्षेत्र है जो अन्य आवेशित वस्तुओं को आकर्षित या प्रतिकर्षित करता है ।

Definition of Electric field / वैद्युत क्षेत्र की परिभाषा

"विद्युत क्षेत्र किसी स्थान का वह अदृश्य क्षेत्र होता है जिसमे कोई अन्य परीक्षण आवेश ( न्यूनतम परीक्षण आवेश) आकर्षण अथवा प्रतिकर्षण बल का अनुभव करता है " ।

जिस आवेशित वस्तु के कारण विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है इस वस्तु को source charge कहते हैं, और जो आवेशित वस्तु उस विद्युत क्षेत्र के कारण किसी प्रकार के बल का अनुभव करता है उस वस्तु को test charge कहते हैं।

चलिए विद्युत क्षेत्र को एक उदाहरण लेकर अच्छे से समझते हैं ।

मान लीजिए कि आपके पास एक सकारात्मक रूप से आवेशित प्लास्टिक की छड़ है। यह छड़ अपने आसपास एक विद्युत क्षेत्र बनाती है.
- यदि आप इस क्षेत्र में एक छोटे, धनात्मक रूप से आवेशित कागज के टुकड़े को रखते हो , तो विद्युत क्षेत्र के कारण कागज का टुकड़ा छड़ से दूर धकेल दिया जाएगा {क्योंकि समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं (इसको हमने विद्युत् आवेश वाले पोस्ट में बताया है। )}
- वहीं, अगर आप उसी क्षेत्र में एक छोटे, ऋणात्मक रूप से आवेशित कागज के टुकड़े को रखते हो , तो विद्युत क्षेत्र के कारण कागज का टुकड़ा छड़ की ओर आकर्षित होगा (क्योंकि विपरीत आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं)।

इस उदाहरण में हमने समझा कि , सकारात्मक रूप से आवेशित छड़ विद्युत क्षेत्र का स्रोत है, और यह क्षेत्र यह निर्धारित करता है कि अन्य आवेशित वस्तुओं (कागज के टुकड़े) पर क्या बल लगाएगा ।

Formula of Electric Field / वैद्युत क्षेत्र का सूत्र

वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता (E) को निम्नलिखित सूत्र द्वारा दर्शाया जाता है:

E = F / q

जहाँ:

E = वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता (N/C)

F = उस बिंदु पर एक इकाई आवेशित कण पर लगने वाला बल (N)

q = उस इकाई आवेशित कण का आवेश (C)

SI Unit of electric field / वैद्युत क्षेत्र का si मात्रक

वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता की SI unit न्यूटन प्रति कूलम्ब (N/C) है।

What is Electric field lines / वैद्युत क्षेत्र की रेखाएं क्या होती हैं?

विद्युत क्षेत्र रेखाएं काल्पनिक रेखाएं होती हैं जो हमें किसी स्थान पर विद्युत क्षेत्र की दिशा और तीव्रता को दर्शाने में मदद करती हैं। इन रेखाओं की कल्पना ऐसे करें कि मानो हमने एक धनात्मक परीक्षण आवेश (एक बहुत छोटा धनात्मक आवेश) को विद्युत क्षेत्र में रखा है। यह धनात्मक परीक्षण आवेश विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में उस दिशा में गति करेगा, जिस दिशा में विद्युत क्षेत्र रेखाएं उस बिंदु पर इंगित हैं। विद्युत क्षेत्र रेखाओं की सघनता विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को दर्शाती है। जितनी अधिक रेखाएं होंगी, विद्युत क्षेत्र उतना ही मजबूत होगा।

चलिए इसको एक उदाहरण लेकर इसे समझते हैं।

मान लीजिए आपके पास एक धनात्मक आवेश और एक ऋणात्मक आवेश है। धनात्मक आवेश के चारों ओर विद्युत क्षेत्र रेखाएं बाहर की ओर निकलेंगी, जो यह दर्शाता है कि एक धनात्मक परीक्षण आवेश धनात्मक आवेश से दूर धकेला जाएगा। ऋणात्मक आवेश के आसपास, विद्युत क्षेत्र रेखाएं ऋणात्मक आवेश की ओर झुकेंगी और यह दर्शाता है कि एक धनात्मक परीक्षण आवेश ऋणात्मक आवेश की ओर आकर्षित होगा जैसे-जैसे हम धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के करीब जाते हैं, विद्युत क्षेत्र रेखाओं की सघनता बढ़ती जाएगी और यह दर्शाता है कि इन क्षेत्रों में विद्युत क्षेत्र अधिक मजबूत होता है।

Properties of the Electric Field / वैद्युत क्षेत्र के गुण

वैद्युत क्षेत्र रेखाएं काल्पनिक रेखाएं होती हैं जिनका उपयोग किसी क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र को दर्शाने के लिए किया जाता है । इसके कुछ महत्वपूर्ण गुणधर्म नीचे दिए गए हैं।

वैद्युत क्षेत्र रेखाओं की उत्पत्ति और अंत

धनात्मक आवेशों से विद्युत क्षेत्र रेखाएं शुरू होती हैं और ऋणात्मक आवेशों पर खत्म होती हैं।
Nagetive charge

Positive charge

यदि केवल एक ही धनात्मक आवेश है, तो रेखाएं उस बिंदु से शुरू होकर अनंत (Anant) पर खत्म हो जाती हैं। इसी प्रकार, एकल ऋणात्मक आवेश के लिए रेखाएं अनंत से शुरू होकर उस आवेश पर खत्म हो जाती हैं।

वैद्युत क्षेत्र रेखाएं एक दूसरे को कभी नहीं काटती

दो विद्युत क्षेत्र रेखाएं एक-दूसरे को कभी नहीं काटतीं। ऐसा इसलिए है क्योंकि यदि वे किसी बिंदु पर काटतीं, तो वहां विद्युत क्षेत्र की दो दिशाएं हो जायेगी, जो असंभव है।

वैद्युत क्षेत्र रेखाएं कभी बंद loop नही बनाती

विद्युत क्षेत्र रेखाएं कभी बंद लूप नहीं बनातीं। इसका मतलब है कि कोई भी रेखा वापस उसी बिंदु पर जहां से शुरू हुई थी, वहां खत्म नहीं हो सकती।

चालक के अंदर प्रवेश नहीं करतीं

चालक के अंदर विद्युत क्षेत्र का मान हमेशा शून्य होता है। इसलिए, विद्युत क्षेत्र रेखाएं एक चालक के अंदर प्रवेश नहीं करतीं, बल्कि चालक की सतह पर लंबवत रूप से समाप्त हो जाती हैं।

वैद्युत क्षेत्र रेखाओं का घनत्व

विद्युत क्षेत्र रेखाओं का घनत्व किसी क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र की तीव्रता का सूचक होता है । रेखाएं जितनी घनी होती हैं उसका विद्युत क्षेत्र उतना ही मजबूत होता है ।

Uniform and Non-uniform electric field

जैसा कि हमने ऊपर पढ़ा कि विद्युत क्षेत्र एक ऐसा क्षेत्र होता है जो अपने आस पास उपस्थित अन्य आवेशित कणों पर बल लगाने की क्षमता रखता है । इस वैद्युत क्षेत्र को दो तरह से वर्गीकृत किया जा सकता है ।

Uniform electric field
Non uniform electric field

Uniform Electric field

"यह वह क्षेत्र है जहाँ हर एक बिन्दु पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता और दिशा समान होती है।"

सरल शब्दों में समझे तो मान लो कि आपने दो समान धनात्मक आवेश को एक दूसरे से निश्चित दूरी पर रखा है । इन दोनों आवेशों के बीच का विद्युत क्षेत्र समान होगा । आप किसी भी बिंदु पर एक अकेला आवेश रखते हैं , उस पर दोनों धनात्मक आवेशों के कारण लगने वाला बल समान दिशा और समान परिमाण का होगा ।

Non-Uniform Electric field

"यह वह क्षेत्र है जहाँ विद्युत क्षेत्र की तीव्रता और दिशा हर एक बिन्दु पर भिन्न होती है।"

आसान शब्दों में समझे तो मान लो कि आपने एक धनात्मक आवेश और ऋणात्मक आवेश को पास में रखा है । इन दोनों आवेशों के बीच का विद्युत क्षेत्र असम होगा ।किसी बिंदु पर आप अकेला आवेश रखते हैं तो उस पर धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के कारण लगने वाले बल अलग अलग दिशा और अलग अलग मान के होंगे ।

Intensity of Electric field / वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता

"विद्युत क्षेत्र की तीव्रता ,किसी बिंदु पर विद्युत क्षेत्र की बल प्रति इकाई आवेश की माप होती है । "

दूसरे शब्दों में समझे तो वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता यह दर्शाता है कि एक इकाई आवेशित कण उस बिंदु पर कितना बल अनुभव करेगा ।

वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता (E) को निम्नलिखित सूत्र द्वारा दर्शाया जाता है:

E = F / q

जहाँ:

E = वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता (N/C)

F = उस बिंदु पर एक इकाई आवेशित कण पर लगने वाला बल (N)

q = उस इकाई आवेशित कण का आवेश (C)

वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता का मात्रक-

वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता की SI unit न्यूटन प्रति कूलम्ब (N/C) है।

Force on a Charged particle due to an Electric Field / विद्युत क्षेत्र के कारण आवेशित कण पर बल

वैद्युत क्षेत्र में किसी बिंदु पर वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता E ज्ञात होने पर हम उस बिंदु पर स्थित किसी भी आवेश q पर लगने वाले बल F को निम्नलिखित समीकरण से ज्ञात कर सकते हैं।

F=q.E

Intensity of Electric field due to a Point Charge / किसी बिंदु आवेश के कारण वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता

माना कि+q कुलाम का आवेश किसी ऐसे माध्यम में बिंदु o पर स्थित है जिसका परावैद्युतांक K है। आवेश +q द्वारा उत्पन्न वैद्युत क्षेत्र में बिंदु o से r मीटर की दूरी पर एक बिंदु p है जिस पर वैद्युत क्षेत्र की तीव्रता ज्ञात करनी है। इसके लिए माना कि बिंदु p पर एक धन परीक्षण आवेश +q0 स्थित है । तब कुलाम के नियम के अनुसार , धन परीक्षण आवेश +q0 पर लगने वाले वैद्युत बल का मान ,

अतः बिंदु P पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता

निर्वात के लिए K=1 ,

अतः

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