विषय
- इलेक्ट्रिक चार्ज फॉर्मूला
- इलेक्ट्रिक चार्ज और ग्रेविटी: समानताएं
- इलेक्ट्रिक चार्ज का संरक्षण
- एक चार्ज में इलेक्ट्रॉनों की संख्या
- सर्किट में इलेक्ट्रिक चार्ज की गणना
- इलेक्ट्रिक फील्ड फॉर्मूला
- ब्रह्मांड का शुद्ध प्रभार
- चार्ज के साथ इलेक्ट्रिक फ्लक्स की गणना
- शुल्क और स्थैतिक बिजली
- विद्युत कंडक्टर
- अन्य स्थितियों में गौस लॉ
चाहे इसकी स्थैतिक बिजली एक प्यारे कोट द्वारा दी गई हो या टेलीविजन सेट करने वाली बिजली, आप अंतर्निहित भौतिकी को समझकर इलेक्ट्रिक चार्ज के बारे में अधिक जान सकते हैं। आवेश की गणना करने की विधियाँ बिजली की प्रकृति पर ही निर्भर करती हैं, जैसे कि सिद्धान्त वस्तुओं के माध्यम से स्वयं को कैसे वितरित करता है। ये सिद्धांत वही हैं जहाँ आप ब्रह्मांड में हैं, विद्युत चार्ज को विज्ञान की एक मौलिक संपत्ति बनाते हैं।
इलेक्ट्रिक चार्ज फॉर्मूला
गणना करने के कई तरीके हैं आवेश भौतिकी और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में विभिन्न विपक्ष के लिए।
कूलम्बस कानून आम तौर पर विद्युत आवेश को वहन करने वाले कणों से उत्पन्न बल की गणना करते समय उपयोग किया जाता है और आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य विद्युत आवेश समीकरणों में से एक है। इलेक्ट्रॉन 101.602 × 10 के व्यक्तिगत शुल्क को वहन करते हैं-19 Coulombs (C), और प्रोटॉन समान मात्रा में ले जाते हैं, लेकिन सकारात्मक दिशा में, 1.602 × 10 −19 C. दो आरोपों के लिए क्ष1 तथा क्ष2 _that को एक दूरी से अलग किया जाता है _r, आप विद्युत बल की गणना कर सकते हैं एफइ Coulombs कानून का उपयोग कर उत्पन्न:
F_E = frac {kq_1q_2} {r ^ 2}जिसमें क एक स्थिर है क = 9.0 × 10 9 एनएम2 / सी2। भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर कभी-कभी चर का उपयोग करते हैं इ एक इलेक्ट्रॉन के आवेश का उल्लेख करना।
ध्यान दें कि, विपरीत संकेतों (प्लस और माइनस) के आरोपों के लिए, बल नकारात्मक है और इसलिए, दो आरोपों के बीच आकर्षक है। एक ही चिह्न (प्लस और प्लस या माइनस) के दो आरोपों के लिए, बल प्रतिकारक है। जितने अधिक शुल्क होंगे, उनके बीच उतना ही आकर्षक या प्रतिकारक बल मजबूत होगा।
इलेक्ट्रिक चार्ज और ग्रेविटी: समानताएं
Coulombs कानून गुरुत्वाकर्षण बल के लिए न्यूटन के कानून की समानता को दर्शाता है एफजी = जी एम1म2 / आर2 गुरुत्वाकर्षण बल के लिए एफजी, जनता म1तथा म2, और गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक जी = 6.674 × 10 −11 म3/ किग्रा2। वे दोनों अलग-अलग ताकतों को मापते हैं, अधिक द्रव्यमान या आवेश के साथ भिन्न होते हैं और दोनों वस्तुओं के बीच की त्रिज्या पर दूसरी शक्ति पर निर्भर करते हैं। समानताओं के बावजूद, गुरुत्वाकर्षण बलों को याद रखना हमेशा महत्वपूर्ण होता है, जबकि विद्युत बल आकर्षक या प्रतिकारक हो सकते हैं।
आपको यह भी ध्यान देना चाहिए कि कानूनों के स्थिरांक की घातीय शक्ति में अंतर के आधार पर विद्युत बल गुरुत्वाकर्षण से बहुत अधिक मजबूत होता है। इन दो कानूनों के बीच समानता ब्रह्मांड के सामान्य कानूनों के बीच समरूपता और पैटर्न का एक बड़ा संकेत है।
इलेक्ट्रिक चार्ज का संरक्षण
यदि कोई सिस्टम अलग-थलग रहता है (यानी इसके बाहर किसी और चीज के संपर्क के बिना), तो यह चार्ज को संरक्षित करेगा। आवेश का संरक्षण इसका मतलब है कि सिस्टम के लिए इलेक्ट्रिक चार्ज (पॉजिटिव चार्ज माइनस नेगेटिव चार्ज) की कुल मात्रा समान है। चार्ज का संरक्षण भौतिकविदों और इंजीनियरों की गणना करता है कि सिस्टम और उनके आसपास कितना चार्ज चलता है।
यह सिद्धांत वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को फैराडे पिंजरों को बनाने की अनुमति देता है जो चार्ज से बचने के लिए धातुई ढाल या कोटिंग का उपयोग करते हैं। फैराडे पिंजरे या फैराडे ढाल क्षेत्र के प्रभाव को रद्द करने और इंटीरियर को नुकसान पहुंचाने या प्रवेश करने से आरोपों को रोकने के लिए सामग्री के भीतर आरोपों को फिर से वितरित करने के लिए एक विद्युत क्षेत्र की प्रवृत्ति का उपयोग करते हैं। डेटा का उपयोग चुंबकीय उपकरण अनुनाद इमेजिंग मशीनों में किया जाता है, ताकि डेटा को विकृत होने से बचाया जा सके, और खतरनाक वातावरण में काम करने वाले इलेक्ट्रीशियन और लाइनमैन के लिए सुरक्षात्मक गियर में।
आप कुल आवेश की कुल मात्रा की गणना करके और आवेश छोड़ने की कुल मात्रा को घटाकर शुद्ध आवेश प्रवाह की गणना कर सकते हैं। इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के माध्यम से जो चार्ज लेते हैं, चार्ज किए गए कणों को चार्ज के संरक्षण के अनुसार खुद को संतुलित करने के लिए बनाया या नष्ट किया जा सकता है।
एक चार्ज में इलेक्ट्रॉनों की संख्या
यह जानते हुए कि इलेक्ट्रॉन का आवेश of1.602 × 10 है −19 C, 108 × 10 का शुल्क −18 C 50 इलेक्ट्रॉनों से बना होगा। आप इसे एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के परिमाण द्वारा विद्युत आवेश की मात्रा को विभाजित करके पा सकते हैं।
सर्किट में इलेक्ट्रिक चार्ज की गणना
अगर आपको पता है विद्युत प्रवाहकिसी वस्तु के माध्यम से विद्युत आवेश का प्रवाह, एक सर्किट के माध्यम से यात्रा करना और करंट कब तक लगाया जाता है, आप विद्युत आवेश की गणना कर सकते हैं विद्युत धारा के समीकरण से क्यू = यह जिसमें क्यू युग्मनज में मापा गया कुल आवेश होता है, मैं amps में वर्तमान है, और टी वह समय है जब करंट सेकंडों में लगाया जाता है। आप ओम कानून का भी उपयोग कर सकते हैं (वी = आईआर) वोल्टेज और प्रतिरोध से करंट की गणना करना।
वोल्टेज 3 वी और प्रतिरोध 5 circuit के साथ एक सर्किट के लिए 10 सेकंड के लिए आवेदन किया जाता है, जो कि वर्तमान परिणाम है मैं = वी / आर = 3 वी / 5 Ω = 0.6 ए, और कुल शुल्क होगा क्यू = यह = 0.6 ए × 10 एस = 6 सी।
यदि आप संभावित अंतर जानते हैं (वी) सर्किट में लागू वोल्ट और काम में (डब्ल्यू) जूल में उस अवधि में किया जाता है जिस पर इसे लागू किया जाता है, युग्मनों में आवेश, क्यू = डब्ल्यू / वी.
इलेक्ट्रिक फील्ड फॉर्मूला
••• सैयद हुसैन अतहरबिजली क्षेत्रप्रति यूनिट आवेश, विद्युत बल, ऋणात्मक आवेशों से ऋणात्मक आवेशों से बाहर की ओर फैलता है और इसकी गणना की जा सकती है इ = एफइ / क्ष, जिसमें एफइ विद्युत बल है और क्ष वह चार्ज है जो विद्युत क्षेत्र का उत्पादन करता है। यह देखते हुए कि बिजली और चुंबकत्व में गणना करने के लिए मौलिक क्षेत्र और बल कैसे हैं, विद्युत चार्ज को पदार्थ की संपत्ति के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, जिसके कारण एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में एक बल होता है।
यहां तक कि अगर नेट, या कुल, एक वस्तु पर चार्ज शून्य है, तो बिजली के क्षेत्र वस्तुओं के अंदर विभिन्न शिष्टाचार में वितरित करने की अनुमति देते हैं। यदि उनके भीतर चार्ज डिस्ट्रीब्यूशन हैं जो नॉन-जीरो नेट चार्ज के परिणामस्वरूप हैं, तो ये ऑब्जेक्ट हैं ध्रुवीकृत, और इन ध्रुवीकरणों के कारण होने वाले चार्ज को कहा जाता है बाध्य आरोप.
ब्रह्मांड का शुद्ध प्रभार
हालांकि वैज्ञानिक इस बात पर सहमत नहीं हैं कि ब्रह्मांड का कुल प्रभार क्या है, उन्होंने विभिन्न तरीकों के माध्यम से शिक्षित अनुमान और परिकल्पनाएं बनाई हैं। आप देख सकते हैं कि ब्रह्माण्ड में ब्रह्मांड पर प्रमुख बल गुरुत्वाकर्षण है, और, क्योंकि विद्युत चुम्बकीय बल गुरुत्वाकर्षण बल की तुलना में बहुत मजबूत है, यदि ब्रह्मांड का शुद्ध प्रभार (या तो सकारात्मक या नकारात्मक) था, तो आप सक्षम हैं इतनी बड़ी दूरी पर इसके सबूत देखें। इस साक्ष्य के अभाव ने शोधकर्ताओं को ब्रह्मांड को तटस्थ होने का विश्वास दिलाया है।
क्या ब्रह्मांड हमेशा तटस्थ रहा है या ब्रह्मांड का प्रभार कैसे बदल गया है क्योंकि बड़े धमाके भी सवाल हैं जो बहस तक हैं। यदि ब्रह्मांड का शुद्ध प्रभार था, तो वैज्ञानिकों को सभी विद्युत क्षेत्र लाइनों पर अपनी प्रवृत्ति और प्रभावों को इस तरह से मापने में सक्षम होना चाहिए, जैसे कि सकारात्मक चार्ज से नकारात्मक चार्ज से कनेक्ट करने के बजाय, वे कभी समाप्त नहीं होंगे। इस अवलोकन की अनुपस्थिति इस तर्क की ओर भी इशारा करती है कि ब्रह्मांड का कोई शुद्ध प्रभार नहीं है।
चार्ज के साथ इलेक्ट्रिक फ्लक्स की गणना
••• सैयद हुसैन अतहरविद्युतीय फ्लक्स एक प्लेनर (यानी फ्लैट) क्षेत्र के माध्यम से ए एक विद्युत क्षेत्र का इ क्षेत्र के क्षेत्र के घटक द्वारा क्षेत्र को गुणा किया जाता है। इस लंबवत घटक को प्राप्त करने के लिए, आप फ्लक्स के फार्मूले में रुचि और समतल के बीच के कोण के कोसाइन का उपयोग करते हैं, जिसका प्रतिनिधित्व करते हैं Φ = ईए क्योंकि (θ), कहाँ पे θ क्षेत्र के लिए लंबवत रेखा और विद्युत क्षेत्र की दिशा के बीच का कोण है।
इस समीकरण, के रूप में जाना जाता है गॉस लॉ, आपको यह भी बताता है कि, इन जैसी सतहों के लिए, जिन्हें आप कहते हैं गाऊसी सतह, कोई भी शुद्ध आवेश विमान की सतह पर रहता है क्योंकि यह विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए आवश्यक होगा।
क्योंकि यह प्रवाह की गणना में उपयोग की जाने वाली सतह के क्षेत्र की ज्यामिति पर निर्भर करता है, यह आकार के आधार पर भिन्न होता है। एक गोलाकार क्षेत्र के लिए, फ्लक्स क्षेत्र ए होगा r_r_2 साथ में आर सर्कल के त्रिज्या के रूप में, या एक सिलेंडर की घुमावदार सतह के लिए, फ्लक्स क्षेत्र होगा चौधरी जिसमें सी परिपत्र सिलेंडर चेहरे की परिधि है और ज सिलिंडर की ऊँचाई है।
शुल्क और स्थैतिक बिजली
स्थैतिक बिजली उभरता है जब दो वस्तुएं विद्युत संतुलन में नहीं होती हैं (या इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन), या, कि एक वस्तु से दूसरी वस्तु पर आवेशों का शुद्ध प्रवाह है। जैसे ही सामग्री एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती है, वे एक दूसरे के बीच शुल्क स्थानांतरित करते हैं। एक कालीन पर मोज़े रगड़ना या अपने बालों पर एक फुलाया गुब्बारे के रबर को बिजली के इन रूपों को उत्पन्न कर सकते हैं। झटका इन अतिरिक्त शुल्कों को वापस स्थानांतरित करता है, संतुलन की स्थिति को फिर से स्थापित करने के लिए।
विद्युत कंडक्टर
के लिए कंडक्टर (एक सामग्री जो बिजली पहुंचाती है) इलेक्ट्रोस्टैटिक सन्तुलन में, विद्युत क्षेत्र अंदर शून्य होता है और इसकी सतह पर शुद्ध आवेश इलेक्ट्रोस्टैटिक सन्तुलन पर रहना चाहिए। ऐसा इसलिए है, क्योंकि यदि कोई क्षेत्र होता है, तो कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों को क्षेत्र के जवाब में स्वयं को फिर से वितरित या फिर से संरेखित किया जाएगा। इस तरह, वे किसी भी फ़ील्ड को रद्द कर देंगे जो इसे बनाया जाएगा।
एल्यूमीनियम और तांबे के तार आम कंडक्टर सामग्री हैं जो धाराओं को संचारित करने के लिए उपयोग की जाती हैं, और आयनिक कंडक्टर भी अक्सर उपयोग किए जाते हैं, जो ऐसे समाधान हैं जो आसानी से प्रवाह करने के लिए स्वतंत्र रूप से फ्लोटिंग आयनों का उपयोग करते हैं। सेमी कंडक्टर, जैसे कि चिप्स जो कंप्यूटर को कार्य करते हैं, स्वतंत्र रूप से परिसंचारी इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करते हैं, लेकिन उतने कंडक्टर नहीं करते हैं। सिलिकॉन और जर्मेनियम जैसे अर्ध-कंडक्टरों को चार्ज होने देने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और आमतौर पर कम चालकता होती है। इसके विपरीत, इंसुलेटर जैसे कि लकड़ी उनके माध्यम से आसानी से प्रवाह नहीं होने देती है।
गॉसियन सतह के लिए अंदर कोई फ़ील्ड नहीं है, जो कंडक्टर की सतह के अंदर स्थित है, फ़ील्ड को हर जगह शून्य होना चाहिए ताकि फ्लक्स शून्य हो। इसका मतलब है कि कंडक्टर के अंदर कोई नेट इलेक्ट्रिक चार्ज नहीं है। इससे, आप यह कह सकते हैं कि, सममित ज्यामितीय संरचनाओं जैसे कि गोले के लिए, चार्ज गौसियन सतह की सतह पर समान रूप से वितरित करता है।
अन्य स्थितियों में गौस लॉ
क्योंकि एक सतह पर शुद्ध आवेश इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन में रहना चाहिए, किसी भी विद्युत क्षेत्र को कंडक्टर की सतह के लंबवत होना चाहिए ताकि सामग्री को चार्ज करने की अनुमति मिल सके। गॉस कानून आपको कंडक्टर के लिए इस विद्युत क्षेत्र और फ्लक्स के परिमाण की गणना करने देता है। एक चालक के अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य होना चाहिए, और, बाहर, यह सतह के लंबवत होना चाहिए।
इसका मतलब है, एक लंबवत कोण पर दीवारों से क्षेत्र विकिरण के साथ एक बेलनाकार कंडक्टर के लिए, कुल प्रवाह केवल 2_E___r_ है2 एक विद्युत क्षेत्र के लिए इ तथा आर बेलनाकार कंडक्टर के परिपत्र चेहरे की त्रिज्या। आप सतह का उपयोग करके शुद्ध आवेश का वर्णन भी कर सकते हैं σ, को चार्ज का घनत्व प्रति इकाई क्षेत्र, क्षेत्रफल से गुणा किया जाता है।