કુલોમ્બનો કાયદો અને ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં તેનો ઉપયોગ

જેમ ન્યુટોનિયન મિકેનિક્સમાં, ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા હંમેશા સમૂહ સાથેના શરીર વચ્ચે થાય છે, તેવી જ રીતે ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સની જેમ, ઇલેક્ટ્રિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જવાળા શરીરની લાક્ષણિકતા છે. ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ "q" અથવા "Q" પ્રતીક દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.

આપણે એમ પણ કહી શકીએ કે ઈલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સમાં ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જ q ની વિભાવના મિકેનિક્સમાં ગુરુત્વાકર્ષણ સમૂહ m ની વિભાવના જેવી જ છે. પરંતુ ગુરુત્વાકર્ષણ સમૂહથી વિપરીત, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશવા માટે શરીર અને કણોની મિલકતને દર્શાવે છે, અને આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, જેમ તમે સમજો છો, ગુરુત્વાકર્ષણ નથી.

ઇલેક્ટ્રિક શુલ્ક

વિદ્યુત ઘટનાના અભ્યાસમાં માનવ અનુભવમાં ઘણા પ્રાયોગિક પરિણામો છે, અને આ તમામ તથ્યોએ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વિશે નીચેના અસ્પષ્ટ નિષ્કર્ષ પર પહોંચવાની મંજૂરી આપી છે:

1. ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ બે પ્રકારના હોય છે - શરતી રીતે તેને હકારાત્મક અને નકારાત્મકમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

2.ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જને એક ચાર્જ કરેલ ઑબ્જેક્ટમાંથી બીજામાં સ્થાનાંતરિત કરી શકાય છે: ઉદાહરણ તરીકે, એકબીજા સાથે સંસ્થાઓનો સંપર્ક કરીને - તેમની વચ્ચેના ચાર્જને અલગ કરી શકાય છે. આ કિસ્સામાં, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એ શરીરનો ફરજિયાત ઘટક નથી: વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં, સમાન ઑબ્જેક્ટમાં વિવિધ તીવ્રતા અને ચિહ્નનો ચાર્જ હોઈ શકે છે, અથવા તેમાં કોઈ ચાર્જ ન હોઈ શકે. આમ ચાર્જ એ વાહકમાં સહજ કંઈક નથી, અને તે જ સમયે ચાર્જ વાહક વિના અસ્તિત્વમાં નથી.

3. જ્યારે ગુરુત્વાકર્ષણ કરતી સંસ્થાઓ હંમેશા એકબીજાને આકર્ષે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ બંને એકબીજાને આકર્ષિત કરી શકે છે અને એકબીજાને ભગાડી શકે છે. જેમ કે શુલ્ક પરસ્પર આકર્ષે છે, જેમ કે શુલ્ક ભગાડે છે.

ચાર્જ કેરિયર્સ ઇલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન અને અન્ય પ્રાથમિક કણો છે. ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ બે પ્રકારના હોય છે - હકારાત્મક અને નકારાત્મક. સકારાત્મક ચાર્જ તે છે જે ચામડાથી ઘસવામાં આવેલા કાચ પર દેખાય છે. નકારાત્મક - ફર-રબડ એમ્બર પર થતા શુલ્ક. સત્તાધીશોએ જ નામના આરોપો પાછળ ધકેલી દીધા. વિરોધી ચાર્જવાળા પદાર્થો એકબીજાને આકર્ષે છે.

ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના સંરક્ષણનો કાયદો કુદરતનો મૂળભૂત કાયદો છે, તે આ રીતે વાંચે છે: "એક અલગ સિસ્ટમમાં તમામ સંસ્થાઓના શુલ્કનો બીજગણિત સરવાળો સતત રહે છે". આનો અર્થ એ છે કે બંધ સિસ્ટમમાં, માત્ર એક ચિહ્ન માટેના શુલ્કનો દેખાવ અથવા અદ્રશ્ય થવું અશક્ય છે.

એક અલગ સિસ્ટમમાં શુલ્કનો બીજગણિત સરવાળો સતત રાખવામાં આવે છે. ચાર્જ કેરિયર્સ એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં જઈ શકે છે અથવા શરીરની અંદર, પરમાણુમાં, અણુમાં જઈ શકે છે. ચાર્જ સંદર્ભની ફ્રેમથી સ્વતંત્ર છે.

આજે, વૈજ્ઞાનિક મત એ છે કે મૂળ ચાર્જ કેરિયર્સ પ્રાથમિક કણો હતા.પ્રાથમિક કણો ન્યુટ્રોન (ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ), પ્રોટોન (પોઝીટીવલી ચાર્જ થયેલ) અને ઇલેક્ટ્રોન (નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ) અણુઓ બનાવે છે.

અણુઓના મધ્યવર્તી કેન્દ્ર પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનથી બનેલા હોય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન અણુઓના શેલ બનાવે છે. ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોનના ચાર્જની મોડ્યુલી પ્રાથમિક ચાર્જ eની તીવ્રતામાં સમાન હોય છે, પરંતુ ચિહ્નમાં આ કણોના ચાર્જ એકબીજાથી વિરુદ્ધ હોય છે.

ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જીસની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા - કુલોમ્બનો કાયદો

એકબીજા સાથે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની વાત કરીએ તો, પછી 1785 માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી ચાર્લ્સ કુલોમ્બે પ્રાયોગિક રીતે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સના આ મૂળભૂત કાયદાની સ્થાપના કરી અને તેનું વર્ણન કર્યું, પ્રકૃતિનો મૂળભૂત કાયદો, જે અન્ય કોઈપણ કાયદાઓથી અનુસરતો નથી. તેમના કાર્યમાં, વૈજ્ઞાનિક સ્થિર બિંદુ-ચાર્જ થયેલ સંસ્થાઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરે છે અને તેમના પરસ્પર વિકાર અને આકર્ષણના દળોને માપે છે.

કુલોમ્બે પ્રાયોગિક રીતે નીચે મુજબની સ્થાપના કરી: "સ્થિર શુલ્કની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દળો મોડ્યુલોના ઉત્પાદનના સીધા પ્રમાણસર છે અને તેમની વચ્ચેના અંતરના વર્ગના વિપરિત પ્રમાણસર છે."

આ કુલોમ્બના કાયદાની રચના છે. અને જો કે પોઈન્ટ ચાર્જીસ પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં નથી, માત્ર પોઈન્ટ ચાર્જના સંદર્ભમાં આપણે કુલોમ્બના કાયદાની આ રચનામાં તેમની વચ્ચેના અંતર વિશે વાત કરી શકીએ છીએ.

વાસ્તવમાં, જો શરીર વચ્ચેનું અંતર નોંધપાત્ર રીતે તેમના કદ કરતાં વધી જાય, તો પછી ન તો ચાર્જ થયેલ સંસ્થાઓનું કદ અથવા આકાર ખાસ કરીને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને અસર કરશે નહીં, જેનો અર્થ છે કે આ સમસ્યા માટેના શરીરને એકદમ બિંદુ-જેવા ગણી શકાય.

ચાલો એક ઉદાહરણ જોઈએ. ચાલો કેટલાક ચાર્જ થયેલા બોલને તાર પર લટકાવીએ.કારણ કે તેઓને અમુક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે છે, તેઓ કાં તો ભગાડશે અથવા આકર્ષિત કરશે. દળો આ સંસ્થાઓને જોડતી સીધી રેખા સાથે નિર્દેશિત હોવાથી, આ કેન્દ્રીય દળો છે.

બીજામાંથી દરેક ચાર્જ પર કામ કરતા દળોને દર્શાવવા માટે, અમે લખીશું: F12 એ પ્રથમ પરના બીજા ચાર્જનું બળ છે, F21 એ બીજા પરના પ્રથમ ચાર્જનું બળ છે, r12 એ બીજામાંથી ત્રિજ્યા વેક્ટર છે. પ્રથમ પર ચાર્જ કરો. જો ચાર્જમાં સમાન ચિહ્ન હોય, તો બળ F12 સંયુક્ત રીતે ત્રિજ્યા વેક્ટર તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવશે, પરંતુ જો ચાર્જમાં અલગ અલગ ચિહ્નો હોય, તો બળ F12 ત્રિજ્યા વેક્ટર સામે નિર્દેશિત કરવામાં આવશે.

બિંદુ શુલ્કની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના કાયદાનો ઉપયોગ કરીને (કુલોમ્બનો કાયદો), હવે કોઈપણ બિંદુ શુલ્ક અથવા બિંદુ ચાર્જ સંસ્થાઓ માટે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ શોધી શકાય છે. જો શરીર બિંદુ-આકારના ન હોય, તો તેઓ માનસિક રીતે તત્વોના પેસ્ટલમાં વિભાજિત થાય છે, જેમાંથી દરેકને બિંદુ ચાર્જ તરીકે લઈ શકાય છે.

તમામ નાના તત્વો વચ્ચે કાર્ય કરતા દળોને શોધ્યા પછી, આ દળો ભૌમિતિક રીતે ઉમેરે છે-તેઓ પરિણામી બળ શોધે છે. કુલોમ્બના કાયદા અનુસાર પ્રાથમિક કણો પણ એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને આજની તારીખે ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સના આ મૂળભૂત કાયદાનું કોઈ ઉલ્લંઘન જોવા મળ્યું નથી.

ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં કુલોમ્બના કાયદાનો ઉપયોગ

આધુનિક વિદ્યુત ઈજનેરીમાં એવો કોઈ વિસ્તાર નથી કે જ્યાં કુલોમ્બનો કાયદો એક યા બીજા સ્વરૂપે કામ કરતો ન હોય. વિદ્યુત પ્રવાહથી શરૂ કરીને, સરળ રીતે ચાર્જ કરેલ કેપેસિટર સાથે સમાપ્ત થાય છે. ખાસ કરીને તે વિસ્તારો કે જે ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સ સાથે કામ કરે છે - તે કુલોમ્બના કાયદા સાથે 100% સંબંધિત છે. ચાલો માત્ર થોડા ઉદાહરણો જોઈએ.

સૌથી સરળ કેસ એ ડાઇલેક્ટ્રિકની રજૂઆત છે.શૂન્યાવકાશમાં ચાર્જની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું બળ એ પરિસ્થિતિઓમાં સમાન ચાર્જની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના બળ કરતાં હંમેશા વધારે હોય છે જ્યારે તેમની વચ્ચે કોઈ પ્રકારનું ડાઇલેક્ટ્રિક મૂકવામાં આવે છે.

માધ્યમનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક ચોક્કસપણે તે મૂલ્ય છે જે તમને ચાર્જ અને તેમની તીવ્રતા વચ્ચેના અંતરને ધ્યાનમાં લીધા વિના, દળોના મૂલ્યોને જથ્થાત્મક રીતે નિર્ધારિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. શૂન્યાવકાશમાં ચાર્જના ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળને પરિચયિત ડાઇલેક્ટ્રિકના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક દ્વારા વિભાજિત કરવા માટે તે પૂરતું છે - આપણે ડાઇલેક્ટ્રિકની હાજરીમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ મેળવીએ છીએ.

અત્યાધુનિક સંશોધન સાધનો - એક કણ પ્રવેગક. ચાર્જ્ડ પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર્સનું સંચાલન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ અને ચાર્જ્ડ કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ઘટના પર આધારિત છે. વિદ્યુત ક્ષેત્ર પ્રવેગકમાં કામ કરે છે, કણની ઊર્જામાં વધારો કરે છે.

જો આપણે અહીં પ્રવેગક કણને બિંદુ ચાર્જ તરીકે અને પ્રવેગકના પ્રવેગક વિદ્યુત ક્ષેત્રની ક્રિયાને અન્ય બિંદુ શુલ્કમાંથી કુલ બળ તરીકે ધ્યાનમાં લઈએ, તો આ કિસ્સામાં કુલોમ્બનો નિયમ સંપૂર્ણ રીતે જોવામાં આવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર ફક્ત કણને નિર્દેશિત કરે છે. લોરેન્ટ્ઝ બળ, પરંતુ તેની ઊર્જામાં ફેરફાર કરતું નથી, પરંતુ માત્ર પ્રવેગકમાં કણોની હિલચાલ માટેના માર્ગને સેટ કરે છે.

રક્ષણાત્મક વિદ્યુત માળખાં. મહત્વપૂર્ણ વિદ્યુત સ્થાપનો હંમેશા પ્રથમ નજરમાં વીજળીના સળિયા જેવા સરળ કંઈકથી સજ્જ હોય ​​છે. અને તેના કામમાં વીજળીનો સળિયો પણ કુલોમ્બના કાયદાનું નિરીક્ષણ કર્યા વિના પસાર થતો નથી. વાવાઝોડા દરમિયાન, પૃથ્વી પર મોટા પ્રેરિત શુલ્ક દેખાય છે - કુલોમ્બના નિયમ મુજબ, તેઓ વાવાઝોડાના વાદળોની દિશામાં આકર્ષાય છે. પરિણામ એ પૃથ્વીની સપાટી પર મજબૂત ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર છે.

આ ક્ષેત્રની તીવ્રતા ખાસ કરીને તીક્ષ્ણ વાહકની નજીક વધુ હોય છે, અને તેથી વીજળીના સળિયાના પોઇન્ટેડ છેડે કોરોનલ ડિસ્ચાર્જ પ્રજ્વલિત થાય છે - પૃથ્વી પરથી ચાર્જ, કુલોમ્બના કાયદાનું પાલન કરીને, થન્ડરબોલ્ટના વિપરીત ચાર્જ દ્વારા આકર્ષાય છે. વાદળ

કોરોના ડિસ્ચાર્જના પરિણામે વીજળીના સળિયાની નજીકની હવા ખૂબ જ આયનાઈઝ્ડ છે. પરિણામે, ટીપની નજીકના વિદ્યુત ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ ઘટે છે (તેમજ કોઈપણ વાયરની અંદર), પ્રેરિત ચાર્જ બિલ્ડિંગ પર એકઠા થઈ શકતા નથી, અને વીજળી પડવાની સંભાવના ઘટી જાય છે. જો વીજળી વીજળીના સળિયા પર પ્રહાર કરે છે, તો ચાર્જ ખાલી પૃથ્વી પર જશે અને ઇન્સ્ટોલેશનને નુકસાન કરશે નહીં.