विद्युत आवेश तथा क्षेत्र नोट्स | Electric charge and Field | chapter -1 | class-12th | physics | NCERT |

विद्युत आवेश तथा क्षेत्र नोट्स भौतिकी में बिजली और चुंबकत्व से संबंधित विषय है। यह विद्युत क्षेत्रों की अवधारणा को शामिल करता है, जो अंतरिक्ष में आवेशित कणों या वस्तुओं के आसपास के क्षेत्र हैं जहां अन्य आवेशित कण एक बल का अनुभव करते हैं। नोट्स में विद्युत प्रवाह भी शामिल है, जो किसी दिए गए सतह के माध्यम से विद्युत क्षेत्र के प्रवाह का एक उपाय है।

विद्युत आवेशों के व्यवहार और पदार्थ के साथ विद्युत क्षेत्रों की परस्पर क्रिया को समझने के लिए विद्युत क्षेत्र और विद्युत प्रवाह की अवधारणा महत्वपूर्ण है। नोट्स में विद्युत क्षेत्र और प्रवाह की गणना करने के लिए गणितीय सूत्र और समीकरण शामिल हो सकते हैं, साथ ही वास्तविक दुनिया की स्थितियों में इन अवधारणाओं के उदाहरण और अनुप्रयोग भी शामिल हो सकते हैं।

कुल मिलाकर, “विद्युत आवेश और क्षेत्र” पर नोट्स बिजली के मूल सिद्धांतों और विभिन्न वातावरणों में इसके व्यवहार को समझने के लिए एक आधार प्रदान करते हैं।

विद्युत आवेश – Electric charge

विद्युत आवेश पदार्थ का एक मूलभूत गुण है जो बताता है कि कोई वस्तु विद्युत क्षेत्र के साथ कितनी तीव्रता से संपर्क करती है। विद्युत आवेश या तो धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है, और समान आवेश एक दूसरे को पीछे हटाते हैं जबकि विपरीत आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं।

विद्युत आवेश की इकाई कूलम्ब (C) है, और आवेश की मूल इकाई इलेक्ट्रॉन का आवेश है, जो ऋणात्मक है और इसका मान -1.6 x 10^-19 C है। प्रोटॉन की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉनों वाली वस्तुओं का शुद्ध ऋणात्मक होता है आवेश, जबकि प्रोटॉन की तुलना में कम इलेक्ट्रॉनों वाली वस्तुओं पर शुद्ध धनात्मक आवेश होता है। तटस्थ वस्तुओं में समान संख्या में इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप शुद्ध शून्य आवेश होता है।

विद्युत आवेश (Electric charge) कैसे मापा जाता है?

इलेक्ट्रोमीटर नामक उपकरण का उपयोग करके विद्युत आवेश को मापा जा सकता है। इलेक्ट्रोमीटर दो आवेशित वस्तुओं के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण को मापने के द्वारा काम करता है। वस्तुओं में से एक को एक निश्चित स्थिति में रखा जाता है, जबकि दूसरे को करीब या दूर ले जाया जाता है।

वस्तुओं के बीच विद्युत क्षेत्र की ताकत प्रत्येक वस्तु पर आवेश की मात्रा के समानुपाती होती है, जिससे आवेश को सटीक रूप से मापा जा सकता है।

विद्युत आवेश (Electric charge) का महत्व (विद्युत आवेश तथा क्षेत्र नोट्स)

विज्ञान और प्रौद्योगिकी में कई घटनाओं में विद्युत आवेश महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। बिजली और चुंबकत्व में, विद्युत आवेश विद्युत धाराओं, विद्युत चुम्बकीय तरंगों के व्यवहार और एक दूसरे के साथ आवेशित कणों की परस्पर क्रिया का आधार है।

इलेक्ट्रिक चार्ज भी कई तकनीकों का आधार है, जैसे बैटरी, मोटर और जनरेटर। रसायन विज्ञान में, विद्युत आवेश आयनों के व्यवहार का आधार है, जो परमाणु या अणु हैं जिन्होंने इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त या खो दिया है और एक शुद्ध विद्युत आवेश है।

धन तथा ऋण-आवेश – Positive and Negative Charges

विद्युत आवेश पदार्थ के मूलभूत गुण हैं जो या तो धनात्मक या ऋणात्मक होते हैं। धनात्मक आवेश प्रोटॉन द्वारा वहन किए जाते हैं, जबकि ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रॉनों द्वारा ले जाए जाते हैं। विभिन्न वातावरणों में पदार्थ के व्यवहार को समझने और नई तकनीकों को विकसित करने के लिए धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के गुणों और व्यवहार को समझना आवश्यक है।

धनात्मक आवेश

धनात्मक आवेश प्रोटॉन द्वारा वहन किए जाते हैं, जो ऐसे कण होते हैं जो एक परमाणु के नाभिक में पाए जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों द्वारा किए गए ऋणात्मक आवेश के परिमाण में प्रोटॉन के बराबर धनात्मक आवेश होता है। जैसे आवेश एक-दूसरे को पीछे हटाते हैं, वैसे ही धनात्मक आवेश अन्य धनात्मक आवेशों को पीछे हटाते हैं।

धनात्मक आवेश ऋणात्मक आवेशों को आकर्षित करते हैं, यही कारण है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु के नाभिक की ओर आकर्षित होते हैं। जब किसी वस्तु में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक प्रोटॉन होते हैं, तो वस्तु का शुद्ध धनात्मक आवेश होता है। धनात्मक आवेश वाली वस्तुएँ ऋणात्मक आवेश वाली वस्तुओं की ओर आकर्षित होती हैं और धनात्मक आवेश वाली वस्तुओं द्वारा प्रतिकर्षित होती हैं।

ऋणात्मक आवेश

ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रॉनों द्वारा वहन किए जाते हैं, जो ऐसे कण होते हैं जो किसी परमाणु के नाभिक की परिक्रमा करते हैं। प्रोटॉन द्वारा किए गए धनात्मक आवेश के परिमाण में इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश बराबर होता है। जैसे आवेश एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, वैसे ही ऋणात्मक आवेश अन्य ऋणात्मक आवेशों को पीछे हटाते हैं।

ऋणात्मक आवेश धनात्मक आवेशों की ओर आकर्षित होते हैं, यही कारण है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु के नाभिक की ओर आकर्षित होते हैं। जब किसी वस्तु में प्रोटॉन की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो वस्तु का शुद्ध ऋणात्मक आवेश होता है। ऋणात्मक आवेश वाली वस्तुएँ धनात्मक आवेश वाली वस्तुओं की ओर आकर्षित होती हैं और ऋणात्मक आवेश वाली वस्तुओं द्वारा प्रतिकर्षित होती हैं।

विद्युत आवेश का संरक्षण – Conservation of Electric Charge

विद्युत आवेश का संरक्षण भौतिकी का एक मूलभूत सिद्धांत है जो बताता है कि विद्युत आवेश को बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसे एक वस्तु से दूसरी वस्तु में स्थानांतरित किया जा सकता है। दूसरे शब्दों में, एक बंद प्रणाली में विद्युत आवेश की कुल मात्रा समय के साथ स्थिर रहती है।

यह सिद्धांत इस प्रेक्षण पर आधारित है कि प्रत्येक भौतिक प्रक्रिया में वैद्युत आवेश सदैव संरक्षित रहता है। उदाहरण के लिए, जब एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को हटा दिया जाता है, परमाणु सकारात्मक रूप से आवेशित हो जाता है, और इलेक्ट्रॉन एक ऋणात्मक आवेश वहन करता है। सिस्टम में चार्ज की कुल मात्रा समान रहती है, लेकिन चार्ज का वितरण बदल गया है।

विद्युत आवेश का संरक्षण प्रकृति का एक मूलभूत नियम है और विद्युत चुंबकत्व, क्वांटम यांत्रिकी और कण भौतिकी सहित भौतिकी के कई क्षेत्रों में आवश्यक है। इसमें इलेक्ट्रिक सर्किट, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और कई अन्य क्षेत्रों में महत्वपूर्ण व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं।

कूलॉम का नियम – Coulomb’s law

कूलॉम का नियम भौतिकी में एक मूलभूत सिद्धांत है जो विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का वर्णन करता है। नियम कहता है कि दो आवेशित कणों के बीच का बल उनके आवेशों के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। कूलम्ब के नियम की गणितीय अभिव्यक्ति है:

F = kq1q2/r^2

जहाँ F दो आवेशों के बीच का बल है, q1 और q2 दो कणों के आवेश हैं, r आवेशों के बीच की दूरी है, और k कूलॉम का स्थिरांक है, एक आनुपातिकता स्थिरांक है जो आवेश और दूरी को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली इकाइयों पर निर्भर करता है।

कूलॉम का नियम धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेशों पर लागू होता है, और एक ही चिन्ह के दो आवेशों के बीच का बल प्रतिकारक होता है, जबकि विपरीत चिन्हों के दो आवेशों के बीच का बल आकर्षक होता है। बढ़ती दूरी के साथ बल तेजी से घटता है, इसलिए आवेशों के बीच अंतःक्रिया सबसे मजबूत होती है जब वे एक साथ निकट होते हैं।

कूलॉम का नियम विद्युत चुंबकत्व में एक महत्वपूर्ण सिद्धांत है, क्योंकि यह उन बलों का वर्णन करता है जो विद्युत क्षेत्रों में विद्युत आवेशित कणों के व्यवहार को नियंत्रित करते हैं। इसके कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिनमें इलेक्ट्रिक मोटर्स, जनरेटर और अन्य विद्युत उपकरणों का डिज़ाइन शामिल है।

कूलॉम के नियम का महत्त्व – Importance of Coulomb’s Law

कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के साथ भौतिकी में कूलम्ब का नियम एक आवश्यक सिद्धांत है। यहाँ इसके कुछ महत्वपूर्ण योगदान हैं:

विद्युत क्षेत्र को समझना: कूलम्ब का नियम आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया का वर्णन करता है और विद्युत क्षेत्र के अध्ययन में एक मूलभूत सिद्धांत है। यह हमें यह समझने में मदद करता है कि विद्युत क्षेत्र कैसे बनाए जाते हैं, वे कैसे प्रसारित होते हैं और वे आवेशित कणों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं।

विद्युत उपकरणों की डिजाइनिंग: इलेक्ट्रिक मोटर्स, जनरेटर और कैपेसिटर सहित कई विद्युत उपकरणों के डिजाइन में कूलम्ब का नियम आवश्यक है। कूलम्ब के नियम के सिद्धांतों को समझकर, इंजीनियर ऐसे उपकरणों को डिज़ाइन कर सकते हैं जो आवेशित कणों के बीच प्रतिकारक और आकर्षक बलों का लाभ उठाते हैं।

परमाणु और आणविक संरचनाओं की व्याख्या: कूलम्ब का नियम परमाणुओं और अणुओं की संरचनाओं को समझाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सकारात्मक रूप से आवेशित नाभिक और ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों के बीच आकर्षण कूलम्ब के नियम द्वारा वर्णित है और परमाणु और आणविक संरचनाओं की स्थिरता को निर्धारित करता है।

भौतिक गुणों को समझना: कूलम्ब का नियम हमें सामग्री के गुणों को समझने में मदद करता है, जिसमें उनकी विद्युत चालकता और ढांकता हुआ गुण शामिल हैं। आवेशित कणों के बीच अन्योन्य क्रिया को समझकर, हम ऐसी सामग्रियों को डिज़ाइन कर सकते हैं जो बिजली का प्रभावी ढंग से संचालन या इन्सुलेट करती हैं।

कण भौतिकी: कण भौतिकी में कूलम्ब का नियम एक आवश्यक सिद्धांत है, जहाँ इसका उपयोग उपपरमाण्विक कणों के बीच परस्पर क्रियाओं का वर्णन करने के लिए किया जाता है। कूलम्ब के नियम के सिद्धांतों को समझकर, भौतिक विज्ञानी पदार्थ की संरचना और उप-परमाणु स्तर पर कणों के व्यवहार की जांच कर सकते हैं।

संक्षेप में, कूलम्ब का नियम भौतिकी का एक मूलभूत सिद्धांत है जिसके कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं। आवेशित कणों के बीच की बातचीत को समझकर, हम विद्युत उपकरणों को डिजाइन कर सकते हैं, परमाणु और आणविक संरचनाओं की व्याख्या कर सकते हैं, भौतिक गुणों को समझ सकते हैं और उप-परमाणु स्तर पर कणों के व्यवहार की जांच कर सकते हैं।

विद्युत क्षेत्र – Electric Field

एक विद्युत क्षेत्र एक विद्युत आवेशित वस्तु के चारों ओर अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है जहां उस स्थान के भीतर रखी गई अन्य आवेशित वस्तुओं पर विद्युत बल लगाया जाता है। विद्युत क्षेत्र आवेशित वस्तु द्वारा निर्मित होता है और इसे बल की रेखाओं के रूप में देखा जा सकता है जो धनात्मक रूप से आवेशित वस्तुओं से दूर और ऋणात्मक रूप से आवेशित वस्तुओं की ओर इंगित करती हैं।

गणितीय रूप से, विद्युत क्षेत्र को प्रति इकाई आवेश बल के रूप में परिभाषित किया जाता है, या वह बल जो एक आवेशित कण का अनुभव होता है यदि उसे अंतरिक्ष में किसी विशेष बिंदु पर रखा जाता है और कण पर आवेश की मात्रा से विभाजित किया जाता है। विद्युत क्षेत्र एक सदिश राशि है, जिसका अर्थ है कि इसमें परिमाण और दिशा दोनों हैं।

आवेशित वस्तुओं के बीच की दूरी, प्रत्येक वस्तु पर आवेश की मात्रा और आस-पास की अन्य आवेशित वस्तुओं की उपस्थिति से विद्युत क्षेत्र प्रभावित हो सकता है। चुंबकीय क्षेत्र को बदलकर विद्युत क्षेत्र भी बनाए जा सकते हैं, एक घटना जिसे विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के रूप में जाना जाता है।

विद्युत क्षेत्र भौतिकी के कई क्षेत्रों के लिए मौलिक हैं और इसमें कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिनमें विद्युत उपकरणों जैसे मोटर, जनरेटर और कैपेसिटर के साथ-साथ इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी (ईसीजी) और इलेक्ट्रोएन्सेफ्लोग्राफी (ईईजी) जैसी चिकित्सा इमेजिंग तकनीकों में शामिल हैं। कण त्वरक और अन्य उच्च-ऊर्जा भौतिकी प्रयोगों में आवेशित कणों के व्यवहार में विद्युत क्षेत्र भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

विद्युत क्षेत्र की तीब्रता – Intensity of Electric Field

विद्युत क्षेत्र की तीव्रता अंतरिक्ष में दिए गए बिंदु पर विद्युत क्षेत्र की शक्ति का माप है। इसे प्रति इकाई आवेश पर विद्युत बल के रूप में परिभाषित किया जाता है जो एक आवेशित कण को ​​उस बिंदु पर रखने पर अनुभव होगा।

गणितीय रूप से, विद्युत क्षेत्र E की तीव्रता समीकरण द्वारा दी जाती है:

E = F/Q

जहाँ F अंतरिक्ष में किसी विशेष बिंदु पर रखे आवेश Q के आवेशित कण पर आरोपित विद्युत बल है। विद्युत बल कण पर आवेश और उस बिंदु पर विद्युत क्षेत्र की शक्ति के समानुपाती होता है। इसलिए, विद्युत क्षेत्र की तीव्रता कण पर आवेश और विद्युत क्षेत्र की शक्ति के सीधे आनुपातिक होती है।

इकाइयों की SI प्रणाली में विद्युत क्षेत्र की तीव्रता की इकाई वोल्ट प्रति मीटर (V/m) है।

विद्युत क्षेत्र की तीव्रता आवेशित वस्तु से दूरी, वस्तु पर आवेश की मात्रा और आस-पास अन्य आवेशित वस्तुओं की उपस्थिति पर निर्भर करती है। यह एक सदिश राशि है, जिसका अर्थ है कि इसमें परिमाण और दिशा दोनों हैं।

विद्युत क्षेत्र की तीव्रता विद्युत चुंबकत्व में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है और इसके कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिसमें मोटर, जनरेटर और कैपेसिटर जैसे विद्युत उपकरणों के डिजाइन के साथ-साथ इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी (ईसीजी) और इलेक्ट्रोएन्सेफ्लोग्राफी (ईसीजी) जैसी चिकित्सा इमेजिंग तकनीकों में भी शामिल है। ईईजी)। उच्च-ऊर्जा क्षेत्रों में आवेशित कणों के व्यवहार का अध्ययन करने के लिए इसका उपयोग कण भौतिकी प्रयोगों में भी किया जाता है।

विद्युत द्विधुर्व – Electric Dipole

एक विद्युत द्विध्रुव समान परिमाण के विद्युत आवेशों की एक जोड़ी है, लेकिन एक दूरी से अलग किए गए विपरीत चिह्न, एक द्विध्रुव क्षण को जन्म देते हैं। द्विध्रुवीय क्षण एक वेक्टर मात्रा है जो ऋणात्मक आवेश से धनात्मक आवेश की ओर इंगित करता है, और इसका परिमाण आवेश के गुणनफल और आवेशों के बीच की दूरी के बराबर होता है।

गणितीय रूप से, विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण p को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

p = q*d

जहाँ q प्रत्येक आवेश पर विद्युत आवेश का परिमाण है, और d उनके बीच की दूरी है।

एक विद्युत द्विध्रुवीय आवेशों के किसी भी युग्म द्वारा बनाया जा सकता है जो एक दूरी से अलग होते हैं, जैसे कि एक धनात्मक और ऋणात्मक आयन, या विपरीत आवेश वाले दो परमाणु या अणु। द्विध्रुवीय क्षण विद्युत चुंबकत्व में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है और इसमें कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिसमें एंटेना और कैपेसिटर जैसे विद्युत उपकरणों के डिजाइन शामिल हैं।

विद्युत क्षेत्र में रखे जाने पर विद्युत द्विध्रुवीय एक टोक़ का अनुभव करता है, और टोक़ का परिमाण क्षेत्र की शक्ति और द्विध्रुवीय क्षण के समानुपाती होता है। द्विध्रुव भी क्षेत्र की दिशा में एक बल का अनुभव करता है, और बल का परिमाण क्षेत्र की प्रवणता और द्विध्रुवीय क्षण के समानुपाती होता है।

रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में विद्युत द्विध्रुव का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जहां वे अणुओं की संरचना और व्यवहार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे भौतिकी में भी महत्वपूर्ण हैं, जहां उनका प्रयोग विद्युत क्षेत्रों के गुणों का अध्ययन करने और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में आवेशित कणों के व्यवहार की जांच करने के लिए किया जाता है।

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