విద్యుత్ క్షేత్ర లక్షణాలు

వ్యాసం విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ప్రధాన లక్షణాలను వివరిస్తుంది: సంభావ్యత, వోల్టేజ్ మరియు తీవ్రత.

విద్యుత్ క్షేత్రం అంటే ఏమిటి

విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని సృష్టించడానికి, విద్యుత్ ఛార్జ్ని సృష్టించడం అవసరం. ఛార్జీలు (ఛార్జ్డ్ బాడీలు) చుట్టూ ఉన్న స్థలం యొక్క లక్షణాలు ఎటువంటి ఛార్జీలు లేని స్థలం యొక్క లక్షణాల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి. అదే సమయంలో, స్థలం యొక్క లక్షణాలు, విద్యుత్ ఛార్జ్ని ప్రవేశపెట్టినప్పుడు, తక్షణమే మారవు: మార్పు ఛార్జ్ నుండి మొదలవుతుంది మరియు అంతరిక్షంలో ఒక పాయింట్ నుండి మరొకదానికి ఒక నిర్దిష్ట వేగంతో వ్యాపిస్తుంది.

ఛార్జ్ ఉన్న స్థలంలో, ఆ స్థలంలోకి ప్రవేశపెట్టిన ఇతర ఛార్జీలపై పనిచేసే యాంత్రిక శక్తులు వ్యక్తమవుతాయి. ఈ శక్తులు ఒక ఛార్జ్ యొక్క ప్రత్యక్ష చర్య యొక్క ఫలితం కాదు, కానీ గుణాత్మకంగా మార్చబడిన మాధ్యమం ద్వారా చర్య.

విద్యుత్ ఛార్జీల చుట్టూ ఉన్న స్థలం, దీనిలో ప్రవేశపెట్టిన విద్యుత్ ఛార్జీలపై పనిచేసే శక్తులు వ్యక్తమవుతాయి, దీనిని విద్యుత్ క్షేత్రం అంటారు.

ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌లోని ఛార్జ్ ఫీల్డ్ వైపు నుండి దానిపై పనిచేసే శక్తి దిశలో కదులుతుంది.విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క బలాన్ని సమతుల్యం చేసే ఛార్జ్‌కు కొంత బాహ్య (బాహ్య) శక్తిని వర్తింపజేసినప్పుడు మాత్రమే అటువంటి ఛార్జ్ యొక్క మిగిలిన స్థితి సాధ్యమవుతుంది.

బాహ్య శక్తి మరియు క్షేత్ర బలం మధ్య సమతుల్యత చెదిరిన వెంటనే, ఛార్జ్ మళ్లీ కదలడం ప్రారంభమవుతుంది. దాని కదలిక దిశ ఎల్లప్పుడూ ఎక్కువ శక్తి యొక్క దిశతో సమానంగా ఉంటుంది.

స్పష్టత కోసం, విద్యుత్ క్షేత్రం సాధారణంగా విద్యుత్ క్షేత్ర రేఖలు అని పిలవబడే ద్వారా సూచించబడుతుంది. ఈ పంక్తులు విద్యుత్ క్షేత్రంలో పనిచేసే శక్తుల దిశతో సమానంగా ఉంటాయి. అదే సమయంలో, చాలా పంక్తులను గీయడానికి అంగీకరించబడింది, పంక్తులకు లంబంగా వ్యవస్థాపించబడిన ప్రతి 1 సెం.మీ 2 ప్రాంతంలో వాటి సంఖ్య సంబంధిత పాయింట్ వద్ద ఫీల్డ్ యొక్క బలానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

ఫీల్డ్ యొక్క దిశ సాధారణంగా ఇచ్చిన ఫీల్డ్‌లో ఉంచబడిన ధనాత్మక చార్జ్‌పై పనిచేసే ఫీల్డ్ బలం యొక్క దిశగా తీసుకోబడుతుంది. సానుకూల ఛార్జీలు సానుకూల ఛార్జీలచే తిప్పికొట్టబడతాయి మరియు ప్రతికూల ఛార్జీల వైపు ఆకర్షితులవుతాయి. అందువల్ల, ఫీల్డ్ సానుకూల నుండి ప్రతికూల ఛార్జీలకు మళ్ళించబడుతుంది.

శక్తి రేఖల దిశ బాణాల ద్వారా డ్రాయింగ్‌లలో సూచించబడుతుంది. ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క శక్తి రేఖలకు ప్రారంభం మరియు ముగింపు ఉందని సైన్స్ నిరూపించింది, అంటే అవి స్వయంగా మూసివేయబడవు. ఫీల్డ్ యొక్క ఊహించిన దిశ ఆధారంగా, శక్తి రేఖలు సానుకూల చార్జీలతో (పాజిటివ్ చార్జ్డ్ బాడీలు) ప్రారంభమై ప్రతికూల వాటితో ముగుస్తాయని మేము కనుగొన్నాము.

అన్నం. 1. శక్తి రేఖలను ఉపయోగించి ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క ఇమేజ్‌కి ఉదాహరణలు: a — ఒకే ధనాత్మక చార్జ్ ఉన్న ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్, b — ఒకే నెగటివ్ చార్జ్ ఉన్న ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్, c — రెండు వ్యతిరేక చార్జీల ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్, d — a ఛార్జీల వంటి రెండు విద్యుత్ క్షేత్రం

అంజీర్ లో.1 శక్తి రేఖలను ఉపయోగించి చిత్రీకరించబడిన విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ఉదాహరణలను చూపుతుంది. ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ లైన్లు ఒక ఫీల్డ్‌ను గ్రాఫికల్‌గా సూచించే మార్గం మాత్రమే అని గుర్తుంచుకోవాలి. ఇక్కడ శక్తి భావన రేఖకు గొప్ప పదార్ధం లేదు.

కూలంబ్ చట్టం

రెండు ఛార్జీల మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క బలం ఛార్జీల పరిమాణం మరియు పరస్పర అమరికపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అలాగే వాటి పర్యావరణం యొక్క భౌతిక లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

రెండు విద్యుదీకరించబడిన భౌతిక శరీరాల కోసం, శరీరాల మధ్య దూరంతో పోలిస్తే వాటి కొలతలు చాలా తక్కువగా ఉంటాయి, పరస్పర చర్య యొక్క వైద్యం ఈ క్రింది విధంగా గణితశాస్త్రంలో నిర్ణయించబడుతుంది:

ఇక్కడ F అనేది న్యూటన్లు (N), k - మీటర్లలో ఛార్జీల మధ్య దూరం (m), Q1 మరియు Q2 - కూలంబ్‌లలో విద్యుత్ ఛార్జీల పరిమాణం (k), k అనేది అనుపాత గుణకం, దీని విలువ ఛార్జీల చుట్టూ ఉన్న మాధ్యమం యొక్క లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

పై సూత్రం ఇలా ఉంటుంది: రెండు పాయింట్ ఛార్జీల మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క శక్తి ఈ ఛార్జీల పరిమాణాల ఉత్పత్తికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు వాటి మధ్య దూరం యొక్క వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది (కూలంబ్ చట్టం).

అనుపాత కారకం kని నిర్ణయించడానికి, k = 1 /(4πεεО) వ్యక్తీకరణను ఉపయోగించండి.

విద్యుత్ క్షేత్ర సంభావ్యత

ఛార్జ్‌పై పనిచేసే ఫీల్డ్ శక్తులు ఏదైనా బాహ్య శక్తులచే సమతుల్యం కానట్లయితే, ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ ఎల్లప్పుడూ ఛార్జ్‌కు చలనాన్ని అందిస్తుంది. విద్యుత్ క్షేత్రం సంభావ్య శక్తిని కలిగి ఉందని ఇది సూచిస్తుంది, అంటే పని చేయగల సామర్థ్యం.

ఛార్జ్‌ను అంతరిక్షంలో ఒక పాయింట్ నుండి మరొకదానికి తరలించడం ద్వారా, విద్యుత్ క్షేత్రం పని చేస్తుంది, దీని ఫలితంగా క్షేత్రానికి సంభావ్య శక్తి సరఫరా తగ్గుతుంది.క్షేత్ర శక్తులకు వ్యతిరేకంగా పనిచేసే కొన్ని బాహ్య శక్తి చర్యలో విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఛార్జ్ కదులుతుంటే, అప్పుడు పని విద్యుత్ క్షేత్ర శక్తుల ద్వారా కాదు, బాహ్య శక్తుల ద్వారా జరుగుతుంది. ఈ సందర్భంలో, ఫీల్డ్ యొక్క సంభావ్య శక్తి తగ్గదు, కానీ, దీనికి విరుద్ధంగా, పెరుగుతుంది.

ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌లో ఛార్జ్‌ను కదిలించే బాహ్య శక్తి చేసే పని ఆ కదలికను వ్యతిరేకించే క్షేత్ర శక్తుల పరిమాణానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. బాహ్య శక్తుల ద్వారా ఈ సందర్భంలో చేసిన పని పూర్తిగా ఫీల్డ్ యొక్క సంభావ్య శక్తిని పెంచడానికి ఖర్చు చేయబడుతుంది. క్షేత్రాన్ని దాని సంభావ్య శక్తి వైపు నుండి వర్గీకరించడానికి, విద్యుత్ క్షేత్ర సంభావ్యత అని పిలువబడే పరిమాణాన్ని అంటారు.

ఈ పరిమాణం యొక్క సారాంశం క్రింది విధంగా ఉంది. ధనాత్మక చార్జ్ పరిశీలనలో ఉన్న విద్యుత్ క్షేత్రం వెలుపల ఉందని అనుకుందాం. దీనర్థం ఫీల్డ్ ఇచ్చిన ఛార్జ్‌పై ఆచరణాత్మకంగా ఎటువంటి ప్రభావం చూపదు. ఒక బాహ్య శక్తి ఈ ఛార్జ్‌ని ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌లోకి ప్రవేశపెట్టనివ్వండి మరియు ఫీల్డ్ ఫోర్స్‌ల ద్వారా మోషన్‌కు నిరోధకతను అధిగమించి, ఫీల్డ్‌లో ఇచ్చిన పాయింట్‌కి ఛార్జ్‌ను తరలించండి. శక్తి ద్వారా చేయబడిన పని మరియు అందువల్ల ఫీల్డ్ యొక్క సంభావ్య శక్తి పెరిగిన మొత్తం పూర్తిగా ఫీల్డ్ యొక్క లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అందువల్ల, ఈ పని ఇచ్చిన విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క శక్తిని వర్గీకరించవచ్చు.

ఫీల్డ్‌లోని ఒక నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద ఉంచబడిన సానుకూల చార్జ్ యూనిట్‌కు సంబంధించిన విద్యుత్ క్షేత్ర శక్తిని ఇచ్చిన పాయింట్ వద్ద ఫీల్డ్ పొటెన్షియల్ అంటారు.

సంభావ్యతను φ అక్షరంతో, ఛార్జ్ అక్షరం q ద్వారా మరియు ఛార్జ్‌ను W ద్వారా తరలించడానికి ఖర్చు చేసిన పనితో సూచించినట్లయితే, ఇచ్చిన పాయింట్ వద్ద ఫీల్డ్ పొటెన్షియల్ ఫార్ములా φ = W / q ద్వారా వ్యక్తీకరించబడుతుంది.

ఒక యూనిట్ ధనాత్మక చార్జ్ ఫీల్డ్ నుండి ఒక నిర్దిష్ట బిందువు వైపు కదులుతున్నప్పుడు, ఒక నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద ఉన్న ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ సంభావ్యత, బాహ్య శక్తి చేసే పనికి సంఖ్యాపరంగా సమానంగా ఉంటుందని ఇది అనుసరిస్తుంది. ఫీల్డ్ పొటెన్షియల్ వోల్ట్లలో (V) కొలుస్తారు. ఫీల్డ్ వెలుపల ఒక కూలంబ్ విద్యుత్‌ను ఒక నిర్దిష్ట బిందువుకు బదిలీ చేసేటప్పుడు, బాహ్య శక్తులు ఒక జూల్‌కు సమానమైన పనిని చేస్తే, అప్పుడు ఫీల్డ్‌లోని ఇచ్చిన పాయింట్ వద్ద సంభావ్యత ఒక వోల్ట్‌కు సమానం: 1 వోల్ట్ = 1 జౌల్ / 1 కూలంబ్

విద్యుత్ క్షేత్ర బలం

ఏదైనా ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌లో, ధనాత్మక చార్జీలు ఎక్కువ పొటెన్షియల్ పాయింట్ల నుండి తక్కువ పొటెన్షియల్ పాయింట్‌లకు కదులుతాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, ప్రతికూల ఛార్జీలు తక్కువ పొటెన్షియల్ పాయింట్ల నుండి ఎక్కువ పొటెన్షియల్ పాయింట్‌లకు కదులుతాయి. రెండు సందర్భాల్లో, విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క సంభావ్య శక్తి యొక్క వ్యయంతో పని జరుగుతుంది.

ఈ పని మనకు తెలిస్తే, అంటే, ఫీల్డ్ యొక్క పాయింట్ 1 నుండి పాయింట్ 2కి ధనాత్మక చార్జ్ q కదిలినప్పుడు ఫీల్డ్ యొక్క సంభావ్య శక్తి తగ్గిన మొత్తం, అప్పుడు ఈ పాయింట్ల మధ్య వోల్టేజ్‌ను కనుగొనడం సులభం. ఫీల్డ్ U1,2:

U1,2 = A / q,

ఇక్కడ A అనేది ఛార్జ్ qని పాయింట్ 1 నుండి పాయింట్ 2కి బదిలీ చేసినప్పుడు ఫీల్డ్ ఫోర్స్ చేసే పని. ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌లోని రెండు పాయింట్ల మధ్య వోల్టేజ్ ఒక పాయింట్ నుండి యూనిట్ ధనాత్మక చార్జ్‌ను బదిలీ చేయడానికి సున్నా చేసే పనికి సంఖ్యాపరంగా సమానంగా ఉంటుంది. ఫీల్డ్‌లో మరొకరికి.

చూడగలిగినట్లుగా, ఫీల్డ్ యొక్క రెండు పాయింట్ల మధ్య వోల్టేజ్ మరియు అదే పాయింట్ల మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం ఒకే భౌతిక యూనిట్‌ను సూచిస్తాయి... కాబట్టి, వోల్టేజ్ మరియు పొటెన్షియల్ తేడా అనే పదాలు ఒకే విధంగా ఉంటాయి. వోల్టేజీని వోల్టులలో (V) కొలుస్తారు.

రెండు పాయింట్ల మధ్య వోల్టేజ్ ఒక వోల్ట్‌కి సమానం అయితే, ఒక కూలంబ్ విద్యుత్‌ను ఫీల్డ్‌లోని ఒక పాయింట్ నుండి మరొకదానికి బదిలీ చేసేటప్పుడు, ఫీల్డ్ ఫోర్స్ ఒక జూల్‌కి సమానంగా పని చేస్తే: 1 వోల్ట్ = 1 జౌల్ / 1 కూలంబ్

విద్యుత్ క్షేత్ర బలం

ఈ ఫీల్డ్‌లో ఉంచబడిన మరొక ఛార్జ్‌పై పనిచేసే ఇచ్చిన ఛార్జ్ యొక్క ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం ఫీల్డ్‌లోని అన్ని పాయింట్ల వద్ద ఒకేలా ఉండదని కూలంబ్ యొక్క చట్టం నుండి ఇది అనుసరిస్తుంది. ఒక నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద ఉంచబడిన యూనిట్ ధనాత్మక చార్జ్‌పై పనిచేసే శక్తి యొక్క పరిమాణంతో ఏ బిందువులోనైనా విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని వర్గీకరించవచ్చు.

ఈ విలువను తెలుసుకోవడం ద్వారా, ప్రతి ఛార్జ్ Qపై పనిచేసే F బలాన్ని నిర్ణయించవచ్చు. మీరు F = Q x E అని వ్రాయవచ్చు, ఇక్కడ F అనేది విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా ఫీల్డ్‌లోని ఒక బిందువు వద్ద ఉంచబడిన ఛార్జ్ Qపై పనిచేసే శక్తి, E ఫీల్డ్‌లో అదే పాయింట్‌లో ఉంచబడిన యూనిట్ పాజిటివ్ చార్జ్‌పై పనిచేసే శక్తి. ఫీల్డ్‌లోని ఒక నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద యూనిట్ ధనాత్మక చార్జ్ అనుభవించే శక్తికి సంఖ్యాపరంగా సమానమైన E పరిమాణాన్ని విద్యుత్ క్షేత్ర బలం అంటారు.