स्थिर वैद्युत (Electrostatics)

स्थिर वैद्युत (Electrostatics) का संपूर्ण अध्याय सारांश

परिचय

स्थिर वैद्युत भौतिकी की वह शाखा है, जिसमें स्थिर विद्युत आवेशों तथा उनके परस्पर बल, क्षेत्र एवं विभव का अध्ययन किया जाता है। जब किसी वस्तु पर विद्युत आवेश होता है लेकिन वह गति नहीं करता, तो इसे स्थिर वैद्युत कहा जाता है।

1. आवेश एवं आवेश का पृष्ठ घनत्व

विद्युत आवेश (Electric Charge) मूलभूत भौतिक गुण है, जो पदार्थ के कणों में पाया जाता है। यह दो प्रकार का होता है – धन आवेश (+) एवं ऋण आवेश (-)। समान आवेश एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं जबकि विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं।

आवेश का पृष्ठ घनत्व (Surface Charge Density) यदि किसी चालक की सतह पर आवेश वितरित हो तो उसकी सतह पर प्रति इकाई क्षेत्रफल में उपस्थित आवेश की मात्रा को पृष्ठ घनत्व (σ) कहा जाता है। यह सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है: σ=Q/Aजहाँ Q कुल आवेश और A सतह क्षेत्रफल है।

2. चालक एवं अचालक

(i) चालक (Conductors): वे पदार्थ जिनमें विद्युत आवेश स्वतंत्र रूप से गतिशील हो सकते हैं, चालक कहलाते हैं। उदाहरण: तांबा, चाँदी, लोहा आदि। (ii) अचालक (Insulators): वे पदार्थ जिनमें विद्युत आवेश स्वतंत्र रूप से प्रवाहित नहीं हो सकते, अचालक कहलाते हैं। उदाहरण: कांच, प्लास्टिक, रबर आदि।

3. कुलाम का नियम (Coulomb’s Law)

कुलाम का नियम दो स्थिर बिंदु आवेशों के बीच लगने वाले बल को दर्शाता है। यह बल उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती तथा उनके आवेशों के गुणनफल के समानुपाती होता है। F=k(q₁q₂/r² )जहाँ,

F= बल,
q1,q2= दो आवेश,
r = उनके बीच की दूरी,
k = कुलाम नियतांक (9×10⁹Nm²C⁻²)

4. विद्युत क्षेत्र एवं इसकी तीव्रता

(i) विद्युत क्षेत्र (Electric Field): विद्युत क्षेत्र किसी आवेश के चारों ओर का वह क्षेत्र है जहाँ वह अन्य आवेशों पर बल डालता है। E=FqE = \frac{F}{q} (ii) विद्युत क्षेत्र की तीव्रता (Electric Field Intensity): यह किसी बिंदु पर प्रति इकाई आवेश पर लगने वाले बल के बराबर होती है। चालक के अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य होता है।

5. खोखले चालक की विद्युत क्षेत्र

खोखले चालक (Hollow Conductor) के अंदर का विद्युत क्षेत्र हमेशा शून्य होता है, चाहे उसकी बाहरी सतह पर कितना भी आवेश हो। इसे गॉस के नियम से समझा जा सकता है।

6. विद्युत विभव एवं विभांतर

(i) विद्युत विभव (Electric Potential): किसी बिंदु पर इकाई धन आवेश को अनंत से उस बिंदु तक लाने में किए गए कार्य को विद्युत विभव कहते हैं। V=Wq (ii) विभांतर (Potential Difference): दो बिंदुओं के विभव का अंतर उनके बीच का विभांतर कहलाता है।

7. विद्युत धारिता (Capacitance)

किसी संधारित्र (Capacitor) की धारिता उस संधारित्र की वह क्षमता होती है, जो उसे विद्युत आवेश संचित करने में सक्षम बनाती है। C=QV जहाँ C धारिता, Q संचित आवेश, और V विभांतर है। संधारित्र का मुख्य कार्य विद्युत ऊर्जा को संचित करना है।

8. विद्युत सेल (Electric Cell)

विद्युत सेल एक ऐसा यंत्र है जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह एक प्रकार का स्थिर विद्युत स्रोत है। सामान्यतः दो प्रकार के विद्युत सेल होते हैं:

प्राथमिक सेल (Primary Cell) – जिन्हें पुनः चार्ज नहीं किया जा सकता। उदाहरण: लेक्लांचे सेल, ड्राई सेल।
द्वितीयक सेल (Secondary Cell) – जिन्हें पुनः चार्ज किया जा सकता है। उदाहरण: लेड-एसिड बैटरी।

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