भौतिकी नोट्स: विद्युत क्षेत्र (Electric Field)
प्रकाशित: Educationallof , विद्युत क्षेत्र की तीव्रता (Intensity of Electric Field)
विद्युत क्षेत्र (Electric Field)
किसी विद्युत आवेश के चारों ओर का वह क्षेत्र जहाँ तक उसका प्रभाव होता है, विद्युत क्षेत्र कहलाता है।
विद्युत क्षेत्र की तीव्रता (Intensity of Electric Field)
— विद्युत क्षेत्र के प्रभाव की माप जिस भौतिक राशि से की जाती है, उसे विद्युत क्षेत्र की तीव्रता कहते हैं। विद्युत क्षेत्र के किसी बिन्दु पर विद्युत क्षेत्र की माप उस बिन्दु पर रखे एकांक धनावेश पर लगने वाले बल से की जाती है।
विद्युत क्षेत्र के किसी बिन्दु पर स्थित एकांक धनावेश जितने बल का अनुभव करता है, उसे उस बिन्दु पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता कहते हैं। यह एक सदिश राशि है। इसकी दिशा वह होती है, जिसमें एकांक धनावेश पर बल लगता है।
परीक्षण आवेश (Test Charge)
— एक कूलॉम आवेश, आवेश की एक बड़ी राशि है। एक कूलॉम धनावेश का अर्थ 6.25 × 1018 इलेक्ट्रॉनों का पदार्थ से बाहर निकलना या एक कूलॉम ऋणावेश का अर्थ 6.25 × 1018 इलेक्ट्रॉनों की अधिकता है। एक कूलॉम आवेश को किसी विद्युत क्षेत्र में रखने पर इस आवेश का स्वयं का भी एक क्षेत्र निर्मित हो जाता है जिससे उस विद्युत क्षेत्र की तीव्रता प्रभावित हो जाती है जिसमें इसे रखा गया है। अतः एक परीक्षण आवेश की कल्पना की गई, परीक्षण आवेश वह आवेश होता है जिसे किसी विद्युत क्षेत्र में रखने पर उस क्षेत्र की तीव्रता में कोई परिवर्तन नहीं होता।
परीक्षण आवेश के आधार पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को निम्न प्रकार से परिभाषित किया जाता है—
किसी बिन्दु पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता उस बिन्दु पर रखे परीक्षण धनावेश पर लगने वाले बल और परीक्षण धनावेश के मान के अनुपात के बराबर होती है।
इस प्रकार, यदि विद्युत क्षेत्र के किसी बिन्दु पर रखे परीक्षण धनावेश q0 पर लगने वाला बल F हो, तो उस बिन्दु पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता E = F / q0 …(1)
सदिश रूप में,
यदि किसी बिन्दु पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता ज्ञात हो, तो समीकरण की सहायता से उस बिन्दु पर रखे किसी आवेश पर लगने वाले बल का मान ज्ञात किया जा सकता है। इस प्रकार यदि E तीव्रता वाले विद्युत क्षेत्र के किसी बिन्दु पर q आवेश रख दिया जाए तो उस पर लगने वाला बल F = qE होगा।
विद्युत क्षेत्र की तीव्रता का मात्रक
समीकरण (1) से, E = F / q0
E का मात्रक = F का मात्रक / q0 का मात्रक
इस प्रकार, S.I. पद्धति में E का मात्रक = न्यूटन / कूलॉम
अतः S.I. पद्धति में विद्युत क्षेत्र की तीव्रता का मात्रक न्यूटन/कूलॉम (NC−1) तथा C.G.S. पद्धति में डाइन/स्थैत कूलॉम होता है।
विमाएँ (Dimensions)
समीकरण (1) से, E = F / q0
E का विमीय सूत्र = F का विमीय सूत्र / q0 का विमीय सूत्र
= [MLT−2] / AT
= [MLT−3A−1]
नोट: विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को संक्षेप में विद्युत क्षेत्र भी कहते हैं।
उदाहरण (Example)
उदाहरण — 2×103 न्यूटन प्रति कूलॉम के एकसमान विद्युत क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन कितने बल का अनुभव करेगा?
हल —
सूत्र — F = qE
दिया है — q = 1.6×10−19 कूलॉम (इलेक्ट्रॉन का आवेश) तथा E = 2×103 न्यूटन/कूलॉम
सूत्र में मान रखने पर, F = 1.6×10−19 × 2×103 = 3.2×10−16 न्यूटन।
महत्वपूर्ण प्रश्न एवं उत्तर (Important Questions & Answers)
प्र. 1. विद्युत क्षेत्र किसे कहते हैं?
उत्तर: किसी विद्युत आवेश के चारों ओर का वह क्षेत्र जहाँ तक उसका प्रभाव (आकर्षण या प्रतिकर्षण बल) होता है, विद्युत क्षेत्र (Electric Field) कहलाता है।
प्र. 2. विद्युत क्षेत्र की तीव्रता का सूत्र और S.I. मात्रक क्या है?
उत्तर: विद्युत क्षेत्र की तीव्रता का सूत्र E = F / q0 होता है।
इसका S.I. मात्रक न्यूटन/कूलॉम (N/C या NC−1) होता है तथा C.G.S. पद्धति में मात्रक डाइन/स्थैत कूलॉम होता है।
प्र. 3. विद्युत क्षेत्र की तीव्रता किस प्रकार की राशि है और इसका विमीय सूत्र क्या है?
उत्तर: विद्युत क्षेत्र की तीव्रता एक सदिश राशि (Vector Quantity) है। इसकी दिशा एकांक धनावेश पर लगने वाले बल की दिशा में होती है।
इसका विमीय सूत्र [MLT−3A−1] होता है।
प्र. 4. परीक्षण आवेश (Test Charge) क्या होता है और इसकी आवश्यकता क्यों पड़ी?
उत्तर: परीक्षण आवेश एक अत्यंत सूक्ष्म काल्पनिक धनावेश (q0) होता है, जिसे किसी विद्युत क्षेत्र में रखने पर मूल क्षेत्र की तीव्रता में कोई परिवर्तन नहीं होता।
क्योंकि एक कूलॉम आवेश का स्वयं का एक बड़ा विद्युत क्षेत्र निर्मित हो जाता है जो मूल क्षेत्र को प्रभावित कर देता है, इसलिए सही माप के लिए परीक्षण आवेश की कल्पना की गई।
प्र. 5. यदि E तीव्रता वाले विद्युत क्षेत्र में कोई q आवेश रखा जाए, तो उस पर कितना बल लगेगा?
उत्तर: E तीव्रता वाले विद्युत क्षेत्र में रखे q आवेश पर लगने वाले बल का मान F = qE होगा।
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