स्थिरविद्युत

स्थिरविद्युत भौतिकी की वह शाखा है जो विरामावस्था में विद्युत आवेशों के व्यवहार से संबंधित है। स्थिरविद्युत का मूलभूत नियम कूलॉम का नियम है, जो कहता है कि दो बिंदु आवेशों के बीच का बल आवेशों के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। स्थिरविद्युत का उपयोग विभिन्न प्रकार की घटनाओं को समझाने के लिए किया जाता है, जिनमें विद्युत क्षेत्रों में आवेशित कणों का व्यवहार, विद्युत द्विध्रुवों का निर्माण और परावैद्युत पदार्थों के गुण शामिल हैं। स्थिरविद्युत बल परमाणुओं और अणुओं के बीच आकर्षण और ठोस तथा द्रव पदार्थों की संरचना के लिए भी उत्तरदायी होते हैं। स्थिरविद्युत के प्रौद्योगिकी में अनेक अनुप्रयोग हैं, जिनमें संधारित्रों, बैटरियों और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का डिज़ाइन शामिल है।

स्थिरविद्युत क्या है?

स्थिरविद्युत भौतिकी की वह शाखा है जो विरामावस्था में विद्युत आवेशों के व्यवहार से संबंधित है। यह विद्युतचुंबकत्व का एक मूलभूत भाग है, जिसमें विद्युत धाराओं और चुंबकीय क्षेत्रों का अध्ययन भी शामिल है। स्थिरविद्युत विद्युत आवेश की अवधारणा पर आधारित है, जो पदार्थ का एक मूलभूत गुण है। विद्युत आवेश दो प्रकार के होते हैं: धनात्मक और ऋणात्मक। धनात्मक आवेश प्रोटॉन से संबंधित होते हैं, जबकि ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रॉन से संबंधित होते हैं।

विद्युतस्थैतिकी का मूलभूत नियम कूलॉम का नियम है, जो कहता है कि दो बिंदु आवेशों के बीच का बल आवेशों के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यदि आवेश विपरीत चिह्न वाले हों तो बल आकर्षी होता है, और यदि आवेश समान चिह्न वाले हों तो बल प्रतिकर्षी होता है।

विद्युतस्थैतिकी का उपयोग दैनिक जीवन में कई प्रकार से होता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग संधारित्रों के डिज़ाइन में किया जाता है, जो विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने वाले उपकरण होते हैं। संधारित्रों का उपयोग कंप्यूटर, रेडियो और टेलीविज़न जैसी विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है। विद्युतस्थैतिकी का उपयोग कण त्वरकों के डिज़ाइन में भी किया जाता है, जो आवेशित कणों को उच्च गति से त्वरित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं जिनमें विद्युतस्थैतिकी कार्यरत है:

• जब आप एक गुब्बारे को अपने बालों से रगड़ते हैं, तो गुब्बारा ऋणात्मक आवेशित हो जाता है और आपके बाल धनात्मक आवेशित हो जाते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आपके बालों से इलेक्ट्रॉन गुब्बारे में स्थानांतरित हो जाते हैं। विपरीत आवेशों के कारण गुब्बारा और आपके बाल एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं।
• जब आप किसी धातु की वस्तु को छूते हैं जो ज़मीन से जुड़ी होती है, तो आपको झटका महसूस होता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आपके शरीर से इलेक्ट्रॉन धातु की वस्तु में स्थानांतरित हो जाते हैं, और धातु की वस्तु ऋणात्मक आवेशित हो जाती है। धातु की वस्तु पर मौजूद ऋणात्मक आवेश आपके शरीर में मौजूद ऋणात्मक आवेशों को प्रतिकर्षित करता है, जिससे आपको झटका महसूस होता है।
• जब आप बिजली की कड़क देखते हैं, तो आप दो बादलों के बीच या एक बादल और ज़मीन के बीच बिजली के निर्वहन को देख रहे होते हैं। बिजली की कड़क बादलों में स्थिर बिजली के संचय के कारण होती है। जब स्थिर बिजली का संचय बहुत अधिक हो जाता है, तो बिजली एक बिजली की कड़क के रूप में निर्वहित होती है।

विद्युत्स्थैतिकी भौतिकी की एक आकर्षक और महत्वपूर्ण शाखा है जिसके दैनिक जीवन में कई अनुप्रयोग हैं। विद्युत्स्थैतिकी के मूलभूत सिद्धांतों को समझकर, हम अपने आस-पास की दुनिया को बेहतर ढंग से समझ सकते हैं।

विद्युत्स्थैतिकी का कूलॉम का नियम

विद्युतस्थैतिकी का कूलॉम नियम भौतिकी का एक मूलभूत सिद्धांत है जो दो आवेशित कणों के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण बल का वर्णन करता है। इसे 18वीं सदी में फ्रांसीसी भौतिकविद् चार्ल्स-ऑगस्टीन द कूलॉम ने तैयार किया था और यह विद्युत आवेशों के व्यवहार को नियंत्रित करने वाले प्रमुख नियमों में से एक है।

कूलॉम नियम: कूलॉम नियम के अनुसार, दो बिंदु आवेशों के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण बल आवेशों की परिमाणों के गुणनफल के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यह बल दोनों आवेशों को जोड़ने वाली रेखा के अनुदर कार्य करता है।

गणितीय रूप से, कूलॉम नियम को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

$$ F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} $$

जहां:

• $F$ दो आवेशों के बीच विद्युतस्थैतिक बल को दर्शाता है।
• $k$ विद्युतस्थैतिक स्थिरांक है, जो SI इकाइयों में लगभग $8.988 × 10^9 N m^2/C^2$ के बराबर होता है।
• $q_1$ और $q_2$ आवेशों की परिमाण कूलॉब $(C)$ में हैं।
• $r$ आवेशों के बीच की दूरी मीटर $(m)$ में है।

उदाहरण:

1. धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के बीच आकर्षण:

   • दो बिंदु आवेशों पर विचार करें, एक +5 माइक्रोकूलॉम्ब (µC) का धनात्मक आवेश और दूसरा -3 µC का ऋणात्मक आवेश।

   • आवेशों के बीच की दूरी 0.1 मीटर है।

   • कूलॉम्ब के नियम का उपयोग करके, हम उनके बीच की बल की गणना कर सकते हैं:

     $$F = \frac{(8.988 \times 10^9 N m^2/C^2)\times (5 µC \times 3 µC)}{(0.1 m)^2}$$ $$\Rightarrow F ≈ 1.348 \times 10^{-3} N$$

   • बल आकर्षणकारी है क्योंकि आवेशों के चिह्न विपरीत हैं।

2. धनात्मक आवेशों के बीच प्रतिकर्षण:

   • दो बिंदु आवेशों पर विचार करें, दोनों +2 µC के धनात्मक आवेश।

   • आवेशों के बीच की दूरी 0.2 मीटर है।

   • कूलॉम्ब के नियम का उपयोग करके, हम उनके बीच की बल की गणना कर सकते हैं:

     $$F = \frac{(8.988 × 10^9 N m^2/C^2) \times (2 µC \times 2 µC)}{(0.2 m)^2}$$ $$\Rightarrow F ≈ 4.494 × 10^{-3} N$$

   • बल प्रतिकर्षणकारी है क्योंकि आवेशों के चिह्न समान हैं।

3. दूरी का प्रभाव:

   • कूलॉम्ब का नियम दर्शाता है कि आवेशों के बीच का बल तेजी से घटता है जैसे ही उनके बीच की दूरी बढ़ती है।
   • उदाहरण के लिए, यदि हम पिछले उदाहरणों में आवेशों के बीच की दूरी को दोगुना कर दें, तो बल 4 गुना घट जाएगा (चूंकि बल दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है)।

कूलॉम का नियम स्थिरविद्युत में एक मूलभूत सिद्धांत है और इसका भौतिकी, अभियांत्रिकी और रसायन विज्ञान सहित विभिन्न क्षेत्रों में असंख्य अनुप्रयोग हैं। यह हमें आवेशित कणों के बीच की अन्योन्यक्रियाओं को समझने और गणना करने की अनुमति देता है और विद्युतचुंबकत्व में कई महत्वपूर्ण संकल्पनाओं का आधार बनाता है।

विद्युत क्षेत्र

एक विद्युत क्षेत्र आवेशित कण या वस्तु के चारों ओर स्थान का एक क्षेत्र है जहाँ उसका प्रभाव महसूस किया जा सकता है। यह एक सदिश क्षेत्र है, जिसका अर्थ है कि इसकी परिमाण और दिशा दोनों होते हैं। विद्युत क्षेत्र की परिमाण वोल्ट प्रति मीटर (V/m) में मापी जाती है, और दिशा उस बल द्वारा दी जाती है जो क्षेत्र उस बिंदु पर रखे गए धनात्मक परीक्षण आवेश पर लगाएगा।

विद्युत क्षेत्र विद्युत आवेशों द्वारा बनाए जाते हैं। एक धनात्मक आवेश एक ऐसा विद्युत क्षेत्र बनाता है जो उससे दूर की ओर इंगित करता है, जबकि एक ऋणात्मक आवेश एक ऐसा विद्युत क्षेत्र बनाता है जो उसकी ओर इंगित करता है। विद्युत क्षेत्र की तीव्रता आवेश की परिमाण के समानुपाती होती है और आवेश से दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

विद्युत क्षेत्र परिवर्ती चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा भी बनाए जा सकते हैं। इसे विद्युतचुंबकीय प्रेरण कहा जाता है। जब कोई चुंबकीय क्षेत्र बदलता है, तो यह एक ऐसा विद्युत क्षेत्र बनाता है जो चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत होता है। विद्युत क्षेत्र की तीव्रता चुंबकीय क्षेत्र के परिवर्तन की दर के समानुपाती होती है।

विद्युत क्षेत्रों की कई महत्वपूर्ण अनुप्रयोग होते हैं। इनका उपयोग विभिन्न उपकरणों—जैसे संधारित्र, ट्रांज़िस्टर और विद्युत मोटर—में किया जाता है। विद्युत क्षेत्रों का उपयोग चिकित्सीय इमेजिंग, जैसे MRI और CT स्कैन, में भी होता है।

यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं विद्युत क्षेत्रों के:

• क्षेत्र रेखाएँ धनात्मक आवेशित गेंद से बाहर की ओर इशारा करती हैं, और क्षेत्र की तीव्रता गेंद के पास सबसे अधिक तथा दूर सबसे कम होती है।

• क्षेत्र रेखाएँ धनात्मक प्लेट से ऋणात्मक प्लेट की ओर जाती हैं, और क्षेत्र की तीव्रता दोनों प्लेटों के बीच सबसे अधिक तथा दूर सबसे कम होती है।

• क्षेत्र रेखाएँ तार के चारों ओर संकेन्द्री वृत्त बनाती हैं, और क्षेत्र की तीव्रता तार के पास सबसे अधिक तथा दूर सबसे कम होती है।

विद्युत क्षेत्र हमारी विद्युतता और चुंबकत्व की समझ का एक मूलभूत हिस्सा हैं। ये रोज़मर्रा के उपकरणों से लेकर चिकित्सीय इमेजिंग तक, विस्तृत अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

स्थिरविद्युत उदाहरण

स्थिरविद्युत भौतिकी की वह शाखा है जो विरामावस्था में विद्युत आवेशों के व्यवहार से संबंधित है। स्थिरविद्युत के कुछ सामान्य उदाहरण इस प्रकार हैं:

1. घर्षण द्वारा आवेशन: जब दो भिन्न पदार्थों को आपस में रगड़ा जाता है, तो इलेक्ट्रॉन एक पदार्थ से दूसरे में स्थानांतरित हो सकते हैं, जिससे एक वस्तु पर धनात्मक तथा दूसरे पर ऋणात्मक आवेश उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, जब आप एक गुब्बारे को अपने बालों से रगड़ते हैं, तो गुब्बारा ऋणात्मक आवेशित हो जाता है और आपके बाल धनात्मक आवेशित हो जाते हैं।

2. संपर्क द्वारा आवेशन: जब एक आवेशित वस्तु किसी तटस्थ वस्तु के संपर्क में आती है, तो कुछ आवेश तटस्थ वस्तु में स्थानांतरित हो सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप अपनी उंगली से किसी धनात्मक आवेशित वस्तु को छूते हैं, तो कुछ धनात्मक आवेश आपकी उंगली में स्थानांतरित हो जाएगा।

3. प्रेरण द्वारा आवेशन: जब एक आवेशित वस्तु किसी तटस्थ वस्तु के पास लाई जाती है, तो आवेशित वस्तु का विद्युत क्षेत्र तटस्थ वस्तु में आवेशों के पृथक्करण को प्रेरित कर सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप किसी धनात्मक आवेशित वस्तु को एक धातु के गोले के पास रखते हैं, तो गोले में उपस्थित इलेक्ट्रॉन धनात्मक आवेश से प्रतिकर्षित होकर गोले के दूरस्थ भाग की ओर चले जाएंगे, जिससे गोले के धनात्मक आवेश के निकटतम भाग पर ऋणात्मक आवेश उत्पन्न हो जाएगा।

4. स्थिरवैद्युत आकर्षण और प्रतिकर्षण: आवेशित वस्तुएं एक-दूसरे पर बल आरोपित करती हैं। धनात्मक आवेश ऋणात्मक आवेश को आकर्षित करता है, और ऋणात्मक आवेश धनात्मक आवेश को आकर्षित करता है। दो आवेशों के बीच का बल आवेशों के गुणनफल के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। उदाहरण के लिए, यदि आप एक धनात्मक आवेशित वस्तु और एक ऋणात्मक आवेशित वस्तु को आस-पास रखते हैं, तो वे एक-दूसरे को प्रबल बल से आकर्षित करेंगी।

5. स्थिरवैद्युत निर्वहन: जब दो विपरीत आवेशित वस्तुएँ संपर्क में आती हैं, तो आवेश एक-दूसरे को निष्क्रिय कर सकते हैं और ऊर्जा चिंगारी के रूप में मुक्त होती है। उदाहरण के लिए, जब आप कालीन पार करने के बाद दरवाज़े का हैंडल छूते हैं, तो आपको एक छोटा झटका लग सकता है क्योंकि आपके शरीर पर मौजूद आवेश दरवाज़े के हैंडल के आवेश से निष्क्रिय हो जाता है।

6. वैन डे ग्राफ जनित्र: वैन डे ग्राफ जनित्र एक ऐसा उपकरण है जो चलती पट्टी का उपयोग कर बड़ा विद्युत आवेश बनाता है। पट्टी गैर-चालक सामग्री, जैसे रबर, की बनी होती है और इस पर धातु की पन्नी चढ़ी होती है। जैसे ही पट्टी चलती है, यह एक धातु के रोलर से रगड़ खाती है, जो इलेक्ट्रॉनों को पट्टी पर स्थानांतरित करता है। इलेक्ट्रॉन पट्टी पर जमा होकर ऋणात्मक आवेश बनाते हैं। धातु के रोलर पर धनात्मक आवेश प्रेरित होता है। वैन डे ग्राफ जनित्र बहुत उच्च वोल्टता उत्पन्न कर सकता है, जिसका उपयोग कण त्वरक और एक्स-रे मशीनों जैसे विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।

7. बिजली: बिजली एक प्राकृतिक घटना है जो आंधी-तूफ़ान के दौरान होती है। जब दो बादलों के बीच या बादल और ज़मीन के बीच विद्युत क्षेत्र बहुत मज़बूत हो जाता है, तो हवा एक इन्सुलेटर के रूप में काम नहीं कर पाती और विद्युत आवेश बिजली की कड़ी के रूप में निकलता है। बिजली की कड़ियाँ 200,000 मील प्रति घंटे की रफ़्तार से यात्रा कर सकती हैं और 100,000 ऐम्पियर तक की धारा वहन कर सकती हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न – FAQs

स्थिरवैद्युतिकी क्या है?

स्थिरविद्युत (Electrostatics) भौतिकी की वह शाखा है जो विरामावस्था में विद्युत आवेशों के व्यवहार से संबंधित है। यह विद्युत चुंबकत्व का एक मूलभूत भाग है, जिसमें गतिशील आवेशों तथा विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के पारस्परिक क्रियाओं का अध्ययन भी सम्मिलित है।

स्थिरविद्युत में प्रमुख संकल्पनाएँ

• विद्युत आवेश: विद्युत आवेश पदार्थ का एक मूलभूत गुण है जो या तन धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है। धनात्मक आवेश प्रोटॉन से संबद्ध होते हैं, जबकि ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रॉन से संबद्ध होते हैं।
• विद्युत क्षेत्र: विद्युत क्षेत वह स्थान है जो किसी आवेशित वस्तु के चारों ओर फैला होता है और जिसमें अन्य आवेशित वस्तुओं पर बल आरोपित होता है। विद्युत क्षेत्र धनात्मक आवेशों से दूर तथा ऋणात्मक आवेशों की ओर निर्देशित होता है।
• विद्युत विभव: किसी बिंदु पर विद्युत विभव उस बिंदु पर प्रति इकाई आवेश विद्युत स्थितिज ऊर्जा की मात्रा होती है। विद्युत विभव एक अदिश राशि है, अर्थात इसमें केवल परिमाण होता है दिशा नहीं।
• गॉस का नियम: गॉस का नियम कहता है कि किसी भी बंद पृष्ठ से होकर जाने वाला कुल विद्युत फ्लक्स उस पृष्ठ के अंदर समाहित कुल आवेश के समानुपाती होता है। यह नियम इस तथ्य की गणितीय अभिव्यक्ति है कि विद्युत आवेशों को न तो उत्पन्न किया जा सकता है और न ही नष्ट।

स्थिरविद्युत के अनुप्रयोग

स्थिरविद्युत के विज्ञान और प्रौद्योगिकी में अनेक अनुप्रयोग हैं, जिनमें सम्मिलित हैं:

• संधारित्र: संधारित्र ऐसे उपकरण होते हैं जो विद्युत ऊर्जा को एक विद्युत क्षेत्र में संचित करते हैं। इनका उपयोग विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है, जैसे कंप्यूटर, रेडियो और टेलीविजन।
• ट्रांजिस्टर: ट्रांजिस्टर अर्धचालक उपकरण होते हैं जो इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को प्रवर्धित या स्विच कर सकते हैं। ये सभी आधुनिक कंप्यूटरों की मूलभूत इकाइयाँ हैं।
• इलेक्ट्रेट्स: इलेक्ट्रेट्स ऐसे पदार्थ होते हैं जिनमें स्थायी विद्युत आवेश होता है। इनका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे माइक्रोफोन, स्पीकर और संवेदक।
• विद्युत स्थैतिक अवक्षेपक: विद्युत स्थैतिक अवक्षेपक ऐसे उपकरण होते हैं जो वायु से कणिकीय पदार्थ को विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके हटाते हैं। इनका उपयोग विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे बिजली संयंत्र और इस्पात कारखाने।

विद्युत स्थैतिक घटनाओं के उदाहरण

हमारे दैनिक जीवन में विद्युत स्थैतिक घटनाओं के कई उदाहरण हैं, जिनमें शामिल हैं:

• एक धनात्मक आवेश वाले गुब्बारे और ऋणात्मक आवेश वाली दीवार के बीच आकर्षण।
• वान डे ग्राफ जनित्र की चिंगारी।
• जब आप स्वेटर उतारते हैं तो स्थैतिक बिजली की चटकदार आवाज़।
• टेलीविजन स्क्रीन पर जमा धूल।

विद्युत स्थैतिक हमारे आसपास की दुनिया की समझ का एक मूलभूत हिस्सा है। इसका विज्ञान और प्रौद्योगिकी में विस्तृत अनुप्रयोग है, और यह उन कई दैनिक घटनाओं के लिए भी उत्तरदायी है जिन्हें हम सहज रूप से स्वीकार करते हैं।

विद्युत स्थैतिक कैसे काम करता है?

विद्युतस्थैतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो स्थिर विद्युत आवेशों के व्यवहार से संबंधित है। विद्युतस्थैतिकी का मूल नियम कूलॉम का नियम है, जो कहता है कि दो बिंदु आवेशों के बीच का बल आवेशों के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

दो आवेशों के बीच का बल आकर्षक या प्रतिकर्षक हो सकता है, यह आवेशों के चिह्नों पर निर्भर करता है। समान आवेश एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, जबकि विपरीत आवेश एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं। बल की तीव्रता आवेशों की मात्रा और उनके बीच की दूरी द्वारा निर्धारित होती है।

विद्युतस्थैतिकी के अनेक अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं:

• संधारित्र: संधारित्र ऐसे उपकरण होते हैं जो विद्युत ऊर्जा को संग्रहित करते हैं। इनमें दो चालक होते हैं जो एक विद्युतरोधी पदार्थ से अलग होते हैं। जब चालकों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन एक चालक से दूसरे चालक की ओर बहते हैं, जिससे चालकों के बीच एक विद्युत क्षेत्र बनता है। यह विद्युत क्षेत्र विद्युत ऊर्जा को संग्रहित करता है।
• ट्रांजिस्टर: ट्रांजिस्टर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण होते हैं जो स्विच या एम्प्लिफायर के रूप में कार्य करते हैं। इनमें अर्धचालक पदार्थ की तीन परतें होती हैं, जिनमें एक तरफ दो टर्मिनल (एमिटर और कलेक्टर) और दूसरी तरफ तीसरा टर्मिनल (बेस) होता है। जब बेस पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह एमिटर और कलेक्टर के बीच इलेक्ट्रॉन के प्रवाह को नियंत्रित करता है।
• विद्युत स्थैनिक वायु शोधक: विद्युत स्थैनिक वायु शोधक ऐसे उपकरण होते हैं जो वायु से कणिकाओं को हटाते हैं। इनमें चार्जित प्लेटों की एक श्रृंखला होती है जो एक विद्युत क्षेत्र बनाती है। वायु में मौजूद कण प्लेटों की ओर आकर्षित होकर उन पर जमा हो जाते हैं।

यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं जो दैनिक जीवन में स्थिर वैद्युतिकी के हैं:

• जब आप एक गुब्बारे को अपने बालों से रगड़ते हैं, तो गुब्बारा ऋणात्मक आवेशित हो जाता है और आपके बाल धनात्मक आवेशित हो जाते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आपके बालों के इलेक्ट्रॉन गुब्बारे में स्थानांतरित हो जाते हैं।
• जब आप कालीन पार करने के बाद धातु के दरवाज़े के हैंडल को छूते हैं, तो आपको झटका लग सकता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि कालीन ने आपके शरीर पर स्थिर आवेश उत्पन्न कर दिया है। जब आप हैंडल को छूते हैं, तो आवेश हैंडल में स्थानांतरित हो जाता है और आपको झटका लगता है।
• जब आप बिजली की कड़क देखते हैं, तो आप एक विशाल स्थिरवैद्युत विसर्जन को देख रहे होते हैं। बिजली की कड़क तब बनती है जब दो बादलों या एक बादल और ज़मीन के बीच विद्युत विभव बहुत अधिक हो जाता है। विद्युत विभव बिजली की कड़क के रूप में विसर्जित होता है।

स्थिरवैद्युतिका हमारी बिजली और चुंबकत्व की समझ का एक मूलभूत हिस्सा है। इसके हमारे दैनिक जीवन में कई अनुप्रयोग हैं, चाहे वह हमारे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में संधारित्र हों या वे स्थिरवैद्युत अवक्षेपक जो हमारे सांस लेने वाली हवा को स्वच्छ बनाते हैं।

स्थिरवैद्युत बल रूढ़बद्ध क्यों होता है?

स्थिरवैद्युत बल रूढ़बद्ध होता है क्योंकि किसी आवेश को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक विद्युत क्षेत्र में ले जाने में किया गया कार्य ली गई पथ पर निर्भर नहीं करता है। इसका अर्थ है कि किसी आवेश को एक बंद लूप में घुमाने में कुल कार्य शून्य होता है।

इस बात को समझने के लिए निम्नलिखित उपमा पर विचार करें। कल्पना कीजिए कि आप एक भारी वस्तु को पहाड़ी पर ऊपर ले जाने की कोशिश कर रहे हैं। पहाड़ी की चोटी तक वस्तु को ले जाने के लिए आपको जितना कार्य करना पड़ेगा, वह आपके द्वारा चुने गए मार्ग पर निर्भर करेगा। यदि आप एक ढालवाँ मार्ग चुनते हैं, तो आपको धीरे-धारे मार्ग की तुलना में अधिक कार्य करना पड़ेगा।

हालांकि, यदि आप वस्तु को एक बंद लूप में घुमाते हैं, तो आपका कुल कार्य शून्य होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि पहाड़ी पर वस्तु को ऊपर ले जाने में किया गया कार्य, उसे वापस नीचे लाने में किए गए कार्य से रद्द हो जाता है।

वही बात स्थिरवैद्युत बल के साथ भी लागू होती है। एक विद्युत क्षेत्र में किसी आवेश को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाने में किया गया कार्य, चुने गए मार्ग पर निर्भर करता है। हालांकि, यदि आप आवेश को एक बंद लूप में घुमाते हैं, तो कुल किया गया कार्य शून्य होगा।

ऐसा इसलिए है क्योंकि विद्युत क्षेत्र एक संरक्षी बल क्षेत्र है। एक संरक्षी बल क्षेत्र ऐसा बल क्षेत्र होता है जिसमें किसी वस्तु को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाने में किया गया कार्य, चुने गए मार्ग पर निर्भर नहीं करता।

संरक्षी बल क्षेत्रों के और भी कई उदाहरण हैं। कुछ अन्य उदाहरणों में गुरुत्वाकर्षण बल क्षेत्र और स्प्रिंग बल क्षेत्र शामिल हैं।

यह तथ्य कि स्थिरवैद्युत बल संरक्षी है, के महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं। एक निहितार्थ यह है कि विद्युत विभव एक सुव्यवस्थित फलन है। किसी बिंदु पर विद्युत विभव वह कार्य मात्रा है जो अनंत से उस बिंदर तक एक इकाई आवेश को ले जाने के लिए आवश्यक होगी।

चूँकि एक वैद्युत क्षेत्र में आवेश को एक बिन्दु से दूसरे बिन्दु तक ले जाने में किया गया कार्य मार्ग पर निर्भर नहीं करता, दो बिन्दुओं के बीच का वैद्युत विभव अन्तर भी मार्ग पर निर्भर नहीं करता। इसका अर्थ है कि दो बिन्दुओं के बीच का वैद्युत विभव अन्तर केवल एक बिन्दु के वैद्युत विभव को दूसरे बिन्दु के वैद्युत विभव से घटाकर सरलता से परिकलित किया जा सकता है।

यह तथ्य कि स्थिरवैद्युत बल संरक्षी होता है, वैद्युत क्षेत्रों के व्यवहार के लिए भी प्रभाव डालता है। एक प्रभाव यह है कि वैद्युत क्षेत्र सदैव सॉलेनॉइडल होते हैं। एक सॉलेनॉइडल क्षेत्र ऐसा क्षेत्र होता है जिसमें किसी भी बन्द सतह से क्षेत्र का कुल प्रवाह शून्य होता है।

इसका अर्थ है कि वैद्युत क्षेत्रों में कोई स्रोत या सिंक नहीं हो सकते। दूसरे शब्दों में, वैद्युत क्षेत्र किसी बिन्दु पर प्रारम्भ या समाप्त नहीं हो सकते। उन्हें सदैव बन्द लूप बनाने होते हैं।

यह तथ्य कि स्थिरवैद्युत बल संरक्षी होता है, वैद्युत चुम्बकत्व का एक मौलिक गुण है। इसके वैद्युत क्षेत्रों के व्यवहार और वैद्युत विभव के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव होते हैं।

स्थिरवैद्युतिका के उदाहरण क्या हैं?

स्थिरवैद्युतिका भौतिकी की वह शाखा है जो विश्राम पर रहने वाले वैद्युत आवेशों के व्यवहार से सम्बन्धित रखती है। स्थिरवैद्युतिका के कुछ उदाहरण इस प्रकार हैं:

1. घर्षण द्वारा आवेशन: जब दो भिन्न पदार्थों को आपस में रगड़ा जाता है, तो इलेक्ट्रॉन एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ में स्थानांतरित हो सकते हैं, जिससे एक पदार्थ पर धनात्मक आवेश और दूसरे पर ऋणात्मक आवेश उत्पन्न होता है। यह स्थिर विद्युत का सिद्धांत है। उदाहरण के लिए, जब आप एक गुब्बारे को अपने बालों से रगड़ते हैं, तो गुब्बारा ऋणात्मक आवेशित हो जाता है और आपके बाल धनात्मक आवेशित हो जाते हैं।

2. प्रेरण द्वारा आवेशन: जब एक आवेशित वस्तु को किसी अनावेशित वस्तु के पास लाया जाता है, तो आवेशित वस्तु का विद्युत क्षेत्र अनावेशित वस्तु में आवेश उत्पन्न कर सकता है। यह विद्युत स्थैतिक प्रेरण का सिद्धांत है। उदाहरण के लिए, यदि आप एक ऋणात्मक आवेशित वस्तु को धातु के गोले के पास रखते हैं, तो गोले के इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक आवेश से प्रतिकर्षित होकर गोले के दूर वाले भाग में चले जाते हैं, जिससे गोले के निकट वाले भाग में धनात्मक आवेश उत्पन्न होता है।

3. स्थिर विद्युत विसर्जन: जब दो विपरीत आवेश वाली वस्तुएं आपस में संपर्क में आती हैं, तो आवेश एक-दूसरे को निष्क्रिय कर सकते हैं और ऊर्जा चिंगारी के रूप में मुक्त होती है। यह स्थिर विद्युत विसर्जन (ESD) का सिद्धांत है। उदाहरण के लिए, जब आप कालीन पार करने के बाद दरवाज़े के हैंडल को छूते हैं, तो ESD एक चिंगारी उत्पन्न कर सकता है।

4. विद्युत-स्थैतिक अवसादक (Electrostatic precipitators): विद्युत-स्थैतिक अवसादक ऐसे उपकरण हैं जो गैस प्रवाह से कणिकीय पदार्थ को हटाने के लिए विद्युत-स्थैतिक बलों का उपयोग करते हैं। इनका उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जाता है, जिनमें बिजली संयंत्र, इस्पात कारखाने और सीमेंट संयंत्र शामिल हैं। विद्युत-स्थैतिक अवसादक गैस प्रवाह में कणों को आवेशित करता है और फिर उन्हें ऋणात्मक आवेशित प्लेट पर संग्रहित करता है।

5. वैन डे ग्राफ जनित्र (Van de Graaff generator): वैन डे ग्राफ जनित्र एक ऐसा उपकरण है जो उच्च वोल्टता उत्पन्न करने के लिए विद्युत-स्थैतिक प्रेरण का उपयोग करता है। इसमें एक धातु गोला होता है जो एक विद्युत-रोधी स्तंभ पर लगाया जाता है। एक गैर-चालक पदार्थ से बना पट्टा गोले के चारों ओर घुमाया जाता है, और जैसे-जैसे पट्टा चलता है, वह गोले से इलेक्ट्रॉनों को उठाता है। इलेक्ट्रॉन फिर गोले के शीर्ष पर ले जाए जाते हैं, जहाँ वे संचित होकर उच्च वोल्टता उत्पन्न करते हैं।

विद्युत-स्थैतिक बल एक केंद्रीय बल क्यों है?

विद्युत-स्थैतिक बल एक केंद्रीय बल है क्योंकि यह दो आवेशित कणों के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के अनुदिश कार्य करता है। इसका अर्थ है कि बल की दिशा कणों की अभिविन्यास से स्वतंत्र होती है। दूसरे शब्दों में, चाहे कणों को कैसे भी घुमाया जाए, बल समान रहता है।

यह विद्युत-स्थैतिक बल के समीकरण से देखा जा सकता है:

$$F = k\frac{q_1 q_2}{r^2}$$

जहाँ:

• $F$ विद्युत-स्थैतिक बल है
• $k$ कूलॉम नियतांक है
• $q_1$ और $q_2$ दोनों कणों के आवेशों की परिमाण हैं
• r दोनों कणों के केंद्रों के बीच की दूरी है

जैसा कि आप देख सकते हैं, बल की दिशा को प्रभावित करने वाला एकमात्र चर r है। इसका अर्थ है कि बल हमेशा दो कणों के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के अनुदर निर्देशित होता है।

यहाँ कुछ केंद्रीय बलों के उदाहरण दिए गए हैं:

• गुरुत्वाकर्षण बल
• स्थिरवैद्युत बल
• चुंबकीय बल
• नाभिकीय बल

ये सभी बल दो वस्तुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के अनुदर कार्य करते हैं। यह गैर-केंद्रीय बलों के विपरीत है, जो इस रेखा के अनुदर कार्य नहीं करते हैं। उदाहरण के लिए, घर्षण बल एक गैर-केंद्रीय बल है क्योंकि यह किसी वस्तु की गति के विपरीत दिशा में कार्य करता है।