शरीराचे विद्युतीकरण, शुल्काचा परस्परसंवाद

या लेखात, आम्ही शरीराचे विद्युतीकरण काय आहे याची सामान्यीकृत कल्पना मांडण्याचा प्रयत्न करू आणि आम्ही इलेक्ट्रिक चार्जच्या संरक्षणाच्या कायद्याला देखील स्पर्श करू.

विद्युत उर्जेचा हा किंवा तो स्त्रोत तत्त्वासाठी कार्य करतो की नाही याची पर्वा न करता, त्यातील प्रत्येक भौतिक शरीराचे विद्युतीकरण होते, म्हणजेच, विद्युत उर्जेच्या स्त्रोतामध्ये उपस्थित असलेल्या विद्युत शुल्कांचे पृथक्करण आणि विशिष्ट ठिकाणी त्यांचे एकाग्रता, उदाहरणार्थ, स्त्रोताच्या इलेक्ट्रोड्स किंवा टर्मिनल्सवर. या प्रक्रियेचा परिणाम म्हणून, विद्युत उर्जेच्या (कॅथोड) स्त्रोताच्या एका टर्मिनलवर जास्त प्रमाणात नकारात्मक शुल्क (इलेक्ट्रॉन) प्राप्त होते आणि दुसर्‍या टर्मिनलवर (एनोड) इलेक्ट्रॉनची कमतरता असते, म्हणजे. त्यापैकी पहिल्यावर नकारात्मक वीज आणि दुसरी पॉझिटिव्ह विजेने चार्ज केली जाते.

इलेक्ट्रॉनचा शोध लागल्यानंतर, कमीतकमी चार्ज असलेले प्राथमिक कण, अणूची रचना शेवटी स्पष्ट झाल्यानंतर, विजेशी संबंधित बहुतेक भौतिक घटना देखील स्पष्ट करण्यायोग्य बनल्या.

शरीर बनवणारे भौतिक पदार्थ सामान्यत: विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असतात, कारण शरीर बनवणारे रेणू आणि अणू सामान्य परिस्थितीत तटस्थ असतात आणि परिणामी शरीरावर कोणतेही शुल्क नसते. पण जर असे तटस्थ शरीर दुसऱ्या शरीरावर घासले तर काही इलेक्ट्रॉन त्यांचे अणू सोडून एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात जातील. अशा हालचाली दरम्यान या इलेक्ट्रॉन्सद्वारे प्रवास केलेल्या मार्गांची लांबी शेजारच्या अणूंमधील अंतरापेक्षा जास्त नसते.

तथापि, जर घर्षणानंतर शरीर वेगळे झाले, वेगळे झाले, तर दोन्ही शरीरांवर शुल्क आकारले जाईल. ज्या शरीरात इलेक्ट्रॉन गेले आहेत ते नकारात्मक चार्ज होईल आणि ज्याने हे इलेक्ट्रॉन दान केले आहे तो सकारात्मक चार्ज होईल. हे विद्युतीकरण आहे.

समजा की काही भौतिक शरीरात, उदाहरणार्थ काचेमध्ये, त्यांचे काही इलेक्ट्रॉन्स लक्षणीय संख्येतील अणूंमधून काढून टाकणे शक्य होते. याचा अर्थ असा आहे की ज्या काचेने त्याचे काही इलेक्ट्रॉन गमावले आहेत, त्यावर सकारात्मक वीज चार्ज होईल, कारण त्यामध्ये सकारात्मक शुल्काचा नकारात्मकपेक्षा फायदा झाला आहे.

काचेतून काढलेले इलेक्ट्रॉन अदृश्य होऊ शकत नाहीत आणि ते कुठेतरी ठेवले पाहिजेत. असे गृहीत धरा की काचेतून इलेक्ट्रॉन काढून टाकल्यानंतर ते धातूच्या बॉलवर ठेवले जातात. त्यानंतर हे स्पष्ट आहे की अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त करणार्‍या धातूच्या बॉलवर ऋण विद्युत चार्ज केला जातो, कारण त्यामध्ये नकारात्मक शुल्कांना सकारात्मकपेक्षा प्राधान्य दिले जाते.

भौतिक शरीराला विद्युतीकरण करणे - म्हणजे त्यात इलेक्ट्रॉनची जास्ती किंवा कमतरता निर्माण करणे, म्हणजे. त्यामधील दोन विरुद्ध भारांचे संतुलन विस्कळीत करा, म्हणजे सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्क.

एकाच वेळी आणि वेगवेगळ्या विद्युत शुल्कांसह दोन भौतिक शरीरांचे विद्युतीकरण करणे - म्हणजे एका शरीरातून इलेक्ट्रॉन काढून टाकणे आणि त्यांना दुसर्‍या शरीरात स्थानांतरित करणे.

जर निसर्गात कुठेतरी सकारात्मक विद्युत प्रभार तयार झाला असेल, तर त्याच निरपेक्ष मूल्याचा नकारात्मक चार्ज अपरिहार्यपणे त्याच्याबरोबर एकाच वेळी उद्भवला पाहिजे, कारण कोणत्याही भौतिक शरीरात इलेक्ट्रॉन्सची जास्ती इतर भौतिक शरीरात त्यांच्या कमतरतेमुळे उद्भवते.

विविध विद्युत शुल्क विद्युतीय घटनांमध्ये नेहमी सोबत असलेल्या विरुद्ध विरुद्ध दिसतात, ज्याची एकता आणि परस्परसंवाद हे पदार्थांमधील विद्युतीय घटनेची अंतर्गत सामग्री बनवतात.

जेव्हा ते इलेक्ट्रॉन देतात किंवा प्राप्त करतात तेव्हा तटस्थ शरीर विद्युतीकृत होतात, दोन्ही बाबतीत ते विद्युत चार्ज घेतात आणि तटस्थ राहणे थांबवतात. येथे विद्युत शुल्क कोठूनही उद्भवत नाही, शुल्क फक्त वेगळे केले जातात, कारण इलेक्ट्रॉन आधीच शरीरात होते आणि फक्त त्यांचे स्थान बदलले होते, इलेक्ट्रॉन एका विद्युतीकृत शरीरातून दुसऱ्या विद्युतीकृत शरीरात जातात.

शरीरांच्या घर्षणामुळे निर्माण होणार्‍या विद्युत प्रभाराचे चिन्ह या शरीराच्या स्वरूपावर, त्यांच्या पृष्ठभागाच्या स्थितीवर आणि इतर अनेक कारणांवर अवलंबून असते. म्हणूनच, एका प्रकरणात समान भौतिक शरीरावर सकारात्मक आणि दुसर्‍या प्रकरणात नकारात्मक विद्युत चार्ज होण्याची शक्यता वगळली जात नाही, उदाहरणार्थ, काचेवर आणि लोकरला घासल्यावर धातू नकारात्मकरित्या विद्युतीकृत होतात आणि जेव्हा ते घासले जातात तेव्हा ते नकारात्मक होते. रबर - सकारात्मक.

एक योग्य प्रश्न असा असेल: विद्युत चार्ज डायलेक्ट्रिक्समधून का प्रवाहित होत नाही तर धातूंमधून का होतो? मुद्दा असा आहे की डायलेक्ट्रिक्समध्ये सर्व इलेक्ट्रॉन त्यांच्या अणूंच्या केंद्रकाला बांधलेले असतात, त्यांच्याकडे संपूर्ण शरीरात मुक्तपणे फिरण्याची क्षमता नसते.

परंतु धातूंमध्ये परिस्थिती वेगळी आहे. धातूच्या अणूंमधील इलेक्ट्रॉन बंध डायलेक्ट्रिक्सच्या तुलनेत खूपच कमकुवत असतात आणि काही इलेक्ट्रॉन सहजपणे त्यांचे अणू सोडतात आणि संपूर्ण शरीरात मुक्तपणे फिरतात, हे तथाकथित मुक्त इलेक्ट्रॉन आहेत जे तारांमध्ये चार्ज हस्तांतरण प्रदान करतात.

धातूंचे घर्षण आणि डायलेक्ट्रिक्सच्या घर्षणादरम्यान शुल्काचे पृथक्करण दोन्ही घडते. परंतु प्रात्यक्षिकांमध्ये, डायलेक्ट्रिक्स वापरले जातात: इबोनाइट, एम्बर, काच. हे या साध्या कारणासाठी केले जाते की चार्जेस डायलेक्ट्रिक्समधील व्हॉल्यूममधून फिरत नसल्यामुळे, ते ज्या शरीरातून उद्भवले त्या पृष्ठभागावर त्याच ठिकाणी राहतात.

आणि जर घर्षणाने म्हणा, फरसाठी, धातूचा तुकडा विद्युतीकृत झाला, तर चार्ज, ज्याला फक्त त्याच्या पृष्ठभागावर जाण्यासाठी वेळ आहे, तत्काळ प्रयोगकर्त्याच्या शरीरावर निचरा होईल आणि एक प्रात्यक्षिक, उदाहरणार्थ, सह dielectrics, काम करणार नाही. परंतु प्रयोगकर्त्याच्या हातातून धातूचा तुकडा वेगळा केला तर तो धातूवरच राहील.

जर केवळ विद्युतीकरणाच्या प्रक्रियेत मृतदेहांचे चार्ज सोडले गेले, तर त्यांचे एकूण शुल्क कसे वागते? साधे प्रयोग या प्रश्नाचे उत्तर देतात. त्याच्या रॉडला जोडलेली धातूची डिस्क असलेले इलेक्ट्रोमीटर घेऊन, डिस्कवर लोकरीच्या कापडाचा तुकडा ठेवा, त्या डिस्कचा आकार. टिश्यू डिस्कच्या शीर्षस्थानी इलेक्ट्रोमीटर रॉड प्रमाणेच दुसरी प्रवाहकीय डिस्क ठेवली जाते, परंतु डायलेक्ट्रिक हँडलने सुसज्ज असते.

हँडल धरून, प्रयोगकर्ता वरच्या डिस्कला अनेक वेळा हलवतो, इलेक्ट्रोमीटरच्या रॉडच्या डिस्कवर असलेल्या टिश्यू डिस्कवर घासतो, नंतर ती इलेक्ट्रोमीटरपासून दूर हलवतो. जेव्हा डिस्क काढून टाकली जाते आणि त्या स्थितीत राहते तेव्हा इलेक्ट्रोमीटरची सुई विचलित होते. हे सूचित करते की लोकरीच्या फॅब्रिकवर आणि इलेक्ट्रोमीटर रॉडला जोडलेल्या डिस्कवर इलेक्ट्रिक चार्ज विकसित झाला आहे.

नंतर हँडल असलेली चकती दुसऱ्या इलेक्ट्रोमीटरच्या संपर्कात आणली जाते, परंतु त्याच्याशी जोडलेली चकती न ठेवता, आणि तिची सुई पहिल्या इलेक्ट्रोमीटरच्या सुईच्या जवळपास त्याच कोनाने विचलित झाल्याचे दिसून येते.

प्रयोग दर्शवितो की विद्युतीकरणादरम्यान दोन्ही डिस्कला समान मॉड्यूलचे शुल्क प्राप्त झाले. पण या आरोपांची चिन्हे काय आहेत? या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी, इलेक्ट्रोमीटर एका वायरने जोडलेले आहेत. इलेक्ट्रोमीटरच्या सुया ताबडतोब शून्य स्थितीत परत येतील ज्यामध्ये ते प्रयोग सुरू होण्यापूर्वी होते. चार्ज तटस्थ केला गेला, याचा अर्थ डिस्कवरील शुल्क आकारमानात समान होते परंतु चिन्हात विरुद्ध होते आणि एकंदरीत शून्य दिले, जसे प्रयोग सुरू होण्यापूर्वी.

तत्सम प्रयोगांवरून असे दिसून येते की विद्युतीकरणादरम्यान, शरीराचा एकूण चार्ज संरक्षित केला जातो, म्हणजेच, जर विद्युतीकरणापूर्वी एकूण रक्कम शून्य होती, तर विद्युतीकरणानंतर एकूण रक्कम शून्य असेल... पण असे का होते? जर तुम्ही आबनूसची काठी कापडावर घासली तर ती नकारात्मक चार्ज होईल आणि कापड सकारात्मक चार्ज होईल, आणि हे सर्वज्ञात सत्य आहे. लोकर घासल्यावर इबोनाइटवर जास्त प्रमाणात इलेक्ट्रॉन तयार होतात आणि कापडावर तत्सम कमतरता निर्माण होते.

मॉड्युलसमध्ये शुल्क समान असेल, कारण कापडातून इबोनाइटपर्यंत किती इलेक्ट्रॉन गेले आहेत, एबोनाईटला असा ऋण शुल्क प्राप्त झाला आहे आणि कॅनव्हासवर तेवढ्याच प्रमाणात सकारात्मक चार्ज तयार झाला आहे, कारण इलेक्ट्रॉन ज्यांनी विद्युतभार सोडला आहे. कापड हे कपड्यावर सकारात्मक चार्ज असतात. आणि इबोनाइटवरील इलेक्ट्रॉन्सचे प्रमाण कापडावरील इलेक्ट्रॉनच्या कमतरतेइतकेच असते. शुल्क चिन्हात विरुद्ध आहेत परंतु परिमाणात समान आहेत. साहजिकच, विद्युतीकरणादरम्यान पूर्ण चार्ज संरक्षित केला जातो; ते एकूण शून्याच्या बरोबरीचे आहे.

शिवाय, जरी विद्युतीकरणापूर्वी दोन्ही शरीरावरील शुल्क शून्य नसले तरीही एकूण शुल्क विद्युतीकरणापूर्वी सारखेच आहे. त्यांच्या परस्परसंवादापूर्वीचे शुल्क q1 आणि q2 असे दर्शविल्यानंतर आणि परस्परसंवादानंतरचे शुल्क q1' आणि q2' असे दर्शविल्यास, खालील समानता सत्य होईल:

q1 + q2 = q1 ' + q2'

याचा अर्थ असा होतो की शरीराच्या कोणत्याही परस्परसंवादासाठी एकूण शुल्क नेहमीच संरक्षित केले जाते. हा निसर्गाच्या मूलभूत नियमांपैकी एक आहे, इलेक्ट्रिक चार्जच्या संरक्षणाचा नियम. बेंजामिन फ्रँकलिनने 1750 मध्ये याचा शोध लावला आणि "सकारात्मक शुल्क" आणि "ऋण शुल्क" या संकल्पना मांडल्या. फ्रँकलिन आणि «-» आणि «+» चिन्हांसह विरुद्ध शुल्क सूचित करण्याचा प्रस्ताव दिला.

इलेक्ट्रॉनिक्स मध्ये किर्चहॉफचे नियम कारण विद्युत प्रभार संवर्धनाच्या कायद्याचे थेट पालन करतात. वायर आणि इलेक्ट्रॉनिक घटकांचे संयोजन ओपन सिस्टम म्हणून दर्शविले जाते. दिलेल्या प्रणालीमध्ये शुल्काचा एकूण प्रवाह त्या प्रणालीतील शुल्काच्या एकूण बहिर्वाहाइतका असतो. किर्चहॉफचे नियम असे गृहीत धरतात की इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली त्याच्या एकूण चार्जमध्ये लक्षणीय बदल करू शकत नाही.

निष्पक्षतेने, आम्ही लक्षात घेतो की इलेक्ट्रिक चार्जच्या संवर्धनाच्या कायद्याची सर्वोत्तम प्रायोगिक चाचणी म्हणजे प्राथमिक कणांच्या अशा क्षयांचा शोध घेणे ज्याला चार्जचे कठोर संरक्षण न करण्याच्या बाबतीत परवानगी दिली जाईल. असा क्षय व्यवहारात कधीच दिसला नाही.

भौतिक शरीराचे विद्युतीकरण करण्याचे इतर मार्गः

1. जर झिंक प्लेट सल्फ्यूरिक ऍसिड H2SO4 च्या द्रावणात बुडवली तर ती त्यात अंशतः विरघळते. झिंक प्लेटवरील काही अणू, त्यांचे दोन इलेक्ट्रॉन झिंक प्लेटवर सोडून, ​​दुप्पट चार्ज केलेल्या सकारात्मक जस्त आयनांच्या स्वरूपात ऍसिडच्या मालिकेसह द्रावणात जातील. परिणामी, झिंक प्लेट नकारात्मक विद्युत् (इलेक्ट्रॉन्सपेक्षा जास्त) चार्ज होईल आणि सल्फ्यूरिक ऍसिड द्रावण सकारात्मक (सकारात्मक झिंक आयनपेक्षा जास्त) चार्ज होईल. या गुणधर्माचा उपयोग सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या द्रावणात जस्त विद्युतीकरण करण्यासाठी केला जातो गॅल्व्हॅनिक सेलमध्ये विद्युत ऊर्जा दिसण्याची मुख्य प्रक्रिया म्हणून.

2. जर प्रकाश किरणे जस्त, सीझियम आणि इतर काही धातूंच्या पृष्ठभागावर पडली तर या पृष्ठभागांवरून मुक्त इलेक्ट्रॉन वातावरणात सोडले जातात. परिणामी, धातूवर सकारात्मक वीज चार्ज होते आणि त्याच्या सभोवतालची जागा नकारात्मक विजेने चार्ज होते. विशिष्ट धातूंच्या प्रकाशित पृष्ठभागांवरून इलेक्ट्रॉनच्या उत्सर्जनाला फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणतात, ज्याचा फोटोव्होल्टेइक पेशींमध्ये उपयोग आढळला आहे.

3. जर धातूचे शरीर पांढऱ्या उष्णतेच्या स्थितीत गरम केले गेले, तर मुक्त इलेक्ट्रॉन त्याच्या पृष्ठभागावरून आसपासच्या जागेत उडतील.परिणामी, इलेक्ट्रॉन गमावलेल्या धातूवर सकारात्मक वीज आणि सभोवतालची ऊर्जा नकारात्मक वीजेने चार्ज होईल.

4. जर तुम्ही दोन वेगवेगळ्या वायर्सचे टोक सोल्डर केले, उदाहरणार्थ, बिस्मथ आणि कॉपर, आणि त्यांचे जंक्शन गरम केले, तर मुक्त इलेक्ट्रॉन अंशतः कॉपर वायरमधून बिस्मथमध्ये जातील. परिणामी, कॉपर वायर पॉझिटिव्ह विजेने चार्ज होईल, तर बिस्मथ वायरला ऋण वीज चार्ज होईल. जेव्हा ते थर्मल ऊर्जा शोषून घेतात तेव्हा दोन भौतिक शरीरांच्या विद्युतीकरणाची घटना थर्माकोपल्समध्ये वापरले जाते.

विद्युतीकृत शरीराच्या परस्परसंवादाशी संबंधित घटनांना विद्युत घटना म्हणतात.

विद्युतीकृत संस्थांमधील परस्परसंवाद तथाकथित द्वारे निर्धारित केला जातो विद्युत शक्ती जे दुसर्‍या निसर्गाच्या शक्तींपेक्षा भिन्न असतात कारण ते चार्ज केलेल्या शरीरांना त्यांच्या गतीची पर्वा न करता एकमेकांना मागे टाकतात आणि आकर्षित करतात.

अशाप्रकारे, चार्ज केलेल्या शरीरांमधील परस्परसंवाद भिन्न असतो, उदाहरणार्थ, गुरुत्वाकर्षणापासून, जो केवळ शरीराच्या आकर्षणाद्वारे दर्शविला जातो किंवा चुंबकीय उत्पत्तीच्या शक्तींपासून, जो चार्जांच्या हालचालींच्या सापेक्ष गतीवर अवलंबून असतो, ज्यामुळे चुंबकीय घटना

इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकी मुख्यतः विद्युतीकृत शरीराच्या गुणधर्मांच्या बाह्य प्रकटीकरणाच्या कायद्यांचा अभ्यास करते - इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचे नियम.

आम्हाला आशा आहे की या छोट्या लेखाने तुम्हाला शरीराचे विद्युतीकरण काय आहे याची सामान्य कल्पना दिली आहे आणि आता तुम्हाला एक साधा प्रयोग वापरून विद्युत शुल्काच्या संरक्षणाचा नियम प्रायोगिकपणे कसा पडताळायचा हे माहित आहे.