કુલોમ્બનો કાયદો, વ્યાખ્યા અને સૂત્ર - ઇલેક્ટ્રિક પોઈન્ટ ચાર્જ અને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

ચાર્જ થયેલ સંસ્થાઓ વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ છે, જેના દ્વારા તેઓ એકબીજાને આકર્ષી શકે છે અથવા ભગાડી શકે છે. કુલોમ્બનો કાયદો આ બળનું વર્ણન કરે છે અને શરીરના કદ અને આકારને આધારે તેની અસરની હદ દર્શાવે છે. આ ભૌતિક કાયદાની આ લેખમાં ચર્ચા કરવામાં આવશે.

સ્થિર બિંદુ શુલ્ક

કુલોમ્બનો નિયમ સ્થિર સંસ્થાઓને લાગુ પડે છે જેનું કદ અન્ય પદાર્થોથી તેમના અંતર કરતાં ઘણું નાનું હોય છે. આવા શરીર પર એક બિંદુ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ કેન્દ્રિત છે. શારીરિક સમસ્યાઓનું નિરાકરણ કરતી વખતે, પ્રશ્નમાં રહેલા શરીરના કદની અવગણના કરવામાં આવે છે, કારણ કે તેમાં બહુ મહત્વ નથી.

વ્યવહારમાં, વિશ્રામ બિંદુ શુલ્ક નીચે પ્રમાણે દર્શાવવામાં આવ્યા છે:

આ કિસ્સામાં q₁ અને q₂ - છે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રીક ચાર્જિસ, અને કુલોમ્બ બળ તેમના પર કાર્ય કરે છે (આકૃતિમાં બતાવેલ નથી). બિંદુ પદાર્થોનું કદ કોઈ વાંધો નથી.

નૉૅધ! વિશ્રામી શુલ્ક એકબીજાથી આપેલ અંતર પર સ્થિત છે, જે સમસ્યાઓમાં સામાન્ય રીતે અક્ષર r દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. આગળ પેપરમાં આપણે આ શુલ્કને વેક્યૂમમાં ધ્યાનમાં લઈશું.

ચાર્લ્સ કુલોમ્બના ટોર્સિયન ભીંગડા

1777 માં કુલોમ્બ દ્વારા વિકસિત આ ઉપકરણ, બળની અવલંબન મેળવવામાં મદદ કરે છે, જે પાછળથી તેમના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું હતું. તેનો ઉપયોગ બિંદુ ચાર્જ તેમજ ચુંબકીય ધ્રુવોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે.

ટોર્સિયન ભીંગડામાં એક નાનો રેશમનો દોરો હોય છે, જે વર્ટિકલ પ્લેનમાં સ્થિત હોય છે, જેના પર સંતુલિત લિવર અટકી જાય છે. લીવરના છેડા પર પોઈન્ટ ચાર્જીસ છે.

બાહ્ય દળોની ક્રિયા હેઠળ, લિવર આડા ખસેડવાનું શરૂ કરે છે. જ્યાં સુધી તે થ્રેડના સ્થિતિસ્થાપક બળ દ્વારા સંતુલિત ન થાય ત્યાં સુધી લીવર પ્લેનમાં આગળ વધશે.

ચળવળની પ્રક્રિયામાં, લીવર ચોક્કસ કોણ દ્વારા ઊભી અક્ષથી વિચલિત થાય છે. તેને d તરીકે લેવામાં આવે છે અને તેને પરિભ્રમણનો કોણ કહેવામાં આવે છે. આ પરિમાણનું મૂલ્ય જાણીને, તમે બનતા દળોનો ટોર્ક શોધી શકો છો.

ચાર્લ્સ કુલોમ્બના ટોર્સનલ ભીંગડા નીચે પ્રમાણે દેખાય છે:

પ્રમાણસરતા k અને વિદ્યુત સ્થિરાંકનો ગુણાંક

કુલોમ્બના કાયદાના સૂત્રમાં પરિમાણો k છે, પ્રમાણસરતાનો ગુણાંક અથવા - વિદ્યુત સ્થિરાંક. વિદ્યુત સ્થિરાંક ઘણા સંદર્ભ પુસ્તકો, પાઠ્યપુસ્તકો, ઈન્ટરનેટમાં પ્રસ્તુત છે અને તેને ગણવાની જરૂર નથી! પર આધારિત શૂન્યાવકાશમાં પ્રમાણસરતાનો ગુણાંક જાણીતા સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને શોધી શકાય છે:

અહીં - વિદ્યુત સ્થિરતા,

- નંબર pi,

- વેક્યૂમમાં પ્રમાણસરતાનો ગુણાંક.

વધારાની માહિતી! ઉપરોક્ત પરિમાણોને જાણ્યા વિના, બે બિંદુ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ શોધવાનું અશક્ય છે.
કુલોમ્બના કાયદાની રચના અને સૂત્ર

ઉપરોક્ત સારાંશ આપવા માટે, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સના મુખ્ય કાયદાની સત્તાવાર રચના આપવી જરૂરી છે. તે ફોર્મ લે છે:

શૂન્યાવકાશમાં બે વિશ્રામી બિંદુ ચાર્જનું ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ આ ચાર્જના ઉત્પાદનના સીધા પ્રમાણસર છે અને તેમની વચ્ચેના અંતરના વર્ગના વિપરિત પ્રમાણસર છે. અને ચાર્જનું ઉત્પાદન મોડ્યુલો લેવું જ જોઈએ!

આ સૂત્રમાં q₁ અને q₂ - પોઈન્ટ ચાર્જિસ છે, માનવામાં આવે છે સંસ્થાઓ; આર² - આ સંસ્થાઓ વચ્ચેના પ્લેન પરનું અંતર છે, જે ચોરસ તરીકે લેવામાં આવે છે; k એ પ્રમાણનું પરિબળ છે ( વેક્યુમ માટે).

કુલોમ્બ બળની દિશા અને સૂત્રનું વેક્ટર સ્વરૂપ

સૂત્રને સંપૂર્ણ રીતે સમજવા માટે કુલોમ્બના કાયદાને દૃષ્ટિની રીતે દર્શાવી શકાય છે:

એફ_1,2 - બીજાના સંદર્ભમાં પ્રથમ ચાર્જનું ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ છે.

એફ_2,1 - પ્રથમના સંદર્ભમાં બીજા ચાર્જનું ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ છે.

ઉપરાંત, ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સ સમસ્યાઓનું નિરાકરણ કરતી વખતે, એક મહત્વપૂર્ણ નિયમ ધ્યાનમાં લેવો જરૂરી છે: સમાન-નામવાળા ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જો ભગાડે છે અને વિરોધી નામવાળા ચાર્જ આકર્ષે છે. આ આકૃતિમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દળોનું સ્થાન નક્કી કરે છે.

જો વિરોધી શુલ્ક ગણવામાં આવે છે, તો તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દળો એકબીજા તરફ નિર્દેશિત થશે, તેમના આકર્ષણનું પ્રતિનિધિત્વ કરશે.

વેક્ટર સ્વરૂપમાં ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સના મૂળભૂત કાયદા માટેના સૂત્રને નીચે પ્રમાણે રજૂ કરી શકાય છે:

- ચાર્જ q2 ની બાજુએ, બિંદુ ચાર્જ q1 પર કામ કરતું બળ,

- ત્રિજ્યા-વેક્ટર કનેક્ટિંગ ચાર્જ q2 થી ચાર્જ Q1,

મહત્વપૂર્ણ! સૂત્રને વેક્ટર સ્વરૂપમાં લખ્યા પછી, ચિહ્નોને યોગ્ય રીતે મૂકવા માટે બે બિંદુના ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના અરસપરસ બળોને ધરી પર પ્રક્ષેપિત કરવા પડશે. આ ક્રિયા એક ઔપચારિકતા છે અને ઘણી વખત કોઈ નોંધ વિના માનસિક રીતે કરવામાં આવે છે.

જ્યાં કુલોમ્બનો કાયદો વ્યવહારમાં લાગુ પડે છે

ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સનો મૂળભૂત કાયદો ચાર્લ્સ કુલોમ્બની સૌથી મહત્વપૂર્ણ શોધ છે, જેણે ઘણા ક્ષેત્રોમાં તેનો ઉપયોગ શોધી કાઢ્યો છે.

વિખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રીના કાર્યનો ઉપયોગ વિવિધ ઉપકરણો, સાધનો, ઉપકરણની શોધની પ્રક્રિયામાં કરવામાં આવ્યો હતો. ઉદાહરણ તરીકે, વીજળીની લાકડી.

વીજળીના સળિયાનો ઉપયોગ કરીને, વાવાઝોડા દરમિયાન ઘરો અને ઇમારતોને વીજળીથી સુરક્ષિત કરવામાં આવે છે. આમ, ઇલેક્ટ્રિકલ સાધનોના રક્ષણની ડિગ્રીમાં વધારો થાય છે.

લાઈટનિંગ સળિયા નીચેના સિદ્ધાંત પર કામ કરે છે: વાવાઝોડા દરમિયાન મજબૂત ઇન્ડક્શન ચાર્જ ધીમે ધીમે જમીન પર એકઠા થાય છે, જે ઉપર આવે છે અને વાદળો તરફ આકર્ષાય છે. આ જમીન પર નોંધપાત્ર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવે છે. વીજળીના સળિયાની નજીક, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર વધુ મજબૂત બને છે, જેથી ઉપકરણની ટોચ પરથી કોરોના ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સળગી જાય છે.

પછી જમીન પર રચાયેલ ચાર્જ વિરોધી ચિહ્ન સાથે વાદળ ચાર્જ તરફ આકર્ષિત થવાનું શરૂ કરે છે, કારણ કે તે ચાર્લ્સ કુલોમ્બના નિયમ મુજબ હોવું જોઈએ. પછી હવાનું આયનીકરણ થાય છે, અને વીજળીના સળિયાના અંતની નજીક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ ઓછી થાય છે. આમ, મકાનમાં વીજળી પડવાનું જોખમ ન્યૂનતમ છે.

કૃપયા નોંધો! જો વીજળીની સળિયાવાળી ઇમારત ત્રાટકી, તો આગ લાગશે નહીં, અને બધી શક્તિ જમીનમાં જાય છે.

કુલોમ્બના કાયદાના આધારે, "પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર" નામનું ઉપકરણ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું અને આજે તેની ખૂબ માંગ છે.

આ ઉપકરણ મજબૂત ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવે છે, જે તેમાં પ્રવેશતા કણોની ઊર્જાને વધારે છે.

કુલોમ્બના કાયદામાં દળોની દિશા

ઉપર જણાવ્યા મુજબ, બે પોઈન્ટ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી દળોની દિશા તેમની ધ્રુવીયતા પર આધારિત છે. એટલે કે, સમાન-પડોશી શુલ્ક ભગાડશે અને વિરોધી-પડોશી શુલ્ક આકર્ષિત કરશે.

કુલોમ્બ દળોને ત્રિજ્યા-વેક્ટર પણ કહી શકાય, કારણ કે તે ત્રિજ્યા-વેક્ટર સમાન છે. તેઓ તેમની વચ્ચે દોરેલી રેખા સાથે નિર્દેશિત થાય છે.

કેટલીક શારીરિક સમસ્યાઓમાં જટિલ આકારના શરીર હોય છે, જેને બિંદુ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ તરીકે લઈ શકાય નહીં, એટલે કે તેના કદની અવગણના કરવી. આ પરિસ્થિતિમાં, પ્રશ્નમાં રહેલા શરીરને કેટલાક નાના ભાગોમાં વિભાજિત કરવું જોઈએ અને કુલોમ્બના કાયદાને લાગુ કરીને, દરેક ભાગની અલગથી ગણતરી કરવી જોઈએ.

વિભાજનમાં મેળવેલ બળ વેક્ટરનો સરવાળો બીજગણિત અને ભૂમિતિના નિયમો દ્વારા કરવામાં આવે છે. પરિણામ એ પરિણામી બળ છે, જે સમસ્યાનો જવાબ હશે.ઉકેલની આ પદ્ધતિને ઘણીવાર ત્રિકોણ પદ્ધતિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

કાયદાની શોધનો ઇતિહાસ

ઉપર ચર્ચા કરેલ કાયદા દ્વારા બે બિંદુ શુલ્કની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રથમ વખત 1785 માં ચાર્લ્સ કુલોમ્બ દ્વારા સાબિત કરવામાં આવી હતી. ભૌતિકશાસ્ત્રીએ ટોર્સિયન સ્કેલનો ઉપયોગ કરીને ઘડેલા કાયદાની સચ્ચાઈ સાબિત કરવામાં વ્યવસ્થાપિત કરી હતી, જેનું સંચાલન સિદ્ધાંત પણ લેખમાં રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું.

કુલોમ્બે એ પણ સાબિત કર્યું કે ગોળાકાર કેપેસિટરની અંદર કોઈ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ નથી. આ રીતે તે એ નિવેદન પર પહોંચ્યા કે ઇલેકટ્રોસ્ટેટિક દળોની તીવ્રતા પ્રશ્નમાં રહેલા શરીર વચ્ચેના અંતરને બદલીને બદલી શકાય છે.

આમ, કુલોમ્બનો કાયદો હજુ પણ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સનો સૌથી મહત્વપૂર્ણ કાયદો છે, જેના આધારે ઘણી મહાન શોધો કરવામાં આવી છે. આ લેખની અંદર, કાયદાની સત્તાવાર રચના રજૂ કરવામાં આવી છે, અને તેના ઘટક ભાગોનું વિગતવાર વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે.

સંબંધિત લેખો: