इलेक्ट्रिक फील्ड, इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन, कॅपेसिटन्स आणि कॅपेसिटर. कंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण

इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण- जेव्हा बाह्य शरीरावर कार्य करते तेव्हा स्वतःचे इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्ड प्रेरित करण्याची घटनाविद्युत क्षेत्र. इंद्रियगोचर पुनर्वितरणामुळे होतेशुल्कअंतर्गत संवाहक संस्था, तसेच अंतर्गत सूक्ष्म संरचनांचे ध्रुवीकरण करूनआचरण न करणाऱ्या संस्थांसाठी. प्रेरित विद्युत क्षेत्र असलेल्या शरीराच्या आसपासच्या भागात बाह्य विद्युत क्षेत्र लक्षणीयरीत्या विकृत होऊ शकते.

इलेक्ट्रिक फील्डमधील डायलेक्ट्रिक्स कंडक्टरसारखे वागत नाहीत, जरी त्यांच्यात काहीतरी साम्य आहे. डायलेक्ट्रिक्स कंडक्टरपेक्षा भिन्न आहेत कारण त्यात विनामूल्य चार्ज वाहक नसतात. तरीही, ते तेथे आहेत, परंतु फारच कमी प्रमाणात. कंडक्टरमध्ये, असे चार्ज वाहक इलेक्ट्रॉन असतात जे धातूंच्या क्रिस्टल जाळीसह मुक्तपणे फिरतात. परंतु डायलेक्ट्रिक्समध्ये, इलेक्ट्रॉन त्यांच्या अणूंना घट्ट बांधलेले असतात आणि ते मुक्तपणे हलू शकत नाहीत. जेव्हा डायलेक्ट्रिकचा विद्युत क्षेत्रात प्रवेश केला जातो, तेव्हा कंडक्टरप्रमाणेच त्यात विद्युतीकरण होते. डायलेक्ट्रिक्समधील फरक असा आहे की कंडक्टरमध्ये जसे घडते तसे इलेक्ट्रॉन संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये मुक्तपणे फिरू शकत नाहीत. पण बाह्य प्रभावाखाली विद्युत क्षेत्रडायलेक्ट्रिक पदार्थाच्या रेणूमध्ये शुल्कांचे विशिष्ट विस्थापन दिसून येते. सकारात्मक क्षेत्राच्या दिशेने फिरतो आणि नकारात्मक त्याच्या विरुद्ध फिरतो. परिणामी, पृष्ठभागास एक विशिष्ट शुल्क प्राप्त होते. विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली डायलेक्ट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर चार्ज तयार होण्याच्या प्रक्रियेस डायलेक्ट्रिकचे ध्रुवीकरण म्हणतात. सर्व डायलेक्ट्रिक्स दोन श्रेणींमध्ये विभागलेले आहेत. पहिल्या श्रेणीतील डायलेक्ट्रिक्समध्ये रेणू असतात जे बाह्य विद्युत क्षेत्र नसतानाही द्विध्रुव तयार करतात. त्यांना ध्रुवीय म्हणतात. ध्रुवीय डायलेक्ट्रिकमध्ये पाणी, अमोनिया, एसीटोन आणि इथर यांचा समावेश होतो. फील्डच्या अनुपस्थितीत अशा डायलेक्ट्रिक्सचे द्विध्रुव थर्मल मोशनमुळे अव्यवस्थितपणे स्थित असतात. आणि, म्हणून, अशा पदार्थाच्या पृष्ठभागावरील चार्ज शून्य आहे. परंतु जेव्हा ते बाह्य विद्युत क्षेत्रामध्ये समाविष्ट केले जाते तेव्हा द्विध्रुव, म्हणजेच रेणू, क्षेत्राच्या बाजूने वळतात. असे दिसून आले की मागील द्विध्रुवाचा सकारात्मक चार्ज पुढीलच्या नकारात्मक चार्जकडे पाहतो. म्हणून, ते एकमेकांना भरपाई देतात. परंतु पृष्ठभागाजवळ स्थित द्विध्रुवांना एक जोडी नसते. अशा प्रकारे, सामग्रीच्या पृष्ठभागावर भरपाई न केलेले बंधन शुल्क तयार केले जाते. एकीकडे सकारात्मक आहेत तर दुसरीकडे नकारात्मक आहेत. परंतु हे रेणूंच्या थर्मल हालचालीमुळे प्रतिबंधित आहे.

आकृती 1 - ध्रुवीय डायलेक्ट्रिकचे ध्रुवीकरण

डायलेक्ट्रिक्सची दुसरी श्रेणी अशी आहे जी मुक्त स्थितीत रेणूच्या आत सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज असतात. परंतु ते एकमेकांच्या इतके जवळ आहेत की त्यांचा प्रभाव एकमेकांना रद्द करतो. परंतु जेव्हा असा रेणू शेतात आणला जातो तेव्हा शुल्क काही अंतरावर सरकते. अशा प्रकारे, द्विध्रुव तयार होतो. अशा रेणूंवर थर्मल मोशनचा परिणाम होत नाही आणि म्हणूनच त्यांच्यातील ध्रुवीकरण तापमानावर अवलंबून नसते.

आकृती 2 - नॉन-पोलर डायलेक्ट्रिकचे ध्रुवीकरण

डायलेक्ट्रिक्सच्या पृष्ठभागावरील चार्जेस, कंडक्टरमध्ये प्रेरित शुल्काप्रमाणे, पृष्ठभागापासून वेगळे केले जाऊ शकत नाहीत. विद्युत क्षेत्र काढून टाकल्यावर, ध्रुवीकरण अदृश्य होईल. शुल्क पुन्हा पदार्थाच्या व्हॉल्यूममध्ये पुन्हा वितरित केले जाईल. क्षेत्रीय ताकद अनिश्चित काळासाठी वाढवता येत नाही. एका विशिष्ट मूल्यावर शुल्क इतके बदलले जाईल की सामग्रीमध्ये संरचनात्मक बदल होईल, दुसऱ्या शब्दांत, डायलेक्ट्रिकचे ब्रेकडाउन. या प्रकरणात, ते त्याचे इन्सुलेट गुणधर्म गमावते.

जर एखादा पदार्थ विद्युत क्षेत्रात असेल तर प्रभावाखाली न्यूक्लीचे विस्थापन विद्युत शक्तीनगण्य आहे, आणि कमी वस्तुमान असलेल्या इलेक्ट्रॉनचे विस्थापन लक्षणीय असू शकते.

इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन ही बाह्य क्षेत्रातील कंडक्टरमध्ये विनामूल्य शुल्काच्या पुनर्वितरणाची घटना आहे.

कंडक्टरच्या सीमेवर उद्भवणारे प्रेरक शुल्क एक फील्ड तयार करतात जे बाह्य शुल्कास जोडतात:

कंडक्टरमध्ये, मुक्त इलेक्ट्रॉनची संख्या खूप मोठी आहे आणि म्हणून त्यांचे पुनर्वितरण होईपर्यंत चालू राहते

याचा परिणाम म्हणून, इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शनसह:

1) तेव्हापासून, कंडक्टरची पृष्ठभाग आणि परिमाण समतुल्य आहेत,

२) तेव्हापासून, कंडक्टरमध्ये कोणतेही प्रेरक शुल्क नाहीत,

३) इंडक्शन चार्जेस कंडक्टरच्या पृष्ठभागावर दिसतात आणि परिणामी फील्ड कंडक्टरच्या बाहेर दिसते.

3) कंडक्टरच्या बाहेरच्या परिणामी फील्डच्या रेषा त्याच्या पृष्ठभागावर लंब असतात.

आकृती 29 एकसमान विद्युत क्षेत्रामध्ये अनियंत्रित आकाराचा एक अनचार्ज कंडक्टर ठेवल्यानंतर त्याचे विकृत रूप दर्शवते आणि आकृती 30 त्यात चार्ज न केलेला प्रवाहकीय बॉल आणल्यानंतर पॉझिटिव्ह चार्जच्या क्षेत्राची विकृती दर्शविते.

आपण अर्क तर आतील भागकंडक्टर, नंतर मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या पुनर्वितरण प्रक्रियेत काहीही बदलणार नाही, म्हणून अशाच घटना कोणत्याही कंडक्टरसाठी, घन किंवा पोकळ आणि अगदी धातूच्या जाळीच्या स्वरूपात देखील पाळल्या जातात.

जेव्हा चार्ज केलेले कंडक्टर इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये आणले जातात तेव्हा त्याच प्रक्रिया होतात.

FIG.29 FIG.30 FIG.31

जर पोकळ कंडक्टरमध्ये पॉइंट चार्ज q असेल, उदाहरणार्थ गोलाकार शेल, तर कंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन देखील दिसून येते (चित्र 31).

कंडक्टरच्या आत एक बंद पृष्ठभाग निवडू या, कारण आतील फील्ड शून्य आहे, तर फ्लक्स देखील शून्य असणे आवश्यक आहे.

निवडलेल्या पृष्ठभागाच्या आत एक पॉइंट चार्ज आणि प्रेरक शुल्क आहे. मग:

याचा अर्थ असा की कंडक्टरच्या आतील पृष्ठभागावरील प्रेरक शुल्काची परिमाण तितकीच असते. पॉइंट चार्ज. शुल्काच्या संरक्षणाच्या नियमानुसार, कंडक्टरच्या बाह्य पृष्ठभागावरील प्रेरक शुल्काची परिमाण समान असते.

कंडक्टरचा पृष्ठभाग समतुल्य असल्यामुळे, परिणामी क्षेत्राच्या रेषा त्याच्या आत आणि बाहेर दोन्ही पृष्ठभागावर लंब असतात.

"ग्राउंडिंग" हा शब्द खूप मोठ्या दूरच्या शरीरासह (सराव मध्ये, पृथ्वीच्या पृष्ठभागासह) कंडक्टरच्या कनेक्शनला सूचित करतो. या प्रकरणात, कंडक्टर आणि कंडक्टरच्या बाह्य पृष्ठभागावरून शुल्क "सुटते" अंतर्गत शुल्काच्या क्षेत्रापासून बाह्य जागेचे इलेक्ट्रोस्टॅटिक संरक्षण म्हणून काम करू शकते.

स्व. VI: 1. अर्नशॉचे प्रमेय

2. इलेक्ट्रोस्टॅटिक संरक्षण म्हणून कंडक्टरचा वापर.

3. इलेक्ट्रोस्टॅटिक जनरेटर आर. व्हॅन डी ग्राफची रचना आणि वापर.

शाळेत परतत आहे

इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन म्हणजे काय या प्रश्नाचे उत्तर देण्यापूर्वी, "कंडक्टर" या शब्दाचा नेमका अर्थ काय आहे हे निर्धारित करणे आवश्यक आहे. शालेय भौतिकशास्त्राच्या धड्यांमध्ये संपूर्ण विषय याला समर्पित असले तरी, ज्या व्यक्तीला विद्युत उपकरणांच्या दुरुस्ती आणि देखभालीचा प्रत्यक्ष सामना करावा लागत नाही तो काही काळानंतर न वापरलेले ज्ञान गमावतो. हे अगदी नैसर्गिक आहे, म्हणून आपण मुख्य मुद्दे लक्षात ठेवूया, जे समजल्याशिवाय इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन म्हणजे काय हे स्पष्ट करणे अशक्य आहे.

प्रवाहकीय पदार्थांमध्ये चार्ज केलेल्या कणांची हालचाल

चला कल्पना करूया की अंतरामध्ये इलेक्ट्रिकल सर्किट, एक ammeter, एक रोधक आणि एक स्रोत असलेली, कोरड्या लाकडी ब्लॉक चालू आहे. मीटरची सुई शून्यावर राहील. परंतु जर लाकूड धातूने बदलला असेल, तर ॲमीटर सर्किटमधून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे स्थिर-स्थिती मूल्य दर्शवेल. परिणामी, विद्युत् प्रवाहाच्या प्रतिकारावर अवलंबून, सर्व पदार्थ तीन मोठ्या गटांमध्ये विभागले जाऊ शकतात - कंडक्टर, डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर. पहिल्या गटाचे सर्वात प्रसिद्ध प्रतिनिधी कठोर धातू आहेत.

कंडक्टर आणि फील्ड ताकद ओळी

जर विद्युत क्षेत्रामध्ये चार्ज न केलेला धातूचा नमुना ठेवला असेल, तर त्यामध्ये मुक्त विद्युत चार्ज वाहकांची क्रमबद्ध आणि निर्देशित हालचाल उद्भवेल, ज्याला करंट म्हणून ओळखले जाते. फील्ड स्ट्रेंथ रेषांचा वेक्टर आणि करंटची दिशा विरुद्ध आहेत. धातूंमध्ये, इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीमुळे चालकता निर्माण होते. नमुना बंद सर्किटचा भाग नसल्यामुळे, फील्डच्या प्रभावाखाली त्यामध्ये विनामूल्य चार्ज वाहकांचे पुनर्वितरण होईल: एका बाजूला, इलेक्ट्रॉन एकत्रित होतील, नकारात्मक क्षमता तयार करतील आणि दुसरीकडे, त्यांची कमतरता निर्माण होईल. , म्हणजे, एक सकारात्मक चिन्ह. ही घटना बाह्य विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावामुळे उद्भवते आणि त्याला "प्रेरण" म्हणतात. आम्ही असेही म्हणू शकतो की इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन ही विद्युत क्षेत्रामुळे चार्ज वाहकांच्या पुनर्वितरणाची एक घटना आहे. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की कंडक्टर देखील प्रेरणाने प्रभावित होतो. अशा प्रकारे, प्रेरण प्रवाहक सामग्रीमध्ये प्रवेश केल्याने त्यात एक प्रेरित प्रवाह निर्माण होतो. तसेच, चुंबकीकरणाच्या परिणामी, बाह्य क्षेत्रातून सामग्रीच्या प्रेरणाचा योग आणि परिणामी अंतर्गत क्षेत्र उद्भवते. "पूर्ण इंडक्शन" या शब्दाचा अर्थ फक्त ही रक्कम आहे.

फील्ड संवाद

प्रवाहकीय सामग्रीच्या कडांवरील शुल्काच्या (+ आणि -) प्रत्येक एकाग्रतेभोवती, त्याचे स्वतःचे क्षेत्र उद्भवते. हे बाह्याशी संवाद साधते आणि त्याच्या विरुद्ध दिशेने निर्देशित केले जाते. पुनर्वितरणामुळे शुल्काच्या क्षेत्रात घट होते, कंडक्टरमध्ये त्याची तीव्रता शून्य होईपर्यंत हे घडते. याव्यतिरिक्त, शुल्काची एकाग्रता बाह्य फील्ड ताकद रेषा विकृत करते ज्यामुळे ते सामग्रीला लंब बनतात. यापूर्वी आम्ही विशेषतः सूचित केले आहे की आम्ही चार्ज न केलेल्या कंडक्टरबद्दल बोलत आहोत. इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन या वस्तुस्थितीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे की विद्युत क्षेत्रामध्ये पकडलेल्या कंडक्टरमध्ये शुल्कांचे वितरण होत असले तरी ते चार्ज होत नाही.

वैशिष्ठ्य

शुल्क सर्वात टोकाची स्थिती व्यापत असल्याने, ते नमुन्याच्या पृष्ठभागावर स्थित आहेत. जरी अंतर्गत रिकामी जागा असली तरीही, शेवटी फील्ड शून्याकडे झुकते. हे आपल्याला बाह्य उपकरणांच्या कृतीपासून संवेदनशील उपकरणांचे प्रभावी संरक्षण आयोजित करण्यास अनुमती देते. "संरक्षित" वस्तू प्रवाहकीय गोलाच्या आत ठेवली जाते (धातूची जाळी देखील योग्य आहे): प्रेरित शुल्क त्याच्या पृष्ठभागावर जमा होते, ज्यामुळे त्यांचे स्वतःचे क्षेत्र तयार होते. गोलाच्या आत बाह्य प्रभाव संतुलित करते.

विद्युत क्षेत्राची क्रिया सर्व भौतिक वस्तूंपर्यंत विस्तारते: मॅक्रोस्कोपिक बॉडीजपासून ज्यांच्याशी आपण दैनंदिन जीवनात व्यवहार करतो, ते पदार्थ बनवणाऱ्या सर्वात लहान कणांपर्यंत - इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, आयन. या कणांचा विद्युत क्षेत्राशी होणारा प्रत्यक्ष संवाद संपूर्णपणे पदार्थाचे विद्युत गुणधर्म ठरवतो.

भौतिक शरीरांचे विद्युत गुणधर्म इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन आणि आयनद्वारे निर्धारित केले जातात.

सर्वात सामान्य वर्गासह विद्युत क्षेत्राच्या परस्परसंवादाचा विचार करूया कंडक्टर- धातू.

चला दोन धातूचे सिलेंडर घेऊ आणि त्या प्रत्येकाला ग्राउंड केलेल्या इलेक्ट्रोमीटरच्या रॉडला जोडू. समांतर धातूच्या प्लेट्समध्ये सिलेंडर्स ठेवू या जेणेकरून, एकमेकांना स्पर्श करून, ते एकच शरीर तयार करतात (चित्र 4.37). आपण प्लेट्सवर चार्जेस लावताच, इलेक्ट्रोमीटरचे बाण विचलित होतील आणि चार्जेसचे स्वरूप दर्शवेल. सिलिंडर तुम्ही प्लेट्स डिस्चार्ज केल्यास, सिलिंडरवरील शुल्क देखील नाहीसे होईल. अशा प्रकारे, सिलेंडर्सवरील शुल्काचे स्वरूप विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेशी संबंधित आहे.

इलेक्ट्रिक फील्डमधील कंडक्टरवर शुल्क दिसण्याच्या घटनेला म्हणतात इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण.

इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरणजर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ जे.के. विल्के 1757 मध्ये

आम्ही मागील प्रयोगाची पुनरावृत्ती करू, परंतु यानंतर आम्ही सिलेंडर वेगळे करू आणि प्लेट्स डिस्चार्ज करू. इलेक्ट्रोमीटर प्रत्येक सिलेंडरमध्ये शुल्काची उपस्थिती दर्शवेल (चित्र 4.38). फराने घासलेल्या इबोनाइट स्टिकचा वापर करून सिलिंडरवरील शुल्काचे परीक्षण केल्यास सिलिंडर वेगळ्या पद्धतीने आकारले जात असल्याचे दिसून येईल.

इंद्रियगोचर इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरणइलेक्ट्रॉनिक संकल्पनांच्या आधारे स्पष्ट केले जाऊ शकते.

मेटल कंडक्टरमध्ये स्फटिकासारखे रचना असते. क्रिस्टल जाळीच्या नोड्सवर सकारात्मक धातूचे आयन असतात आणि त्यांच्या दरम्यान एक इलेक्ट्रॉन वायू असतो. हा मोठ्या संख्येने इलेक्ट्रॉन्सचा संग्रह आहे जो व्यावहारिकदृष्ट्या अणूंशी संबंधित नसतो आणि सतत थर्मल मोशनमध्ये असतो.

चार्ज न केलेल्या शरीरात, इलेक्ट्रॉनचा एकूण चार्ज सर्व आयनांच्या चार्जाइतका असतो. म्हणून, सामान्य परिस्थितीत, प्रत्येक कंडक्टर विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असतो.

आम्ही योगदान दिले तर कंडक्टरदोन विरुद्ध चार्ज केलेल्या प्लेट्समधील इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये, नंतर इलेक्ट्रिक फील्डच्या प्रभावाखाली मुक्त इलेक्ट्रॉन बदलतील आणि सकारात्मक आयन त्यांच्या पूर्वीच्या स्थितीत राहतील. कंडक्टरच्या एका टोकाला जास्त प्रमाणात इलेक्ट्रॉन्स असतील आणि दुसऱ्या बाजूला - एक कमतरता (चित्र 4.39). विभक्त चार्ज केलेल्या कणांचे स्वतःचे विद्युत क्षेत्र असेल, ज्याची ताकद ई'चार्ज केलेल्या प्लेट्सच्या फील्ड ताकदीच्या दिशेच्या विरुद्ध दिशा असेल. "अंतर्गत" फील्ड ताकदीचे मॉड्यूलस ई'बाह्य फील्ड सामर्थ्याच्या मॉड्यूलसच्या समान असेल ई ० .सुपरपोझिशनच्या तत्त्वानुसार, कंडक्टरच्या आत एकूण विद्युत क्षेत्राची ताकद शून्य असेल:

इ० - इ’ = 0.

वर वर्णन केलेल्या प्रयोगाप्रमाणे कंडक्टरमध्ये दोन भाग असतील तर ते विद्युत क्षेत्रापासून वेगळे आणि काढले जाऊ शकतात. एका भागामध्ये इलेक्ट्रॉन्सचे प्रमाण जास्त असेल आणि दुसऱ्या भागात आयन जास्त असतील. म्हणजेच प्रत्येक भाग कंडक्टरइलेक्ट्रिक चार्ज असेल.

विद्युत क्षेत्रामध्ये शरीराच्या विद्युतीकरणादरम्यान अशीच घटना पाहिली जाते. आधी चार्ज न केलेल्या बॉलवर तुम्ही चार्ज केलेली काठी आणल्यास, चेंडू स्टिककडे आकर्षित होऊ लागतो. हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते की बॉलमधील चार्ज केलेल्या स्टिकच्या विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली (चित्र 4.40) चार्ज केलेल्या कणांचे पुनर्वितरण अशा प्रकारे होईल की स्टिकच्या जवळ असलेल्या भागावर असेल. जास्त चार्ज केलेले कण, ज्याचे चिन्ह चार्ज स्टिकच्या विरुद्ध आहे. त्यामुळे, संपूर्ण चेंडू काठीच्या दिशेने जाऊ लागेल. साइटवरून साहित्य

म्हणून, जर ते म्हणतात की चार्ज केलेले शरीर चार्ज नसलेल्यांना आकर्षित करतात, तर त्यांचा अर्थ प्रयोगापूर्वी त्यांच्या विद्युतीकरणाची स्थिती आहे. निरीक्षण केलेल्या परस्परसंवादामुळे होतो विद्युतीकरणविद्युत क्षेत्रामध्ये चार्ज न केलेले शरीर. केवळ प्राथमिक कण न्यूट्रॉन, जो अणूच्या केंद्रकाचा भाग आहे आणि विद्युत शुल्क नसतो, विद्युत क्षेत्राशी संवाद साधत नाही. न्यूक्लियसमधील प्रोटॉनसह न्यूट्रॉनचा परस्परसंवाद पूर्णपणे भिन्न, गैर-विद्युत स्वरूपाचा असतो.

इंद्रियगोचर परिणाम इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरणविद्युत क्षेत्रांच्या क्रियेपासून शरीराचे संरक्षण करणाऱ्या स्क्रीनच्या निर्मितीमध्ये वापरले जाते (चित्र 4.41). वापरून प्रयोग आयोजित करताना संशोधकांचे संरक्षण करण्यासाठी प्रयोगशाळांमध्ये मेटल ग्राउंडेड शील्डचा वापर केला जातो उच्च विद्युत दाब. मेटल स्क्रीन रेडिओ-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे विविध भाग एकमेकांच्या जवळ असल्यास अवांछित परस्पर प्रभावापासून वेगळे करतात.

या पृष्ठावर खालील विषयांवर साहित्य आहे:

• 33. इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन काय म्हणतात? त्याची यंत्रणा स्पष्ट करा.

• एक्सप्लोरर भौतिकशास्त्र अहवाल

• कंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण

• विद्युत क्षेत्राची संकल्पना

  हे ज्ञात आहे की इलेक्ट्रिक फील्ड फोर्स विद्युत शुल्काच्या आसपासच्या जागेत कार्य करतात. चार्ज केलेल्या शरीरावरील असंख्य प्रयोग याची पुष्टी करतात. कोणत्याही चार्ज केलेल्या शरीराच्या सभोवतालची जागा एक विद्युत क्षेत्र असते ज्यामध्ये विद्युत शक्ती कार्य करतात.

  फील्ड फोर्सच्या दिशेला इलेक्ट्रिक फील्ड लाईन्स म्हणतात. त्यामुळे असे परंपरागत मानले जाते विद्युत क्षेत्र म्हणजे बलाच्या रेषांचा संच.

  फील्ड लाइन्समध्ये काही गुणधर्म आहेत:

  शक्तीच्या रेषा नेहमी सकारात्मक चार्ज केलेले शरीर सोडतात आणि नकारात्मक चार्ज केलेल्या शरीरात प्रवेश करतात;

  ते चार्ज केलेल्या शरीराच्या पृष्ठभागावर लंब असलेल्या सर्व दिशानिर्देशांमधून बाहेर पडतात आणि लंबवत प्रवेश करतात;

  दोन समान चार्ज केलेल्या शरीरांच्या बलाच्या रेषा एकमेकांना मागे टाकतात असे दिसते आणि विरुद्ध चार्ज केलेल्या शरीराच्या रेषा आकर्षित होतात.

  विद्युत क्षेत्राच्या रेषा नेहमी खुल्या असतात, कारण त्या चार्ज केलेल्या शरीराच्या पृष्ठभागावर तुटतात. इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेले शरीर एकमेकांशी संवाद साधतात: विरुद्ध चार्ज केलेले शरीर आकर्षित करतात आणि त्याचप्रमाणे चार्ज केलेले शरीर मागे टाकतात.
  

  q1 आणि q2 चार्ज असलेले इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेले शरीर (कण) एकमेकांशी F शक्तीने संवाद साधतात, जे वेक्टरचे प्रमाण आहे आणि न्यूटन (N) मध्ये मोजले जाते. विरुद्ध शुल्कासह, शरीरे एकमेकांना आकर्षित करतात आणि समान शुल्कासह, ते मागे टाकतात.
  

  आकर्षण किंवा प्रतिकर्षणाची शक्ती शरीराच्या आकाराच्या आकारावर आणि त्यांच्यातील अंतरावर अवलंबून असते.
  

  चार्ज केलेल्या बॉडीजला पॉइंट बॉडी म्हटले जाते जर त्यांचे रेषीय परिमाण शरीरांमधील अंतराच्या तुलनेत लहान असतील. त्यांच्या परस्परसंवादाच्या शक्तीचे परिमाण F q1 आणि q2 आकारांच्या आकारमानावर अवलंबून असते, त्यांच्यातील अंतर r आणि ज्या माध्यमात विद्युत शुल्क स्थित आहे.

  जर शरीराच्या दरम्यानच्या जागेत हवा नसेल, परंतु इतर काही डायलेक्ट्रिक, म्हणजे, विद्युत वाहक नसतील, तर शरीरांमधील परस्परसंवादाची शक्ती कमी होईल.

  डायलेक्ट्रिकचे गुणधर्म दर्शविणारी आणि दिलेल्या डायलेक्ट्रिकला हवेने बदलल्यास चार्जेसमधील परस्परसंवादाची शक्ती किती पटीने वाढेल हे दर्शविणारी मात्रा, दिलेल्या डायलेक्ट्रिकचा सापेक्ष डायलेक्ट्रिक स्थिरांक म्हणतात.

  डायलेक्ट्रिक स्थिरांक समान आहे: हवा आणि वायूंसाठी - 1; इबोनाइटसाठी - 2 - 4; मीका 5 - 8 साठी; तेल 2 - 5 साठी; पेपर 2 - 2.5 साठी; पॅराफिनसाठी - 2 - 2.6.

  

  इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण

  आजूबाजूच्या वस्तूंपासून विलग केलेल्या गोलाकार आकाराच्या संवाहक शरीराला ऋणात्मक विद्युत शुल्क दिले असल्यास, म्हणजे त्यात जास्त प्रमाणात इलेक्ट्रॉन तयार केले गेले, तर हा शुल्क शरीराच्या पृष्ठभागावर समान रीतीने वितरीत केला जाईल. असे घडते कारण इलेक्ट्रॉन, एकमेकांना मागे टाकणारे, शरीराच्या पृष्ठभागावर पोहोचतात.

  बॉडी A च्या फील्डमध्ये आजूबाजूच्या वस्तूंपासून विलग असलेले एक चार्ज न केलेले शरीर B ठेवू या. मग B च्या पृष्ठभागावर विद्युत शुल्क दिसून येईल आणि शरीराच्या बाजूच्या बाजूस A च्या चार्जच्या विरुद्ध एक चार्ज तयार होईल. बॉडी ए (पॉझिटिव्ह), आणि दुसऱ्या बाजूला - बॉडी ए (नकारात्मक) च्या चार्ज सारख्याच नावाचा चार्ज. अशा प्रकारे वितरीत केलेले विद्युत शुल्क, शरीर B च्या पृष्ठभागावर जोपर्यंत ते A च्या क्षेत्रामध्ये आहे तोपर्यंत टिकून राहते. जर B शरीराच्या बाहेर काढले किंवा शरीर A काढून टाकले, तर त्याच्या पृष्ठभागावरील विद्युत शुल्क शरीर B तटस्थ आहे. अंतरावर विद्युतीकरणाची ही पद्धत म्हणतात इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण किंवा प्रभावाद्वारे विद्युतीकरण.

  

  हे स्पष्ट आहे की शरीराची अशी विद्युतीकृत स्थिती सक्तीची आहे आणि केवळ शरीर A द्वारे तयार केलेल्या विद्युत क्षेत्राच्या शक्तींच्या क्रियेद्वारे समर्थित आहे.

  शरीर A वर सकारात्मक चार्ज होत असताना तुम्ही असेच केले तर, एखाद्या व्यक्तीच्या हातातून मुक्त इलेक्ट्रॉन शरीर B कडे धाव घेतात आणि ते निष्प्रभावी करतात. सकारात्मक शुल्क, आणि बॉडी B नकारात्मक चार्ज होईल.

  शरीर A च्या विद्युतीकरणाची डिग्री जितकी जास्त असेल, म्हणजेच तिची क्षमता जितकी जास्त असेल तितकी जास्त क्षमता इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शनद्वारे शरीर B चे विद्युतीकरण केले जाऊ शकते.

  अशा प्रकारे, आम्ही या निष्कर्षावर पोहोचलो की इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शनच्या घटनेमुळे, काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, कंडक्टिंग बॉडीजच्या पृष्ठभागावर जमा करणे शक्य होते.
  

  

  प्रत्येक शरीराला एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंत, म्हणजे विशिष्ट क्षमतेपर्यंत शुल्क आकारले जाऊ शकते; क्षमतेच्या मर्यादेपलीकडे वाढ झाल्यामुळे शरीराच्या आसपासच्या वातावरणात स्त्राव होतो. वेगवेगळ्या शरीरांना समान क्षमतेवर आणण्यासाठी वेगवेगळ्या प्रमाणात वीज लागते. दुसऱ्या शब्दात, वेगवेगळ्या शरीरात वेगवेगळ्या प्रमाणात वीज असते, म्हणजेच त्यांची विद्युत क्षमता वेगळी असते(किंवा फक्त क्षमता).

  विद्युत क्षमता म्हणजे शरीराची क्षमता विशिष्ट मूल्यापर्यंत वाढवताना, विशिष्ट प्रमाणात वीज समाविष्ट करण्याची क्षमता.शरीराचा पृष्ठभाग जितका मोठा असेल तितका जास्त विद्युत चार्ज या शरीरात असू शकतो.

  जर शरीराला बॉलचा आकार असेल तर त्याची क्षमता थेट बॉलच्या त्रिज्येवर अवलंबून असते. कॅपेसिटन्स फॅराड्समध्ये मोजली जाते.

  फॅराड - शरीराची कॅपॅसिटन्स ज्याला एक कूलॉम्ब विजेचा चार्ज मिळाल्यामुळे, त्याची क्षमता एका व्होल्टने वाढते. 1 फॅरॅड = 1,000,000 मायक्रोफॅरॅड.

  विद्युत क्षमता, म्हणजे विद्युत चार्ज जमा करण्यासाठी प्रवाहकीय शरीराची मालमत्ता, इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. डिव्हाइस या गुणधर्मावर आधारित आहे.

  कॅपेसिटर क्षमता

  कॅपेसिटरमध्ये दोन मेटल प्लेट्स (प्लेट्स) असतात, जे एकमेकांपासून हवेच्या थराने किंवा इतर काही डायलेक्ट्रिक (अभ्रक, कागद इ.) द्वारे वेगळे केले जातात.

  जर प्लेट्सपैकी एकाला सकारात्मक चार्ज दिला गेला आणि दुसऱ्याला नकारात्मक, म्हणजेच ते विरुद्ध चार्ज केले गेले, तर प्लेट्सचे शुल्क, परस्पर आकर्षित करणारे, प्लेट्सवर धरले जातील. हे आपल्याला प्लेट्सवर एकमेकांपासून काही अंतरावर चार्ज केल्यापेक्षा जास्त प्रमाणात वीज केंद्रित करण्यास अनुमती देते.

  परिणामी, ते एक उपकरण म्हणून काम करू शकते जे त्याच्या प्लेट्सवर लक्षणीय प्रमाणात वीज साठवते. दुसऱ्या शब्दांत, एक कॅपेसिटर आहे विद्युत ऊर्जा साठवण.
  

  कॅपेसिटरची क्षमता आहे:
  

  क = ई S/4 π l

  जेथे सी क्षमता आहे; ई - डायलेक्ट्रिक स्थिरांक dielectric; S हे सेमी 2 मधील एका प्लेटचे क्षेत्रफळ आहे, π ही 3.14 च्या बरोबरीची स्थिर संख्या आहे; l हे प्लेट्समधील अंतर सेमी मध्ये आहे.

  या सूत्रावरून असे दिसून येते की प्लेट्सचे क्षेत्रफळ जसजसे वाढते तसतसे कॅपेसिटरची कॅपॅसिटन्स वाढते आणि जसजसे त्यांच्यातील अंतर वाढते तसतसे ते कमी होते.

  हे अवलंबित्व स्पष्ट करू. प्लेट्सचे क्षेत्रफळ जितके मोठे असेल तितके जास्त विजेचे प्रमाण ते सामावून घेऊ शकतील आणि म्हणून कॅपेसिटरची क्षमता जास्त असेल.
  

  

  प्लेट्समधील अंतर कमी होत असताना, त्यांच्या शुल्कांमधील परस्पर प्रभाव (प्रेरण) वाढतो, ज्यामुळे प्लेट्सवर अधिक वीज केंद्रित करणे शक्य होते आणि त्यामुळे कॅपेसिटरची क्षमता वाढते.

  अशा प्रकारे, जर आपल्याला मोठ्या-क्षमतेचा कॅपेसिटर घ्यायचा असेल, तर आपण मोठ्या-क्षेत्राच्या प्लेट्स घेतल्या पाहिजेत आणि त्यांना डायलेक्ट्रिकच्या पातळ थराने एकत्र केले पाहिजे.

  सूत्र हे देखील दर्शविते की डायलेक्ट्रिकच्या वाढत्या डायलेक्ट्रिक स्थिरतेसह, कॅपेसिटरची क्षमता वाढते.

  परिणामी, कॅपेसिटर जे त्यांच्या भूमितीय परिमाणांमध्ये समान असतात, परंतु भिन्न डायलेक्ट्रिक्स असतात, त्यांची क्षमता भिन्न असते.

  उदाहरणार्थ, जर तुम्ही एअर डायलेक्ट्रिकसह कॅपेसिटर घेतला, ज्याचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक एकतेच्या बरोबरीचा असेल आणि त्याच्या प्लेट्समध्ये 5 च्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकासह अभ्रक ठेवा, तर कॅपेसिटरची क्षमता 5 पट वाढेल.

  म्हणूनच, मोठ्या क्षमता मिळविण्यासाठी, अभ्रक, पॅराफिनने गर्भित केलेला कागद इत्यादी सामग्री, ज्यांचे डायलेक्ट्रिक स्थिरांक हवेपेक्षा खूप जास्त आहे, डायलेक्ट्रिक्स म्हणून वापरले जातात.

  या अनुषंगाने, खालील प्रकारचे कॅपेसिटर वेगळे केले जातात: हवा, घन डायलेक्ट्रिकसह आणि द्रव डायलेक्ट्रिकसह.

  कॅपेसिटरचे चार्ज आणि डिस्चार्ज. पूर्वाग्रह वर्तमान

  सर्किटला स्थिर कॅपेसिटर जोडू. जेव्हा स्विच a पिन करण्यासाठी सेट केला जातो, तेव्हा कॅपेसिटर बॅटरी सर्किटशी जोडला जाईल. कॅपेसिटर सर्किटला जोडलेल्या क्षणी मिलिअममीटर सुई विचलित होईल आणि नंतर शून्यावर जाईल.

  

  परिणामी, मी साखळीच्या बाजूने गेलो वीजएका विशिष्ट दिशेने. जर आता संपर्क b वर स्विच ठेवला असेल (म्हणजे, प्लेट्स बंद आहेत), तर मिलिअममीटर सुई दुसऱ्या दिशेने विचलित होईल आणि पुन्हा शून्यावर जाईल. परिणामी, विद्युत प्रवाह देखील सर्किटमधून गेला, परंतु वेगळ्या दिशेने. चला या घटनेचे विश्लेषण करूया.

  जेव्हा कॅपेसिटर बॅटरीशी जोडला गेला तेव्हा तो चार्ज झाला, म्हणजेच त्याच्या प्लेट्सला एक सकारात्मक आणि दुसरा प्राप्त झाला. नकारात्मक शुल्क. कॅपेसिटरच्या प्लेट्समधील व्होल्टेज बॅटरीच्या व्होल्टेजच्या बरोबरीने होईपर्यंत चार्ज चालू राहिला. सर्किटसह मालिकेत जोडलेल्या मिलीअममीटरने कॅपेसिटरचा चार्जिंग करंट दर्शविला, जो कॅपेसिटर चार्ज होताच थांबला.
  

  जेव्हा कॅपेसिटर बॅटरीमधून डिस्कनेक्ट झाला तेव्हा तो चार्ज राहिला आणि त्याच्या प्लेट्समधील संभाव्य फरक बॅटरी व्होल्टेजच्या बरोबरीचा होता.

  तथापि, कॅपेसिटर बंद होताच, तो डिस्चार्ज होऊ लागला आणि सर्किटमधून डिस्चार्ज करंट वाहू लागला, परंतु दिशेने उलट प्रवाहशुल्क प्लेट्समधील संभाव्य फरक अदृश्य होईपर्यंत, म्हणजेच कॅपेसिटर डिस्चार्ज होईपर्यंत हे चालू राहिले.

  परिणामी, जर कॅपेसिटर डीसी सर्किटला जोडला असेल, तर कॅपेसिटर चार्ज होतानाच सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह येईल आणि त्यानंतर सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह नसेल, कारण सर्किटच्या डायलेक्ट्रिकद्वारे खंडित होईल. कॅपेसिटर

  त्यामुळे ते म्हणतात "कॅपॅसिटर थेट विद्युत् प्रवाह चालू ठेवू देत नाही."

  कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवर किती वीज (क्यू) केंद्रित केली जाऊ शकते, त्याची कॅपॅसिटन्स (सी) आणि कॅपेसिटर (यू) ला पुरवलेल्या व्होल्टेजचे प्रमाण खालील संबंधाने संबंधित आहेत: Q = CU.

  हे सूत्र दर्शविते की कॅपेसिटरची क्षमता जितकी मोठी असेल तितकी जास्त वीज त्याच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज न वाढवता त्यावर केंद्रित केली जाऊ शकते.

  स्थिर कॅपेसिटन्ससह व्होल्टेजमध्ये वाढ झाल्यामुळे कॅपेसिटरद्वारे साठवलेल्या विजेच्या प्रमाणात वाढ होते. तथापि, कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवर उच्च व्होल्टेज लागू केल्यास, कॅपेसिटर "तुटलेला" होऊ शकतो, म्हणजेच, या व्होल्टेजच्या प्रभावाखाली, डायलेक्ट्रिक काही ठिकाणी कोसळेल आणि त्यातून विद्युत् प्रवाह जाऊ शकेल. कॅपेसिटर काम करणे थांबवेल. कॅपेसिटरचे नुकसान टाळण्यासाठी, परवानगीयोग्य ऑपरेटिंग व्होल्टेज त्यांच्यावर दर्शविला जातो.

  डायलेक्ट्रिक ध्रुवीकरणाची घटना

  चला आता शोधूया, जेव्हा कॅपेसिटर चार्ज आणि डिस्चार्ज केला जातो तेव्हा डायलेक्ट्रिकमध्ये काय होते आणि कॅपेसिटन्स मूल्य डायलेक्ट्रिकच्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकावर का अवलंबून असते?

  या प्रश्नाचे उत्तर आपल्याला पदार्थाच्या संरचनेच्या इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांताद्वारे दिले जाते.

  डायलेक्ट्रिकमध्ये, कोणत्याही इन्सुलेटरप्रमाणे, कोणतेही मुक्त इलेक्ट्रॉन नाहीत. डायलेक्ट्रिकच्या अणूंमध्ये, इलेक्ट्रॉन्स कोरशी घट्ट बांधलेले असतात, म्हणून कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवर लागू व्होल्टेजमुळे त्याच्या डायलेक्ट्रिकमध्ये इलेक्ट्रॉनची निर्देशित हालचाल होत नाही, म्हणजे विद्युत प्रवाह, जसे कंडक्टरमध्ये घडते.

  तथापि, चार्ज केलेल्या प्लेट्सद्वारे तयार केलेल्या इलेक्ट्रिक फील्ड फोर्सच्या प्रभावाखाली, अणु केंद्राभोवती फिरणारे इलेक्ट्रॉन सकारात्मक चार्ज केलेल्या कॅपेसिटर प्लेटकडे वळवले जातात. या प्रकरणात, अणू फील्ड रेषांच्या दिशेने ताणलेला दिसतो. डायलेक्ट्रिक अणूंच्या या अवस्थेला ध्रुवीकरण म्हणतात आणि या घटनेलाच डायलेक्ट्रिकचे ध्रुवीकरण म्हणतात.

  जेव्हा कॅपेसिटर डिस्चार्ज केला जातो, तेव्हा डायलेक्ट्रिकची ध्रुवीकृत स्थिती विस्कळीत होते, म्हणजेच, ध्रुवीकरणामुळे न्यूक्लियसच्या सापेक्ष इलेक्ट्रॉनचे विस्थापन अदृश्य होते आणि अणू त्यांच्या नेहमीच्या अध्रुवीकृत अवस्थेत परत येतात. हे स्थापित केले गेले आहे की डायलेक्ट्रिकची उपस्थिती कॅपेसिटर प्लेट्समधील फील्ड कमकुवत करते.

  एकाच विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली भिन्न डायलेक्ट्रिक्स वेगवेगळ्या प्रमाणात ध्रुवीकरण केले जातात. डायलेक्ट्रिकचे ध्रुवीकरण जितके सहज होते तितके ते क्षेत्र कमकुवत करते. हवेचे ध्रुवीकरण, उदाहरणार्थ, इतर कोणत्याही डायलेक्ट्रिकच्या ध्रुवीकरणापेक्षा कमी क्षेत्र कमकुवत होते.

  परंतु कॅपेसिटरच्या प्लेट्समधील फील्ड कमकुवत केल्याने मोठ्या प्रमाणात वीज Q वर समान व्होल्टेज U वर केंद्रित होऊ शकते, ज्यामुळे C = Q/U पासून कॅपेसिटरच्या कॅपॅसिटन्समध्ये वाढ होते.

  तर, आम्ही निष्कर्षापर्यंत पोहोचलो - डायलेक्ट्रिकचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक जितका जास्त असेल तितका हा डायलेक्ट्रिक असलेल्या कॅपेसिटरची कॅपॅसिटन्स जास्त असेल.
  

  डायलेक्ट्रिकच्या अणूंमध्ये इलेक्ट्रॉनचे विस्थापन, जे घडते, जसे आपण आधीच सांगितले आहे की, इलेक्ट्रिक फील्डच्या शक्तींच्या प्रभावाखाली, फील्डच्या क्रियेच्या पहिल्या क्षणी, डायलेक्ट्रिकमध्ये तयार होतो, एक विद्युत प्रवाह. विस्थापन करंट म्हणतात. हे असे नाव आहे कारण, धातूच्या कंडक्टरमधील वहन प्रवाहाच्या विपरीत, विस्थापन प्रवाह केवळ त्यांच्या अणूंमध्ये फिरत असलेल्या इलेक्ट्रॉनच्या विस्थापनाने तयार होतो.

  या बायस करंटच्या उपस्थितीमुळे AC स्त्रोताशी जोडलेला कॅपेसिटर त्याचा कंडक्टर बनतो.
  

  या विषयावर देखील पहा: