2. कोणत्या परिस्थितीत विद्युत प्रवाह येतो?
विद्युत प्रवाह मुक्त शुल्क असल्यास, तसेच बाह्य क्रियांच्या परिणामी उद्भवते विद्युत क्षेत्र. विद्युत क्षेत्र प्राप्त करण्यासाठी, कंडक्टरच्या काही दोन बिंदूंमधील संभाव्य फरक तयार करणे पुरेसे आहे.3. बाह्य विद्युत क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत कंडक्टरमध्ये चार्ज केलेल्या कणांची हालचाल अव्यवस्थित का असते?
जर कोणतेही बाह्य विद्युत क्षेत्र नसेल, तर विद्युत क्षेत्राच्या सामर्थ्याने निर्देशित केलेले कोणतेही अतिरिक्त वेग घटक देखील नसतात, याचा अर्थ कण गतीच्या सर्व दिशा समान असतात.4. बाह्य विद्युत क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत आणि उपस्थितीत कंडक्टरमधील चार्ज केलेल्या कणांची हालचाल कशी वेगळी असते?
विद्युत क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत, चार्ज केलेल्या कणांची हालचाल गोंधळलेली असते आणि त्याच्या उपस्थितीत, कणांची हालचाल अव्यवस्थित आणि अनुवादात्मक हालचालींचा परिणाम आहे.5. विद्युत प्रवाहाची दिशा कशी निवडली जाते? विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या धातूच्या वाहकामध्ये इलेक्ट्रॉन कोणत्या दिशेने फिरतात?
दिग्दर्शनासाठी विद्युतप्रवाहसकारात्मक चार्ज केलेल्या कणांच्या गतीची दिशा स्वीकारली जाते. मेटल कंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रॉन विद्युत प्रवाहाच्या दिशेच्या विरुद्ध दिशेने फिरतात.विद्युत प्रवाह आधुनिक माणसाच्या जीवनाला आराम देते. सभ्यतेची तांत्रिक उपलब्धी - ऊर्जा, वाहतूक, रेडिओ, दूरदर्शन, संगणक, मोबाइल संप्रेषण - विद्युत प्रवाहाच्या वापरावर आधारित आहेत.
विद्युत प्रवाह ही चार्ज केलेल्या कणांची निर्देशित हालचाल आहे, ज्या दरम्यान चार्ज एका जागेतून दुसऱ्या भागात हस्तांतरित केला जातो.
विद्युत प्रवाह विविध माध्यमांमध्ये येऊ शकतो: घन, द्रव, वायू. काहीवेळा कोणत्याही माध्यमाची गरज नसते; विद्युतप्रवाह अगदी व्हॅक्यूममध्येही असू शकतो! आम्ही योग्य वेळी याबद्दल बोलू, परंतु आत्ता आम्ही फक्त काही उदाहरणे देऊ.
चला बॅटरीचे खांब धातूच्या वायरने जोडू. वायरचे मुक्त इलेक्ट्रॉन बॅटरीच्या नकारात्मक बाजूपासून सकारात्मक बाजूकडे दिशात्मक हालचाल सुरू करतील.
हे धातूंमधील विद्युत् प्रवाहाचे उदाहरण आहे.
एका ग्लास पाण्यात एक चिमूटभर NaCl टेबल मीठ घाला. मिठाचे रेणू आयनांमध्ये विलग होतात, ज्यामुळे द्रावणात मुक्त शुल्क दिसून येते: सकारात्मक Na+ आयन आणि ऋण Cl आयन. आता बॅटरीच्या खांबाला जोडलेले दोन इलेक्ट्रोड पाण्यात टाकू. Na+ आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे आणि Cl आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे जाऊ लागतील.
हे इलेक्ट्रोलाइट सोल्यूशनमधून विद्युत् प्रवाहाचे उदाहरण आहे.
मेघगर्जनेमुळे इतके शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र तयार होते की अनेक किलोमीटर लांब हवेच्या अंतरावरून जाणे शक्य होते. परिणामी, एक महाकाय विजेचा बोल्ट हवेतून जातो.
हे गॅसमधील विद्युत प्रवाहाचे उदाहरण आहे.
विचारात घेतलेल्या तीनही उदाहरणांमध्ये, विद्युत प्रवाह शरीराच्या आत चार्ज केलेल्या कणांच्या हालचालीमुळे होतो आणि त्याला वहन प्रवाह म्हणतात.
हे थोडे वेगळे उदाहरण आहे. आम्ही चार्ज केलेले शरीर अवकाशात हलवू. ही परिस्थिती वर्तमानाच्या व्याख्येशी सुसंगत आहे! चार्जेसची दिशात्मक हालचाल आहे, स्पेसमध्ये चार्ज ट्रान्सफर आहे. मॅक्रोस्कोपिक चार्ज केलेल्या शरीराच्या हालचालीमुळे निर्माण होणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाला संवहन म्हणतात.
लक्षात घ्या की चार्ज केलेल्या कणांची प्रत्येक हालचाल विद्युत प्रवाह निर्माण करत नाही. उदाहरणार्थ, कंडक्टर चार्जेसची अव्यवस्थित थर्मल हालचाल निर्देशित केली जात नाही (ते कोणत्याही दिशेने उद्भवते), आणि म्हणून विद्युत प्रवाह नाही.
विद्युतदृष्ट्या तटस्थ शरीराच्या अनुवादित गतीमध्ये कोणताही प्रवाह नसतो: जरी त्याच्या अणूंमधील चार्ज केलेले कण निर्देशित गती करतात, परंतु जागेच्या एका भागातून दुसऱ्या भागात कोणतेही शुल्क हस्तांतरण होत नाही.
3.8.1 विद्युत प्रवाहाची दिशा
विद्युतप्रवाह तयार करणाऱ्या चार्ज केलेल्या कणांच्या हालचालीची दिशा त्यांच्या चार्जच्या चिन्हावर अवलंबून असते. पॉझिटिव्ह चार्ज केलेले कण ¾प्लस वरून ¾मायनस पर्यंत सरकतील आणि ऋण चार्ज केलेले कण
9 जेव्हा विद्युतप्रवाह येतो तेव्हा विनामूल्य शुल्क थर्मल हालचाल सुरू ठेवते! हे इतकेच आहे की या प्रकरणात, चार्ज केलेल्या कणांच्या गोंधळलेल्या हालचालींमध्ये, एका विशिष्ट दिशेने त्यांचे ऑर्डर केलेले प्रवाह जोडले जातात.
रिव्हर्स चार्ज, ¾minus¿ पासून ¾plus¿ पर्यंत. इलेक्ट्रोलाइट्स आणि वायूंमध्ये, उदाहरणार्थ, सकारात्मक आणि नकारात्मक दोन्ही मुक्त शुल्क उपस्थित असतात आणि दोन्ही दिशांमध्ये त्यांच्या प्रति-हालचालीद्वारे विद्युत प्रवाह तयार केला जातो. यापैकी कोणती दिशा विद्युत प्रवाहाची दिशा म्हणून घ्यावी?
विद्युत् प्रवाहाची दिशा सामान्यतः सकारात्मक शुल्काच्या हालचालीची दिशा मानली जाते. सोप्या भाषेत सांगायचे झाल्यास, प्रवाह ¾plus¿ वरून ¾minus¿ पर्यंत वाहतो (चित्र 3.33; वर्तमान स्त्रोताचे सकारात्मक टर्मिनल एका लांब रेषेने, ऋण टर्मिनल लहान रेषेद्वारे दर्शवले जाते).
हा करार मेटल कंडक्टरच्या सर्वात सामान्य प्रकरणासह काही संघर्षात येतो. धातूमध्ये, चार्ज वाहक मुक्त इलेक्ट्रॉन असतात आणि ते ¾ उणे पासून ¾ प्लसपर्यंत जातात. परंतु नियमानुसार, आम्हाला असे गृहीत धरण्यास भाग पाडले जाते की मेटल कंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीच्या विरुद्ध आहे. हे, अर्थातच, फार सोयीस्कर नाही.
येथे, तथापि, काहीही केले जाऊ शकत नाही; तुम्हाला ही परिस्थिती गृहीत धरावी लागेल. ऐतिहासिकदृष्ट्या हे असेच घडले. इलेक्ट्रॉनच्या शोधाच्या 70 वर्षांपूर्वी, 19व्या शतकाच्या पूर्वार्धात अँपिअर 10 ने वर्तमान दिशेची निवड प्रस्तावित केली होती. प्रत्येकाला या निवडीची सवय झाली आणि जेव्हा 1916 मध्ये हे स्पष्ट झाले की धातूंमधील विद्युत् प्रवाह मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीमुळे होतो, तेव्हा काहीही बदलले नाही.
3.8.2 विद्युत प्रवाहाची क्रिया
विद्युत प्रवाह वाहत आहे की नाही हे आपण कसे ठरवू शकतो? विद्युत प्रवाहाची घटना त्याच्या खालील अभिव्यक्तींद्वारे निश्चित केली जाऊ शकते.
1. विद्युत् प्रवाहाचा थर्मल प्रभाव. विद्युत प्रवाहामुळे तो वाहणारा पदार्थ गरम होतो. अशाप्रकारे हीटर आणि इनॅन्डेन्सेंट दिव्यांची कॉइल गरम होते. त्यामुळे वीज चमकताना दिसते. थर्मल ॲमीटर्सचे ऑपरेशन वर्तमान-वाहक कंडक्टरच्या थर्मल विस्तारावर आधारित आहे, ज्यामुळे इन्स्ट्रुमेंट सुईची हालचाल होते.
2. विद्युत् प्रवाहाचा चुंबकीय प्रभाव. विद्युत प्रवाह चुंबकीय क्षेत्र तयार करतो: जेव्हा विद्युत प्रवाह चालू असतो तेव्हा वायरच्या शेजारी असलेली कंपास सुई वायरला लंबवत वळते. इलेक्ट्रोमॅग्नेट तयार करण्यासाठी लोखंडी रॉडभोवती तार वळवून विद्युत प्रवाहाचे चुंबकीय क्षेत्र अनेक पटीने मजबूत केले जाऊ शकते. मॅग्नेटोइलेक्ट्रिक सिस्टीम ॲमीटर्सचे ऑपरेशन या तत्त्वावर आधारित आहे: इलेक्ट्रोमॅग्नेट कायम चुंबकाच्या क्षेत्रात फिरते, परिणामी इन्स्ट्रुमेंट सुई स्केलच्या बाजूने फिरते.
3. विद्युत प्रवाहाचा रासायनिक प्रभाव. जेव्हा विद्युत् प्रवाह इलेक्ट्रोलाइट्समधून जातो तेव्हा कोणीही निरीक्षण करू शकतो
बदल रासायनिक रचनापदार्थ अशा प्रकारे, CuSO4 सोल्युशनमध्ये, सकारात्मक Cu2+ आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे जातात आणि हा इलेक्ट्रोड तांब्याने लेपित असतो.
10 चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरवर कार्य करणाऱ्या बलाची दिशा ठरवण्यासाठी स्पष्ट नियम देण्यासाठी अँपिअरला विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेबाबत कराराची आवश्यकता होती. आज आपण या शक्तीला अँपिअर फोर्स म्हणतो, ज्याची दिशा डाव्या हाताच्या नियमाद्वारे निर्धारित केली जाते.
3.8.3 वर्तमान शक्ती आणि घनता
जर समान शुल्क कंडक्टरच्या क्रॉस-सेक्शनमधून वेळेच्या समान अंतराने जात असेल तर त्याला विद्युत प्रवाह स्थिर म्हणतात. डायरेक्ट करंट शिकणे सर्वात सोपा आहे. तिथूनच आपण सुरुवात करतो.
विद्युत प्रवाहाचे परिमाणवाचक वैशिष्ट्य म्हणजे वर्तमान शक्ती. डायरेक्ट करंटच्या बाबतीत, विद्युत् प्रवाहाचे परिपूर्ण मूल्य हे या वेळेत t दरम्यान कंडक्टरच्या क्रॉस सेक्शनमधून जाणाऱ्या चार्ज q च्या निरपेक्ष मूल्याचे गुणोत्तर आहे:
विद्युतप्रवाह अँपिअर (A)11 मध्ये मोजला जातो. 1 A च्या करंटसह, 1 C चा चार्ज 1 s मध्ये कंडक्टरच्या क्रॉस-सेक्शनमधून जातो.
आम्ही यावर जोर देतो की सूत्र (3.41) विद्युत् प्रवाहाचे निरपेक्ष मूल्य किंवा मॉड्यूलस निर्धारित करते. सध्याच्या ताकदीचाही संकेत असू शकतो! हे चिन्ह विद्युत् प्रवाहाच्या आकाराच्या चिन्हाशी संबंधित नाही आणि इतर कारणांसाठी निवडले आहे. बहुदा, अनेक परिस्थितींमध्ये (उदाहरणार्थ, प्रवाह कोठे वाहणार हे आधीच स्पष्ट नसल्यास), सर्किटच्या ट्रॅव्हर्सलची एक विशिष्ट दिशा निश्चित करणे (म्हणजे, घड्याळाच्या उलट दिशेने) आणि वर्तमान शक्तीचा विचार करणे सोयीचे आहे. जर वर्तमानाची दिशा जुळत असेल तर सकारात्मक
सह बायपासची दिशा, आणि जर प्रवाह बायपासच्या दिशेच्या विरुद्ध वाहतो तर ऋण 12 .
IN थेट प्रवाहाच्या बाबतीत, वर्तमान ताकद हे स्थिर मूल्य आहे. कंडक्टरच्या क्रॉस सेक्शनमधून 1 s मध्ये किती चार्ज जातो हे दाखवते.
क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र वगळणे आणि मूल्य प्रविष्ट करणे बहुतेकदा सोयीचे असते
वर्तमान घनता:
जेथे मी वर्तमान ताकद आहे, S हे कंडक्टरचे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे (अर्थात, हा क्रॉस-सेक्शन विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेला लंब आहे). फॉर्म्युला (3.41) लक्षात घेऊन आमच्याकडे हे देखील आहे:
j = Stq:
वर्तमान घनता कंडक्टरच्या युनिट क्रॉस-सेक्शनल एरियामधून प्रति युनिट वेळेत किती चार्ज जातो हे दर्शवते. सूत्रानुसार (3.42), वर्तमान घनता A/m2 मध्ये मोजली जाते.
3.8.4 शुल्काच्या दिशात्मक हालचालीचा वेग
जेव्हा आपण खोलीत लाईट चालू करतो तेव्हा आपल्याला असे दिसते की लाइट बल्ब त्वरित उजळतो. तारांद्वारे वर्तमान प्रसाराचा वेग खूप जास्त आहे: तो 300,000 किमी/से (व्हॅक्यूममधील प्रकाशाचा वेग) जवळ आहे. जर लाइट बल्ब चंद्रावर असता तर तो फक्त एका सेकंदात उजळेल.
तथापि, एखाद्याने असा विचार करू नये की विनामूल्य शुल्क अशा प्रचंड वेगाने चालू हालचाली तयार करतात. असे दिसून आले की त्यांचा वेग प्रति सेकंद मिलिमीटरचा केवळ एक अंश आहे.
विद्युत प्रवाह वायर्समधून इतक्या लवकर का जातो? वस्तुस्थिती अशी आहे की विनामूल्य शुल्क एकमेकांशी संवाद साधतात आणि, वर्तमान स्त्रोताच्या विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, जेव्हा सर्किट बंद होते, तेव्हा ते संपूर्ण कंडक्टरसह जवळजवळ एकाच वेळी फिरू लागतात. सध्याच्या प्रसाराचा वेग म्हणजे प्रक्षेपण गती विद्युत संवादयांच्यातील
11 विद्युतप्रवाहाचे एकक विद्युत प्रवाहासह तारांच्या चुंबकीय परस्परसंवादाद्वारे निर्धारित केले जाते. बहुदा, दोन समांतर तारा असू द्या, खूप लांब आणि पातळ, एकमेकांपासून 1 मीटर अंतरावर व्हॅक्यूममध्ये स्थित आहेत. या तारांमधून समान विद्युत प्रवाह वाहतो. आम्ही म्हणतो की जर तारांमधील बल 2,107 N प्रति वायर मीटर असेल तर प्रवाह 1 A आहे.
12 त्रिकोणमितीय वर्तुळाशी तुलना करा: घड्याळाच्या उलट दिशेने मोजल्यास कोन सकारात्मक मानले जातात आणि घड्याळाच्या दिशेने असल्यास नकारात्मक मानले जातात.
विनामूल्य शुल्क, आणि ते व्हॅक्यूममधील प्रकाशाच्या वेगाच्या जवळ आहे. ज्या गतीने चार्जेस स्वतः कंडक्टरच्या आत फिरतात ते कमी परिमाणाचे बरेच ऑर्डर असू शकतात.
तर, आपण पुन्हा एकदा जोर देऊ या की आपण दोन वेगांमध्ये फरक करतो.
1. सध्याच्या प्रसाराची गती. हा एक विद्युत सिग्नल सर्किटमधून प्रवास करणारा वेग आहे. 300,000 किमी/से जवळ.
2. विनामूल्य शुल्काच्या दिशात्मक हालचालीचा वेग. विद्युत प्रवाह तयार करणाऱ्या चार्जांच्या हालचालीचा हा सरासरी वेग आहे. ड्रिफ्ट स्पीड देखील म्हणतात.
कंडक्टर चार्जेसच्या दिशात्मक हालचालीच्या वेग v द्वारे सध्याची ताकद I व्यक्त करणारे सूत्र आता आपण मिळवू.
कंडक्टरला क्रॉस-सेक्शनल एरिया S (Fig. 3.34) असू द्या. आम्ही कंडक्टरचे विनामूल्य शुल्क सकारात्मक मानू; मुक्त शुल्काची परिमाण e म्हणून दर्शवू (धातू कंडक्टरच्या सर्वात व्यावहारिक बाबतीत, हा इलेक्ट्रॉनचा चार्ज आहे). विनामूल्य शुल्काची एकाग्रता (म्हणजे त्यांची संख्या प्रति युनिट व्हॉल्यूम) n आहे.
दुसरीकडे, क्रॉस सेक्शन AB हे सर्व विनामूल्य शुल्क ओलांडतील जे वेळेनंतर टी
उदाहरण म्हणून, ताम्याच्या तारेमध्ये 1 ए करण्टने फ्री इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीचा वेग मोजू.
इलेक्ट्रॉन चार्ज ज्ञात आहे: e = 1;6 10 19 C.
मुक्त इलेक्ट्रॉनची एकाग्रता किती आहे? हे तांब्याच्या अणूंच्या एकाग्रतेशी जुळते, कारण प्रत्येक अणूमधून एक व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन काढला जातो. बरं, अणूंची एकाग्रता कशी शोधायची हे आम्हाला माहित आहे:
8900 6;02 1023 | 1028 | |||||||||||||||||||||||
S = 1 mm2 घालू. सूत्र (3.45) वरून आम्हाला मिळते: | ||||||||||||||||||||||||
5 मी | ||||||||||||||||||||||||
1;6 10 19 8;5 1028 106 | ||||||||||||||||||||||||
हे प्रति सेकंद मिलिमीटरचा एक दशांश आहे.
चला AA बॅटरीशी LED कनेक्ट करू, आणि जर ध्रुवता योग्य असेल तर ती उजळेल. विद्युत प्रवाह कोणत्या दिशेने स्थापित केला जाईल? आजकाल प्लस ते मायनस हे सर्वांनाच माहीत आहे. आणि बॅटरीच्या आत, म्हणून, वजा ते प्लस पर्यंत - प्रवाह या बंद सर्किटमध्ये आहे इलेक्ट्रिकल सर्किटस्थिर
सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा सामान्यतः सकारात्मक चार्ज केलेल्या कणांच्या हालचालीची दिशा मानली जाते, परंतु धातूंमध्ये ते हलणारे इलेक्ट्रॉन असतात आणि आपल्याला माहित आहे की ते नकारात्मक चार्ज केलेले असतात. याचा अर्थ असा की प्रत्यक्षात "वर्तमानाची दिशा" ही संकल्पना एक परंपरा आहे. चला ते बाहेर काढूया का, जेव्हा इलेक्ट्रॉन सर्किटमधून वजा ते प्लसकडे वाहतात, तेव्हा आजूबाजूचे प्रत्येकजण असे म्हणतो की विद्युत प्रवाह प्लसमधून वजाकडे जातो. असा मूर्खपणा का?
याचे उत्तर विद्युत अभियांत्रिकीच्या विकासाच्या इतिहासात आहे. जेव्हा फ्रँकलिनने त्याचा विजेचा सिद्धांत विकसित केला तेव्हा त्याने त्याची हालचाल एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात वाहत जाणाऱ्या द्रवाच्या हालचालीसारखी असल्याचे मानले. जिथे जास्त विद्युत द्रव असतो, तिथून तो कमी असतो त्या दिशेने वाहतो.
म्हणूनच फ्रँकलिनने जास्त विद्युत द्रव असलेल्या शरीरांना (सशर्त!) सकारात्मकरित्या विद्युतीकृत, आणि विद्युत द्रवपदार्थाची कमतरता असलेल्या शरीरांना - नकारात्मकरित्या विद्युतीकृत म्हटले. येथूनच चळवळीची कल्पना सुचली. पॉझिटिव्ह चार्ज वाहतो, जणू काही संप्रेषण वाहिन्यांच्या प्रणालीद्वारे, एका चार्ज केलेल्या शरीरातून दुसऱ्यामध्ये.
नंतर, फ्रेंच संशोधक चार्ल्स डुफे यांनी आपल्या प्रयोगांमध्ये असे स्थापित केले की केवळ घासलेल्या शरीरावरच शुल्क आकारले जात नाही तर घासलेल्या शरीरावर देखील शुल्क आकारले जाते आणि संपर्क केल्यावर दोन्ही शरीरांचे शुल्क तटस्थ केले जाते. असे दिसून आले की प्रत्यक्षात दोन स्वतंत्र प्रकारचे इलेक्ट्रिक चार्ज आहेत, जे एकमेकांशी संवाद साधताना एकमेकांना तटस्थ करतात. दोन विजेचा हा सिद्धांत फ्रँकलिनच्या समकालीन रॉबर्ट सिमरने विकसित केला होता, ज्यांना खात्री पटली की फ्रँकलिनच्या सिद्धांतात काहीतरी पूर्णपणे बरोबर नाही.
स्कॉटिश भौतिकशास्त्रज्ञ रॉबर्ट सिमर यांनी स्टॉकिंग्जच्या दोन जोड्या परिधान केल्या होत्या: उष्णतारोधक लोकरीचे आणि वरच्या बाजूला रेशीमची दुसरी जोडी. जेव्हा त्याने एकाच वेळी दोन्ही स्टॉकिंग्ज आपल्या पायावरून काढून टाकले आणि नंतर एक स्टॉकिंग दुसऱ्यामधून बाहेर काढले तेव्हा त्याने खालील चित्र पाहिले: लोकरीचे आणि रेशमी स्टॉकिंग्ज फुगतात, त्याच्या पायाचा आकार घेतात आणि अचानक एकमेकांना चिकटतात. त्याच वेळी, लोकर आणि रेशीम सारख्या समान सामग्रीपासून बनविलेले स्टॉकिंग्ज एकमेकांना मागे टाकतात.
जर सिमरने एका हातात दोन रेशमी स्टॉकिंग्ज आणि दुसऱ्या हातात दोन लोकरीचे स्टॉकिंग्ज धरले, तर जेव्हा त्याने आपले हात एकत्र आणले, तेव्हा त्याच सामग्रीच्या स्टॉकिंग्जचे तिरस्करण आणि वेगवेगळ्या सामग्रीच्या स्टॉकिंग्जचे आकर्षण यामुळे त्यांच्यामध्ये एक मनोरंजक संवाद झाला: भिन्न स्टॉकिंग्ज एकमेकांवर झेपावल्या आणि बॉलमध्ये अडकल्यासारखे दिसत होते.
त्याच्या स्वत: च्या स्टॉकिंग्जच्या वर्तनाच्या निरीक्षणामुळे रॉबर्ट सिमर या निष्कर्षापर्यंत पोहोचला की प्रत्येक शरीरात एक नाही तर दोन विद्युत द्रव असतात - सकारात्मक आणि नकारात्मक, जे शरीरात समान प्रमाणात असतात. दोन शरीरे घासताना, त्यापैकी एक एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात जाऊ शकतो, नंतर एका शरीरात द्रवपदार्थांपैकी एक जास्त असेल आणि दुसऱ्यामध्ये - त्याची कमतरता. दोन्ही शरीरे विरुद्ध चिन्हाच्या विजेने विद्युतीकृत होतील.
असे असले तरी, फ्रँकलिनचे गृहितक आणि सिमरचे दोन-विद्युत गृहितक या दोन्हींचा वापर करून इलेक्ट्रोस्टॅटिक घटना यशस्वीपणे स्पष्ट केल्या जाऊ शकतात. या सिद्धांतांनी काही काळ एकमेकांशी स्पर्धा केली. जेव्हा 1779 मध्ये ॲलेसॅन्ड्रो व्होल्टाने आपला व्होल्टेइक स्तंभ तयार केला, ज्यानंतर इलेक्ट्रोलिसिसची तपासणी केली गेली, तेव्हा शास्त्रज्ञ स्पष्ट निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की द्रावण आणि द्रवांमध्ये फिरणारे चार्ज वाहकांचे दोन विरुद्ध प्रवाह आहेत - सकारात्मक आणि नकारात्मक. विद्युत प्रवाहाचा द्वैतवादी सिद्धांत, जरी प्रत्येकाला समजला नाही, तरीही विजय झाला.
अखेरीस, 1820 मध्ये, पॅरिस अकादमी ऑफ सायन्सेससमोर बोलताना, अँपिअरने विद्युत प्रवाहाची मुख्य दिशा म्हणून चार्ज हालचालीच्या दिशांपैकी एक निवडण्याचा प्रस्ताव दिला. हे करणे त्याच्यासाठी सोयीचे होते, कारण अँपिअर एकमेकांशी प्रवाह आणि चुंबकांसोबतच्या प्रवाहांच्या परस्परसंवादाची तपासणी करत होते. आणि म्हणून प्रत्येक वेळी संदेशादरम्यान तुम्ही उल्लेख करू नका की विरुद्ध चार्जचे दोन प्रवाह एका कंडक्टरच्या बाजूने दोन दिशेने फिरतात.
अँपिअरने फक्त सकारात्मक विजेच्या हालचालीची दिशा विद्युत् प्रवाहाची दिशा म्हणून घेणे आणि विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेबद्दल बोलणे म्हणजे सकारात्मक चार्जची हालचाल असे सुचवले.. तेव्हापासून, अँपिअरने प्रस्तावित केलेल्या विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेची स्थिती सर्वत्र स्वीकारली गेली आहे आणि आजही वापरली जाते.
जेव्हा मॅक्सवेलने त्याचा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिझमचा सिद्धांत विकसित केला आणि चुंबकीय प्रेरण वेक्टरची दिशा ठरवण्याच्या सोयीसाठी उजव्या स्क्रूचा नियम लागू करण्याचा निर्णय घेतला, तेव्हा त्याने या स्थितीचे देखील पालन केले: विद्युत् प्रवाहाची दिशा ही त्याच्या हालचालीची दिशा असते. सकारात्मक शुल्क.
फॅराडेने याउलट नमूद केले की विद्युत् प्रवाहाची दिशा सशर्त आहे; शास्त्रज्ञांसाठी हे फक्त एक सोयीस्कर साधन आहे जे स्पष्टपणे प्रवाहाची दिशा ठरवते. लेन्झने त्याचा लेन्झ नियम (पहा - ) सादर करताना "विद्युत प्रवाहाची दिशा" हा शब्द देखील वापरला, ज्याचा अर्थ सकारात्मक विजेची हालचाल. हे फक्त सोयीचे आहे.
आणि 1897 मध्ये थॉमसनने इलेक्ट्रॉनचा शोध लावल्यानंतरही, विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेची पद्धत अजूनही कायम आहे. जरी फक्त इलेक्ट्रॉन्स खरोखर कंडक्टरमध्ये किंवा व्हॅक्यूममध्ये फिरतात, तरीही उलट दिशा विद्युत् प्रवाहाची दिशा म्हणून घेतली जाते - प्लस ते वजा.
इलेक्ट्रॉनचा शोध लागल्यानंतर एक शतकाहून अधिक काळ, आयनबद्दल फॅराडेच्या कल्पना असूनही, व्हॅक्यूम ट्यूब आणि ट्रान्झिस्टरच्या आगमनानंतरही, वर्णनांमध्ये अडचणी आल्या, तरीही सामान्य स्थिती अजूनही कायम आहे. प्रवाहांसह ऑपरेट करणे, त्यांना नेव्हिगेट करणे अधिक सोयीस्कर आहे चुंबकीय क्षेत्र, आणि यामुळे कोणासाठीही खरी अडचण येत नाही.
- युरोपमध्ये आता कोणीही पियानो वाजवत नाही,
विजेशी खेळा.
"तुम्ही विजेवर खेळू शकत नाही - ते तुम्हाला विजेचा धक्का देईल."
-आणि ते रबरच्या हातमोजेने खेळतात...
-अहो! आपण रबरचे हातमोजे घालू शकता!
"मिमिनो"
हे विचित्र आहे... ते विजेशी खेळतात, पण काही कारणास्तव ते एका प्रकारच्या करंटने मारतात... विजेमध्ये करंट कुठून येतो? आणि हा कोणत्या प्रकारचा प्रवाह आहे? नमस्कार, प्रियजनांनो! चला ते बाहेर काढूया.
बरं, सर्व प्रथम, रबरच्या हातमोजेमध्ये विजेशी खेळणे अद्याप का शक्य आहे यापासून सुरुवात करूया, परंतु, उदाहरणार्थ, लोखंडी किंवा शिशाच्या हातमोजेमध्ये, हे अशक्य आहे, जरी धातू अधिक मजबूत आहेत? गोष्ट अशी आहे की रबर वीज चालवत नाही, परंतु लोह आणि शिसे करतात, म्हणून ते तुम्हाला विजेचा धक्का देतील. थांबा, थांबा... आपण चुकीच्या दिशेने चाललो आहोत, चला मागे वळूया... होय... आपल्या विश्वातील प्रत्येक गोष्टीत लहान कण आहेत - अणू. हे कण इतके लहान आहेत की, उदाहरणार्थ, मानवी केस सर्वात लहान हायड्रोजन अणूपेक्षा कित्येक दशलक्ष पट जाड असतात. अणूमध्ये दोन मुख्य भाग असतात (आकृती 1.1 पहा) - एक सकारात्मक चार्ज केलेले केंद्रक, ज्यामध्ये न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन असतात जे केंद्रकाभोवती विशिष्ट कक्षांमध्ये फिरतात.
आकृती 1.1 – इलेक्ट्रॉनची रचना
अणूचा एकूण विद्युत शुल्क नेहमी (!) शून्य असतो, म्हणजेच अणू विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असतो. इलेक्ट्रॉन्सचा अणू केंद्रकाशी बऱ्यापैकी मजबूत संबंध असतो, तथापि, जर तुम्ही काही शक्ती लागू केली आणि अणूमधून एक किंवा अधिक इलेक्ट्रॉन्स "तोडले" (उदाहरणार्थ, गरम किंवा घर्षणाद्वारे), तर अणू सकारात्मक चार्ज केलेल्या आयनमध्ये बदलेल, कारण त्याच्या न्यूक्लियसचा सकारात्मक चार्ज उर्वरित इलेक्ट्रॉनच्या नकारात्मक एकूण चार्जच्या परिमाणापेक्षा जास्त असेल. आणि त्याउलट - जर अणूमध्ये एक किंवा अधिक इलेक्ट्रॉन जोडले गेले (परंतु कूलिंगद्वारे नाही...), तर अणू नकारात्मक चार्ज केलेल्या आयनमध्ये बदलेल.
कोणत्याही घटकाचे अणू बनवणारे इलेक्ट्रॉन त्यांच्या वैशिष्ट्यांमध्ये पूर्णपणे एकसारखे असतात: चार्ज, आकार, वस्तुमान.
आता, जर तुम्ही कोणत्याही घटकाची अंतर्गत रचना पाहिली तर तुम्हाला दिसेल की त्या मूलद्रव्याचा संपूर्ण खंड अणूंनी व्यापलेला नाही. नेहमी, कोणत्याही सामग्रीमध्ये नकारात्मक चार्ज केलेले आणि सकारात्मक चार्ज केलेले आयन देखील असतात आणि "नकारात्मक चार्ज केलेले आयन-अणू-सकारात्मक चार्ज केलेले आयन" रूपांतरणाची प्रक्रिया सतत घडते. या परिवर्तनादरम्यान, तथाकथित मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार होतात - इलेक्ट्रॉन जे कोणत्याही अणू किंवा आयनशी संबंधित नसतात. ते बाहेर वळते विविध पदार्थया मुक्त इलेक्ट्रॉनची संख्या बदलते.
भौतिकशास्त्राच्या अभ्यासक्रमावरून हे देखील ज्ञात आहे की कोणत्याही चार्ज केलेल्या शरीराभोवती (अगदी इलेक्ट्रॉन सारखे क्षुल्लक काहीतरी) एक तथाकथित अदृश्य विद्युत क्षेत्र आहे, ज्याची मुख्य वैशिष्ट्ये तीव्रता आणि दिशा आहेत. हे पारंपारिकपणे स्वीकारले जाते की फील्ड नेहमी सकारात्मक चार्जच्या बिंदूपासून बिंदूकडे निर्देशित केले जाते नकारात्मक शुल्क. असे फील्ड उद्भवते, उदाहरणार्थ, लोकरवर एबोनाइट किंवा काचेच्या रॉडला घासताना, आणि प्रक्रियेत आपण एक वैशिष्ट्यपूर्ण कर्कश आवाज ऐकू शकता, ज्याच्या घटनेचा आपण नंतर विचार करू. शिवाय, काचेच्या रॉडवर तयार होईल सकारात्मक शुल्क, आणि इबोनाइट वर - नकारात्मक. याचा अर्थ एका पदार्थातून दुसऱ्या पदार्थात मुक्त इलेक्ट्रॉन्सचे हस्तांतरण (काचेच्या रॉडपासून लोकर आणि लोकरीपासून इबोनाइट रॉडमध्ये) असा होतो. इलेक्ट्रॉन्सचे हस्तांतरण म्हणजे चार्ज बदलणे. या घटनेचे मूल्यांकन करण्यासाठी एक विशेष आहे भौतिक प्रमाण– 1C = 6.24 10 18 इलेक्ट्रॉनांसह, कूलॉम्ब नावाच्या विजेचे प्रमाण. या संबंधावर आधारित, एका इलेक्ट्रॉनचा चार्ज (किंवा अन्यथा त्याला प्राथमिक म्हणतात इलेक्ट्रिक चार्ज) समान आहे: 
तर या सर्व इलेक्ट्रॉन आणि अणूंचा त्याच्याशी काय संबंध आहे... पण त्याचा त्याच्याशी काय संबंध आहे ते येथे आहे. जर तुम्ही फ्री इलेक्ट्रॉन्सची मोठी सामग्री असलेली सामग्री घेतली आणि ती इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये ठेवली, तर सर्व मुक्त इलेक्ट्रॉन फील्डच्या सकारात्मक बिंदूच्या दिशेने फिरतील आणि आयन - कारण त्यांच्याकडे मजबूत आंतरपरमाण्विक (इंटरिओनिक) आहे. बॉण्ड्स - सामग्रीच्या आतच राहतील, जरी सिद्धांतानुसार ते फील्डमधील त्या बिंदूवर गेले पाहिजे ज्याचा चार्ज आयनच्या चार्जच्या विरुद्ध आहे. हे एका साध्या प्रयोगाने सिद्ध झाले.
दोन भिन्न साहित्य (चांदी आणि सोने) एकमेकांशी जोडले गेले आणि कित्येक महिने इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये ठेवले गेले. जर पदार्थांमधील आयनांची हालचाल पाहिली गेली असती, तर संपर्काच्या ठिकाणी एक प्रसार प्रक्रिया झाली असती आणि सोने चांदीच्या अरुंद झोनमध्ये आणि चांदी सोन्याच्या अरुंद झोनमध्ये तयार झाले असते, परंतु तसे झाले नाही. , ज्याने "जड" आयनांची स्थिरता सिद्ध केली. आकृती 2.1 विद्युत क्षेत्रामध्ये सकारात्मक आणि नकारात्मक कणांची हालचाल दर्शवते: नकारात्मक चार्ज केलेले इलेक्ट्रॉन फील्डच्या दिशेने फिरतात आणि सकारात्मक चार्ज केलेले कण फील्डच्या दिशेने फिरतात. तथापि, हे केवळ अशा कणांसाठीच खरे आहे जे कोणत्याही सामग्रीच्या क्रिस्टल जाळीमध्ये समाविष्ट नाहीत आणि इंटरॅटोमिक बॉन्ड्सद्वारे एकमेकांशी जोडलेले नाहीत. 
आकृती 1.2 – विद्युत क्षेत्रामध्ये पॉइंट चार्जची गती
अशाप्रकारे हालचाल घडते, कारण चार्ज प्रमाणेच मागे टाकतात आणि चार्जेसच्या विपरीत: दोन शक्ती नेहमी कणावर कार्य करतात: आकर्षण शक्ती आणि प्रतिकर्षण शक्ती.
तर, चार्ज केलेल्या कणांच्या क्रमबद्ध हालचालीला विद्युत प्रवाह म्हणतात. एक मजेदार तथ्य आहे: सुरुवातीला असे मानले जात होते की (इलेक्ट्रॉनचा शोध लागण्यापूर्वी) विद्युत प्रवाह तंतोतंत सकारात्मक कणांद्वारे निर्माण केला जातो, म्हणून विद्युत् प्रवाहाची दिशा सकारात्मक कणांच्या हालचालींशी संबंधित आहे “प्लस” ते “वजा”. , परंतु नंतर उलट शोधला गेला, परंतु विद्युत् प्रवाहाची दिशा समान सोडण्याचा निर्णय घेण्यात आला आणि ही परंपरा आधुनिक विद्युत अभियांत्रिकीमध्ये कायम राहिली आहे. त्यामुळे प्रत्यक्षात उलट आहे! 
आकृती 1.3 - अणूची रचना
विद्युत क्षेत्र, जरी तीव्रतेच्या परिमाणाने वैशिष्ट्यीकृत असले तरी, कोणत्याही चार्ज केलेल्या शरीराभोवती तयार केले जाते. उदाहरणार्थ, जर समान काच आणि इबोनाइट रॉड लोकरवर घासले तर त्यांच्याभोवती विद्युत क्षेत्र निर्माण होईल. विद्युत क्षेत्र कोणत्याही वस्तूजवळ असते आणि ते इतर वस्तू कितीही दूर असले तरीही त्यांचा प्रभाव पडतो. तथापि, त्यांच्यातील अंतर वाढत असताना, क्षेत्राची ताकद कमी होते आणि त्याच्या विशालतेकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते, ज्यामुळे दोन लोक एकमेकांच्या शेजारी उभे असतात आणि काही चार्ज असणे, जरी ते विद्युत क्षेत्र तयार करतात आणि त्यांच्या दरम्यान विद्युत प्रवाह वाहतो, परंतु ते इतके लहान आहे की त्याचे मूल्य विशेष उपकरणांसह रेकॉर्ड करणे कठीण आहे.
म्हणून, हे वैशिष्ट्य काय आहे याबद्दल अधिक बोलण्याची वेळ आली आहे - विद्युत क्षेत्राची ताकद. हे सर्व या वस्तुस्थितीपासून सुरू होते की 1785 मध्ये, फ्रेंच लष्करी अभियंता चार्ल्स ऑगस्टिन डी कुलॉम्ब यांनी, लष्करी नकाशे काढण्यापासून ब्रेक घेत, दोन बिंदू शुल्कांच्या परस्परसंवादाचे वर्णन करणारा कायदा तयार केला:
व्हॅक्यूममधील दोन बिंदू शुल्कांमधील परस्परसंवादाच्या बलाचे मॉड्यूलस या शुल्कांच्या मॉड्यूलीच्या गुणाकाराच्या थेट प्रमाणात आणि त्यांच्यामधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते.
हे असे का आहे याचा आम्ही शोध घेणार नाही, आम्ही फक्त श्री कुलॉम्ब यांना त्यांच्या शब्दावर घेऊ आणि या कायद्याचे पालन करण्यासाठी काही अटी लागू करू:
- बिंदू-समान शुल्क - म्हणजे, चार्ज केलेल्या शरीरांमधील अंतर त्यांच्या आकारापेक्षा खूप मोठे आहे - तथापि, हे सिद्ध केले जाऊ शकते की गोलाकार सममितीय नॉन-इंटरसेप्टिंग स्पेसियल डिस्ट्रिब्यूशनसह दोन व्हॉल्यूमेट्रिकली वितरित शुल्कांच्या परस्परसंवादाचे बल समान आहे गोलाकार सममितीच्या केंद्रांवर स्थित दोन समतुल्य बिंदू शुल्कांचा परस्परसंवाद;
- त्यांची अचलता. अन्यथा, अतिरिक्त प्रभाव लागू होतात: फिरत्या चार्जचे चुंबकीय क्षेत्र आणि संबंधित अतिरिक्त लॉरेन्ट्झ बल दुसऱ्या फिरत्या चार्जवर कार्य करते;
- व्हॅक्यूममध्ये परस्परसंवाद.
गणितानुसार, कायदा खालीलप्रमाणे लिहिला आहे: 
जेथे q 1, q 2 ही परस्पर बिंदू शुल्काची मूल्ये आहेत,
r हे या शुल्कांमधील अंतर आहे,
k हा पर्यावरणाच्या प्रभावाचे वर्णन करणारा एक विशिष्ट गुणांक आहे.
खालील आकृती कुलॉम्बच्या कायद्याचे ग्राफिकल स्पष्टीकरण देते. 
आकृती 1.4 - पॉइंट चार्जेसची परस्पर क्रिया. कुलॉम्बचा कायदा
अशाप्रकारे, दोन बिंदू शुल्कांमधील परस्परसंवादाचे बल वाढते जसे हे शुल्क वाढते आणि शुल्कांमधील अंतर वाढते आणि कमी होते आणि अंतर दुप्पट केल्याने बलात चौपट घट होते. तथापि, अशी शक्ती केवळ दोन शुल्कांमध्येच नाही तर चार्ज आणि फील्ड (आणि पुन्हा विद्युत प्रवाह!) दरम्यान देखील उद्भवते. एकाच फील्डचे वेगवेगळ्या शुल्कांवर वेगवेगळे परिणाम होतात असे गृहीत धरणे तर्कसंगत ठरेल. म्हणून फील्ड आणि चार्ज यांच्यातील परस्परसंवादाच्या बलाच्या गुणोत्तराला या चार्जच्या परिमाणाला विद्युत क्षेत्र शक्ती म्हणतात. परंतु शुल्क आणि फील्ड स्थिर आहेत आणि कालांतराने त्यांची वैशिष्ट्ये बदलत नाहीत. 
जेथे F हे परस्परसंवाद बल आहे,
q - शुल्क.
शिवाय, आधी सांगितल्याप्रमाणे, फील्डला एक दिशा असते, आणि हे तंतोतंत या वस्तुस्थितीतून उद्भवते की परस्परसंवाद शक्तीला एक दिशा असते (हे एक वेक्टर प्रमाण आहे: जसे शुल्क आकर्षित करतात, जसे शुल्क दूर करतात).
मी हा धडा लिहिल्यानंतर, मी माझ्या मित्राला तो वाचण्यास, त्याचे मूल्यमापन करण्यास सांगितले. याव्यतिरिक्त, मी त्याला एक मनोरंजक प्रश्न विचारला, माझ्या मते, या सामग्रीच्या विषयावर. जेव्हा त्याने चुकीचे उत्तर दिले तेव्हा माझ्या आश्चर्याची कल्पना करा. या प्रश्नाचे उत्तर देण्याचा प्रयत्न करा (ते धड्याच्या शेवटी कार्य विभागात ठेवलेले आहे) आणि टिप्पण्यांमध्ये आपल्या दृष्टिकोनाचा तर्क करा.
आणि शेवटी, फील्ड एक चार्ज अवकाशातील एका बिंदूपासून दुस-या बिंदूवर हलवू शकत असल्याने, त्यात ऊर्जा असते आणि त्यामुळे ते कार्य करू शकते. इलेक्ट्रिक करंटच्या ऑपरेशनच्या मुद्द्यांचा विचार करताना ही वस्तुस्थिती आम्हाला नंतर उपयुक्त ठरेल.
यासह, पहिला धडा संपला आहे, परंतु आमच्याकडे अद्याप एक अनुत्तरीत प्रश्न आहे: का, रबरचे हातमोजे घातल्याने तुम्हाला विजेचा धक्का बसणार नाही. चला पुढील धड्यासाठी एक कारस्थान म्हणून सोडूया. आपले लक्ष दिल्याबद्दल धन्यवाद, पुन्हा भेटू!
- चला असे गृहीत धरू की मॉस्कोच्या नायक शहरात एक विशिष्ट आउटलेट आहे, तुमच्या घरी जे सामान्य आउटलेट आहे. आपण मॉस्को ते व्लादिवोस्तोक पर्यंत तारा पसरवल्या आणि व्लादिवोस्तोकमध्ये एक दिवा जोडला (पुन्हा, दिवा पूर्णपणे सामान्य आहे, तोच आता माझ्या आणि तुमच्या दोघांसाठी खोली प्रकाशित करतो) असे गृहीत धरू. तर, आमच्याकडे काय आहे: व्लादिवोस्तोकमधील दोन तारांच्या टोकांना जोडलेला एक लाइट बल्ब आणि मॉस्कोमधील सॉकेट. आता सॉकेटमध्ये “मॉस्को” वायर्स घालू. जर आपण बऱ्याच भिन्न परिस्थिती विचारात घेतल्या नाहीत आणि फक्त व्लादिवोस्तोकमधील लाइट बल्ब उजळला असे गृहीत धरले, तर मॉस्कोमधील सॉकेटमध्ये सध्या असलेले इलेक्ट्रॉन व्लादिवोस्तोकमधील लाइट बल्बच्या फिलामेंटपर्यंत पोहोचतील की नाही याचा अंदाज लावण्याचा प्रयत्न करा? जर आपण लाइट बल्ब सॉकेटला नाही तर बॅटरीला जोडला तर काय होईल?
