الیکٹرک فیلڈ کی خصوصیات

مضمون میں برقی میدان کی اہم خصوصیات بیان کی گئی ہیں: صلاحیت، وولٹیج اور شدت۔

برقی میدان کیا ہے؟

برقی میدان بنانے کے لیے الیکٹرک چارج بنانا ضروری ہے۔ چارجز (چارج شدہ باڈیز) کے آس پاس کی جگہ کی خصوصیات اس جگہ کی خصوصیات سے مختلف ہوتی ہیں جس میں کوئی چارجز نہیں ہوتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، خلا کی خصوصیات، جب اس میں برقی چارج متعارف کرایا جاتا ہے، فوری طور پر تبدیل نہیں ہوتا ہے: تبدیلی چارج سے شروع ہوتی ہے اور ایک خاص رفتار کے ساتھ خلا کے ایک نقطہ سے دوسرے مقام تک پھیل جاتی ہے۔

چارج پر مشتمل اسپیس میں، اس خلا میں متعارف کرائے گئے دیگر چارجز پر عمل کرنے والی مکینیکل قوتیں ظاہر ہوتی ہیں۔ یہ قوتیں ایک دوسرے پر ایک چارج کے براہ راست عمل کا نتیجہ نہیں ہیں، بلکہ ایک قابلیت تبدیل شدہ میڈیم کے ذریعے عمل کا نتیجہ ہیں۔

برقی چارجز کے ارد گرد کی جگہ، جس میں وہ قوتیں جو اس میں داخل ہونے والے برقی چارجز پر عمل کرتی ہیں ظاہر ہوتی ہیں، کو برقی میدان کہا جاتا ہے۔

برقی میدان میں چارج فیلڈ کے پہلو سے اس پر کام کرنے والی قوت کی سمت میں حرکت کرتا ہے۔اس طرح کے چارج کی باقی حالت اسی وقت ممکن ہے جب چارج پر کچھ بیرونی (بیرونی) قوت لگائی جائے جو برقی میدان کی طاقت کو متوازن کرتی ہے۔

جیسے ہی بیرونی قوت اور میدانی طاقت کے درمیان توازن بگڑ جاتا ہے، چارج دوبارہ حرکت کرنا شروع کر دیتا ہے۔ اس کی حرکت کی سمت ہمیشہ بڑی قوت کی سمت کے ساتھ ملتی ہے۔

وضاحت کے لیے، برقی میدان کو عام طور پر نام نہاد برقی فیلڈ لائنوں کے ذریعے ظاہر کیا جاتا ہے۔ یہ لکیریں برقی میدان میں کام کرنے والی قوتوں کی سمت کے مطابق ہیں۔ ایک ہی وقت میں، اتنی زیادہ لکیریں کھینچنے پر اتفاق کیا گیا کہ ان لائنوں کے کھڑے ہونے والے علاقے کے ہر 1 cm2 کے لیے ان کی تعداد متعلقہ نقطہ پر فیلڈ کی طاقت کے متناسب ہو۔

فیلڈ کی سمت کو عام طور پر فیلڈ کی طاقت کی سمت کے طور پر لیا جاتا ہے جو دیئے گئے فیلڈ میں لگائے گئے مثبت چارج پر کام کرتی ہے۔ مثبت چارجز کو مثبت چارجز کے ذریعے پسپا کیا جاتا ہے اور منفی چارجز کی طرف راغب کیا جاتا ہے۔ لہذا، فیلڈ کو مثبت سے منفی چارجز کی طرف ہدایت کی جاتی ہے۔

طاقت کی لکیروں کی سمت تیروں کے ذریعہ ڈرائنگ میں ظاہر کی گئی ہے۔ سائنس نے ثابت کیا ہے کہ برقی میدان کی قوت کی لکیروں کا ایک آغاز اور اختتام ہوتا ہے، یعنی وہ خود بند نہیں ہوتیں۔ فیلڈ کی فرضی سمت کی بنیاد پر، ہم دیکھتے ہیں کہ قوت کی لکیریں مثبت چارجز (مثبت چارج شدہ باڈیز) سے شروع ہوتی ہیں اور منفی پر ختم ہوتی ہیں۔

چاول۔ 1. طاقت کی لکیروں کا استعمال کرتے ہوئے برقی میدان کی تصویر کی مثالیں: a — ایک الیکٹرک فیلڈ جس میں ایک مثبت چارج ہے، b — ایک برقی فیلڈ جس میں ایک منفی چارج ہے، c — دو مخالف چارجز کا برقی فیلڈ، d — ایک دو جیسے چارجز کا برقی میدان

انجیر میں۔1 طاقت کی لائنوں کا استعمال کرتے ہوئے دکھایا گیا ایک برقی میدان کی مثالیں دکھاتا ہے۔ یہ یاد رکھنا چاہیے کہ الیکٹرک فیلڈ لائنز کسی فیلڈ کی گرافک طور پر نمائندگی کرنے کا صرف ایک طریقہ ہیں۔ یہاں طاقت کے تصور سے بڑا کوئی مادہ نہیں ہے۔

کولمب کا قانون

دو چارجز کے درمیان تعامل کی طاقت چارجز کے سائز اور باہمی ترتیب کے ساتھ ساتھ ان کے ماحول کی طبعی خصوصیات پر منحصر ہے۔

دو برقی جسمانی جسموں کے لئے، جن کے طول و عرض جسموں کے درمیان فاصلے کے مقابلے میں غیر معمولی ہیں، تعامل کی شفا یابی کا تعین ریاضیاتی طور پر اس طرح کیا جاتا ہے:

جہاں F نیوٹن (N) میں چارجز کے تعامل کی قوت ہے، k — میٹرز (m) میں چارجز کے درمیان فاصلہ، Q1 اور Q2 — کولمبس (k) میں برقی چارجز کی شدت، k تناسب کا گتانک ہے، جس کی قدر چارجز کے ارد گرد میڈیم کی خصوصیات پر منحصر ہے۔

مندرجہ بالا فارمولہ اس طرح پڑھتا ہے: دو پوائنٹ چارجز کے درمیان تعامل کی قوت براہ راست ان چارجز کی شدت کی پیداوار کے متناسب ہے اور ان کے درمیان فاصلے کے مربع کے الٹا متناسب ہے (کولمب کا قانون)۔

تناسبی عنصر k کا تعین کرنے کے لیے، اظہار k = 1 /(4πεεO) استعمال کریں۔

الیکٹرک فیلڈ کی صلاحیت

الیکٹرک فیلڈ ہمیشہ چارج کو حرکت فراہم کرتی ہے اگر چارج پر کام کرنے والی فیلڈ فورسز کسی بیرونی قوت سے متوازن نہ ہوں۔ اس کا مطلب ہے کہ برقی میدان میں ممکنہ توانائی ہے، یعنی کام کرنے کی صلاحیت۔

چارج کو خلا میں ایک مقام سے دوسرے مقام پر منتقل کرنے سے، برقی میدان کام کرتا ہے، جس کے نتیجے میں فیلڈ کو ممکنہ توانائی کی فراہمی کم ہو جاتی ہے۔اگر کوئی چارج کسی بیرونی قوت کے عمل کے تحت برقی میدان میں حرکت کرتا ہے جو فیلڈ فورسز کے مخالف کام کرتی ہے، تو کام برقی فیلڈ فورسز کے ذریعہ نہیں بلکہ بیرونی قوتوں کے ذریعہ کیا جاتا ہے۔ اس صورت میں، میدان کی ممکنہ توانائی نہ صرف کم ہوتی ہے، بلکہ، اس کے برعکس، بڑھ جاتی ہے۔

برقی میدان میں چارج کو منتقل کرنے والی بیرونی قوت کے ذریعہ کیا جانے والا کام اس حرکت کی مخالفت کرنے والی فیلڈ فورسز کی شدت کے متناسب ہے۔ بیرونی قوتوں کے ذریعہ اس معاملے میں کیا جانے والا کام مکمل طور پر میدان کی ممکنہ توانائی کو بڑھانے پر خرچ ہوتا ہے۔ فیلڈ کو اس کی ممکنہ توانائی کے پہلو سے خصوصیت دینے کے لیے، ایک مقدار کو الیکٹرک فیلڈ پوٹینشل کہا جاتا ہے۔

اس مقدار کا خلاصہ درج ذیل ہے۔ فرض کریں کہ مثبت چارج زیر غور الیکٹرک فیلڈ سے باہر ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ دیئے گئے چارج پر فیلڈ کا عملی طور پر کوئی اثر نہیں ہوتا ہے۔ کسی بیرونی قوت کو اس چارج کو برقی میدان میں داخل کرنے دیں اور، فیلڈ فورسز کی طرف سے کی جانے والی حرکت کے خلاف مزاحمت پر قابو پاتے ہوئے، چارج کو فیلڈ میں ایک مقررہ نقطہ پر منتقل کریں۔ قوت کے ذریعے کیا جانے والا کام، اور اس وجہ سے جس مقدار سے فیلڈ کی ممکنہ توانائی میں اضافہ ہوا ہے، اس کا انحصار پوری طرح سے فیلڈ کی خصوصیات پر ہے۔ لہذا، یہ کام دیئے گئے برقی میدان کی توانائی کی خصوصیت کر سکتا ہے۔

فیلڈ میں دیئے گئے نقطہ پر رکھے گئے مثبت چارج کی اکائی سے متعلق برقی فیلڈ توانائی کو کسی مقررہ نقطہ پر فیلڈ پوٹینشل کہا جاتا ہے۔

اگر پوٹینشل کو حرف φ، حرف q سے چارج اور W کے ذریعے چارج کو منتقل کرنے پر خرچ کیا جاتا ہے، تو ایک دیئے گئے نقطہ پر فیلڈ پوٹینشل کو فارمولہ φ = W/q سے ظاہر کیا جائے گا۔

اس سے معلوم ہوتا ہے کہ کسی مقررہ نقطے پر برقی فیلڈ پوٹینشل عددی طور پر کسی بیرونی قوت کے ذریعے کیے گئے کام کے برابر ہے جب ایک یونٹ مثبت چارج فیلڈ سے باہر کسی نقطے کی طرف بڑھتا ہے۔ فیلڈ پوٹینشل وولٹ (V) میں ماپا جاتا ہے۔ اگر فیلڈ کے باہر ایک کولمب بجلی کی کسی مقررہ نقطہ پر منتقلی کے دوران، بیرونی قوتوں نے ایک جول کے برابر کام کیا ہے، تو فیلڈ میں کسی مقررہ نقطہ پر پوٹینشل ایک وولٹ کے برابر ہے: 1 وولٹ = 1 جول/1 کولمب

الیکٹرک فیلڈ کی طاقت

کسی بھی برقی میدان میں، مثبت چارجز زیادہ پوٹینشل کے پوائنٹس سے کم پوٹینشل کے پوائنٹس کی طرف بڑھتے ہیں۔ اس کے برعکس، منفی چارجز کم پوٹینشل کے پوائنٹس سے زیادہ پوٹینشل کے پوائنٹس کی طرف بڑھتے ہیں۔ دونوں صورتوں میں، کام برقی میدان کی ممکنہ توانائی کی قیمت پر کیا جاتا ہے۔

اگر ہم اس کام کو جانتے ہیں، یعنی وہ مقدار جس سے فیلڈ کی ممکنہ توانائی میں کمی واقع ہوئی ہے جب مثبت چارج q فیلڈ کے پوائنٹ 1 سے پوائنٹ 2 کی طرف جاتا ہے، تو ان پوائنٹس کے درمیان وولٹیج کو تلاش کرنا آسان ہے۔ فیلڈ U1,2:

U1,2 = A/q،

جہاں A وہ کام ہے جو فیلڈ فورسز کے ذریعے کیا جاتا ہے جب چارج q کو پوائنٹ 1 سے پوائنٹ 2 میں منتقل کیا جاتا ہے۔ الیکٹرک فیلڈ میں دو پوائنٹس کے درمیان وولٹیج عددی طور پر صفر کے ذریعے ایک پوائنٹ سے یونٹ مثبت چارج کو منتقل کرنے کے لیے کیے گئے کام کے برابر ہوتا ہے۔ دوسرے میدان میں۔

جیسا کہ دیکھا جا سکتا ہے، فیلڈ کے دو پوائنٹس کے درمیان وولٹیج اور ایک ہی پوائنٹس کے درمیان ممکنہ فرق ایک ہی فزیکل یونٹ کی نمائندگی کرتا ہے… اس لیے، اصطلاحات وولٹیج اور ممکنہ فرق ایک جیسے ہیں۔ وولٹیج کو وولٹ (V) میں ماپا جاتا ہے۔

دو پوائنٹس کے درمیان وولٹیج ایک وولٹ کے برابر ہے اگر، ایک کولمب بجلی کو فیلڈ کے ایک پوائنٹ سے دوسرے مقام پر منتقل کرتے وقت، فیلڈ فورسز ایک جول کے برابر کام کرتی ہیں: 1 وولٹ = 1 جول / 1 کولمب

الیکٹرک فیلڈ کی طاقت

یہ کولمب کے قانون کی پیروی کرتا ہے کہ اس فیلڈ میں لگائے گئے کسی دوسرے چارج پر کام کرنے والے دیئے گئے چارج کی برقی فیلڈ کی طاقت فیلڈ کے تمام پوائنٹس پر یکساں نہیں ہے۔ کسی بھی نقطہ پر برقی میدان کو اس قوت کی شدت سے نمایاں کیا جا سکتا ہے جس کے ساتھ یہ کسی مخصوص نقطہ پر رکھے گئے یونٹ مثبت چارج پر کام کرتا ہے۔

اس قدر کو جاننے کے بعد، ہر چارج Q پر کام کرنے والی قوت F کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ آپ لکھ سکتے ہیں کہ F = Q x E، جہاں F وہ قوت ہے جو الیکٹرک فیلڈ کے ذریعہ فیلڈ میں ایک نقطہ پر رکھے گئے چارج Q پر عمل کرتی ہے، E ہے فیلڈ میں ایک ہی نقطہ پر رکھے گئے یونٹ مثبت چارج پر کام کرنے والی قوت۔ E عددی طور پر اس قوت کے مساوی ہے جو فیلڈ میں کسی مخصوص نقطہ پر یونٹ مثبت چارج کے ذریعہ تجربہ کیا جاتا ہے اسے برقی میدان کی طاقت کہا جاتا ہے۔