کولمب کا قانون اور الیکٹریکل انجینئرنگ میں اس کا اطلاق

جس طرح نیوٹنین میکانکس میں، کشش ثقل کا تعامل ہمیشہ بڑے پیمانے پر جسموں کے درمیان ہوتا ہے، اسی طرح برقی حرکیات کی طرح، برقی تعامل برقی چارجز والے جسموں کی خصوصیت ہے۔ الیکٹرک چارج کو علامت «q» یا «Q» سے ظاہر کیا جاتا ہے۔

ہم یہاں تک کہہ سکتے ہیں کہ الیکٹرو ڈائنامکس میں الیکٹرک چارج q کا تصور میکانکس میں گروویٹیشنل ماس m کے تصور سے کچھ ملتا جلتا ہے۔ لیکن کشش ثقل کے ماس کے برعکس، برقی چارج جسم اور ذرات کی برقی مقناطیسی تعاملات میں داخل ہونے کی خصوصیت رکھتا ہے، اور یہ تعاملات، جیسا کہ آپ سمجھتے ہیں، کشش ثقل نہیں ہیں۔

الیکٹرک چارجز

برقی مظاہر کے مطالعہ میں انسانی تجربہ بہت سے تجرباتی نتائج پر مشتمل ہے، اور ان تمام حقائق نے طبیعیات دانوں کو برقی چارجز کے بارے میں درج ذیل غیر واضح نتائج پر پہنچنے کی اجازت دی:

1. الیکٹرک چارجز دو قسم کے ہوتے ہیں — مشروط طور پر انہیں مثبت اور منفی میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

2.الیکٹرک چارجز کو ایک چارج شدہ شے سے دوسرے میں منتقل کیا جا سکتا ہے: مثال کے طور پر، باڈیز کو ایک دوسرے سے جوڑ کر - ان کے درمیان چارج کو الگ کیا جا سکتا ہے۔ اس صورت میں، برقی چارج جسم کا لازمی جزو نہیں ہے: مختلف حالات میں، ایک ہی چیز پر مختلف شدت اور نشان کا چارج ہو سکتا ہے، یا اس پر کوئی چارج نہیں ہو سکتا۔ اس طرح چارج کیریئر میں موروثی چیز نہیں ہے، اور اسی وقت چارج کیریئر کے بغیر موجود نہیں ہوسکتا ہے.

3. جب کہ کشش ثقل کے اجسام ہمیشہ ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں، برقی چارجز دونوں ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کر سکتے ہیں اور ایک دوسرے کو پیچھے ہٹا سکتے ہیں۔ جیسے چارجز باہمی طور پر اپنی طرف متوجہ ہوتے ہیں، جیسے چارجز کو پیچھے ہٹانا۔

چارج کیریئر الیکٹران، پروٹون اور دیگر ابتدائی ذرات ہیں۔ برقی چارجز کی دو قسمیں ہیں - مثبت اور منفی۔ مثبت چارجز وہ ہیں جو چمڑے سے رگڑے ہوئے شیشے پر ظاہر ہوتے ہیں۔ منفی - کھال سے رگڑے ہوئے عنبر پر لگنے والے چارجز۔ اسی نام کے الزامات لگانے والے حکام پیچھے ہٹ گئے۔ مخالف چارجز والی اشیاء ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتی ہیں۔

برقی چارج کے تحفظ کا قانون فطرت کا ایک بنیادی قانون ہے، یہ اس طرح پڑھتا ہے: "ایک الگ تھلگ نظام میں تمام اجسام کے چارجز کا الجبری مجموعہ مستقل رہتا ہے"۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ بند نظام میں، صرف ایک نشانی کے لیے چارجز کا ظاہر ہونا یا غائب ہونا ناممکن ہے۔

الگ تھلگ نظام میں چارجز کا الجبری مجموعہ مستقل رکھا جاتا ہے۔ چارج کیریئر ایک جسم سے دوسرے جسم میں منتقل ہو سکتے ہیں یا جسم کے اندر، مالیکیول، ایٹم میں منتقل ہو سکتے ہیں۔ چارج فریم آف ریفرنس سے آزاد ہے۔

آج، سائنسی نظریہ یہ ہے کہ اصل میں چارج کیریئر ابتدائی ذرات تھے۔ابتدائی ذرات نیوٹران (برقی طور پر غیر جانبدار)، پروٹون (مثبت چارج شدہ) اور الیکٹران (منفی چارج شدہ) ایٹم بناتے ہیں۔

ایٹموں کے مرکزے پروٹان اور نیوٹران سے بنتے ہیں اور الیکٹران ایٹموں کے خول بناتے ہیں۔ الیکٹران اور پروٹون کے چارجز کی ماڈیولی ابتدائی چارج ای کے برابر ہیں، لیکن نشانی میں ان ذرات کے چارجز ایک دوسرے کے مخالف ہیں۔

الیکٹرک چارجز کا تعامل - کولمب کا قانون

جہاں تک ایک دوسرے کے ساتھ برقی چارجز کے براہ راست تعامل کا تعلق ہے، تو 1785 میں فرانسیسی ماہر طبیعیات چارلس کولمب نے تجرباتی طور پر الیکٹرو سٹیٹکس کے اس بنیادی قانون کو قائم کیا اور بیان کیا، فطرت کا بنیادی قانون، جو کسی دوسرے قوانین سے نہیں چلتا۔ اپنے کام میں، سائنس دان سٹیشنری پوائنٹ چارج شدہ جسموں کے تعامل کا مطالعہ کرتا ہے اور ان کی باہمی نفرت اور کشش کی قوتوں کی پیمائش کرتا ہے۔

کولمب نے تجرباتی طور پر درج ذیل کو قائم کیا: "اسٹیشنری چارجز کے تعامل کی قوتیں ماڈیولز کی پیداوار کے براہ راست متناسب ہیں اور ان کے درمیان فاصلے کے مربع کے الٹا متناسب ہیں۔"

یہ کولمب کے قانون کی تشکیل ہے۔ اور اگرچہ پوائنٹ چارجز فطرت میں موجود نہیں ہیں، صرف پوائنٹ چارجز کے لحاظ سے ہم کولمب کے قانون کی اس تشکیل کے اندر ان کے درمیان فاصلے کے بارے میں بات کر سکتے ہیں۔

درحقیقت، اگر جسموں کے درمیان فاصلہ نمایاں طور پر ان کے سائز سے بڑھ جاتا ہے، تو نہ تو چارج شدہ جسموں کا سائز اور نہ ہی شکل ان کے تعامل کو خاص طور پر متاثر کرے گی، جس کا مطلب ہے کہ اس مسئلے کے لیے لاشوں کو کافی حد تک نقطہ کی طرح سمجھا جا سکتا ہے۔

آئیے ایک مثال دیکھتے ہیں۔ آئیے کچھ چارج شدہ گیندوں کو تاروں پر لٹکا دیں۔چونکہ ان پر کسی نہ کسی طرح سے الزام لگایا جاتا ہے، وہ یا تو پیچھے ہٹیں گے یا اپنی طرف متوجہ کریں گے۔ چونکہ فورسز ان جسموں کو جوڑنے والی سیدھی لائن کے ساتھ ہدایت کی جاتی ہیں، یہ مرکزی قوتیں ہیں۔

دوسرے چارجز میں سے ہر ایک پر عمل کرنے والی قوتوں کو ظاہر کرنے کے لیے، ہم لکھیں گے: F12 پہلے پر دوسرے چارج کی قوت ہے، F21 دوسرے پر پہلے چارج کی قوت ہے، r12 دوسرے سے رداس ویکٹر ہے۔ سب سے پہلے پوائنٹ چارج. اگر چارجز کا ایک ہی نشان ہے، تو فورس F12 کو مشترکہ طور پر رداس ویکٹر کی طرف لے جایا جائے گا، لیکن اگر چارجز میں مختلف علامات ہیں، تو فورس F12 کو رداس ویکٹر کے خلاف ہدایت کی جائے گی۔

پوائنٹ چارجز کے تعامل کے قانون کا استعمال کرتے ہوئے (کولمب کا قانون)، تعامل کی قوت اب کسی بھی پوائنٹ چارجز یا پوائنٹ چارج باڈیز کے لیے مل سکتی ہے۔ اگر لاشیں نقطہ کی شکل کی نہیں ہیں، تو وہ ذہنی طور پر عناصر کے پیسٹل میں ٹوٹ جاتے ہیں، جن میں سے ہر ایک کو پوائنٹ چارج کے طور پر لیا جا سکتا ہے۔

تمام چھوٹے عناصر کے درمیان کام کرنے والی قوتوں کو تلاش کرنے کے بعد، یہ قوتیں ہندسی طور پر جوڑتی ہیں- وہ نتیجہ خیز قوت تلاش کرتی ہیں۔ کولمب کے قانون کے مطابق ابتدائی ذرات بھی ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں، اور آج تک الیکٹرو سٹیٹکس کے اس بنیادی قانون کی کوئی خلاف ورزی نہیں دیکھی گئی۔

الیکٹریکل انجینئرنگ میں کولمب کے قانون کا اطلاق

جدید الیکٹریکل انجینئرنگ میں کوئی ایسا علاقہ نہیں ہے جہاں کولمب کا قانون کسی نہ کسی شکل میں کام نہ کرتا ہو۔ ایک برقی کرنٹ سے شروع ہو کر، ایک سادہ چارج شدہ کپیسیٹر کے ساتھ ختم ہوتا ہے۔ خاص طور پر وہ علاقے جو الیکٹرو سٹیٹکس سے نمٹتے ہیں - وہ کولمب کے قانون سے 100٪ متعلق ہیں۔ آئیے صرف چند مثالوں کو دیکھتے ہیں۔

سب سے آسان معاملہ ڈائی الیکٹرک کا تعارف ہے۔ویکیوم میں چارجز کے تعامل کی قوت ہمیشہ انہی چارجز کے تعامل کی قوت سے زیادہ ہوتی ہے جب ان کے درمیان کسی قسم کا ڈائی الیکٹرک رکھا جاتا ہو۔

کسی میڈیم کا ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ بالکل وہی قدر ہے جو آپ کو چارجز اور ان کی وسعتوں کے درمیان فاصلے سے قطع نظر قوتوں کی قدروں کو مقداری طور پر تعین کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ متعارف کرائے گئے ڈائی الیکٹرک کے ڈائی الیکٹرک کانسٹینٹ کے ذریعے خلا میں چارجز کی تعامل کی قوت کو تقسیم کرنا کافی ہے — ہمیں ڈائی الیکٹرک کی موجودگی میں تعامل کی قوت حاصل ہوتی ہے۔

جدید ترین تحقیقی سازوسامان - ایک پارٹیکل ایکسلریٹر۔ چارج شدہ پارٹیکل ایکسلریٹر کا عمل برقی میدان اور چارج شدہ ذرات کے تعامل کے رجحان پر مبنی ہے۔ برقی میدان ایکسلریٹر میں کام کرتا ہے، ذرہ کی توانائی کو بڑھاتا ہے۔

اگر ہم یہاں ایکسلریٹڈ پارٹیکل کو ایک پوائنٹ چارج کے طور پر اور ایکسلریٹر کے برقی فیلڈ کے عمل کو دوسرے پوائنٹ چارجز کی کل قوت کے طور پر دیکھتے ہیں، تو اس صورت میں کولمب کا قانون پوری طرح سے دیکھا جاتا ہے۔ لورینٹز قوت، لیکن اپنی توانائی کو تبدیل نہیں کرتی، بلکہ صرف ایکسلریٹر میں ذرات کی حرکت کے لیے رفتار کا تعین کرتی ہے۔

حفاظتی برقی ڈھانچے. اہم برقی تنصیبات ہمیشہ پہلی نظر میں بجلی کی چھڑی جیسی آسان چیز سے لیس ہوتی ہیں۔ اور اپنے کام میں بجلی کی چھڑی بھی کولمب کے قانون کو دیکھے بغیر نہیں گزرتی۔ گرج چمک کے دوران، زمین پر بڑے حوصلہ افزائی چارجز ظاہر ہوتے ہیں - کولمب کے قانون کے مطابق، وہ گرج چمک کے بادل کی سمت اپنی طرف متوجہ ہوتے ہیں۔ نتیجہ زمین کی سطح پر ایک مضبوط برقی میدان ہے۔

اس فیلڈ کی شدت خاص طور پر تیز کنڈکٹرز کے قریب زیادہ ہے، اور اس وجہ سے بجلی کی چھڑی کے نوکیلے سرے پر ایک کورونل ڈسچارج بھڑکایا جاتا ہے — زمین سے آنے والا چارج کولمب کے قانون کی تعمیل کرتے ہوئے، تھنڈربولٹ کے مخالف چارج کی طرف متوجہ ہوتا ہے۔ بادل

بجلی کی چھڑی کے قریب کی ہوا کورونا خارج ہونے کے نتیجے میں بہت زیادہ آئنائزڈ ہے۔ نتیجے کے طور پر، ٹپ کے قریب برقی میدان کی طاقت کم ہو جاتی ہے (نیز کسی بھی تار کے اندر)، حوصلہ افزائی شدہ چارجز عمارت پر جمع نہیں ہو سکتے، اور آسمانی بجلی گرنے کا امکان کم ہو جاتا ہے۔ اگر بجلی بجلی کی چھڑی پر حملہ کرتی ہے، تو چارج آسانی سے زمین پر جائے گا اور تنصیب کو نقصان نہیں پہنچے گا.