इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की बल रेखाएं। विद्युत क्षेत्र रेखाएं

क्षेत्र के एक दृश्य चित्रमय प्रतिनिधित्व के लिए, बल की रेखाओं का उपयोग करना सुविधाजनक है - निर्देशित रेखाएं, स्पर्शरेखाएं जिनके प्रत्येक बिंदु पर विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर (चित्र। 233) की दिशा के साथ मेल खाता है।

चावल। 233
परिभाषा के अनुसार, विद्युत क्षेत्र के बल की रेखाओं की एक श्रृंखला होती है सामान्य गुण(द्रव प्रवाह के गुणों के साथ तुलना करें):
 1. बल की रेखाएंप्रतिच्छेद न करें (अन्यथा, प्रतिच्छेदन बिंदु पर दो स्पर्शरेखाएँ बनाई जा सकती हैं, अर्थात एक बिंदु पर, क्षेत्र की ताकत के दो मान होते हैं, जो बेतुका है)।
2. बल की रेखाओं में किंक नहीं होते हैं (किंक बिंदु पर, आप फिर से दो स्पर्शरेखा बना सकते हैं)।
3. स्थिरवैद्युत क्षेत्र की बल रेखाएँ आवेशों पर प्रारंभ और समाप्त होती हैं।
चूंकि प्रत्येक स्थानिक बिंदु पर क्षेत्र की ताकत निर्धारित की जाती है, इसलिए किसी भी स्थानिक बिंदु के माध्यम से बल की रेखा खींची जा सकती है। इसलिए, बल की रेखाओं की संख्या असीम रूप से बड़ी है। क्षेत्र को चित्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली रेखाओं की संख्या अक्सर भौतिक विज्ञानी-कलाकार के कलात्मक स्वाद से निर्धारित होती है। कुछ में शिक्षण में मददगार सामग्रीक्षेत्र रेखाओं की एक तस्वीर बनाने की सिफारिश की जाती है ताकि उनका घनत्व अधिक हो जहां क्षेत्र की ताकत अधिक हो। यह आवश्यकता सख्त नहीं है, और हमेशा संभव नहीं है, इसलिए बल की रेखाएं खींची जाती हैं, जो तैयार गुणों को संतुष्ट करती हैं 1 − 3 .
एक बिंदु आवेश द्वारा निर्मित क्षेत्र की बल रेखाओं को आलेखित करना बहुत आसान है। इस मामले में, बल की रेखाएं चार्ज स्थान बिंदु (छवि 234) पर उभरती हुई (सकारात्मक के लिए) या प्रवेश (नकारात्मक के लिए) सीधी रेखाओं का एक समूह हैं।

चावल। 234
बिंदु आवेशों के क्षेत्रों की बल रेखाओं के ऐसे परिवार प्रदर्शित करते हैं कि आवेश क्षेत्र के स्रोत हैं, द्रव वेग क्षेत्र के स्रोतों और सिंक के अनुरूप। हम बाद में साबित करेंगे कि बल की रेखाएं उन बिंदुओं पर शुरू या समाप्त नहीं हो सकती हैं जहां कोई शुल्क नहीं है।
वास्तविक क्षेत्रों की क्षेत्र रेखाओं के चित्र को प्रयोगात्मक रूप से पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है।
एक छोटी परत को कम बर्तन में डालें अरंडी का तेलऔर इसमें सूजी का एक छोटा सा भाग डालें। यदि अनाज के साथ तेल को इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में रखा जाता है, तो सूजी के दाने (उनका आकार थोड़ा लम्बा होता है) विद्युत क्षेत्र की ताकत की दिशा में मुड़ जाता है और कुछ दसियों सेकंड के बाद, बल की रेखाओं के साथ लगभग पंक्तिबद्ध हो जाता है। कप में विद्युत क्षेत्र की बल रेखाओं का चित्र उभरता है। इनमें से कुछ "तस्वीरें" तस्वीरों में प्रस्तुत की गई हैं।
सैद्धांतिक गणना और बल रेखाओं का निर्माण करना भी संभव है। सच है, इन गणनाओं के लिए भारी संख्या में गणनाओं की आवश्यकता होती है, इसलिए यह यथार्थवादी है (और बिना) विशेष कार्य) कंप्यूटर का उपयोग करके किया जाता है, अक्सर ऐसे निर्माण एक निश्चित विमान में किए जाते हैं।
फ़ील्ड लाइनों के पैटर्न की गणना के लिए एल्गोरिदम विकसित करते समय, कई समस्याओं का सामना करना पड़ता है जिन्हें हल करने की आवश्यकता होती है। ऐसी पहली समस्या फ़ील्ड वेक्टर की गणना है। किसी दिए गए चार्ज वितरण द्वारा बनाए गए इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों के मामले में, इस समस्या को कूलम्ब के नियम और सुपरपोजिशन के सिद्धांत का उपयोग करके हल किया जाता है। दूसरी समस्या एक अलग लाइन बनाने की विधि है। इस समस्या को हल करने वाले सबसे सरल एल्गोरिथम का विचार काफी स्पष्ट है। एक छोटे से क्षेत्र में, प्रत्येक रेखा व्यावहारिक रूप से अपनी स्पर्शरेखा के साथ मेल खाती है, इसलिए आपको बल की रेखाओं के स्पर्शरेखा वाले बहुत सारे खंडों का निर्माण करना चाहिए, यानी छोटी लंबाई के खंड मैं, जिसकी दिशा किसी दिए गए बिंदु पर क्षेत्र की दिशा से मेल खाती है। ऐसा करने के लिए, सबसे पहले, तीव्रता वेक्टर के घटकों की गणना करना आवश्यक है दिया गया बिंदु भूतपूर्व, ई यूऔर इस वेक्टर का मापांक ई = (ई एक्स 2 + ई वाई 2 ). फिर आप छोटी लंबाई का एक खंड बना सकते हैं, जिसकी दिशा क्षेत्र शक्ति वेक्टर की दिशा से मेल खाती है। निर्देशांक अक्षों पर इसके अनुमानों की गणना उन सूत्रों द्वारा की जाती है जो अंजीर से अनुसरण करते हैं। 235:

चावल। 235

फिर आपको निर्माण खंड के अंत से शुरू होने वाली प्रक्रिया को दोहराना चाहिए। बेशक, इस तरह के एक एल्गोरिथ्म को लागू करते समय, अन्य समस्याएं हैं जो अधिक तकनीकी प्रकृति की हैं।
आंकड़े 236 दो बिंदु आवेशों द्वारा बनाए गए क्षेत्रों के बल की रेखाएँ दिखाते हैं।


चावल। 236
आरोपों के संकेत दर्शाए गए हैं, आंकड़ों में ए) और बी) चार्ज मॉड्यूलस में समान हैं, अंजीर में। सी), डी) अलग हैं - उनमें से हम अधिक स्वतंत्र रूप से निर्धारित करने का प्रस्ताव करते हैं। प्रत्येक स्थिति में, बल रेखाओं की दिशाएँ भी स्वयं निर्धारित करें।
यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि एम। फैराडे ने विद्युत क्षेत्र के बल की रेखाओं को विद्युत आवेशों को परस्पर जोड़ने वाली वास्तविक लोचदार ट्यूब के रूप में माना, इस तरह के अभ्यावेदन ने उन्हें कई भौतिक घटनाओं की भविष्यवाणी और व्याख्या करने में बहुत मदद की।
सहमत हैं कि महान एम। फैराडे सही थे - यदि आप मानसिक रूप से लोचदार रबर बैंड के साथ लाइनों को बदलते हैं, तो बातचीत की प्रकृति बहुत स्पष्ट है।

ओस्ट्रोग्रैडस्की-गॉस प्रमेय, जिसे हम बाद में सिद्ध करेंगे और चर्चा करेंगे, के बीच एक संबंध स्थापित करता है विद्युत शुल्कऔर विद्युत क्षेत्र। यह कूलम्ब के नियम का अधिक सामान्य और अधिक सुरुचिपूर्ण निरूपण है।

सिद्धांत रूप में, किसी दिए गए चार्ज वितरण द्वारा बनाए गए इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ताकत की गणना हमेशा कूलम्ब के नियम का उपयोग करके की जा सकती है। किसी भी बिंदु पर कुल विद्युत क्षेत्र सभी आवेशों का सदिश योग (अभिन्न) योगदान होता है, अर्थात।

हालांकि, अधिकांश के अपवाद के साथ साधारण मामले, इस योग या समाकलन की गणना करना अत्यंत कठिन है।

यहां ओस्ट्रोग्रैडस्की-गॉस प्रमेय बचाव के लिए आता है, जिसकी मदद से किसी दिए गए चार्ज वितरण द्वारा बनाई गई विद्युत क्षेत्र की ताकत की गणना करना बहुत आसान है।

ओस्ट्रोग्रैडस्की-गॉस प्रमेय का मुख्य मूल्य यह है कि यह अनुमति देता है इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की प्रकृति की गहरी समझ और स्थापित करता हैज़्यादा सामान्य आवेश और क्षेत्र के बीच संबंध.

लेकिन ओस्ट्रोग्रैडस्की-गॉस प्रमेय पर जाने से पहले, अवधारणाओं को पेश करना आवश्यक है: बल की रेखाएंइलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रऔर तनाव वेक्टर प्रवाहइलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र.

विद्युत क्षेत्र का वर्णन करने के लिए, आपको क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर तीव्रता वेक्टर सेट करना होगा। यह विश्लेषणात्मक या ग्राफिक रूप से किया जा सकता है। इसके लिए वे उपयोग करते हैं बल की रेखाएं- ये वे रेखाएँ हैं, जिनकी स्पर्शरेखा क्षेत्र के किसी भी बिंदु पर तीव्रता सदिश की दिशा से मेल खाती है(चित्र। 2.1)।

चावल। 2.1

बल की रेखा को एक निश्चित दिशा सौंपी जाती है - धनात्मक आवेश से ऋणात्मक आवेश या अनंत तक।

मामले पर विचार करें एकसमान विद्युत क्षेत्र.

सजातीयएक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र कहा जाता है, जिसकी तीव्रता परिमाण और दिशा में समान होती है, अर्थात। एक समान इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र को एक दूसरे से समान दूरी पर बल की समानांतर रेखाओं द्वारा दर्शाया गया है (ऐसा क्षेत्र मौजूद है, उदाहरण के लिए, संधारित्र की प्लेटों के बीच) (चित्र। 2.2)।

एक बिंदु आवेश के मामले में, तनाव की रेखाएँ धनात्मक आवेश से निकलती हैं और अनंत तक जाती हैं; और अनंत से ऋणात्मक आवेश में प्रवेश करते हैं। इसलिये तब क्षेत्र रेखाओं का घनत्व आवेश से दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिये गोले का पृष्ठीय क्षेत्रफल, जिससे होकर ये रेखाएँ स्वयं गुजरती हैं, दूरी के वर्ग के अनुपात में बढ़ जाती है, तब कुल गणनारेखाएँ आवेश से किसी भी दूरी पर स्थिर रहती हैं।

आवेशों की एक प्रणाली के लिए, जैसा कि हम देखते हैं, बल रेखाएँ धनात्मक आवेश से ऋणात्मक आवेश की ओर निर्देशित होती हैं (चित्र 2.2)।

चावल। 2.2

चित्र 2.3 यह भी दर्शाता है कि क्षेत्र रेखाओं का घनत्व मान के संकेतक के रूप में कार्य कर सकता है।

क्षेत्र रेखाओं का घनत्व ऐसा होना चाहिए कि तीव्रता सदिश के सामान्य इकाई क्षेत्र को ऐसी संख्या से पार किया जाए जो तीव्रता सदिश के मापांक के बराबर हो, अर्थात।

आवेश के आसपास के स्थान में जो कि स्रोत है, इस आवेश की मात्रा के सीधे समानुपाती होता है और इस आवेश से दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। स्वीकृत नियमों के अनुसार विद्युत क्षेत्र की दिशा हमेशा धनात्मक आवेश से ऋणात्मक आवेश की ओर होती है। इसका प्रतिनिधित्व इस तरह किया जा सकता है जैसे कि स्रोत के विद्युत क्षेत्र के अंतरिक्ष क्षेत्र में एक परीक्षण आवेश रखा गया हो और यह परीक्षण आवेश या तो प्रतिकर्षित करेगा या आकर्षित करेगा (आवेश के संकेत के आधार पर)। विद्युत क्षेत्र को ताकत की विशेषता है, जो एक वेक्टर मात्रा होने के कारण, लंबाई और दिशा वाले तीर के रूप में रेखांकन के रूप में प्रदर्शित किया जा सकता है। कहीं भी तीर की दिशा विद्युत क्षेत्र की ताकत की दिशा को इंगित करती है इ, या बस - क्षेत्र की दिशा, और तीर की लंबाई इस स्थान पर विद्युत क्षेत्र की ताकत के संख्यात्मक मान के समानुपाती होती है। अंतरिक्ष का क्षेत्रफल क्षेत्र के स्रोत से जितना दूर होता है (चार्ज .) क्यू), तीव्रता वेक्टर की लंबाई जितनी छोटी होगी। इसके अलावा, दूरी के साथ वेक्टर की लंबाई घट जाती है एनकिसी जगह से कई बार एन 2गुना, यानी वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती।

विद्युत क्षेत्र की वेक्टर प्रकृति के दृश्य प्रतिनिधित्व का एक अधिक उपयोगी साधन इस तरह की अवधारणा का उपयोग करना है, या बस - बल की रेखाएं। स्रोत चार्ज के आस-पास अंतरिक्ष में अनगिनत वेक्टर तीरों को चित्रित करने के बजाय, उन्हें लाइनों में संयोजित करने के लिए उपयोगी साबित हुआ, जहां वेक्टर स्वयं ऐसी रेखाओं पर बिंदुओं के स्पर्शरेखा होते हैं।

नतीजतन, विद्युत क्षेत्र के वेक्टर चित्र का सफलतापूर्वक प्रतिनिधित्व करने के लिए उपयोग किया जाता है विद्युत क्षेत्र रेखाएं, जो धनात्मक चिन्ह के आवेशों को छोड़ कर आवेशों में प्रवेश करता है नकारात्मक संकेत, और अंतरिक्ष में अनंत तक भी फैला हुआ है। यह प्रतिनिधित्व आपको मन से विद्युत क्षेत्र को देखने की अनुमति देता है जो मानव आंख के लिए अदृश्य है। हालाँकि, यह प्रतिनिधित्व के लिए भी सुविधाजनक है गुरुत्वाकर्षण बलऔर कोई अन्य संपर्क रहित लंबी दूरी की बातचीत।

विद्युत क्षेत्र रेखाओं के मॉडल में उनमें से एक अनंत संख्या शामिल है, लेकिन बहुत अधिक क्षेत्र रेखाओं की छवि का घनत्व क्षेत्र पैटर्न को पढ़ने की क्षमता को कम कर देता है, इसलिए उनकी संख्या पठनीयता द्वारा सीमित होती है।

विद्युत क्षेत्र रेखाएँ खींचने के नियम

विद्युत विद्युत लाइनों के ऐसे मॉडलों को संकलित करने के लिए कई नियम हैं। इन सभी नियमों को विद्युत क्षेत्र की कल्पना (आरेखण) करते समय सबसे अधिक जानकारी प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक तरीका क्षेत्र रेखाओं को चित्रित करना है। सबसे आम तरीकों में से एक अधिक आवेशित वस्तुओं को घेरना है। बड़ी राशिरेखाएँ, अर्थात् रेखाओं का अधिक घनत्व। बड़े आवेश वाली वस्तुएँ प्रबल विद्युत क्षेत्र बनाती हैं और इसलिए उनके चारों ओर रेखाओं का घनत्व (घनत्व) अधिक होता है। स्रोत के आवेश के जितना निकट होगा, क्षेत्र रेखाओं का घनत्व उतना ही अधिक होगा और आवेश जितना अधिक होगा, उसके चारों ओर की रेखाएँ उतनी ही मोटी होंगी।

विद्युत क्षेत्र रेखाएँ खींचने के दूसरे नियम में भिन्न प्रकार की रेखाएँ खींचना शामिल है, जैसे कि वे जो बल की पहली रेखाओं को प्रतिच्छेद करती हैं। सीधा. इस प्रकार की रेखा कहलाती है समविभव रेखाएं, और वॉल्यूमेट्रिक प्रतिनिधित्व के मामले में, किसी को समविभव सतहों की बात करनी चाहिए। इस प्रकार की रेखा बंद आकृति बनाती है और ऐसी समविभव रेखा पर प्रत्येक बिंदु में होता है समान मूल्यक्षेत्र की क्षमता। जब कोई आवेशित कण ऐसे लंबवत को पार करता है बल की रेखाएंरेखाएँ (सतह), फिर वे आवेश द्वारा किए गए कार्य के बारे में बात करते हैं। यदि आवेश समविभव रेखाओं (सतह) के अनुदिश गति करता है, तो यद्यपि वह गति करता है, कोई कार्य नहीं होता है। में एक आवेशित कण बिजली क्षेत्रएक और चार्ज चलना शुरू हो जाता है, लेकिन स्थैतिक बिजली में केवल फिक्स्ड चार्ज ही माना जाता है। आवेशों के संचलन को कहते हैं विद्युत का झटका, जबकि चार्ज कैरियर द्वारा काम किया जा सकता है।

यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि विद्युत क्षेत्र रेखाएंप्रतिच्छेद न करें, और दूसरे प्रकार की रेखाएँ - समविभव, बंद छोरों का निर्माण करें। जिस स्थान पर दो प्रकार की रेखाओं का प्रतिच्छेदन होता है, उस स्थान पर इन रेखाओं की स्पर्श रेखाएँ परस्पर लंबवत होती हैं। इस प्रकार, एक घुमावदार समन्वय ग्रिड, या एक जाली जैसा कुछ प्राप्त होता है, जिसकी कोशिकाएँ, साथ ही साथ रेखाओं के प्रतिच्छेदन बिंदु विभिन्न प्रकारविद्युत क्षेत्र की विशेषताएँ।

धराशायी रेखाएँ समविभव हैं। तीर वाली रेखाएँ - विद्युत क्षेत्र रेखाएँ

दो या दो से अधिक आवेशों से युक्त विद्युत क्षेत्र

एकान्त व्यक्तिगत शुल्क के लिए विद्युत क्षेत्र रेखाएंप्रतिनिधित्व करना रेडियल किरणेंआवेशों से निकलकर अनंत तक जा रहा है। दो या दो से अधिक आवेशों के लिए क्षेत्र रेखाओं का विन्यास क्या होगा? इस तरह के एक पैटर्न को करने के लिए, यह याद रखना चाहिए कि हम एक वेक्टर क्षेत्र के साथ काम कर रहे हैं, यानी विद्युत क्षेत्र की ताकत वाले वैक्टर के साथ। क्षेत्र पैटर्न को चित्रित करने के लिए, हमें दो या दो से अधिक आवेशों से तीव्रता वाले सदिशों को जोड़ने की आवश्यकता है। परिणामी वैक्टर कई शुल्कों के कुल क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करेंगे। इस मामले में बल की रेखाएं कैसे खींची जा सकती हैं? यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि क्षेत्र रेखा पर प्रत्येक बिंदु है एकमात्र बिंदुविद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर के साथ संपर्क करें। यह ज्यामिति में एक स्पर्शरेखा की परिभाषा का अनुसरण करता है। यदि प्रत्येक वेक्टर की शुरुआत से हम लंबी रेखाओं के रूप में एक लंबवत का निर्माण करते हैं, तो ऐसी कई रेखाओं का परस्पर प्रतिच्छेदन बल की बहुत वांछित रेखा को दर्शाएगा।

बल की रेखाओं के अधिक सटीक गणितीय बीजगणितीय प्रतिनिधित्व के लिए, बल की रेखाओं के समीकरणों की रचना करना आवश्यक है, और इस मामले में वैक्टर पहले डेरिवेटिव का प्रतिनिधित्व करेंगे, पहले क्रम की रेखाएं, जो स्पर्शरेखा हैं। ऐसा कार्य कभी-कभी अत्यंत जटिल होता है और इसके लिए कंप्यूटर गणना की आवश्यकता होती है।

सबसे पहले, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि कई आवेशों से विद्युत क्षेत्र को प्रत्येक आवेश स्रोत से तीव्रता वाले वैक्टर के योग द्वारा दर्शाया जाता है। इस बुनियादविद्युत क्षेत्र की कल्पना करने के लिए क्षेत्र रेखाओं का निर्माण करना।

विद्युत क्षेत्र में पेश किया गया प्रत्येक आवेश क्षेत्र रेखाओं के पैटर्न में, भले ही महत्वहीन हो, परिवर्तन की ओर ले जाता है। ऐसे चित्र कभी-कभी बहुत आकर्षक होते हैं।

मन को वास्तविकता देखने में मदद करने के तरीके के रूप में विद्युत क्षेत्र रेखाएं

विद्युत क्षेत्र की अवधारणा तब उत्पन्न हुई जब वैज्ञानिकों ने आवेशित वस्तुओं के बीच होने वाली लंबी दूरी की क्रिया को समझाने की कोशिश की। विद्युत क्षेत्र की अवधारणा पहली बार 19वीं शताब्दी के भौतिक विज्ञानी माइकल फैराडे द्वारा पेश की गई थी। यह माइकल फैराडे की धारणा का परिणाम था अदृश्य वास्तविकतालंबी दूरी की कार्रवाई को दर्शाने वाली बल की रेखाओं के चित्र के रूप में। फैराडे ने एक आरोप के दायरे में नहीं सोचा, बल्कि आगे बढ़कर मन की सीमाओं का विस्तार किया। उन्होंने सुझाव दिया कि एक आवेशित वस्तु (या गुरुत्वाकर्षण के मामले में द्रव्यमान) अंतरिक्ष को प्रभावित करती है और इस तरह के प्रभाव के क्षेत्र की अवधारणा पेश की। ऐसे क्षेत्रों को ध्यान में रखते हुए, वह आरोपों के व्यवहार की व्याख्या करने में सक्षम था और इस तरह बिजली के कई रहस्यों को उजागर किया।

अदिश और सदिश क्षेत्र हैं (हमारे मामले में, सदिश क्षेत्र विद्युत होगा)। तदनुसार, वे निर्देशांक के अदिश या सदिश कार्यों के साथ-साथ समय के आधार पर तैयार किए जाते हैं।

अदिश क्षेत्र को रूप के एक फलन द्वारा वर्णित किया जाता है। ऐसे क्षेत्रों को समान स्तर की सतहों का उपयोग करके देखा जा सकता है: (x, y, z) = c, c = const.

आइए हम एक सदिश को परिभाषित करें जो फलन की अधिकतम वृद्धि की ओर निर्देशित है।

इस वेक्टर का निरपेक्ष मान फ़ंक्शन के परिवर्तन की दर निर्धारित करता है।

जाहिर है, एक अदिश क्षेत्र एक सदिश क्षेत्र उत्पन्न करता है।

ऐसे विद्युत क्षेत्र को विभव कहते हैं, और फलन को विभव कहते हैं। समान स्तर की सतहों को समविभव पृष्ठ कहा जाता है। उदाहरण के लिए, एक विद्युत क्षेत्र पर विचार करें।

क्षेत्रों के दृश्य प्रदर्शन के लिए, तथाकथित विद्युत क्षेत्र रेखाएं बनाई जाती हैं। इन्हें सदिश रेखाएँ भी कहते हैं। ये वे रेखाएँ हैं जिनकी किसी बिंदु पर स्पर्श रेखा विद्युत क्षेत्र की दिशा को इंगित करती है। इकाई सतह से गुजरने वाली रेखाओं की संख्या वेक्टर के निरपेक्ष मान के समानुपाती होती है।

आइए हम किसी रेखा l के अनुदिश सदिश अवकलन की संकल्पना का परिचय दें। यह वेक्टर स्पर्शरेखा से रेखा l की ओर निर्देशित होता है और dl के अंतर के निरपेक्ष मान के बराबर होता है।

मान लीजिए कि कुछ विद्युत क्षेत्र दिया गया है, जिसे बल की क्षेत्र रेखाओं के रूप में दर्शाया जाना चाहिए। दूसरे शब्दों में, आइए वेक्टर के स्ट्रेचिंग (संपीड़न) k के गुणांक को परिभाषित करें ताकि यह अंतर के साथ मेल खाता हो। डिफरेंशियल और वेक्टर के घटकों की बराबरी करते हुए, हम समीकरणों की एक प्रणाली प्राप्त करते हैं। एकीकरण के बाद बल रेखाओं के समीकरण का निर्माण संभव है।

वेक्टर विश्लेषण में, ऐसे ऑपरेशन होते हैं जो जानकारी देते हैं कि किसी विशेष मामले में कौन सी विद्युत क्षेत्र रेखाएं मौजूद हैं। आइए हम सतह एस पर "वेक्टर प्रवाह" की अवधारणा का परिचय दें। प्रवाह की औपचारिक परिभाषा में निम्नलिखित रूप हैं: मात्रा को सामान्य अंतर के उत्पाद के रूप में माना जाता है जो सतह के सामान्य के इकाई वेक्टर द्वारा होता है। . यूनिट वेक्टर को चुना जाता है ताकि यह सतह के बाहरी सामान्य को परिभाषित करे।

एक क्षेत्र प्रवाह और एक पदार्थ प्रवाह की अवधारणा के बीच एक सादृश्य बनाना संभव है: एक पदार्थ प्रति इकाई समय एक सतह से गुजरता है, जो बदले में क्षेत्र प्रवाह की दिशा के लंबवत होता है। यदि बल की रेखाएँ सतह S से बाहर जाती हैं, तो प्रवाह धनात्मक होता है, और यदि वे बाहर नहीं जाते हैं, तो यह ऋणात्मक होता है। सामान्य तौर पर, प्रवाह का अनुमान सतह से निकलने वाली बल की रेखाओं की संख्या से लगाया जा सकता है। दूसरी ओर, फ्लक्स का परिमाण सतह तत्व को भेदने वाली क्षेत्र रेखाओं की संख्या के समानुपाती होता है।

वेक्टर फ़ंक्शन के विचलन की गणना उस बिंदु पर की जाती है जिसका बैंड वॉल्यूम V है। S आयतन V को कवर करने वाली सतह है। विचलन ऑपरेशन इसमें क्षेत्र स्रोतों की उपस्थिति के लिए अंतरिक्ष में बिंदुओं को चिह्नित करना संभव बनाता है। जब सतह S को बिंदु P तक संकुचित किया जाता है, तो सतह को भेदने वाली विद्युत क्षेत्र रेखाएँ समान मात्रा में रहेंगी। यदि अंतरिक्ष में एक बिंदु क्षेत्र (रिसाव या सिंक) का स्रोत नहीं है, तो जब सतह को इस बिंदु तक संकुचित किया जाता है, तो एक निश्चित क्षण से शुरू होने वाली बल की रेखाओं का योग शून्य के बराबर होता है (की संख्या सतह S में प्रवेश करने वाली रेखाएँ इस सतह से निकलने वाली रेखाओं की संख्या के बराबर होती हैं)।

रोटर ऑपरेशन की परिभाषा में बंद लूप इंटीग्रल एल को लूप एल के साथ बिजली का संचलन कहा जाता है। रोटर ऑपरेशन अंतरिक्ष में एक बिंदु पर क्षेत्र की विशेषता है। रोटर की दिशा किसी दिए गए बिंदु के चारों ओर बंद क्षेत्र प्रवाह की परिमाण को निर्धारित करती है (रोटर क्षेत्र भंवर की विशेषता है) और इसकी दिशा। रोटर की परिभाषा के आधार पर, सरल परिवर्तनों द्वारा, कार्टेशियन समन्वय प्रणाली में विद्युत वेक्टर के अनुमानों की गणना करना संभव है, साथ ही विद्युत क्षेत्र रेखाएं भी।

इलेक्ट्रोस्टैटिक फील्ड

इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र परीक्षण प्रभारक्यू0

तनाव

, (4)

, . (5)

बल की रेखाएं

इलेक्ट्रोस्टैटिक फील्ड की ताकतों का काम। क्षमता

एक विद्युत क्षेत्र, एक गुरुत्वाकर्षण की तरह, संभावित है। वे। इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों द्वारा किया गया कार्य इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि चार्ज q को विद्युत क्षेत्र में बिंदु 1 से बिंदु 2 तक किस मार्ग पर ले जाया जाता है। यह कार्य संभावित ऊर्जाओं के अंतर के बराबर है जो कि स्थानांतरित चार्ज के प्रारंभिक और अंतिम बिंदुओं पर है। मैदान:

ए 1,2 \u003d डब्ल्यू 1 - डब्ल्यू 2। (7)

यह दिखाया जा सकता है कि एक आवेश q की स्थितिज ऊर्जा इस आवेश के परिमाण के समानुपाती होती है। इसलिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ऊर्जा विशेषता के रूप में, क्षेत्र के किसी भी बिंदु पर रखे गए परीक्षण चार्ज q 0 की संभावित ऊर्जा का अनुपात इस चार्ज के मूल्य के लिए उपयोग किया जाता है:

यह मान धनात्मक आवेश की प्रति इकाई स्थितिज ऊर्जा की मात्रा है और कहलाता है क्षेत्र क्षमता किसी दिए गए बिंदु पर। [φ] = जे / सी = वी (वोल्ट)।

यदि हम यह मान लें कि जब आवेश q 0 को अनंत (r → ) तक हटा दिया जाता है, तो आवेश q के क्षेत्र में इसकी स्थितिज ऊर्जा लुप्त हो जाती है, तो इससे r दूरी पर स्थित बिंदु आवेश q के क्षेत्र का विभव:

. (9)

यदि क्षेत्र बिंदु आवेशों की एक प्रणाली द्वारा बनाया गया है, तो परिणामी क्षेत्र की क्षमता बीजगणितीय (संकेतों सहित) उनमें से प्रत्येक की क्षमता के योग के बराबर है:

. (10)

क्षमता (8) और अभिव्यक्ति (7) की परिभाषा से, इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ताकतों द्वारा चार्ज को स्थानांतरित करने के लिए किया गया कार्य

बिंदु 1 से बिंदु 2 को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

गैसों में विद्युत धारा

गैर-स्व गैस निर्वहन

बहुत अधिक तापमान पर और वायुमंडलीय के करीब दबाव में गैसें अच्छे इन्सुलेटर नहीं होती हैं। अगर सूखे में रखा जाता है वायुमंडलीय हवा, एक चार्ज इलेक्ट्रोमीटर, तो इसका चार्ज लंबे समय तक अपरिवर्तित रहता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि सामान्य परिस्थितियों में गैसों में तटस्थ परमाणु और अणु होते हैं और इनमें मुक्त शुल्क (इलेक्ट्रॉन और आयन) नहीं होते हैं। कोई गैस तभी विद्युत की सुचालक बनती है जब उसके कुछ अणु आयनित हो जाते हैं। आयनीकरण के लिए, गैस को किसी प्रकार के आयनकार के संपर्क में आना चाहिए: उदाहरण के लिए, एक विद्युत निर्वहन, एक्स-रे, विकिरण या यूवी विकिरण, मोमबत्ती की लौ, आदि। (बाद के मामले में, गैस की विद्युत चालकता हीटिंग के कारण होती है)।

जब गैसों को आयनित किया जाता है, तो वे बाहरी से बच जाती हैं इलेक्ट्रॉन कवचएक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों का एक परमाणु या अणु, जिसके परिणामस्वरूप मुक्त इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का निर्माण होता है। इलेक्ट्रॉन तटस्थ अणुओं और परमाणुओं से जुड़ सकते हैं, उन्हें नकारात्मक आयनों में बदल सकते हैं। इसलिए, एक आयनित गैस में सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। इ गैसों में विद्युत धारा को गैस डिस्चार्ज कहा जाता है। इस प्रकार, गैसों में करंट संकेतों और इलेक्ट्रॉनों दोनों के आयनों द्वारा निर्मित होता है। इस तरह के तंत्र के साथ गैस का निर्वहन पदार्थ के हस्तांतरण के साथ होगा, अर्थात। आयनित गैसें दूसरी तरह की चालक होती हैं।

एक अणु या परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए, एक निश्चित कार्य करना आवश्यक है A और, अर्थात। कुछ ऊर्जा खर्च करें। इस ऊर्जा को कहा जाता है आयनीकरण ऊर्जा , परमाणुओं के लिए जिसका मूल्य विभिन्न पदार्थ 4-25 ईवी के भीतर झूठ। मात्रात्मक रूप से, आयनीकरण प्रक्रिया को आमतौर पर एक मात्रा की विशेषता होती है जिसे कहा जाता है आयनीकरण क्षमता :

इसके साथ ही गैस में आयनीकरण की प्रक्रिया के साथ, हमेशा एक विपरीत प्रक्रिया होती है - पुनर्संयोजन की प्रक्रिया: सकारात्मक और नकारात्मक आयन या सकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन, मिलते हैं, एक दूसरे के साथ मिलकर तटस्थ परमाणु और अणु बनाते हैं। आयनकार की क्रिया के तहत जितने अधिक आयन दिखाई देते हैं, पुनर्संयोजन प्रक्रिया उतनी ही तीव्र होती है।

कड़ाई से बोलते हुए, गैस की विद्युत चालकता कभी भी शून्य के बराबर नहीं होती है, क्योंकि इसमें हमेशा पृथ्वी की सतह पर मौजूद रेडियोधर्मी पदार्थों से विकिरण की क्रिया के साथ-साथ ब्रह्मांडीय विकिरण से उत्पन्न होने वाले मुक्त शुल्क होते हैं। इन कारकों की कार्रवाई के तहत आयनीकरण की तीव्रता कम है। हवा की यह मामूली विद्युत चालकता विद्युतीकृत निकायों के आवेशों के रिसाव का कारण है, भले ही वे अच्छी तरह से अछूता हो।

गैस डिस्चार्ज की प्रकृति गैस की संरचना, उसके तापमान और दबाव, आयाम, विन्यास और इलेक्ट्रोड की सामग्री, साथ ही लागू वोल्टेज और वर्तमान घनत्व से निर्धारित होती है।

आइए हम एक गैस गैप (चित्र) वाले सर्किट पर विचार करें, जो एक आयनाइज़र की निरंतर, निरंतर तीव्रता की क्रिया के अधीन है। आयनकार की क्रिया के परिणामस्वरूप, गैस कुछ विद्युत चालकता प्राप्त कर लेती है और परिपथ में धारा प्रवाहित हो जाएगी। चित्रा दो ionizers के लिए वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं (लागू वोल्टेज पर वर्तमान की निर्भरता) को दर्शाता है। प्रदर्शन
(1 सेकंड में गैस गैप में आयोनाइजर द्वारा उत्पादित आयनों के जोड़े की संख्या) दूसरे आयोनाइजर के पहले की तुलना में अधिक है। हम मान लेंगे कि आयनकार का प्रदर्शन स्थिर है और n 0 के बराबर है। बहुत कम दबाव पर, लगभग सभी विभाजित इलेक्ट्रॉनों को तटस्थ अणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, जिससे नकारात्मक चार्ज आयन बनते हैं। पुनर्संयोजन को ध्यान में रखते हुए, हम मानते हैं कि दोनों संकेतों के आयनों की सांद्रता समान और n के बराबर है। एक विद्युत क्षेत्र में विभिन्न चिन्हों के आयनों का औसत अपवाह वेग भिन्न होता है: b - और b + गैस आयनों की गतिशीलता हैं। अब क्षेत्र I के लिए, (5) को ध्यान में रखते हुए, हम लिख सकते हैं:

जैसा कि देखा जा सकता है, क्षेत्र I में, बढ़ते वोल्टेज के साथ, धारा बढ़ जाती है, क्योंकि बहाव वेग बढ़ जाता है। जैसे-जैसे गति बढ़ती है, पुनर्संयोजन वाले आयनों के जोड़े की संख्या घटती जाती है।

क्षेत्र II - संतृप्ति वर्तमान क्षेत्र - आयनकार द्वारा बनाए गए सभी आयन पुनर्संयोजन के समय के बिना इलेक्ट्रोड तक पहुंच जाते हैं। संतृप्ति वर्तमान घनत्व

जे एन = क्यू एन 0 डी, (28)

जहां d गैस गैप की चौड़ाई (इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी) है। जैसा कि (28) से देखा जा सकता है, संतृप्ति धारा, आयोनाइजर के आयनीकरण प्रभाव का एक माप है।

यू पी पी (क्षेत्र III) से अधिक वोल्टेज पर, इलेक्ट्रॉनों की गति इस तरह के मूल्य तक पहुंच जाती है कि, तटस्थ अणुओं से टकराने पर, वे प्रभाव आयनीकरण का कारण बन सकते हैं। परिणामस्वरूप, अतिरिक्त A 0 जोड़े आयन बनते हैं। मान A को गैस प्रवर्धन कारक कहा जाता है . क्षेत्र III में, यह गुणांक n 0 पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि U पर निर्भर करता है। इस प्रकार। स्थिर यू पर इलेक्ट्रोड तक पहुंचने वाला चार्ज आयनाइज़र - एन 0 और वोल्टेज यू के प्रदर्शन के सीधे आनुपातिक होता है। इस कारण से, क्षेत्र III को आनुपातिक क्षेत्र कहा जाता है। यू पीआर - आनुपातिकता सीमा। गैस प्रवर्धन कारक A का मान 1 से 10 4 तक है।

क्षेत्र IV में, आंशिक आनुपातिकता के क्षेत्र में, गैस लाभ n 0 पर निर्भर होने लगता है। यह निर्भरता U बढ़ने के साथ बढ़ती है। करंट तेजी से बढ़ता है।

वोल्टेज रेंज 0 यू जी में, गैस में करंट तभी मौजूद होता है जब आयोनाइजर काम कर रहा हो। यदि आयोनाइजर की क्रिया रोक दी जाए तो डिस्चार्ज भी रुक जाता है। केवल बाहरी आयनकारकों की कार्रवाई के तहत मौजूद निर्वहन को गैर-स्व-स्थायी कहा जाता है।

वोल्टेज यू जी क्षेत्र की दहलीज है, गीजर क्षेत्र, जो उस स्थिति से मेल खाती है जब आयनाइज़र बंद होने के बाद भी गैस अंतराल में प्रक्रिया गायब नहीं होती है, यानी। निर्वहन एक स्वतंत्र निर्वहन के चरित्र को प्राप्त करता है। प्राथमिक आयन केवल गैस के निर्वहन की घटना को गति देते हैं। इस क्षेत्र में, मैं पहले से ही दोनों संकेतों के बड़े आयनों को आयनित करने की क्षमता हासिल कर चुका हूं। धारा का परिमाण n 0 पर निर्भर नहीं करता है।

क्षेत्र VI में, वोल्टेज इतना अधिक होता है कि एक बार होने के बाद डिस्चार्ज नहीं रुकता - निरंतर निर्वहन का क्षेत्र।

स्वतंत्र गैस निर्वहन और इसके प्रकार

गैस में डिस्चार्ज, जो बाहरी आयनकार की क्रिया के समाप्त होने के बाद भी बना रहता है, स्वतंत्र कहलाता है।

आइए हम एक स्वतंत्र निर्वहन की घटना के लिए शर्तों पर विचार करें। उच्च वोल्टेज (क्षेत्र V-VI) पर, इलेक्ट्रॉन जो एक बाहरी आयनकार की क्रिया के तहत उत्पन्न होते हैं और एक विद्युत क्षेत्र द्वारा दृढ़ता से त्वरित होते हैं, तटस्थ गैस अणुओं से टकराते हैं और उन्हें आयनित करते हैं। नतीजतन, माध्यमिक इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक आयन बनते हैं। (चित्र 158 में प्रक्रिया 1)।धनात्मक आयन कैथोड की ओर तथा इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर गति करते हैं। द्वितीयक इलेक्ट्रॉन फिर से गैस के अणुओं को आयनित करते हैं, और, परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनों और आयनों की कुल संख्या में वृद्धि होगी क्योंकि इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन की तरह एनोड की ओर बढ़ते हैं। यह विद्युत धारा में वृद्धि का कारण है (चित्र देखें। क्षेत्र V)। वर्णित प्रक्रिया को प्रभाव आयनीकरण कहा जाता है।

हालांकि, इलेक्ट्रॉनों की क्रिया के तहत प्रभाव आयनीकरण बाहरी आयनकार को हटा दिए जाने पर निर्वहन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसके लिए यह आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन "पुन: उत्पन्न" करें, अर्थात, कुछ प्रक्रियाओं के प्रभाव में गैस में नए इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। ऐसी प्रक्रियाओं को योजनाबद्ध रूप से अंजीर में दिखाया गया है। 158: क्षेत्र द्वारा त्वरित धनात्मक आयन, कैथोड से टकराते हुए, इससे इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं (प्रक्रिया 2); सकारात्मक आयन, गैस के अणुओं से टकराते हुए, उन्हें एक उत्तेजित अवस्था में स्थानांतरित करते हैं, ऐसे अणुओं का सामान्य अवस्था में संक्रमण एक फोटॉन (प्रक्रिया 3) के उत्सर्जन के साथ होता है; एक तटस्थ अणु द्वारा अवशोषित एक फोटॉन इसे आयनित करता है, अणुओं के फोटॉन आयनीकरण की तथाकथित प्रक्रिया होती है (प्रक्रिया 4); फोटॉन की क्रिया के तहत कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालना (प्रक्रिया 5)।

अंत में, गैस गैप के इलेक्ट्रोड के बीच महत्वपूर्ण वोल्टेज पर, एक क्षण आता है जब सकारात्मक आयन, जिनका इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कम माध्य मुक्त पथ होता है, गैस अणुओं को आयनित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं (प्रक्रिया 6), और आयन हिमस्खलन नकारात्मक की ओर भागते हैं थाली जब, इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के अलावा, आयन हिमस्खलन भी होते हैं, तो वोल्टेज में वृद्धि के बिना करंट बढ़ता है (चित्र में क्षेत्र VI)।

वर्णित प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, गैस के आयतन में आयनों और इलेक्ट्रॉनों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ जाती है, और निर्वहन स्वतंत्र हो जाता है, अर्थात यह बाहरी आयनकार की क्रिया समाप्त होने के बाद भी बना रहता है। जिस वोल्टेज पर सेल्फ डिस्चार्ज होता है उसे ब्रेकडाउन वोल्टेज कहा जाता है। हवा के लिए, यह हर सेंटीमीटर की दूरी के लिए लगभग 30,000 वोल्ट है।

गैस के दबाव, इलेक्ट्रोड के विन्यास और बाहरी सर्किट के मापदंडों के आधार पर, हम चार प्रकार के स्वतंत्र निर्वहन की बात कर सकते हैं: चमक, चिंगारी, चाप और कोरोना।

1. सुलगनेवाला निर्वहन। निम्न दाब पर होता है। यदि 30 50 सेमी लंबी एक ग्लास ट्यूब में सोल्डर किए गए इलेक्ट्रोड पर कई सौ वोल्ट का एक निरंतर वोल्टेज लगाया जाता है, तो धीरे-धीरे ट्यूब से हवा को पंप किया जाता है, फिर 5.3 6.7 केपीए के दबाव में, एक निर्वहन के रूप में होता है कैथोड से एनोड तक जाने वाली एक चमकदार लाल रंग की घुमावदार रस्सी। दबाव में और कमी के साथ, कॉर्ड मोटा हो जाता है, और 13 Pa के दबाव में, डिस्चार्ज का रूप अंजीर में दिखाया गया है।

सीधे कैथोड से सटे एक पतली चमकदार परत 1 है - पहली कैथोड चमक, या एक कैथोड फिल्म, फिर एक अंधेरे परत 2 का अनुसरण करती है - एक कैथोड डार्क स्पेस, एक चमकदार परत 3 में आगे बढ़ते हुए - एक सुलगती चमक जिसमें एक तेज सीमा होती है कैथोड की तरफ, धीरे-धीरे एनोड की तरफ से गायब हो रहा है। यह सकारात्मक आयनों के साथ इलेक्ट्रॉनों के पुनर्संयोजन से उत्पन्न होता है। सुलगती चमक एक अंधेरे अंतराल 4 - फैराडे अंधेरे स्थान से घिरी हुई है, इसके बाद आयनित चमकदार गैस 5 का एक स्तंभ - एक सकारात्मक स्तंभ है। डिस्चार्ज को बनाए रखने में सकारात्मक कॉलम की कोई महत्वपूर्ण भूमिका नहीं है। उदाहरण के लिए, जैसे-जैसे ट्यूब के इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी कम होती जाती है, इसकी लंबाई कम होती जाती है, जबकि डिस्चार्ज के कैथोड भाग आकार और आकार में अपरिवर्तित रहते हैं। ग्लो डिस्चार्ज में, इसके रखरखाव के लिए इसके केवल दो हिस्से विशेष महत्व रखते हैं: कैथोड डार्क स्पेस और ग्लो ग्लो। कैथोड डार्क स्पेस में, इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का एक मजबूत त्वरण होता है, कैथोड (द्वितीयक उत्सर्जन) से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। हालांकि, सुलगने वाले क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों द्वारा गैस के अणुओं का प्रभाव आयनीकरण होता है। इस स्थिति में बनने वाले धनात्मक आयन कैथोड की ओर भागते हैं और उसमें से नए इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं, जो बदले में, गैस को फिर से आयनित करते हैं, आदि। इस तरह, एक चमक निर्वहन लगातार बना रहता है।

1.3 Pa के दबाव पर ट्यूब को और खाली करने से गैस की चमक कमजोर हो जाती है और ट्यूब की दीवारें चमकने लगती हैं। सकारात्मक आयनों द्वारा कैथोड से बाहर निकलने वाले इलेक्ट्रॉन शायद ही कभी इस तरह के दुर्लभता पर गैस के अणुओं से टकराते हैं और इसलिए, क्षेत्र द्वारा त्वरित, कांच से टकराकर, इसकी चमक, तथाकथित कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस का कारण बनते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को ऐतिहासिक रूप से कैथोड किरणें कहा जाता है।

प्रौद्योगिकी में ग्लो डिस्चार्ज का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। चूंकि धनात्मक स्तंभ की चमक में प्रत्येक गैस की एक रंग विशेषता होती है, इसलिए इसका उपयोग चमकदार शिलालेखों और विज्ञापनों के लिए गैस-प्रकाश ट्यूबों में किया जाता है (उदाहरण के लिए, नियॉन डिस्चार्ज ट्यूब एक लाल चमक, आर्गन ट्यूब - नीला-हरा) देती हैं। फ्लोरोसेंट लैंप में, जो गरमागरम लैंप की तुलना में अधिक किफायती होते हैं, पारा वाष्प में होने वाले ग्लो डिस्चार्ज विकिरण को ट्यूब की आंतरिक सतह पर जमा एक फ्लोरोसेंट पदार्थ (फॉस्फोर) द्वारा अवशोषित किया जाता है, जो अवशोषित विकिरण के प्रभाव में चमकने लगता है। फॉस्फोरस के उपयुक्त चयन के साथ ल्यूमिनेसेंस स्पेक्ट्रम सौर विकिरण के स्पेक्ट्रम के करीब है। धातुओं के कैथोड निक्षेपण के लिए ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग किया जाता है। सकारात्मक आयनों के साथ बमबारी के कारण चमक के निर्वहन में कैथोड पदार्थ, अत्यधिक गर्म होने पर वाष्प अवस्था में चला जाता है। विभिन्न वस्तुओं को कैथोड के पास रखकर, उन्हें धातु की एक समान परत से ढका जा सकता है।

2. स्पार्क डिस्चार्ज। वायुमंडलीय दबाव में गैस में उच्च विद्युत क्षेत्र शक्ति (≈ 3·10 6 V/m) पर होता है। चिंगारी में एक चमकीले चमकदार पतले चैनल का आभास होता है, जो जटिल तरीके से घुमावदार और शाखित होता है।

स्पार्क डिस्चार्ज की व्याख्या स्ट्रीमर सिद्धांत के आधार पर दी गई है, जिसके अनुसार एक चमकदार चमकदार स्पार्क चैनल की उपस्थिति आयनित गैस के कमजोर चमकदार संचय की उपस्थिति से पहले होती है। इन समूहों को स्ट्रीमर कहा जाता है। स्ट्रीमर न केवल प्रभाव आयनीकरण के माध्यम से इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के गठन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं, बल्कि गैस के फोटॉन आयनीकरण के परिणामस्वरूप भी होते हैं। हिमस्खलन, एक दूसरे का पीछा करते हुए, स्ट्रीमर्स के पुल का निर्माण करते हैं, जिसके साथ, अगले क्षणों में, इलेक्ट्रॉनों का शक्तिशाली प्रवाह होता है, जिससे स्पार्क डिस्चार्ज चैनल बनते हैं। माना प्रक्रियाओं के दौरान बड़ी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के कारण, स्पार्क गैप में गैस को बहुत अधिक तापमान (लगभग 10 4 K) तक गर्म किया जाता है, जिससे इसकी चमक बढ़ जाती है। गैस के तेजी से गर्म होने से दबाव और शॉक वेव्स में वृद्धि होती है, जो स्पार्क डिस्चार्ज के ध्वनि प्रभावों की व्याख्या करता है - बिजली के मामले में कमजोर डिस्चार्ज और शक्तिशाली गड़गड़ाहट में विशेषता क्रैकिंग, जो एक शक्तिशाली स्पार्क डिस्चार्ज का एक उदाहरण है। एक गरज और पृथ्वी के बीच या दो गरज के बीच।

स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग आंतरिक दहन इंजनों में दहनशील मिश्रण को प्रज्वलित करने और विद्युत संचरण लाइनों को सर्ज (स्पार्क गैप) से बचाने के लिए किया जाता है। डिस्चार्ज गैप की एक छोटी लंबाई के साथ, स्पार्क डिस्चार्ज धातु की सतह के विनाश (क्षरण) का कारण बनता है; इसलिए, इसका उपयोग धातुओं के इलेक्ट्रोस्पार्क सटीक मशीनिंग (काटने, ड्रिलिंग) के लिए किया जाता है। इसका उपयोग वर्णक्रमीय विश्लेषण में आवेशित कणों (स्पार्क काउंटर) को पंजीकृत करने के लिए किया जाता है।

3. चाप निर्वहन। यदि, एक शक्तिशाली स्रोत से स्पार्क डिस्चार्ज के प्रज्वलन के बाद, इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी धीरे-धीरे कम हो जाती है, तो डिस्चार्ज निरंतर हो जाता है - एक आर्क डिस्चार्ज होता है। इस मामले में, वर्तमान ताकत तेजी से बढ़ जाती है, सैकड़ों एम्पीयर तक पहुंच जाती है, और डिस्चार्ज गैप के पार वोल्टेज कई दसियों वोल्ट तक गिर जाता है। स्पार्क स्टेज को दरकिनार करते हुए कम वोल्टेज स्रोत से आर्क डिस्चार्ज प्राप्त किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रोड (उदाहरण के लिए, कार्बन वाले) को एक साथ लाया जाता है जब तक कि वे स्पर्श नहीं करते हैं, वे विद्युत प्रवाह के साथ बहुत गर्म होते हैं, फिर उन्हें काट दिया जाता है और प्राप्त किया जाता है इलेक्ट्रिक आर्क(इस तरह रूसी वैज्ञानिक वी.वी. पेट्रोव ने इसकी खोज की थी)। वायुमंडलीय दबाव पर, कैथोड का तापमान लगभग 3900 K के बराबर होता है। जैसे ही चाप जलता है, कार्बन कैथोड तेज होता है, और एनोड पर एक अवसाद बनता है - एक गड्ढा, जो चाप का सबसे गर्म बिंदु है।

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, तीव्र ऊष्मीय उत्सर्जन के कारण कैथोड के उच्च तापमान के साथ-साथ गैस के उच्च तापमान के कारण अणुओं के थर्मल आयनीकरण के कारण चाप निर्वहन बनाए रखा जाता है।

आर्क डिस्चार्ज का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थाधातुओं को वेल्डिंग और काटने के लिए, उच्च गुणवत्ता वाले स्टील्स (आर्क फर्नेस), प्रकाश व्यवस्था (स्पॉटलाइट्स, प्रोजेक्शन उपकरण) प्राप्त करना। क्वार्ट्ज सिलेंडरों में पारा इलेक्ट्रोड के साथ आर्क लैंप का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जहां हवा को पंप करने पर पारा वाष्प में एक चाप निर्वहन होता है। पारा वाष्प में उत्पन्न चाप पराबैंगनी विकिरण का एक शक्तिशाली स्रोत है और दवा में प्रयोग किया जाता है (उदाहरण के लिए, क्वार्ट्ज लैंप) चाप का निर्वहन कम दबावपारा वाष्प में प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए पारा रेक्टिफायर में उपयोग किया जाता है।

4. कोरोना डिस्चार्ज - उच्च वोल्टेज विद्युत निर्वहन जो एक अमानवीय क्षेत्र में उच्च (उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय) दबाव में होता है (उदाहरण के लिए, सतह के बड़े वक्रता वाले इलेक्ट्रोड के पास, सुई इलेक्ट्रोड की नोक)। जब टिप के पास क्षेत्र की ताकत 30 kV/cm तक पहुंच जाती है, तो उसके चारों ओर एक कोरोना जैसी चमक दिखाई देती है, यही कारण है कि इस प्रकार के निर्वहन का नाम है।

कोरोना इलेक्ट्रोड के संकेत के आधार पर, एक नकारात्मक या सकारात्मक कोरोना को प्रतिष्ठित किया जाता है। एक नकारात्मक कोरोना के मामले में, इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन जो गैस के अणुओं के आयनीकरण को प्रभावित करता है, सकारात्मक आयनों की कार्रवाई के तहत कैथोड से उनके उत्सर्जन के कारण होता है, सकारात्मक कोरोना के मामले में, एनोड के पास गैस आयनीकरण के कारण होता है। में विवोकोरोना जहाजों या पेड़ों के मस्तूलों के शीर्ष पर वायुमंडलीय बिजली के प्रभाव में होता है (बिजली की छड़ की क्रिया इस पर आधारित होती है)। इस घटना को प्राचीन काल में सेंट एल्मो की आग कहा जाता था। हाई-वोल्टेज बिजली लाइनों के तारों के आसपास कोरोना का हानिकारक प्रभाव लीकेज करंट की घटना है। इन्हें कम करने के लिए हाई-वोल्टेज लाइनों के तारों को मोटा बनाया जाता है। कोरोना डिस्चार्ज, असंतत होने के कारण, रेडियो हस्तक्षेप का स्रोत भी बन जाता है।

सफाई के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स में कोरोना डिस्चार्ज का उपयोग किया जाता है औद्योगिक गैसेंअशुद्धियों से। शुद्ध की जाने वाली गैस एक ऊर्ध्वाधर सिलेंडर में नीचे से ऊपर की ओर चलती है, जिसकी धुरी के साथ एक कोरोना तार स्थित होता है। में मौजूद आयन बड़ी संख्या मेंकोरोना के बाहरी भाग में अशुद्धियाँ कणों पर जम जाती हैं और क्षेत्र द्वारा बाहरी गैर-कोरोना इलेक्ट्रोड में ले जाकर उस पर जम जाती हैं। कोरोना डिस्चार्ज का उपयोग पाउडर और पेंट कोटिंग के आवेदन में भी किया जाता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक फील्ड

विद्युत क्षेत्र की विद्युत लाइनें

आधुनिक भौतिकी की अवधारणाओं के अनुसार, एक आवेश का दूसरे पर प्रभाव किसके द्वारा प्रेषित होता है इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र - एक विशेष अंतहीन विस्तारित भौतिक वातावरण जो प्रत्येक आवेशित शरीर अपने चारों ओर बनाता है। मानव इंद्रियों द्वारा इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों का पता नहीं लगाया जा सकता है। हालाँकि, किसी क्षेत्र में रखा गया आवेश इस आवेश के परिमाण के सीधे आनुपातिक बल से प्रभावित होता है। इसलिये बल की दिशा चार्ज के संकेत पर निर्भर करती है, तथाकथित का उपयोग करने के लिए सहमति व्यक्त की गई थी परीक्षण प्रभारक्यू0. यह एक धनात्मक, बिंदु आवेश है, जिसे विद्युत क्षेत्र में हमारे लिए रुचि के बिंदु पर रखा गया है। तदनुसार, यह सलाह दी जाती है कि बल के अनुपात को परीक्षण आवेश q 0 के मान के रूप में क्षेत्र की बल विशेषता के रूप में उपयोग किया जाए:

क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु के लिए यह स्थिरांक एक सदिश राशि है ताकत के बराबरएक इकाई धनात्मक आवेश पर कार्य करना कहलाता है तनाव . एक बिंदु आवेश q के क्षेत्र के लिए इससे r दूरी पर:

, (4)

सदिश की दिशा परीक्षण आवेश पर लगने वाले बल की दिशा से मेल खाती है। [ई] = एन / सी या वी / एम।

एक ढांकता हुआ माध्यम में, आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का बल और इसलिए क्षेत्र की ताकत ε गुना कम हो जाती है:

, . (5)

जब कई इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र एक-दूसरे पर आरोपित होते हैं, तो परिणामी ताकत प्रत्येक क्षेत्र (सुपरपोजिशन सिद्धांत) की ताकत के वेक्टर योग के रूप में निर्धारित की जाती है:

ग्राफिक रूप से, अंतरिक्ष में विद्युत क्षेत्र के वितरण का उपयोग करके दर्शाया गया है बल की रेखाएं . ये रेखाएँ इस प्रकार खींची जाती हैं कि किसी भी बिंदु पर उन पर स्पर्श रेखाएँ संपाती हों। इसका अर्थ यह है कि आवेश पर कार्य करने वाले बल का सदिश और इसलिए इसके त्वरण का सदिश भी बल की रेखाओं की स्पर्शरेखाओं पर स्थित होता है, जो कभी और कहीं भी प्रतिच्छेद नहीं करती हैं। स्थिरवैद्युत क्षेत्र की बल रेखाओं को बंद नहीं किया जा सकता है। वे धनात्मक से प्रारंभ करते हैं और ऋणात्मक आवेशों पर समाप्त होते हैं या अनंत तक जाते हैं।