चालक स्थिरवैद्युतिकी

Electrostatics of conductor

चालक स्थिरवैद्युतिकी (इलेक्ट्रोस्टैटिक्स),स्थिर अवस्था में विद्युत आवेशों का अध्ययन है। चालक (कंडक्टर) वे सामग्रियां हैं, जो इलेक्ट्रॉनों को एक कण से दूसरे कण में स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होने देती हैं। इसका तात्पर्य यह है कि जब किसी चालक को आवेशित किया जाता है, तो आवेश पूरे चालक में घूमने के लिए तब तक स्वतंत्र हो जाते हैं, जब तक कि वे (आवेश संकाय) समान रूप से वितरित न हो जाएं।

मूल सिद्धांत

चालकों का स्थिरवैद्युतिकी निम्नलिखित सिद्धांतों द्वारा नियंत्रित होता है:

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  किसी धातु वस्तु के निकट विद्युत आवेश के कारण धातु में गतिशील आवेश अलग हो जाते हैं। यदि बाह्य आवेश धनात्मक है जैसा कि दिखाया गया है, तो ऋणात्मक आवेश (नीला) आकर्षित होते हैं और बाहरी आवेश के सामने वाली वस्तु की सतह पर चले जाते हैं, धनात्मक आवेश (लाल) विकर्षित हो जाते हैं और दूर की ओर स्थित वस्तु की सतह पर चले जाते हैं। यह चार्ज पृथक्करण तुरंत एक संतुलन तक पहुंच जाता है और तब रुक जाता है जब प्रेरित सतह चार्ज बिल्कुल सही आकार और आकार के होते हैं, इसलिए उनका विरोधी विद्युत क्षेत्र धातु के आंतरिक भाग में बाहरी विद्युत क्षेत्र को रद्द कर देता है। इसलिए इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र रेखाएं प्रवाहकीय वस्तुओं में प्रवेश नहीं कर सकतीं; वे हमेशा सतह पर प्रेरित आवेशों पर समाप्त होते हैं, और एक प्रवाहकीय वस्तु का आंतरिक भाग एक स्थिर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता पर होता है। चित्र यह भी दर्शाता है कि धातु की सतह पर विद्युत क्षेत्र रेखाएं तेज कोनों को छोड़कर हमेशा सतह पर सामान्य (लंबवत) होती हैं, और प्रेरित चार्ज तेज किनारों और बिंदुओं पर एकत्रित होता है
  किसी चालक के अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य होता है।
• ऐसा इसलिए है क्योंकि चालक में मुक्त इलेक्ट्रॉन इस तरह से चलायमान होते हैं कि विद्युत क्षेत्र निरस्त हो जाता है।
• किसी चालक की सतह एक समविभव सतह होती है। इसका तात्पर्य यह है कि चालक की सतह पर सभी बिंदुओं की क्षमता समान है।

किसी चालक पर आवेश उसकी सतह पर रहता है। इसका कारण यह है कि चालक में मुक्त इलेक्ट्रॉन चालक की सतह की ओर आकर्षित होते हैं, जहां वे चालक के विद्युत क्षेत्र द्वारा अपनी जगह पर बने रहते हैं।

महत्वपूर्ण परिणाम व उदाहरण

इन सिद्धांतों के कई महत्वपूर्ण परिणाम हैं। उदाहरण के लिए, यदि किसी आवेशित वस्तु को किसी चालक के पास लाया जाता है , तो चालक पर आवेश स्वयं को पुनर्वितरित कर देते हैं , जिससे चालक के अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य हो जाता है। इसका तात्पर्य ,यह है कि चालक को छूने पर प्रघात का अनुभव नहीं होगा।

इन सिद्धांतों का एक और परिणाम यह है कि किसी चालक की धारिता उसके सतह क्षेत्र के सीधे आनुपातिक होती है।

अतिरिक्त गुण

यहां चालकों के कुछ अतिरिक्त गुण दिए गए हैं:

• विद्युत क्षेत्र रेखाएं सर्वथा किसी चालक की सतह के लंबवत होती हैं।
• चालक पर चार्ज सर्वथा वितरित किया जाता है ताकि सतह पर सभी बिंदुओं पर क्षमता समान हो।
• किसी चालक की धारिता संधारित्र की पट्टिकाओं के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होती है।