ಪಿಯುಸಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಪರೀಕ್ಷಾ ದಿಕ್ಸೂಚಿ: ವಿದ್ಯುದಾವೇಶಗಳು ಮತ್ತು ಕ್ಷೇತ್ರಗಳು

* ಪ್ರಾಚೀನ ದಿನಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುಚ್ಛಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯತೆಯನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ವಿಷಯಗಳಂತೆ ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತಿತ್ತು. 1820ರಲ್ಲಿ ಡ್ಯಾನಿಶ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಒಯಿರ್‌ಸ್ಟೆಡ್(Oersted) ಅವರು ‘ಒಂದು ದಿಕ್ಸೂಚಿಯ ಬಳಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಹಿಸುತ್ತಿರುವ ತಂತಿಯನ್ನು ಇಟ್ಟಾಗ ದಿಕ್ಸೂಚಿಯ ಸೂಚಿಯು ಓರೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸಿದರು. ಅಂಪೇರ್ ಮತ್ತು ಫ್ಯಾರಡೆ ಇದನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸಿ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿರುವ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶಗಳು ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಮತ್ತು ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವ ಆಯಸ್ಕಾಂತವು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಹೇಳಿದರು. ಮುಂದೆ ಸ್ಕಾಟಿಷ್‌ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಮ್ಯಾಕ್ಸವೆಲ್ ಮತ್ತು ಡಚ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಲೋರೆಂಟ್ ಈ ಎರಡು ವಿಷಯಗಳ ಪರಸ್ಪರಾವಲಂಬನೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟರು.

* ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯತೆ ವಿಜ್ಞಾನವು ಆಧುನಿಕ ತಾಂತ್ರಿಕ ನಾಗರಿಕತೆಗೆ ಬುನಾದಿ. ವಿದ್ಯುತ್ ದೂರಸಂಪರ್ಕ ರೇಡಿಯೊ, ಟೆಲಿವಿಷನ್ ಮತ್ತು ದೈನಂದಿನ ಜೀವನದಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವಸ್ತುಗಳು ಈ ವಿಜ್ಞಾನದ ತತ್ವಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿವೆ.

ವಾಹಕಗಳು ಮತ್ತು ಅವಾಹಕಗಳು
ಒಂದು ಲೋಹದ ಸರಳನ್ನು ಕೈಯಲ್ಲಿ ಹಿಡಿದು ಮತ್ತು ಉಣ್ಣೆಯೊಂದಿಗೆ ಉಜ್ಜಿದಾಗ ಆವೇಶಗೊಂಡ ಯಾವುದೇ ಗುರುತನ್ನು ತೋರಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಆದರೆ ಒಂದು ವೇಳೆ ಕಟ್ಟಿಗೆ ಅಥವಾ ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್ ಹಿಡಿಕೆ ಹೊಂದಿರುವ ಒಂದು ಲೋಹದ ಸರಳನ್ನು ಅದರ ಲೋಹದ ಭಾಗವನ್ನು ಮುಟ್ಟದೇ ಉಜ್ಜಿದರೆ ಇದು ಆವೇಶಗೊಳ್ಳುತ್ತಿರುವ ಗುರುತುಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.

ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳು ಸುಲಭವಾಗಿ ಅವುಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಗಾಣಿಕೆಗೆ ಅವಕಾಶ ಮಾಡಿ ಕೊಡುತ್ತವೆ ಬೇರೆಯವು ಮಾಡಿಕೊಡುವುದಿಲ್ಲ. ಸುಲಭವಾಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ತನ್ನು ತನ್ನ ಮೂಲಕ ಹಾದು ಹೋಗಲು ಬಿಡುವುದನ್ನು ವಾಹಕಗಳೆನ್ನುವರು. ಅವುಗಳು ವಸ್ತುವಿನ ಒಳಭಾಗದಲ್ಲಿ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಸುಲಭವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಆವೇಶಗಳನ್ನು (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು) ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಲೋಹಗಳು, ಮಾನವ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಣಿಗಳ ದೇಹ ಮತ್ತು ಭೂಮಿ ವಾಹಕಗಳಾಗಿವೆ.

ಅಲೋಹಗಳಾದ ಗಾಜು, ಪಿಂಗಾಣಿ, ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್, ನೈಲಾನ್, ಕಟ್ಟಿಗೆ ಅವುಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ತನ್ನ ಮೂಲಕ ಹಾದು ಹೋಗಲು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಅವುಗಳನ್ನು ನಿರೋಧಕಗಳು ಎನ್ನುವರು.

ಕೆಲವು ಆವೇಶವನ್ನು ಒಂದು ವಾಹಕಕ್ಕೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಿದರೆ ಅದು ಸರಾಗವಾಗಿ ವಾಹಕದ ಸಂಪೂರ್ಣ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಹಂಚಿಕೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ ಒಂದುವೇಳೆ ಕೆಲವು ಆವೇಶವನ್ನು ಅರೆವಾಹಕದ ಮೇಲೆ ಹಾಕಿದಾಗ ಅದು ಅದೇ ಸ್ಥಳದಲ್ಲಿ ಇರುತ್ತದೆ.

ವಿದ್ಯುದಾವೇಶಿತ ವಸ್ತುವನ್ನು ಭೂಮಿಯ ಸಂಪರ್ಕಕ್ಕೆ ತಂದಾಗ ವಸ್ತುವಿನ ಎಲ್ಲಾ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಆವೇಶಗಳು ಸಂಪರ್ಕ ವಾಹಕದ ಮೂಲಕ ನೆಲಕ್ಕೆ ರವಾನಿಸಿ ಒಂದು ಅಲ್ಪಕಾಲಿಕ ಪ್ರವಾಹದ ಮೂಲಕ ಕಣ್ಮರೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಭೂಮಿಯ ಜೊತೆ ಆವೇಶವನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳುವ ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಗ್ರೌಂಡಿಂಗ್ ಅಥವಾ ಅರ್ಥಿಂಗ್ ಎನ್ನುವರು. ವಿದ್ಯುತ್ ಮಂಡಲ ಮತ್ತು ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಿಗೆ ಒಂದು ಸುರಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಿಂಗ್ ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಒಂದು ದಪ್ಪ ಲೋಹದ ಫಲಕವನ್ನು ಭೂಮಿಯೊಳಕ್ಕೆ ಆಳವಾಗಿ ಹುದುಗಿಸಿ ಮತ್ತು ಒಂದು ದಪ್ಪ ತಂತಿಯನ್ನು ಈ ಫಲಕದಿಂದ ಎಳೆಯುವರು. ಇವುಗಳನ್ನು ಕಟ್ಟಡಗಳಲ್ಲಿ ಅರ್ಥಿಂಗ್ ಉದ್ದೇಶಕ್ಕಾಗಿ ಮುಖ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಪೂರೈಕೆಯ ಬಳಿ ಉಪಯೋಗಿಸುತ್ತಾರೆ.

ಮನೆಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ವೈರಿಂಗ್ ಮೂರು ತಂತಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಲೈವ್, ತಟಸ್ಥ, ಮತ್ತು ಅರ್ಥ್. ಮೊದಲ ಎರಡು ಶಕ್ತಿ ಕೇಂದ್ರದಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಹೊತ್ತೊಯ್ಯುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮೂರನೆಯದು ಭೂಮಿಯಲ್ಲಿ ಹುಗಿದಿರುವ ಲೋಹದ ತಗಡಿನೊಂದಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುತ್ತದೆ.
ಇಸ್ತ್ರಿಪೆಟ್ಟಿಗೆ, ರೆಫ್ರಿಜಿರೇಟರ್, ಟಿವಿಗಳಂತಹ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳ ಲೋಹೀಯ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಭೂಗತ ತಂತಿಯೊಡನೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿರುತ್ತಾರೆ, ಯಾವುದೇ ದೋಷ ಉಂಟಾದಾಗ ಅಥವಾ ಲೈವ್ ಲೋಹಿಯ ಭಾಗವನ್ನು ಸ್ಪರ್ಶಿಸಿದಾಗ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಿಗೆ ಹಾನಿವುಂಟಾಗದೇ ಮತ್ತು ಮನುಷ್ಯರಿಗೆ ಯಾವುದೇ ತೊಂದರೆಯನ್ನುಂಟು ಮಾಡದೇ ಆವೇಶ ಭೂಮಿಯೊಳಗೆ ಹರಿದು ಹೋಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಇಲ್ಲದಿದ್ದರೆ ಮಾನವನ ದೇಹದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಹಿಸುವುದನ್ನು ತಡೆಯವುದಕ್ಕೆ ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ.

ಕೂಲಂಬ್ ನಿಯಮ
ಕೂಲಂಬ್ ನಿಯಮ ಎರಡು ಆವೇಶಗಳ ನಡುವಿನ ಬಲದ ಬಗ್ಗೆ ಪರಿಮಾಣಾತ್ಮಕ ಹೋಲಿಕೆಯಾಗಿದೆ. ಆವೇಶ ಕಾಯಗಳನ್ನು ಸೇರ್ಪಡಿಸುವ ಅಂತರಕ್ಕಿಂತ ಅವುಗಳ ರೇಖಿಯ ಗಾತ್ರ ಚಿಕ್ಕದಾದಾಗ ಅವುಗಳ ಗಾತ್ರ ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಲಾಗುವುದು ಮತ್ತು ಆವೇಶ ಕಾಯಗಳನ್ನು ಬಿಂದು ಆವೇಶಗಳೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುವುದು. ಕೂಲಂಬ್‍ನು ಎರಡು ಬಿಂದು ಆವೇಶಗಳ ನಡುವಿನ ಬಲವನ್ನು ಅಳತೆ ಮಾಡಿದನು ಮತ್ತು ಇದು ಆವೇಶಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರದ ವರ್ಗಕ್ಕೆ ವಿಲೋಮವಾಗಿ, ಆವೇಶಗಳ ಗುಣಲಬ್ಧದ ಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೆ ನೇರ ಅನುಪಾತವಾಗಿಯೂ ಮತ್ತು ಎರಡು ಆವೇಶಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ರೇಖೆಯ ನೇರದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದನು. ಹಾಗಾಗಿ ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ q1 ಮತ್ತು q2 ಗಳು ಎರಡು ಆವೇಶಗಳು r ಬೇರ್ಪಡಿಸುವ ಅಂತರವು ಆದರೆ ಅವುಗಳ ನಡುವಿನ ಬಲ (F) ದ ಪ್ರಮಾಣವು

ಒಂದು ವೇಳೆ ಒಂದು ಲೋಹದ ಗೋಳದ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶ q ಆದಾಗ ಈ ಗೋಳವನ್ನು ಅವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ಗೋಳದೊಂದಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕ ಮಾಡಿದಾಗ ಆವೇಶವು ಎರಡೂ ಗೋಳದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಹರಡಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಸಮಮಿತಿಯಾಗಿ ಪ್ರತಿ ಗೋಳದ ಆವೇಶ q/2 ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಪುನರಾವರ್ತಿಸಿದಾಗ ನಾವು ಪಡೆಯಬಹುದಾದ ಆವೇಶ q/2, q/4, ಇತ್ಯಾದಿ. ಕೂಲಂಬ್ ಸ್ಥಿರ ಜೋಡಿಗಳ ಅಂತರವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಿದನು ಮತ್ತು ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಅಂತರದಲ್ಲಿ ಬಲವನ್ನು ಅಳತೆಮಾಡಿದನು. ನಂತರ ಅವನು ಜೋಡಿಗಳಲ್ಲಿನ ಆವೇಶವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಿದನು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಜೋಡಿಗಳ ದೂರವನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿಟ್ಟನು. ವಿವಿಧ ದೂರದಲ್ಲಿ ವಿವಿಧ ಜೋಡಿ ಆವೇಶಗಳ ಬಲವನ್ನು ಹೋಲಿಸಿ ಸಮೀಕರಣ (1) ಸಂಬಂಧವನ್ನು ತಲುಪಿದನು.

ಕೂಲಂಬ್‍ನ ನಿಯಮ ಒಂದು ಸಾಮಾನ್ಯ ಗಣಿತ ವ್ಯಾಖ್ಯೆ. ಆರಂಭದಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಮೇಲೆ ವಿವರಿಸುವ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಅಂಗೀಕರಿಸಲಾಯಿತು. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಸ್ಥೂಲ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಧೃಡ ಪಡಿಸುವಾಗ ಉಪ ಪರಮಾಣು ಮಟ್ಟದಲ್ಲೂ ಧೃಡಪಡಿಸಲಾಯಿತು.

ಸಮೀಕರಣ (1.)ರ k ಸಂಬಂಧದಲ್ಲಿ ನಾವು k ಗೆ ಯಾವುದೇ ಧನಾತ್ಮಕ ಬೆಲೆಯನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಬಹುದು. kಯ ಆಯ್ಕೆಯು ಆವೇಶದ ಮಾನದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಮಾನದಲ್ಲಿ k ಯ ಬೆಲೆಯು ಸುಮಾರು 9x109 ಈ ಆಯ್ಕೆಯ ಆವೇಶದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ ಇದನ್ನು ಒಂದು ಕೂಲಂಬ್ ಎನ್ನುವರು. ಸಮೀಕರಣ (1)ರಲ್ಲಿ k ಯ ಈ ಬೆಲೆಯನ್ನು ಹಾಕಿದಾಗ

ಅದೇನಂದರೆ ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ 1 C ಆವೇಶವು ಅದೇ ಪ್ರಮಾಣದ ಮತ್ತೊಂದು ಆವೇಶದಿಂದ 1 m ದೂರದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಿದಾಗ ಅನುಭವಿಸುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ವಿಕರ್ಷಣಾ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ 9x109N. ಒಂದು ಕೂಲಂಬ್ ಅತಿ ದೊಡ್ಡ ಮಾನವಾಗಿದೆ ಸಾಂಪ್ರದಾಯವಾಗಿ ಸ್ಥಾಯಿ ವಿದ್ಯುತ್‍ನಲ್ಲಿ ಸಣ್ಣ ಮಾನದಂತಹ 1mCರಲ್ಲಿ ಒಂದನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಸಮೀಕರಣ(1)ರಲ್ಲಿ ಸ್ಥಿರಾಂಕ k ಯನ್ನು ನಂತರದ ಅನುಕೂಲಕ್ಕಾಗಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಎಂದು ಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ.

(ಮುಂದುವರಿಯುವುದು…)

ಸಹಕಾರ: ಜ್ಞಾನಭಾರತಿ ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕ ಪರೀಕ್ಷಾ ತರಬೇತಿ ಕೇಂದ್ರ ಬೆಂಗಳೂರು