कूलॉम का नियम

कूलॉम का नियम क्या है?

कूलॉम का नियम वह भौतिक नियम है जो दो स्थिर, विद्युत रूप से आवेशित कणों के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण के स्थिरवैद्युत बल की मात्रा को निर्धारित करता है।

फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी चार्ल्स-ऑगस्टिन डी कूलॉम द्वारा 1785 में एक मरोड़ संतुलन (torsion balance) का उपयोग करके प्रयोगात्मक रूप से तैयार किया गया यह नियम बताता है: F = k_e (|q₁ q₂| / r²), जहाँ q₁ और q₂ आवेशों की मात्राएँ हैं, r उनके बीच की दूरी है, और k_e कूलॉम नियतांक है।

स्थिरवैद्युत बल का व्यवहार कैसा होता है?

स्थिरवैद्युत बल तीन सीधे भौतिक नियमों का पालन करता है:

• समान आवेश प्रतिकर्षित करते हैं: दो धनात्मक आवेश या दो ऋणात्मक आवेश एक-दूसरे को दूर धकेलने वाले प्रतिकर्षण बल लगाते हैं।
• विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं: एक धनात्मक आवेश और एक ऋणात्मक आवेश एक-दूसरे को खींचने वाले आकर्षण बल लगाते हैं।
• व्युत्क्रम-वर्ग गिरावट: दूरी बढ़ने के साथ बल तेजी से कमजोर होता है। दो आवेशों के बीच की दूरी को दोगुना करने से बल घटकर एक-चौथाई रह जाता है; दूरी को तीन गुना करने से यह नौवां हिस्सा रह जाता है।

न्यूटन के गति के तीसरे नियम के अनुसार, आवेश 1 द्वारा आवेश 2 पर लगाया गया बल परिमाण में बिल्कुल बराबर और दिशा में विपरीत होता है, चाहे कोई भी आवेश बड़ा क्यों न हो।

माध्यम और विद्युत नियतांक

निर्वात में, कूलॉम नियतांक का मान k_e ≈ 8.988 × 10⁹ N·m²/C² होता है। इसे अक्सर निर्वात की विद्युतशीलता (ε₀) के संदर्भ में k_e = 1 / (4πε₀) लिखा जाता है।

जब आवेशों को किसी विद्युतरोधी पदार्थ (जैसे पानी, तेल, या कांच) में रखा जाता है, तो माध्यम के अणु ध्रुवित हो जाते हैं, जिससे एक विपरीत आंतरिक क्षेत्र स्थापित होता है जो आवेशों को ढाल देता है। यह सामग्री के परावैद्युतांक द्वारा प्रभावी स्थिरवैद्युत आकर्षण को कम कर देता है। पानी में, बल निर्वात के लगभग अस्सीवें हिस्से तक गिर जाता है, यही कारण है कि पानी में आयनिक लवण इतनी आसानी से घुल जाते हैं।

बिंदु आवेशों से विद्युत क्षेत्र तक

कूलॉम का नियम खाली स्थान के पार अलग-अलग वस्तुओं के बीच परस्पर क्रिया का वर्णन करता है। यह समझने के लिए कि यह बल कैसे प्रेषित होता है, भौतिकी विद्युत क्षेत्र की अवधारणा को परिभाषित करती है: कोई भी आवेश अपने चारों ओर के स्थान में एक विद्युत क्षेत्र बनाता है, और दूसरा आवेश अपने स्थान पर स्थानीय क्षेत्र से सीधे बल का अनुभव करता है: E = F / q।

सतत आवेश वितरणों द्वारा उत्पादित कूलॉम बलों को जोड़ने से सीधे गॉस का नियम प्राप्त होता है—जो मैक्सवेल के चार समीकरणों में से पहला है।

नियम की सीमाएँ

कूलॉम का नियम सख्ती से उन बिंदु आवेशों के लिए मान्य है जो एक-दूसरे के सापेक्ष स्थिर हैं।

जब आवेश गति करते हैं, तो वे विद्युत क्षेत्रों के अलावा चुंबकीय क्षेत्र भी उत्पन्न करते हैं। इसके अलावा, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में विक्षोभ अंतरिक्ष में तुरंत कार्य करने के बजाय प्रकाश की सीमित गति से यात्रा करते हैं। गतिशील प्रणालियों में, स्थिरवैद्युत बल को पूर्ण लोरेंट्ज़ बल और मैक्सवेल के समीकरणों में विस्तारित किया जाना चाहिए।

एआई प्रकटीकरण: एआई (ChatGPT) की सहायता से लिखा गया। आपसे अनुरोध है कि त्रुटियों और चूकों की ओर ध्यान दिलाएँ।