विद्युत आवेश के गुणधर्म और परमाणु संरचना

इस कक्षा में, हम विद्युत आवेश की अवधारणा और इसके मूल को विद्युत घटनाओं के मौलिक कारण के रूप में पुनः समीक्षा करेंगे। हम एक ऐतिहासिक विश्लेषण से शुरू करेंगे जहां ग्रीक लोगों ने ऊन से एम्बर को रगड़ने पर विद्युत गुणों को देखा, जिसने आकर्षण और विकर्षण को मॉडल करने के लिए संकेतों के नियम की ओर अग्रसर किया। सूक्ष्म स्तर पर, हम उप-परमाणु कणों का अध्ययन करेंगे और यह कैसे पदार्थ की संरचना में निहित हैं, विशेष रूप से परमाणुओं की संरचना और यह पदार्थ के विद्युत गुणों को कैसे निर्धारित करते हैं। अंत में, यह जोर दिया जाता है कि भले ही एक परमाणु तटस्थ हो सकता है, यह परमाणु और आणविक परस्पर क्रियाओं और इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण के कारण विद्युत घटनाओं में भागीदार बना रहता है।

अध्ययन के उद्देश्य:
इस कक्षा के अंत तक, छात्र सक्षम होंगे:

सूचीबद्ध करें उप-परमाणु कण और उनके संबंधित आवेश और द्रव्यमान।
व्याख्या करें कि कुछ सामग्रियां रगड़ने पर विद्युत आवेश क्यों प्राप्त करती हैं।
विवरण करें कि ग्रीक लोगों द्वारा देखे गए व्यवहार (आवेशित एम्बर) और आधुनिक बिजली की धारणा के बीच क्या संबंध है।
भेद करें तटस्थ परमाणु, कैटायन और एनायन के बीच।

विषय सूची
विद्युत आवेश क्या है?
प्राचीन काल में विद्युत घटनाएँ
संकेतों का नियम
विद्युत आवेश और पदार्थ की संरचना
पदार्थ के विद्युत गुणधर्म

विद्युत आवेश क्या है?

विद्युत घटनाओं को समझने के लिए, इसके अंतर्निहित कारण को जानना आवश्यक है। जैसे द्रव्यमान गुरुत्वाकर्षण के लिए जिम्मेदार है, वैसे ही विद्युत आवेश विद्युत घटनाओं के लिए जिम्मेदार है।

जब हम विद्युतचुंबकत्व का अध्ययन शुरू करते हैं, तो यह सटीक रूप से परिभाषित करना कठिन है कि विद्युत आवेश क्या है। इस समझ के लिए अधिक उन्नत विश्लेषण की आवश्यकता होती है, जो हम प्रारंभिक चर्चा में नहीं करेंगे। हालांकि, हम इसके व्यवहार और गुणों का अध्ययन कर सकते हैं ताकि हम बिजली के साथ परिचित होना शुरू कर सकें।

प्राचीन काल में विद्युत घटनाएँ

प्राचीन काल में, ग्रीक लोगों ने देखा कि ऊन से एम्बर को रगड़ने पर यह कुछ वस्तुओं को आकर्षित कर सकता है। इस प्रभाव को यह कहा गया कि एम्बर “चार्ज हो गया” या “विद्युत आवेश प्राप्त कर लिया।” वास्तव में, “बिजली” शब्द ग्रीक शब्द “ήλεκτρον (élektron)” से लिया गया है, जिसका अर्थ है “एम्बर।” प्राचीन काल से, यह देखा गया है कि “विद्युत रूप से चार्ज की गई वस्तुएं” निम्नलिखित गुण और व्यवहार प्रदर्शित करती हैं:

यदि दो सामग्रियां A और B प्रारंभ में तटस्थ (आवेश रहित) हैं और उन्हें एक-दूसरे से रगड़ा जाता है, तो वे विद्युत आवेश प्राप्त कर सकती हैं। इन सामग्रियों द्वारा प्राप्त आवेश बराबर होता है।
यदि उपरोक्त वर्णन के अनुसार चार्ज की गई सामग्रियां A और B संपर्क में लाई जाती हैं, तो उनके आवेश एक-दूसरे को निरस्त कर देते हैं।

ऊपर वर्णित के आधार पर, यह कहा जाता है कि वस्तुएं समान लेकिन पूरक आवेश प्राप्त करती हैं, इसलिए हम इन आवेशों को “धनात्मक” और “ऋणात्मक” के रूप में निर्दिष्ट करते हैं। इसके अलावा, चार्ज की गई वस्तुओं के व्यवहार को संकेतों के नियम से मॉडल किया जा सकता है:

संकेतों का नियम

चार्ज की गई वस्तुएं निम्नलिखित व्यवहार प्रदर्शित करती हैं:

धनात्मक x धनात्मक = धनात्मक → विकर्षण
धनात्मक x ऋणात्मक = ऋणात्मक → आकर्षण
ऋणात्मक x धनात्मक = ऋणात्मक → आकर्षण
ऋणात्मक x ऋणात्मक = धनात्मक → विकर्षण

विपरीत संकेत वाले आवेश आकर्षित होते हैं, और समान संकेत वाले आवेश विकर्षित होते हैं।

विद्युत आवेश और पदार्थ की संरचना

विद्युत आवेश, द्रव्यमान की तरह, उन कणों का एक मौलिक गुण है जो पदार्थ का निर्माण करते हैं। विद्युत आवेश की माप की इकाई कूलॉम है, जिसे $C$ अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है। परमाणु उप-परमाणु संस्थाओं से बने होते हैं जिनके पास विशिष्ट आवेश और द्रव्यमान होते हैं, जैसा कि नीचे दी गई तालिका में दिखाया गया है:

कण	द्रव्यमान $[kg]$	विद्युत आवेश $[C]$
प्रोटॉन	$1.6726219 \times 10^{-27}$	$+1.602176634 \times 10^{-19}$
न्यूट्रॉन	$1.6759271 \times 10^{-27}$	0 (तटस्थ)
इलेक्ट्रॉन	$9.10938356 \times 10^{-31}$	$-1.602176634 \times 10^{-19}$

आमतौर पर, प्रतीकों $p^+$ , $e^-$ , और $n_0$ का उपयोग क्रमशः प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रॉन को दर्शाने के लिए किया जाता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परमाणु के नाभिक में होते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन इसके चारों ओर परिक्रमा करते हैं। एक परमाणु के द्रव्यमान का 99.9% से अधिक इसका नाभिक में केंद्रित होता है।

नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या यह परिभाषित करती है कि परमाणु किस तत्व से संबंधित है। न्यूट्रॉनों की संख्या उस तत्व के समस्थानिक को परिभाषित करती है, और इलेक्ट्रॉनों की संख्या इसके आयनीकरण की स्थिति को इंगित करती है। परंपरागत रूप से, एक परमाणु को तटस्थ माना जाता है, और यदि इसमें अतिरिक्त या कमी वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो इसे आयन कहा जाता है। आयन ऋणात्मक (एनायन) या धनात्मक (कैटायन) हो सकते हैं।

पदार्थ के विद्युत गुणधर्म

पदार्थ के विद्युत गुणधर्म इसकी आंतरिक संरचना और इस बात पर निर्भर करते हैं कि परमाणु या अणु एक-दूसरे के साथ कैसे क्रिया करते हैं। यद्यपि एक तटस्थ परमाणु ऐसा प्रतीत हो सकता है कि उसमें कोई आवेश नहीं है, इसका यह मतलब नहीं है कि वह विद्युत घटनाओं में भाग नहीं ले सकता। यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि विद्युत आवेश की प्रकृति परमाणु और अणुओं के बीच की परस्पर क्रिया पर निर्भर करती है, और उनके द्वारा इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित या साझा करके बंधन बनाने की क्षमता पर आधारित होती है।