क्यों एक चालक के तेज करने वाले क्षेत्र में आवेश संचित होता है

चार्जहरूको संचयन एक कन्डक्टरको तीव्र क्षेत्रहरूमा विद्युतस्थैतिकीका केही मौलिक सिद्धान्तहरू प्रयोग गरेर व्याख्या गर्न सकिन्छ। यहाँ विस्तृत व्याख्या छ:

1. विद्युत क्षेत्र बल र वक्रता त्रिज्यामध्ये सम्बन्ध

कन्डक्टरको सतहमा, विद्युत क्षेत्र रेखाहरू सतहको लम्ब हुनुपर्छ। यो अर्थ यो कि कन्डक्टरको सतहको कुनै पनि बिन्दुमा, विद्युत क्षेत्र बल E वक्रता त्रिज्या Rको व्युत्क्रमानुपाती हुन्छ। गणितीय रूपमा, यसलाई यस रूपमा व्यक्त गर्न सकिन्छ:

E∝ 1/R

तीव्र क्षेत्रहरूमा, वक्रता त्रिज्या R छोटो हुन्छ, त्यसैले विद्युत क्षेत्र बल E ठूलो हुन्छ। उल्टाइ, समतल वा चिकनो क्षेत्रहरूमा, वक्रता त्रिज्या R ठूलो हुन्छ, र विद्युत क्षेत्र बल E छोटो हुन्छ।

2. चार्ज घनत्व र विद्युत क्षेत्र बल मध्ये सम्बन्ध

गाउसको नियम अनुसार, कन्डक्टरको सतहमा चार्ज घनत्व σ विद्युत क्षेत्र बल Eको साथ अनुक्रमानुपाती हुन्छ:

E:σ∝E

किनभने विद्युत क्षेत्र बल तीव्र क्षेत्रहरूमा ठूलो हुन्छ, यो क्षेत्रहरूमा चार्ज घनत्व पनि उच्च हुन्छ। यो अर्थ यो कि तीव्र क्षेत्रहरूमा अधिक चार्जहरू संचयित हुन्छन्।

3. संभाव्य ऊर्जाको न्यूनतमीकरण

कन्डक्टरको अन्तःभागमा विद्युत क्षेत्र शून्य हुन्छ, त्यसैले कन्डक्टरको सतहमा संभाव्य एकसमान छ। यस स्थितिलाई प्राप्त गर्न, चार्जहरू कन्डक्टरको सतहमा पुनर्वितरण गर्छन् र प्रणालीको सम्पूर्ण संभाव्य ऊर्जालाई न्यूनतम गर्छन्। तीव्र क्षेत्रहरूमा, चार्जहरू सान्द्र हुन्छन् किनभने यी क्षेत्रहरूमा ठूलो विद्युत क्षेत्र अन्य चार्जहरूलाई दूर गर्दछ, जसले प्रणालीको संभाव्य ऊर्जालाई घटाउँदछ।

4. विद्युत क्षेत्र रेखाहरूको वितरण

कन्डक्टरको सतहमा, विद्युत क्षेत्र रेखाहरू सतहको लम्ब हुनुपर्छ। तीव्र क्षेत्रहरूमा, जहाँ वक्रता त्रिज्या छोटो छ, विद्युत क्षेत्र रेखाहरू अधिक सान्द्र हुन्छन्, जसले चार्जहरूको संचयन फेरि प्रवर्धित गर्छ। उल्टाइ, समतल वा चिकनो क्षेत्रहरूमा, विद्युत क्षेत्र रेखाहरू विस्तारित हुन्छन्, जसले चार्ज घनत्वलाई घटाउँदछ।

5. व्यावहारिक उदाहरण: कोरोना डिस्चार्ज

कोरोना डिस्चार्ज तीव्र क्षेत्रहरूमा चार्ज संचयनको एक विशिष्ट उदाहरण हो। जब कन्डक्टरको तीव्र भागमा पर्याप्त चार्ज संचयित हुन्छ, तब विद्युत क्षेत्र बल धेरै उच्च हुन्छ, जसले आसपासको हवाको अणुहरूलाई आयनित गर्न पर्याप्त हुन्छ, जसले कोरोना डिस्चार्ज वा चमक डिस्चार्ज प्रदान गर्छ। यो घटना उच्च वोल्टेज ट्रान्समिशन लाइनहरू, बज्रपात रोडहरू, र अन्य समान उपकरणहरूमा सामान्य छ।

सारांश

कन्डक्टरको तीव्र क्षेत्रहरूमा चार्जहरू संचयित हुन्छन् भन्ने कारणहरू यस प्रकार छन्:

• विद्युत क्षेत्र बल वक्रता त्रिज्याको व्युत्क्रमानुपाती छ: तीव्र क्षेत्रहरूमा, वक्रता त्रिज्या छोटो छ, र विद्युत क्षेत्र बल उच्च छ।

• चार्ज घनत्व विद्युत क्षेत्र बलको साथ अनुक्रमानुपाती छ: उच्च विद्युत क्षेत्र बल भएका क्षेत्रहरूमा उच्च चार्ज घनत्व छ।

• संभाव्य ऊर्जाको न्यूनतमीकरण: चार्जहरू तीव्र क्षेत्रहरूमा सान्द्र हुन्छन् र प्रणालीको सम्पूर्ण संभाव्य ऊर्जालाई न्यूनतम गर्छन्।

• विद्युत क्षेत्र रेखाहरूको वितरण: तीव्र क्षेत्रहरूमा विद्युत क्षेत्र रेखाहरू अधिक सान्द्र हुन्छन्, जसले चार्ज संचयन फेरि प्रवर्धित गर्छ।

• यी सिद्धान्तहरू एकै साथ काम गर्दछन् र कन्डक्टरको तीव्र क्षेत्रहरूमा चार्जहरू संचयित हुन जाने देखिएको घटनालाई प्रदान गर्छन्।