धडा ८: स्थिर विद्युत

आकृतीत : आकृतीत सजातीय भार प्रतिकर्षण करतात (एकमेकांना दूर ढकलतात) आणि विजातीय भार आकर्षण करतात (एकमेकांना ओढतात). हिरवे बाण आकर्षण आणि पिवळे बाण प्रतिकर्षण दाखवतात.

नियम 1 : दोन प्रकारचे भार — सर्व वस्तूंमध्ये, आपल्या शरीरातही, खूप भार असतो; पण धन व ऋण भार संख्येने समान असल्याने तो लपलेला असतो. बेंजामिन फ्रँकलिनने धन व ऋण अशी नावे दिली. ते समतोल नसतील तर वस्तू भारित होते.

• सोपे : नवीन फुगा उदासीन असतो.
• मध्यम : घासलेल्या फुग्यावरील भार असंतुलित असतो, म्हणून तो भारित आहे.
• परीक्षेसाठी : 5 धन आणि 5 ऋण एकक भार असलेली वस्तू उदासीन; 5 धन आणि 3 ऋण असेल तर ती भारित.

आकृतीत : आकृतीत भारित कंगवा कागदाचे उदासीन लहान तुकडे ओढतो : भारित वस्तू उदासीन वस्तूंना आकर्षित करतात.

नियम 2 : प्रतिकर्षण आणि आकर्षण — सजातीय भार प्रतिकर्षण करतात; विजातीय भार आकर्षण करतात. भारित वस्तू उदासीन वस्तूंनाही आकर्षित करतात. प्रतिकर्षण हीच भारित वस्तूची खात्रीशीर चाचणी, कारण आकर्षण उदासीन वस्तूशीही होऊ शकते.

• सोपे : रेशमाने घासलेल्या दोन काचेच्या कांड्या एकमेकांना दूर ढकलतात.
• मध्यम : लोकरीने घासलेली प्लॅस्टिकची कांडी आणि घासलेली काचेची कांडी एकमेकांकडे ओढली जातात.
• परीक्षेसाठी : P ने Q ला दूर ढकलले, म्हणून दोन्ही एकाच प्रकारच्या भाराने भारित. P ने Q ला फक्त ओढले तर Q उदासीनही असू शकतो.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत वस्तू A ने दोन ऋण कण गमावले आणि ती धनभारित झाली; वस्तू B ने ते मिळवले आणि ती ऋणभारित झाली.

नियम 1 : वस्तू भारित कशी होते — प्रत्येक अणूत स्थिर धन भार आणि फिरते ऋण भार समतोलात असतात. घासल्यावर ऋण कण एका वस्तूकडून दुसरीकडे जातात. ते मिळवणारी वस्तू ऋण; गमावणारी धन.

• सोपे : पट्टा ऋण कण मिळवतो : तो ऋणभारित होतो.
• मध्यम : केस ऋण कण गमावतात : ते धनभारित होतात.
• परीक्षेसाठी : A ने 3 ऋण कण गमावले आणि B ने तेच 3 मिळवले तर A धन आणि B ऋण, भाराचे प्रमाण समान.

आकृतीत : आकृतीत कालरेषा दाखवते की थॉमस ब्राउनने 1646 मध्ये या गुणधर्माला "इलेक्ट्रिसिटी" नाव दिले. फ्रँकलिनचा पतंग प्रयोग नंतर, 1752 मध्ये झाला.

नियम 2 : इतिहास आणि अटी — सुमारे 2500 वर्षांपूर्वी थेल्सने शोधले की घासलेली अंबराची कांडी पिसे ओढते. अंबराला ग्रीकमध्ये इलेक्ट्रॉन म्हणतात. स्थिर भार घासलेल्या जागीच आणि थोड्याच वेळ टिकतो. दमट हवा भार शोषते, म्हणून प्रयोग कोरड्या हवेत, विशेषतः हिवाळ्यात करतात.

• सोपे : फरने घासलेले अंबर पिसे ओढते.
• मध्यम : ब्राउनचे नामकरण (1646) आणि फ्रँकलिनचा पतंग (1752) यांत 1752 − 1646 = 106 वर्षे.
• परीक्षेसाठी : दमट पावसाळी दिवशी भार ओलसर हवेत निघून जातो, म्हणून प्रयोग अयशस्वी होतो.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत ऋणभारित कांडी उदासीन चेंडूजवळ आणल्यावर ऋण कण दूरच्या बाजूला ढकलले जातात. कांडीजवळची बाजू धन होते, म्हणून चेंडू ओढला जातो. भार कांडी जवळ असेपर्यंतच टिकतो.

नियम 1 : प्रवर्तन — भारित वस्तू उदासीन वस्तूजवळ आणली की जवळच्या भागातील सजातीय भार दूर ढकलला जातो, म्हणून तो भाग विरुद्ध भाराचा होतो. प्रवर्तित भार भारित वस्तू जवळ असेपर्यंतच टिकतो. ऋणभारित कंगवा पाण्याच्या धारेजवळ आणला तर धार ओढली जाते; कंगवा दूर केला की पाणी पुन्हा उदासीन.

• सोपे : भारित फुगा प्रवर्तनाने भिंतीला चिकटतो.
• मध्यम : ऋण कंगवा पाण्याच्या धारेजवळ आणला तर जवळची बाजू धन होते आणि धार त्याकडे वाकते.
• परीक्षेसाठी : कंगवा दूर केला की प्रवर्तित भार नाहीसा होतो, कारण तो जवळ असेपर्यंतच टिकतो.

आकृतीत : आकृतीत ऋणभारित कांडीला स्पर्श केल्यानंतर चेंडूवर कांडीसारखाच भार असतो, म्हणून तो दूर ढकलला जातो.

नियम 2 : स्पर्श — भारित कंगवा उदासीन कंगव्याला लावला की तो भारित होतो. उदासीन ॲल्युमिनियम चेंडू प्रथम ऋण फुग्याकडे प्रवर्तनाने ओढला जातो; स्पर्शानंतर दोघांवर समान भार असतो आणि ते एकमेकांना दूर ढकलतात.

• सोपे : स्पर्शाने समान प्रकारचा भार मिळतो.
• मध्यम : आधी आकर्षण (प्रवर्तन), मग स्पर्श, मग प्रतिकर्षण (समान भार).
• परीक्षेसाठी : आधी कांडीकडे उडी मारून मग दूर उडणारा चेंडू स्पर्शाने भारित झालेला असतो.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत सुवर्णपत्र विद्युतदर्शीचे भाग : A धातूची चकती, B तांब्याची कांडी, C दोन पातळ सोनेरी पत्रे आणि D बाटली.

नियम 1 : रचना — तांब्याच्या कांडीच्या वरच्या टोकाला धातूची चकती आणि खालच्या टोकाला दोन पातळ सोनेरी पत्रे असतात; ही कांडी बाटलीत ठेवतात.

• सोपे : चकती वर आणि पत्रे खाली असतात.
• मध्यम : सोनेरी पत्रे = 2.
• परीक्षेसाठी : A चकती आणि B कांडी असेल तर C (पत्रे) कांडी B च्या टोकाला लटकतात.

आकृतीत : आकृतीत भारित कांडी चकतीजवळ आणल्यावर दोन्ही पत्रांना समान भार मिळतो, म्हणून ती एकमेकांना दूर ढकलतात आणि उघडतात. वस्तू उदासीन असेल तर पत्रे बंद राहतात.

नियम 2 : कार्य कसे चालते — उदासीन वस्तू चकतीजवळ आणली तर पत्रे बंद राहतात. भारित वस्तू दोन्ही पत्रांना समान भार देते, म्हणून ती दूर ढकलली जाऊन उघडतात. चकतीला हाताने स्पर्श केला तर पत्रे मिटतात, कारण भार शरीरातून जमिनीत जातो.

• सोपे : पत्रे उघडली → वस्तू भारित.
• मध्यम : पत्रे बंद राहिली → वस्तू उदासीन.
• परीक्षेसाठी : चकतीला हाताने स्पर्श : भार जमिनीत जातो आणि पत्रे मिटतात.

नियम 3 : फ्रँकलिनचा प्रयोग — 1752 मध्ये बेंजामिन फ्रँकलिनने मुलगा विल्यमसह विजा चमकत असताना पतंग (रेशीम, देवदार लाकूड आणि धातूची तार) उडवला. ढगांतील भार दोरीतून खाली आला आणि जमिनीजवळ ठिणगी दिसली. विजा हा विद्युत भाराचाच एक प्रकार आहे हे त्याने दाखवले.

• सोपे : फ्रँकलिनचा प्रयोग 1752 मध्ये झाला.
• मध्यम : विजा हा विद्युत भाराचा एक प्रकार आहे.
• परीक्षेसाठी : थेल्सच्या अंबरापासून (सुमारे 2500 वर्षांपूर्वी) फ्रँकलिनपर्यंत अनेक शतके गेली, पण भाराची कल्पना तीच राहिली.

आकृतीत : फ्रँकलिनच्या प्रयोगाच्या (1752) आकृतीत ढग A चा भार पतंग B च्या दोरी व तार C मधून खाली आला आणि जमिनीजवळ ठिणगी D दिसली.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत गडगडाटी ढगाचा वरचा भाग धन (A) आणि खालचा ऋण (B) आहे. उंच इमारतीवर (C) प्रवर्तनाने धन भार येतो आणि ढगाचा भार खूप वाढला की तो वीज म्हणून इमारतीकडे वाहतो.

नियम 1 : वीज कशी पडते — ढगांत वरचा भाग धन आणि खालचा ऋण होतो. तळाचा ऋण भार जमिनीवरील भारापेक्षा खूप जास्त झाला की तो एका सेकंदाहून खूप कमी वेळात टप्प्याटप्प्याने जमिनीकडे वाहतो; त्यातून उष्णता, प्रकाश आणि आवाज मिळतात. उंच इमारती व झाडांवर प्रवर्तनाने विरुद्ध भार येतो, म्हणून प्रवाह त्यांच्याकडे जातो.

• सोपे : विजेतून उष्णता, प्रकाश आणि आवाज मिळतो.
• मध्यम : ढगाचा तळ ऋण; उंच इमारतीवर प्रवर्तनाने धन भार येतो.
• परीक्षेसाठी : विसर्जन एका सेकंदाहून खूप कमी वेळात, टप्प्याटप्प्याने पूर्ण होते.

आकृतीत : आकृतीत तडित वाहकाचे A दुभंगलेले टोक, B लांब तांब्याची पट्टी, C ओतीव लोखंडी पट्टी आणि D कोळसा व मीठ भरलेला खड्डा दाखवले आहेत. तो विजेचा भार सुरक्षितपणे जमिनीत नेतो.

नियम 2 : फायदे आणि संरक्षण — विजेमुळे हवेतील नायट्रोजनचे ऑक्साइड बनते; ते पावसाबरोबर जमिनीवर येऊन मातीची सुपीकता वाढवते. ऑक्सिजनचे ओझोन मध्येही रूपांतर होते; ओझोन आपले अतिनील किरणांपासून संरक्षण करतो. तडित वाहक म्हणजे इमारतीच्या वर दुभंगलेल्या टोकाची लांब तांब्याची पट्टी; तिचे दुसरे टोक कोळसा व मीठ भरलेल्या, पाण्याची सोय असलेल्या खड्ड्यातील ओतीव लोखंडी पट्टीला जोडलेले असते.

• सोपे : ओझोन अतिनील किरणांपासून आपले संरक्षण करतो.
• मध्यम : नायट्रोजन ऑक्साइड पावसाबरोबर येऊन मातीची सुपीकता वाढवतो.
• परीक्षेसाठी : तडित वाहक नसेल तर भार इमारतीतून वाहील; तो असेल तर भार सुरक्षितपणे जमिनीत जातो.

फरक ओळखा