कूलम्ब का नियम: एक बिंदु आवेश के आसपास का क्षेत्र
1 · भविष्यवाणी
एक एकल बिंदु आवेश अंतरिक्ष में अकेला बैठता है। यदि आप एक परीक्षण बिंदु को दो बार दूर ले जाते हैं, तो विद्युत क्षेत्र की ताकत कितनी कम हो जाती है?
- फ़ील्ड 1 /4 पर गिरती है - यह दूरी के वर्ग के साथ गिरती है।
- फ़ील्ड 1 /2 पर गिरती है - यह दूरी के साथ रैखिक रूप से गिरती है।
- दूरी की परवाह किए बिना क्षेत्र वही रहता है।
2 · सेट अप
- single-charge प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। स्रोत शुल्क q = 5 nC पर निर्धारित है।
- परीक्षण बिंदु पर field-strength रीडआउट सक्षम करें।
- प्रत्येक परीक्षण के लिए चार्ज से परीक्षण बिंदु की दूरी निर्धारित करें और क्षेत्र की ताकत रिकॉर्ड करें।
3 · डेटा एकत्रित करें
| दूरी आर (m) | संभावित वी (V) | क्षेत्र शक्ति ई (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
अपने तीन परीक्षणों के लिए 1 /r² (x-अक्ष) के विरुद्ध फ़ील्ड स्ट्रेंथ E (y-अक्ष) प्लॉट करें। क्या रेखा मूल बिन्दु से होकर सीधी जाती है?
4 · विश्लेषण करें
- एक परीक्षण के लिए, k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC का उपयोग करके E = kq/r² की गणना करें। तालिका से तुलना करें.
- व्युत्क्रम-वर्ग नियम का उपयोग करके समझाएं कि दूरी को दोगुना करने से क्षेत्र की ताकत आधी होने के बजाय चौथाई क्यों हो जाती है।
5 · विस्तार
- आपका संभावित कॉलम (V = kq/r) फ़ील्ड की तुलना में अधिक धीरे से गिरता है (1/r² के बजाय 1/r)। बताएं कि संभावित और फ़ील्ड की दूरी पर अलग-अलग निर्भरता क्यों है, भले ही दोनों एक ही स्रोत चार्ज से आते हों।
- कूलम्ब का नियम E = kq/r² बिल्कुल न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के समान गणितीय रूप है g = GM/r². दो पूरी तरह से अलग बल (विद्युत और गुरुत्वाकर्षण) इस inverse-square संरचना को साझा क्यों कर सकते हैं?
इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी
कूलम्ब का नियम
एक बिंदु चार्ज एक रेडियल विद्युत क्षेत्र बनाता है जो दूरी के वर्ग के साथ गिरता है: E = kq/r², जहाँ k = 1 /(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². एक परीक्षण चार्ज पर बल F = qE है।