This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
ഇലക്‌ട്രോസ്റ്റാറ്റികം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
ഇലക്‌ട്രോസ്റ്റാറ്റികം
Electrostatics
വൈദ്യുതിയുടെ നിശ്ചലാധാനങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള പ്രക്രിയകളെപ്പറ്റി പ്രതിപാദിക്കുന്ന ഭൗതികശാസ്‌ത്രശാഖ. ആധാനങ്ങള്‍, ക്ഷേത്രങ്ങള്‍, പൊട്ടന്‍ഷ്യലുകള്‍ എന്നിവയും അവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധങ്ങളുമാണ്‌ ഈ വിഭാഗത്തില്‍ ഉള്‍പ്പെടുന്നത്‌. പൊതുവേ പറഞ്ഞാല്‍ നിശ്ചല വൈദ്യുതിയെപ്പറ്റിയുള്ള പഠനമാണ്‌ ഇലക്‌ട്രോസ്റ്റാറ്റികം.
ചാര്‍ജ്‌ വൈദ്യുതിയുടെ അടിസ്ഥാനസങ്കല്‌പമാണ്‌. ഒരു വസ്‌തു ഇലക്‌ട്രോണുകളെ കൂട്ടിച്ചേര്‍ക്കുമ്പോഴും വിസര്‍ജിക്കുമ്പോഴും ആ വസ്‌തുവിന്‌ വൈദ്യുത ചാര്‍ജ്‌ ഉണ്ടാകുന്നു. കൂട്ടിച്ചേര്‍ക്കുന്നുവെങ്കില്‍ ഋണചാര്‍ജും വിസര്‍ജിക്കുന്നുവെങ്കില്‍ ധനചാര്‍ജും ആ വസ്‌തുവില്‍ ഉണ്ടാകും. ഉരസല്‍ അഥവാ ഘര്‍ഷണം, സംവേശനം (Induction) മുതലായവ കൊണ്ട്‌ വസ്‌തുക്കളില്‍ ആധാനം ഏല്‌പിക്കാം. ഋണചാര്‍ജ്‌ കൂടുതലുള്ള ഒരു വസ്‌തുവിനെക്കൊണ്ട്‌ മറ്റൊരു വസ്‌തുവില്‍ ഉരച്ചാല്‍, രണ്ടാമത്തെ വസ്‌തുവില്‍ ഉരയ്‌ക്കുന്ന സ്ഥാനത്തുനിന്ന്‌ ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍ വികര്‍ഷിക്കപ്പെടുകയും അവിടെ ധനചാര്‍ജ്‌ ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യുന്നതാണ്‌. റബ്ബറിനെ രോമംകൊണ്ട്‌ ഉരച്ചാല്‍ റബ്ബറില്‍ ഋണചാര്‍ജും ഗ്ലാസ്‌ദണ്ഡിനെ സില്‍ക്കുതുണികൊണ്ടുരച്ചാല്‍ ദണ്ഡില്‍ ധനചാര്‍ജും ഉണ്ടാകുന്നു. ഇന്‍സുലേറ്ററുകള്‍ മാത്രമേ ഇത്തരത്തിലുള്ള ഉരസലിന്‌ ശേഷവും പൂര്‍വരീതിയില്‍ത്തന്നെ അവശേഷിക്കുന്നുള്ളൂ. മറ്റു വസ്‌തുക്കളില്‍ ചാലകതമൂലം ചാര്‍ജ്‌ നഷ്‌ടപ്പെടുന്നു. ആ വസ്‌തുക്കളെയാണ്‌ ചാലകങ്ങള്‍ എന്നു വിളിക്കുന്നത്‌. ചാര്‍ജിനു ചലത(mobility)യില്ലാത്ത ഇന്‍സുലേറ്ററുകളെ ഡൈ-ഇലക്‌ട്രിക്‌ എന്നു വിശേഷിപ്പിക്കുന്നു.
സംവേശനംകൊണ്ടും വസ്‌തുക്കള്‍ ചാര്‍ജ്‌ ചെയ്യപ്പെടാം. ഋണാത്മകമായി ചാര്‍ജ്‌ ചെയ്യപ്പെട്ട R എന്ന റബ്ബര്‍ദണ്ഡ്‌ M എന്ന ലോഹഗോളത്തിനു സമീപംകൊണ്ടുവരിക (ചിത്രം 1). ഒരേ ചാര്‍ജുകള്‍ വികര്‍ഷിക്കപ്പെടുന്നതുകൊണ്ട്‌ ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍ എതിര്‍വശത്തേക്കു വികര്‍ഷിക്കപ്പെടുന്നു. അതായത്‌, R-നോട്‌ അടുത്തിരിക്കുന്ന ഭാഗത്ത്‌ അത്രയും തന്നെ ധനചാര്‍ജ്‌ ഉണ്ടാകുന്നു. ഈ ലോഹഗോളം എര്‍ത്തുചെയ്യുകയാണെങ്കില്‍ അതിലൂടെ ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍ ഭൂമിയിലേക്കൊഴുകും. ഭൂമിയുമായുള്ള ബന്ധം വേര്‍പെടുത്തിയശേഷം R-നെ തത്‌സ്ഥാനത്തുനിന്ന്‌ നീക്കിയാല്‍ ങ ധനാത്മകമായി ചാര്‍ജ്‌ ചെയ്യപ്പെട്ട ഒരു ഗോളമായിത്തീരുന്നു. ഇങ്ങനെ സംവേശനം ചെയ്യപ്പെട്ട ചാര്‍ജുകള്‍ ലോഹഗോളത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തില്‍ വ്യാപിക്കുന്നു.
ഘര്‍ഷണം, സംവേശനം മുതലായ പ്രക്രിയകള്‍കൊണ്ട്‌ വൈദ്യുത ചാര്‍ജ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളെ ഇലക്‌ട്രോസ്റ്റാറ്റിക്‌ ജനറേറ്ററുകള്‍ എന്നു പറയുന്നു. ഇലക്‌ട്രോഫോറസ്‌, വിംഹേഴ്‌സ്റ്റ്‌ യന്ത്രം, കോക്‌റോഫ്‌ട്‌-വാള്‍ടണ്‍ ത്വരിത്രം (accelerator), വാന്‍ഡിഗ്രാഫ്‌ ജനറേറ്റര്‍ എന്നിവ ഇത്തരം ജനറേറ്ററുകളാണ്‌. ഇവയില്‍ വാന്‍ഡിഗ്രാഫ്‌ ജനറേറ്റര്‍ കൂടുതല്‍ വോള്‍ട്ടതയുള്ള ചാര്‍ജുകള്‍ സൃഷ്‌ടിക്കുവാന്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
കൂളും നിയമം. ചാര്‍ജുകള്‍ തമ്മിലുള്ള ആകര്‍ഷണവികര്‍ഷണബലങ്ങളെയാണ്‌ ഈ നിയമം സൂചിപ്പിക്കുന്നത്‌. ഇതനുസരിച്ച്‌ R അകലത്തിലിരിക്കുന്ന Q1, Q2 എന്നീ ചാര്‍ജുകള്‍ തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുതബലം F, Q1 X Q2 നോട്‌ അനുക്രമാനുപാതത്തിലും R2-നോട്‌ വ്യുത്‌ക്രമാനുപാതത്തിലും ആയിരിക്കും. 
. Kയുടെ മൂല്യം ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്ന മാത്രകളെയും മാധ്യമത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കും. മെട്രിക്‌ പദ്ധതിയില്‍ ചാര്‍ജിനെ കൂളും ആയാണ്‌ അളക്കുന്നത്‌. ഒരു കൂളും വീതമുള്ള രണ്ട്‌ ചാര്‍ജുകള്‍ ശൂന്യപ്രദേശത്ത്‌ ഒരു മീറ്റര്‍ അകലത്തില്‍ വയ്‌ക്കുകയാണെങ്കില്‍ അവ തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുതബലം 9 x 109 ന്യൂട്ടണ്‍ ആയിരിക്കും. വളരെ വലിയ ഒരു ബലമാണിത്‌. K ഇവിടെ 1/4 πε ആണ്‌; ε ശൂന്യപ്രദേശത്തിന്റെ അന്തര്‍വേശകത്വവും (permitivity).
വൈദ്യുതക്ഷേത്രവും പൊട്ടന്‍ഷ്യലും. ഒരു ചാര്‍ജിനു ചുറ്റും വൈദ്യുതബലം ഉണ്ടായിരിക്കും. അവിടെ ഒരു വൈദ്യുതക്ഷേത്രം ഉണ്ട്‌ എന്നു പറയുന്നു. ഒരു ബിന്ദുവിലുള്ള വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രത (intensity) B ബിന്ദുവില്‍ വച്ചിട്ടുള്ള ഒരു മാത്ര ചാര്‍ജില്‍ അനുഭവപ്പെടുന്ന ബലമായാണ്‌ നിര്‍വചിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്‌.q എന്നൊരു ചാര്‍ജില്‍ നിന്നും r ദൂരത്തിലിരിക്കുന്ന P എന്ന ബിന്ദുവിലുള്ള വൈദ്യുതക്ഷേത്ര(E)ത്തിന്റെ വ്യഞ്‌ജകം താഴെ കൊടുക്കുന്നു.
വൈദ്യുതപൊട്ടന്‍ഷ്യലും ഇതുപോലെ നിര്‍വചിക്കാം. ഒരു ബിന്ദുവിലുള്ള ഇലക്‌ട്രിക്‌ അഥവാ ഇലക്‌ട്രോസ്റ്റാറ്റിക്‌ പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍, ഒരു മാത്ര ചാര്‍ജിനെ അനന്തതയില്‍നിന്ന്‌ ആ ബിന്ദുവരെ കൊണ്ടുവരുന്നതിനു വേണ്ടിവരുന്ന പ്രവൃത്തി (work) ആണ്‌. 
രണ്ടു ബിന്ദുക്കള്‍ E എന്ന വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിലാണെങ്കില്‍ അവ തമ്മിലുള്ള പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ അന്തരം താഴെ കൊടുക്കുന്നു.
ഗൗസ്‌ നിയമം. ഇലക്‌ട്രോസ്റ്റാറ്റികത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനസമവാക്യം എന്നു പറയുന്നത്‌ ഗൗസ്‌ നിയമമാണ്‌. ഇതനുസരിച്ച്‌ ഒരു സംവൃത പ്രതലത്തില്‍ (closed surface) നിന്നു ബഹിര്‍ഗമിക്കുന്ന മൊത്തം ഇലക്‌ട്രിക്‌ ഫ്‌ളക്‌സ്‌ (ചിത്രം 2) ആ പ്രതലത്തിനകത്തുള്ള ചാര്‍ജുകളുടെ 1/ε ഗുണനമായിരിക്കും. അതായത്‌.
ρ ചാര്‍ജ്‌സാന്ദ്രത ആയിരിക്കും. ഈ നിയമം ഒരു ശക്തമായ വിശ്ലേഷിക ആയുധമായി (analytical tool) ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. ഇതുപയോഗിച്ച്‌ സമമിതമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ള ചാര്‍ജുകളുടെ വൈദ്യുതക്ഷേത്രം കണക്കാക്കിയെടുക്കാന്‍ സാധിക്കുന്നതാണ്‌. ഇന്‍സുലേറ്റുചെയ്‌ത ഒരു ചാലകത്തിനു കൊടുക്കുന്ന ചാര്‍ജുകളെല്ലാം അതിന്റെ പുറം തലത്തില്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു എന്ന്‌ ഗൗസ്‌ സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിച്ച്‌ തെളിയിക്കാം. ആ ചാലകത്തിനകത്ത്‌ വൈദ്യുതക്ഷേത്രം അനുഭവപ്പെടുന്നില്ല. ചാലകത്തിന്റെ പുറംതലത്തെല്ലാം ഒരേ പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ ആയിരിക്കും. അത്തരം പ്രതലങ്ങളാണ്‌ സമ-പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ പ്രതലങ്ങള്‍.
ധാരിത (Capacitance). ഒരു ഇലക്‌ട്രോസ്റ്റാറ്റിക്‌ വ്യൂഹത്തിലുള്ള ചാര്‍ജും അതിന്റെ പൊട്ടന്‍ഷ്യലും തമ്മില്‍ വ്യക്തമായ ഒരു ബന്ധമുണ്ട്‌. Q ചാര്‍ജുള്ള ഒരു ചാലകഗോളത്തിന്റെ പ്രതലത്തിലെ പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ 
ആണ്‌; R ഗോളത്തിന്റെ വ്യാസാര്‍ധവും, ഇവിടെ Q-യും V-യും അനുക്രമാനുപാതത്തിലാണെന്നു കാണാം. അതുകൊണ്ട്‌ Q = CV എന്നെടുക്കാം. C-യെ ആ ചാലകഗോളത്തിന്റെ ധാരിത എന്നു പറയുന്നു. മെട്രിക്‌ പദ്ധതിയില്‍ ഇതിന്റെ മാത്ര ഒരു ഫാരഡ്‌ ആണ്‌.
തുല്യ എതിര്‍-ചാര്‍ജുകളുള്ള രണ്ട്‌ ചാലകങ്ങള്‍ അടുത്തടുത്ത്‌ വയ്‌ക്കുയാണെങ്കില്‍ അവ തമ്മിലുള്ള പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍-അന്തരം ചാര്‍ജിന്റെ അനുക്രമാനുപാതത്തിലായിരിക്കും. ഈ രീതിയിലുള്ള ചാലകവിന്യാസത്തെ കപ്പാസിറ്റര്‍ അഥവാ കണ്ടന്‍സര്‍ എന്നു വിളിക്കുന്നു. പല ആകൃതിയിലും കണ്ടന്‍സറുകള്‍ നിര്‍മിക്കാമെങ്കിലും രണ്ടു സമാന്തരചാലക-പലകകള്‍ കൊണ്ടുള്ള കണ്ടന്‍സറുകളാണ്‌ സാധാരണമായത്‌. ഇത്തരം സമാന്തരഫലക കണ്ടന്‍സറിന്റെ ധാരിത C താഴെ ചേര്‍ക്കുന്നു.
A പലകയുടെ വിസ്‌തീര്‍ണവും d പലകകള്‍ തമ്മിലുള്ള ദൂരവുമായിരിക്കും (ചിത്രം 3). പലകകള്‍ക്കിടയ്‌ക്ക്‌ ഒരു ധാരിത വയ്‌ക്കുകയാണെങ്കില്‍ കണ്ടന്‍സറിന്റെ ധാരിത വര്‍ധിക്കുന്നതായി കാണാം. അപ്പോള്‍ ധാരിത 
ആകുന്നു. t ഡൈ-ഇലക്‌ട്രിക്‌ സ്ഥിരാങ്കമാണ്‌.
കപ്പാസിറ്ററുകള്‍ ഇലക്‌ട്രോണിക പരിപഥങ്ങളുടെ ഒരു പ്രധാനഭാഗമാണ്‌. ഇവയെ ആധാനം ചെയ്‌ത്‌ ഊര്‍ജം സുരക്ഷിതമായി സൂക്ഷിക്കുന്നതിനും വൈദ്യുതക്ഷേത്രങ്ങള്‍ സൃഷ്‌ടിക്കുന്നതിനും ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു.
(ഡോ. വി. ഉണ്ണിക്കൃഷ്‌ണന്‍ നായര്‍)
