برقی میدان، برقی دو قطبی اور برقی بہاؤ

برقی میدان#

برقی میدان ایک ایسا خطہ ہے جو کسی باردار ذرے یا شے کے گرد ہوتا ہے جس کے اندر اس کا اثر محسوس کیا جا سکتا ہے۔ یہ ایک ویکٹر فیلڈ ہے، جس کا مطلب ہے کہ اس میں دونوں شدت اور سمت ہوتی ہے۔ کسی نقطہ پر برقی میدان کی شدت اس نقطہ پر رکھے گئے مثبت امتحانی بار پر محسوس ہونے والی برقی قوت کو، امتحانی بار کی شدت سے تقسیم کر کے تعریف کی جاتی ہے۔ برقی میدان کی سمت وہ سمت ہوتی ہے جس میں ایک مثبت امتحانی بار پر برقی قوت محسوس ہوتی۔

برقی میدان کی لکیریں#

برقی میدان کی لکیریں خیالی لکیریں ہیں جو برقی میدان کی سمت اور طاقت کو ظاہر کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔ انہیں اس طرح کھینچا جاتا ہے کہ کسی بھی نقطہ پر لکیر کی مماس اس نقطہ پر برقی میدان کی سمت دیتی ہے، اور لکیروں کی کثافت میدان کی طاقت کو ظاہر کرتی ہے۔

برقی میدانوں کی خصوصیات#

برقی میدانوں کی کئی اہم خصوصیات ہیں، جن میں شامل ہیں:

• برقی میدان باردار ذرات سے بنتے ہیں۔ کسی ذرے میں جتنا زیادہ بار ہوگا، اس کا برقی میدان اتنا ہی مضبوط ہوگا۔
• برقی میدان ماخذ بار سے فاصلے کے مربع کے الٹ متناسب ہوتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ جیسے جیسے آپ ماخذ بار سے دور جاتے ہیں، برقی میدان کی طاقت کم ہوتی جاتی ہے۔
• برقی میدان جمع ہونے والے ہوتے ہیں۔ متعدد باروں کی وجہ سے برقی میدان ہر انفرادی بار کی وجہ سے برقی میدانوں کا ویکٹر مجموعہ ہوتا ہے۔
• برقی میدانوں کو روکا جا سکتا ہے۔ ایک موصل مواد برقی میدانوں کو روک سکتا ہے۔

برقی میدانوں کے اطلاقات#

برقی میدانوں کے اطلاقات کی ایک وسیع قسم ہے، جن میں شامل ہیں:

• برقی موٹریں اور جنریٹر۔ برقی موٹریں حرکت پیدا کرنے کے لیے برقی میدان استعمال کرتی ہیں، جبکہ جنریٹر برقی میدان بنانے کے لیے حرکت استعمال کرتے ہیں۔
• کپیسیٹر۔ کپیسیٹر برقی توانائی کو برقی میدان میں ذخیرہ کرتے ہیں۔
• ٹرانزسٹر۔ ٹرانزسٹر ایسے الیکٹرانک آلات ہیں جو کرنٹ کے بہاؤ کو کنٹرول کرنے کے لیے برقی میدان استعمال کرتے ہیں۔
• برقی مقناطیس۔ برقی مقناطیس مقناطیسی میدان بنانے کے لیے برقی میدان استعمال کرتے ہیں۔

برقی میدان بجلی اور مقناطیس کی ہماری سمجھ کا ایک بنیادی حصہ ہیں۔ ہماری روزمرہ زندگی میں ان کے بہت سے اطلاقات ہیں، اور ہمارے ارد گرد دنیا میں ہم جن بہت سے مظاہر کو دیکھتے ہیں انہیں سمجھنے کے لیے یہ ضروری ہیں۔

برقی بہاؤ#

برقی بہاؤ کسی دیے گئے سطح سے گزرنے والے برقی میدان کی مقدار کا ایک پیمانہ ہے۔ اسے برقی میدان ویکٹر اور سطح کے عام ویکٹر کے ڈاٹ پروڈکٹ کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے۔

ریاضیاتی تعریف#

سطح $S$ سے گزرنے والا برقی بہاؤ مندرجہ ذیل مساوات سے دیا جاتا ہے:

$$\Phi_E = \oint_S \vec{E} \cdot \hat{n} dA$$

جہاں:

• $\Phi_E$ وولٹ فی میٹر (V/m) میں برقی بہاؤ ہے
• $\vec{E}$ وولٹ فی میٹر (V/m) میں برقی میدان ویکٹر ہے
• $\hat{n}$ سطح کا عام ویکٹر ہے
• $dA$ مربع میٹر (m$^2$) میں سطح کا تفریقی رقبہ ہے

برقی بہاؤ کی خصوصیات#

برقی بہاؤ کی مندرجہ ذیل خصوصیات ہیں:

• برقی بہاؤ ایک اسکیلر مقدار ہے۔
• برقی بہاؤ مثبت ہوتا ہے اگر برقی میدان ویکٹر سطح کے عام ویکٹر کی ہی سمت میں اشارہ کر رہا ہو۔
• برقی بہاؤ منفی ہوتا ہے اگر برقی میدان ویکٹر سطح کے عام ویکٹر کی مخالف سمت میں اشارہ کر رہا ہو۔
• برقی بہاؤ صفر ہوتا ہے اگر برقی میدان ویکٹر سطح کے متوازی ہو۔

برقی بہاؤ کے اطلاقات#

برقی بہاؤ مختلف اطلاقات میں استعمال ہوتا ہے، جن میں شامل ہیں:

• نقطہ بار کی وجہ سے برقی میدان کا حساب لگانا
• لکیری بار کی وجہ سے برقی میدان کا حساب لگانا
• سطحی بار کی وجہ سے برقی میدان کا حساب لگانا
• برقی پوٹینشل کا حساب لگانا
• کپیسیٹر کی کیپیسٹینس کا حساب لگانا

برقی بہاؤ برقناطیسیت میں ایک بنیادی تصور ہے۔ یہ کسی دی گئی سطح سے گزرنے والے برقی میدان کی مقدار کو بیان کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے اور برقناطیسیت میں اس کے مختلف اطلاقات ہیں۔

برقی دو قطبی#

ایک برقی دو قطبی دو برابر اور مخالف باروں پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک چھوٹے سے فاصلے سے جدا ہوتے ہیں۔ دو قطبی مومنٹ ایک ویکٹر مقدار ہے جو منفی بار سے مثبت بار کی طرف اشارہ کرتی ہے اور اس کی شدت ایک بار کی شدت اور ان کے درمیان فاصلے کے حاصل ضرب کے برابر ہوتی ہے۔

دو قطبی مومنٹ#

ایک برقی دو قطبی کی دو قطبی مومنٹ اس کی طاقت کا ایک پیمانہ ہے۔ اسے ایک بار کی شدت اور ان کے درمیان فاصلے کے حاصل ضرب کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے۔ دو قطبی مومنٹ ایک ویکٹر مقدار ہے جو منفی بار سے مثبت بار کی طرف اشارہ کرتی ہے۔

دو قطبی کا برقی میدان#

ایک برقی دو قطبی کا برقی میدان مندرجہ ذیل مساوات سے دیا جاتا ہے:

$$\overrightarrow{E}=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{2qs}{r^3}\hat{r}$$

جہاں:

• $\overrightarrow{E}$ برقی میدان ویکٹر ہے
• $q$ ایک بار کی شدت ہے
• $2s$ باروں کے درمیان فاصلہ ہے
• $r$ دو قطبی سے مشاہداتی نقطہ تک کا فاصلہ ہے
• $\hat{r}$ ایک یونٹ ویکٹر ہے جو دو قطبی سے مشاہداتی نقطہ کی طرف اشارہ کرتا ہے
• $\varepsilon_0$ خلا کی پرمیٹیویٹی ہے

ایک برقی دو قطبی کا برقی میدان دو قطبی محور کے ساتھ والے نقاط پر سب سے مضبوط ہوتا ہے، اور دو قطبی محور کے عمودی نقاط پر سب سے کمزور ہوتا ہے۔

برقی دو قطبیوں کے اطلاقات#

برقی دو قطبی مختلف اطلاقات میں استعمال ہوتے ہیں، جن میں شامل ہیں:

• اینٹینا
• موٹریں
• جنریٹر
• کپیسیٹر
• مقناطیسی گونج امیجنگ (MRI)

برقی دو قطبی برقناطیسیت میں ایک اہم تصور ہیں۔ وہ مختلف اطلاقات میں استعمال ہوتے ہیں، اور ان کی خصوصیات کو سمجھنا ہمارے ارد گرد دنیا میں بہت سے مظاہر کو سمجھنے کے لیے ضروری ہے۔

برقی دو قطبی کی وجہ سے برقی میدان اور پوٹینشل#

ایک برقی دو قطبی دو برابر اور مخالف باروں پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک چھوٹے سے فاصلے سے جدا ہوتے ہیں۔ برقی دو قطبی کی وجہ سے برقی میدان اور پوٹینشل کا حساب مندرجہ ذیل مساواتوں کا استعمال کرتے ہوئے لگایا جا سکتا ہے:

برقی دو قطبی کا برقی میدان#

برقی دو قطبی کا برقی میدان مساوات سے دیا جاتا ہے:

$$\overrightarrow{E}=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{2qs}{r^3}\left[\hat{r}-(\hat{r}\cdot\hat{p})\hat{p}\right]$$

جہاں:

• $\overrightarrow{E}$ برقی میدان ویکٹر ہے
• $q$ باروں کی شدت ہے
• $2s$ باروں کے درمیان فاصلہ ہے
• $r$ دو قطبی سے مشاہداتی نقطہ تک کا فاصلہ ہے
• $\hat{r}$ دو قطبی سے مشاہداتی نقطہ کی طرف یونٹ ویکٹر ہے
• $\hat{p}$ دو قطبی مومنٹ کی سمت میں یونٹ ویکٹر ہے

برقی دو قطبی کا پوٹینشل#

برقی دو قطبی کا پوٹینشل مساوات سے دیا جاتا ہے:

$$V=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{2qs}{r^2}\left[1-(\hat{r}\cdot\hat{p})\right]$$

جہاں:

• $V$ پوٹینشل ہے
• $q$ باروں کی شدت ہے
• $2s$ باروں کے درمیان فاصلہ ہے
• $r$ دو قطبی سے مشاہداتی نقطہ تک کا فاصلہ ہے
• $\hat{r}$ دو قطبی سے مشاہداتی نقطہ کی طرف یونٹ ویکٹر ہے
• $\hat{p}$ دو قطبی مومنٹ کی سمت میں یونٹ ویکٹر ہے

برقی پوٹینشل#

برقی پوٹینشل، جسے وولٹیج بھی کہا جاتا ہے، برقناطیسیت میں ایک بنیادی تصور ہے جو خلا میں کسی دیے گئے نقطہ پر فی یونٹ بار برقی پوٹینشل توانائی کی مقدار کو بیان کرتا ہے۔ یہ ایک اسکیلر مقدار ہے اور اسے وولٹ (V) میں ناپا جاتا ہے۔

برقی پوٹینشل کو سمجھنا#

برقی پوٹینشل برقی باروں کی موجودگی کی وجہ سے پیدا ہوتا ہے۔ جب کسی خطے میں ایک مثبت بار رکھا جاتا ہے، تو یہ ایک برقی میدان پیدا کرتا ہے جو قریبی دوسرے باروں پر قوت ڈالتا ہے۔ کسی نقطہ پر برقی پوٹینشل برقی میدان کے خلاف لامحدودیت سے اس نقطہ تک ایک مثبت امتحانی بار کو منتقل کرنے میں کیے گئے کام کی مقدار کے براہ راست متناسب ہوتا ہے۔

ریاضیاتی تعریف#

خلا میں کسی نقطہ پر برقی پوٹینشل $V$ اس نقطہ پر فی یونٹ بار $q$ برقی پوٹینشل توانائی $U_e$ کی مقدار کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے:

$$V = \frac{U_e}{q}$$

جہاں:

• $V$ وولٹ (V) میں برقی پوٹینشل ہے
• $U_e$ جول (J) میں برقی پوٹینشل توانائی ہے
• $q$ کولمب (C) میں امتحانی بار کی شدت ہے

برقی پوٹینشل کی خصوصیات#

• برقی پوٹینشل ایک اسکیلر مقدار ہے، جس کا مطلب ہے کہ اس میں صرف شدت ہوتی ہے، کوئی سمت نہیں ہوتی۔
• برقی پوٹینشل جمع ہونے والا ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ متعدد باروں کی وجہ سے کسی نقطہ پر پوٹینشل ہر انفرادی بار کی وجہ سے پوٹینشلز کا الجبرائی مجموعہ ہوتا ہے۔
• برقی پوٹینشل امتحانی بار کے لامحدودیت سے دلچسپی کے نقطہ تک لیے گئے راستے سے آزاد ہوتا ہے۔ یہ خصوصیت برقی میدان کی قدامت پسند فطرت کے نام سے جانی جاتی ہے۔
• برقی پوٹینشل خلا میں ایک مسلسل فنکشن ہے، جس کا مطلب ہے کہ یہ نقطہ سے نقطہ تک ہموار طریقے سے بدلتا ہے۔

ہم پوٹینشل سطحیں#

ایک ہم پوٹینشل سطح خلا میں ایک سطح ہے جہاں تمام نقاط کا برقی پوٹینشل ایک جیسا ہوتا ہے۔ یہ سطحیں برقی میدان کی لکیروں کے عمودی ہوتی ہیں، اور کسی بار کو ہم پوٹینشل سطح کے ساتھ منتقل کرنے میں کوئی کام نہیں کیا جاتا۔

برقی پوٹینشل کے اطلاقات#

برقی پوٹینشل طبیعیات اور انجینئرنگ کے مختلف شعبوں میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے، جن میں شامل ہیں:

• برقی سکونیات: برقی سکونیات میں برقی میدان اور برقی قوتوں کا حساب لگانے کے لیے برقی پوٹینشل استعمال ہوتا ہے۔
• سرکٹ تھیوری: برقی سرکٹس، بشمول وولٹیج ذرائع، رزسٹرز اور کپیسیٹرز، کا تجزیہ اور ڈیزائن کرنے کے لیے برقی پوٹینشل استعمال ہوتا ہے۔
• برقناطیسیت: برقناطیسی لہروں کے رویے اور برقی اور مقناطیسی میدانوں کے درمیان تعامل کا مطالعہ کرنے کے لیے برقی پوٹینشل استعمال ہوتا ہے۔
• برقی کیمیا: برقی کیمیائی عمل، جیسے بیٹریوں اور فیول سیلز میں، کو سمجھنے کے لیے برقی پوٹینشل استعمال ہوتا ہے۔

خلاصہ یہ کہ، برقی پوٹینشل برقناطیسیت میں ایک بنیادی تصور ہے جو خلا میں کسی دیے گئے نقطہ پر فی یونٹ بار برقی پوٹینشل توانائی کو بیان کرتا ہے۔ یہ ایک اسکیلر مقدار ہے جسے وولٹ میں ناپا جاتا ہے اور اس کے طبیعیات اور انجینئرنگ میں مختلف اطلاقات ہیں۔

یکساں برقی میدان میں برقی دو قطبی#

ایک برقی دو قطبی دو برابر اور مخالف باروں پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک چھوٹے سے فاصلے سے جدا ہوتے ہیں۔ جب ایک یکساں برقی میدان میں رکھا جاتا ہے، تو دو قطبی ایک ٹارک محسوس کرتا ہے جو اسے میدان کے ساتھ سیدھ میں لانے کی کوشش کرتا ہے۔ ٹارک کی شدت اس طرح دی جاتی ہے:

$$\tau = pE\sin\theta$$

جہاں:

• $\tau$ نیوٹن میٹر (N$\cdot$m) میں ٹارک ہے
• $p$ کولمب میٹر (C$\cdot$m) میں دو قطبی مومنٹ ہے
• $E$ وولٹ فی میٹر (V/m) میں برقی میدان کی طاقت ہے
• $\theta$ دو قطبی مومنٹ اور برقی میدان کے درمیان زاویہ ہے

ٹارک کی سمت ایسی ہوتی ہے کہ یہ دو قطبی کو اس طرح گھمانے کی کوشش کرتا ہے کہ اس کا مثبت بار برقی میدان کی سمت میں اشارہ کرے۔

یکساں برقی میدان میں برقی دو قطبی کی پوٹینشل توانائی#

ایک یکساں برقی میدان میں برقی دو قطبی کی پوٹینشل توانائی اس طرح دی جاتی ہے:

$$U = -pE\cos\theta$$

جہاں:

• $U$ جول (J) میں پوٹینشل توانائی ہے
• $p$ کولمب میٹر (C$\cdot$m) میں دو قطبی مومنٹ ہے
• $E$ وولٹ فی میٹر (V/m) میں برقی میدان کی طاقت ہے
• $\theta$ دو قطبی مومنٹ اور برقی میدان کے درمیان زاویہ ہے

پوٹینشل توانائی کم از کم ہوتی ہے جب دو قطبی برقی میدان کے ساتھ سیدھ میں ہوتا ہے ($\theta = 0^\circ$)، اور یہ زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے جب دو قطبی برقی میدان کے عمودی ہوتا ہے ($\theta = 90^\circ$)۔