2. Electric Potential and CapacitanceMedium

નીચેનાના જવાબ આપોઃ

$(a)$ પૃથ્વીની સપાટીથી ઊંચાઈ સાથે ઘટતા વિદ્યુતક્ષેત્રને અનુરૂપ વાતાવરણની ટોચ પરનું સ્થિતિમાન જમીનની સાપેક્ષે $400 \,kV$ છે. પૃથ્વીની સપાટીની નજીક ક્ષેત્ર $100\; Vm ^{-1}$ છે. તો પછી આપણા ઘરમાંથી બહાર ખુલ્લામાં પગ મૂકતાં આપણે વિદ્યુત આંચકો કેમ અનુભવતા નથી? (ઘરને એક સ્ટીલનું પાંજરું ધારો કે જેમાં અંદર કોઈ ક્ષેત્ર નથી !)

$(b)$ એક માણસ એક દિવસ સાંજે તેના ઘરની બહાર એક બે મીટર ઉંચાઈનું અવાહક ચોસલું $(Slab)$ ગોઠવે છે કે જેની ટોચ પર મોટું $1\; m ^{2}$ ક્ષેત્રફળનું એલ્યુમિનિયમનું પતરું રાખેલ છે. બીજે દિવસે સવારે જો તે ધાતુના પતરાને સ્પર્શ કરે તો તેને વિદ્યુતઆંચકો લાગશે?

$(c)$ હવાની નાની (ઓછી) વાહકતાને કારણે સમગ્ર પૃથ્વી પર વાતાવરણમાં સરેરાશ ડિચાર્જિંગ પ્રવાહ $1800 \;A$ જણાયો છે. તો પછી વાતાવરણ પોતે સમય જતાં સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જ (વિદ્યુત વિભારિત) થઈને તટસ્થ કેમ બની જતું નથી ? બીજા શબ્દોમાં વાતાવરણ વિદ્યુતભારિત શાને લીધે રહે છે?

$(d)$ વાતાવરણમાં વીજળી $(Lightning)$ થવા દરમિયાન વિદ્યુતઊર્જા, ઊર્જાના ક્યા સ્વરૂપોમાં વિખેરાય છે ? (સૂચન : પૃથ્વીની સપાટી આગળ વિદ્યુતક્ષેત્ર લગભગ $100\; Vm ^{-1}$ અધોદિશામાં છે. જે વિદ્યુતભારની પૃષ્ઠઘનતા $=-10^{-9} \;C \,m ^{-2} $ ને અનુરૂપ છે. $50\; km$ સુધી વાતાવરણની હેજ વાહકતા (તેનાથી આગળ ઉપર તો તે સુવાહક છે)ને લીધે, સમગ્ર પૃથ્વીની અંદર દર સેકંડે લગભગ $+1800 \;C$ વિદ્યુતભાર દાખલ થાય છે. આમ છતાં પૃથ્વી ડિસ્ચાર્જ થઈ જતી નથી કારણ કે સમગ્ર પૃથ્વી પર થતી ગાજવીજને લીધે સમાન જથ્થાનો ઋણ વિધુતભાર પણ પૃથ્વીમાં દાખલ થાય છે.)

Vedclass pdf generator app on play store

Solution

$(a)$ We do not get an electric shock as we step out of our house because the original equipotential surfaces of open air changes, keeping our body and the ground at the same potential.

$(b)$ Yes, the man will get an electric shock if he touches the metal slab next morning. The steady discharging current in the atmosphere charges up the aluminium sheet. As a result, its voltage rises gradually. The raise in the voltage depends on the capacitance of the capacitor formed by the aluminium slab and the ground.

$(c)$ The occurrence of thunderstorms and lightning charges the atmosphere continuously. Hence, even with the presence of discharging current of $1800 \;A$, the atmosphere is not discharged completely. The two opposing currents are in equilibrium and the atmosphere remains electrically neutral.

$(d)$ During lightning and thunderstorm, light energy, heat energy, and sound energy are dissipated in the atmosphere.