$1.5 \;\mu \,C$ અને $2.5\; \mu \,C$ વિધુતભાર ધરાવતા બે નાના ગોળાઓ એકબીજાથી $30 \;cm$ અંતરે રહેલા છે. નીચેના સ્થાનોએ સ્થિતિમાન અને વિધુતક્ષેત્ર શોધો.
$(a)$ બે વિધુતભારોને જોડતી રેખાના મધ્યબિંદુએ અને
$(b)$ આ રેખાના મધ્યબિંદુમાથી પસાર થતી અને રેખાને લંબ સમતલમાં મધ્યબિંદુથી અંતરે આવેલા બિંદુએ. .
Two charges placed at points $A$ and $B$ are represented in the given figure. $O$ is the midpoint of the line joining the two charges.
Magnitude of charge located at $A, q_{1}=1.5\, \mu \,C$
Magnitude of charge located at $B, q_{2}=2.5\, \mu\, C$
Distance between the two charges, $d=30 \,cm =0.3 \,m$
$(a)$ Let $v_{1}$ and $E_{1}$ are the electric potential and electric field respectively at $0 .$
$V _{1}=$ Potential due to charge at $A +$ Potential due to charge at $B$
$V_{1}=\frac{q_{1}}{4 \pi \epsilon_{0}\left(\frac{d}{2}\right)}+\frac{q_{2}}{4 \pi \epsilon_{0}\left(\frac{d}{2}\right)}$$=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}\left(\frac{d}{2}\right)}\left(q_{1}+q_{2}\right)$
Where, $\epsilon_{0}=$ Permittivity of free space
$\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}}=9 \times 10^{9} NC ^{2} m ^{-2}$
$\therefore V_{1}=\frac{9 \times 10^{9} \times 10^{-6}}{\left(\frac{0.30}{2}\right)}(2.5+1.5)$$=2.4 \times 10^{5} V$
$E _{1}=$ Electric field due to $q _{2}-$ Electric field due to $q _{1}=\frac{q_{2}}{4 \pi \epsilon_{0}\left(\frac{d}{2}\right)^{2}}-\frac{q_{1}}{4 \pi \epsilon_{0}\left(\frac{d}{2}\right)^{2}}$
$=\frac{9 \times 10^{9}}{\left(\frac{0.30}{2}\right)^{2}} \times 10^{6} \times(2.5-1.5)$
$=4 \times 10^{5}\, V \,m ^{-1}$
Therefore, the potential at mid-point is $2.4 \times 10^{5}\, V$ and the electric field at mid-point is $4 \times 10^{5} \,V\, m ^{-1} .$ The field is directed from the larger charge to the smaller charge.
$(b)$ Consider a point $z$ such that normal distance $OZ=10 \,cm =0.1\, m ,$ as shown in the following figure.
$V_{2}$ and $E_{2}$ are the electric potential and electric field respectively at $z$
It can be observed from the figure that distance, $B Z=A Z=\sqrt{(0.1)^{2}+(0.15)^{2}}=0.18\, m$
$V _{2}=$ Electric potential due to $A +$ Electric Potential due to $B$
$=\frac{q_{1}}{4 \pi \epsilon_{0}( AZ )}+\frac{q_{1}}{4 \pi \epsilon_{0}( BZ )}$
$=\frac{9 \times 10^{9} \times 10^{-6}}{0.18}(1.5+2.5)$
$=2 \times 10^{5}\, V$
Electric field due to $q$ at $z$ $E_{ A }=\frac{q_{1}}{4 \pi \epsilon_{0}( AZ )^{2}}$
$=\frac{9 \times 10^{9} \times 1.5 \times 10^{-6}}{(0.18)^{2}}$
$=0.416 \times 10^{6} \,V / m$
Electric field due to $q_{2}$ at $Z$ $E_{ n }=\frac{q_{2}}{4 \pi \epsilon_{0}( BZ )^{2}}$
$=\frac{9 \times 10^{9} \times 2.5 \times 10^{-6}}{(0.18)^{2}}$
$=0.69 \times 10^{6} \,V\,m ^{-1}$
The resultant field intensity at $z$
$E=\sqrt{E_{A}^{2}+E_{ B }^{2}+2 E_{ A } E_{ B } \cos 2 \theta}$
Where, $2 \theta$ is the angle, $\angle A Z B$
From the figure, we obtain
$\cos \theta=\frac{0.10}{0.18}=\frac{5}{9}=0.5556$
$\theta=\cos ^{-1} \theta \cdot 5556=56.25$
$\therefore 2 \theta=112.5^{\circ}$
$\cos 2 \theta=-0.38$
$E=\sqrt{\left(0.416 \times 10^{4}\right)^{2} \times\left(0.69 \times 10^{6}\right)^{2}+2 \times 0.416 \times 0.69 \times 10^{12} \times(-0.38)}$
$=6.6 \times 10^{5} \,V\,m ^{-1}$
Therefore, the potential at a point $10 \,cm$ (perpendicular to the mid-point) is $2.0 \times 10^{5} \,V$ and electric field is
$6.6 \times 10^{5} \,V\, m ^{-1}$
જો $y -$ અક્ષ પર $y=-a$ પર $y=+a$ પર બે એક સરખાં ધન ચાર્જ મુકવામાં આવે છે. આ સ્થિતિમાં $x$ અક્ષ પર સ્થિતિમાનનો આલેખ કેટલો મળશે ?
એકસરખા મુલ્ય $q$ ધરાવતા વિદ્યુતચાર્જને એક રેખા $x=1\,m ,2\,m ,4\,m,8\,m \ldots \ldots $. વગેરે સ્થાનો પર રાખેલ છે. જો બે સળંગ વિદ્યુતભાર પર વિરુદ્ધ નિશાનીઓ હોય અને પ્રથમ ચાર્જની નિશાની ધન હોય તો $x=0$ સ્થાને સ્થિતિમાન કેટલો હશે?
$Q$ વિજભાર બે સમકેન્દ્રિય $r$ અને $R ( R > r)$ ત્રિજ્યા ધરાવતા પોલા ગોળા પર એવી રીતે પથરાયેલ છે કે જેથી બંને ગોળા પરની પૃષ્ઠ વિજભાર ઘનતા સમાન રહે. બંનેના સમાન કેન્દ્ર આગળ વિદ્યુતસ્થિતિમાન કેટલું મળે?
વિદ્યુતસ્થિતિમાન સદિશ છે કે અદિશ ?
એક ક્ષેત્રમાં એકસમાન વિદ્યુતક્ષેત્ર પ્રવર્તે છે. આ ક્ષેત્રમાં બિંદુ $P$ આગળ કેન્દ્ર હોય તેવા ગોળા પરના અલગ અલગ બિંદુ આગળનું વિદ્યુતસ્થિતિમાન $589.0\,V$ થી $589.8\, V$ જેટલું બદલાય છે. વિદ્યુતક્ષેત્ર સાથે $60^o$ નો ખુણો બનાવતા સ્થાન સદીશ પર રહેલ ગોળા પરના બિંદુ આગળ વિદ્યુતસ્થિતિમાન ($V$ માં) કેટલું હશે?