વિદ્યુતમાત્રાનું માપન

વિદ્યુતમાત્રાનું માપન : કોઈ પણ પદાર્થના વિદ્યુતભારનું માપન કરવું તે. અલગ અલગ પ્રકારના કેટલાક પદાર્થોને ઘર્ષણ દ્વારા વિદ્યુતભાર ધરાવતા કરી શકાય છે તે તો ઘણી જાણીતી ઘટના છે; જેમ કે, રેશમી કાપડને જો કાચના સળિયા સાથે ઘસીએ તો કાચનો સળિયો એક પ્રકારનો (ધન) વિદ્યુતભાર ધરાવતો થશે તો કાપડ તેનાથી વિરુદ્ધ પ્રકારનો વિદ્યુતભાર (ઋણ વિદ્યુતભાર) ધરાવતો થશે. સૂક્ષ્મ સ્તરે સમજીએ તો આ ઘર્ષણ દરમિયાન એક પદાર્થમાં તેના પરમાણુઓ સાથે પ્રમાણમાં નિર્બળ રીતે બંધાયેલ ઇલેક્ટ્રૉન સ્થાનાંતર કરીને અન્ય પદાર્થ જેના પરમાણુ સાથે તે વધુ પ્રબળ રીતે જોડાઈ શકે છે તેના પર જાય છે. આમ ઘટના દરમિયાન ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવતો પદાર્થ (પ્રસ્તુત કિસ્સામાં કાચ) ધન વિદ્યુતભાર ધરાવતો થાય છે અને રેશમનું કાપડ ઋણ વિદ્યુતભાર ધરાવતું બને છે. વિદ્યુતમાત્રા કુલંબ (Coulomb) નામે ઓળખાતા એકમમાં મપાય છે. કોઈ વાહક તારના આડછેદમાંથી દર સેકંડે એક કુલંબ વિદ્યુત-માત્રા પસાર થતી હોય તો તેમાં એક ઍમ્પિયર વિદ્યુતપ્રવાહ વહેતો ગણાય.

વિદ્યુતભાર ધરાવતા પદાર્થો વચ્ચે લાગતા બળને કુલંબ બળ કહેવાય છે અને પરમાણુના બંધારણમાં નાભિની આસપાસ ફરતા ઇલેક્ટ્રૉનને કક્ષામાં જકડી રાખવામાં આ બળ જ કારણભૂત છે. કુલંબના નિયમ અનુસાર વિદ્યુતભાર ધરાવતા બે કણો વચ્ચે લાગતું બળ, તેમના વિદ્યુતભારની માત્રાના ગુણાકારના સમપ્રમાણમાં અને તેમની વચ્ચેના અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.   જ્યાં Q₁ અને Q₂ વીજભાર અને d તેમની વચ્ચેનું અંતર છે. આ પરથી કહી શકાય કે કોઈ પણ વિદ્યુતભાર ધરાવતો કણ તેની ફરતા વિસ્તારમાં તેના વિદ્યુત-પ્રભાવનું ક્ષેત્ર સર્જે છે, અને આ ક્ષેત્રને કારણે તેમાં રખાયેલ અન્ય વિદ્યુતભાર ધરાવતા કણ પર બળ લાગે છે. નિશ્ચિત માત્રાની તીવ્રતા ધરાવતા વિદ્યુતક્ષેત્રમાં રખાયેલ વિદ્યુતભાર ધરાવતા કણ પર લાગતા બળને માપીને વિદ્યુતભારની માત્રા તારવી શકાય (જેમ ગુરુત્વાકર્ષણ-ક્ષેત્રમાં રખાયેલ પદાર્થનું દળ તેના પર ગુરુત્વાકર્ષણના લાગતા બળ દ્વારા તારવાય છે તે જ રીતે).

મિલિકન (Millikan) નામના વૈજ્ઞાનિકે, તેણે કરેલ એક ઐતિહાસિક પ્રયોગ દ્વારા તારવ્યું કે પદાર્થ પર વિદ્યુતમાત્રાનું મૂલ્ય એક ઇલેક્ટ્રૉન પરની વિદ્યુતમાત્રા જેટલું કે તેના પૂર્ણાંક ગુણાંકમાં જ હોઈ શકે. આમ વિદ્યુતમાત્રા માટે એક ન્યૂનતમ મૂલ્ય છે, જે એક ઇલેક્ટ્રૉન પરના વિદ્યુતભાર જેટલું છે. આ પ્રયોગમાં તેણે એક બંધ વાસણમાં રખાયેલ ધાતુની તકતીઓ વચ્ચે વીજસ્થિતિમાનનો તફાવત આપીને તેમની વચ્ચેના ક્ષેત્રમાં એકસમાન વિદ્યુતક્ષેત્ર (uniform electric field) સર્જ્યું, અને આ ક્ષેત્રમાં તેણે તેલનાં સૂક્ષ્મ વીજભારિત ટીપાંઓની ગતિનાં અવલોકન કર્યાં; જેને આધારે તેણે ઉપર દર્શાવેલ તારવણી કરી. વળી ઇલેક્ટ્રૉનની વિદ્યુતમાત્રાનું મૂલ્ય તારવ્યું. આ પ્રયોગ માટે તેને 1923નું નોબેલ પારિતોષિક એનાયત થયું હતું. એક કુલંબ વિદ્યુતનો જથ્થો લગભગ 6.15 × 10¹⁸ ઇલેક્ટ્રૉનના કુલ વિદ્યુતજથ્થા બરાબર થાય છે.

નાભિકીય સંઘાતો (collisions) દરમિયાન સર્જાતા કણોની વિદ્યુતમાત્રા માપવા માટે એક અન્ય પદ્ધતિ વપરાય છે, જે લૉરેન્ઝ-બળ (Lorentz force) તરીકે ઓળખાતા બળ પર આધાર રાખે છે. લૉરેન્ઝના સમીકરણ અનુસાર, જ્યારે Q વિદ્યુતમાત્રા ધરાવતો કણ, B તીવ્રતાના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં V ગતિથી સ્થાનાંતર કરતો હોય ત્યારે તેના પર Vની દિશા અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા – આ બંનેની લંબ દિશામાં Q [V × B] જેટલું બળ લાગે છે. [સમીકરણમાં V અને Bનો સદિશ ગુણાકાર દર્શાવ્યો છે.] આ બળના પ્રભાવ નીચે કણનો માર્ગ વક્રાકાર બને છે અને આ માર્ગના અવલોકન પરથી કણ માટે વિદ્યુતમાત્રા અને તેના દળનો ગુણોત્તર મળી શકે છે. વિલ્સન વાદળ-કક્ષ (Wilson cloud chamber) કે તે પ્રકારનાં અન્ય ઉપકરણો દ્વારા સંઘાતો દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા કણોના અભ્યાસમાં આ પદ્ધતિ ઘણી મહત્વની છે.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ