कुछ आवेशों के चारों तरफ का वह क्षेत्र जिसमें किसी अन्य आवेश को लाने पर वह वैद्युत बल (आकर्षण या प्रतिकर्षण बल) करता है, उसको विद्युत क्षेत्र कहते है। आइए हम एक बिंदु आवेश Q पर विचार करें, जो निर्वात में, मूल O पर रखा गया है। यदि हम एक अन्य बिंदु आवेश q को बिंदु P पर रखते हैं, जहाँ OP = r है, तो आवेश Q कूलम्ब के नियम के अनुसार q पर बल लगाएगा।
हम यह प्रश्न पूछ सकते हैं: यदि आवेश q को हटा दिया जाए, तो आसपास में क्या बचा है? कुछ नहीं है? यदि बिंदु P पर कुछ भी नहीं है, तो जब हम q को P पर रखते हैं तो बल कैसे कार्य करता है। ऐसे प्रश्नों के उत्तर देने के लिए, प्रारंभिक वैज्ञानिकों ने क्षेत्र की अवधारणा का परिचय दिया। इसके अनुसार, हम कहते हैं कि आवेश Q आसपास के हर स्थान पर एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है। जब कोई अन्य आवेश q किसी बिंदु P पर लाया जाता है, तो वहां का क्षेत्र उस पर कार्य करता है और बल उत्पन्न करता है। एक बिंदु r पर आवेश Q द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र इस प्रकार दिया गया है।
जहाँ rˆ = r/r, मूल बिन्दु से बिंदु r तक एक इकाई सदिश है। इस प्रकार, समीकरण (1.6) स्थिति वेक्टर r के प्रत्येक मान के लिए विद्युत क्षेत्र का मान निर्दिष्ट करता है। शब्द “फ़ील्ड” दर्शाता है कि कैसे कुछ वितरित मात्रा (जो एक अदिश या एक वेक्टर हो सकती है) स्थिति के साथ बदलती है। विद्युत क्षेत्र के अस्तित्व में आवेश के प्रभाव को शामिल किया गया है। हम आवेश q द्वारा आवेश q पर लगाया गया बल F प्राप्त करते हैं।
ध्यान दें कि चार्ज q भी चार्ज Q पर एक समान और विपरीत बल लगाता है। चार्ज Q और q के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक बल को चार्ज q और Q के विद्युत क्षेत्र और इसके विपरीत के बीच की बातचीत के रूप में देखा जा सकता है। यदि हम सदिश r द्वारा आवेश q की स्थिति को निरूपित करते हैं, तो यह q के स्थान पर विद्युत क्षेत्र E द्वारा गुणा किए गए आवेश q के बराबर बल F का अनुभव करता है। इस प्रकार, समीकरण F(r) = q E(r) विद्युत क्षेत्र की SI इकाई को N/C (अगले अध्याय में एक वैकल्पिक इकाई V/m पेश की जाएगी।) के रूप में परिभाषित करता है।
विद्युत क्षेत्र से क्या समझते हैं?
विद्युत क्षेत्र एक मौलिक प्राकृतिक घटना है जो आवेशित परमाणु और उप-परमाणु कणों से निकलती है। ये कण विद्युत क्षेत्र के माध्यम से एक दूसरे पर बल लगा सकते हैं जो उनके विद्युत आवेश और क्षेत्र की ताकत और दिशा के समानुपाती होता है। कई मायनों में यह गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से भिन्न नहीं है सिवाय इसके कि विद्युत क्षेत्र द्विध्रुवी होते हैं, जैसे कि सकारात्मक और नकारात्मक दोनों चार्ज होते हैं जो आकर्षित और पीछे हट सकते हैं।
चुंबकीय क्षेत्र विद्युत क्षेत्रों में उतार-चढ़ाव से जुड़े होते हैं और इसलिए वे एक ही होते हैं लेकिन अलग-अलग तरीके से देखे जाते हैं। कुछ सिद्धांत बताते हैं कि चुंबकीय क्षेत्र गतिमान विद्युत आवेशों की सापेक्षतावादी अभिव्यक्तियों के कारण होते हैं।
यहां कुछ महत्वपूर्ण टिप्पणियां की जा सकती हैं:
(i) समीकरण से हम अनुमान लगा सकते हैं कि यदि q एकता है, तो आवेश Q के कारण विद्युत क्षेत्र संख्यात्मक रूप से उसके द्वारा लगाए गए बल के बराबर होता है। इस प्रकार, अंतरिक्ष में एक बिंदु पर आवेश Q के कारण विद्युत क्षेत्र को उस बल के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो एक इकाई धनात्मक आवेश को रखने पर अनुभव करेगा।
उस बिंदु पर। आवेश Q, जो विद्युत क्षेत्र उत्पन्न कर रहा है, स्रोत आवेश कहलाता है और आवेश q, जो स्रोत आवेश के प्रभाव का परीक्षण करता है, परीक्षण आवेश कहलाता है। ध्यान दें कि स्रोत चार्ज क्यू अपने मूल स्थान पर ही रहना चाहिए। हालाँकि, यदि कोई आवेश q, Q के आस-पास किसी भी बिंदु पर लाया जाता है, तो Q स्वयं ही q के कारण एक विद्युत बल का अनुभव करने के लिए बाध्य होता है और गति करने की प्रवृत्ति रखता है। इस कठिनाई से बाहर निकलने का एक तरीका यह है कि q को नगण्य रूप से छोटा कर दिया जाए। बल F तब नगण्य रूप से छोटा होता है लेकिन अनुपात F/q परिमित होता है और विद्युत क्षेत्र को परिभाषित करता है।
समस्या को हल करने का एक व्यावहारिक तरीका है (क्यू की उपस्थिति में क्यू को स्थिर रखने का) अनिर्दिष्ट बलों द्वारा क्यू को उसके स्थान पर पकड़ना है! यह अजीब लग सकता है लेकिन व्यवहार में ऐसा ही होता है। जब हम एक आवेशित तलीय शीट (धारा १.१५) के कारण एक परीक्षण आवेश q पर विद्युत बल पर विचार कर रहे हैं, तो शीट के अंदर अनिर्दिष्ट आवेशित घटकों के कारण बल द्वारा शीट पर आवेशों को उनके स्थान पर रखा जाता है।
(ii) ध्यान दें कि Q के कारण विद्युत क्षेत्र E, हालांकि कुछ परीक्षण आवेश q के संदर्भ में परिचालित रूप से परिभाषित है, q से स्वतंत्र है। ऐसा इसलिए है क्योंकि F, q के समानुपाती है, इसलिए F/q का अनुपात q पर निर्भर नहीं करता है। चार्ज क्यू पर चार्ज क्यू पर एफ बल चार्ज क्यू के विशेष स्थान पर निर्भर करता है जो चार्ज क्यू के आसपास के स्थान में कोई भी मान ले सकता है। इस प्रकार, क्यू के कारण विद्युत क्षेत्र ई भी अंतरिक्ष समन्वय आर पर निर्भर है। . पूरे स्थान पर आवेश q की विभिन्न स्थितियों के लिए, हमें विद्युत क्षेत्र E के विभिन्न मान प्राप्त होते हैं। क्षेत्र त्रि-आयामी अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर मौजूद होता है।
(iii) धनात्मक आवेश के लिए, विद्युत क्षेत्र को आवेश से रेडियल रूप से बाहर की ओर निर्देशित किया जाएगा। दूसरी ओर, यदि स्रोत आवेश ऋणात्मक है, तो विद्युत क्षेत्र सदिश, प्रत्येक बिंदु पर, रेडियल रूप से अंदर की ओर इंगित करता है।
(iv) चूँकि आवेश Q के कारण आवेश q पर F बल का परिमाण केवल आवेश Q से आवेश r की दूरी r पर निर्भर करता है, विद्युत क्षेत्र E का परिमाण भी केवल दूरी r पर निर्भर करेगा। अतः आवेश Q से समान दूरी पर इसके विद्युत क्षेत्र E का परिमाण समान होता है। इस प्रकार एक बिंदु आवेश के कारण विद्युत क्षेत्र E का परिमाण उसके केंद्र में बिंदु आवेश वाले गोले पर समान होता है; दूसरे शब्दों में, इसमें एक गोलाकार समरूपता है।
