विद्युत क्षेत्र विद्युत आवेश के चारों ओर का क्षेत्र होता है जहाँ अन्य आवेशों द्वारा बल का अनुभव किया जाता है। यह क्षेत्र एक सदिश क्षेत्र है, जिसका अर्थ है कि इसमें परिमाण और दिशा दोनों हैं। विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के अध्ययन में मौलिक हैं और यह महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं कि आवेश एक दूसरे के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। ये अंतःक्रियाएँ भौतिकी और इंजीनियरिंग में कई घटनाओं की आधारशिला हैं।
विद्युत क्षेत्र विद्युत आवेशों या चुंबकीय क्षेत्रों में परिवर्तन के कारण बनते हैं। अंतरिक्ष में किसी बिंदु पर विद्युत क्षेत्र \(E\) की ताकत को उस बिंदु पर रखे गए एक छोटे से सकारात्मक परीक्षण आवेश द्वारा अनुभव किए गए प्रति इकाई आवेश \(q\) \(F\) \) के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया जाता है: \( E = \frac{F}{q} \) क्षेत्र की दिशा उस बल की दिशा है जिसे क्षेत्र में रखे जाने पर एक सकारात्मक परीक्षण आवेश अनुभव करेगा।
आवेश से \(Q\) \(r\) ) के कारण विद्युत क्षेत्र कूलम्ब के नियम द्वारा दिया जाता है: \( E = \frac{kQ}{r^2} \) जहाँ \(k\) कूलम्ब का स्थिरांक \(8.987 \times 10^9\, \textrm{एन एम}^2/\textrm{सी}^2\) , \(Q\) आवेश का परिमाण है, और \(r\) आवेश से उस बिंदु तक की दूरी है जहाँ क्षेत्र की गणना की जा रही है। यदि \(Q\) धनात्मक है तो क्षेत्र की दिशा रेडियल और आवेश से दूर होती है और यदि \(Q\) ऋणात्मक है तो आवेश की ओर होती है।
विद्युत क्षेत्र रेखाएँ ऐसी काल्पनिक रेखाएँ होती हैं जो इस तरह खींची जाती हैं कि किसी भी बिंदु पर उनकी दिशा उस बिंदु पर क्षेत्र की दिशा के समान होती है। वे विद्युत क्षेत्र को देखने का एक तरीका प्रदान करते हैं। विद्युत क्षेत्र रेखाएँ खींचने के नियम इस प्रकार हैं:
दो बिंदु आवेशों के बीच विद्युत क्षेत्र से निपटने के दौरान, एक बिंदु पर शुद्ध विद्युत क्षेत्र प्रत्येक आवेश द्वारा स्वतंत्र रूप से बनाए गए क्षेत्रों का सदिश योग होता है। समान चिह्न वाले आवेशों के लिए, क्षेत्र रेखाएँ एक दूसरे को प्रतिकर्षित करती हैं, जबकि विपरीत आवेशों के लिए, रेखाएँ धनात्मक आवेश से ऋणात्मक आवेश की ओर निर्देशित होती हैं, जो आकर्षण को दर्शाती हैं।
एकसमान विद्युत क्षेत्र वह होता है जिसमें क्षेत्र की ताकत क्षेत्र के हर बिंदु पर समान होती है। इसे आमतौर पर समानांतर, समान दूरी वाली रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है। एकसमान विद्युत क्षेत्र का एक सामान्य उदाहरण विपरीत आवेशों वाली दो बड़ी समानांतर चालक प्लेटों के बीच का क्षेत्र है। एकसमान विद्युत क्षेत्र में क्षेत्र की ताकत की गणना इस प्रकार की जा सकती है: \( E = \frac{V}{d} \) जहाँ \(V\) प्लेटों के बीच का विभवांतर है और \(d\) उन्हें अलग करने वाली दूरी है।
विद्युत द्विध्रुव में दो बराबर और विपरीत आवेश होते हैं जो एक छोटी दूरी से अलग होते हैं। द्विध्रुव के लिए क्षेत्र पैटर्न उन रेखाओं को दर्शाता है जो धनात्मक आवेश से शुरू होती हैं और ऋणात्मक आवेश पर समाप्त होती हैं। द्विध्रुव के बाहर की रेखाएँ बड़ी दूरी पर एकल आवेश की रेखाओं के समान होती हैं, लेकिन आवेशों के बीच के क्षेत्र में, रेखाएँ एक अलग पैटर्न प्रदर्शित करती हैं जो ऋणात्मक आवेश की ओर वापस मुड़ने से पहले बाहर की ओर मुड़ती हैं। यह पैटर्न द्विध्रुव के चारों ओर विद्युत क्षेत्र की गैर-समान प्रकृति को दर्शाता है।
विद्युत क्षेत्र पैटर्न को समझना विभिन्न विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को डिजाइन करने और उनका विश्लेषण करने में महत्वपूर्ण है। समान विद्युत क्षेत्र वाले कैपेसिटर के सरल डिजाइन से लेकर अर्धचालक उपकरणों में जटिल संरचनाओं तक, जहां उनके संचालन के लिए विद्युत क्षेत्र पैटर्न का नियंत्रण आवश्यक है। इसके अतिरिक्त, विद्युत क्षेत्र पैटर्न प्लाज्मा भौतिकी, बिजली के निर्माण और यहां तक कि जैविक प्रणालियों में घटनाओं को समझने में मदद करते हैं जहां तंत्रिका संकेत संचरण में विद्युत क्षेत्रों का उपयोग किया जाता है।
विद्युत क्षेत्र पैटर्न को देखने के लिए, एक सामान्य प्रयोग है कि बिजली की आपूर्ति से जुड़े दो इलेक्ट्रोड के बीच एक प्रवाहकीय कागज़ रखा जाए और कागज़ पर लाइकोपोडियम पाउडर छिड़का जाए। जब वोल्टेज लगाया जाता है, तो पाउडर खुद को विद्युत क्षेत्र रेखाओं के साथ व्यवस्थित करता है, जिससे पैटर्न को सीधे देखा जा सकता है। यह प्रयोग विद्युत क्षेत्र रेखाओं और पैटर्न के सिद्धांतों को मूर्त रूप में प्रदर्शित करता है।
विद्युत क्षेत्र पैटर्न आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया को समझने के लिए एक दृश्य और गणितीय ढांचा प्रदान करते हैं। चाहे वह एक समान विद्युत क्षेत्र में आवेश पर बल की गणना करना हो या द्विध्रुवीय क्षेत्रों में जटिल पैटर्न का विश्लेषण करना हो, विद्युत क्षेत्र और उनके पैटर्न की अवधारणा इलेक्ट्रोस्टैटिक्स और विद्युत चुंबकत्व के अध्ययन में एक आधारशिला है।
