$1959$ માં,લિટલટન અને બોન્ડીએ સૂચવ્યું કે જો દ્રવ્ય પર ચોખ્ખો વિદ્યુતભાર હોય તો બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને સમજાવી શકાય છે. ધારો કે બ્રહ્માંડ હાઇડ્રોજન પરમાણુઓનું બનેલું છે જેની સંખ્યા ઘનતા $N$ અચળ જાળવવામાં આવે છે. પ્રોટોન પરનો વિદ્યુતભાર $e_p = -(1 + y)e$ છે,જ્યાં $e$ એ ઇલેક્ટ્રોનિક વિદ્યુતભાર છે.
$(a)$ $y$ નું ક્રાંતિક મૂલ્ય શોધો જેથી વિસ્તરણ શરૂ થઈ શકે.
$(b)$ દર્શાવો કે વિસ્તરણનો વેગ કેન્દ્રથી અંતરના પ્રમાણમાં છે.

Vedclass pdf generator app on play store
Vedclass iOS app on app store
(A) ધારો કે બ્રહ્માંડની ત્રિજ્યા $R$ છે. ધારો કે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ સમાન રીતે વિતરિત થયેલા છે. જો $R$ અંતરે રહેલા હાઇડ્રોજન પરમાણુ પરનું કુલંબ અપાકર્ષણ ગુરુત્વાકર્ષણ આકર્ષણ કરતા વધારે હોય તો બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ શરૂ થશે.
હાઇડ્રોજન પરમાણુમાં એક પ્રોટોન અને એક ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. દરેક હાઇડ્રોજન પરમાણુ પરનો ચોખ્ખો વિદ્યુતભાર:
$q = e_p + e = -(1 + y)e + e = -ye$.
ગોળાની સપાટી પર $R$ અંતરે વિદ્યુતક્ષેત્રની તીવ્રતા $E$ છે. ગૌસના પ્રમેય મુજબ:
$\oint \vec{E} \cdot d\vec{S} = \frac{q_{enclosed}}{\epsilon_0}$
$E(4\pi R^2) = \frac{1}{\epsilon_0} \left( \frac{4}{3} \pi R^3 N |ye| \right)$
$E = \frac{N|ye|R}{3\epsilon_0}$.
$R$ અંતરે હાઇડ્રોજન પરમાણુ પરનું કુલંબ બળ:
$F_C = qE = (ye) \left( \frac{NyeR}{3\epsilon_0} \right) = \frac{y^2 e^2 N R}{3\epsilon_0}$.
$R$ અંતરે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્ર $G_R$:
$G_R = \frac{4}{3} \pi G m_p N R$.
પરમાણુ પરનું ગુરુત્વાકર્ષણ બળ:
$F_G = m_p G_R = \frac{4}{3} \pi G m_p^2 N R$.
વિસ્તરણ ત્યારે શરૂ થાય છે જ્યારે $F_C > F_G$:
$\frac{y^2 e^2 N R}{3\epsilon_0} > \frac{4}{3} \pi G m_p^2 N R$
$y^2 > \frac{4 \pi G m_p^2 \epsilon_0}{e^2}$.
આમ,ક્રાંતિક મૂલ્ય $y = \sqrt{\frac{4 \pi G m_p^2 \epsilon_0}{e^2}}$ છે.
$(b)$ પરમાણુ પરનું ચોખ્ખું બળ $F_{net} = F_C - F_G = kR$ છે,જ્યાં $k = \frac{y^2 e^2 N}{3\epsilon_0} - \frac{4}{3} \pi G m_p^2 N$. $F = ma$ હોવાથી,પ્રવેગ $a = \frac{k}{m_p} R$. $a = \frac{dv}{dt} = v \frac{dv}{dR}$ હોવાથી,$v dv = \frac{k}{m_p} R dR$ નું સંકલન કરતા $v^2 \propto R^2$ મળે છે,તેથી $v \propto R$.

Explore More

Similar Questions

બે સમાન વિદ્યુતભારો $+Q$ ને અમુક અંતરે સ્થિર રાખવામાં આવ્યા છે. $q$ વિદ્યુતભાર ધરાવતો એક નાનો કણ $P$ તેમની વચ્ચેના મધ્યબિંદુએ મૂકવામાં આવ્યો છે. જો $P$ ને નાનું સ્થાનાંતર $\Delta$ આપવામાં આવે,તો તે સરળ આવર્ત ગતિ કરશે જો:

આ પ્રશ્નમાં વિધાન-$1$ અને વિધાન-$2$ છે. વિધાનો પછી આપેલા ચાર વિકલ્પોમાંથી,તે વિકલ્પ પસંદ કરો જે બે વિધાનોનું શ્રેષ્ઠ વર્ણન કરે છે.
વિધાન-$1$ : બિંદુ $P$ થી બિંદુ $Q$ સુધી ગતિ કરતા વિદ્યુતભારિત કણ માટે,સ્થિત-વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા કણ પર થયેલું કુલ કાર્ય બિંદુ $P$ ને $Q$ સાથે જોડતા માર્ગથી સ્વતંત્ર છે.
વિધાન-$2$ : બંધ ગાળામાં ગતિ કરતા પદાર્થ પર સંરક્ષી બળ દ્વારા થયેલું કુલ કાર્ય શૂન્ય હોય છે.

કાળજીપૂર્વક જવાબ આપો:
$(a)$ $Q_{1}$ અને $Q_{2}$ વિદ્યુતભાર ધરાવતા બે મોટા વાહક ગોળાઓને એકબીજાની નજીક લાવવામાં આવે છે. શું તેમની વચ્ચેના સ્થિત-વિદ્યુત બળનું મૂલ્ય બરાબર $Q_{1} Q_{2} / 4 \pi \varepsilon_{0} r^{2}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $r$ એ તેમના કેન્દ્રો વચ્ચેનું અંતર છે?
$(b)$ જો કુલંબનો નિયમ $1/r^{2}$ ને બદલે $1/r^{3}$ પર આધારિત હોત,તો શું ગૌસનો નિયમ હજુ પણ સાચો હોત?
$(c)$ એક નાનો પરીક્ષણ વિદ્યુતભાર સ્થિત-વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં એક બિંદુએ સ્થિર સ્થિતિમાં મુકવામાં આવે છે. શું તે તે બિંદુમાંથી પસાર થતી ક્ષેત્ર રેખા પર ગતિ કરશે?
$(d)$ ઇલેક્ટ્રોનની સંપૂર્ણ વર્તુળાકાર કક્ષામાં ન્યુક્લિયસના ક્ષેત્ર દ્વારા કરવામાં આવેલું કાર્ય કેટલું છે? જો કક્ષા લંબગોળ હોય તો શું થાય?
$(e)$ આપણે જાણીએ છીએ કે વિદ્યુતભારિત વાહકની સપાટી પર વિદ્યુતક્ષેત્ર અસતત (discontinuous) હોય છે. શું ત્યાં વિદ્યુત સ્થિતિમાન પણ અસતત હોય છે?
$(f)$ એકલ વાહકની કેપેસિટન્સને તમે શું અર્થ આપશો?
$(g)$ પાણીનો ડાયઇલેક્ટ્રિક અચળાંક $(=80)$ માઈકા $(=6)$ કરતા ઘણો વધારે હોવાનું સંભવિત કારણ જણાવો.

$q$ વિદ્યુતભાર ધરાવતી એક રમકડાની કાર ઘર્ષણરહિત સમક્ષિતિજ સપાટી પર સમાન વિદ્યુતક્ષેત્ર $\vec E$ ની અસર હેઠળ ગતિ કરે છે. બળ $q\vec E$ ને કારણે,તેનો વેગ એક સેકન્ડમાં $0$ થી વધીને $6\, m s^{-1}$ થાય છે. તે ક્ષણે,વિદ્યુતક્ષેત્રની દિશા ઉલટાવવામાં આવે છે. કાર આ ક્ષેત્રની અસર હેઠળ વધુ બે સેકન્ડ માટે ગતિ ચાલુ રાખે છે. $0$ થી $3$ સેકન્ડ વચ્ચે રમકડાની કારનો સરેરાશ વેગ અને સરેરાશ ઝડપ અનુક્રમે કેટલા હશે?

સમાન મૂલ્યના ત્રણ ઋણ વિદ્યુતભારો $q$ ને સમબાજુ ત્રિકોણના શિરોબિંદુઓ પર મૂકવામાં આવ્યા છે. વિદ્યુતક્ષેત્ર રેખાઓ નીચેનામાંથી કોના જેવી દેખાશે?

Vedclass Products

For Students

Vedclass Test Series

Mock tests in real JEE/NEET style with performance analysis. 5-day free trial.

Start Free Trial
For Teachers

Exam Paper Generator

Generate Set A/B/C/D exam papers from 7.5L+ questions in 2 minutes. 3 chapters free.

Try Free
For Institutes

Online Exam Module

Live online exams with unlimited students, 360° analytics & white-label branding.

See Demo