$1959$ 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

છ વિદ્યુતભારોને નિયમિત ષટ્કોણના ખૂણાઓ પર આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ મૂકવામાં આવ્યા છે. જો તેના કેન્દ્ર $O$ પર એક ઇલેક્ટ્રોન મૂકવામાં આવે,તો તેના પર લાગતું બળ કેટલું હશે?

$y$-અક્ષ પરના બિંદુઓ $(0, a)$ અને $(0, -a)$ પર બે સમાન ઋણ વિદ્યુતભારો સ્થિર રાખવામાં આવ્યા છે. $x$-અક્ષ પરના બિંદુ $(2a, 0)$ પરથી એક ધન વિદ્યુતભાર $Q$ ને સ્થિર સ્થિતિમાંથી મુક્ત કરવામાં આવે છે. તો વિદ્યુતભાર $Q$:

$m$ દળ ધરાવતો એક એકમ ધન બિંદુવત વિદ્યુતભાર આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ ટનલની અંદર $V$ વેગથી ફેંકવામાં આવે છે. આ ટનલ $R$ ત્રિજ્યા અને $\rho$ કદ વિદ્યુતભાર ઘનતા ધરાવતા સમાન રીતે વિદ્યુતભારિત અવાહક ગોળાની અંદર બનાવવામાં આવી છે. બિંદુવત વિદ્યુતભારને ટનલના સામેના છેડે પહોંચાડવા માટે તેને ફેંકવા પડતો લઘુત્તમ વેગ કેટલો હશે?

આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ $30^{\circ}$ નો ખૂણો બનાવતું એક ઢળતું સમતલ $100 \ Vm^{-1}$ ના સમાન સમક્ષિતિજ વિદ્યુતક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવ્યું છે. $1 \ kg$ દળ અને $0.01 \ C$ વીજભાર ધરાવતા એક નાના બ્લોકને $h=1 \ m$ ની ઊંચાઈ પરથી સ્થિર સ્થિતિમાંથી નીચે સરકવા દેવામાં આવે છે. જો ઘર્ષણાંક $0.2$ હોય,તો બ્લોકનો પ્રવેગ આશરે કેટલો હશે ($ms^{-2}$ માં)?
(ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે પ્રવેગ,$g=10 \ ms^{-2}$)

બિંદુ $P(0, 0, d)$ પર વિવિધ વિદ્યુતભાર વિતરણોને કારણે ઉદ્ભવતું વિદ્યુતક્ષેત્ર $E$ માપવામાં આવે છે અને $E$ ની $d$ પરની નિર્ભરતા અલગ-અલગ વિદ્યુતભાર વિતરણો માટે અલગ-અલગ જોવા મળે છે. List-$I$ માં $E$ અને $d$ વચ્ચેના વિવિધ સંબંધો છે. List-$II$ માં વિવિધ વિદ્યુતભાર વિતરણો અને તેમના સ્થાનનું વર્ણન છે. List-$I$ ના વિધેયોને List-$II$ ના સંબંધિત વિદ્યુતભાર વિતરણો સાથે જોડો.
List-$I$ List-$II$
$P$. $E$ એ $d$ થી સ્વતંત્ર છે $1$. ઉગમબિંદુ પર બિંદુવત વિદ્યુતભાર $Q$
$Q$. $E \propto \frac{1}{d}$ $2$. $(0, 0, l)$ પર $Q$ અને $(0, 0, -l)$ પર $-Q$ વિદ્યુતભાર ધરાવતો નાનો ડાયપોલ. $2l \ll d$ લો.
$R$. $E \propto \frac{1}{d^2}$ $3$. $x$-અક્ષ પર અનંત લંબાઈનો રેખીય વિદ્યુતભાર,જેની રેખીય વિદ્યુતભાર ઘનતા $\lambda$ છે
$S$. $E \propto \frac{1}{d^3}$ $4$. $x$-અક્ષને સમાંતર બે અનંત તાર જેની રેખીય વિદ્યુતભાર ઘનતા સમાન છે. $(y=0, z=l)$ પર $+\lambda$ અને $(y=0, z=-l)$ પર $-\lambda$ ઘનતા છે. $2l \ll d$ લો.
$5$. સમાન પૃષ્ઠ વિદ્યુતભાર ઘનતા ધરાવતું અનંત સમતલ

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