Faraday's ice pail experiment
فیراڈے کا آئس پیل تجربہ ایک سادہ الیکٹروسٹیٹکس تجربہ ہے جو 1843 میں برطانوی سائنسدان مائیکل فیراڈے نے انجام دیا تھا جو ایک چلنے والے کنٹینر پر الیکٹروسٹیٹک انڈکشن کے اثر کو ظاہر کرتا ہے۔ ایک کنٹینر کے لیے، فیراڈے نے برف کو پکڑنے کے لیے بنائی گئی دھات کی پیالی کا استعمال کیا، جس نے اس تجربے کو اس کا نام دیا۔ تجربے سے پتہ چلتا ہے کہ ایک موصل خول کے اندر بند برقی چارج خول پر مساوی چارج پیدا کرتا ہے، اور یہ کہ برقی طور پر موصل جسم میں، چارج مکمل طور پر سطح پر رہتا ہے۔ یہ برقی مقناطیسی تحفظ کے پیچھے کے اصولوں کو بھی ظاہر کرتا ہے جیسے کہ فیراڈے پنجرے میں استعمال کیا جاتا ہے۔ آئس پیل تجربہ الیکٹروسٹیٹک چارج پر پہلا عین مطابق مقداری تجربہ تھا۔ یہ آج بھی لیکچر کے مظاہروں اور طبیعیات کے لیبارٹری کورسز میں الیکٹروسٹیٹکس کے اصولوں کو سکھانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ تجربے کے بارے میں فیراڈے کی تفصیل، 4 فروری 1843 کو فلسفیانہ جریدے کے ایڈیٹر رچرڈ فلپس کو لکھے گئے ایک خط سے، اور مارچ 1844 کے شمارے میں شائع ہونے والے ایک خط سے: "آئیے کہ خاکہ میں اے ایک موصلیت پیوٹر کی نمائندگی کرتا ہے جو ایک تار کے ذریعے سونے کے پتوں والے ایک نازک برقی میٹر ای کی طرف جاتا ہے، اور آئیے کہ سی ایک گول پیتل کی گیند ہے جو سفید ریشم کے خشک دھاگے سے موصلیت کرتی ہے، جس کی لمبائی تین یا چار فٹ ہے، تاکہ نیچے برف کے ڈبے سے اسے پکڑنے والے ہاتھ کے اثر کو دور کیا جا سکے۔ A کو مکمل طور پر خارج ہونے دیں، اور پھر C کو [الیکٹروسٹیٹک] مشین یا لیڈن جار کے ذریعے فاصلے پر چارج ہونے دیں، اور A میں داخل کریں۔ اگر C مثبت ہو تو E بھی مثبت طور پر جدا ہو جائے گا۔ اگر C کو لے جایا جائے تو E بالکل ٹوٹ جائے گا۔ جیسے ہی C برتن A میں داخل ہوگا E کا انحراف اس وقت تک بڑھے گا جب تک کہ C برتن کے کنارے سے نیچے نہ ہو جائے، اور کسی بھی بڑے دباؤ کے لیے کافی مستحکم اور غیر تبدیل شدہ رہے گا۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ اس فاصلے پر C کا انڈکٹو ایکشن مکمل طور پر A کے اندرونی حصے پر ہوتا ہے۔ اگر C کو A کے نچلے حصے کو چھونے کے لیے بنایا جاتا ہے، تو اس کے تمام چارج کو A کو مطلع کر دیا جاتا ہے، اور C کو واپس لینے کے بعد، مکمل طور پر خارج پایا جاتا ہے۔ ذیل میں تجرباتی طریقہ کار کی تفصیلی جدید تفصیل دی گئی ہے: اس تجربے میں زمین سے موصلیت والے اوپری حصے میں کھلے ہوئے دھاتی کنٹینر اے کا استعمال کیا گیا ہے۔ فیراڈے نے 7 انچ کا کام لیا۔ قطر 10.5 انچ۔ لکڑی کے سٹول پر لمبے پیوٹر پیل، (بی) لیکن جدید مظاہر اکثر کھوکھلی دھات کے دائرے کا استعمال کرتے ہیں جس کے اوپر ایک سوراخ ہوتا ہے، یا دھات کی اسکرین کا سلنڈر، جو موصلیت اسٹینڈ پر نصب ہوتا ہے۔ اس کی بیرونی سطح ایک تار کے ذریعے ایک حساس برقی چارج ڈٹیکٹر سے جڑی ہوئی ہے۔ فیراڈے نے گولڈ لیف الیکٹروسکوپ کا استعمال کیا، لیکن جدید مظاہر میں اکثر جدید الیکٹرومیٹر کا استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ یہ الیکٹروسکوپ سے کہیں زیادہ حساس ہوتا ہے، مثبت اور منفی چارج کے درمیان فرق کر سکتا ہے، اور مقداری ریڈ آؤٹ دیتا ہے۔ کنٹینر کو مختصر طور پر ایک بڑی موصل شے سے جوڑ کر خارج کیا جاتا ہے، جسے زمین (زمین) کہا جاتا ہے۔ یہ موصل انسانی جسم کو زمین کے طور پر استعمال کرتے ہوئے اسے انگلی سے چھو کر کیا جا سکتا ہے۔ کوئی بھی ابتدائی چارج زمین میں گر جاتا ہے۔ چارج ڈٹیکٹر صفر پڑھتا ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ کنٹینر میں کوئی چارج نہیں ہے۔ ایک دھاتی شے C (فیراڈے نے ایک غیر موصل ریشم کے دھاگے سے معطل پیتل کی گیند کا استعمال کیا، لیکن جدید تجربات میں اکثر ایک چھوٹی دھات کی گیند یا موصلیت ہینڈل پر نصب ڈسک کا استعمال کیا جاتا ہے) کو الیکٹروسٹیٹک مشین کا استعمال کرتے ہوئے بجلی سے چارج کیا جاتا ہے اور اسے چھوئے بغیر کنٹینر A میں اتارا جاتا ہے۔ جیسے جیسے اسے کم کیا جاتا ہے چارج ڈٹیکٹر کی ریڈنگ میں اضافہ ہوتا ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ کنٹینر کا بیرونی حصہ چارج ہو رہا ہے۔ ایک بار جب آبجیکٹ کنٹینر کے ہونٹ کے اندر اچھی طرح سے ہوتا ہے تو چارج ڈیٹیکٹر کی سطح بند ہو جاتی ہے اور مستقل چارج درج کرتا ہے، چاہے آبجیکٹ کو مزید نیچے کیا جائے۔ کنٹینر کے باہر کا چارج وہی قطعیت ہے جو آبجیکٹ پر ہے۔ اگر چارج ڈٹیکٹر کو کنٹینر کی اندرونی سطح پر چھوا جائے تو یہ مخالف قطعیت کے ساتھ چارج شدہ پایا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، اگر شے C پر مثبت چارج ہے، تو کنٹینر A کے باہر مثبت چارج پایا جائے گا، جبکہ کنٹینر کے اندر منفی چارج ہے۔ اگر آبجیکٹ سی کو دیواروں کو چھوئے بغیر کنٹینر کے اندر منتقل کیا جاتا ہے، تو چارج ڈیٹیکٹر کی ریڈنگ تبدیل نہیں ہوگی، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ کنٹینر کے باہر کا چارج اس جگہ سے متاثر نہیں ہوتا ہے جہاں چارج شدہ آبجیکٹ کنٹینر کے اندر ہے۔ اگر چارج شدہ آبجیکٹ C کو دوبارہ کنٹینر سے باہر نکالا جاتا ہے، تو چارج ڈیٹیکٹر دوبارہ صفر ہو جائے گا۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ کنٹینر پر چارجز سی کے ذریعے لگائے گئے تھے، اور کنٹینر کا کوئی خالص چارج نہیں ہے۔ لہذا، اندر اور باہر کی طرف پیدا ہونے والے مخالف چارج سائز میں برابر ہونے چاہئیں۔ چارج شدہ شے C کو کنٹینر کے اندر چھو لیا جاتا ہے۔ چارج ڈٹیکٹر کی ریڈنگ تبدیل نہیں ہوتی۔ تاہم، اگر آبجیکٹ کو اب کنٹینر سے نکال لیا جاتا ہے، تو ریڈنگ وہی رہتی ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ کنٹینر پر اب خالص چارج ہے۔ اگر اس کے بعد چارج ڈیٹیکٹر سے شے کی جانچ کی جاتی ہے، تو یہ مکمل طور پر غیر چارج شدہ پایا جاتا ہے، اور کنٹینر کا اندرونی حصہ بھی غیر چارج شدہ پایا جاتا ہے۔ یہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ سی پر موجود تمام چارج کنٹینر میں منتقل کر دیا گیا ہے، اور کنٹینر کی اندرونی سطح پر مخالف چارج کو بالکل بے اثر کر دیا ہے، جس سے صرف باہر کی طرف چارج رہ گیا ہے۔ لہذا کنٹینر کے اندر کا چارج بالکل سی کٹ پر چارج کے برابر تھا۔ تعلیمی سپلائی فرموں سے دستیاب ہیں جن میں طلباء کو تجربہ انجام دینے کے لیے درکار تمام آلات موجود ہیں۔ اسٹریٹ چارجز کی وجہ سے غلطی کو روکنا تجربہ کار کے جسم، کپڑوں، یا قریبی آلات پر اسٹریٹ جامد برقی چارجز کے ساتھ ساتھ مینز سے چلنے والے آلات سے اے سی برقی فیلڈز، کنٹینر یا چارج شدہ آبجیکٹ سی کے حصوں پر اضافی چارجز کو جنم دے سکتے ہیں، جس سے غلط ریڈنگ ہوتی ہے۔ تجربے کی کامیابی کے لیے اکثر ان غیر معمولی چارج کو ختم کرنے کے لیے احتیاطی تدابیر کی ضرورت ہوتی ہے: کنٹینر اور قریبی کنڈکٹو اشیاء پر کسی بھی چارج کو تجربے سے پہلے گراؤنڈنگ (ارتھنگ) کے ذریعے ہٹا دیا جانا چاہیے ؛ انہیں مختصر طور پر کسی بڑی کنڈکٹنگ آبجیکٹ سے چھونا جسے گراؤنڈ کہا جاتا ہے۔ شے پر کوئی بھی چارج اس کے باہمی پسپائی کی وجہ سے زمین میں بہہ جائے گا۔ یہ ان کو انگلی سے چھو کر، موصل انسانی جسم کو زمین کے طور پر استعمال کرکے پورا کیا جا سکتا ہے۔ تاہم تجربہ کار کے جسم کو دھات کی اچھی زمین جیسے دھات کے ورک بینچ، یا ترجیحی طور پر پانی کے پائپ یا عمارت کی مین پاور وائرنگ کے گراؤنڈنگ تار کو چھو کر کثرت سے گراؤنڈ کیا جانا چاہیے۔ مثالی طور پر تجربہ کار کے جسم کو پورے تجربے میں گراؤنڈ کیا جانا چاہئے۔ کچھ ڈیموسٹریشن کٹس میں کنڈکٹو گراؤنڈ شیٹس شامل ہیں جو اپریٹس کے نیچے ورک بینچ پر رکھی جاتی ہیں، اور تجربہ کار تجربے کے دوران اینٹی اسٹیٹک کلائی کے پٹے پہنتا ہے، جو ایک اچھی زمین سے جڑے ہوتے ہیں۔ الیکٹرومیٹر زمین کے حوالے سے چارج کی پیمائش کرتا ہے، اس لیے اسے استعمال کے دوران زمین سے منسلک کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس میں ایک زمینی تار ہوتا ہے، جو عام طور پر سیاہ رنگ کا ہوتا ہے، جس کا اختتام ایک کلپ میں ہوتا ہے جسے استعمال کے دوران دھات کی زمین سے منسلک کیا جانا چاہیے۔ تجربہ کار کو تجربے کے دوران ضرورت سے زیادہ حرکت سے بچنا چاہیے۔ ادھر ادھر چلنا یا اپنے بازو لہرانا کپڑوں پر جامد چارج کی تعمیر کا سبب بن سکتا ہے۔ تجربہ کار کو چارج شدہ آبجیکٹ C کے ہینڈل کو آبجیکٹ سے جتنا ممکن ہو اتنا دور رکھنا چاہیے اور کنٹینر میں آبجیکٹ کو نیچے کرتے وقت کنٹینر کو پکڑنا چاہیے۔ پیشہ ور طلباء کی لیبارٹری کٹس میں، کنٹینر اے اکثر دھاتی اسکرین کے دو متمرکز سلنڈروں کی شکل میں ہوتا ہے، جو سب سے اوپر کھلتا ہے۔ ایک اسکرین الیکٹروسٹیٹک چارج کے لیے ٹھوس دھاتی شیٹ کی طرح کام کرتی ہے، جب تک کہ اس کے سوراخ چھوٹے ہوں۔ اندرونی سلنڈر خود فیراڈے پیل کنٹینر ہے، جو بیرونی سلنڈر سے موصلیت سپورٹ کے ساتھ الگ ہوتا ہے۔ بیرونی سلنڈریکل دھاتی اسکرین اندرونی حصے کو گھیرے ہوئے ہے، اور اسے آوارہ چارج سے بچانے کے لیے زمین کے طور پر کام کرتی ہے۔ یہ ڈیزائن بڑی حد تک آوارہ چارج کے مسئلے کو ختم کرتا ہے، ساتھ ہی تجربہ کار کو کنٹینر کے اندر دیکھنے کی اجازت دیتا ہے۔ الیکٹرومیٹر گراؤنڈ لیڈ کو بیرونی گراؤنڈ اسکرین پر کلپ کیا جاتا ہے، اور تجربہ کار کسی بھی طریقہ کار کو انجام دیتے ہوئے اس اسکرین کو چھوتا ہے۔ اندرونی اسکرین کو گراؤنڈ کرنے کے لیے، تجربہ کار اپنی انگلی کو اندرونی اور بیرونی اسکرینوں کے درمیان پل کر سکتا ہے۔ ایسا کرتے وقت یہ ضروری ہے کہ وہ اپنی انگلی پہلے اندرونی اسکرین سے اٹھائے، نہ کہ بیرونی سے، تاکہ اندرونی اسکرین پر چارج چھوڑنے سے بچ سکے۔ فنگر پرنٹس سے گندگی اور تیل کی سطح کی تہوں کی وجہ سے ہینڈلز اور سپورٹ کے ساتھ چارج شدہ آبجیکٹ سی اور کنٹینر سے چارج نکل سکتا ہے۔ اگر اس کا شبہ ہو تو تیل کو ہٹانے اور خشک کرنے کے لیے سامان کو ڈٹرجنٹ سے دھونا چاہیے۔ کنٹینر کے اندر یا باہر کی سطح پر چارج کی پیمائش کرتے وقت، چارج ڈیٹیکٹر کو کنٹینر کے ہونٹ کے قریب کی سطح پر نہیں چھونا چاہیے۔ دھات کی جیومیٹری کی وجہ سے اضافی چارج افتتاحی کے کنارے کے قریب مرکوز ہوتا ہے۔ تعریفیں موصل دھاتی اشیاء میں متحرک برقی چارج (الیکٹران) ہوتے ہیں جو دھات میں آزادانہ طور پر حرکت کر سکتے ہیں۔ غیر چارج شدہ حالت میں، دھات کے ہر حصے میں مثبت اور منفی چارج کی مساوی مقدار ہوتی ہے، جو قریب سے ملے ہوئے ہوتے ہیں، اس لیے اس کے کسی بھی حصے میں خالص چارج نہیں ہوتا ہے۔ اگر کسی بیرونی چارج شدہ شے کو دھات کے ٹکڑے کے قریب لایا جاتا ہے، تو چارج کی قوت ان اندرونی چارجز کو الگ کرنے کا سبب بنتی ہے۔ بیرونی چارج کے مخالف قطبیت کے چارجز اس کی طرف راغب ہوتے ہیں، اور چارج کا سامنا کرنے والی شے کی سطح پر منتقل ہوتے ہیں۔ اسی قطعیت کے چارجز کو پسپا کیا جاتا ہے اور دھات کی سطح پر چارج سے دور چلا جاتا ہے۔ اسے الیکٹروسٹیٹک انڈکشن کہا جاتا ہے۔ مندرجہ بالا طریقہ کار 2 میں، جیسے ہی چارج سی کو کنٹینر میں کم کیا جاتا ہے، کنٹینر کی دھات میں چارج الگ ہو جاتے ہیں۔ اگر C پر مثبت چارج ہوتا ہے، تو دھات میں موجود منفی چارجز اس کی طرف متوجہ ہوتے ہیں اور کنٹینر کی اندرونی سطح پر منتقل ہو جاتے ہیں، جبکہ مثبت چارجز کو پسپا کر کے بیرونی سطح پر منتقل کر دیا جاتا ہے۔ اگر C پر منفی چارج ہے، تو چارجز کی قطعیت مخالف ہوتی ہے۔ چونکہ کنٹینر اصل میں غیر چارج شدہ تھا، اس لیے دونوں علاقوں میں مساوی اور مخالف چارج ہوتے ہیں۔ انڈکشن کا عمل ریورسیبل ہے: طریقہ کار 4 میں، جب C کو ہٹا دیا جاتا ہے، تو مخالف چارجز کی کشش انہیں دوبارہ آپس میں ملنے کا سبب بنتی ہے، اور سطحوں پر چارج کم ہو کر صفر ہو جاتا ہے۔ یہ چارج شدہ آبجیکٹ C کا الیکٹروسٹیٹک فیلڈ ہے جو موبائل چارجز کو حرکت دینے کا سبب بنتا ہے۔ جیسے ہی دھات میں چارجز الگ ہوتے ہیں، دھات کے کنٹینر کی سطحوں پر انڈیوسڈ چارج کے نتیجے والے علاقے اپنا الیکٹروسٹیٹک فیلڈ بناتے ہیں، جو C سے فیلڈ کی مخالفت کرتا ہے۔ انڈیوسڈ چارجز کا فیلڈ دھات کے پورے اندرونی حصے میں C سے فیلڈ کو بالکل منسوخ کر دیتا ہے۔ دھات کے ٹکڑے کے اندر الیکٹروسٹیٹک فیلڈ ہمیشہ صفر ہوتا ہے۔ اگر ایسا نہ ہوتا تو میدان کی قوت چارج کی زیادہ حرکت اور زیادہ چارج علیحدگی کا سبب بنتی، جب تک کہ برقی میدان صفر نہ ہو جائے۔ ایک بار جب C کنٹینر کے اندر اچھی طرح سے ہوتا ہے، تو C سے آنے والی تقریبا تمام برقی فیلڈ لائنیں کنٹینر کی سطح سے ٹکراتی ہیں۔ نتیجہ (نیچے ثابت کیا گیا ہے) یہ ہے کہ کنٹینر کے اندر پیدا ہونے والا کل چارج C پر لگنے والے چارج کے برابر ہے۔ طریقہ کار 5 میں، جب C کو کنٹینر کی اندرونی دیوار سے چھوا جاتا ہے، تو C پر موجود تمام چارج باہر نکلتا ہے اور پیدا ہونے والے چارج کو بے اثر کر دیتا ہے، جس سے اندرونی دیوار اور C دونوں غیر چارج ہو جاتے ہیں۔ کنٹینر کے باہر چارج کے ساتھ چھوڑ دیا جاتا ہے۔ خالص اثر یہ ہے کہ وہ تمام چارج جو پہلے سی پر تھا اب کنٹینر کے باہر کی طرف ہے۔ ایک اہم نتیجہ جو اس سے اخذ کیا جا سکتا ہے وہ یہ ہے کہ بند کنڈکٹنگ کنٹینر کے اندر خالص چارج ہمیشہ صفر ہوتا ہے، چاہے کوئی چارج شدہ چیز اندر رکھی گئی ہو۔ اگر اندر کا چارج کنٹینر کی دیوار تک جانے کا راستہ تلاش کر سکتا ہے، تو یہ اپنے باہمی پسپائی کی وجہ سے کنٹینر کی بیرونی سطح پر بہہ جائے گا۔ اگر ایسا نہیں ہو سکتا تو اندرونی چارج اندرونی سطح پر مساوی اور مخالف چارج پیدا کرے گا، اس لیے اندر کا خالص چارج اب بھی صفر ہے۔ کسی محرک شے پر کوئی بھی خالص چارج اس کی سطح پر واقع ہوتا ہے۔ ثبوت پر مبنی چارج آبجیکٹ کے چارج کے برابر ہے۔ طریقہ کار 5 میں پایا گیا نتیجہ، کہ دھات کے کنٹینر میں بند ایک چارج شدہ چیز کنٹینر پر مساوی چارج پیدا کرتی ہے، گاؤس کے قانون کا استعمال کرتے ہوئے ثابت کیا جا سکتا ہے۔ فرض کریں کہ کنٹینر A بغیر کسی افتتاحی کے آبجیکٹ C کو مکمل طور پر گھیرے ہوئے ہے (اس مفروضے کی وضاحت ذیل میں کی گئی ہے)، اور یہ کہ C پر Q کولمبز کا چارج ہے۔ چارج C کا برقی میدان دھات کے حجم میں چارج کو الگ کرنے کا سبب بنے گا، جس سے خول کے اندر اور باہر کی سطحوں پر محرک چارج کے علاقے پیدا ہوں گے۔ اب خول کی دھات کے اندر، اندر اور باہر کی سطحوں کے درمیان ایک بند سطح S کا تصور کریں۔ چونکہ S ایک موصل خطے (دھات کے حجم کے اندر) میں ہے جہاں برقی میدان صفر ہے، اس لیے S کی سطح پر ہر جگہ برقی میدان صفر ہے۔ لہذا، سطح S کے ذریعے کل برقی بہاؤ صفر ہونا چاہیے۔ لہذا، گاؤس کے قانون کے مطابق سطح S کے اندر کل برقی چارج صفر ہونا چاہیے: S کے اندر صرف چارجز شے C پر چارج Q ہیں، اور دھات کی اندرونی سطح پر محرک چارج Q ہے۔ چونکہ ان دونوں چارجوں کا مجموعہ صفر ہے، اس لیے خول کی اندرونی سطح پر انڈسڈ چارج کی قدر C: Q انڈسڈ = −Q پر چارج کے برابر لیکن مخالف ہونی چاہیے۔ برقی فیلڈ لائنوں کا استعمال کرتے ہوئے وضاحت یہ دیکھنے کا ایک اور طریقہ کہ منسلک چارج کنٹینر میں مساوی چارج پیدا کرتا ہے، برقی فیلڈ لائنوں کے بصری آلے کا استعمال کرنا ہے۔ برقی فیلڈ لائنیں مساوی چارج پر ختم ہوتی ہیں۔ یعنی ہر لائن مثبت چارج کی ایک مخصوص مقدار سے شروع ہوتی ہے، اور منفی چارج کی مساوی مقدار پر ختم ہوتی ہے۔ ایک اضافی حقیقت یہ ہے کہ برقی فیلڈ لائنیں کنڈکٹرز میں گھس نہیں سکتی ہیں۔ اگر برقی فیلڈ لائن دھات کے حجم میں گھس جاتی ہے تو، دھات میں موجود الیکٹران فیلڈ لائن کے ساتھ ساتھ بہتے ہیں، کنڈکٹر میں چارج کو دوبارہ تقسیم کرتے ہیں جب تک کہ کوئی برقی میدان باقی نہ رہ جائے۔ صرف اس صورت میں جب کنڈکٹر میں برقی میدان صفر ہو تو کنڈکٹر میں چارج برقی استحکام پر ہو سکتے ہیں۔ جب چارج شدہ آبجیکٹ C کو کنڈکٹو کنٹینر A کے اندر بند کیا جاتا ہے، تو آبجیکٹ سے پھیلی ہوئی تمام فیلڈ لائنیں کنٹینر کی اندرونی سطح پر ختم ہونی چاہئیں ؛ ان کے جانے کے لیے کہیں اور جگہ نہیں ہے۔ چونکہ شے پر چارج کی ہر اکائی ایک فیلڈ لائن سے نکلتی ہے، جو کنٹینر پر مساوی انڈیوسڈ چارج پر ختم ہوتی ہے، اس لیے شے پر کل چارج اور کنٹینر کے اندرونی حصے پر انڈیوسڈ چارج برابر ہونا چاہیے۔ کسی بھی کنٹینر کے باہر چارج شدہ شے بھی اپنے ارد گرد ایک مساوی چارج پیدا کرتی ہے۔ اس سے پھیلی ہوئی فیلڈ لائنیں دیواروں یا کمرے میں موجود دیگر اشیاء میں لگنے والے چارجز پر ختم ہوتی ہیں۔ یہ اس عمومی اصول کی وضاحت کرتا ہے کہ کائنات میں کہیں نہ کہیں ہر مثبت چارج کے لیے ایک متعلقہ منفی چارج ہونا ضروری ہے۔ سوراخ کا اثر سختی سے بولتے ہوئے، کنٹینر پر انڈیوسڈ چارج کے لیے آبجیکٹ پر چارج کے بالکل برابر ہونے کے لیے، دھات کے کنٹینر کو چارج شدہ آبجیکٹ کو بغیر کسی سوراخ کے مکمل طور پر بند کرنا چاہیے۔ اگر کوئی افتتاحی ہے، تو سی سے کچھ برقی فیلڈ لائنیں افتتاحی سے گزر جائیں گی، اور اس وجہ سے کنٹینر پر مخالف چارج نہیں آئے گا، لہذا کنٹینر کی سطحوں پر چارج سی پر چارج سے کم ہوگا۔ لیکن چارج شدہ شے کو اندر اور باہر لانے کے لیے ایک افتتاحی ضروری ہے۔ اپنے تجربے میں، فیراڈے نے گیند کو معطل کرتے ہوئے دھاتی ڈھکن کو دھاگے سے جوڑ کر اوپننگ کو بند کر دیا، لہذا جب گیند کو کنٹینر کے وسط میں اتارا گیا تو ڈھکن نے اوپننگ کو ڈھانپ دیا۔ تاہم یہ ضروری نہیں ہے۔ یہ تجربہ بہت اچھی طرح سے کام کرتا ہے یہاں تک کہ ایسے کنٹینرز کے لیے بھی جن میں بڑے کھلے دروازے ہوتے ہیں، جیسے کہ فیراڈے کا ڈبہ۔ جب تک یہ کافی گہرا ہے، اور کنٹینر کے اندر C کی گہرائی افتتاحی کے قطر سے زیادہ ہے، تو انڈیوسڈ چارج C پر چارج کی قیمت کے بہت قریب ہوگا۔ جیسا کہ اوپر کی ڈرائنگ سے پتہ چلتا ہے، ایک بار جب چارج شدہ شے اچھی طرح سے اندر ہے، تو زیادہ تر برقی فیلڈ لائنیں کنٹینر کی دیواروں پر چارج C کے سرے سے شروع ہوتی ہیں، لہذا ان میں سے بہت کم منفی چارجز پر ختم ہونے کے لیے افتتاحی سے گزرتی ہیں جو کنٹینر پر واقع نہیں ہیں۔ ایک ممتاز ابتدائی برقی محقق، جان ایمبروز فلیمنگ نے 1911 میں لکھا: لیکن اس تجربے کی وضاحت اکثر یہ فرض کر کے کی جاتی ہے کہ کنٹینر میں کوئی سوراخ نہیں ہے۔ الیکٹروسٹیٹک شیلڈنگ چونکہ دھات کے درمیانی حجم میں کوئی برقی میدان نہیں ہے، اس لیے کنٹینر کی بیرونی سطح اور اس کے برقی میدان پر چارج کی تقسیم کنٹینر کے اندر چارج سے مکمل طور پر متاثر نہیں ہوتی ہے۔ اگر کنٹینر کے اندر چارج شدہ شے کو طریقہ کار 3 کی طرح منتقل کیا جاتا ہے، تو اندرونی سطح پر انڈیوسڈ چارج کی تقسیم خود کو دوبارہ تقسیم کرے گی، جس سے اندرونی سطح کے باہر برقی شعبوں کی منسوخی برقرار رہے گی۔ لہذا بیرونی سطح پر چارج بیرونی دنیا میں کسی بھی چارج کے ساتھ مکمل طور پر غیر متاثر ہوں گے۔ باہر سے، دھات کا کنٹینر بالکل اسی طرح کام کرتا ہے جیسے اس میں صرف سرفیس چارج + کیو ہوتا ہے، جس کے اندر کوئی چارج نہیں ہوتا ہے۔ اسی طرح، اگر بیرونی چارج کو باہر سے کنٹینر کے قریب لایا جاتا ہے، تو بیرونی سطح پر انڈیوسڈ چارج کی تقسیم کنٹینر کے اندر اپنے برقی میدان کو منسوخ کرنے کے لیے دوبارہ تقسیم ہو جائے گی۔ لہذا کنٹینر کے اندر چارج کسی بھی برقی میدان کو "محسوس" نہیں کریں گے اور تبدیل نہیں ہوں گے۔ خلاصہ یہ ہے کہ کنٹینر کے اندر اور باہر کے علاقے برقی طور پر ایک دوسرے سے الگ تھلگ ہوتے ہیں، ایک خطے سے آنے والے برقی میدان دوسرے میں داخل نہیں ہو سکتے یا دوسرے کو متاثر نہیں کر سکتے۔ یہ فیراڈے پنجرے میں استعمال ہونے والے الیکٹروسٹیٹک شیلڈنگ کا اصول ہے۔ مزید تجربات متبادل طریقہ کار تجربہ کرنے کا ایک متبادل طریقہ: طریقہ کار 2 میں چارج شدہ شے C کو کنٹینر میں اتارنے کے بعد، کنٹینر کی بیرونی سطح کو لمحے کے لیے گراؤنڈ کر دیا جاتا ہے۔ کنٹینر کے باہر کا چارج زمین پر گر جاتا ہے، اور چارج ڈٹیکٹر صفر پر گر جاتا ہے، جس سے کنٹینر کے اندر کا چارج برابر لیکن C کے برعکس رہ جاتا ہے۔ پھر کنٹینر سے آبجیکٹ C کو ہٹا دیا جاتا ہے۔ چونکہ C اب کنٹینر کی اندرونی سطح پر انڈیوسڈ چارج کو برقرار رکھنے کے لیے موجود نہیں ہے، اس لیے یہ کنٹینر کے باہر کی طرف منتقل ہو جاتا ہے۔ لہذا چارج ڈٹیکٹر اپنی پچھلی ریڈنگ سے مساوی لیکن مخالف چارج درج کرتا ہے۔ کنٹینر کی بیرونی سطح پر C کو چھو کر یہ نیا چارج C پر چارج کے برابر اور مخالف ثابت کیا جا سکتا ہے۔ دونوں چارجز ایک دوسرے کو بالکل بے اثر کر دیتے ہیں، اس لیے کنٹینر کا بیرونی حصہ اور C دونوں غیر چارج شدہ پائے جاتے ہیں۔ غیر رابطہ چارج کی پیمائش کسی شے کو فیراڈے کنٹینر میں کم کرنا اس پر چارج کو چھوئے بغیر یا اس کے چارج کو پریشان کیے بغیر پیمائش کرنے کا ایک طریقہ پیش کرتا ہے۔ کنٹینر کے باہر اس کے اندر چارج کے ذریعے پیدا ہونے والا چارج صرف اندر کے کل چارج پر منحصر ہوتا ہے۔ اگر متعدد چارج شدہ اشیاء کو کنٹینر میں اتارا جائے تو باہر کی طرف چارج ان کی رقم کے برابر ہوگا۔ اگر متعدد کنڈکٹنگ چارج شدہ اشیاء کو کنٹینر میں ایک کے بعد ایک نیچے لایا جاتا ہے اور اندر چھو لیا جاتا ہے، تو ہر شے پر تمام چارج کنٹینر کے باہر منتقل کر دیا جائے گا، اس سے قطع نظر کہ کنٹینر پر پہلے سے کتنا چارج ہے۔ اگر دو محرک چارج شدہ اشیاء کو ان کی بیرونی سطحوں پر ایک ساتھ چھوا جائے تو دونوں پر چارج محض دونوں اشیاء کے درمیان تقسیم ہو جائے گا۔ اس طرح چارج کو وین ڈی گراف جنریٹر کے اوپری ٹرمینل میں منتقل کیا جاتا ہے۔ ٹرمینل ایک کھوکھلی دھات کا خول ہے اور فیراڈے بیل کے طور پر کام کرتا ہے۔ چارج کو حرکت پذیر بیلٹ پر اس کے اندر منتقل کیا جاتا ہے، پھر ٹرمینل کے اندر سے منسلک تار کے ذریعے بیلٹ سے ہٹا دیا جاتا ہے۔ چونکہ ٹرمینل کا اندرونی حصہ مستقل صلاحیت پر ہوتا ہے، اس لیے بیلٹ سے چارج باہر کی سطح پر بہتا ہے، وہاں چارج میں اضافہ ہوتا ہے، اس بات سے قطع نظر کہ ٹرمینل پر پہلے سے کتنا چارج موجود ہے۔ رابطہ برقی کاری مساوی چارج پیدا کرتی ہے فیراڈے کے ڈبے کی "چارج سمنگ" خاصیت کو یہ ثابت کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے کہ رابطہ برقی کاری (ٹرائبو الیکٹرکٹی)، اشیاء کو ایک ساتھ رگڑ کر یا چھو کر چارج کرنا، مساوی اور مخالف چارج پیدا کرتا ہے۔ کھال کا ایک ٹکڑا اور ربڑ یا پلاسٹک کا ایک ٹکڑا پہلے خارج کیا جاتا ہے تاکہ ان پر کوئی چارج نہ ہو، پھر دونوں کو غیر موصل ہینڈلز سے منسلک کنٹینر میں ایک ساتھ اتارا جاتا ہے۔ چارج ڈٹیکٹر کوئی چارج درج نہیں کرتا ہے۔ پھر انہیں کنٹینر کے اندر ایک ساتھ رگڑا جاتا ہے۔ رگڑنے سے ٹرائبو الیکٹرک اثر کی وجہ سے کھال مثبت طور پر چارج ہو جائے گی اور ربڑ منفی طور پر چارج ہو جائے گا۔ تاہم، چونکہ یہ مساوی چارجز کی علیحدگی کی وجہ سے ہے، اس لیے دونوں چارجز مساوی اور مخالف ہیں، اس لیے دونوں اشیاء پر چارج کا مجموعہ اب بھی صفر ہے۔ یہ چارج ڈٹیکٹر کے ذریعے ثابت ہوتا ہے، جو آپریشن کے بعد صفر پڑھنا جاری رکھتا ہے۔ کنٹینر سے ایک وقت میں ایک کو ہٹا کر انفرادی اشیاء پر چارج کا مظاہرہ کیا جا سکتا ہے۔ چارج ڈٹیکٹر ہر بقیہ شے کے لیے مخالف چارجز درج کرے گا۔ متعدد متمرکز کنٹینرز اپنے اصل 1844 کے مقالے میں، فیراڈے نے ایک دوسرے کے اندر کئی موصل کنٹینرز کے استعمال کے اثرات کی بھی تحقیقات کی۔ انہوں نے پایا کہ انڈکشن اثر متعدد کنٹینروں کے ذریعے اسی طرح کام کرتا ہے جس طرح یہ ایک کنٹینر کے ذریعے کرتا ہے۔ اس نے چار پیلیں استعمال کیں، جن میں سے ہر ایک کو اگلے کے اندر غیر موصل پیڈ پر سہارا دیا گیا۔ اگر کسی چارج کو سب سے اندرونی ڈھیر میں کم کیا جاتا ہے، تو بیرونی ڈھیر کے باہر بالکل برابر انڈیوسڈ چارج ظاہر ہوگا۔ ہر ڈھیر کے باہر کا چارج اگلے پر مساوی چارج پیدا کرتا ہے۔ اگر کسی ایک ڈھیر کو گراؤنڈ کیا جاتا ہے، تو اس کے باہر موجود تمام ڈبوں پر چارج صفر ہو جاتا ہے۔ الیکٹروسٹیٹکس طبیعیات کے تجربات