মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান – চলতড়িৎ – তড়িৎশক্তি, তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী

এই আর্টিকেলে আমরা মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ “তড়িৎশক্তি, তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী” নিয়ে আলোচনা করব। এই অংশটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান পরীক্ষার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই “তড়িৎশক্তি, তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী” অংশটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের ষষ্ঠ অধ্যায় “চলতড়িৎ“ -এর একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ। এই “তড়িৎশক্তি, তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী” থেকে গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন মাধ্যমিক পরীক্ষায় এবং চাকরির পরীক্ষায় প্রায়ই দেখা যায়।

মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান – চলতড়িৎ – তড়িৎশক্তি, তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী

তড়িৎশক্তি –

কোনো তড়িৎযন্ত্রের কার্য করার সামর্থ্যকে তড়িৎশক্তি বলে।

তড়িৎশক্তির একক জুল।

কোনো পরিবাহীর দুই প্রান্তের বিভবপ্রভেদ V হলে এবং ওই পরিবাহী দিয়ে q আধান গেলে কৃতকার্য W = q⋅V। আবার প্রবাহমাত্রা \(I\) হলে \(I = \frac{q}{t}\)।

∴ কৃতকার্য W = ItV এই কার্যই হল তড়িৎশক্তি।

সুতরাং, তড়িৎশক্তি \(E = ItV = I^2RT = \frac{V^2}{R}t\)

তড়িৎশক্তি যদি তাপশক্তিতে রূপান্তরিত হয় তাহলে পরিবাহীতে উৎপন্ন তাপ সংক্রান্ত জুলের সূত্রগুলি হল –

1. উৎপন্ন তাপ (H) প্রবাহমাত্রার বর্গের (I²) সমানুপাতিক, যদি রোধ ও সময় স্থির থাকে, H ∝ I²।
2. উৎপন্ন তাপ (H) রোধের (R) সমানুপাতিক, যদি প্রবাহমাত্রা ও সময় স্থির থাকে, H ∝ R।
3. উৎপন্ন তাপ (H) সময়ের (t) সমানুপাতিক, যদি প্রবাহমাত্রা ও রোধ স্থির থাকে, H ∝ t।

সুতরাং, I, R ও t পরিবর্তনশীল হলে H ∝ I²Rt বা \(H = \frac{I^2Rt}{J} = \frac{I^2Rt}{4.2}\) ক্যালোরি = 0.24I²Rt ক্যালোরি [J = 4.2]

• SI এককে জুলের সূত্রের গাণিতিক রূপ – H = I²Rt জুল [J = 1]
• উৎপন্ন তাপের অন্যান্য সূত্রগুলি হল \(H = \frac{V^2 \cdot t}{R \cdot J} = \frac{VIt}{J}\)

ব্যবহারিক প্রয়োগ –

• ফিউজ – এটি টিন ও সিসার সংকর ধাতু দিয়ে তৈরি এমন তার যা অতিরিক্ত প্রবাহ থেকে তড়িৎযন্ত্রকে বাঁচায়। এতে প্রবাহ নির্দিষ্ট মানের বেশি হলে উৎপন্ন তাপের কারণে এটি গলে গিয়ে বর্তনীকে ছিন্ন করে দেয়।
  • ফিউজ তার শ্রেণি সমবায়ে যুক্ত থাকে।
  • বর্তমানে ফিউজের পরিবর্তে MCB ব্যবহার হয়।
• হিটার – নিকেল ও ক্রোমিয়ামের সংকর ধাতু নাইক্রোম দিয়ে গঠিত তার উচ্চ গলনাঙ্কযুক্ত হওয়ায় ইলেকট্রিক হিটার গঠনে তা কাজে লাগে।
• বাল্ব – টাংস্টেনের তৈরি তার দিয়ে গঠিত বাল্বের ফিলামেন্ট।

BOT একক –

Board of trade unit বা কিলোওয়াট ঘণ্টা হল তড়িৎশক্তির একক। 1 BOT = 1 kWh = 1000 W × 1 hr = 36 × 10⁵ joule

কোনো 1000 W ক্ষমতার যন্ত্র 1 hr চললে এই পরিমাণ বিদ্যুৎশক্তি খরচ হয়।

তড়িৎ ক্ষমতা –

কোনো তড়িৎযন্ত্র সময়ের সাপেক্ষে যে পরিমাণ বিদ্যুৎশক্তি খরচ করে তাকে তড়িৎ ক্ষমতা বলে। অর্থাৎ, তড়িৎ ক্ষমতা হল তড়িৎশক্তি ব্যয়ের হার।

• তড়িৎ ক্ষমতা \((P) = \frac{E}{t} = V \cdot I = I^2R = \frac{V^2}{R}\)
• একক – ওয়াট (watt), কিলোওয়াট (kW) = 1000 watt
• রেটিং – কোনো যন্ত্রের গায়ে ক্ষমতা ও বিভবের উল্লেখ থাকলে বলে তার রেটিং।

যেমন কোনো বাল্বের রেটিং 220 V−100 W -এর থেকে জানা যায় যে,

• বাল্বটিকে 220 V বিভবপ্রভেদের মধ্যে যুক্ত করলে সেটি সর্বোচ্চ উজ্জ্বলতায় জ্বলবে।
• এর প্রবাহমাত্রা হবে \(I = \frac{P}{V} = \frac{100}{220} = \frac{10}{22} \text{ A}.\)
• এর রোধ হল \(R = \frac{V}{I} = \frac{V^2}{P} = 484 \, \Omega\)
• এটি 1 ঘণ্টা জ্বললে ব্যয়িত তড়িৎশক্তি হল 0.1 BOT।

তড়িৎচুম্বকত্ব –

ওয়রস্টেডের পরীক্ষা – এই পরীক্ষা থেকে জানা যায় যে, কোনো তড়িৎবাহী তারের কাছাকাছি অবস্থিত চুম্বকশলাকা তার বিক্ষেপ হয়। এই বিক্ষেপ প্রমাণ করে যে তড়িৎপ্রবাহ হল চুম্বকক্ষেত্র সৃষ্টির কারণ কিন্তু তারটি চুম্বকে পরিণত হয় না।

এই পরীক্ষায় চুম্বকশলাকার বিক্ষেপ কোন দিকে হবে তা বোঝার জন্য অ্যাম্পিয়ারের সন্তরণ নিয়ম প্রয়োগ করতে হবে।

অ্যাম্পিয়ারের সন্তরণ নিয়ম (Ampere’s swimming rule) –

ধরা যাক, কোনো ব্যক্তি তড়িৎবাহী তারের ওপর দিয়ে তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখে হাত ছড়িয়ে এমনভাবে সাঁতার কাটে যাতে তার মুখ সর্বদা চুম্বকশলাকার দিকে থাকে। তবে ওই অবস্থায় ব্যক্তির বাম হাত যেদিকে থাকবে শলাকার উত্তরমেরু সেই দিকে বিক্ষিপ্ত হবে।

দক্ষিণ হস্ত মুষ্টি সূত্র (Right hand grasp rule) –

একটি তড়িৎবাহী তারকে ডান হাত দিয়ে যদি এমনভাবে মুষ্টিবদ্ধ করা হয় যাতে বুড়ো আঙুল তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ নির্দেশ করে তবে অন্য আঙুলগুলির অগ্রভাগ উৎপন্ন চৌম্বকক্ষেত্রের বলরেখার অর্থাৎ চৌম্বকক্ষেত্রের অভিমুখ নির্দেশ করবে।

ফ্লেমিং -এর বামহস্ত নিয়ম (Fleming’s left hand rule) –

বামহস্তের বৃদ্ধাঙ্গুলি, মধ্যমা এবং তর্জনীকে পরস্পরের সঙ্গে সমকোণে রেখে প্রসারিত করলে যদি তর্জনী চৌম্বকক্ষেত্রের দিক এবং মধ্যমা তড়িৎপ্রবাহের দিক নির্দেশ করে তবে বৃদ্ধাঙ্গুলি পরিবাহীর গতির অভিমুখ নির্দেশ করবে।

বার্লোর চক্র –

কোনো তড়িৎবাহী তারকে চুম্বকক্ষেত্রে রাখলে চুম্বকক্ষেত্র তার ওপর বল প্রয়োগ করে। সেই বলের অভিমুখ কোন্ দিকে হয় তা ফ্লেমিং-এর বামহস্ত নিয়ম দিয়ে ব্যাখ্যা করা যায়।

• এখানে তড়িৎশক্তি ঘূর্ণন গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয় তাই একে মোটর বলা যায়।
• বার্লোরচক্রে AC প্রবাহ পাঠালে কোনো ঘূর্ণন হয় না।

বার্লোর চক্রের ঘূর্ণন নিম্নলিখিত বিষয়ের ওপর নির্ভর করে –

• তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ অপরিবর্তিত রেখে তড়িৎ প্রবাহমাত্রা বাড়ালে চক্রের ঘূর্ণনের গতি বেড়ে যাবে।
• চৌম্বকক্ষেত্রের অভিমুখ অপরিবর্তিত রেখে তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ উলটে দিলে চক্রের ঘূর্ণন বিপরীত দিকে হবে।
• তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ একই রেখে চুম্বকের মেরুদ্বয়ের অবস্থান উলটে দিলে চক্রের ঘূর্ণন বিপরীত দিকে হবে।
• চৌম্বকক্ষেত্র এবং তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ একসঙ্গে উলটে দিলে চক্রের ঘূর্ণনের অভিমুখ অপরিবর্তিত থাকবে।

DC মোটর –

তড়িৎপ্রবাহকে ব্যবহার করে চুম্বকের মাঝে কোনো তড়িৎবাহী কুণ্ডলীকে (আর্মেচার) রেখে তাকে ঘোরানোর ব্যবস্থাকে DC মোটর বলে।

• এখানে তড়িৎশক্তিকে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত করা হয়।
• এই ক্ষেত্রে DC প্রবাহ ব্যবহার করা হয়।
• DC মোটরের প্রধান অংশ হল চুম্বক, আর্মেচার, কম্যুটেটর।
• এই ধরনের মোটর পাম্প, রোলিং মিলে ব্যবহার করা হয়।

তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ সম্পর্কিত ফ্যারাডের সূত্রাবলি –

• প্রথম সূত্র – কোনো কুণ্ডলীর মধ্য দিয়ে অতিক্রান্ত চৌম্বক প্রবাহের (megnetic flow) পরিবর্তন ঘটলে কুণ্ডলীতে একটি তড়িৎচালক বল আবিষ্ট হয় এবং যতক্ষণ চৌম্বক প্রবাহের পরিবর্তন ঘটে ততক্ষণই আবিষ্ট তড়িৎচালক বল স্থায়ী হয়।
• দ্বিতীয় সূত্র – কোনো কুণ্ডলীতে আবিষ্ট তড়িৎচালক বলের মান কুণ্ডলীর মধ্য দিয়ে অতিক্রান্ত চৌম্বক প্রবাহের পরিবর্তনের হারের সমানুপাতিক।

শক্তির নিত্যতা সূত্র হিসেবে লেঞ্জের সূত্র –

তড়িৎচুম্বকীয় আবেশের ক্ষেত্রে আবিষ্ট তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ এমন হয় যে, যে কারণে আবিষ্ট তড়িৎপ্রবাহের সৃষ্টি হয়, আবিষ্ট প্রবাহমাত্রা সর্বদা সেই কারণকে বাধা দেয়।

ডায়নামো –

যে যন্ত্রের সাহায্যে তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ কাজে লাগিয়ে যান্ত্রিক শক্তিকে তড়িৎশক্তিতে রূপান্তরিত করা হয় তাই জেনারেটর বা ডায়নামো।

• AC ডায়নামোর বহির্বর্তনীতে পরিবর্তী তড়িৎপ্রবাহের সৃষ্টি হয় এবং DC ডায়নামোর বহির্বর্তনীতে একমুখী তড়িৎপ্রবাহের সৃষ্টি হয়।
• AC ডায়নামোতে চুম্বকের মাঝে থাকে কুণ্ডলী (আর্মেচার) ও শেষে থাকে slip ring।
• AC তড়িৎচালক বল কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা, ঘূর্ণনবেগ ও ক্ষেত্রফলের ওপর নির্ভর করে।
• AC ব্যবহারের সুবিধা –
  • AC বিভবকে ট্রান্সফরমার ব্যবহার করে কমানো যায় (step down) বা বৃদ্ধিও করা যায় (step up)।
  • AC -কে বহুদূর পর্যন্ত পাঠানো যায়।

লাইভ তার –

বিদ্যুৎ উৎপাদন ও বণ্টন কেন্দ্র থেকে গৃহে তড়িতের সরবরাহ হয় যে তারের মাধ্যমে তাকে লাইভ তার (L) বলে। বর্তমানে আন্তর্জাতিক পদ্ধতিতে লাইভ (L) তারকে বাদামি (brown) বর্ণ দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।

নিউট্রাল তার –

বর্তনী সংযোগ সম্পূর্ণ করার জন্য একটি তার বিদ্যুৎ সরবরাহে সংযুক্ত করা হয়, এটিকে নিউট্রাল তার (N) বলা হয়। আন্তর্জাতিক পদ্ধতি অনুযায়ী নিউট্রাল (N) তারের অন্তরকের বর্ণ হালকা নীল (Light blue) করা হয়।

আর্থ তার –

ইলেকট্রিক শক্ থেকে নিরাপত্তার কারণে ধাতব ঢাকনা যুক্ত বৈদ্যুতিক যন্ত্রে একটি তার লাগানো হয় যেটি ভূমির নীচে সংযুক্ত করা হয়, একে আর্থ তার বলে। এটিকে সবুজ বা হলুদ বর্ণের দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।

গৃহস্থালির বিদ্যুৎ বণ্টন লাইনের নিয়ম –

বাড়িতে ব্যবহৃত বৈদ্যুতিক পাখা, বৈদ্যুতিক বাল্ব এবং প্লাগ ব্যবহারের জন্য সকেট্ ইত্যাদি সবকিছুই মেইন সুইচের সঙ্গে সমান্তরালে যুক্ত করা হয়।

কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নোত্তর

এই আর্টিকেলে আমরা মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ “তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী” নিয়ে আলোচনা করেছি। এই অংশটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান পরীক্ষার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই “তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী” অংশটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের ষষ্ঠ অধ্যায় “চলতড়িৎ“ -এর একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ। এই “তড়িৎক্ষমতা, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ ও গৃহবর্তনী” অংশটি মাধ্যমিক পরীক্ষায় এবং চাকরির পরীক্ষায় প্রায়ই দেখা যায়। আশা করি এই আর্টিকেলটি আপনাদের জন্য উপকারী হয়েছে। আপনাদের কোনো প্রশ্ন বা অসুবিধা থাকলে, আমাদের সাথে টেলিগ্রামে যোগাযোগ করতে পারেন, আমরা উত্তর দেওয়ার চেষ্টা করব। তাছাড়া, নিচে আমাদের এই পোস্টটি আপনার প্রিয়জনের সাথে শেয়ার করুন, যাদের এটি প্রয়োজন হতে পারে। ধন্যবাদ।