চল তড়িৎ (Current Electricity)

এই অধ্যায় শেষ এ যা যা জানবে

• চল তড়িৎ কি
• বিভব পার্থক্য ও তড়িৎ প্রবাহ
• তাড়ন দ্রুতি
• ওহমের সূত্র
• রোধ ও আপেক্ষিক রোধ
• তুল্য রোধ সংক্রান্ত আলোচনা
• তড়িচ্চালক শক্তি ও অভ্যন্তরীন রোধ
• ব্যাটারির শ্রেণি ও সমান্তরাল সমন্বয়
• কার্শফের দুই সুত্র
• হুইটস্টোন ব্রীজ ও মিটার ব্রিজ
• জুলের তাপীয় ক্রিয়া
• তাপের যান্ত্রিক সমতা
• অ্যামিটার, গ্যালভানোমিটার ও ভোল্টমিটার
• শান্ট
• সমাপ্তি ও পরামর্শ

ভূমিকা INTRODUCTION

কোনো পরিবাহীর যেকোনো প্রস্থচ্ছেদের মধ্য দিয়ে একক সময়ে কী পরিমাণ চার্জ প্রবাহিত হয় তা দ্বারা তড়িৎ প্রবাহ পরিমাপ করা হয়। সুতরাং সময়ের সাপেক্ষে কোনো পরিবাহীর যেকোনো প্রস্থচ্ছেদের মধ্য দিয়ে চার্জ প্রবাহের হারকে তড়িৎ প্রবাহ মাত্রা বলে। কোনো পরিবাহীর যেকোনো প্রস্থচ্ছেদের মধ্য দিয়ে t সময়ে যদি q চার্জ সুষমভাবে প্রবাহিত হয় তবে তড়িৎ প্রবাহ (Flow of Electricity) ,

I = q/t

সমক্ষেত্রে তড়িৎ প্রবাহ সুষম নাও হতে পারে। সেক্ষেত্রে প্রবাহকে ক্যালকুলাসের সাহায্যে প্রকাশ করা হয়। অতিক্ষুদ্র dt সময়ে যদি পরিবাহীর কোনো প্রস্থচ্ছেদের মধ্য দিয়ে dq চার্জ প্রবাহিত হয় তবে তড়িৎ প্রবাহ(Flow of Electricity), 

I = dq/dt

তড়িৎ প্রবাহের দিক (Direction of The Flow of Electricity):

চল তড়িৎ আবিষ্কারের প্রথম দিকে মনে করা হতো যে ধনাত্বক আধানের প্রবাহের ফলে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি হয় এবং এই ধনাত্মক আধান উচ্চতর বিভব (পানি পূর্ণ বালতি) থেকে নিম্নতর বিভবের (পানি শূন্য বালতি) দিকে প্রবাহিত হয়। তাই তড়িৎ প্রবাহের প্রচলিত দিক ধরা হয় উচ্চতর বিভব (+) থেকে নিম্নতর বিভবের (-) দিকে অথবা তড়িৎ কোষের ধনাত্বক পাত থেকে ঋণাত্বক পাতের দিকে। 

কিন্তু আমরা জানি যে, প্রকৃতপক্ষে তড়িৎ প্রবাহ হলো ঋণাত্বক আধান তথা ইলেকট্রনের প্রবাহের জন্য হয়ে থাকে। ফলে তড়িৎ প্রবাহের প্রকৃত দিক হলো  নিম্নতর বিভব থেকে উচ্চতর বিভবের দিকে অর্থাৎ তড়িৎ কোষের ঋণাত্বক পাত থেকে ধনাত্বক পাতের দিকে।

সুতরাং তড়িৎ প্রবাহের প্রকৃত দিক প্রচলিত দিকের বিপরীত।

তড়িৎ প্রবাহের একক (Unit of Electricity):

এস. আই পদ্ধতিতে তড়িৎ প্রবাহ (Unit of Electricity) একটি মৌলিক রাশি। এ পদ্ধতিতে তড়িৎ প্রবাহের একক অ্যাম্পিয়ার (A)। এই একক নির্ধারণ করা হয়েছে দুটি তড়িৎবাহী পরিবাহীর মধ্যে ক্রিয়াশীল বল থেকে q= 1C, t= 1s হলে যে তড়িৎ পাওয়া যায় তাকে এক অ্যাম্পিয়ার(Ampere) বলে। সুতরাং,

1A=1C/1s =1C. S^-1

অর্থাৎ, কোনো পরিবাহীর যেকোনো প্রস্থচ্ছেদের মধ্য দিয়ে প্রতি সেকেন্ডে সুষমভাবে এক কুলম্ব চার্জ প্রবাহিত হলে যে তড়িৎ প্রবাহ পাওয়া যায় তাকে এক অ্যাম্পিয়ার (Ampere) বলে।

তাড়ন দ্ৰুতি Drift Speed of Electron

কোনো পরিবাহীর দুই প্রান্তে বিভব পার্থক্যের ফলে সৃষ্ট তড়িৎক্ষেত্র পরিবাহীর ভিতরের মুক্ত ইলেকট্রনের ওপর তাড়িত বল প্রয়োগ করে। কিন্তু এ বল ইলেকট্রনের সুষম ত্বরণ সৃষ্টি করতে পারে না। কারণ ইলেকট্রন গতিশীল হলে পরিবাহী যেসব অণু বা পরমাণু সমন্বয়ে গঠিত তাদের সাথে সংঘর্ষ ঘটতে থাকে, ফলে ইলেকট্রনের প্রতি কখনো তাড়িত বলের প্রভাবে বৃদ্ধি পায় আবার কখনো সংঘর্ষের কারণে হ্রাস পায়। তাই ইলেকট্রন একটি গড় দ্রুতি নিয়ে চলতে থাকে। একে ইলেকট্রনের তাড়ন দ্রুতি বলে। অর্থাৎ তাড়িত বলের প্রভাবে পরিবাহীর মুক্ত ইলেকট্রন যে ধ্রুব গড় দ্রুতি নিয়ে চলতে থাকে তাকে ইলেকট্রনের সঞ্চারণ বা তাড়ন দ্রুতি বলে।

ওহমের সুত্র Ohm’s Law

উষ্ণতা ও অন্যান্য ভৌত অবস্থা অপরিবর্তিত থাকলে, কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে তড়িৎপ্রবাহমাত্রা ওই পরিবাহীর দুই প্রান্তের বিভব-প্রভেদের সমানুপাতিক হয়। ভৌত অবস্থা বলতে পরিবাহীর উপাদান, ঘনত্ব, দৈর্ঘ্য, প্রস্থচ্ছেদ ইত্যাদি বোঝায়।

I = V/R

এখানে,
I = কারেন্ট (Ampere) ,
V = ভোল্টেজ বা বিভব (ভোল্ট),
R = রেজিস্ট্যান্স বা রোধ (ওহম)।
যেহেতু, I = V / R অর্থাৎ, কারেন্ট = ভোল্টেজ / রেজিস্ট্যান্স,
অতএব, V = I x R অর্থাৎ, ভোল্টেজ = কারেন্ট x রেজিস্ট্যান্স,
এবং R = V / I অর্থাৎ, রেজিস্ট্যান্স = ভোল্টেজ / কারেন্ট। 

রোধ Resistance

⏩ রোধ হচ্ছে বিদ্যুৎ পরিবাহীর ধর্ম। বিদ্যুৎ পরিবাহীর যে ধর্মের জন্য এর মধ্য দিয়ে পরিবাহিত তড়িৎ প্রবাহ বাধাগ্রস্থ হয় বা বিঘ্নিত হয়, তাকে রোধ (Resistance) বলে। 

⏩ রোধের এসআই একক ও’ম, একে গ্রীক চিহ্ন ওমেগা (Ω) দ্বারা সূচিত করা হয়। 

⏩ বৈদ্যুতিক যন্ত্রে প্রবাহ নিয়ন্ত্রন করার জন্য রোধ ব্যবহার করা হয়। 

⏩ কোন নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় কোন পরিবাহীর দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য ও এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত তড়িৎ প্রবাহের অনুপাত দ্বারা ঐ তাপমাত্রায় ঐ পরিবাহীর রোধ পরিমাপ করা যায়। 

⏩ রোধ পরিমাপের জন্য নিম্নোক্ত সূত্র ব্যবহার করা হয়ঃ

Resistance, R = V/I 

⏩ কোন পরিবাহকের দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য ১ ভোল্ট হলে যদি তার মধ্য দিয়ে ১ অ্যাম্পিয়ার তড়িৎ প্রবাহ প্রবাহিত হয় তবে ঐ পরিবাহীর রোধকে ১ ও’ম বলে।

আপেক্ষিক রোধ Relative Resistance

একক দৈর্ঘ্য ও একক প্রস্থচ্ছেদ বিশিষ্ট ক্ষেত্রফল বিশিষ্ট কোনো পরিবাহক এর রোধ এর পরিমাণই হচ্ছে 

তার আপেক্ষিক রোধ (Relative Resistance)।

[Please check Slide no. 8 before adding this equation below]

R =  p x L/A

p = Resistivity

L = Length

A = Cross-sectional area

কোনো একটি নির্দিষ্ট পরিবাহীকে টেনে লম্বা করা হলে সমানুপাতিক হারে প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল কমে। কারণ টেনে লম্বার করার পরেও আয়তন একই থাকে। যেমন যদি কোন পরিবাহীকে টেনে দুই গুণ করা হয় তাহলে তার প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল হবে অর্ধেক। এখানে পরিবাহীটির আদি দৈর্ঘ্য L1, ক্ষেত্রফল A1 ও পরিবাহীর দৈর্ঘ্য পরিবর্তনের পর দৈর্ঘ্য L2 ও ক্ষেত্রফল A2 হলে আদি আয়তন, A1 L1 = পরিবর্তিত আয়তন, A2 L2।

সেক্ষেত্রে আপেক্ষিক রোধ ρ এর কি কোন পরিবর্তন ঘটবে না কারণ আপেক্ষিক রোধ নির্ভর করে পরিবাহীর উপাদানের উপর এবং তাপমাত্রার উপর কখনোই তার দৈর্ঘ্য ও প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফলের উপর নয়। বাস্তবে পরিবাহীর দৈর্ঘ্য পরিবর্তিত হলে আয়তন একই থাকে না, কিছুটা পরিবর্তিত হয়, যদি ভিন্ন ভিন্ন উপাদানের দুটি পরিবাহী নেওয়া হয় তাহলে অবশ্যই L, A এর মত ρ এর মানও পরিবর্তিত হবে।

[Also check Slide no. 9]

তুল্য রোধ Equivalent resistance 

একটি বর্তনীর সকল রোধের পরিবর্তে যদি একটি রোধ ব্যবহার করা যায় যার রোধ হবে বর্তনীর মোট রোধের সমান, তবে সেই রোধকে ঐ বর্তনীর তুল্যরোধ ( Equivalent resistance ) বলা হয়।

শ্রেণী সন্নিবেশে তুল্য রোধ (Series Resistance):

রোধক R1, R2, R3 শ্রেণিবদ্ধভাবে সংযুক্ত আছে। রোধ গুলো পর্যায়ক্রমে একটির পর অন্যটি সংযুক্ত করা হয়েছে। এক্ষেত্রে প্রত্যেকটি রোধের মধ্য দিয়ে একই মানের তড়িৎ প্রবাহ প্রবাহিত হচ্ছে। 

শ্রেণী সন্নিবেশে, V = V1 + V2 + V3 

যদি n সংখ্যক রোধ শ্রেণি সন্নিবেশে যুক্ত থাকে, তা হলে তুল্য রোধ RS হলে,

R_S  = R_1  + R_2 + R_3 +………………+ R_n  অর্থাৎ শ্রেণি সন্নিবেশে সংযুক্ত রোধগুলোর তুল্যরোধের মান সন্নিবেশে অন্তর্ভুক্ত বিভিন্ন রোধের মানের যোগফলের সমান। 

সমান্তরাল সন্নিবেশে তুল্য রোধ (Parallel Resistance):

কতগুলো রোধ যদি এমনভাবে সংযুক্ত করা হয় যে, সবকয়টি রোধের একপ্রান্ত একটি সাধারণ বিন্দু A তে এবং অপর প্রান্তগুলো অন্য একটি সাধারণ বিন্দু B তে সংযুক্ত থাকে এবং প্রত্যেকটি রোধের দুই প্রান্তে একই বিভব পার্থক্য বজায় থাকে, তবে রোধগুলোর এই সন্নিবেশকে সমান্তরাল সন্নিবেশ বলা হয়। 

সমান্তরাল সন্নিবেশে, I = I_1 + I_2 + I_3

সমান্তরাল সন্নিবেশে যুক্ত n সংখ্যক রোধের তুল্যরোধ R_P হলে,

[Please check slide no. 11 for equation]

অর্থাৎ সমান্তরাল সন্নিবেশে সংযুক্ত প্রত্যেকটি রোধের বিপরীত রাশির সমষ্টি তুল্যরোধের বিপরীত রাশির সমান।

তড়িচ্চালক শক্তি ও ব্যাটারির সমবায় Electromotive force 

তড়িচ্চালক শক্তি: কোন বর্তনীতে তড়িৎপ্রবাহ চালনা করার জন্য তড়িৎশক্তির প্রয়োজন হয়। কোন তড়িৎ উৎস একক ধনাত্মক আধানকে বর্তনীর এক বিন্দু থেকে উৎসসহ সম্পূর্ণ বর্তনী ঘুরিয়ে ঐ বিন্দুতে আনতে যে পরিমাণ কাজ সম্পন্ন হয় তাকে ঐ উৎসের তড়িচ্চালক শক্তি বলে। Q C আধানকে সম্পূর্ণ বর্তনী ঘুরিয়ে আনতে যদি W J কাজ হয়, তাকে ঐ উৎসের তড়িচ্চালক শক্তি বলে।

[Please check slide no. 12 for equation]

তড়িচ্চালক শক্তির একক ভোল্ট (V)

1V = 1JC-1

বিভব পার্থক্য: একক ধনাত্মক আধানকে বর্তনীর এক বিন্দু থেকে অপর বিন্দুতে স্থানান্তর করতে যে পরিমাণ কাজ সম্পন্ন হয় তাকে ঐ দুই বিন্দুর বিভব পার্থক্য বলে। দুটি বিন্দুর মধ্য দিয়ে একক ধনাত্মক আধান স্থানান্তরিত হলে তড়িৎশক্তি অন্য কোন শক্তিতে রূপান্তরিত হয়, তার পরিমাণই ঐ দুই বিন্দুর বিভব। Q আধান স্থানান্তরের জন্য রূপান্তরিত তড়িৎশক্তির পরিমাণ W হলে, ঐ দুই বিন্দুর বিভব পার্থক্য হবে,

[Please check slide no. 12 for equation]

কার্শফের সূত্র Kirchhoff’s Law

কার্শফের কারেন্ট সূত্রঃ কার্শফ তার কারেন্ট সূত্র (KCL) এ বলেছিলেন যে, কোন নোডে প্রবেশ করা কারেন্টের যোগফল নোড হতে বাহির হওয়া কারেন্টের যোগফলের সমান। অর্থাৎ, নোডে মিলিত কারেন্ট সমূহের বীজগাণিতিক যোগাফল শূন্য। 

সূত্র অনুসারে, নোডে আগত কারেন্ট = নোড হতে নির্গত কারেন্ট বা, I_in = I_out 

কার্শফের ভোল্টেজ সূত্রঃ  কার্শফ তার ভোল্টেজ সূত্র (KVL) এ বলেছিলেন যে, কোন ক্লোজড লুপে উপস্থিত সবগুলো ভোল্টেজের বীজগাণিতিক যোগফল শূন্য হবে। অর্থাৎ, ক্লোজড লুপের ভিতরে যে পরিমাণ ভোল্টেজের থাকবে তাদেরকে বীজগাণিতিক ভাবে সমাধান করলে তাদের যোগফল শূন্য হবে। 

আমরা এভাবেও বলতে পারি যে, ক্লোজড লুপের ভিতরে যে পরিমাণ ভোল্টেজের পরিবর্তন হয় তার পরিমাণ শূন্য। অর্থাৎ, ভোল্টেজের পরিবর্তন, ΔV = 0. কার্শফের ভোল্টেজ সূত্র প্রয়োগ করার সময় ভোল্টেজ গুলোকে ক্লক ওয়াইজ (ঘড়ির কাঁটার দিকে) অথবা কাউন্টারক্লক ওয়াইজ (ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে) ধরে নিতে হয়।

হুইটস্টোন ব্রীজ Wheatstone bridge

চারটি রোধ পর পর শ্রেণিবদ্ধভাবে যদি এমনভাবে সাজানো হয় যে, প্রথমটির প্রথম প্রান্তের সাথে শেষটির শেষ প্রান্ত মিলে একটি বদ্ধ বর্তনী তৈরি হয় এবং যে কোনো দুটি রোধের সংযোগস্থল ও অপর দুটি রোধের সংযোগস্থলের মধ্যে একটি কোষ ও অন্য দুটি সংযোগস্থলের মধ্যে একটি গালভানোমিটার যুক্ত থাকে তবে সেই বর্তনীকে হুইটস্টোন ব্রিজ (Wheatstone bridge) বলে।

মিটার ব্রিজ Meter Bridge

যে যন্ত্রে এক মিটার লম্বা সুষম প্রস্থচ্ছেদের একটি তারকে কাজে লাগিয়ে হুইটস্টোন ব্রিজের নীতি ব্যবহার করে কোনো অজানা রোধ নির্ণয় করা হয়, তাকে মিটার ব্রিজ বলা হয়।

জুলের তাপীয় ক্রিয়া Joule’s law of Heating

প্রথম সূত্র- তড়িৎ প্রবাহের সূত্র পরিবাহীর রোধ R এবং প্রবাহকাল t অপরিবর্তিত থাকলে তড়িৎ প্রবাহের ফলে উদ্ভূত তাপ H, প্রবাহ I এর বর্গের সমানুপাতিক হয়।

দ্বিতীয় সূত্র – রোধের সূত্রঃ প্রবাহ I এবং প্রবাহকাল t অপরিবর্তিত থাকলে তড়িৎ প্রবাহের ফলে 

উদ্ভূত তাপ H, পরিবাহীর রোধের R সমানুপাতিক হয়।

তৃতীয় সূত্র – সময়ের সূত্রঃ প্রবাহ I এবং পরিবাহীর রোধ R অপরিবর্তিত থাকলে তড়িৎ প্রবাহের 

ফলে উৎপন্ন তাপ H, প্রবাহকাল t এর সমানুপাতিক হয়।

𝐇= 𝐈^𝟐 𝐑𝐭

তাপের যান্ত্রিক সমতা Mechanical Equivalent of Heat

এক ক্যালরি তাপ উৎপাদন করতে যত জুল কাজ সম্পাদন করতে হয় তাকে তাপের যান্ত্রিক সমতা বলে। J = 4.2 J/cal

অ্যামিটার, ভোল্টমিটার ও গ্যালভানোমিটার Ammeter, Voltmeter and Galvanometer

[No texts available]

শান্ট Shunt

গ্যালভানোমিটারের মধ্য দিয়ে যাতে বেশি মানের প্রবাহ যেতে না পারে সেজন্য এর সাথে স্বল্পমানের যে রোধ সমান্তরালে সংযুক্ত করা হয়, তাকে শান্ট (Shunt) বলে।

শান্টের কাজঃ

অতাধিক পরিমাণ প্রবাহ গিয়ে যাতে গ্যালভানোমিটারকে নষ্ট করতে না পারে তার জন্য গ্যালভানোমিটারের সাথে সমান্তরাল সমবায়ে একটি অল্প মানের রোধ শান্ট হিসেবে সংযুক্ত করা হয়। এর ফলে মূল প্রবাহ দুভাগে বিভক্ত হয়ে যায় এবং শান্টের  রোধ কম হওয়ায় বেশি পরিমাণ প্রবাহ এর ভেতর দিয়ে প্রবাহিত হয় এবং অল্প পরিমাণ প্রবাহ গ্যালভানোমিটারের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়। এতে গ্যালভানোমিটার নষ্ট হওয়ার হাত থেকে রক্ষা পায়।