বিদ্যুৎ শক্তি, ক্ষমতা ও ফিউজ (Electrical energy, power and fuse)

বিদ্যুৎ শক্তি (Electric Energy)

কোনো বৈদ্যুতিক যন্ত্র বা উৎসের কাজ করার সামর্থ্যকে এর বিদ্যুৎ শক্তি (Electric Energy) বলে।

ব্যাখ্যা (Explanation):

মনে করি একটি বৈদ্যুতিক উৎস হতে কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে t সময়ে Q পরিমাণ চার্জ প্রবাহিত হয়। যদি পরিবাহীর দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য V হয়, তবে সম্পাদিত কাজ অর্থাৎ ব্যয়িত বিদ্যুৎ শক্তি,

\mathrm{W}=\mathrm{VQ}=\mathrm{Vit} \quad(\because \mathrm{Q}=i t)

বা, \mathrm{W}=i \mathrm{R} \times i t=i^{2} R t \quad(\because V=i R) 

বা, \mathrm{W}=\frac{v^{2}}{R} t

একক (Unit):

কাজ (Work) ও শক্তিকে (Energy) একই এককে প্রকাশ করা হয়। এদের ব্যবহারিক একক জুল (Joule)।

1 জুল (1 Joule):

1 ভোল্ট (1 Volt) বিভব পার্থক্যের ভেতর দিয়ে 1 কুলম্ব (1 Coulomb) চার্জ প্রবাহিত হলে সম্পাদিত কাজ বা ব্যয়িত শক্তি =1 জুল।

ক্ষমতা (Electric Power)

কোনো উৎস বা যন্ত্রের কাজ করার হারকে ক্ষমতা (Electric Power) বলে এবং একক সময়ের কৃত কাজ দ্বারা ক্ষমতা পরিমাপ করা হয়।

ব্যাখ্যা (Explanation):

মনে করি t সময়ে কোনো উৎস বা যন্ত্র W পরিমাণ কাজ সম্পাদন করে। অতএব, ক্ষমতা, P=\frac{\text { কাজ }}{\text { সময় }}=\frac{\mathrm{w}}{\mathrm{t}} একক।

কাজের অনুরূপ ক্ষমতার বিভিন্ন সমীকরণ রয়েছে যা নিম্নে বর্ণনা করা হলো : 

\mathrm{P}=\frac{\mathrm{w}}{\mathrm{t}}=\frac{\mathrm{Vit}}{\mathrm{t}}=\mathrm{Vi} একক

আবার \mathrm{P}=\frac{\mathrm{W}}{\mathrm{t}}=\frac{i^{2} \mathrm{R} \mathrm{t}}{\mathrm{t}}=i^{2} \mathrm{R} একক

এবং \mathrm{P}=\frac{\mathrm{W}}{\mathrm{t}}=\frac{V^{2} \mathrm{t}}{\mathrm{R} \mathrm{t}}=\frac{V^{2}}{\mathrm{R}} একক

উপরোক্ত সমীকরণসমূহের যেকোনো একটি প্রয়োজনমতো ক্ষমতার সমীকরণ হিসেবে ব্যবহৃত হয়। 

একক (Unit):

বৈদ্যুতিক ক্ষমতার (Electric Power) একক ওয়াট (Watt)। 

\mathrm{P}=\mathrm{Vi} \text { ওয়াট }=i^{2} R \text { ওয়াট }=\frac{V^{2}}{\mathrm{R}} \text { ওয়াট }

\mathrm{P}=\frac{\mathrm{W}}{\mathrm{t}}=\frac{\text { জুল }}{\text { সেকেন্ড }}=\text { জুল/ সেকেন্ড=ওয়াট }

সুতরাং, 1 সেকেন্ডে 1 জুল কাজ করার ক্ষমতাকে 1 ওয়াট বলে। আবার, \mathrm{P} =\mathrm{V}\mathrm{i}= ভোল্ট\timesঅ্যাম্পিয়ার 

∴ ওয়াট = ভোল্ট\timesঅ্যাম্পিয়ার

সংজ্ঞা (Definition):

1 ভোল্ট বিভব পার্থক্যে কোনো একটি বৈদ্যুতিক যন্ত্র 1 অ্যাম্পিয়ার মাত্রার বিদ্যুৎ প্রবাহ সরবরাহ করলে এর ক্ষমতাকে 1 ওয়াট বলে। আবার P ক্ষমতাসম্পন্ন কোন যন্ত্র t সময় ব্যাপী কাজ করলে ওই যন্ত্রের ব্যয়িত শক্তি হবে \mathrm{W}=\mathrm{Pt}=\mathrm{VIt}=\mathrm{I}^{2} \mathrm{Rt} Watt.

ওয়াট-ঘণ্টা (Watt-hour) : 

1 ওয়াট ক্ষমতাসম্পন্ন একটি যন্ত্র 1 ঘণ্টা কাজ করলে যে শক্তি ব্যয় হয় তাকে 1 ওয়াট-ঘণ্টা বলে।

কিলোওয়াট-ঘণ্টা (Kilowatt-hour) : 

1 কিলোওয়াট ক্ষমতাসম্পন্ন একটি যন্ত্র 1 ঘণ্টা কাজ করলে যে শক্তি ব্যয় হয়, তাকে 1 কিলোওয়াট-ঘণ্টা বলে।

\therefore 1 \mathrm{KWh}=1000 \mathrm{Wh}=1000 \times 3600 \mathrm{~J}=3.6 \times 10^{6} \mathrm{~J}

BOT (Board of trade unit):

সারা বিশ্বের বিদ্যুৎ সরবরাহ কোম্পানি এই একক ব্যবহার করে বিদ্যুৎ কেনা-বেচা করে, তাই একে বোর্ড অব ট্রেড (B. O. T unit) বা সংক্ষেপে Unit বলে। অর্থাৎ B. 0. T Unit =1KWh=1Unit. 

220 V—500 W বাতির ফিলামেন্ট 220 V—50W বাতির ফিলামেন্টের চেয়ে সরু না মোটা ? ব্যাখ্যা কর।

আমরা জানি, P=\frac{V^{2}}{R} বা, R=\frac{V^{2}}{P}। এখন বাতি দুটিতে সমান বিভব পার্থক্য প্রয়োগ করলে, যার ক্ষমতা (P) বেশি তার রোধ কম হয়। সুতরাং 500W বাতির রোধ কম। আবার কোনো পরিবাহীর প্রস্থচ্ছেদ এবং রোধের সম্পর্ক হলো \mathrm{R} \propto 1 / \mathrm{A}, অর্থাৎ যেটির রোধ কম সেটির A এর মান বেশি অর্থাৎ মোটা। সুতরাং 500 W বাতির ফিলামেন্ট 50 W বাতির তুলনায় মোটা।

বৈদ্যুতিক ফিউজ (Electric fuse)

যে কোনো তড়িৎ বর্তনীতে হঠাৎ কোনো কারণে তড়িৎ প্রবাহ বেশি হলে যন্ত্রপাতি নষ্ট হতে পারে বা অগ্নিকাণ্ড ঘটতে পারে। এই বিপদ প্রতিরোধ করার জন্য বর্তনীতে শ্রেণি সমবায়ে কম গলনাঙ্কের পরিবাহী তার যুক্ত করা হয়, একেই ফিউজ (Fuse) বলে। ফিউজ তারের উপাদান হিসেবে অপেক্ষাকৃত নিম্ন গলনাঙ্কবিশিষ্ট কোনো সংকর ধাতু ব্যবহার করা হয়। সাধারণত ৩ ভাগ সিসা ও ১ ভাগ টিনের মিশ্রণের সংকর ধাতু ফিউজ তার হিসেবে ব্যবহার করা হয়। মূল বর্তনীর তড়িৎ প্রবাহ বিপদ সীমায় পৌছে সংযোগকারী তার বা মূল যন্ত্র নষ্ট করার আগেই কম গলনাঙ্কের ফিউজ তার গলনাঙ্কে পৌছে যায় এবং ফিউজ তারটি গলে গিয়ে মূল বর্তনী বিচ্ছিন্ন করে দেয়। বিশুদ্ধ পরিবাহী তারের গলনাঙ্ক অনেক বেশি হওয়ায় ফিউজ তার হিসেবে বিশুদ্ধ তার ব্যবহার করা হয় না। 

নিরাপত্তা ফিউজে বিশুদ্ধ ধাতু ব্যবহার না করার কারণ ব্যাখ্যা কর।

সীসা ও টিনের সংমিশ্রণে তৈরি একটি সরু তারকে নিরাপত্তা ফিউজ (Fuse) বলে। এই তারের গলনাঙ্ক 300°C এর কম। তারের মধ্য দিয়ে অতিরিক্ত তড়িৎ প্রবাহিত হলে তারটি গরম হয় এবং তা গলে গিয়ে বিদ্যুৎ সরবরাহ বন্ধ করে দেয়। সংকর ধাতুর চেয়ে বিশুদ্ধ ধাতুর গলনাঙ্ক অনেক বেশি হওয়ায় নিরাপত্তা ফিউজে বিশুদ্ধ তার ব্যবহার করা হয় না।