বিদ্যুতের পদার্থবিদ্যা এমন কিছু যা আমাদের প্রত্যেককে মোকাবেলা করতে হবে। নিবন্ধে আমরা এর সাথে সম্পর্কিত মৌলিক ধারণাগুলি বিবেচনা করব৷
বিদ্যুৎ কি? একটি অবিচ্ছিন্ন ব্যক্তির জন্য, এটি একটি বিদ্যুতের ঝলকানি বা টিভি এবং ওয়াশিং মেশিনকে খাওয়ানো শক্তির সাথে সম্পর্কিত। তিনি জানেন যে বৈদ্যুতিক ট্রেনগুলি বৈদ্যুতিক শক্তি ব্যবহার করে। সে আর কি বলতে পারে? বিদ্যুতের লাইনগুলি তাকে বিদ্যুতের উপর আমাদের নির্ভরতার কথা মনে করিয়ে দেয়। কেউ আরও কয়েকটি উদাহরণ দিতে পারেন।
যদিও, আরও অনেকগুলি, এতটা স্পষ্ট নয়, তবে দৈনন্দিন ঘটনাগুলি বিদ্যুতের সাথে যুক্ত। পদার্থবিদ্যা আমাদের তাদের সবার সাথে পরিচয় করিয়ে দেয়। আমরা স্কুলে বিদ্যুৎ (কাজ, সংজ্ঞা এবং সূত্র) অধ্যয়ন শুরু করি। এবং আমরা অনেক আকর্ষণীয় জিনিস শিখি। দেখা যাচ্ছে যে একটি স্পন্দিত হৃৎপিণ্ড, একজন দৌড়ে আসা ক্রীড়াবিদ, একটি ঘুমন্ত শিশু এবং একটি সাঁতার কাটা মাছ সবই বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপন্ন করে৷
ইলেকট্রন এবং প্রোটন
আসুন মৌলিক ধারণাগুলো সংজ্ঞায়িত করা যাক। একজন বিজ্ঞানীর দৃষ্টিকোণ থেকে, বিদ্যুতের পদার্থবিদ্যা বিভিন্ন পদার্থে ইলেকট্রন এবং অন্যান্য চার্জযুক্ত কণার গতিবিধির সাথে জড়িত। অতএব, আমাদের আগ্রহের ঘটনার প্রকৃতি সম্পর্কে বৈজ্ঞানিক বোঝার নির্ভর করে পরমাণু এবং তাদের উপাদান উপ-পরমাণু কণা সম্পর্কে জ্ঞানের স্তরের উপর।ক্ষুদ্র ইলেকট্রন এই বোঝার চাবিকাঠি। যে কোনো পদার্থের পরমাণুতে এক বা একাধিক ইলেকট্রন থাকে যা নিউক্লিয়াসের চারপাশে বিভিন্ন কক্ষপথে চলে, ঠিক যেমন গ্রহগুলো সূর্যের চারদিকে ঘোরে। সাধারণত একটি পরমাণুর ইলেকট্রনের সংখ্যা নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যার সমান। যাইহোক, প্রোটন, ইলেকট্রনের তুলনায় অনেক বেশি ভারী, পরমাণুর কেন্দ্রে স্থির হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে। পরমাণুর এই অত্যন্ত সরলীকৃত মডেলটি বিদ্যুতের পদার্থবিদ্যার মতো একটি ঘটনার মূল বিষয় ব্যাখ্যা করার জন্য যথেষ্ট৷
আপনার আর কি জানা দরকার? ইলেকট্রন এবং প্রোটন একই বৈদ্যুতিক চার্জ (কিন্তু ভিন্ন চিহ্ন), তাই তারা একে অপরের প্রতি আকৃষ্ট হয়। একটি প্রোটনের চার্জ ধনাত্মক এবং একটি ইলেকট্রনের চার্জ ঋণাত্মক। যে পরমাণুতে স্বাভাবিকের চেয়ে কম বা বেশি ইলেকট্রন থাকে তাকে আয়ন বলে। যদি একটি পরমাণুতে পর্যাপ্ত পরিমাণে না থাকে, তাহলে একে ধনাত্মক আয়ন বলা হয়। যদি এটিতে অতিরিক্ত পরিমাণ থাকে তবে এটিকে ঋণাত্মক আয়ন বলা হয়।
যখন একটি ইলেকট্রন একটি পরমাণু ছেড়ে যায়, তখন এটি কিছু ধনাত্মক চার্জ গ্রহণ করে। একটি ইলেকট্রন, তার বিপরীত থেকে বঞ্চিত - একটি প্রোটন, হয় অন্য পরমাণুতে চলে যায়, অথবা পূর্ববর্তীটিতে ফিরে আসে।
ইলেকট্রন পরমাণু ছেড়ে যায় কেন?
এটি বিভিন্ন কারণে হয়। সবচেয়ে সাধারণ হল যে আলোর একটি স্পন্দন বা কিছু বাহ্যিক ইলেকট্রনের প্রভাবে, একটি পরমাণুতে চলমান একটি ইলেকট্রন তার কক্ষপথ থেকে ছিটকে যেতে পারে। তাপ পরমাণুকে দ্রুত কম্পন করে। এর মানে হল যে ইলেকট্রন তাদের পরমাণু থেকে উড়তে পারে। রাসায়নিক বিক্রিয়ায়, তারা পরমাণু থেকে পরমাণুতেও চলে যায়পরমাণু।
রাসায়নিক এবং বৈদ্যুতিক কার্যকলাপের মধ্যে সম্পর্কের একটি ভাল উদাহরণ আমাদের পেশী দ্বারা সরবরাহ করা হয়। স্নায়ুতন্ত্র থেকে বৈদ্যুতিক সংকেতের সংস্পর্শে এলে তাদের ফাইবার সংকুচিত হয়। বৈদ্যুতিক প্রবাহ রাসায়নিক বিক্রিয়াকে উদ্দীপিত করে। তারা পেশী সংকোচনের দিকে পরিচালিত করে। বাহ্যিক বৈদ্যুতিক সংকেতগুলি প্রায়শই পেশী কার্যকলাপকে কৃত্রিমভাবে উদ্দীপিত করতে ব্যবহৃত হয়৷
পরিবাহিতা
কিছু পদার্থে, বহিরাগত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ক্রিয়াকলাপের অধীনে ইলেকট্রনগুলি অন্যদের তুলনায় বেশি অবাধে চলাচল করে। এই ধরনের পদার্থ ভাল পরিবাহিতা আছে বলা হয়. তাদের বলা হয় কন্ডাক্টর। এর মধ্যে রয়েছে বেশিরভাগ ধাতু, উত্তপ্ত গ্যাস এবং কিছু তরল। বায়ু, রাবার, তেল, পলিথিন এবং কাচ বিদ্যুতের দুর্বল পরিবাহী। এগুলিকে ডাইলেক্ট্রিক বলা হয় এবং ভাল কন্ডাক্টরকে নিরোধক করতে ব্যবহৃত হয়। আদর্শ অন্তরক (একদম অ-পরিবাহী) বিদ্যমান নেই। নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে, যে কোনো পরমাণু থেকে ইলেকট্রন অপসারণ করা যেতে পারে। যাইহোক, এই শর্তগুলি পূরণ করা সাধারণত এত কঠিন যে, ব্যবহারিক দৃষ্টিকোণ থেকে, এই জাতীয় পদার্থগুলি অ-পরিবাহী হিসাবে বিবেচিত হতে পারে৷
পদার্থবিদ্যা (বিভাগ "বিদ্যুৎ") এর মতো বিজ্ঞানের সাথে পরিচিত হয়ে আমরা শিখি যে পদার্থের একটি বিশেষ গ্রুপ রয়েছে। এগুলো সেমিকন্ডাক্টর। তারা আংশিকভাবে অস্তরক হিসাবে এবং আংশিকভাবে পরিবাহী হিসাবে আচরণ করে। এর মধ্যে রয়েছে, বিশেষত: জার্মেনিয়াম, সিলিকন, কপার অক্সাইড। এর বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে, সেমিকন্ডাক্টর অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশন খুঁজে পায়। উদাহরণস্বরূপ, এটি একটি বৈদ্যুতিক ভালভ হিসাবে পরিবেশন করতে পারে: একটি সাইকেল টায়ার ভালভ মত, এটিচার্জকে শুধুমাত্র এক দিকে যেতে দেয়। এই ধরনের ডিভাইসগুলিকে রেকটিফায়ার বলা হয়। এগুলি AC কে DC তে রূপান্তর করতে ক্ষুদ্র রেডিওর পাশাপাশি বড় পাওয়ার প্ল্যান্টে ব্যবহৃত হয়।
তাপ হল অণু বা পরমাণুর চলাচলের একটি বিশৃঙ্খল রূপ, এবং তাপমাত্রা হল এই আন্দোলনের তীব্রতার একটি পরিমাপ (বেশিরভাগ ধাতুতে, তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে, ইলেকট্রনের চলাচল মুক্ত হয়ে যায়)। এর মানে হল যে ইলেকট্রনের মুক্ত চলাচলের প্রতিরোধের তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে হ্রাস পায়। অন্য কথায়, ধাতুর পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়।
অতিপরিবাহীতা
খুব কম তাপমাত্রায় কিছু পদার্থে, ইলেকট্রনের প্রবাহের প্রতিরোধ সম্পূর্ণরূপে অদৃশ্য হয়ে যায় এবং ইলেকট্রনগুলি চলতে শুরু করে, এটি অনির্দিষ্টকালের জন্য চালিয়ে যায়। এই ঘটনাকে বলা হয় সুপারকন্ডাক্টিভিটি। পরম শূন্য (-273 °C) থেকে কয়েক ডিগ্রি উপরে তাপমাত্রায়, এটি টিন, সীসা, অ্যালুমিনিয়াম এবং নাইওবিয়ামের মতো ধাতুতে পরিলক্ষিত হয়।
ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটর
স্কুলের পাঠ্যক্রমে বিদ্যুৎ নিয়ে বিভিন্ন পরীক্ষা-নিরীক্ষা অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। অনেক ধরণের জেনারেটর রয়েছে, যার মধ্যে একটি সম্পর্কে আমরা আরও বিস্তারিতভাবে কথা বলতে চাই। ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটর অতি-উচ্চ ভোল্টেজ উত্পাদন করতে ব্যবহৃত হয়। যদি একটি ধারকটির ভিতরে অতিরিক্ত পরিমাণে ধনাত্মক আয়নযুক্ত বস্তু স্থাপন করা হয়, তবে ইলেকট্রনগুলি পরবর্তী পৃষ্ঠের অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠে উপস্থিত হবে এবং বাইরের পৃষ্ঠে একই সংখ্যক ধনাত্মক আয়ন উপস্থিত হবে। যদি আমরা এখন একটি চার্জযুক্ত বস্তুর সাথে ভিতরের পৃষ্ঠকে স্পর্শ করি, তাহলে সমস্ত মুক্ত ইলেকট্রন এটিতে চলে যাবে। বাইরেপজিটিভ চার্জ থাকবে।
একটি ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটরে, একটি উত্স থেকে ধনাত্মক আয়নগুলি একটি ধাতব গোলকের ভিতরে একটি পরিবাহক বেল্টে প্রয়োগ করা হয়। টেপটি একটি চিরুনি আকারে একটি পরিবাহীর সাহায্যে গোলকের অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত থাকে। ইলেকট্রনগুলি গোলকের অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠ থেকে নীচে প্রবাহিত হয়। ধনাত্মক আয়ন এর বাইরের দিকে উপস্থিত হয়। দুটি জেনারেটর ব্যবহার করে প্রভাব বাড়ানো যেতে পারে।
বৈদ্যুতিক কারেন্ট
স্কুল ফিজিক্স কোর্সে বৈদ্যুতিক প্রবাহের মতো একটি জিনিসও অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। এটা কি? বৈদ্যুতিক প্রবাহ বৈদ্যুতিক চার্জের আন্দোলনের কারণে হয়। যখন একটি ব্যাটারির সাথে সংযুক্ত একটি বৈদ্যুতিক বাতি চালু করা হয়, তখন ব্যাটারির একটি খুঁটি থেকে একটি তারের মধ্য দিয়ে কারেন্ট প্রবাহিত হয়, তারপর তার চুলের মধ্য দিয়ে এটিকে উজ্জ্বল করে এবং দ্বিতীয় তারের মাধ্যমে ব্যাটারির অন্য খুঁটিতে ফিরে আসে।. যদি সুইচটি চালু করা হয়, সার্কিটটি খুলবে - বর্তমান প্রবাহ বন্ধ হয়ে যাবে এবং বাতিটি নিভে যাবে।
ইলেকট্রনের নড়াচড়া
বেশিরভাগ ক্ষেত্রে কারেন্ট হল একটি ধাতুতে ইলেকট্রনগুলির একটি আদেশকৃত নড়াচড়া যা একটি পরিবাহী হিসাবে কাজ করে। সমস্ত কন্ডাক্টর এবং কিছু অন্যান্য পদার্থের মধ্যে সর্বদা কিছু এলোমেলো নড়াচড়া চলছে, এমনকি যদি কোনও কারেন্ট প্রবাহিত না হয়। পদার্থের ইলেকট্রন তুলনামূলকভাবে মুক্ত বা দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ হতে পারে। ভালো কন্ডাক্টরের মুক্ত ইলেকট্রন থাকে যা ঘুরে বেড়াতে পারে। কিন্তু দুর্বল কন্ডাক্টর বা ইনসুলেটরগুলিতে, এই কণাগুলির বেশিরভাগই পরমাণুর সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত থাকে, যা তাদের চলাচলে বাধা দেয়।
কখনও কখনও একটি নির্দিষ্ট দিকে ইলেকট্রন চলাচল স্বাভাবিকভাবে বা কৃত্রিমভাবে একটি পরিবাহীতে তৈরি হয়। এই প্রবাহকে তড়িৎ প্রবাহ বলে। এটি অ্যাম্পিয়ার (A) এ পরিমাপ করা হয়। আয়ন (গ্যাস বা দ্রবণে) এবং "গর্ত" (কিছু ধরনের অর্ধপরিবাহীতে ইলেকট্রনের অভাব)ও বর্তমান বাহক হিসেবে কাজ করতে পারে। পরেরটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত বৈদ্যুতিক কারেন্ট বাহকের মতো আচরণ করে। ইলেকট্রনকে এক দিকে সরানোর জন্য কিছু শক্তির প্রয়োজন হয় বা অন্য। প্রকৃতিতে এর উৎস হতে পারে: সূর্যালোকের সংস্পর্শ, চৌম্বকীয় প্রভাব এবং রাসায়নিক বিক্রিয়া। এদের মধ্যে কিছু বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে ব্যবহৃত হয়। সাধারণত এই উদ্দেশ্যে হল: চৌম্বকীয় প্রভাব ব্যবহার করে একটি জেনারেটর, এবং একটি সেল (ব্যাটারি) যার ক্রিয়া রাসায়নিক বিক্রিয়ায়। উভয় ডিভাইসই ইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স (ইএমএফ) তৈরি করে, সার্কিটের মাধ্যমে ইলেকট্রনগুলিকে এক দিকে নিয়ে যায়। EMF মান ভোল্ট (V) এ পরিমাপ করা হয়। এগুলি হল বিদ্যুতের মৌলিক একক।
ইএমএফের মাত্রা এবং কারেন্টের শক্তি তরল পদার্থে চাপ এবং প্রবাহের মতো পরস্পর সংযুক্ত। জলের পাইপগুলি সর্বদা একটি নির্দিষ্ট চাপে জলে ভরা থাকে, তবে কলটি চালু হলেই জল প্রবাহিত হতে শুরু করে৷
একইভাবে, একটি বৈদ্যুতিক সার্কিটকে EMF-এর একটি উৎসের সাথে সংযুক্ত করা যেতে পারে, কিন্তু ইলেকট্রনগুলির সাথে চলার জন্য একটি পথ তৈরি না হওয়া পর্যন্ত এতে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হবে না। বলুন, এটি একটি বৈদ্যুতিক বাতি বা ভ্যাকুয়াম ক্লিনার হতে পারে, এখানে সুইচটি একটি ট্যাপের ভূমিকা পালন করে যা কারেন্টকে "মুক্ত" করে৷
বর্তমান এবং এর মধ্যে সম্পর্কভোল্টেজ
সার্কিটের ভোল্টেজ যত বাড়ে, কারেন্টও তত বাড়ে। একটি পদার্থবিদ্যার কোর্স অধ্যয়ন করে, আমরা শিখি যে বৈদ্যুতিক সার্কিটগুলি বিভিন্ন বিভাগ নিয়ে গঠিত: সাধারণত একটি সুইচ, কন্ডাক্টর এবং একটি ডিভাইস যা বিদ্যুৎ খরচ করে। এগুলি সবগুলি, একসাথে সংযুক্ত, বৈদ্যুতিক প্রবাহের একটি প্রতিরোধ তৈরি করে, যা এই উপাদানগুলির জন্য (একটি ধ্রুবক তাপমাত্রা অনুমান করে) সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয় না, তবে তাদের প্রতিটির জন্য আলাদা। অতএব, যদি একই ভোল্টেজ একটি লাইট বাল্ব এবং একটি লোহাতে প্রয়োগ করা হয়, তাহলে প্রতিটি ডিভাইসে ইলেকট্রনের প্রবাহ ভিন্ন হবে, যেহেতু তাদের প্রতিরোধ ক্ষমতা ভিন্ন। অতএব, সার্কিটের একটি নির্দিষ্ট অংশের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্টের শক্তি শুধুমাত্র ভোল্টেজ দ্বারা নয়, পরিবাহী এবং ডিভাইসগুলির প্রতিরোধের দ্বারাও নির্ধারিত হয়।
ওহমের আইন
পদার্থবিদ্যার মতো বিজ্ঞানে বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের মান ওহম (ওহম) এ পরিমাপ করা হয়। বিদ্যুৎ (সূত্র, সংজ্ঞা, পরীক্ষা) একটি বিশাল বিষয়। আমরা জটিল সূত্র আহরণ করব না। বিষয়টির সাথে প্রথম পরিচিতির জন্য, উপরে যা বলা হয়েছে তা যথেষ্ট। যাইহোক, একটি সূত্র এখনও উদ্ভূত মূল্য. সে বেশ জটিল। যেকোন কন্ডাক্টর বা কন্ডাক্টর এবং ডিভাইসের সিস্টেমের জন্য, ভোল্টেজ, কারেন্ট এবং রেজিস্ট্যান্সের মধ্যে সম্পর্ক সূত্র দ্বারা দেওয়া হয়: ভোল্টেজ=কারেন্ট x রেজিস্ট্যান্স। এটি ওহমের সূত্রের গাণিতিক অভিব্যক্তি, যার নাম জর্জ ওহম (1787-1854), যিনি প্রথম এই তিনটি পরামিতির মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করেছিলেন।
বিদ্যুতের পদার্থবিদ্যা বিজ্ঞানের একটি অত্যন্ত আকর্ষণীয় শাখা। আমরা এর সাথে জড়িত শুধুমাত্র মৌলিক ধারণা বিবেচনা করেছি। তুমি কি জানতেবিদ্যুৎ কি এবং কিভাবে উত্পন্ন হয়? আমরা আশা করি এই তথ্যটি আপনার কাজে লাগবে৷
