ইলেকট্রনিক্সে হাতেখড়ি/মৌলিক বিষয়

প্রথম অধ্যায়, মৌলিক

ইলেক্ট্রনিক্সে তড়িৎশক্তি ব্যবহার করা হয়।

একটি ব্যাটারি বা তড়িৎকোষ হলো বৈদ্যুতিক শক্তির উৎস।
একটি দেওয়াল সকেট একটি ভিন্ন ধরনের বৈদ্যুতিক শক্তির উৎস।
এছাড়া বজ্রবিদ্যুৎও বৈদ্যুতিক শক্তির একটি খুব বিপজ্জনক উৎস।
কিছু লোকের চিরুনি দিয়ে চুল আঁচড়ানোর সময় চিরুনির মধ্যে স্থির তড়িৎ উৎপন্ন হয়। এছাড়াও কিছু পশম জাতীয় বস্ত্র স্থির তড়িৎ সৃষ্টি করতে পারে।

ভোল্টেজ এবং কারেন্ট বা তড়িৎ প্রবাহ

ইলেক্ট্রনিক যন্ত্রপাতি ইলেকট্রনের প্রবাহ নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে করে কাজ করে। ইলেকট্রন পরমাণুর একটি অংশ। পরমাণুতে ইলেকট্রন ছাড়া নিউট্রন এবং প্রোটনও থাকে। একটি পরমাণুতে প্রোটন এবং ইলেকট্রনের সংখ্যা সাধারণত সমান হয়, কিন্তু যদি এটি না হয় তবে পরমাণুকে আয়ন বলা হয়। যদি এতে অতিরিক্ত ইলেকট্রন থাকে তবে একে ঋণাত্মক (অ্যানায়ন) আয়ন বলা হয়।

বৈদ্যুতিক কারেন্ট বা তড়িৎ প্র্রবাহ হলো তড়িৎ বা বৈদ্যুতিক আধানের (চার্জ) এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় প্রবাহিত হওয়া, যেভাবে সমুদ্রের স্রোত এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় জলের প্রবাহকে মনে করিয়ে দেয়। বৈদ্যুতিক আধান হলো একটি ক্ষুদ্র অবিভাজ্য প্যাকেটের মতো। এটি ইলেকট্রন বহন করে। প্রতিটি ইলেকট্রনের আধান নির্দিষ্ট থাকে, কিন্তু নির্দিষ্ট সময়ে আরো বেশি ইলেকট্রন প্রবাহিত হলে বলা হয় আরও বেশি আধান বা চার্জ প্রবাহিত হয়েছে। একটি ইলেকট্রন হলো এক প্রকার আধান বাহক এটি তড়িৎ আধান বহন করে, তবে এটাই একমাত্র আধান বাহক নয়। পরে আমরা সমস্ত ইলেকট্রনিক্সে ব্যবহৃত অন্য ধরনের আধান বাহকের সাথে পরিচিত হব। তাই যখন আমরা আধান বহনকারী সত্তা হিসাবে ইলেকট্রনের কথা বলি, তখন মনে রাখতে হবে যে "আধান বাহক" শব্দটি এখানে বেশি উপযুক্ত।

যখন আমরা সেমিকন্ডাক্টর পরীক্ষা করি তখন আধান বা চার্জ খুবই গুরুত্বপূর্ণ, যা প্রকৃতপক্ষে ইলেকট্রনিক্সের সঙ্গে সম্পর্কযুক্ত। একই তড়িৎ আধান বা চার্জ (- এবং -, অথবা + এবং +) একে অপরকে বিকর্ষণ করে। ঠিক যেমন চুম্বকের একই মেরুর মধ্যে হয়ে থাকে। অন্যদিকে বিপরীত তড়িৎ আধান (+ এবং -) একে অপরকে আকর্ষণ করে। এই ধর্মটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ। আধানের এই আকর্ষণ এবং বিকর্ষণই একটি পরিবাহীতে আধানকে চলাচল করতে দেয়। এইভাবে একটি তড়িৎ প্র্রবাহের সৃষ্টি হয়।

তড়িৎ আধান প্রবাহিত হয় যখন বর্তনীর দুটি বিন্দুর মধ্যে তড়িৎ বিভব এর পার্থক্য থাকে। এই বিভব প্রভেদ এর পরিমাপ করা হয় ভোল্টে। কখনও কখনও একে ভোল্টেজ বলা হয়। বাকি সব সমান থাকলে বিভব প্রভেদ যত বেশি হবে, তড়িৎ আধানের প্রবাহ তত বেশি হবে। একটি সাধারণ ব্যাটারি বা তড়িৎকোষে তার প্রান্তদ্বয় মেরু প্রায় ১.৫ ভোল্টের বিভব প্রভেদ তৈরি করে। ব্যাটারি বা তড়িৎকোষ কোনো কিছুর সাথে সংযুক্ত না থাকেলেও এর মধ্যে বিভব প্রভেদ এখনও আছে। সেটি একটি ভোল্টমিটারের সাহায্যে পরিমাপ করা যেতে পারে। শুধুমাত্র যখন ব্যাটারির প্রান্তদ্বয় অর্থাৎ বিপরীত মেরুর মধ্যে একটি সার্কিট গঠিত হয় তখন ইলেকট্রন প্রবাহের জন্য একটি পথ তৈরি হয়ে থাকে এবং ইলেকট্রন সেই পথ ধরে প্রবাহিত হয়। তড়িৎ প্রবাহ এবং বিভব প্রভেদ বা ভোল্টেজকে ওহমের সূত্র' দ্বারা সংযুক্ত করা হয়েছে, যা একটি খুব সাধারণ রৈখিক সম্পর্ক।

আগে বিশ্বাস করা হতো যে ইলেকট্রন একটি ব্যাটারির ধনাত্মক তড়িৎদ্বার থেকে ঋনাত্মক তড়িৎদ্বারের দিকে প্রবাহিত হয়। পরে যখন পরীক্ষা করার প্রযুক্তি আবিষ্কার হলো তখন পরীক্ষা করে প্রমাণিত হলো যে ইলেকট্রনগুলি আসলে ব্যাটারির ঋনাত্মক প্রান্ত থেকে ধনাত্মক প্রান্তের দিকে প্রবাহিত হয়। সার্কিট বা বর্তনী সম্পর্কে কথা বলার সময় এবং তাদের ডিজাইন করার সময়, আমরা প্রচলিত তড়িৎপ্রবাহ ব্যবহার করি, যা আমরা ব্যবহারিক উদ্দেশ্যে পরিমাপ করি এমনভাবে, যেন চার্জ বা আধান ধনাত্মক থেকে ঋণাত্মক দিকে প্রবাহিত হয়। ইলেকট্রনগুলি যদিও অন্য পথে যায় তবে এটি কোনও পার্থক্য করে না। এই বইয়ের বাকি অংশে প্রচলিত মান অনুসরণ করবে এবং সর্বদা প্রচলিত তড়িৎপ্রবাহ অনুমান করে চলে।

তড়িৎপ্রবাহের পরিমাপ করা হয় অ্যাম্পিয়ার বা অ্যাম্পস (amps) পরিমাপ করে। যদিও এক অ্যাম্প বেশ বড় তড়িৎপ্রবাহ তাই সাধারণত মিলিঅ্যাম্প (এক অ্যাম্প-এর হাজার ভাগের এক ভাগ) বা মাইক্রোঅ্যাম্প (এক অ্যাম্প-এর দশ লক্ষভাগের এক ভাগ) হিসাবে ব্যবহার হয়। এটি প্রায়শই ব্যবহৃত হয় বিশেষ করে ইলেকট্রনিক্সে।

সারসংক্ষেপ: তড়িতাধানের প্রবাহকে তড়িৎ-প্রবাহ বলে। সেইঅধানকে কোন পরিবাহীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত বলে মনে করা হয়। ভোল্টেজ বা বিভব প্রভেদ হলো সেই বল যা তড়িৎ-প্রবাহের জন্ম দেয়। এই বিভব প্রভেদ একটি সার্কিট বা বর্তনীর ধনাত্মক ও ঋণাত্মক হিসাবে এক জোড়া বিন্দু। যেমন ব্যাটারির দুই প্রান্ত জুড়ে থাকে।

পরিবাহী: পরিবাহী হলো এমন পদার্থ যা সহজে-চলমান ইলেকট্রন দিয়ে পূর্ণ। অর্থাৎ যে পদার্থের ভিতর দিয়ে তড়িৎ সহজে চলাচল করতে পারে। সমস্ত ধাতুই পরিবাহী। সমস্ত পদার্থ কিছু প্রতিরোধ সৃষ্টি করে। তবে আপনি যতক্ষণ না পর্যন্ত অত্যন্ত দীর্ঘ দৈর্ঘ্যের কোনও তার ব্যবহার করছেন ততক্ষণ এটি গুরুত্বপূর্ণ নয়।

খোলা/বন্ধ/শর্ট সার্কিট বা বর্তনী: একটি উন্মুক্ত বা খোলা বর্তনী হলো যেখানে তারের মধ্যে একটি ফাঁক থাকে যার ফলে তড়িতাধানের প্রবাহ যেতে পারে না। একটি বন্ধ বা সংহত বর্তনী হলো যেখানে তড়িতাধান ব্যাটারির এক প্রান্ত থেকে অন্য প্রান্তে গমন করে। একটি শর্ট সার্কিট হলো যেখানে ধাতুর টুকরো জাতীয় পদার্থ বর্তনীর সাথে সংযুক্ত দুই বা ততোধিক ধাতুর উপর পড়ে এবং বিদ্যুতের প্রবাহ পরিবর্তন করে, যার ফলে ইলেকট্রনিক যন্ত্রে অবাঞ্ছিত পরিবর্তন হয়। এক্ষেত্রে সংযোগ তারে অনিচ্ছাকৃতভাবেই অস্বাভাবিক তড়িৎ প্রবাহিত হতে পারে যার ফলে তাপ বা তড়িতের ফুলকির সৃষ্টি হতে পারে।

বর্তনী নকশা: একটি জটিল ইলেকট্রনিক সার্কিটের ছবি তোলা যেমন মুশকিল ব্যাপার তেমনি এটা আশা করা ঠিক নয় যে লোকেরা একই সার্কিট তৈরি করবে। এই সমস্যা সমাধানের জন্য সার্কিট ডায়াগ্রাম বা বর্তনী নকশা ব্যবহার করা হয়। একটি বর্তনী নকশায় তারগুলিকে রেখা দ্বারা উপস্থাপন করা হয়। যখন রেখাগুলি একে অপরের উপর দিয়ে অতিক্রম করে তখন চিত্রটি কীভাবে আঁকা হয়েছে তার উপর নির্ভর করে বৈদ্যুতিক তারগুলি সংযুক্ত হতে পারে।

উদাহরণ ১: যে রেখাগুলি একে অপরকে ছেদ করে তাদের বৈদ্যুতিক সংযোগ রয়েছে এবং যে তারগুলিতে একটি লুপ থাকে যেখানে তারগুলি পরস্পরকে অতিক্রম করলেও সেগুলি সংযুক্ত নয়।

উদাহরণ ২: যে রেখাগুলি একে অপরকে ছেদ করে তারা সংযোগ করে না। লাইনে যেখানে একটি বিন্দু আছে যেখানে তারা ছেদ করে এবং তারা সংযুক্ত।

আমরা এই বইটিতে দ্বিতীয় উদাহরণটি ব্যবহার করার চেষ্টা করব তবে এই জাতীয় জিনিসগুলির জন্য বর্তনী নকশা বা সার্কিট ডায়াগ্রামগুলিতে মনোযোগ দিতে যেন ভুলবেন না।

বৈদ্যুতিক শক্তি, শক্তি, তাপমাত্রা, তাপগ্রাহক, তাপ প্রতিরোধক, এবং তাপ ক্যাপাসিট্যান্স

উদাহরণস্বরূপ, আলোর বাল্বগুলিকে ২৫ ওয়াট, ৬০ ওয়াট, ১০০ ওয়াট ইত্যাদি নানা বৈদ্যুতিক ক্ষমতা দিয়ে হিসাব করা হয়। যখনই বাল্বগুলি চালু করা হয় তখন ঐ পরিমাণ বৈদ্যুতিক ক্ষমতা তারা ব্যবহার করে।

একটি ১০০ ওয়াট ক্ষমতার আলোর বাল্ব জ্বালালে সেটি প্রতি ঘন্টায় ১০০ ওয়াটঘন্টা বৈদ্যুতিক শক্তি খরচ করে। যদি দুই ঘন্টা জ্বালানো হয় তবে ২০০ ওয়াটঘন্টা বৈদ্যুতিক শক্তি খরচ হয়। এই হারে শক্তি ব্যবহার হয়। এক কিলোওয়াটঘন্টা(kWh) হলো ১০০০ ওয়াটঘন্টা।

আলোর বাল্ব থেকে আসা আলোক শক্তি হলো শক্তির বিভিন্ন রূপের মধ্যে একটি রূপ। আরেকটি রূপ হল তাপ শক্তি। বাল্ব তাপ শক্তিও নির্গত করে। তাপের সাথে তাপমাত্রার সম্পর্ক রয়েছে।

শক্তি এবং তাপমাত্রার মধ্যে ঘনিষ্ঠ সম্পর্ক রয়েছে। ডায়োড, ট্রানজিস্টর প্রভৃতি ইলেকট্রনিক যন্ত্রে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় একটি "রেটিং" থাকে। অর্থাৎ ঐ তাপমাত্রার উপরে উঠলে যন্ত্রে ক্ষতির সম্ভাবনা থেকে যায়। তাই যন্ত্রে ক্ষতি প্রতিরোধ করার জন্য ঐ তাপমাত্রা অতিক্রম করা কখনই উচিত নয়। উদাহরণস্বরূপ, ট্রানজিস্টরের ডেটা শীটে প্রায়শই বিভিন্ন তড়িৎ মাত্রার জন্য সংগ্রাহক-ইমিটার ভোল্টেজ বনাম সংগ্রাহক বিদ্যুৎ-প্রবাহের একটি লেখচিত্র থাকে। যদি এটি ইতিমধ্যে সেখানে দেওয়া না থাকে তবে সর্বদা সেটি যোগ করুন। উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি পাওয়ার ট্রানজিস্টরের রেটিং ৫০ ওয়াট করা হয়, তাহলে এই লেখচিত্রের একটি বিন্দু হবে ১০ ভোল্ট (V) x ৫ অ্যাম্পিয়ার (A), আরেকটি ৫ ভোল্ট x ১০ অ্যাম্পিয়ার, ইত্যাদি। যদি বাইরের তাপমাত্রা বেশি হয়, বা শীতল বাতাসের মুক্ত প্রবাহ না থাকে, তবে পাওয়ার রেটিং কম হবে - একে "ডিরেটিং" বলা হয়। প্রায়শই ইলেকট্রনিক সরঞ্জামগুলিতে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ সীমার নীচে রাখার জন্য এইসব সমস্ত সরঞ্জামগুলির মধ্য একটি অভ্যন্তরীণ পাখা লাগানোো থাকে।

ইলেকট্রনিক সরঞ্জামগুলি ব্যবহারেের সময় তাপ উৎপন্ন হয়। এই তাপের ফলে সরঞ্জামগুলির তাপমাত্রা বৃৃদ্ধি পায়। তাই তাপ সরানোর জন্য তাপগ্রাহক খুবই গুরুত্বপূর্ণ। এগুলি ইলেকট্রনিক ডিভাইসের তাপমাত্রা কমাতে সাহায্য করে। তাপমাত্রা কমাবার জন্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসটিকে একটি তাপগ্রাহকের সাথে যুক্ত করা হয়। সাধারণত তাপ-পরিবাহী রাসায়নিক পেস্ট বা লেইয়ের মাধ্যমে ডিভাইসটিকে যুক্ত করার মাধ্যমে এটি করা হয়। প্রয়োজনে, তাপ-পরিবাহী ওয়াশারকে অন্তরক করে, ডিভাইস থেকে তাপ সঞ্চালনের মধ্যমে তাপগ্রাহকে পাঠানো হয়। তাপগ্রাহকের তলের ক্ষেত্রফল তুলনামূলকভাবে বড় হয়। এটি কেবল মাত্র ডিভাইসের সাথেই যুক্ত থাকে তাই নয়, বরং শীতল বাতাসের সাথেও যোগ রয়েছে। তারপর তার তাপ সেই বাতাসে স্থানান্তরিত হয়। এইভাবে একটি তাপ সিঙ্ক ডিভাইসের তাপমাত্রা কম রাখে। এছাড়াও এটি ডিভাইসের কোনো ক্ষতি না করে বেশি পাওয়ার রেটিং এবং তড়িৎ-প্রবাহ রেটিংয়ের অনুমতি দেয়।

বৈদ্যুতিক রোধ (ডিসি সার্কিটের ক্ষেত্রে) এর মান পেতে হলে ভোল্টেজকে তড়িৎ-প্রবাহ মাত্রা (ভোল্ট প্রতি অ্যাম্পিয়ার) দ্বারা ভাগ করা হয়। একইভাবে "তাপীয় রোধ" প্রতি ওয়াট ডিগ্রি সেলসিয়াস পার্থক্য হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এছাড়াও তাপধারণ ক্ষমতাকে ওয়াটসেকেন্ড প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়ে থাকে।

হাতেকলমে

মৌলিক আলোর বাল্ব সার্কিট: হাতেকলমে কাজ করার জন্য আপনার একটি ব্যাটারি, সকেট সহ কম শক্তির আলোর বাল্ব এবং কিছু তারের প্রয়োজন হবে।

যন্ত্রাংশ সম্পর্কে ধারণা

ব্যাটারি:

ব্যাটারির মধ্যে সঞ্চিত রাসায়নিক শক্তি ব্যবহার করে ইলেক্ট্রনকে এক প্রান্ত থেকে অন্য প্রান্তে পাঠানো হয়। ব্যাটারির সমস্ত অভ্যন্তরীণ সঞ্চিত শক্তি ব্যবহার করা হলে ব্যাটারির কর্মক্ষমতা শেষ হয়ে যায়।

ব্যাটারির জন্য সার্কিট চিত্র:

আলোর বাল্ব: আলোর জন্য একটি এলইডি ব্যবহার করা যায় কারণ এতে সকেটের প্রয়োজন নেই এবং একটি ব্রেডবোর্ডের সাথে এটি কাজ করে। এখন প্রশ্ন হলো, একটি ব্রেডবোর্ড কী? একটি ব্রেডবোর্ড হলো একটি প্লাস্টিকের বোর্ড যেখানে প্রচুর ছিদ্র থাকে, যার মধ্যে ইলেকট্রনিক যন্ত্রাংশের পিনগুলি ঠেলে পাঠানো হয়। ছিদ্রগুলি বৈদ্যুতিকভাবে লাইনে সংযুক্ত থাকে। সমস্ত উল্লম্ব লাইন একসাথে সংযুক্ত।

বৈদ্যুতিক তার

বৈদ্যুতিক তার কেবলমমাত্র্র তড়িৎ প্রবাহের জন্য ব্যবহার করা হয়। বৈদ্যুতিক তারের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ সরবরাহ হয়।

বৈদ্যুতিক সমাবেশ

এখন একটি সার্কিট নির্মাণ শুরু করা যেতে পারে।

ব্যাটারির একটি টার্মিনালকে আলোর বাল্ব সকেটের একটি টার্মিনালের সাথে এবং ব্যাটারির অন্য টার্মিনালটিকে আলোোর বাল্ব সকেটের অন্য টার্মিনালের সাথে সংযুক্ত করুন। বাহ্! আপনার প্রথম সার্কিট তৈরি।