পদার্থবিজ্ঞান অধ্যয়ন নির্দেশিকা/বিদ্যুতের তত্ত্ব

ভূমিকা

সব পরমাণু গঠিত হয় চার্জযুক্ত কণিকা দ্বারা, যেগুলোর নাম ইলেকট্রন, নিউট্রন এবং প্রোটন। প্রতিটি পরমাণুর কেন্দ্রে নিউট্রন ও প্রোটনের একটি নিউক্লিয়াস থাকে, যার চারপাশে ইলেকট্রন বৃত্তাকার পথে ঘোরে।

আধানযুক্ত কণিকা

তিনটি প্রধান উপ-পরমাণবিক কণিকার বৈশিষ্ট্য ভিন্ন, যেগুলোর মধ্যে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কয়েকটি নিচে দেওয়া হলো:

কণিকা	আধান	ভর (কেজি)
ইলেকট্রন	ঋণাত্মক ( - )	9.11 x 10-31
প্রোটন	ধনাত্মক ( + )	1.67 x 10-27
নিউট্রন	শূন্য ( 0 )	1.67 x 10-27

আধান

বেশিরভাগ বস্তু বিদ্যুৎতাপীয়ভাবে নিরপেক্ষ হয়, অর্থাৎ তাদের মোট বৈদ্যুতিক আধান শূন্য হয়। কিন্তু যখন কোনো বস্তু ইলেকট্রন হারায় বা পায়, তখন সে ধনাত্মক বা ঋণাত্মক চার্জযুক্ত হয়:

বস্তু + ইলেকট্রন → ঋণাত্মক চার্জযুক্ত বস্তু

বস্তু - ইলেকট্রন → ধনাত্মক চার্জযুক্ত বস্তু

ধনাত্মক চার্জযুক্ত বস্তুর আধান হয় +Q এবং এর বৈদ্যুতিক ক্ষেত্ররেখাগুলো বাইরে দিকে ছড়িয়ে পড়ে। ঋণাত্মক চার্জযুক্ত বস্তুর আধান হয় -Q এবং এর ক্ষেত্ররেখাগুলো ভেতরের দিকে যায়।

একই ধরনের আধান পরস্পরকে বিকর্ষণ করে এবং বিপরীত আধান একে অপরকে আকর্ষণ করে, অর্থাৎ ঋণাত্মক চার্জযুক্ত বস্তু ধনাত্মক চার্জযুক্ত বস্তুকে আকর্ষণ করে এবং উল্টোটা।

বৈদ্যুতিক / কুলম্ব বল

দুটি স্থির চার্জের মাঝে যে বল কাজ করে তাকে বলে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বা কুলম্ব বল।

যদি দুটি চার্জ, Q₁ এবং Q₂, একটি নির্দিষ্ট দূরত্ব r তে থাকে, তাহলে তাদের মধ্যে বল হবে:

$F=k_{e}{\frac {Q_{1}Q_{2}}{r^{2}}}$ ,

এখানে k_e হলো কুলম্ব ধ্রুবক (k_e = 8.99 × 10⁹ N m² C⁻²)। যদি চার্জ দুইটি বিপরীত ধরণের হয়, বল হবে আকর্ষণী। যদি একই ধরণের হয়, বল হবে বিকর্ষণী।

একটি চার্জ যেকোনো আশেপাশের চার্জের উপর বল প্রয়োগ করে, এবং চার্জের চারপাশের প্রতিটি স্থানে বলের শক্তি ও দিককে বলা হয় বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র E। এই ক্ষেত্র বলের সাথে সরাসরি অনুপাতে:

$E={\frac {F}{Q}}$

ইলেক্ট্রোমোটিভ বল

যখন একটি চলন্ত আধান একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্য দিয়ে যায়, এবং ক্ষেত্ররেখার প্রতি লম্বভাবে চলে, তখন চৌম্বক ক্ষেত্র চার্জের উপর বল প্রয়োগ করে তাকে উপরে বা নিচে সরিয়ে দেয়। ধনাত্মক চার্জ উপরে যায়, ঋণাত্মক চার্জ নিচে নামে।

$\mathbf {F_{B}} =Q(\mathbf {v} \times \mathbf {B} )$

ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বল

একটি চলন্ত চার্জের উপর ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বল এবং ইলেক্ট্রোমোটিভ বল একত্রে যে মোট বল প্রয়োগ করে, তাকে বলা হয় ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বল:

F_EB = Q E + Q V B = Q (E + V B)

ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বল কারেন্ট তৈরি করে যেটি বাম থেকে ডানে চলে। ইলেক্ট্রোমোটিভ বল তৈরি করে কারেন্ট, যা ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক কারেন্টের প্রতি লম্বভাবে চলে।

ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বল তৈরি করে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র যেটি বাম থেকে ডানে এবং একটি চৌম্বক ক্ষেত্র যেটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রতি লম্বভাবে।

এই বলকে ব্যবহার করে বিদ্যুৎ দিয়ে কারেন্ট তৈরি করা যায়, যেটাকে বলে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইনডাকশন।

বিদ্যুৎ এবং পরিবাহক

সব পরিবাহকে চার্জ যেকোনো দিকে সহজেই চলাচল করতে পারে। যদি কোনো বৈদ্যুতিক বল থাকে

F_E = Q E

তাহলে এই বৈদ্যুতিক বল চাপ প্রয়োগ করে F_E / A হারে, যা পরিবাহকের ভেতরকার চার্জগুলোকে সোজা পথে চলতে বাধ্য করে। এতে তৈরি হয় একটি কারেন্ট, যেটা সোজা পথে চলে।

এই বৈদ্যুতিক বল থেকে উৎপন্ন চাপে বলা হয় ভোল্টেজ এবং সোজা চলমান চার্জপ্রবাহকে বলা হয় কারেন্ট।

যদি ভোল্টেজ হয় V এবং কারেন্ট হয় I, তাহলে কারেন্ট ও ভোল্টেজের অনুপাত হলো পরিবাহকের কন্ডাক্ট্যান্স এবং ভোল্টেজ ও কারেন্টের অনুপাত হলো রেজিস্ট্যান্স।

$G={\frac {I}{V}}$

$Z={\frac {V}{I}}$

সুতরাং, সব পরিবাহকেরই কিছু রেজিস্ট্যান্স এবং কন্ডাক্ট্যান্স থাকে

যদি কোনো সরল রেখার পরিবাহকের দৈর্ঘ্য হয় l, এবং এর ক্ষেত্রফল A হয় এবং কন্ডাক্টিভিটি ρ হয়, তাহলে এর কন্ডাক্ট্যান্স হবে

G = ρ ${\frac {l}{A}}$

উপরে থেকে পাই,

$G={\frac {I}{V}}$ = ρ ${\frac {l}{A}}$

তাহলে, সব উপাদানের পরিবাহিতা হিসাব করা যায় এই সূত্রে:

ρ = ${\frac {I}{V}}{\frac {A}{l}}$

রেজিস্টর

যদি কোনো সরল পরিবাহক থাকে, তাহলে তার রেজিস্ট্যান্স R হয় ভোল্টেজ ও কারেন্টের অনুপাত:

$R={\frac {V}{I}}$

$I_{R}={\frac {V}{R}}$

একটি সরল পরিবাহক কারেন্ট কমানোর ক্ষমতা রাখে। একে ব্যবহার করা যায় কোনো সার্কিটে কারেন্ট কমাতে। সার্কিটে, এর প্রতীক --^^^-- এবং রেজিস্ট্যান্স R ওহম (Ώ) এককে প্রকাশ করা হয়। একে বলে রেজিস্টর।

রেজিস্ট্যান্স সিরিজ বা প্যারালেলে যুক্ত করা যায় যাতে রেজিস্ট্যান্স বাড়ানো বা কমানো যায়।

যদি n সংখ্যক রেজিস্টর সিরিজে যুক্ত থাকে, তাহলে মোট রেজিস্ট্যান্স হবে:

$R_{t}=R_{1}+R_{2}+...+R_{n}$

আর যদি n সংখ্যক রেজিস্টর প্যারালেলে যুক্ত থাকে, তাহলে মোট রেজিস্ট্যান্স হবে:

${\frac {1}{R_{t}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}$