চল তড়িৎ - অনুধাবনমূলক প্রশ্ন ও উত্তর

*

পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্র

৩য় অধ্যায় - চল তড়িৎ

অনুধাবনমূলক প্রশ্ন ও উত্তর

১) শান্ট কীভাবে গ্যালভানােমিটারকে রক্ষা করে?

উ: অধিক পরিমাণ প্রবাহ গিয়ে যাতে গ্যালভানােমিটার বা সুক্ষ্ম ও সুবেদী বৈদ্যুতিক যন্ত্রকে নষ্ট করতে না পারে তার জন্য যন্ত্রের সাথে সমান্তরালে স্বল্প মানের যে রােধ যুক্ত করা হয় তাই শান্ট। শান্টের প্রধান কাজ হলাে গ্যালভানােমিটারের বিদ্যুৎ প্রবাহ হ্রাস করে একে অতি বিদ্যুৎপ্রবাহজনিত ক্ষতির হাত থেকে রক্ষা করা। শান্টকে বর্তনীতে সমান্তরালে সংযােগ দেওয়া হয় যাতে অতিরিক্ত প্রবাহ শান্টের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে পারে। এভাবে, শান্ট গ্যালভানােমিটারকে রক্ষা করে।

২) অ্যামিটার এক প্রকার গ্যালভানােমিটার ব্যাখ্যা দাও।

উ: যে যন্ত্রের সাহায্যে আধানের অস্তিত্ব ও প্রকৃতি নির্ণয় করা হয় তাকে গ্যালভানােমিটার বলে। গ্যালভানােমিটারের সাথে একটি স্বল্প মানের রােধ সমান্তরালে যুক্ত করলে তা অ্যামিটার এ রূপান্তরিত হয়। সুতরাং অ্যামিটার এক ধরনের গ্যালভানােমিটার।

৩) তড়িৎ প্রবাহের ফলে পরিবাহীতে তাপ উৎপন্ন হয় কেন? ব্যাখ্যা কর।

উ: পরিবাহীর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহিত হলে পরিবাহীর মুক্ত ইলেকট্রনগুলাে চলার সময় পরস্পরের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। এতে ব্যয়িত তড়িৎ শক্তির কিছু অংশ পরিবাহীর রােধ অতিক্রম করার কাজে ব্যয় হয়। এ ব্যয়িত শক্তি পরিবাহীতে তাপ শক্তিরূপে প্রকাশ পায়। এ কারণে তড়িৎ প্রবাহের ফলে পরিবাহীতে তাপ উৎপন্ন হয়।

 ৪) কোনাে পরিবাহীর পরিবাহিতা 0.2 সিমেন্স বলতে কী বােঝায়?

উ: কোনাে পরিবাহীর পরিবাহিতা 0.2 সিমেন্স বলতে বুঝায় ঐ পরিবাহকের দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য 1 ভােল্ট হলে তার মধ্য দিয়ে 0.2 A তড়িৎ প্রবাহ চলে এবং পরিবাহীর রােধ ( 1 ÷ 0.2 Ω ) = 5 Ω 

৭) তড়িৎ বর্তনীতে অ্যামিটার কেন শ্রেণিতে সংযুক্ত করা হয়?

উ: তড়িৎ বর্তনীতে অ্যামিটার শ্রেণীতে সংযুক্ত করা হয়। কারণ, অ্যামিটারের অভ্যন্তরীণ রােধ r এর তুলনায় বাইরের রােধ R অনেক বড় হয়। সমান্তরালে যুক্ত করলে প্রবাহিত তড়িৎ অ্যামিটারের মধ্যদিয়ে প্রবাহিত হবে। ফলে সমগ্র বর্তনীতে অপেক্ষাকৃত কম তড়িৎ প্রবাহিত হবে। তাই সমগ্র বর্তনীর প্রবাহ নির্ণয় সম্ভব হবে না। শ্রেণিতে সংযুক্ত করলে, একই প্রবাহ অন্যান্য রােধ ও অ্যামিটারের মধ্যদিয়ে প্রবাহিত হবে। তাই তড়িৎ বর্তনীতে অ্যামিটার শ্রেণিতে সংযুক্ত করা হয়।

৮) তড়িৎ প্রবাহের ফলে বর্তনীতে তাপের উদ্ভব হয়- ব্যাখ্যা কর।

উ: পরিবাহকের দুই বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হলে পরিবাহকের মুক্ত ইলেকট্রনগুলাে আন্তঃআণবিক স্থানের মধ্য দিয়ে পরিবাহকের নিম্নবিভব বিশিষ্ট বিন্দু থেকে উচ্চ বিভব বিশিষ্ট বিন্দুর দিকে চলতে থাকে, ফলে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি হয়। এ ইলেকট্রনগুলাে চলার সময় পরিবাহকের পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয় এবং ইলেকট্রনের গতিশক্তি পরমাণুতে সঞ্চালিত হয়ে পরমাণুর গতিশক্তি আরাে বৃদ্ধি করে। এ বর্ধিত গতিশক্তি তাপে রূপান্তরিত হয় এবং পরিবাহকের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। ফলে পরিবাহী উত্তপ্ত হয়। অর্থাৎ বর্তনীতে তাপের উদ্ভব হয়।

৯) বর্তনীতে শান্ট ব্যবহার করা হয় কেন?

উ: অধিক পরিমাণ প্রবাহ গিয়ে যাতে গ্যালভানােমিটার বা সূক্ষ্ম ও সুবেদী বৈদ্যুতিক যন্ত্রকে নষ্ট করতে না পারে তার জন্য যন্ত্রের সাথে সমান্তরালে স্বল্প মানের যে রােধ যুক্ত করা হয় তাই শান্ট। শান্টের প্রধান কাজ হলাে গ্যালভানােমিটারের বিদ্যুৎ প্রবাহ হ্রাস করে একে অতি বিদ্যুৎপ্রবাহজনিত ক্ষতির হাত থেকে রক্ষা করা। শান্টকে বর্তনীতে সমান্তরালে সংযােগ দেওয়া হয় যাতে অতিরিক্ত প্রবাহ শান্টের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে পারে।

১০) তাপমাত্রার সাথে রােধের পরিবর্তনের কারণ ব্যাখ্যা কর।

উ: মুক্ত ইলেকট্রন প্রবাহের সময় পরিবাহকের অণু পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। এ কারণে পরিবাহকের রােধের উদ্ভব ঘটে। তাপমাত্রা বাড়লে পরিবাহকের অণু পরমাণু অতিরিক্ত শক্তি পায়। এতে তাদের কম্পনের পরিমাণ বেড়ে যায়। ফলে মুক্ত ইলেকট্রনের সাথে এদের সংঘর্ষ বৃদ্ধি পায় এবং প্রবাহ চলার পথে বেশি বাধার সৃষ্টি হয়। এতে করে পরিবাহকের রােধ বৃদ্ধি পায়। এজন্যই তাপমাত্রার সাথে রােধের পরিবর্তন ঘটে।

১১) কার্শফের ১ম সূত্র চার্জের সংরক্ষণ নীতি মেনে চলে- ব্যাখ্যা কর।

উ: কার্শফের ১ম সূত্র থেকে আমরা পাই, বিদ্যুৎ বর্তনীর কোনাে সংযােগ বিন্দুতে মিলিত প্রবাহমাত্রাগুলাের বীজগাণিতিক যােগফল শূন্য হয়। আবার আমরা জানি, প্রবাহমাত্রা হলাে চার্জের প্রবাহ। এখন সংযােগ বিন্দুতে প্রবাহমাত্রাগুলাের যােগফল যদি শূন্য না হয় তাহলে ঐ বিন্দুতে চার্জের সৃষ্টি বা ধ্বংস হওয়া বুঝায়। যা চার্জের নিত্যতা সূত্রের পরিপন্থী। তবে বর্তনীর কোথাও চার্জ সঞ্চিত হতে পারে না। কিন্তু এই সূত্রানুসারে 2I = 0। অর্থাৎ কিফের ১ম সূত্র চার্জের সংরক্ষণ নীতি মেনে চলে।

১২) তাপমাত্রা বাড়লে পরিবাহীর রােধ বাড়ে কেন? ব্যাখ্যা কর।

উ: মুক্ত ইলেকট্রন প্রবাহের সময় পরিবাহকের অণু পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। এ কারণে পরিবাহকের রােধের উদ্ভব ঘটে। তাপমাত্রা বাড়লে পরিবাহকের অণু পরমাণু অতিরিক্ত শক্তি পায়। এতে তাদের কম্পনের পরিমাণ বেড়ে যায়। ফলে মুক্ত ইলেকট্রনের সাথে এদের সংঘর্ষ বৃদ্ধি পায় এবং প্রবাহ চলার পথে বেশি বাধার সৃষ্টি হয়। এতে করে পরিবাহকের রােধ বৃদ্ধি পায়।

১৩) তড়িৎ ব্যাটারির গায়ে 5 Am – hour লেখার অর্থ ব্যাখ্যা কর।

উ: তড়িৎ ব্যাটারির গায়ে 5 Am - hour লেখার অর্থ ব্যাটারি কর্তৃক সরবরাহকৃত তড়িৎ প্রবাহ এবং প্রবাহ কালের গুণফল 5 Am - hour হবে। অর্থাৎ ব্যাটারিটি যদি 1 Am তড়িৎ প্রবাহ সরবরাহ করে তবে এটি 5 hour চলবে।

১৪) সরু ধাতব তারকে সান্ট হিসেবে ব্যবহার করা হয় না কেন? ব্যাখ্যা কর । সান্ট হিসাবে মােটা তার ব্যবহার করা হয় কেন?

উ: রােধ তারের প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফলের ব্যাস্তানুপাতিক। অর্থাৎ তারের প্রস্বচ্ছেদের ক্ষেত্রফল কম হলে রােধ বেশি হয়। সরু ধাতব তারকে সান্ট হিসেবে ব্যবহার করলে তারের রােধের মান বেশি হয়। ফলে এর মধ্য দিয়ে অধিক মানের তড়িৎ প্রবাহিত হতে পারে না। এতে সান্টের উদ্দেশ্য ব্যাহত হয়। এজন্য সরু ধাতব তারকে সান্ট হিসেবে ব্যবহার করা হয় না।

১৫) বর্তনীতে বিদ্যুৎ প্রবাহ চলার ক্ষেত্রে অভ্যন্তরীণ রােধের ভূমিকা কী?

উ: তড়িৎ কোষযুক্ত কোনাে বর্তনীতে যখন প্রবাহ চলে তখন প্রবাহ কোষের ভেতরে তরল বা অন্যান্য পদার্থের মধ্য দিয়েও প্রবাহিত হয়। কোষের ভেতরে তড়িৎ প্রবাহের দিক কোষের ঋণাত্মক পাত থেকে ধনাত্মক পাতের দিকে। এই পাতদ্বয়ের মধ্যকার বিভিন্ন পদার্থ তড়িৎ প্রবাহের বিরুদ্ধে বাধার সৃষ্টি করে। এর ফলে কোষ অভ্যন্তরীণ রােধের সৃষ্টি হয়।

১৬) অ্যালুমিনিয়ামের রােধের তাপমাত্রা গুণাঙ্ক 3.9 x 10^-3 (°C)^-1 বলতে কী বুঝ?

উ: অ্যালুমিনিয়ামের রােধের তাপমাত্রা গুণাঙ্ক 3.9 x 10^-3 (°C)^-1 বলতে বুঝায় যে 1Ω রােধ বিশিষ্ট কোনাে অ্যালুমিনিয়াম পরিবাহীর তাপমাত্রা 1°C বৃদ্ধি পেলে এর রােধ 3.9 x 10^-3 Ω  বৃদ্ধি পাবে।

১৭) ভােল্টমিটারকে সমান্তরালে যুক্ত করা হয় কেন?

উ: আমরা জানি, ভােল্টমিটারের অভ্যন্তরীণ রােধের মান অনেক বেশি। ফলে ভােল্টমিটারকে সমান্তরালে যুক্ত করলে এর মধ্য দিয়ে সামান্য পরিমাণ বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়। যার ফলে বর্তনীর মূল প্রবাহমাত্রার কোনাে পরিবর্তন ঘটে না। ফলে ভােল্টমিটারও সঠিক পাঠ দেয়। এজন্য ভােল্টমিটারকে সমান্তরাল যুক্ত করা হয়।

১৮) কোনাে কোষের তড়িচ্চালক শক্তি 10v বলতে কি বুঝ?

উ: কোনাে কোষের তড়িচ্চালক বল 10 v বলতে বুঝায় 1c চার্জকে কোষ সমেত কোনাে বর্তনীর এক বিন্দু থেকে সম্পূর্ণ বর্তনী ঘুরিয়ে আবার ঐ বিন্দুতে আনতে 10 J পরিমাণ কাজ করতে হয়।

১৯) নিরাপত্তা ফিউজ ব্যবহার করা হয় কেন?

উ: ফিউজ একটি রােধক যার গলনাঙ্ক কম। বাসা বাড়িতে বৈদ্যুতিক বর্তনীতে এটি ব্যবহার করা হয়। আমরা জানি, অতিরিক্ত বিদ্যুৎ প্রবাহের দরুন ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতি নষ্ট হয়। বর্তনীতে ফিউজ না থাকলে প্রয়ােজনের বেশি বিদ্যুৎ প্রবাহমাত্রায় এটি ঘটে থাকে। ফিউজ থাকলে প্রয়ােজনের বেশি বিদ্যুৎ প্রবাহমাত্রা থাকলে ফিউজটি কেটে যায় এবং বিদ্যুৎ সংযােগ বিচ্ছিন্ন হয়। ফলে সম্ভাব্য ক্ষতির হাত থেকে যন্ত্রপাতি রক্ষা পায়। এ বিষয়টি নিশ্চিত করার জন্যই বর্তনীতে ফিউজ ব্যবহার করা হয়।

২০) কোনাে বর্তনীর বিভব পার্থক্য ও তড়িচ্চালক বল একই নয় কেন, ব্যাখ্যা কর।

উ: আমরা জানি, এক একক ধনাত্মক আধানকে কোনাে পরিবাহকের এক বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে স্থানান্তর করতে যে কাজ সম্পন্ন হয় তাই ঐ বিন্দুদ্বয়ের বিভব পার্থক্য কিন্তু একক ধনাত্মক আধানকে কোষসহ কোনাে বর্তনীর একবিন্দু থেকে সম্পূর্ণ বর্তনী ঘুরিয়ে আবার ঐ বিন্দুতে আনতে যে কাজ সম্পন্ন হয় তাই ঐ কোষের তড়িচ্চালক শক্তি। বিভব পার্থক্য হয় কোনাে পরিবাহক বা তড়িৎ ক্ষেত্রের দুই বিন্দুর কিন্তু তড়িচ্চালক শক্তি হয় কোনাে তড়িৎ উৎসের। বর্তনীর বিভব পার্থক্য হলাে তড়িচ্চালক শক্তির ফল এবং তড়িচ্চালক শক্তি হলাে বিভব পার্থক্যের কারণ, এজন্য বলা যায় কোনাে বর্তনীর বিভব পার্থক্য ও তড়িচ্চালক বল এক নয়।

২১) কিফের দ্বিতীয় সূত্রটি Σ IR + E = 0 আকারে লিখলে কোনাে বর্তনীর লুপে সূত্রটি প্রয়ােগের ক্ষেত্রে IR ও E এর চিহ্নের নিয়ম কীরূপ হবে?

উ: কির্শফের দ্বিতীয় সূত্রানুসারে পরিবাহী বর্তনীর মধ্যে যেকোনাে বদ্ধ বর্তনীর বিভিন্ন অংশের রােধ এবং এদের মধ্যদিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুৎ প্রবাহমাত্রার গুণফলের বীজগাণিতিক যােগফল ঐ বদ্ধ বর্তনীর মােট বিদ্যুচ্চালক শক্তির সমান। এখন সূত্রটিকে Σ IR + E = 0 আকারে লিখলে কোননা বর্তনীর লুপে দক্ষিণাবর্তী বিদ্যুৎ প্রবাহমাত্রাকে ধনাত্মক রাশি, বামাবর্তী বিদ্যুৎ প্রবাহমাত্রা এবং তড়িচ্চালক শক্তিকে ঋণাত্মক রাশি ধরতে হবে।

২২) বিদ্যুৎ প্রবাহের ফলে পরিবাহীতে তাপ উৎপন্ন হওয়ার কারণ ব্যাখ্যা কর।

উ: পরিবাহকের দুই বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হলে পরিবাহকের মুক্ত ইলেকট্রনগুলাে আন্তঃআণবিক স্থানের মধ্য দিয়ে পরিবাহকের নিম্নবিভব বিশিষ্ট বিন্দু থেকে উচ্চ বিভব বিশিষ্ট বিন্দুর দিকে চলতে থাকে, ফলে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি হয়। এ ইলেকট্রনগুলাে চলার সময়। পরিবাহকের পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয় এবং ইলেকট্রনের গতিশক্তি পরমাণুতে সঞ্চালিত হয়ে পরমাণুর গতিশক্তি আরাে বৃদ্ধি করে। এ বর্ধিত গতিশক্তি তাপে রূপান্তরিত হয় এবং পরিবাহকের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। ফলে পরিবাহী উত্তপ্ত হয়। অর্থাৎ বর্তনীতে তাপের উদ্ভব হয়। 

২৩) তাপমাত্রার বিবেচনায় পরিবাহী এবং অর্ধপরিবাহীর মধ্যে পার্থক্য কী?

উ: তাপমাত্রার বিবেচনায় পরিবাহী এবং অর্ধপরিবাহীর মধ্যে পার্থক্য নিম্নরূপ :

পরিবাহী

১) সাধারণ তাপমাত্রায় তড়িৎ পরিবহন করে ।

২) তাপমাত্রা বাড়ালে রােধ বাড়ে ।

৩) তাপমাত্রা কমালে পরিবাহকত্ব বাড়ে ।

অর্ধপরিবাহী

১) সাধারণ তাপমাত্রায় অল্প পরিমাণ তড়িৎ পরিবহন করে ।

২) তাপমাত্রা বাড়ালে রােধ কমে ।

৩) তাপমাত্রা কমালে পরিবাহকত্ব কমে ।

২৪) বাসাবাড়িতে সমান্তরাল সংযােগ ব্যবহার করা হয় - ব্যাখ্যা কর।

উ: শ্ৰেণী সমবায়ের ক্ষেত্রে একটি মাত্র চাবি বা সুইচ সারিবদ্ধভাবে একটি মাত্র সংযােগ লাইনের সাহায্যে সংযুক্ত থাকে। কিন্তু সমান্তরালের ক্ষেত্রে একাধিক সংযােগ লাইন থাকে। শ্রেণীর ক্ষেত্রে যেকোনাে একটি অকার্যকর হলে বাকি সব যন্ত্রের তড়িৎ প্রবাহের বিঘ্ন ঘটে। কিন্তু সমান্তরালের ক্ষেত্রে সেই ধরনের কোন সমস্যা থাকে না। তাই বাসাবাড়িতে সমান্তরাল সংযােগ ব্যবহার করা হয়।

নিজে কর

১) জটিল বর্তনীর ক্ষেত্রে ওমের সূত্র থেকে কার্শফের সূত্র অধিক প্রযােজ্য ব্যাখ্যা কর।

২) নিরাপত্তা ফিউজে সংকর ধাতু ব্যবহার করার কারণ লিখ।

৩) রােধের সমবায়ে তুল্য রােধের মান কখন বৃদ্ধি পায় ব্যাখ্যা কর।

৪) রােধের উপর তাপমাত্রার প্রভাব কী?

৫) দৈর্ঘ্য ও প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল ভিন্ন হওয়া সত্ত্বেও ভিন্ন ভিন্ন উপাদানে পরিবাহী রােধ ভিন্ন ভিন্ন হয় কেন? ব্যাখ্যা কর।

৬) একটি লম্বা তামার তার ও একটি ছােট তামার তারের মধ্যে কোনটির আপেক্ষিক রােধ বেশি?

৭) কোনাে পরিবাহীর ক্ষেত্রে I বনাম V লেখচিত্রটি মূলবিন্দুগামী সরলরেখা হয় কেন?