তড়িৎ বিভব

বিদ্যুতের প্রেসার আর তড়িৎ বিভব

আমরা তো চার্জের এলাকা (তড়িৎক্ষেত্র) আর পাওয়ার (তীব্রতা) নিয়ে জেনেছি। কিন্তু একটা প্রশ্ন কি মাথায় এসেছে, কারেন্ট বা বিদ্যুৎ এক জায়গা থেকে আরেক জায়গায় যায় কেন? তার কি পা আছে? 😜

আসলে কারেন্ট চলে একটা "প্রেসার ডিফারেন্স" বা চাপের পার্থক্যের কারণে। পানির পাইপের কথা ভাবো, একপাশের চাপ বেশি আর অন্যপাশের চাপ কম হলেই তো পানি একদিক থেকে অন্যদিকে যায়! বিদ্যুতের এই অদৃশ্য চাপটাকেই আমরা বলি "তড়িৎ বিভব" বা Electric Potential।

চলো, এই চাপের ব্যাপারটা আরও সহজভাবে বুঝি!

🌞 তড়িৎ বিভব জিনিসটা কী?

এইটার বইয়ের সংজ্ঞাটা একটু খটমটে:

"অসীম দূরত্ব থেকে প্রতি একক ধনাত্মক আধানকে তড়িৎক্ষেত্রের কোনো বিন্দুতে আনতে যে পরিমাণ কাজ সম্পন্ন করে তাকে ঐ বিন্দুর তড়িৎ বিভব বলে।”

চলো, আমরা এটাকে একটা "পাহাড়ের উচ্চতার" সাথে তুলনা করি।

• ভাবো, একটা বড় পজিটিভ চার্জ (+) হলো একটা পাহাড়।
• আর তুমি একটা ছোট পজিটিভ চার্জকে (+1C) ওই পাহাড়ের দিকে ঠেলে নিতে চাও।

পাহাড়ের দিকে ঠেলতে গেলে তোমাকে কষ্ট করতে হবে, তাই না? মানে কাজ করতে হবে। তুমি চার্জটাকে যত পাহাড়ের কাছে (মানে উঁচু জায়গায়) আনবে, তোমার তত বেশি কাজ করতে হবে আর ওই চার্জটার মধ্যে তত বেশি শক্তি জমা হবে।

সহজ ভাষায় বিভব: কোনো একটা বিন্দুর "তড়িৎ বিভব" হলো, ওই বিন্দুতে একটা +1C চার্জকে বসাতে তোমার মোট কতখানি কষ্ট করতে হয় বা কাজ করতে হয়, সেটার পরিমাণ।

সোজা কথা: কোনো জায়গায় চার্জ রাখলে কতটা “এনার্জি” জমা হয়, সেটাই ওই জায়গার বিভব।

সূত্র

:::info
💡 এখানে,

V = তড়িৎ বিভব
W = করা কাজ
Q = আনা চার্জ

বিভবের একক হলো ভোল্ট (Volt)।

১ ভোল্ট (V) = ১ কুলম্ব চার্জকে ১ জুল কাজ করে কোনো বিন্দুতে আনা।

এজন্য এটাও লেখা যায়

$1Volt=1J{C}^{-1}$
:::

⭐ বিভব মনে রাখার শর্টকাট ট্রিক ⭐

তীব্রতা ছিল "বরাদ্দকৃত ধাক্কা বা বল", তাই না? আর বিভব হলো "বরাদ্দকৃত শক্তি"!

:: "তড়িৎ বিভব হলো প্রতি কুলম্ব চার্জের জন্য বরাদ্দকৃত পটেনশিয়াল এনার্জি বা শক্তি!"

ব্যাপারটা আরও সহজ করে ভাবি। মনে করো, তড়িৎক্ষেত্রের কোনো একটা পয়েন্ট হলো একটা "এনার্জি স্টেশন"।

• ওই স্টেশনের ভোল্টেজ বা বিভব তোমাকে বলে দেবে যে, ওখানে প্রতি ১ কুলম্ব চার্জ কী পরিমাণ শক্তির প্যাকেট পাবে।

উদাহরণ:

ধরো, একটা পয়েন্টের বিভব 10 V (ভোল্ট)।

• এর মানে হলো, ওই এনার্জি স্টেশনে তুমি যদি ১ কুলম্বের একটা চার্জকে নিয়ে যাও, সে ১০ জুল (শক্তির একক) শক্তির একটা প্যাকেট পাবে।
• এখন, তুমি যদি চালাকি করে ৫ কুলম্বের একটা বড় চার্জ নিয়ে যাও, তাহলে সে মোট শক্তি পাবে (১০ × ৫) = ৫০ জুল!

🌞 বিভব পার্থক্য কী? (সবচেয়ে দরকারি জিনিস!)

এটা হলো আসল খেলা! বিভব পার্থক্য ছাড়া কারেন্ট চলতেই পারে না।

পানির ট্যাংকের উদাহরণ:

ধরো, তোমার কাছে দুইটা পানির ট্যাংক আছে। একটা পুরো ভর্তি (উচ্চ লেভেল), আরেকটা অর্ধেক খালি (নিচু লেভেল)। তুমি যদি দুইটাকে একটা পাইপ দিয়ে জুড়ে দাও, কী হবে? পানি উঁচু লেভেলের ট্যাংক থেকে নিচু লেভেলের ট্যাংকে যেতে শুরু করবে, তাই না?

• এই যে পানির লেভেলের পার্থক্য, এটাই হলো বিভব পার্থক্য।
• আর পানির যে স্রোতটা বইছে, সেটাই হলো কারেন্ট!

সুতরাং, বিভব পার্থক্য মানে হলো: তড়িৎক্ষেত্রের দুইটা বিন্দুর মধ্যে "ইলেকট্রিক্যাল হাইট" বা চাপের পার্থক্য। এই পার্থক্য থাকলেই চার্জ বেশি বিভব (বেশি চাপ) থেকে কম বিভবের (কম চাপ) দিকে দৌড় দেয় আর কারেন্ট তৈরি হয়।

সহজ ভাষায়ঃ দুইটা বিন্দুর মধ্যে চার্জ সরাতে যে কাজ করতে হয়, সেটাই বিভব পার্থক্য।

সূত্র:

(একই সূত্র, তবে এখানে দুই বিন্দুর মধ্যে কাজ ধরা হয়।)

🌞 ধনাত্মক, ঋণাত্মক আর শূন্য বিভব কী?

চলো, আমরা সমতল মাটিকে "জিরো লেভেল" বা শূন্য বিভব ধরি।

• ধনাত্মক বিভব (+):
  • একটা পজিটিভ চার্জের কাছে কোনো বিন্দু হলো একটা পাহাড়ের চূড়া।
  • কারণ, একটা +1C চার্জকে ওখানে ঠেলে তুলতে তোমাকে কষ্ট করে কাজ করতে হয়েছে। তাই ওই জায়গার লেভেলটা পজিটিভ।
• ঋণাত্মক বিভব (-):
  • একটা নেগেটিভ চার্জের কাছে কোনো বিন্দু হলো একটা গর্ত।
  • কারণ, একটা +1C চার্জকে ওখানে আনতে তোমার কোনো কষ্টই হবে না, বরং নেগেটিভ চার্জটাই ওকে গড়গড় করে টেনে গর্তের নিচে নিয়ে যাবে! এখানে সিস্টেম নিজেই কাজ করে। তাই ওই জায়গার লেভেলটা নেগেটিভ।
• শূন্য বিভব (0):
  • এটা হলো আমাদের রেফারেন্স পয়েন্ট বা সমতল মাটি। যেখানে কোনো চার্জ নেই, বা যেখান থেকে আমরা হিসাব শুরু করি।

🌞 পৃথিবীকে কেন সমতল মাটি (শূন্য বিভব) ধরা হয়?

এই প্রশ্নটা খুব মজার।

সমুদ্রের উদাহরণ:
ভাবো, বিশাল একটা সমুদ্র থেকে যদি তুমি এক বালতি পানি তুলে নাও বা এক বালতি পানি ঢেলে দাও, তাহলে কি সমুদ্রের পানির লেভেলের কোনো পরিবর্তন হবে? একদমই না।

পৃথিবীটাও ঠিক এইরকম একটা বিশাল পরিবাহী বা চার্জের সমুদ্র।

• পৃথিবী এত বড় যে, এর থেকে কিছু চার্জ (ইলেকট্রন) নিলে বা একে কিছু চার্জ দিলে এর মোট চার্জের বা "ইলেকট্রিক্যাল লেভেলের" কোনো পরিবর্তন হয় না।
• তাই, হিসাবের সুবিধার জন্য বিজ্ঞানীরা পৃথিবীকে একটা স্ট্যান্ডার্ড "জিরো লেভেল" বা শূন্য বিভব ধরে নিয়েছেন। আমরা বাকি সবকিছুর বিভব এই পৃথিবীর সাপেক্ষেই মাপি।

⭐ সুপার ট্রিকস ও এনালজি (এক নজরে) ⭐

Questions to Solve

২০। দুটি বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য 332kv। এদের এক বিন্দু থেকে অপর বিন্দুতে 9µC চার্জ স্থানান্তর করলে কৃৎ কাজের পরিমাণ নির্ণয় কর। (2.898J)

২১। একটি মোটর গাড়ির ব্যাটারির দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য 12V। 2.5C আধানকে ব্যাটারির ঋনাত্নক প্রান্ত থেকে ধনাত্মক প্রান্তে স্থানান্তরের জন্য সম্পন্ন কাজ নির্ণয় কর। (30J)

২২। একটি সুষম তড়িৎক্ষেত্রে 50cm ব্যবধানে অবস্থিত দুটি বিন্দুর বিভব পার্থক্য 200V। তড়িৎক্ষেত্রের প্রাবল্য নির্ণয় কর।(400volt/m)

২৪। 400 volt বিভব পার্থক্যে 1 mole ইলেক্ট্রন আনতে কৃতকাজের পরিমাণ কত? (3.85 × 10⁷ J)