দুটি চার্জকে পরিবাহী তার দিয়ে জুড়লে কী হয়?

আমরা তো বিভব বা চার্জের "লেভেল" সম্পর্কে জেনেছি। আজকে আমরা দেখব, যদি দুইটা আলাদা লেভেলের চার্জকে একটা পরিবাহী তার দিয়ে জুড়ে দেওয়া হয়, তাহলে কী ঘটে।

ব্যাপারটাকে ভাবো, তুমি দুইটা পানির ট্যাংককে একটা পাইপ দিয়ে জুড়ে দিচ্ছ। একটাতে পানি বেশি, আরেকটাতে কম। কী হবে? পানি গড়গড় করে একদিক থেকে আরেক দিকে যেতে শুরু করবে, তাই না? চার্জের ক্ষেত্রেও ঠিক একই ঘটনা ঘটে।

কেন আর কতক্ষণ চার্জ চলাচল করবে?

সবচেয়ে বড় প্রশ্ন হলো, চার্জ কেন এক জায়গা থেকে আরেক জায়গায় যায়?

উত্তর:

বিভব পার্থক্যের জন্য! চার্জের পরিমাণে কম-বেশি নাকি সাইজে ছোট-বড়, এসবের জন্য নয়। ঠিক যেমন পানি সবসময় উঁচু লেভেল থেকে নিচু লেভেলের দিকে যায়, চার্জও সবসময় উচ্চ বিভব থেকে নিম্ন বিভবের দিকে যেতে চায়।

কতক্ষণ চলবে এই চলাচল?
যতক্ষণ না দুইজনের বিভব বা "লেভেল" সমান হয়ে যাচ্ছে। যেই মুহূর্তে দুইটা গোলকের বিভব সমান হয়ে যাবে, চার্জের চলাচলও ঠুস করে বন্ধ হয়ে যাবে!

⭐ কে কোন দিকে যাবে? (The Golden Rule) ⭐

এখানে দুই ধরনের প্রবাহ হয়, আর তাদের দিক একে অপরের পুরোপুরি উল্টো। এটাই আসল ট্রিক।

১. বিদ্যুৎ বা আধান প্রবাহের দিক (প্রচলিত দিক):

• এটা হলো পজিটিভ (+) চার্জ কোনদিকে যায়, তার হিসাব। বিজ্ঞানীরা আগে এটাই ভাবতেন।

• নিয়ম: বিদ্যুৎ সবসময় ট্রাফিক জ্যাম এড়িয়ে চলে, মানে উঁচু জায়গা থেকে নিচু জায়গায় যায়।

  Important

  উচ্চ বিভব → নিম্ন বিভব

২. ইলেক্ট্রন প্রবাহের দিক (আসল ঘটনা):

• আমরা জানি, পরিবাহী তারের মধ্যে আসলে নেগেটিভ (-) চার্জ বা ইলেক্ট্রন ছোটাছুটি করে।

• নিয়ম: ইলেক্ট্রন হলো নেগেটিভ, তাই সে সবসময় পজিটিভ বা উঁচু বিভবের দিকে আকৃষ্ট হয়। সে নিচু লেভেল থেকে লাফ দিয়ে উঁচু লেভেলে যেতে চায়।

  Important

  নিম্ন বিভব → উচ্চ বিভব

এক কথায়: বিদ্যুৎ যেদিকে যায়, ইলেক্ট্রন তার ঠিক উল্টো দিকে দৌড় লাগায়!

মনে রাখার ট্রিক (আইফোন আর বাটন ফোন)

প্রবাহের দিক মনে রাখার জন্য দুজন ছাত্র, আইফোন আর বাটন ফোনের একটা ঘটনা মনে রাখতে পারো। এখানে, আইফোন মানে উচ্চ বিভব, বাটন ফোন মানে নিম্ন বিভব।

পজেটিভ চার্জকে তুমি তুলনা করতে পারো ভালো ছাত্রের সাথে। ভালো ছাত্র তার পড়াশোনার জন্য সেই রুমকেই বেছে নেবে যেখনে কাজ চালানোর মত একটা বাটন ফোন আছে। ওকে যদি যে রুমে আইফোন আছে সে রুমে পড়তে বসতে বলা হয়, ও ভাববে ‘এখানে তো হাতে একবার ফোন লাগলে পড়াশোনা লাটে উঠবে, পড়াশোনার সময় তো আমার বাটনফোন হলেই চলে।’

নেগেটিভ চার্জ বা ইলেক্ট্রনকে তুলনা কর ফাঁকিবাজ ছাত্রের সাথে। ওর হাতে বাটন ফোন ধরিয়ে পড়তে বসিয়ে দিলেও, ও শুধু ধান্দা খুঁজবে কীভাবে আইফোনটা বাগানো যায়।

বলের কী পরিবর্তন হবে?

অবশ্যই হবে! যেহেতু চার্জগুলো হ্যান্ডশেক করে নিজেদের মধ্যে ভাগাভাগি করে নিয়েছে, তাই তাদের চার্জের পরিমাণ বদলে গেছে। আর চার্জ বদলালে তাদের মধ্যেকার আকর্ষণ বা বিকর্ষণ বলও তো বদলাবে, তাই না?

তবে হ্যাঁ, মনে রাখতে হবে, আমরা যে বল বের করবো তা হচ্ছে তার বিচ্ছিন্ন করে ফেলার পরের বল। তার জোড়া লাগা অবস্থায় কোন বল কাজ করবে না।

কেননা তখন সিস্টেম যেহেতু একটা, তাই মধ্যবর্তী দূরত্ব $d=0$

🔥 স্পেশাল নোট (অঙ্কের জন্য খুবই জরুরি):

প্রশ্ন: নতুন বলটা আমরা কখন হিসাব করব?

উত্তর:

আমরা ধরে নেব, তার দিয়ে সংযোগ করার পর চার্জ ভাগাভাগি হয়ে গেছে, তারপর আমরা তারের সংযোগটা বিচ্ছিন্ন করে ফেলেছি। এরপর নতুন চার্জ নিয়ে তাদের মধ্যেকার বল হিসাব করব।

কেন?

কারণ তার দিয়ে সংযোগ দিয়ে রাখলে দুইটা গোলক মিলে একটাই সিস্টেম হয়ে যায়, তাদের মধ্যকার দূরত্ব শূন্য ধরা হয়। তখন আর কুলম্বের সূত্র দিয়ে আলাদাভাবে বল বের করা যায় না। তাই অঙ্কে সবসময় "সংযোগ বিচ্ছিন্ন করার পর" বল বের করতে বলা হয়।

🔥 স্পেশাল কেস: যদি গোলক দুটি যমজ হয় (আয়তন সমান) 🔥

যদি দুটি গোলকের সাইজ বা আয়তন হুবহু একই হয়, তাহলে তারা চার্জ ভাগাভাগির সময় কোনো ঝগড়াঝাঁটি করে না। একদম সমানভাবে ভাগ করে নেয়!

ঘটনা: চার্জ ততক্ষণ পর্যন্ত যাওয়া-আসা করবে, যতক্ষণ না দুইজনের গায়ে চার্জের পরিমাণ সমান হচ্ছে।

নতুন চার্জ কত হবে?

উদাহরণ: এক ভাইয়ের কাছে ১০টা চকলেট (চার্জ) আছে, আরেকজনের কাছে ২০টা। তারা যদি যমজ হয় আর ভাগ করে নিতে চায়, তাহলে প্রত্যেকে পাবে (১০+২০)/২ = ১৫টা করে

Questions to Solve

০৫।

উপরের চিত্রে শূন্য বিভবের স্থান থেকে A বস্তুর তড়িৎ ক্ষেত্রে 5C ধনাত্মক আধান আনতে 250J এবং B বস্তুর তড়িৎক্ষেত্রে 4C ধনাত্মক আধান আনতে 100J কাজ করতে হয়।
(গ) Aও B এর মধ্যবর্তী বল নির্ণয় কর। (1.125 × 10¹¹ N)
(ঘ) A ও B কে পরিবাহী তার দ্বারা যুক্ত করলে ইলেক্ট্রন প্রবাহ কোন দিকে হবে? যুক্তিসহ মতামত দাও। (B থেকে A এর দিকে)

০৬। A ও B সম আয়তনের দুটি আহিত বস্তু যাদের আধান যথাক্রমে 50C ও - 36C এবং এরা পরস্পরকে 4.5 × 10¹¹ N বলে আকর্ষণ করে।

(গ) A ও B এর মধ্যবর্তী দূরত্ব নির্ণয় কর। (6 m)
(ঘ) A ও B বস্তু দুটিকে একটি পরিবাহী দ্বারা যুক্ত করলে আকর্ষণ বলের কোন পরিবর্তন হবে কি? গাণিতিকবিশ্লেষণের মাধ্যমে মতামত দাও।

০৭।

চিত্রে P ও Q সমান আকার ও একই উপাদানের তৈরি দুটি ধাতব গোলক।
(গ) P বস্তুর আধানের জন্য R বিন্দুর তড়িৎ তীব্রতা নির্ণয় কর। ($4.5\times {10}^{13}NC⁻¹$)
(ঘ) P ও Q বস্তুদ্বয়কে স্পর্শ করে আবার যথাস্থানে রেখে দিলে, এদের মধ্যে ক্রিয়াশীল তড়িৎ বলের মানের পরিবর্তন ঘটবে কিনা?

০৮।

A ও B সমান আকার ও একই উপাদানের তৈরি দুটি ধাতব বল 15 cm দূরে রাখা আছে।
(গ) A ও B এর মধ্যকার বল নির্ণয় কর। (- 9.6 × 10¹⁴ N)
(ঘ) A ও B ধাতব তার দ্বারা দিয়ে সংযুক্ত করা হলে বলের মানের কোনো পরিবর্তন ঘটবে কিনা – গাণিতিকভাবে বিশ্লেষণ কর। (পরিবর্তন হবে)
[📌Hint: ৬ এর মত]

০৯।

চিত্রে, শূন্য বিভবের স্থান থেকে A বস্তুর ক্ষেত্রে 5 C ধনাত্মক আধান 250 J এবং B বস্তুর ক্ষেত্রে 4 C ধনাত্মক আধান আনতে 20J কাজ করতে হয়।
(গ) যদি A ও B এর মধ্যবর্তী বল 1.125 × 10¹¹ N হয় তবে দূরত্ব নির্ণয় করো। (4 m)
(ঘ) A ও B কে পরিবাহী তার দ্বারা যুক্ত করলে ইলেক্ট্রন প্রবাহ কোন দিকে হবে? যুক্তিসহ মতামত দাও। (B থেকে A এর দিকে)
[📌Hint: ৫ এর মত]