বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র

বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সম্পর্কে নিবন্ধ

বৈদ্যুতিক আধানের বিষয়ে জানা গেছে যে, সমধর্মী আধান পরস্পরকে বিকর্ষণ করে, অপরদিকে বিপরীতধর্মী আধান পরস্পরকে আকর্ষণ করে। যদি একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত বস্তুকে একটি ঋণাত্মক আধানযুক্ত বস্তুর কাছে আনা হয়, তবে বস্তু দুটি পরস্পরকে আকর্ষণ করে এবং একে অপরের দিকে এগিয়ে যায়। বিপরীতক্রমে, যদি একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত বস্তুকে আরেকটি ধনাত্মক আধানযুক্ত বস্তুর কাছে আনা হয়, তবে বস্তু দুটি পরস্পরকে বিকর্ষণ করে এবং একে অপরের থেকে দূরে সরে যায়। কুলম্বের সূত্র বিষয়ে অধ্যয়ন অনুসারে, বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত বস্তুসমূহ অন্য বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত বস্তুসমূহকে ত্বরান্বিত করতে পারে, কারণ এই বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত বস্তুগুলোর মধ্যে একটি বৈদ্যুতিক বল ক্রিয়া করে। একটি বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত বস্তু কর্তৃক অন্য বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত বস্তুসমূহের উপর প্রযুক্ত বৈদ্যুতিক বল হলো স্পর্শ ছাড়াই ক্রিয়াশীল বলের একটি উদাহরণ। দূর থেকে ক্রিয়াশীল বলের আরেকটি উদাহরণ হলো মহাকর্ষ বল । মহাকর্ষ বল একটি ভরবিশিষ্ট বস্তু কর্তৃক অন্য ভরবিশিষ্ট বস্তুসমূহের উপর প্রযুক্ত হয়।

ঘর্ষণ বল , ধাক্কা বল, অভিলম্ব বল হলো এমন কিছু বলের উদাহরণ যা সহজে বোঝা যায়, কারণ এই বলগুলো সংস্পর্শে এলেই কাজ করে। অপরদিকে, তড়িৎ বল হলো এমন একটি বলের উদাহরণ যা বোঝা কঠিন, কারণ এই বল স্পর্শ ছাড়াই একটি নির্দিষ্ট দূরত্ব থেকে কাজ করতে পারে। যে তড়িৎ বল একটি নির্দিষ্ট দূরত্ব থেকেও কাজ করতে পারে, তা বোঝার জন্য তড়িৎ ক্ষেত্রের ধারণাটি আসে। তড়িৎ ক্ষেত্রের ধারণাটি ব্রিটিশ বিজ্ঞানী মাইকেল ফ্যারাডে (১৭৯১-১৮৬৭) তৈরি করেছিলেন।

তড়িৎ ক্ষেত্রের (E) সংজ্ঞা

ধরা যাক, একটি কাচ প্রাথমিকভাবে বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ ছিল। একটি কাপড় দিয়ে ঘষার পর, কাচের দণ্ডটি বৈদ্যুতিকভাবে চার্জিত হয়। যখন কাচের দণ্ডটি বৈদ্যুতিকভাবে চার্জিত হয়, ঠিক একই সময়ে কাচটির চারপাশে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি হয়। যদি কাচটি আবার নিরপেক্ষ হয়ে যায়, ঠিক একই সময়ে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি অদৃশ্য হয়ে যায়। সুতরাং, একটি বৈদ্যুতিক আধানের উপস্থিতি থেকে একটি শক্তির অস্তিত্বকে আলাদা করা যায় না। শক্তি বায়ুর মতো কোনো পদার্থ নয় এবং তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গের মতো কোনো তরঙ্গও নয়। শক্তি হলো এমন কিছু যা একটি বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা সৃষ্ট হয় এবং এটি বৈদ্যুতিক আধানের চারপাশের স্থানকে প্রভাবিত করে, যেখানে অন্যান্য বৈদ্যুতিক আধানগুলো কেবল শক্তির প্রভাব অনুভব করে।

কোনো কক্ষে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র (E) আছে কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য, ধরে নেওয়া হয় যে সেই স্থানে একটি পরীক্ষামূলক আধান (test charge) রয়েছে। পরীক্ষামূলক আধানটি একটি ন্যূনতম আধান (Q), যার ফলে এটি একটি অতি ক্ষুদ্র বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি করে, যা উপেক্ষা করা যায়। তবে, পরীক্ষামূলক আধানটি অন্যান্য বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা উৎপন্ন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাব অনুভব করতে পারে। পরীক্ষামূলক আধানটি শুধুমাত্র বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র আছে কিনা তা অনুসন্ধান করার জন্যই উপস্থিত রাখা হয়। যদি সেই স্থানে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র থাকে,

পরীক্ষাধীন চার্জটি অবশ্যই বৈদ্যুতিক বল অনুভব করবে, অপরদিকে যদি কোনো E না থাকে, তবে পরীক্ষাধীন চার্জটি বৈদ্যুতিক বল অনুভব করে না।

পাশের চিত্রটি দেখুন।

চিত্র ১-এ, +q₁ _এবং +q₂ আধান _দুটি পারিপার্শ্বিক স্থানে একটি E উৎপন্ন করে। যখন পরীক্ষামূলক আধান +q₀- _কে স্থানের কোনো একটি বিন্দুতে স্থাপন করা হয়, তখন পরীক্ষামূলক আধান +q₀ _একটি বৈদ্যুতিক বল অনুভব করে। F₁ _{হলো + q₁ আধান দ্বারা} পরীক্ষামূলক আধান +q₀-এর উপর _{প্রযুক্ত} বৈদ্যুতিক বল , এবং F₂ _{হলো + q₂} আধান দ্বারা পরীক্ষামূলক আধান +q₀-এর উপর _{প্রযুক্ত} বৈদ্যুতিক বল । চিত্র ২-এ, যখন পরীক্ষামূলক আধানটি সরিয়ে নেওয়া হয়, তখন E-টি থেকে যায় এবং ঐ বিন্দু থেকে অদৃশ্য হয় না। E₁ হলো _{+ q₁} বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা উৎপন্ন একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র , এবং E₂ _{হলো + q₂} বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা উৎপন্ন একটি E।

তড়িৎ ক্ষেত্রের মান

E একটি ভেক্টর রাশি, যার মান ও দিক উভয়ই রয়েছে। E-এর মানকে সাধারণত E প্রাবল্য বলা হয়। কোনো বিন্দুতে E-এর প্রাবল্যকে, ঐ বিন্দুতে রাখা একটি ধনাত্মক পরীক্ষামূলক আধানের উপর কোনো তড়িৎ আধান দ্বারা প্রযুক্ত তড়িৎ বলকে, ঐ পরীক্ষামূলক আধানের পরিমাণ দ্বারা ভাগ করে পাওয়া মান হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

E = বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রাবল্য

F = বৈদ্যুতিক বল

q = পরীক্ষামূলক চার্জ

বৈদ্যুতিক বলের একক হলো নিউটন এবং বৈদ্যুতিক আধানের একক হলো কুলম্ব, সুতরাং E-এর একক হলো নিউটন / কুলম্ব, যাকে সংক্ষেপে N/C লেখা হয়।

তড়িৎ ক্ষেত্রের দিক

চিত্র 1a-তে, একটি ধনাত্মক বৈদ্যুতিক আধান (+Q) একটি ধনাত্মক পরীক্ষামূলক আধানের (+q) উপর বৈদ্যুতিক বল প্রয়োগ করে, যেখানে বৈদ্যুতিক বলের (F) দিকটি +Q আধান থেকে বাইরের দিকে।

চিত্র 1b-তে, যখন পরীক্ষামূলক চার্জটি সরিয়ে নেওয়া হয়, তখন একটি তড়িৎ ক্ষেত্র (E) তৈরি হয় যার দিকটি তড়িৎ চার্জ Q-এর বিপরীত দিকে।

চিত্র 2a-তে, একটি ঋণাত্মক তড়িৎ আধান (-Q) একটি ধনাত্মক পরীক্ষামূলক আধানের (+q) উপর তড়িৎ বল প্রয়োগ করে, যেখানে তড়িৎ বলের (F) দিকটি -Q আধানের দিকে অগ্রসর হয়।

চিত্র 2b-তে, যখন পরীক্ষামূলক চার্জটি সরিয়ে নেওয়া হয়, তখন একটি তড়িৎ ক্ষেত্র (E) তৈরি হয় যার দিকটি তড়িৎ চার্জ -Q-এর দিকের কাছাকাছি।

উপরোক্ত চিত্র ও ব্যাখ্যার ভিত্তিতে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, তড়িৎ ক্ষেত্রের দিকটি ধনাত্মক তড়িৎ আধান থেকে দূরে এবং ঋণাত্মক তড়িৎ আধানের দিকে অগ্রসর হয়।

বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের লাইন

একটি বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা বিদ্যুৎ উৎপন্ন হয় এবং এটি ঐ আধানের চারপাশের স্থানকে প্রভাবিত করে, যেখানে এই বিদ্যুতের প্রভাব কেবল অন্য বৈদ্যুতিক আধানগুলোই অনুভব করে। যখন কোনো বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা উৎপন্ন বিদ্যুতের মধ্যে অন্য কোনো বৈদ্যুতিক আধান থাকে, তখন সেই অন্য বৈদ্যুতিক আধানটিও একটি বৈদ্যুতিক বলের প্রভাব অনুভব করে।

E সম্পর্কিত প্রবন্ধে বর্ণিত তড়িৎ ক্ষেত্রকে মন দিয়ে উপলব্ধি করা যায়, কিন্তু এটি কেবল মনেই কল্পনা করা সম্ভব। একটি E-কে দৃশ্যমান করার জন্য তড়িৎ ক্ষেত্র রেখা উপস্থাপন করা হয়। তড়িৎ ক্ষেত্র রেখা হলো কোনো তড়িৎ আধানের চারপাশে অঙ্কিত একগুচ্ছ রেখা, যা একটি তড়িৎ ক্ষেত্রের অস্তিত্ব নির্দেশ করে। যেহেতু এর উদ্দেশ্য একটি E-এর উপস্থিতি দেখানো, তাই এই রেখাগুলোর সাথে E-এর একটি সংযোগ রয়েছে। অন্য কথায়, তড়িৎ ক্ষেত্র রেখা অঙ্কনের মাধ্যমে E-এর মান এবং দিক ব্যাখ্যা করা যায়।

তড়িৎ ক্ষেত্র রেখার সাথে তড়িৎ ক্ষেত্রের দিক ও প্রাবল্যের সম্পর্কটি নিম্নরূপ:

প্রথমত, তড়িৎ প্রবাহের দিক ধনাত্মক আধান থেকে দূরে সরে যায় এবং ঋণাত্মক আধানের দিকে এগিয়ে আসে। সুতরাং, তড়িৎ ক্ষেত্র রেখাগুলোর দিকও ধনাত্মক আধান থেকে দূরে সরে যায় এবং ঋণাত্মক আধানের দিকে এগিয়ে আসে।

যদি ধনাত্মক আধান ঋণাত্মক আধানের সংলগ্ন থাকে, তবে তড়িৎ ক্ষেত্র রেখাগুলো ধনাত্মক আধান থেকে ঋণাত্মক আধানের দিকে আকৃষ্ট হয়। বিপরীতক্রমে, যদি একটি ধনাত্মক আধান অন্য একটি ধনাত্মক আধানের সংলগ্ন থাকে, তবে তড়িৎ ক্ষেত্র রেখাগুলো প্রতিটি ধনাত্মক আধান থেকে বাইরের দিকে এবং পরস্পর থেকে দূরে আকৃষ্ট হয়।

দ্বিতীয়ত, তড়িৎ ক্ষেত্ররেখাগুলোর মধ্যবর্তী দূরত্ব দ্বারা তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য প্রকাশ করা হয়। তড়িৎ ক্ষেত্ররেখাগুলোর মধ্যবর্তী দূরত্ব যত কম হয়, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তত বেশি হয় এবং তড়িৎ ক্ষেত্ররেখাগুলোর মধ্যবর্তী দূরত্ব যত বেশি হয়, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তত কম হয়।

রেখাগুলোর মধ্যে দূরত্ব যত কম হয়, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তত বেশি হয় কেন? এটি বোঝার জন্য, নিচের ব্যাখ্যাটি দেখুন। ধরা যাক, একটি গোলকের কেন্দ্রে একটি ধনাত্মক আধান রয়েছে এবং তড়িৎ ক্ষেত্র রেখাগুলো গোলকটির পৃষ্ঠতল জুড়ে বিভিন্ন দিকে ছড়িয়ে আছে। যদি তড়িৎ ক্ষেত্র রেখার সংখ্যা N হয় এবং গোলকটির পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল 4πr² হয় ^, তাহলে প্রতি একক ক্ষেত্রফলে রেখার সংখ্যা বা রেখা ঘনত্ব হবে N/4πr² ^। এই সূত্র অনুসারে, একই N-এর জন্য, r যত ছোট হয়, রেখাগুলোর মধ্যে দূরত্ব তত কমে আসে এবং r যত বড় হয়, রেখাগুলোর মধ্যে দূরত্ব তত বেড়ে যায়।

তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্যের সূত্র E = kq / r² ^থেকে আরও দেখা যায় যে, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক। r যত ছোট হয়, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তত বেশি হয়, এবং r যত বড় হয়, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তত কমে যায়।

উপরোক্ত পর্যালোচনার ভিত্তিতে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, r যত ছোট হয় (চার্জের যত কাছে যাওয়া যায়), তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তত বাড়ে এবং রেখাগুলোর মধ্যবর্তী দূরত্বও তত কমে। বিপরীতক্রমে, r যত বড় হয় (চার্জ থেকে যত দূরে যাওয়া যায়), তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তত কমে এবং রেখাগুলোর মধ্যবর্তী দূরত্বও তত বেড়ে যায়।

তৃতীয়ত, ক্ষেত্ররেখার সংখ্যা তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্যের সমানুপাতিক। ক্ষেত্ররেখার সংখ্যা যত বেশি হয়, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্যও তত বেশি হয়। ক্ষেত্ররেখার সংখ্যা যত কম হয়, তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্যও তত কম হয়।