বৈদ্যুতিক বিভব

বৈদ্যুতিক বিভবের সংজ্ঞা

বৈদ্যুতিক বিভবকে প্রতি একক আধানের বৈদ্যুতিক বিভব শক্তি হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় । ধরা যাক, যখন আধান q বিন্দু a-তে থাকে, তখন এর বৈদ্যুতিক বিভব শক্তি EP _a- এর সমান হয় , তাহলে বিন্দু a-তে বৈদ্যুতিক বিভবকে নিম্নরূপে সূত্রবদ্ধ করা হয়:

V = বৈদ্যুতিক বিভব, EP = বৈদ্যুতিক বিভব শক্তি, q = বৈদ্যুতিক আধান

V শুধুমাত্র 'a' বিন্দুতেই নয়, বরং তড়িৎ ক্ষেত্রের সকল বিন্দুতেই বিদ্যমান। 'a' বিন্দুটি একটি উদাহরণ হিসেবে ব্যবহৃত হয়েছে। যেমনটি পরে ব্যাখ্যা করা হবে, V আধান q-এর উপর নির্ভর করে না।

বৈদ্যুতিক শক্তি (EP) এবং বৈদ্যুতিক চার্জ স্কেলার রাশি হওয়ায় V-তেও স্কেলার রাশি অন্তর্ভুক্ত থাকে। বৈদ্যুতিক শক্তির আন্তর্জাতিক একক হলো জুল এবং বৈদ্যুতিক চার্জের আন্তর্জাতিক একক হলো কুলম্ব, তাই V-এর আন্তর্জাতিক একক হলো জুল প্রতি কুলম্ব (J/C)। J/C-এর আরেকটি নাম হলো ভোল্ট, যা ইতালীয় বিজ্ঞানী এবং বৈদ্যুতিক ব্যাটারির আবিষ্কারক আলেসান্দ্রো ভোল্টার (১৭৪৫-১৮২৭) নাম থেকে উদ্ভূত।

বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য

কোনো একটি বিন্দুর বিভব (V), যেমন 'a' বিন্দুর বিভব (V), অর্থাৎ V _a , জানা সম্ভব নয়, কারণ সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হলো বৈদ্যুতিক বিভবের পরিবর্তন। বৈদ্যুতিক বিভবের পরিবর্তন গণনা বা পরিমাপের মাধ্যমে এর মান থেকে জানা যায়। যখন আধান q এক বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে যায়, তখন বিভবের পরিবর্তন হয়। ধরা যাক, আধান q 'a' বিন্দু থেকে 'b' বিন্দুতে গেল, তাহলে বিভবের পরিবর্তন হবে:

Vab হলো একটি তড়িৎ ক্ষেত্রের দুটি বিন্দুর, যেমন a এবং b বিন্দুর, মধ্যেকার বিভব পার্থক্য। a এবং b বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য (V _ab ) হলো, কোনো তড়িৎ আধানের একক প্রতি a বিন্দু থেকে b বিন্দুতে স্থানান্তরের সময় তড়িৎ বল দ্বারা কৃত কাজের (W _ab / q) সমান। উল্লেখ্য যে, q আধানের a বিন্দু থেকে b বিন্দুতে স্থানান্তরের সময় তড়িৎ বল দ্বারা কৃত কাজ (W _ab ) হলো q আধানের তড়িৎ বিভব শক্তির পরিবর্তনের (ΔEP) সমান। সুতরাং, উপরের সমীকরণে ΔEP-কে W _ab দ্বারা প্রতিস্থাপন করা যায় ।

যখন কোনো বস্তু ভূপৃষ্ঠ থেকে একটি নির্দিষ্ট উচ্চতায় থাকে, তখন তার মহাকর্ষীয় বিভব শক্তি থাকে, যেখানে ভূপৃষ্ঠকে একটি নির্দেশক বিন্দু হিসেবে ব্যবহার করা হয়। এক্ষেত্রে, ভূপৃষ্ঠের উচ্চতা এবং ঠিক ভূপৃষ্ঠের মহাকর্ষীয় বিভব শক্তিকে শূন্য ধরা হয়। মহাকর্ষীয় বিভব শক্তির মতোই, যখন আমরা কোনো একটি বিন্দুর একটি নির্দিষ্ট বৈদ্যুতিক বিভব আছে বলে উল্লেখ করি, তখন সেটিকে অবশ্যই অন্য একটি বিন্দুকে নির্দেশক বিন্দু হিসেবে ব্যবহার করতে হবে এবং এক্ষেত্রে শুধুমাত্র গণনাযোগ্য বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যকে বিবেচনা করা হয়। সাধারণত, ভূমি বা ভূমির সাথে সংযুক্ত বৈদ্যুতিক পরিবাহীকে নির্দেশক বিন্দু হিসেবে বেছে নেওয়া হয়, যেখানে পরিবাহীর বৈদ্যুতিক বিভব বা ভূমির বৈদ্যুতিক বিভবকে শূন্য ধরা হয়। সুতরাং, যদি কোনো একটি বিন্দুর বৈদ্যুতিক বিভব ১২ ভোল্ট হয়, তবে সেই বিন্দু এবং ভূমির মধ্যে বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য হবে ১২ ভোল্ট। একটি ৬ ভোল্টের ব্যাটারিতে, ধনাত্মক প্রান্ত এবং ঋণাত্মক প্রান্তের মধ্যে বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য হলো ৬ ভোল্ট। যেহেতু বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যের একক হলো ভোল্ট, তাই দুটি বিন্দুর মধ্যে বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যকে সাধারণত ভোল্টেজ বলা হয়।

উপরোক্ত বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য সমীকরণটিকে আবার নিম্নরূপে লেখা যেতে পারে:

যদি q আধান V _ab তড়িৎ বিভব পার্থক্যের মধ্য দিয়ে যায় , তবে বিভব শক্তির পরিবর্তন হয় ΔEP। উদাহরণস্বরূপ, 2 কুলম্ব আধান 12 ভোল্টের তড়িৎ বিভব পার্থক্যের মধ্য দিয়ে গেলে, তড়িৎ বিভব শক্তির পরিবর্তন হয় (2 C)(12 V) = 24 জুল। একইভাবে, 4 কুলম্ব আধান 24 ভোল্টের তড়িৎ বিভব পার্থক্যের মধ্য দিয়ে গেলে, তড়িৎ বিভব শক্তির পরিবর্তন হয় (4 C)(24 V) = 96 জুল।

সুতরাং, বৈদ্যুতিক বিভব শক্তির পরিবর্তন (ΔEP) আধান (q) এবং ভোল্টেজ (V _ab )-এর সমানুপাতিক। বৈদ্যুতিক আধান এবং ভোল্টেজ যত বেশি হবে, বৈদ্যুতিক বিভব শক্তির পরিবর্তনও তত বেশি হবে। বিভব শক্তি কাজ করার ক্ষমতার সাথে সম্পর্কিত, তাই যদি বৈদ্যুতিক বিভব শক্তির পরিবর্তন উল্লেখযোগ্য হয়, তবে কাজ করার ক্ষমতাও উল্লেখযোগ্য হবে।

উপরে উল্লিখিত V পার্থক্যের সমীকরণটি সাধারণ। আরও বিস্তারিত V সমীকরণ পেতে হলে, সমসত্ত্ব তড়িৎ ক্ষেত্রের তড়িৎ বিভব পার্থক্য এবং একটিমাত্র আধান দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ বিভব পার্থক্য পর্যালোচনা করুন।

সমসত্ত্ব বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিক বিভব

একটি সমসত্ত্ব তড়িৎ ক্ষেত্রের দুটি বিন্দুর, যেমন বিন্দু a এবং বিন্দু b-এর, V-এর পার্থক্য নিচের সমীকরণটি ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:

V _ab = দুটি বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য, E = তড়িৎ ক্ষেত্র, এবং d = দুটি বিন্দুর মধ্যবর্তী দূরত্ব।

একক চার্জ দ্বারা উৎপাদিত V

একটি একক আধানের কারণে কোনো বিন্দুতে সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রের ভোল্টেজ (V) নিম্নলিখিত সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:

V _ab = দুটি বিন্দুর মধ্যে ভোল্টেজের পার্থক্য, k = কুলম্ব ধ্রুবক, Q = একক আধান যা তড়িৎ ক্ষেত্র উৎপন্ন করে, r = আধান Q এবং যে বিন্দুতে ভোল্টেজ গণনা করা হয় তার মধ্যবর্তী দূরত্ব

তড়িৎ ক্ষেত্র (E) এবং তড়িৎ বিভব (V) এর মধ্যে সম্পর্ক

তড়িৎ ক্ষেত্র E একটি ভেক্টর রাশি, অপরদিকে V একটি স্কেলার রাশি। ভেক্টর রাশির দিক থাকে, তাই স্কেলার রাশির তুলনায় এর গণনা করা আরও কঠিন। তড়িৎ ক্ষেত্রের গণনা সহজ করার জন্য, এমন একটি সমীকরণ ব্যবহার করা হয় যা তড়িৎ ক্ষেত্র এবং V-এর মধ্যে সম্পর্কটি প্রকাশ করে।

পূর্বে বর্ণিত বিভব পার্থক্য সমীকরণটি নিম্নরূপে পুনরায় লেখা হয়:

গাণিতিকভাবে, কাজ হলো বল এবং সরণের গুণফল, যেখানে বল হলো আধান এবং তড়িৎ ক্ষেত্রের গুণফল। কাজ, বল এবং সরণের মধ্যকার সম্পর্কটি নিচের সমীকরণের মাধ্যমে প্রকাশ করা হয়:

উপরের দুটি সমীকরণকে একত্রিত করলে, নিচে দেখানো নতুন সমীকরণটি তৈরি হয়:

E = তড়িৎ ক্ষেত্র, V _ab = a এবং b-এর মতো দুটি বিন্দুর মধ্যে তড়িৎ বিভব পার্থক্য, d = দুটি বিন্দুর মধ্যবর্তী দূরত্ব

বিভব পার্থক্যের একক হলো ভোল্ট এবং দূরত্বের একক হলো মিটার, ফলে তড়িৎ ক্ষেত্রকে ভোল্ট প্রতি মিটার (V/m) এককে প্রকাশ করা যায়।

এই সমীকরণটি দুটি বিন্দুর বিভব পার্থক্য এবং তাদের মধ্যবর্তী দূরত্বের সাপেক্ষে তড়িৎ (সমসত্ত্ব) ক্ষেত্র নির্ণয় করতে ব্যবহার করা যায়। সমীকরণ অনুসারে, তড়িৎ ক্ষেত্র V-এর সমানুপাতিক এবং দূরত্বের ব্যস্তানুপাতিক। এর অর্থ হলো, V যত বেশি হবে, তড়িৎ ক্ষেত্রও তত বেশি হবে এবং দূরত্ব যত বেশি হবে, তড়িৎ ক্ষেত্রও তত কম হবে।