পদার্থবিদ্যা

১. কণার জড়তার ভ্রামক

একটি ঘূর্ণায়মান কণা পর্যালোচনা করুন। m ভরের কণাটিকে F বল প্রয়োগ করা হয় যাতে কণাটি O অক্ষের সাপেক্ষে ঘোরে। কণাটি ঘূর্ণন অক্ষ থেকে r দূরত্বে অবস্থিত। প্রথমে, কণাটি স্থির থাকে (v = 0)। F বলের প্রভাবে গতিশীল হওয়ার পর, কণাটি একটি নির্দিষ্ট গতিতে চলে, যার ফলে কণাটির স্পর্শকীয় ত্বরণ সৃষ্টি হয়। বল (F), ভর (m) এবং কণার স্পর্শকীয় ত্বরণের মধ্যে সম্পর্কটি সমীকরণ ৩ দ্বারা প্রকাশ করা হয়:

আরও পড়ুন

তড়িৎ প্রবাহের সংজ্ঞা

তামার মতো পরিবাহীতে ইলেকট্রন থাকে যা উচ্চ গতিতে এলোমেলোভাবে অবাধে চলাচল করে কিন্তু ধাতু থেকে বেরিয়ে যায় না। যে ইলেকট্রনগুলো অবাধে চলাচল করতে পারে, তাদের মুক্ত ইলেকট্রন বলা হয়। যদিও ইলেকট্রনগুলো সব দিকে অবাধে চলাচল করে, কোনো একটি নির্দিষ্ট দিকে ইলেকট্রনের মোট প্রবাহ থাকে না। এই অবস্থাটি ঘটে যখন তামার তারের দুই প্রান্তের মধ্যে কোনো বিভব পার্থক্য থাকে না।

যখন কোনো তারকে বৈদ্যুতিক উৎসের সাথে সংযুক্ত করা হয়, তখন তামার তারের দুই প্রান্তের মধ্যে একটি বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হয়, যার ফলে তামার তারের অভ্যন্তরে একটি তড়িৎ ক্ষেত্র আবির্ভূত হয়। তড়িৎ ক্ষেত্রের উপস্থিতির কারণে মুক্ত ইলেকট্রনগুলো F = q E = e E তড়িৎ বল অনুভব করে, যেখানে F = তড়িৎ বল , e = ইলেকট্রনের আধান, E = তড়িৎ ক্ষেত্র । এই তড়িৎ বলের কারণে মুক্তভাবে গতিশীল সমস্ত ইলেকট্রন একত্রে ত্বরান্বিত হয়, যা তড়িৎ বলের দিকের অনুরূপ।

আরও পড়ুন

ক্যাপাসিটরের সংজ্ঞা সম্পর্কিত প্রবন্ধ

ক্যাপাসিটরের সংজ্ঞা হলো এমন একটি যন্ত্র যা বৈদ্যুতিক আধান এবং বৈদ্যুতিক বিভব শক্তি সঞ্চয় করে। একটি সাধারণ ক্যাপাসিটর দুটি পরিবাহী পাত বা শিট নিয়ে গঠিত, যেগুলো একে অপরের কাছাকাছি রাখা হয় কিন্তু স্পর্শ করে না এবং একটি অন্তরক বা শূন্যস্থান দ্বারা পৃথক থাকে। পরিবাহী হলো সেইসব পদার্থ যা বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে, যেমন ধাতু; অপরদিকে অন্তরক হলো সেইসব পদার্থ যা বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না, যেমন প্লাস্টিক।

প্রথমে, দুটি পরিবাহী বৈদ্যুতিকভাবে চার্জিত বা বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ থাকে। একটি পরিবাহীকে ধনাত্মক চার্জিত এবং অন্যটিকে ঋণাত্মক চার্জিত করার জন্য, এক পরিবাহী থেকে অন্য পরিবাহীতে ইলেকট্রনের স্থানান্তর অবশ্যই ঘটতে হবে। ইলেকট্রনগুলো পরমাণুর পৃষ্ঠে থাকে, তাই এদের চলাচল করা সহজ। ইলেকট্রনগুলো এক পরিবাহী থেকে অন্য পরিবাহীতে স্থানান্তরিত হওয়ার পর, পরিবাহী দুটির মধ্যে একটিতে ইলেকট্রনের আধিক্য দেখা দেয় (প্রোটনের অভাব)।

ফলে এটি ঋণাত্মকভাবে চার্জিত হয়, অপরদিকে অন্য পরিবাহীটিতে ইলেকট্রনের ঘাটতি (অতিরিক্ত প্রোটন) থাকায় সেটি ধনাত্মকভাবে চার্জিত হয়। ক্যাপাসিটরে বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চয় বিষয়ক আলোচনায় ক্যাপাসিটরে বৈদ্যুতিক চার্জ আরোপের প্রক্রিয়ার একটি বিশদ বিবরণ পর্যালোচনা করা হয়েছে।

আরও পড়ুন

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।

আরও পড়ুন

বৈদ্যুতিক বিভব শক্তি সম্পর্কিত প্রবন্ধ

এই বিষয়টি অধ্যয়ন করার আগে, প্রথমে কাজ, সংরক্ষণশীল বল, বিভব শক্তির সাথে সংরক্ষণশীল বলের সম্পর্ক , বৈদ্যুতিক বল এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সম্পর্কে বুঝুন।

বৈদ্যুতিক বল হলো সংরক্ষণশীল বল

মহাকর্ষ বল এবং স্প্রিং বল ছাড়াও, সংরক্ষণশীল বলের আরেকটি উদাহরণ হলো তড়িৎ বল। তড়িৎ বলকে কেন সংরক্ষণশীল বল বলা হয়, তা আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য নিচের ব্যাখ্যাটি বুঝুন।

আরও পড়ুন

গাউসের সূত্র ব্যবহার করে তড়িৎ ক্ষেত্র নির্ণয় সম্পর্কিত প্রবন্ধ

একটি একক বিন্দু চার্জ দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্র

একটি একক ধনাত্মক আধান দ্বারা উৎপন্ন তড়িৎ ক্ষেত্র গণনা করার জন্য, প্রথম ধাপ হলো r ব্যাসার্ধের একটি গোলকীয় গাউস পৃষ্ঠ নির্বাচন করা, যেখানে গোলকটির কেন্দ্রটি একক আধানটির উপর অবস্থিত। গোলকটির পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল হলো 4πr²।².

গোলকের কেন্দ্র থেকে নির্গত তড়িৎ ক্ষেত্রটি গোলকের পৃষ্ঠতলে লম্বভাবে প্রবেশ করে, ফলে তড়িৎ ফ্লাক্সের সূত্রটি হয় Φ = E A। গাউসের সূত্রটি হলো Φ = Q/ε _o

আরও পড়ুন

গাউসের সূত্র সম্পর্কে প্রবন্ধ

কুলম্বের সূত্র প্রসঙ্গে , তড়িৎ আধানের মধ্যকার বল নিয়ে অধ্যয়ন করা হয়েছে। তড়িৎ ক্ষেত্রের একটি পর্যালোচনায়, কুলম্বের সূত্রের আরেকটি রূপ আলোচনা করা হয়েছে, যা F = q E সমীকরণ দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

যেখানে F হলো তড়িৎ বল, q হলো তড়িৎ আধান এবং E হলো তড়িৎ ক্ষেত্র। বলা যেতে পারে যে, কুলম্বের সূত্র হলো পদার্থবিজ্ঞানের এমন একটি সূত্র যা তড়িৎ আধান (q) এবং তড়িৎ ক্ষেত্র (E)-এর মধ্যকার সম্পর্ক ব্যাখ্যা করে।

গাউসের সূত্র পদার্থবিজ্ঞানের আরেকটি সূত্র যা তড়িৎ আধান এবং তড়িৎ ক্ষেত্রের মধ্যকার সম্পর্ক ব্যাখ্যা করে। গাউসের সূত্রটি প্রণয়ন করেন কার্ল ফ্রেডরিখ গাউস (১৭৭৭-১৮৫৫), যিনি ছিলেন একজন জার্মান তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানী ও গণিতবিদ।

আরও পড়ুন

তড়িৎ ফ্লাক্সের সংজ্ঞা

তড়িৎ ক্ষেত্র প্রসঙ্গে, এর সংজ্ঞা ও সমীকরণ নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে, যা একটি, একাধিক বা কোনো তড়িৎ আধান দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য গণনা করতে ব্যবহার করা যায়। একটি বা দুটি তড়িৎ আধান দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্যের গণনা তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্যের সূত্র ব্যবহার করে সহজেই সমাধান করা যায়। যদি কোনো তড়িৎ আধান বিন্যাস দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য গণনা করতে হয়, তবে তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্যের সূত্র ব্যবহার করলে গণনাটি আরও জটিল হয়ে পড়ে, কিন্তু গাউসের সূত্র ব্যবহার করা সহজতর । গাউসের সূত্র গভীরভাবে অধ্যয়ন করার আগে, প্রথমে তড়িৎ ফ্লাক্স সম্পর্কে বুঝতে হবে, কারণ গাউসের সূত্রে তড়িৎ ফ্লাক্সের ধারণাটি ব্যবহৃত হয়।

আরও পড়ুন