বৈদ্যুতিক বিভব

পেনজারটিয়ান

বৈদ্যুতিক বিভবকে প্রতি একক বৈদ্যুতিক আধানের স্থিতিশক্তি হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় । ধরা যাক, 'a' বিন্দুতে q আধানের স্থিতিশক্তি EP _a , তাহলে 'a' বিন্দুর বিভবকে নিম্নরূপে প্রকাশ করা হয়:

বর্ণনা: V = বৈদ্যুতিক বিভব, EP = বৈদ্যুতিক বিভব শক্তি, q = বৈদ্যুতিক আধান।

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

গতিশক্তি (EP) এবং বৈদ্যুতিক আধান (electric charge) হলো স্কেলার রাশি, তাই V-ও একটি স্কেলার রাশি। গতিশক্তির আন্তর্জাতিক একক হলো জুল (Joule) এবং বৈদ্যুতিক আধানের আন্তর্জাতিক একক হলো কুলম্ব (Culomb), সুতরাং V-এর আন্তর্জাতিক একক হলো জুল প্রতি কুলম্ব (J/C)। জুল প্রতি কুলম্বের অপর নাম হলো ভোল্ট (Volt), যা ইতালীয় বিজ্ঞানী এবং বৈদ্যুতিক ব্যাটারির আবিষ্কারক আলেসান্দ্রো ভোল্টার (১৭৪৫-১৮২৭) নাম থেকে উদ্ভূত।

বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য

কোনো একটি বিন্দুতে বিভব পার্থক্য (V), যেমন 'a' বিন্দুতে V, অর্থাৎ V _a , জানা সম্ভব নয়, কারণ বিভবের পরিবর্তনই এখানে অর্থবহ। বিভব পরিবর্তনের মান গণনা অথবা পরিমাপের মাধ্যমে জানা যায়। যখন আধান q এক বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে যায়, তখন বিভব পার্থক্যের পরিবর্তন ঘটে। ধরা যাক, আধান q 'a' বিন্দু থেকে 'b' বিন্দুতে গেল, তাহলে বিভব পরিবর্তন হবে:

V _ab হলো একটি তড়িৎ ক্ষেত্রের দুটি বিন্দুর, যেমন a এবং b বিন্দুর, মধ্যবর্তী বিভব পার্থক্য। a এবং b বিন্দুর মধ্যবর্তী বিভব পার্থক্য (V _ab ) হলো, কোনো তড়িৎ আধান যখন a বিন্দু থেকে b বিন্দুতে যায়, তখন তড়িৎ বল দ্বারা একক আধানের উপর কৃত কাজের (W _ab /q) সমান। উল্লেখ্য যে, কোনো আধান q যখন a বিন্দু থেকে b বিন্দুতে যায়, তখন তড়িৎ বল দ্বারা কৃত কাজ (W _ab ) হলো আধান q-এর বিভব শক্তির পরিবর্তনের (ΔEP) সমান। সুতরাং, উপরের সমীকরণে ΔEP-কে W _ab দ্বারা প্রতিস্থাপন করা যায় ।

যখন কোনো বস্তু ভূমি থেকে একটি নির্দিষ্ট উচ্চতায় থাকে, তখন তার মহাকর্ষীয় বিভব শক্তি থাকে, যেখানে ভূমির পৃষ্ঠকে একটি নির্দেশক বিন্দু হিসেবে ব্যবহার করা হয়। এক্ষেত্রে, ভূমির পৃষ্ঠের উচ্চতা এবং ঠিক ভূমির পৃষ্ঠে থাকা মহাকর্ষীয় বিভব শক্তিকে শূন্য ধরা হয়। মহাকর্ষীয় বিভব শক্তির মতোই, যখন আমরা বলি যে একটি বিন্দুর একটি নির্দিষ্ট বিভব আছে, তখন অন্য একটি বিন্দুকে নির্দেশক বিন্দু হিসেবে ব্যবহার করতে হয়, কারণ শুধুমাত্র বিভব পার্থক্যই গণনা করা যায়। সাধারণত, ভূমি বা ভূমির সাথে সংযুক্ত একটি বৈদ্যুতিক পরিবাহীকে নির্দেশক বিন্দু হিসেবে বেছে নেওয়া হয়, যেখানে পরিবাহীর বিভব বা ভূমির বিভবকে শূন্য ধরা হয়। সুতরাং, যদি একটি বিন্দুর বিভব ১২ ভোল্ট হয়, তবে সেই বিন্দু এবং ভূমির মধ্যে বিভব পার্থক্য হবে ১২ ভোল্ট। একটি ৬ ভোল্টের ব্যাটারিতে, ধনাত্মক প্রান্ত এবং ঋণাত্মক প্রান্তের মধ্যে বিভব পার্থক্য হলো ৬ ভোল্ট। যেহেতু বিভব পার্থক্যের একক ভোল্ট, তাই দুটি বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্যকে সাধারণত বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ বলা হয়।

উপরের বিভব পার্থক্য সমীকরণটিকে আবার নিচে বর্ণিত উপায়ে লেখা যেতে পারে:

যদি q আধান V বিভব পার্থক্যের মধ্য দিয়ে যায়_ab তখন বিভব শক্তির পরিবর্তন হয় ΔEP পরিমাণ। উদাহরণস্বরূপ, যদি 2 কুলম্ব চার্জ 12 ভোল্টের বিভব পার্থক্যের মধ্যে দিয়ে যায়, তবে বিভব শক্তির পরিবর্তন হয় (2 C)(12 V) = 24 জুল। একইভাবে, যদি 4 কুলম্ব চার্জ 24 ভোল্টের বিভব পার্থক্যের মধ্যে দিয়ে যায়, তবে বিভব শক্তির পরিবর্তন হয় (4 C)(24 V) = 96 জুল।

সুতরাং বিভব শক্তির পরিবর্তন (ΔEP) আধান (q) এবং বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ (Vab ₎ -এর সমানুপাতিক । বৈদ্যুতিক আধান এবং/অথবা বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ যত বেশি হবে, বিভব শক্তির পরিবর্তনও তত বেশি হবে। বিভব শক্তি কাজ করার ক্ষমতার সাথে সম্পর্কিত, তাই বিভব শক্তির পরিবর্তন বেশি হলে কাজ করার ক্ষমতাও বেশি হয়।

উপরের বিভব পার্থক্য সমীকরণটি সাধারণ। আরও বিশদ V সমীকরণ পেতে, একটি সমসত্ত্ব তড়িৎ ক্ষেত্রের বিভব পার্থক্য এবং একটি একক আধান দ্বারা উৎপন্ন বিভব পার্থক্য বিবেচনা করুন।

সমজাতীয় বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র

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

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

একক লোড

একটি একক আধানের উপস্থিতির কারণে কোনো বিন্দুতে সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রের বিভব নিম্নলিখিত সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা যায়:

বর্ণনা: V _ab = দুটি বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য, k = কুলম্বের ধ্রুবক, Q = একটি একক আধান যা তড়িৎ ক্ষেত্র উৎপন্ন করে, r = আধান Q এবং যে বিন্দুতে বিভব গণনা করা হয় তার মধ্যবর্তী দূরত্ব।

তড়িৎ ক্ষেত্র এবং বিভবের মধ্যে সম্পর্ক

তড়িৎ ক্ষেত্র একটি ভেক্টর রাশি, অপরদিকে বিভব একটি স্কেলার রাশি। ভেক্টর রাশির দিক থাকে, তাই স্কেলার রাশির তুলনায় এদের গণনা করা বেশি কঠিন। গণনা সহজ করার জন্য, তড়িৎ ক্ষেত্র ও বিভবের মধ্যকার সম্পর্ক প্রকাশ করতে একটি সমীকরণ ব্যবহার করা হয়।
পূর্বে ব্যাখ্যা করা বিভব পার্থক্য সমীকরণটি নিম্নরূপে পুনরায় লেখা হলো:

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 পাওয়া যায়:

বর্ণনা: E = তড়িৎ ক্ষেত্র, V _ab = দুটি বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য, যেমন বিন্দু a এবং b, d = দুটি বিন্দুর মধ্যবর্তী দূরত্ব।

বিভব পার্থক্যের একক ভোল্ট এবং দূরত্বের একক মিটার, ফলে তড়িৎ ক্ষেত্রকে ভোল্ট প্রতি মিটার (V/m) এককে প্রকাশ করা যায়।
দুটি বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য এবং তাদের মধ্যবর্তী দূরত্ব জানা থাকলে, এই সমীকরণটি ব্যবহার করে একটি (সমসত্ত্ব) তড়িৎ ক্ষেত্র নির্ণয় করা যায়। সমীকরণ অনুসারে, তড়িৎ ক্ষেত্র বিভবের সমানুপাতিক এবং দূরত্বের ব্যস্তানুপাতিক। এর অর্থ হলো, বিভব যত বেশি হবে, তড়িৎ ক্ষেত্রও তত বেশি হবে এবং দূরত্ব যত বেশি হবে, তড়িৎ ক্ষেত্রও তত কম হবে।