বিজ্ঞানী টিমটিম
আজ রাতের আকাশঢাকার আকাশে আজ রাতে কী দেখা যাবে?লাইভ ম্যাপ

এসএসসি পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ১১

চল বিদ্যুৎ

এক কথায়

চল বিদ্যুৎ মানে পরিবাহীর ভেতর দিয়ে আধানের প্রবাহ। প্রবাহ I = Q/t, একক অ্যাম্পিয়ার। দুই বিন্দুর বিভব পার্থক্য আধানকে ঠেলে নেয়, আর রোধ বাধা দেয়। স্থির তাপমাত্রায় ও'মের সূত্র V = IR। শ্রেণি সংযোগে রোধ যোগ হয়, সমান্তরালে উল্টো রোধ যোগ হয়। বিদ্যুৎ বিল হয় কিলোওয়াট-ঘণ্টা (ইউনিট) হিসাবে।

তড়িৎ প্রবাহ কী

একটা তারের ভেতর অসংখ্য মুক্ত ইলেকট্রন এলোমেলো ঘুরে বেড়ায়। তারের দুই প্রান্তে ব্যাটারি লাগালে এরা একদিকে সরতে শুরু করে। কোনো প্রস্থচ্ছেদ দিয়ে একক সময়ে যে পরিমাণ আধান যায়, সেটাই তড়িৎ প্রবাহ।

প্রবাহের SI একক অ্যাম্পিয়ার (A)। কোনো প্রস্থচ্ছেদ দিয়ে ১ সেকেন্ডে ১ কুলম্ব আধান গেলে প্রবাহ ১ অ্যাম্পিয়ার। একটা ছোট মজার তথ্য: প্রচলিত প্রবাহের দিক ধরা হয় ধনাত্মক প্রান্ত থেকে ঋণাত্মক প্রান্তের দিকে, অথচ ইলেকট্রন আসলে চলে উল্টো দিকে। ইলেকট্রন আবিষ্কারের আগেই দিকটা ঠিক করা হয়েছিল, তাই এই নিয়মটা রয়ে গেছে।

  • একমুখী প্রবাহ (DC): দিক বদলায় না, যেমন ব্যাটারি থেকে পাওয়া প্রবাহ।
  • পর্যায়বৃত্ত বা দিক পরিবর্তী প্রবাহ (AC): নির্দিষ্ট সময় পরপর দিক বদলায়। বাংলাদেশে বাসাবাড়ির সরবরাহ 220 V, 50 Hz।

I = Q / t

Q = It

বিভব, বিভব পার্থক্য ও তড়িচ্চালক শক্তি

পানি যেমন উঁচু থেকে নিচে নামে, ধনাত্মক আধানও তেমনি উচ্চ বিভব থেকে নিম্ন বিভবের দিকে যায়। দুই বিন্দুর মধ্যে একক ধনাত্মক আধান সরাতে যে কাজ হয়, সেটাই বিভব পার্থক্য। এর একক ভোল্ট (V); ১ কুলম্ব আধান সরাতে ১ জুল কাজ হলে বিভব পার্থক্য ১ ভোল্ট।

তড়িচ্চালক শক্তি (emf) হলো উৎস, যেমন কোষ, একক আধানকে পুরো বর্তনীতে একবার ঘোরাতে যে শক্তি দেয়। এটাও ভোল্টে মাপা হয়। নাম 'শক্তি' হলেও এটা আসলে বল নয়, একক আধানপ্রতি শক্তি।

V = W / Q

W = VQ = VIt

রোধ ও আপেক্ষিক রোধ

পরিবাহীর যে ধর্ম প্রবাহকে বাধা দেয়, সেটাই রোধ। একক ও'ম (Ω)। কোনো পরিবাহীর দুই প্রান্তে ১ ভোল্ট বিভব পার্থক্যে ১ অ্যাম্পিয়ার প্রবাহ চললে তার রোধ ১ ও'ম।

রোধ নির্ভর করে চারটি জিনিসের ওপর: তারের দৈর্ঘ্য (L), প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল (A), উপাদান এবং তাপমাত্রা। লম্বা তারে রোধ বেশি, মোটা তারে কম। এ কারণেই এসি বা পানির পাম্পের মতো বেশি প্রবাহের যন্ত্রে মোটা তার লাগে। ধাতব পরিবাহীর তাপমাত্রা বাড়লে রোধও বাড়ে।

আপেক্ষিক রোধ (ρ) উপাদানের নিজস্ব ধর্ম, একক ও'ম-মিটার (Ω m)। তামার আপেক্ষিক রোধ খুব কম, তাই বৈদ্যুতিক তারে তামা ব্যবহার হয়। নাইক্রোমের আপেক্ষিক রোধ বেশি, তাই ইস্ত্রি ও হিটারের কয়েলে এটি থাকে।

  • পরিবাহী: সহজে প্রবাহ চলে, যেমন তামা, অ্যালুমিনিয়াম।
  • অন্তরক: প্রায় চলে না, যেমন রাবার, প্লাস্টিক, কাচ।
  • অর্ধপরিবাহী: মাঝামাঝি, যেমন সিলিকন, জার্মেনিয়াম।

R = ρL / A

ও'মের সূত্র

তাপমাত্রা ও অন্যান্য ভৌত অবস্থা স্থির থাকলে কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত তড়িৎ প্রবাহ তার দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্যের সমানুপাতিক। এটাই ও'মের সূত্র।

V বনাম I লেখচিত্র আঁকলে মূলবিন্দুগামী একটা সরলরেখা পাওয়া যায়, আর রেখার ঢাল হলো রোধ R। মনে রাখো, সব যন্ত্র ও'মের সূত্র মানে না। ফিলামেন্ট বাল্ব গরম হলে রোধ বাড়ে, আর ডায়োডের লেখচিত্র সরলরেখা হয় না।

V ∝ I

V = IR

I = V / R

R = V / I

রোধের শ্রেণি সংযোগ

রোধগুলো একটার পর একটা এক লাইনে জুড়লে শ্রেণি সংযোগ হয়। এখানে সব রোধে একই প্রবাহ চলে, কিন্তু মোট বিভব পার্থক্য রোধগুলোর মধ্যে ভাগ হয়ে যায়। তুল্য রোধ সবচেয়ে বড় রোধটির চেয়েও বেশি।

অসুবিধা: একটা অংশ নষ্ট হলে পুরো বর্তনী বন্ধ। পুরোনো ধাঁচের সিরিজ আলোকসজ্জায় একটা বাতি কাটলে সব নিভে যেত ঠিক এই কারণে।

Rs = R1 + R2 + R3

V = V1 + V2 + V3

রোধের সমান্তরাল সংযোগ

রোধগুলোর এক প্রান্ত এক বিন্দুতে আর অন্য প্রান্ত আরেক বিন্দুতে জুড়লে সমান্তরাল সংযোগ হয়। এখানে প্রতিটি রোধের দুই প্রান্তে বিভব পার্থক্য একই, কিন্তু মোট প্রবাহ শাখাগুলোতে ভাগ হয়। তুল্য রোধ সবচেয়ে ছোট রোধটির চেয়েও কম।

বাসাবাড়ির ফ্যান, বাতি, ফ্রিজ সব সমান্তরালে থাকে। তাই প্রতিটি যন্ত্র পুরো 220 V পায়, আর একটা বন্ধ করলে বাকিগুলো চলতেই থাকে।

1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

দুটি রোধের জন্য: Rp = R1R2 / (R1 + R2)

I = I1 + I2 + I3

তড়িৎ ক্ষমতা ও শক্তি

কোনো যন্ত্র প্রতি সেকেন্ডে যে পরিমাণ তড়িৎ শক্তি ব্যবহার করে, সেটাই তড়িৎ ক্ষমতা। একক ওয়াট (W)। একটা বাল্বের গায়ে '220 V, 60 W' লেখা থাকলে মানে, 220 V সরবরাহে সেটি প্রতি সেকেন্ডে 60 J শক্তি ব্যবহার করে।

তড়িৎ শক্তির SI একক জুল, কিন্তু বিদ্যুৎ বিলে ব্যবহার হয় কিলোওয়াট-ঘণ্টা (kWh), যাকে সাধারণভাবে ১ ইউনিট বলে। 1 kWh = 1000 W × 3600 s = 3.6 × 10^6 J।

P = VI = I²R = V²/R

W = Pt = VIt

1 kWh = 3.6 × 10^6 J

বিদ্যুৎ বিল হিসাব করার নিয়ম

বিল হিসাবের মূল কৌশল হলো সব কিছু কিলোওয়াট আর ঘণ্টায় নিয়ে আসা। ধাপগুলো মনে রাখো, পরীক্ষায় এই অঙ্ক প্রায় নিশ্চিতভাবে আসে।

  • ধাপ ১: প্রতিটি যন্ত্রের ক্ষমতা ওয়াট থেকে কিলোওয়াটে নাও (1000 দিয়ে ভাগ)।
  • ধাপ ২: ক্ষমতা × দৈনিক ব্যবহারের ঘণ্টা × দিনসংখ্যা = ইউনিট (kWh)।
  • ধাপ ৩: যন্ত্রসংখ্যা থাকলে সেটা দিয়ে গুণ করো, তারপর সব যন্ত্রের ইউনিট যোগ করো।
  • ধাপ ৪: মোট ইউনিট × প্রতি ইউনিটের দাম = মোট বিল।

ইউনিট = (ক্ষমতা ওয়াটে × ঘণ্টা) / 1000

বিল = মোট ইউনিট × প্রতি ইউনিটের দাম

বিদ্যুতের নিরাপদ ব্যবহার

ফিউজ ও সার্কিট ব্রেকার বর্তনীতে শ্রেণিতে বসানো হয়। প্রবাহ নির্ধারিত সীমা ছাড়ালে ফিউজের তার গলে যায় বা ব্রেকার বর্তনী কেটে দেয়, ফলে আগুন লাগা ঠেকে। ধাতব দেহের যন্ত্রে আর্থিং থাকলে কোনো ত্রুটির প্রবাহ মানুষের শরীরের বদলে মাটিতে চলে যায়।

ভেজা হাতে সুইচ না ধরা, একটা সকেটে অনেক যন্ত্র না জোড়া, আর ক্ষতিগ্রস্ত তার দ্রুত বদলানো — এই অভ্যাসগুলো সূত্রের মতোই জরুরি।

সমাধান করা অংক

উদাহরণ ১: একটি রোধের দুই প্রান্তে 12 V বিভব পার্থক্য প্রয়োগে 3 A প্রবাহ চলে। রোধের মান কত?

  1. দেওয়া আছে: V = 12 V, I = 3 A
  2. ও'মের সূত্র: R = V / I
  3. R = 12 / 3 = 4 Ω

উত্তর: রোধ 4 Ω

উদাহরণ ২: কোনো তারের মধ্য দিয়ে 0.5 A প্রবাহ 2 মিনিট চললে কত আধান প্রবাহিত হয়?

  1. t = 2 মিনিট = 120 s, I = 0.5 A
  2. Q = It
  3. Q = 0.5 × 120 = 60 C

উত্তর: 60 কুলম্ব

উদাহরণ ৩: 2 Ω, 3 Ω ও 5 Ω রোধ শ্রেণিতে 10 V উৎসে যুক্ত। বর্তনীর প্রবাহ ও 5 Ω রোধের দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য কত?

  1. তুল্য রোধ Rs = 2 + 3 + 5 = 10 Ω
  2. প্রবাহ I = V / Rs = 10 / 10 = 1 A
  3. শ্রেণিতে সব রোধে একই প্রবাহ, তাই 5 Ω রোধে V = IR = 1 × 5 = 5 V

উত্তর: প্রবাহ 1 A, বিভব পার্থক্য 5 V

উদাহরণ ৪: 6 Ω ও 3 Ω রোধ সমান্তরালে 12 V উৎসে যুক্ত। তুল্য রোধ ও মোট প্রবাহ কত?

  1. Rp = R1R2 / (R1 + R2) = (6 × 3) / (6 + 3) = 18 / 9 = 2 Ω
  2. মোট প্রবাহ I = V / Rp = 12 / 2 = 6 A
  3. যাচাই: I1 = 12/6 = 2 A, I2 = 12/3 = 4 A, যোগফল 6 A

উত্তর: তুল্য রোধ 2 Ω, মোট প্রবাহ 6 A

উদাহরণ ৫: একটি বাসায় একটি 100 W বাতি দৈনিক 5 ঘণ্টা এবং একটি 80 W ফ্যান দৈনিক 10 ঘণ্টা চলে। প্রতি ইউনিট 6 টাকা হলে 30 দিনের বিল কত?

  1. বাতি: (100 × 5 × 30) / 1000 = 15 kWh
  2. ফ্যান: (80 × 10 × 30) / 1000 = 24 kWh
  3. মোট = 15 + 24 = 39 ইউনিট
  4. বিল = 39 × 6 = 234 টাকা

উত্তর: 234 টাকা

বহুনির্বাচনী প্রশ্ন (MCQ)

  1. ১. তড়িৎ প্রবাহের SI একক কোনটি?

    • ক) ভোল্ট
    • খ) অ্যাম্পিয়ার
    • গ) ও'ম
    • ঘ) কুলম্ব
    উত্তর দেখো

    উত্তর: খ) অ্যাম্পিয়ার — ১ সেকেন্ডে ১ কুলম্ব আধান প্রবাহিত হলে প্রবাহ ১ অ্যাম্পিয়ার।

  2. ২. 1 kWh সমান কত জুল?

    • ক) 3.6 × 10^3 J
    • খ) 3.6 × 10^5 J
    • গ) 3.6 × 10^6 J
    • ঘ) 1000 J
    উত্তর দেখো

    উত্তর: গ) 3.6 × 10^6 J — 1000 W × 3600 s = 3.6 × 10^6 J।

  3. ৩. তারের দৈর্ঘ্য দ্বিগুণ করলে (অন্য সব স্থির) রোধ কী হবে?

    • ক) অর্ধেক
    • খ) দ্বিগুণ
    • গ) চারগুণ
    • ঘ) অপরিবর্তিত
    উত্তর দেখো

    উত্তর: খ) দ্বিগুণ — R = ρL/A, তাই R দৈর্ঘ্যের সমানুপাতিক।

  4. ৪. 4 Ω এর দুটি রোধ সমান্তরালে যুক্ত করলে তুল্য রোধ কত?

    • ক) 8 Ω
    • খ) 4 Ω
    • গ) 2 Ω
    • ঘ) 1 Ω
    উত্তর দেখো

    উত্তর: গ) 2 Ω — (4 × 4)/(4 + 4) = 2 Ω।

  5. ৫. শ্রেণি সংযোগে কোনটি সব রোধে একই থাকে?

    • ক) বিভব পার্থক্য
    • খ) প্রবাহ
    • গ) ক্ষমতা
    • ঘ) উৎপন্ন তাপ
    উত্তর দেখো

    উত্তর: খ) প্রবাহ — শ্রেণিতে প্রবাহের একটাই পথ, তাই প্রবাহ সর্বত্র সমান।

  6. ৬. আপেক্ষিক রোধের একক কোনটি?

    • ক) Ω
    • খ) Ω m
    • গ) Ω/m
    • ঘ) Ω m²
    উত্তর দেখো

    উত্তর: খ) Ω m — ρ = RA/L, একক Ω × m²/m = Ω m।

  7. ৭. 220 V, 1100 W একটি ইস্ত্রির মধ্য দিয়ে কত প্রবাহ চলে?

    • ক) 0.2 A
    • খ) 2 A
    • গ) 5 A
    • ঘ) 50 A
    উত্তর দেখো

    উত্তর: গ) 5 A — I = P/V = 1100/220 = 5 A।

  8. ৮. বাসাবাড়ির যন্ত্রগুলো সমান্তরালে যুক্ত থাকে কেন?

    • ক) রোধ বাড়াতে
    • খ) প্রতিটি যন্ত্র পূর্ণ ভোল্টেজ পায় ও আলাদা চালানো যায়
    • গ) বিল কমাতে
    • ঘ) প্রবাহ সমান রাখতে
    উত্তর দেখো

    উত্তর: খ) প্রতিটি যন্ত্র পূর্ণ ভোল্টেজ পায় ও আলাদা চালানো যায় — সমান্তরালে প্রতিটি শাখায় বিভব পার্থক্য সমান এবং একটি বন্ধ হলেও বাকিগুলো চলে।

সৃজনশীল প্রশ্ন

উদ্দীপক: রিনার বাসায় চারটি 40 W টিউবলাইট দৈনিক 6 ঘণ্টা, দুটি 75 W ফ্যান দৈনিক 8 ঘণ্টা এবং একটি 150 W ফ্রিজ দৈনিক 24 ঘণ্টা চলে। প্রতি ইউনিট বিদ্যুতের দাম 6 টাকা। সরবরাহ ভোল্টেজ 220 V।

  • ক) ও'মের সূত্র লেখো।
  • খ) বৈদ্যুতিক তারে তামা ব্যবহার করা হয় কেন? ব্যাখ্যা করো।
  • গ) ফ্রিজটির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত তড়িৎ প্রবাহ নির্ণয় করো।
  • ঘ) 30 দিনে রিনার বাসার বিদ্যুৎ বিল কত হবে? কোন যন্ত্রটি বিলে সবচেয়ে বেশি ভূমিকা রাখে, বিশ্লেষণ করো।
উত্তর দেখো
  1. তাপমাত্রা ও অন্যান্য ভৌত অবস্থা স্থির থাকলে কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত তড়িৎ প্রবাহ তার দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্যের সমানুপাতিক।
  2. তামার আপেক্ষিক রোধ খুব কম, তাই তারে শক্তির অপচয় ও তাপ উৎপাদন কম হয়। তামা নমনীয়, সহজে টানা যায় এবং তুলনামূলক সহজলভ্য, তাই বৈদ্যুতিক তারে এটি ব্যবহার হয়।
  3. P = VI থেকে I = P/V = 150/220 ≈ 0.68 A।
  4. টিউবলাইট: (4 × 40 × 6 × 30)/1000 = 28.8 ইউনিট; ফ্যান: (2 × 75 × 8 × 30)/1000 = 36 ইউনিট; ফ্রিজ: (150 × 24 × 30)/1000 = 108 ইউনিট। মোট = 172.8 ইউনিট, বিল = 172.8 × 6 = 1036.80 টাকা। ফ্রিজের ক্ষমতা একক যন্ত্র হিসেবে মাঝারি হলেও সেটি দিনে 24 ঘণ্টা চলে, তাই মোট ইউনিটের প্রায় 62.5% ফ্রিজের। অর্থাৎ বিল শুধু ওয়াটের ওপর নয়, ব্যবহারের সময়ের ওপরও নির্ভর করে।

উদ্দীপক: একটি বর্তনীতে 12 V কোষের সাথে 4 Ω রোধ R1 শ্রেণিতে যুক্ত। এর পর 6 Ω (R2) ও 12 Ω (R3) রোধ দুটি পরস্পর সমান্তরালে যুক্ত হয়ে R1 এর সাথে শ্রেণিতে আছে। (কোষের অভ্যন্তরীণ রোধ নগণ্য)

  • ক) রোধের একক কী?
  • খ) তাপমাত্রা বাড়লে ধাতব পরিবাহীর রোধ বাড়ে কেন?
  • গ) বর্তনীর তুল্য রোধ ও মূল প্রবাহ নির্ণয় করো।
  • ঘ) R2 ও R3 এর মধ্যে কোনটিতে বেশি প্রবাহ চলবে এবং কোনটিতে বেশি ক্ষমতা ব্যয় হবে? গাণিতিকভাবে বিশ্লেষণ করো।
উত্তর দেখো
  1. রোধের SI একক ও'ম (Ω)।
  2. তাপমাত্রা বাড়লে ধাতুর পরমাণুগুলো বেশি কাঁপে। ফলে চলমান মুক্ত ইলেকট্রনগুলো বেশি সংঘর্ষে পড়ে, তাদের চলাচল বাধা পায়, তাই রোধ বাড়ে।
  3. R2 ও R3 এর সমান্তরাল রোধ = (6 × 12)/(6 + 12) = 72/18 = 4 Ω। তুল্য রোধ = 4 + 4 = 8 Ω। মূল প্রবাহ I = 12/8 = 1.5 A।
  4. সমান্তরাল অংশের বিভব পার্থক্য = 1.5 × 4 = 6 V। I2 = 6/6 = 1 A, I3 = 6/12 = 0.5 A। ক্ষমতা P2 = V²/R2 = 36/6 = 6 W, P3 = 36/12 = 3 W। তাই কম রোধ R2 তে বেশি প্রবাহ এবং বেশি ক্ষমতা ব্যয় হয়। সমান্তরালে বিভব পার্থক্য সমান বলে P = V²/R অনুযায়ী রোধ যত কম, ক্ষমতা তত বেশি।

বাস্তব জীবনে মজার যোগসূত্র

পাখি কেন খালি পায়ে হাই-ভোল্টেজ তারে বসে থাকে অথচ শক খায় না? কারণ পাখির দুই পা একই তারের প্রায় একই বিন্দুতে, তাই দুই পায়ের মধ্যে বিভব পার্থক্য প্রায় শূন্য। V = IR অনুযায়ী বিভব পার্থক্য না থাকলে শরীর দিয়ে উল্লেখযোগ্য প্রবাহও চলে না। কিন্তু পাখি যদি একই সাথে দুটি তার, বা তার আর খুঁটি ছুঁয়ে ফেলে, তখন বিভব পার্থক্য তৈরি হয় এবং বিপদ ঘটে। এজন্যই মানুষের জন্য তার ছোঁয়া কখনোই নিরাপদ নয়, কারণ আমরা মাটির সাথে যুক্ত থাকি।

প্রশ্ন ও উত্তর

ভোল্টেজ আর প্রবাহের পার্থক্য কী?

ভোল্টেজ বা বিভব পার্থক্য হলো আধানকে ঠেলে নেওয়ার 'চাপ', আর প্রবাহ হলো প্রতি সেকেন্ডে কতটা আধান আসলে যাচ্ছে। পানির পাইপের তুলনায় ভোল্টেজ পানির চাপ, প্রবাহ পানির প্রবাহের হার।

১ ইউনিট বিদ্যুৎ মানে কী?

১ ইউনিট = 1 kWh, অর্থাৎ 1000 W ক্ষমতার যন্ত্র ১ ঘণ্টা চললে যে শক্তি খরচ হয়। যেমন 100 W বাতি ১০ ঘণ্টা চললে ১ ইউনিট।

সব পরিবাহী কি ও'মের সূত্র মেনে চলে?

না। ধাতব পরিবাহী স্থির তাপমাত্রায় মেনে চলে, কিন্তু ফিলামেন্ট বাল্ব (গরমে রোধ বাড়ে), ডায়োড, ট্রানজিস্টর ইত্যাদির V বনাম I লেখচিত্র সরলরেখা নয়।

সমান্তরালে রোধ যোগ করলে তুল্য রোধ কমে কেন?

প্রতিটি নতুন শাখা প্রবাহের জন্য একটা বাড়তি পথ খুলে দেয়। পথ বাড়লে একই বিভব পার্থক্যে মোট প্রবাহ বাড়ে, তাই তুল্য রোধ কমে যায়।

ফিউজ শ্রেণিতে বসানো হয় কেন?

শ্রেণিতে থাকলে বর্তনীর পুরো প্রবাহ ফিউজের মধ্য দিয়ে যায়। প্রবাহ সীমা ছাড়ালে ফিউজ গলে গিয়ে পুরো বর্তনী বিচ্ছিন্ন করে দেয়।

আরও পড়ো

সূত্র: NCTB পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি, অধ্যায় ১১: চল বিদ্যুৎ · OpenStax College Physics 2e — Electric Current, Resistance, and Ohm's Law · Khan Academy — Circuits (Ohm's law, series and parallel resistors)