বিপরীত আধানের মধ্যবর্তী তড়িৎ বিভব
মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।
পদার্থবিজ্ঞান ল্যাবে দুটি ছোট ধাতব গোলকে +৪ µC এবং −৪ µC চার্জ দিয়ে বাতাসে ০.৪ m দূরত্বে স্থির রাখা হলো। চার্জদ্বয়ের সংযোগকারী রেখার ঠিক মধ্যবিন্দুতে (উভয় চার্জ থেকে ০.২ m দূরে) তড়িৎ বিভব কত হবে? (কুলম্বের ধ্রুবক k = ৯ × ১০⁹ N m² C⁻²)
উভয় চার্জের ঠিক মধ্যবিন্দুতে (x = ০, y = ০) তড়িৎ বিভব কত হবে?
- ০ V: স্কেলার রাশি হওয়ায় ধনাত্মক ও ঋণাত্মক বিভব যোগ হয়ে শূন্য হয়
- ৩৬০,০০০ V: দুই চার্জের ঠিক মাঝখানে বিভব সবচেয়ে বেশি হয়
- ১৮০,০০০ V: মাঝবিন্দুতে তড়িৎ প্রাবল্য শূন্য নয়, তাই বিভবও শূন্য হতে পারে না
যা বদলাতে পারবে
- দ্বিতীয় আধান (q₂): −৮ থেকে ৮ µC
- পরীক্ষামূলক বিন্দুর x অবস্থান: −১ থেকে ১ m
- পরীক্ষামূলক বিন্দুর y অবস্থান: −১ থেকে ১ m
যা মেপে দেখাবে
- পরীক্ষামূলক বিন্দুতে তড়িৎ বিভব (V)
- পরীক্ষামূলক বিন্দুতে তড়িৎ প্রাবল্য (N/C)
চালানোর সময় খেয়াল করো
- পরীক্ষামূলক বিন্দুর x অবস্থান ০ m এ এনে ঠিক মধ্যবিন্দুতে বসাও। বিভব কত দাঁড়াল?
নিজে করে দেখো
- আধানদ্বয়ের সংযোগকারী রেখার বাইরে (y ≥ ০.১ m) এমন একটি বিন্দু খুঁজে নাও যেখানে তড়িৎ বিভব শূন্য (±১ V এর মধ্যে) থাকে।
ইঙ্গিত
দুই বিপরীত ও সমান চার্জের লম্ব সমদ্বিখণ্ডকের (x = ০) যেকোনো বিন্দু উভয় চার্জ থেকে সমান দূরত্বে থাকে, তাই বিভব শূন্য হয়।
- পরীক্ষামূলক বিন্দুটি মধ্যবিন্দুতে (x = ০, y = ০) রেখে শুধু q₂ এর মান পরিবর্তন করে বিভবকে ধনাত্মক (অন্তত +৪৫,০০০ V) বানাও।
ইঙ্গিত
মধ্যবিন্দুতে বিভব V = k(q₁ + q₂) ÷ r। q₁ = +৪ µC, তাই q₂ এর মান −৪ µC থেকে বাড়িয়ে −৩ µC বা তার বেশি করো।
ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।
তড়িৎ বিভব একটি স্কেলার রাশি
তড়িৎ বিভব হলো অসীম দূরত্ব থেকে প্রতি একক ধনাত্মক আধানকে তড়িৎ ক্ষেত্রের কোনো বিন্দুতে আনতে কৃতকাজের পরিমাণ (১ V = ১ J/C)। বিভব স্কেলার রাশি হওয়ায় একাধিক আধানের ক্ষেত্রে বিভব বীজগাণিতিকভাবে চিহ্নের (+ বা −) সাথে সরাসরি যোগ হয়। মধ্যবিন্দুতে +৪ µC আধানের জন্য বিভব +১৮০,০০০ V এবং −৪ µC আধানের জন্য বিভব −১৮০,০০০ V, ফলে যোগফল ঠিক ০ V। অন্যদিকে তড়িৎ প্রাবল্য একটি ভেক্টর রাশি। মধ্যবিন্দুতে উভয় আধানের প্রাবল্য একই দিকে কাজ করায় মোট প্রাবল্য যোগ হয়ে ১.৮ × ১০⁶ N/C হয়। অর্থাৎ কোনো বিন্দুতে তড়িৎ বিভব শূন্য হলেও সেখানে শক্তিশালী তড়িৎ ক্ষেত্র থাকতে পারে।
অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল
অনেকে ভাবেন বিভব শূন্য হতে হলে প্রাবল্যও শূন্য হতে হবে, কিংবা মাঝখানে বিভব সবচেয়ে বেশি হবে। কিন্তু বিভব একটি স্কেলার রাশি। সমান দূরত্বের সমান ও বিপরীত আধানের জন্য বিভবদ্বয় একে অপরকে পুরোপুরি বাতিল করে শূন্য বানায়। অন্যদিকে প্রাবল্য ভেক্টর হওয়ায় বিপরীত আধানের প্রাবল্যদ্বয় একই দিকে যুক্ত হয়ে দ্বিগুণ তীব্রতা তৈরি করে।
যেসব ভুল ধারণা হয়
- বিপরীত আধানের ঠিক মাঝখানে মোট তড়িৎ বিভব সবচেয়ে বেশি হয়
- তড়িৎ বিভব শূন্য হলে সেখানে তড়িৎ প্রাবল্যও শূন্য হতে হয়
বাস্তবে কোথায় দেখা যায়
- ইসিজি ও কার্ডিয়াক ডায়াগনস্টিক: বাংলাদেশের হাসপাতাল ও ক্লিনিকে হৃদস্পন্দন মাপতে ইসিজি যন্ত্র ব্যবহৃত হয়। হৃদপিণ্ডের পেশি সংকোচনকালে কোষগুলো তড়িৎ দ্বিমেরু গঠন করে এবং ত্বকের বিভিন্ন বিন্দুতে যে ক্ষুদ্র বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হয় তা মেপেই হৃদরোগ নির্ণয় করা হয়।
- বজ্রনিরোধক ব্যবস্থা ও ভূমিসংযোগ: বাংলাদেশে কালবৈশাখী মৌসুমে বজ্রপাতের তীব্র ঝুঁকি থাকে। বহুতল ভবনে স্থাপিত বজ্রনিরোধক দণ্ডের মাধ্যমে চার্জকে নিরাপদে মাটিতে পাঠানো হয়। পৃথিবীকে শূন্য বিভব হিসেবে ধরে মারাত্মক বিভব পার্থক্য দূর করে জানমালের নিরাপত্তা নিশ্চিত করা হয়।