offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ১১

কোষের তড়িচ্চালক বল ও প্রান্তীয় বিভব পার্থক্য

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

একটি ৬ V তড়িচ্চালক বল (E) এবং ১ Ω অভ্যন্তরীণ রোধের (r) ব্যাটারির সাথে একটি সুইচ ও একটি বাতি যুক্ত আছে। ব্যাটারির দুই প্রান্তে একটি ভোল্টমিটার লাগানো রয়েছে। সুইচ অন (বন্ধ) অবস্থায় বর্তনীতে ১.২ A তড়িৎ প্রবাহিত হচ্ছে এবং ভোল্টমিটারে প্রান্তীয় বিভব ৪.৮ V দেখাচ্ছে। এখন যদি সুইচটি অফ (খোলা) করে দেওয়া হয়, তবে ভোল্টমিটারের পাঠ কত হবে?

সুইচটি অফ (খোলা) করা হলে ভোল্টমিটারের পাঠ কত হবে?

  1. ০ V: সুইচ খোলা থাকায় বর্তনীতে বিদ্যুৎ নেই, তাই ভোল্টমিটার শূন্য দেখাবে
  2. ৪.৮ V: বাতি জ্বালানোর কারণে ব্যাটারির বিভব আগেই কমে গেছে, সুইচ খুললেও তা কমই থাকবে
  3. ৬ V: সুইচ খোলা থাকলে প্রবাহ শূন্য (I = ০), ফলে কোনো বিভব নষ্ট হয় না এবং প্রান্তীয় বিভব তড়িচ্চালক বলের সমান হয়

যা বদলাতে পারবে

  • বর্তনী সুইচ: চালু বা বন্ধ
  • বাতি ১ (শাখা ১): বাতি, ফাঁকা
  • বাতি ২ (শাখা ২): বাতি, ফাঁকা

যা মেপে দেখাবে

  • প্রান্তীয় বিভব পার্থক্য (V) (V)
  • মোট তড়িৎ প্রবাহ (I) (A)
  • কোষের হারানো বিভব (Ir) (V)
  • জ্বলন্ত বাতি

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • সুইচটিতে টোকা দিয়ে অফ (খোলা) করো। ভোল্টমিটারের পাঠ এবং মোট প্রবাহ কী হয় লক্ষ করো।
  • সুইচ অন রেখে শাখা ২-এও বাতি বসাও। মোট প্রবাহ বাড়লে ভোল্টমিটারের পাঠ কমে কেন? V = E - Ir সূত্রের সাথে মিলিয়ে দেখো।

নিজে করে দেখো

  1. ২ নম্বর ঘরেও বাতি বসিয়ে প্রান্তীয় বিভব পার্থক্য ৪.০ V বা তার নিচে নামিয়ে আনো।
    ইঙ্গিত

    সমান্তরালে আরও বাতি যোগ করলে তুল্য রোধ কমে, ফলে কোষ থেকে মোট প্রবাহ বাড়ে এবং অভ্যন্তরীণ বিভব পতন (Ir) বৃদ্ধি পায়।

  2. প্রান্তীয় বিভব পার্থক্যকে আবার ঠিক কোষের তড়িচ্চালক বলের সমান (৬.০ V) করো।
    ইঙ্গিত

    সুইচ অফ করে প্রবাহ বন্ধ করলে কোনো বিভব নষ্ট হয় না (Ir = ০), ফলে প্রান্তীয় বিভব তড়িচ্চালক বলের সমান হয়।

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

কোষের তড়িচ্চালক বল ও প্রান্তীয় বিভব পার্থক্য

E=V+Ir,V=E−IrE = V + Ir, \qquad V = E - Ir

তড়িৎ কোষের ভেতরে রাসায়নিক পদার্থের নিজস্ব কিছু রোধ থাকে, একে অভ্যন্তরীণ রোধ (r) বলে। কোষের তড়িচ্চালক বল E হলো কোনো প্রবাহ না থাকা অবস্থায় কোষের দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য। যখন বর্তনী বন্ধ থাকে এবং তড়িৎ প্রবাহ I চলে, তখন কোষের ভেতরে অভ্যন্তরীণ রোধের কারণে Ir পরিমাণ বিভব পতন ঘটে, যাকে হারানো বিভব বা নষ্ট ভোল্ট বলে। তখন বহিঃবর্তনীতে প্রান্তীয় বিভব পার্থক্য দাঁড়ায় V = E - Ir। সুইচ খোলা থাকলে I = ০, ফলে কোনো বিভব নষ্ট হয় না এবং ভোল্টমিটার পুরো তড়িচ্চালক বল ৬ V দেখায়। সমান্তরালে আরও বাতি যুক্ত করলে মোট রোধ কমে গিয়ে প্রবাহ I বৃদ্ধি পায়, যার ফলে Ir বৃদ্ধি পেয়ে প্রান্তীয় বিভব V আরও কমে যায়।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

সুইচ খোলা থাকলে বহিঃবর্তনীর বাতি দিয়ে কারেন্ট চলে না ঠিকই, কিন্তু ব্যাটারির ভেতরে রাসায়নিক বিভব বজায় থাকে। ভোল্টমিটার সরাসরি ব্যাটারির দুই প্রান্তে যুক্ত থাকায় এবং কোনো কারেন্ট প্রবাহিত না হওয়ায় (I = ০) কোনো ভোল্টেজ নষ্ট হয় না, তাই এটি শূন্য নয় বরং পূর্ণ তড়িচ্চালক বল ৬ V দেখায়। আবার কারেন্ট বন্ধ হওয়ামাত্রই অভ্যন্তরীণ বিভব পতন Ir শূন্য হয়ে যায়, তাই প্রান্তীয় ভোল্টেজ ৪.৮ V এ আটকে না থেকে সাথে সাথে বেড়ে ৬ V হয়ে যায়।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • বর্তনী খোলা থাকলে বা সুইচ অফ থাকলে ব্যাটারির দুই প্রান্তেও কোনো বিভব পার্থক্য থাকে না
  • কোষের অভ্যন্তরীণ বিভব পতন একটি স্থায়ী পরিবর্তন, কারেন্ট বন্ধ হলেও বিভব আর বাড়ে না

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • গ্রামাঞ্চলে সোলার হোম সিস্টেম বা বাসাবাড়ির আইপিএস (IPS) ব্যাটারিতে ফ্যান বা হিটারের মতো ভারী লোড চালালে লাইট কিছুটা নিষ্প্রভ হয়, কারণ ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ রোধের কারণে প্রান্তীয় ভোল্টেজ কমে যায়।
  • সিএনজি অটোরিকশা বা বাসের ইঞ্জিন চালু করার মুহূর্তে স্টার্টার মোটর অতিরিক্ত কারেন্ট টানে, ফলে ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ রোধে প্রচুর বিভব নষ্ট হয়ে হেডলাইট মুহূর্তের জন্য নিষ্প্রভ হয়ে যায়।

পাঠ্যবইয়ের টপিক