offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ১১

পরিবাহী ও অপরিবাহী পদার্থ পরীক্ষা

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

একজন ইলেকট্রিশিয়ান তার টেস্টার বর্তনী দিয়ে বিভিন্ন পদার্থের বিদ্যুৎ পরিবাহিতা পরীক্ষা করছেন। বর্তনীতে একটি ৬ V ব্যাটারি, একটি ৬ V ৬ W এর টর্চ বাল্ব এবং পরীক্ষার জন্য দুটি তারের মাঝে একটি ফাঁকা স্থান রয়েছে। ফাঁকা স্থানে পর্যায়ক্রমে তিনটি বস্তু বসানো হলো: তামার তার, পেন্সিলের সিস (গ্রাফাইট) এবং প্লাস্টিক স্কেল। এদের মধ্যে কোন বস্তুটি বসালে বাল্বটি একেবারে নিভেও থাকবে না, আবার পূর্ণ উজ্জ্বলও হবে না: বরং টিমটিম করে (অপেক্ষাকৃত কম আলোয়) জ্বলবে?

ফাঁকা স্থানে কোন বস্তুটি বসালে বাল্বটি টিমটিম করে (কম আলোতে) জ্বলবে?

  1. প্লাস্টিক স্কেল: কঠিন পদার্থ হওয়ায় এটি সহজে বিদ্যুৎ পরিবহন করবে
  2. পেন্সিলের সিস: গ্রাফাইট বিদ্যুৎ পরিবহন করলেও এর কিছুটা রোধ থাকায় বাল্বটি টিমটিম করে জ্বলবে
  3. কোনোটিই নয়: ধাতু ছাড়া অন্য কোনো পদার্থে কখনোই বিদ্যুৎ প্রবাহিত হতে পারে না

যা বদলাতে পারবে

  • ব্যাটারির বিভব (V): ১.৫ থেকে ৬ V
  • পরীক্ষার উপাদান: প্লাস্টিক স্কেল, তামার তার, পেন্সিলের সিস

যা মেপে দেখাবে

  • তড়িৎ প্রবাহ (I) (A)
  • বাল্বের ক্ষমতা (P) (W)

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • পরীক্ষার উপাদান পরিবর্তন করে তামার তার বা পেন্সিলের সিস বসাও। বাল্বটি জ্বলে কি না লক্ষ করো।
  • তারের উপর দিয়ে নীল বিন্দুর প্রবাহ লক্ষ করো। তামার তারের তুলনায় পেন্সিলের সিস লাগালে তড়িৎ প্রবাহ কমে কেন?

নিজে করে দেখো

  1. পেন্সিলের সিস সংযুক্ত রেখে ব্যাটারির ভোল্টেজ এমনভাবে ঠিক করো যেন বর্তনীর তড়িৎ প্রবাহ ০.২ A থেকে ০.৩ A এর মধ্যে থাকে।
    ইঙ্গিত

    পেন্সিলের সিস (৬ Ω) ও বাল্বের (৬ Ω) মোট তুল্য রোধ ১২ Ω। ওহমের সূত্র I = V ÷ R অনুসারে ৩ V বিভব দিয়ে দেখো।

  2. উপযুক্ত পরিবাহী বস্তু নির্বাচন করে এবং পূর্ণ ৬ V বিভব দিয়ে বাল্বটিকে তার পূর্ণ ক্ষমতায় (৬ W) জ্বালাও।
    ইঙ্গিত

    তামার তারের রোধ নগণ্য, তাই পুরো ৬ V বিভব বাল্বের দুই প্রান্তে পৌঁছে এবং বাল্বটি পূর্ণ ৬ W ক্ষমতায় জ্বলে।

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

পদার্থের বিদ্যুৎ পরিবাহিতা মুক্ত ইলেকট্রনের উপর নির্ভর করে: পরিবাহী সহজে বিদ্যুৎ পরিবহন করে, গ্রাফাইট কিছুটা রোধ তৈরি করে এবং অপরিবাহীতে প্রবাহ চলে না

I=VRb+Rp,P=I2RbI = \frac{V}{R_b + R_p}, \qquad P = I^2 R_b

যেসব পদার্থের পরমাণুতে প্রচুর মুক্ত ইলেকট্রন থাকে তারা সহজে বিদ্যুৎ পরিবহন করে: এদের পরিবাহী বলে, যেমন তামা। তামার তারের রোধ প্রায় শূন্য হওয়ায় বর্তনীতে সর্বোচ্চ ১ A প্রবাহ চলে এবং বাল্বটি পূর্ণ ৬ W ক্ষমতায় উজ্জ্বলভাবে জ্বলে। প্লাস্টিক বা শুকনো কাঠে কোনো মুক্ত ইলেকট্রন থাকে না: এদের রোধ প্রায় অসীম হওয়ায় এরা অপরিবাহী, ফলে বর্তনী খোলা থাকে এবং প্রবাহ শূন্য হয় (০ A)। অন্যদিকে পেন্সিলের সিস তৈরি হয় গ্রাফাইট দিয়ে, যা অধাতব কার্বনের রূপভেদ হলেও এর স্তরীভূত কেলাসে মুক্ত ইলেকট্রন থাকে। তবে ধাতুর মতো এত বেশি মুক্ত ইলেকট্রন না থাকায় এর একটি মাঝারি মানের রোধ (৬ Ω) থাকে। ফলে বর্তনীর মোট তুল্য রোধ বেড়ে ১২ Ω হয় এবং প্রবাহ কমে ০.৫ A হওয়ায় বাল্বটি মাত্র ১.৫ W ক্ষমতায় টিমটিম করে জ্বলে।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

কঠিন হলেই বিদ্যুৎ পরিবাহী হয় না: প্লাস্টিকে মুক্ত ইলেকট্রন না থাকায় এটি অপরিবাহী। আবার কেবল ধাতুই বিদ্যুৎ পরিবহন করে এমন নয়: অধাতু হওয়া সত্ত্বেও গ্রাফাইটের বিশেষ গঠনে মুক্ত ইলেকট্রন থাকায় এটি বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • কঠিন বা শক্ত পদার্থ মাত্রই বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে
  • ধাতু ছাড়া অধাতব কোনো পদার্থ কখনোই বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • বৈদ্যুতিক তারের ভেতরে বিদ্যুৎ পরিবহনের জন্য পরিবাহী তামা এবং বাইরে মানুষের নিরাপত্তার জন্য প্লাস্টিক বা পিভিসির অপরিবাহী আবরণ ব্যবহার করা হয়।
  • ইলেকট্রিশিয়ানের টেস্টার ও প্লায়ার্সের ধাতব অংশ বিদ্যুৎ উপস্থিতি শনাক্ত করে এবং হাতলের প্লাস্টিক বা রবারের অপরিবাহী অংশ কাজ করার সময় বিদ্যুৎস্পৃষ্ট হওয়া থেকে রক্ষা করে।

পাঠ্যবইয়ের টপিক