তড়িৎ ক্ষমতা ও লাইনে অপচয়
মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।
একটি বিদ্যুৎ সঞ্চালন লাইনের রোধ r = ৬ Ω, যা ১৮ Ω রোধের একটি বাতির সাথে শ্রেণি সংযোগে যুক্ত। বিদ্যুৎ উৎসের ভোল্টেজ v = ২৪ V রাখা আছে। এতে বর্তনীতে ১.০ A প্রবাহ চলছে, বাতিটি ১৮ W ক্ষমতা পাচ্ছে এবং লাইনে অপচয় হচ্ছে ৬ W (মোট ক্ষমতার ২৫%)। বাতিতে নির্দিষ্ট ক্ষমতা পৌঁছানোর সময় লাইনে তাপজনিত সিস্টেম লস কোন ক্ষেত্রে বেশি হবে?
একই ক্ষমতার বাতি জ্বালাতে লাইনে কোন ক্ষেত্রে বেশি তড়িৎ শক্তি অপচয় হবে?
- কম ভোল্টেজ ও বেশি প্রবাহ: লাইনের অপচয় প্রবাহের বর্গের সমানুপাতিক (I²r)
- উচ্চ ভোল্টেজ ও কম প্রবাহ: ভোল্টেজ বেশি হলে লাইনে চাপ ও অপচয় বেশি হয়
- উভয় ক্ষেত্রে সমান: বাতির ক্ষমতা একই থাকলে ভোল্টেজ বা প্রবাহে কিছু যায় আসে না
যা বদলাতে পারবে
- সরবরাহ ভোল্টেজ (v): ৬ থেকে ৩৬ V
- লাইনের রোধ (r): ১ থেকে ১৫ Ω
যা মেপে দেখাবে
- তড়িৎ প্রবাহ (I) (A)
- বাতির ক্ষমতা (W)
- লাইনের অপচয় (সিস্টেম লস) (W)
- মোট সরবরাহকৃত ক্ষমতা (W)
চালানোর সময় খেয়াল করো
- লাইনের রোধ r পরিবর্তন করে দেখো। লাইনের অপচয় (I²r) এবং মোট ক্ষমতার কত অংশ বাতি পায় তা লক্ষ করো।
- লাইনের রোধ যত কমানো যায়, তারে অপচয় তত কমে এবং বাতি মোট ক্ষমতার বেশি অংশ পায়।
নিজে করে দেখো
- ভোল্টেজ ও লাইনের রোধ এমনভাবে ঠিক করো যেন লাইনের অপচয় ২ W এর নিচে থাকে, কিন্তু বাতির ক্ষমতা অন্তত ৪ W থাকে।
ইঙ্গিত
লাইনের রোধ r কমালে এবং ভোল্টেজ ১২ V থেকে ১৬ V এর মধ্যে রাখলে লাইনে অপচয় কমে যায়।
- লাইনের রোধ এমনভাবে কমিয়ে আনো যেন মোট সরবরাহকৃত ক্ষমতার অন্তত ৯০% বাতিতে পৌঁছায়।
ইঙ্গিত
বাতির রোধ ১৮ Ω। মোট রোধের (r + ১৮) মধ্যে বাতিকে ৯০% ভাগ পেতে হলে লাইনের রোধ r কত হতে হবে? r = ২ Ω বা কম করে দেখো।
ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।
তড়িৎ ক্ষমতা P = VI = I²R = V²/R এবং লাইনে সিস্টেম লস I²r
বিদ্যুৎ সঞ্চালন লাইনের পরিবাহী তারের রোধ r থাকে। লাইনে প্রবাহ I চললে প্রতি সেকেন্ডে I²r হারে শক্তি তাপে রূপান্তরিত হয়ে অপচয় হয়, যাকে সিস্টেম লস বলে। একটি নির্দিষ্ট ক্ষমতা P = VI পাঠাতে ভোল্টেজ V কম হলে প্রবাহ I = P/V অনেক বেশি হতে হয়। যেহেতু লাইনের অপচয় প্রবাহের বর্গের (I²) সমানুপাতিক, তাই উচ্চ প্রবাহে লাইনে বিপুল অপচয় ঘটে। ভোল্টেজ অনেক গুণ বাড়ালে প্রবাহ একই অনুপাতে কমে, ফলে লাইনের অপচয় I²r বহুগুণ কমে যায়। এজন্যই দূরদূরান্তে বিদ্যুৎ প্রেরণে অতি উচ্চ ভোল্টেজ ব্যবহার করা হয়।
অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল
অনেকে ভাবেন ভোল্টেজ বেশি হলে লাইনে অপচয় বেশি হয়, কিন্তু লাইনের দুই প্রান্তের বিভব পতন সরবরাহ ভোল্টেজ V নয়, বরং Ir। আবার বাতির ক্ষমতা একই থাকলে অপচয় সমান হবে ভাবাও ভুল, কারণ লাইনের অপচয় সরাসরি প্রবাহের বর্গের (I²) ওপর নির্ভর করে। তাই কম ভোল্টেজে বেশি প্রবাহ চললে লাইনে সবচেয়ে বেশি অপচয় হয়।
যেসব ভুল ধারণা হয়
- উচ্চ ভোল্টেজে বিদ্যুৎ পাঠালে লাইনে বেশি বিদ্যুৎ শক্তি অপচয় হয়
- নির্দিষ্ট ক্ষমতা প্রেরণে ভোল্টেজ যাই হোক না কেন লাইনে শক্তির অপচয় একই থাকে
বাস্তবে কোথায় দেখা যায়
- বাসাবাড়ির বিদ্যুৎ বিল হিসাব: একটি ১০০ W এর ফ্যান প্রতিদিন ১০ ঘণ্টা চললে শক্তি ব্যয় হয় ১ kWh বা ১ ইউনিট (১০০ W × ১০ h ÷ ১০০০ = ১ ইউনিট)। প্রতি ইউনিটের মূল্য দিয়ে মোট ইউনিট গুণ করে বিদ্যুৎ বিল হিসাব করা হয়।
- জাতীয় গ্রিডে উচ্চ ভোল্টেজ সঞ্চালন: বিদ্যুৎ কেন্দ্র থেকে দূরবর্তী শহরে বিদ্যুৎ পাঠানোর সময় লাইনে সিস্টেম লস কমাতে স্টেপ-আপ ট্রান্সফরমার দিয়ে ভোল্টেজ ১৩২ kV বা ২৩০ kV-তে বাড়ানো হয়।