offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ১২

সাইকেলের ডায়নামো ও আবিষ্ট তড়িৎ বিভব

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

রাতে গ্রামের রাস্তায় সাইকেল চালিয়ে ফেরার সময় হেডলাইট জ্বালানোর জন্য চাকার সাথে একটি বোতল ডায়নামো লাগানো আছে। ডায়নামোর কুণ্ডলীর ক্ষেত্রফল ২০ cm², চৌম্বক ক্ষেত্র ০.৫০ T এবং কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা ১০০। চাকা ঘোরার কারণে ডায়নামোটি যখন ৬০০ rpm ঘূর্ণন গতিতে ঘোরে, তখন এর শীর্ষ আবিষ্ট ভোল্টেজ হয় প্রায় ৬.৩ V (কম্পাঙ্ক ১০ Hz)। সাইকেল দ্রুত চালিয়ে ডায়নামোর ঘূর্ণন বেগ দ্বিগুণ করে ১২০০ rpm করা হলে শীর্ষ আবিষ্ট ভোল্টেজ কত হবে?

ডায়নামোর ঘূর্ণন বেগ দ্বিগুণ করে ১২০০ rpm করা হলে শীর্ষ আবিষ্ট ভোল্টেজ কত হবে?

  1. ১২.৬ V: ঘূর্ণন বেগ দ্বিগুণ হলে চৌম্বক ফ্লাক্স পরিবর্তনের হার দ্বিগুণ হয়, তাই ভোল্টেজও দ্বিগুণ হবে
  2. ৩.১ V: কুণ্ডলী দ্রুত ঘুরলে চুম্বকের প্রভাব পাওয়ার সময় কমে যায়, তাই ভোল্টেজ অর্ধেক হয়ে যাবে
  3. ৬.৩ V: চুম্বকের শক্তি ও কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা একই থাকায় ভোল্টেজ অপরিবর্তিত থাকবে

যা বদলাতে পারবে

  • কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা (N): ৫০ থেকে ৩০০
  • ঘূর্ণন বেগ (rpm): ০ থেকে ৩,৬০০ rpm

যা মেপে দেখাবে

  • শীর্ষ আবিষ্ট ভোল্টেজ (e₀) (V)
  • কার্যকরী ভোল্টেজ (rms) (V)
  • আউটপুট কম্পাঙ্ক (f) (Hz)

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • ঘূর্ণন বেগের (rpm) স্লাইডারটি ৬০০ থেকে বাড়িয়ে ১২০০ rpm করো। শীর্ষ আবিষ্ট ভোল্টেজ কি দ্বিগুণ হয়ে ১২.৬ V হলো?

নিজে করে দেখো

  1. বাংলাদেশে জাতীয় গ্রিডের বিদ্যুৎ সরবরাহের আদর্শ কম্পাঙ্ক ৫০ Hz। ডায়নামোটির ঘূর্ণন বেগ এমনভাবে নির্ধারণ করো যেন আউটপুট কম্পাঙ্ক ঠিক ৫০ Hz হয়।
    ইঙ্গিত

    কম্পাঙ্ক f = rpm ÷ ৬০। অতএব rpm = ৫০ × ৬০ = ৩০০০ rpm হিসাব করে স্লাইডারটি সেট করো।

  2. সাইকেল ১২০০ rpm গতিতে চলার সময় কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা পরিবর্তন করে শীর্ষ আবিষ্ট ভোল্টেজ অন্তত ২৫ V তৈরি করো।
    ইঙ্গিত

    আবিষ্ট ভোল্টেজ কুণ্ডলীর পাকসংখ্যার সমানুপাতিক (e₀ ∝ N)। পাকসংখ্যা ১০০ থেকে বাড়িয়ে ২০০ বা তার বেশি করো।

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

তড়িৎচৌম্বকীয় আবেশ ও জেনারেটরের মূলনীতি

e0=NBAω=2πfNBAe_0 = NBA\omega = 2\pi f NBA

ফ্যারাডের তড়িৎচৌম্বকীয় আবেশের সূত্র অনুসারে, কোনো কুণ্ডলীর মধ্য দিয়ে অতিক্রান্ত চৌম্বক ফ্লাক্সের পরিবর্তনের হার যত বেশি হয়, কুণ্ডলীতে আবিষ্ট তড়িৎচ্চালক শক্তি বা বিভব পার্থক্য তত বেশি হয়। সাইকেলের ডায়নামো একটি ছোট এসি জেনারেটর। চুম্বকের দুই মেরুর মাঝে একটি কুণ্ডলীকে কৌণিক বেগ ω-তে ঘোরানো হলে এর শীর্ষ আবিষ্ট ভোল্টেজ হয় e₀ = N B A ω, যেখানে ω = ২π(rpm/৬০)। অর্থাৎ আবিষ্ট ভোল্টেজ ঘূর্ণন গতির সমানুপাতিক (e₀ ∝ rpm)। সাইকেল যখন আস্তে চলে (৬০০ rpm), তখন ফ্লাক্স পরিবর্তনের হার কম থাকায় ভোল্টেজ কম উৎপন্ন হয় (৬.৩ V)। সাইকেল দ্রুত চালিয়ে ঘূর্ণন গতি দ্বিগুণ (১২০০ rpm) করলে ফ্লাক্স পরিবর্তনের হারও দ্বিগুণ হয়; ফলে আবিষ্ট ভোল্টেজ দ্বিগুণ হয়ে ১২.৬ V হয় এবং হেডলাইট উজ্জ্বল হয়ে জ্বলে।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

অনেকে মনে করে দ্রুত ঘুরলে কুণ্ডলী চুম্বকের কাছে কম সময় থাকে বলে ভোল্টেজ কমে যায়, কিংবা চুম্বকের প্রাবল্য স্থির থাকলে ভোল্টেজও অপরিবর্তিত থাকে। কিন্তু আবেশের ক্ষেত্রে ভোল্টেজ নির্ভর করে সময়ের সাথে চৌম্বক ফ্লাক্স কতটা দ্রুত পরিবর্তিত হচ্ছে তার ওপর। কুণ্ডলী যত দ্রুত ঘোরে, প্রতি সেকেন্ডে ফ্লাক্স পরিবর্তনের হার তত বাড়ে। ফলে আবিষ্ট ভোল্টেজ কমে না বা অপরিবর্তিত থাকে না, বরং ঘূর্ণন বেগের সমানুপাতিক হারে বৃদ্ধি পায়।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • কুণ্ডলীর ঘূর্ণন গতি বাড়লে আবিষ্ট ভোল্টেজ হ্রাস পায়
  • আবিষ্ট ভোল্টেজ কুণ্ডলীর ঘূর্ণন গতির ওপর নির্ভর করে না

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • কাপ্তাই জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র ও বিদ্যুৎ উৎপাদন: কাপ্তাই হ্রদের পানির তীব্র স্রোত দিয়ে বিশালাকার টারবাইন ঘুরিয়ে শক্তিশালী এসি জেনারেটরের মাধ্যমে যান্ত্রিক শক্তিকে বিদ্যুৎ শক্তিতে রূপান্তর করা হয়। একইভাবে ঘোড়াশাল ও পায়রা তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রে বাষ্পের চাপে টারবাইন ঘুরিয়ে জাতীয় গ্রিডের জন্য মেগাওয়াট ক্ষমতার বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়।
  • হাসপাতাল ও শিল্পকারখানায় ব্যাকআপ জেনারেটর: জাতীয় গ্রিডে লোডশেডিং বা বিদ্যুৎ বিভ্রাটের সময় হাসপাতাল, শিল্পকারখানা এবং পোশাক শিল্পে নিরবচ্ছিন্ন বিদ্যুৎ বজায় রাখতে ডিজেল বা গ্যাস ইঞ্জিন চালিত জেনারেটর ব্যবহার করা হয়। ইঞ্জিনটি কুণ্ডলীকে দ্রুত ঘুরিয়ে প্রয়োজনীয় এসি বিদ্যুৎ উৎপাদন করে।

পাঠ্যবইয়ের টপিক