offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ১২

জাহাজভাঙা কারখানায় ক্রেনের তড়িৎচুম্বক

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

সীতাকুণ্ডের জাহাজভাঙা কারখানায় ক্রেনের শক্তিশালী তড়িৎচুম্বক দিয়ে লোহার ভারী পাত ওঠানো হয়। ০.৫ m দৈর্ঘ্যের কুণ্ডলীতে ৫০০ পাক তার এবং ভেতরে একটি কাঁচা লোহার মজ্জা রয়েছে। ৪ A তড়িৎ প্রবাহে কুণ্ডলীটিতে ১০০০ mT মানের শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়। যদি কুণ্ডলীর ভেতর থেকে লোহার মজ্জাটি বের করে নেওয়া হয় (শুধু বাতাস থাকে), তবে চৌম্বক ক্ষেত্রের মান কেমন হবে?

কুণ্ডলীর ভেতর থেকে লোহার মজ্জাটি বের করে নিলে চৌম্বক ক্ষেত্র কেমন হবে?

  1. কমে প্রায় ২০০ ভাগের ১ ভাগ হবে: কুণ্ডলীর নিজস্ব ক্ষেত্র থাকবে, তবে লোহার বিবর্ধন থাকবে না
  2. একই থাকবে: মজ্জার উপাদানে কিছু যায় আসে না, কেবল তড়িৎ প্রবাহই ক্ষেত্র তৈরি করে
  3. শূন্য হয়ে যাবে: চুম্বক তৈরি করতে ভেতরে লোহার মজ্জা থাকা বাধ্যতামূলক

যা বদলাতে পারবে

  • পাকসংখ্যা (N): ১০০ থেকে ২,০০০
  • তড়িৎ প্রবাহ (I): ০ থেকে ১০ A
  • মজ্জার উপাদান: কাঁচা লোহা, বায়ু (ফাঁপা মজ্জা)

যা মেপে দেখাবে

  • চৌম্বক ক্ষেত্র (B) (mT)
  • মজ্জা বিবর্ধন গুণক (μr)

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • মজ্জা বদলে 'বায়ু' করে দেখো চৌম্বক ক্ষেত্র কতগুণ কমে যায়। আবার তড়িৎ প্রবাহ ০ A করলে চৌম্বক ক্ষেত্র পুরোপুরি শূন্য হয় কি না তা লক্ষ্য করো।

নিজে করে দেখো

  1. বিদ্যুৎ সাশ্রয় করতে মাত্র ২ A বা তার কম তড়িৎ প্রবাহ দিয়ে অন্তত ১০০০ mT চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করো।
    ইঙ্গিত

    কাঁচা লোহার মজ্জা নির্বাচন করো এবং তারের পাকসংখ্যা বাড়িয়ে ১০০০ বা তার বেশি করো।

  2. ভেতরে কোনো লোহার মজ্জা না রেখে (বায়ু মজ্জা), ১০ A তড়িৎ প্রবাহে ঠিক কততম ন্যূনতম পাকসংখ্যায় অন্তত ১০ mT ক্ষেত্র তৈরি করা যায় তা বের করো।
    ইঙ্গিত

    মজ্জা 'বায়ু' এবং প্রবাহ ১০ A রাখো। এরপর পাকসংখ্যা ১০০ থেকে এক ধাপ এক ধাপ করে বাড়িয়ে দেখো কখন ক্ষেত্র ১০ mT ছোঁয়।

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

তড়িৎচুম্বকের চৌম্বক ক্ষেত্র

B=μ0μrNILB = \frac{\mu_0 \mu_r N I}{L}

তড়িৎবাহী সলিনয়েডের ভেতরে চৌম্বক ক্ষেত্র B = μ₀ μr N I / L সমীকরণ মেনে চলে। তারের পাকসংখ্যা (N) এবং তড়িৎ প্রবাহ (I) বাড়ালে চৌম্বক ক্ষেত্র সমানুপাতিক হারে বাড়ে। কুণ্ডলীর ভেতরে কাঁচা লোহার মজ্জা ঢোকালে এর আপেক্ষিক চৌম্বক প্রবেশ্যতার (μr ≈ ২০০) কারণে ক্ষেত্র প্রায় ২০০ গুণ শক্তিশালী হয়ে ওঠে। সুইচ বন্ধ করে তড়িৎ প্রবাহ শূন্য করলেই কুণ্ডলী চৌম্বকত্ব হারায়, যার ফলে ক্রেন সহজেই ভারী ইস্পাতের পাত নিচে ফেলে দিতে পারে।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

তড়িৎ প্রবাহ ছাড়াও মজ্জার উপাদানের ওপর চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যাপকভাবে নির্ভর করে। ফাঁপা তারের কুণ্ডলীও নিজস্ব চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে, তাই মজ্জা সরালেও ক্ষেত্র শূন্য হয় না। তবে কাঁচা লোহার ভেতরের চৌম্বক ডোমেইনগুলো সারিবদ্ধ হয়ে ক্ষেত্রটিকে প্রায় ২০০ গুণ বিবর্ধিত করে। লোহার মজ্জা বের করে নিলে সেই বিবর্ধন নষ্ট হয়ে ক্ষেত্রটি প্রায় ২০০ ভাগের ১ ভাগে নেমে আসে।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • তড়িৎচুম্বকের চৌম্বক ক্ষেত্র কেবল তড়িৎ প্রবাহের ওপর নির্ভর করে, মজ্জার উপাদানের কোনো প্রভাব নেই
  • ভেতরে লোহার মজ্জা না থাকলে তারের কুণ্ডলী কোনো চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করতে পারে না

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • সীতাকুণ্ডের জাহাজভাঙা ইয়ার্ড ও রি-রোলিং মিলে ক্রেনের সাহায্যে ভারী স্ক্র্যাপ লোহা ওঠানো ও নামানো
  • বাসাবাড়ির বৈদ্যুতিক কলিংবেল এবং অতিরিক্ত বিদ্যুৎ প্রবাহ থেকে বর্তনী সুরক্ষায় ম্যাগনেটিক সার্কিট ব্রেকার (MCB)

পাঠ্যবইয়ের টপিক