offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ১২ · টপিক ১০

স্টেপ আপ ও স্টেপ ডাউন ট্রান্সফরমার কার্যক্রম

চালিয়ে দেখো এই অধ্যায় অনুশীলন করো

পড়ার নোট

ট্রান্সফরমারে সেকেন্ডারি ভোল্টেজ Vs=(nsnp)VpV_s = \left(\frac{n_s}{n_p}\right) V_p, অর্থাৎ প্যাঁচসংখ্যার অনুপাতই ঠিক করে ভোল্টেজ বাড়বে না কমবে। দুই পাশে প্যাঁচসংখ্যা সমান হলে ভোল্টেজ একই থাকে।

স্টেপ আপ ট্রান্সফরমার

যে ট্রান্সফরমারে সেকেন্ডারির প্যাঁচসংখ্যা প্রাইমারির চেয়ে বেশি (ns>npn_s > n_p), ফলে সেকেন্ডারিতে এসি ভোল্টেজ বেড়ে যায়, তাকে স্টেপ আপ ট্রান্সফরমার বলে। সেকেন্ডারিতে প্যাঁচ দশ গুণ বেশি হলে ভোল্টেজ দশ গুণ বেশি হয়, কিন্তু প্রবাহ দশ গুণ কমে যায়, কারণ VpIp=VsIsV_p I_p = V_s I_s।

ব্যবহার: বিদ্যুৎকেন্দ্র থেকে দূরে বিদ্যুৎ পরিবহনের জন্য স্টেপ আপ ট্রান্সফরমারে ভোল্টেজ অনেক গুণ বাড়ানো হয়। ভোল্টেজ বাড়লে প্রবাহ কমে, আর পরিবাহী তারে তাপ হিসেবে শক্তির ক্ষয় I2RI^2R প্রবাহের বর্গের উপর নির্ভর করে, তাই ক্ষয় অনেক কমে যায়।

স্টেপ ডাউন ট্রান্সফরমার

যে ট্রান্সফরমারে সেকেন্ডারির প্যাঁচসংখ্যা প্রাইমারির চেয়ে কম (ns<npn_s < n_p), ফলে সেকেন্ডারিতে এসি ভোল্টেজ কমে যায়, তাকে স্টেপ ডাউন ট্রান্সফরমার বলে। প্যাঁচ দশ গুণ কম হলে ভোল্টেজ দশ গুণ কমে, আর প্রবাহ বাড়ে।

ব্যবহার: উচ্চ ভোল্টেজের লাইন থেকে বাসাবাড়িতে ব্যবহারের উপযোগী কম ভোল্টেজে নামাতে, এবং বাসার 220 V থেকে কম ভোল্টেজে চলা যন্ত্রের জন্য।

উদাহরণ: একটি বিদ্যুৎকেন্দ্রের জেনারেটর 11000 V এবং 100 A দেয়। একটি স্টেপ আপ ট্রান্সফরমারের প্রাইমারিতে 500 প্যাঁচ ও সেকেন্ডারিতে 10000 প্যাঁচ।

  • সেকেন্ডারি ভোল্টেজ Vs=10000500×11000=220000V_s = \frac{10000}{500} \times 11000 = 220000 V।
  • সেকেন্ডারি প্রবাহ Is=11000×100220000=5I_s = \frac{11000 \times 100}{220000} = 5 A।
  • প্রবাহ 100 A থেকে 5 A, অর্থাৎ 20 গুণ কমেছে; তাই একই তারে তাপক্ষয় I2RI^2R কমবে 202=40020^2 = 400 গুণ।

লাইনের শেষে স্টেপ ডাউন ট্রান্সফরমার আবার ভোল্টেজ কমিয়ে ব্যবহারের উপযোগী করে।

সাধারণ ভুল হলো ভাবা যে স্টেপ আপ ট্রান্সফরমার শক্তি বাড়িয়ে দেয়। ভোল্টেজ বাড়ে, কিন্তু প্রবাহ ততগুণ কমে, তাই VIVI একই থাকে।

মনে রাখো: ns>npn_s > n_p হলে স্টেপ আপ (ভোল্টেজ বাড়ে, প্রবাহ কমে) আর ns<npn_s < n_p হলে স্টেপ ডাউন (ভোল্টেজ কমে, প্রবাহ বাড়ে); দূরে বিদ্যুৎ পাঠাতে স্টেপ আপ করে তারের শক্তিক্ষয় কমানো হয়।

২০২৬ সালের NCTB পাঠ্যবই অনুসরণ করে লেখা।

চালিয়ে দেখো

  • মোবাইল চার্জারে ট্রান্সফরমার ও ভোল্টেজ রূপান্তরচালিয়ে দেখো

    বাসাবাড়ির মেইন লাইনে ২২০ V পরিবর্তী বিভব থাকে, কিন্তু একটি মোবাইল ফোন চার্জ করতে প্রয়োজন হয় মাত্র ৫ V। এজন্য চার্জারের ভেতরে একটি ছোট স্টেপ-ডাউন ট্রান্সফরমার থাকে যার মুখ্য কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা ২২০০ এবং গৌণ কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা ৫০। গৌণ কুণ্ডলীর তারের পাকসংখ্যা দ্বিগুণ করে ১০০ করা হলে চার্জারের আউটপুট ভোল্টেজ (গৌণ বিভব) কত হবে?

এই টপিকের পার্থক্য

অনুশীলনের প্রশ্ন

  1. একটি মোবাইল ফোনের চার্জারের ভেতরে থাকা ট্রান্সফরমারের মুখ্য কুণ্ডলীতে ১২ V-এর একটি ডিসি (DC) ব্যাটারি যুক্ত করা হলে এর গৌণ কুণ্ডলীতে কোনো অবিচ্ছিন্ন আবিষ্ট বিভব পার্থক্য পাওয়া যায় না কেন?

    1. ক

      ডিসি প্রবাহের কারণে সৃষ্ট চৌম্বক ফ্লাক্সে কোনো পরিবর্তন ঘটে না

    2. খ

      ডিসি প্রবাহের ভোল্টেজ ট্রান্সফরমারের জন্য অত্যন্ত বেশি

    3. গ

      কুণ্ডলীর তামার তার ডিসি বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না

    4. ঘ

      ট্রান্সফরমারের লোহার কোর কেবল এসি বিদ্যুৎ শোষণ করে

    উত্তর ও ব্যাখ্যা
    সঠিক উত্তর:

    ক) ডিসি প্রবাহের কারণে সৃষ্ট চৌম্বক ফ্লাক্সে কোনো পরিবর্তন ঘটে না

    1. ট্রান্সফরমার পারস্পরিক আবেশের (mutual induction) ওপর ভিত্তি করে কাজ করে, যার জন্য মুখ্য কুণ্ডলীর মধ্য দিয়ে পরিবর্তনশীল তড়িৎ প্রবাহ (যেমন এসি) চালনা করে পরিবর্তনশীল চৌম্বক ফ্লাক্স তৈরি করতে হয়।
    2. ডিসি (DC) প্রবাহের মান ও দিক স্থির থাকায় এটি একটি অপরিবর্তনশীল চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে। চৌম্বক ফ্লাক্সের কোনো পরিবর্তন না হওয়ায় ফ্যারাডের সূত্রানুসারে গৌণ কুণ্ডলীতে কোনো অবিচ্ছিন্ন ভোল্টেজ আবিষ্ট হতে পারে না।

  2. তামিম তার স্মার্টফোন চার্জ দেওয়ার জন্য একটি চার্জার ব্যবহার করছে। চার্জারটির ভেতরে থাকা স্টেপ-ডাউন ট্রান্সফরমারের (step-down transformer) মুখ্য কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা ১০০০ এবং গৌণ কুণ্ডলীর পাকসংখ্যা ২৫। চার্জারটি বাংলাদেশের জাতীয় গ্রিডের ২২০ V এসি (AC) সরবরাহ লাইনে যুক্ত থাকলে এর গৌণ কুণ্ডলীতে কত ভোল্ট (V) বিভব পার্থক্য তৈরি হবে?

    উত্তর ও ব্যাখ্যা
    সঠিক উত্তর:

    ৫.৫ V

    1. ট্রান্সফরমারের মুখ্য ও গৌণ কুণ্ডলীর ভোল্টেজ ও পাকসংখ্যার সম্পর্ক: V_p / V_s = N_p / N_s
    VpVs=NpNs\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s}
    1. এখানে মুখ্য ভোল্টেজ V_p = ২২০ V, মুখ্য পাকসংখ্যা N_p = ১০০০ এবং গৌণ পাকসংখ্যা N_s = ২৫।
    2. মান বসিয়ে পাই, V_s = V_p × (N_s / N_p) = ২২০ × (২৫ / ১০০০) = ২২০ × ০.০২৫ = ৫.৫ V।
    Vs=Vp×NsNp=220×251000=5.5 VV_s = V_p \times \frac{N_s}{N_p} = 220 \times \frac{25}{1000} = 5.5\text{ V}

  3. বগুড়ার একটি কৃষি খামারে সেচ পাম্প চালানোর জন্য একটি স্টেপ-ডাউন ট্রান্সফরমার ব্যবহার করা হলো। ট্রান্সফরমারটির মুখ্য ও গৌণ কুণ্ডলীর পাকসংখ্যার অনুপাত ২০:১। এর মুখ্য কুণ্ডলীতে ২২০ V এসি সরবরাহ যুক্ত করলে গৌণ কুণ্ডলীর সাথে যুক্ত মোটরে ৪.৪ A তড়িৎ প্রবাহিত হয়। ট্রান্সফরমারটি আদর্শ (১০০% কর্মদক্ষ) হলে এর মুখ্য কুণ্ডলীর তড়িৎ প্রবাহ কত অ্যাম্পিয়ার (A)?

    উত্তর ও ব্যাখ্যা
    সঠিক উত্তর:

    ০.২২ A

    1. একটি আদর্শ ট্রান্সফরমারে ইনপুট ক্ষমতা ও আউটপুট ক্ষমতা সমান থাকে, অর্থাৎ V_p I_p = V_s I_s, যার ফলে প্রবাহ ও পাকসংখ্যার সম্পর্ক দাঁড়ায়: I_s / I_p = N_p / N_s।
    IsIp=NpNs\frac{I_s}{I_p} = \frac{N_p}{N_s}
    1. এখানে N_p / N_s = ২০ / ১ = ২০ এবং গৌণ প্রবাহ I_s = ৪.৪ A।
    2. সুতরাং মুখ্য প্রবাহ I_p = I_s × (N_s / N_p) = ৪.৪ × (১ / ২০) = ০.২২ A।
    Ip=IsNp/Ns=4.420=0.22 AI_p = \frac{I_s}{N_p / N_s} = \frac{4.4}{20} = 0.22\text{ A}

এই টপিক নিয়ে প্রশ্ন আছে?

মেন্টরকে বাংলায় বা ইংরেজিতে জিজ্ঞেস করো, বা খাতার ছবি দাও। সিমুলেশন চালিয়ে বুঝিয়ে দেবে।

মেন্টরকে জিজ্ঞেস করো