তড়িৎ ও চুম্বকত্ব প্রশ্নব্যাংক ও সমাধান

এই প্রশ্নটির উত্তর দেওয়ার জন্য প্রথমেই আমরা বৈদ্যুতিক পাখার কার্যপ্রণালী সম্পর্কে কিছুটা জেনে নিবো।

প্রথমেই দেখা যাক বৈদ্যুতিক পাখা কীভাবে ঘোরে:

একটি পাখায় একটি বৈদ্যুতিক মোটর এবং কয়েকটি ধাতব ব্লেড (সাধারণত ৩টি), সংযুক্ত থাকে। যখন আমরা একটি পাখার সুইচ অন করি, তখন ভোল্টেজের পার্থক্যের জন্য মোটরটির মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ যায় এবং তার ফলাফল হিসাবেই পাখাটি ঘুরতে থাকে। নিয়ন্ত্রক বা রেগুলেটর মোটরের ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করে এবং মোটরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুতের পরিমাণ কমিয়ে বা বাড়িয়ে দেয়।

সুতরাং, একটি পাখার ভোল্টেজর মাত্রা নিয়ন্ত্রণ সম্পূর্ণরূপে তার নিয়ন্ত্রক বা রেগুলেটরের ওপর নির্ভরশীল। আর একটি পাখার ভোল্টেজের পরিমাণ তার ঘূর্ণন গতির সমানুপাতী, অর্থাৎ ভোল্টেজ যত বাড়বে, পাখার গতিও ততটাই বাড়বে।

এখন, বিভিন্ন রেগুলেটর ও তাদের কর্মপদ্ধতি নিয়ে আলোচনা করা যাক:

এই মুহূর্তে, বাজারে মোটামুটি দুই ধরনের রেগুলেটর পাওয়া যায়—

১) ইলেক্ট্রিক রেগুলেটর (Electric Regulator): এই রেগুলেটরগুলিতে পাখার ভোল্টেজ হ্রাস করার জন্য রোধ বসানো থাকে। যখন পাখার ভোল্টেজ কমানো হয় তখন রোধটি উত্তপ্ত হয়ে ওঠে আর বিদ্যুৎ সরবরাহ কমার কারণে পাখার গতিও কমে যায়। কিন্তু এর ফলে পাখার ভোল্টেজ তথা গতি কমিয়ে যে বিদ্যুৎ বাঁঁচানো হয়, সেই বিদ্যুৎ এই রোধ-মধ্যস্থ তাপশক্তিতে রূপান্তরিত হয়ে যায়। অর্থাৎ শেষ পর্যন্ত, এই রেগুলেটরের মাধ্যমে পাখার গতি কমিয়ে বিদ্যুৎ খরচ বিশেষ কমে না বললেই চলে।ফলে ইলেকট্রিক্যাল রেগুলেটর ব্যবহার করলে ফ্যানের গতি কম-বেশির সাথে রেগুলেটর লস যথাক্রমে বেশি ও কম হয় ফলে বৈদ্যুতিক পাখার গতি যাই হোক, বিদ্যুৎ খরচ প্রায় একই হয়।
২) ইলেকট্রনিক রেগুলেটর (Electronic Regulator): এই রেগুলেটরগুলিতে পাখার ভোল্টেজ হ্রাস করার জন্য মূলতঃ ট্রায়াক থাকে যার গেটে ট্রিগার নিয়ন্ত্রণ করে ফ্যানের ভোল্টেজের সাইন ওয়েভকে নিয়ন্ত্রণ করা হয় এবং ভোল্টেজের আরএমএস ভ্যালুকে পরিবর্তণ করে ফ্যানের গতি নিয়ন্ত্রণ করা হয়। এইগুলি কখনই গরম হয়ে ওঠে না, ফলে পাখা যখন কম গতিতে চলে তখন যথেষ্ট বিদ্যুৎ সাশ্রয় হয়। সাধারণত ইলেকট্রনিক রেগুলেটরগুলি ইলেক্ট্রিক রেগুলেটরগুলির থেকে প্রায় ৪০ শতাংশ বেশী বিদ্যুতসাশ্রয়ী।

তাই সবশেষে বলা যেতে পারে, বৈদ্যুতিক পাখা কম গতিতে চালালে বিদ্যুৎ খরচ তখনই কম হবে যখন ইলেক্ট্রিক রেগুলেটরের পরিবর্তে ইলেকট্রনিক রেগুলেটর ব্যবহৃত হবে।

সাধারণত বিদ্যুৎ শক্তির বাণিজ্যিক হিসাবের জন্য কিলোওয়াট-ঘন্টা একক ব্যবহৃত হয়।
- এক কিলোওয়াট ক্ষমতা সম্পন্ন কোন যন্ত্র এক ঘন্টা কাজ করলে যে শক্তি ব্যয় হয় তাকে এক কিলোওয়াট ঘন্টা বলে।
কোন পরিবাহীর দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য পরিমাপ করা হয় ভোল্ট একক দ্বারা।

উৎসঃ একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণীর পদার্থ বিজ্ঞান (১ম পত্র) বোর্ড বই।

যেসব পদার্থের মধ্য দিয়ে আধান সহজে প্রবাহিত হতে পারে সে সব পদার্থকে পরিবাহী বলে।
যেমন - রুপা, তামা, লোহা ইত্যাদি।
মূলতঃ সকল ধাতব পদার্থই পরিবাহী। পরিবাহী পদার্থে আধান প্রদান করলে আধানগুলো কোনো জায়গায় আবদ্ধ না থেকে সমস্ত পরিবাহীতে ছড়িয়ে পরে। তাই দুটি আহিত বস্তুকে কোনো পরিবাহী দিয়ে যুক্ত করলে
সহজেই আধান এক বস্তু থেকে অপর বস্তুতে সঞ্চালিত হয়ে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি করে।
পরিবাহী তড়িৎ প্রবাহে বাধা দান করে না বললেই চলে। পরিবাহী পদার্থকে তাপ প্রয়োগ করলে তড়িৎ প্রবাহে বাধা দান করার ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়।
উল্লেখ্য, প্রশ্নে উল্লেখিত অপশনগুলোর মধ্যে রূপার পরিবাহিতা সবচেয়ে বেশি।
তবে রূপার চেয়ে তামা সহজলভ্য বলে বৈদ্যুতিক সরঞ্জামে তামার ব্যবহার বেশি।
উৎসঃ পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি (উন্মুক্ত)।

সাধারণত বিদ্যুৎ শক্তির বাণিজ্যিক হিসাবের জন্য কিলোওয়াট-ঘন্টা একক ব্যবহৃত হয়।
এক কিলোওয়াট ক্ষমতা সম্পন্ন কোন যন্ত্র এক ঘন্টা কাজ করলে যে শক্তি ব্যয় হয় তাকে এক কিলোওয়াট ঘন্টা বলে।
কোন পরিবাহীর দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য পরিমাপ করা হয় ভোল্ট একক দ্বারা।
উৎসঃ একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণীর পদার্থ বিজ্ঞান (১ম পত্র) বোর্ড বই।

যে সকল পদার্থকে চুম্বক আকর্ষণ করে এবং যাদের চুম্বকে পরিণত করা যায় তাদেরকে চৌম্বক পদার্থ বলে।
যেমন- লোহা, লোহার সংকর ধাতু, নিকেল, কোবাল্ট ইত্যাদি।
যে সকল পদার্থকে চুম্বক আকর্ষণ করে না এবং যাদেরকে চুম্বকে পরিণত করা যায় না তাদেরকে অচৌম্বক পদার্থ বলে।
যেমন- বিসমাথ, অ্যান্টিমনি, পারদ, অ্যালুমিনিয়াম ইত্যাদি।
উৎসঃ পদার্থ বিজ্ঞান, একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণি।

- চৌম্বক পদার্থঃ যে সকল পদার্থকে চুম্বক আকর্ষণ করে এবং যাদেরকে চুম্বকে পরিণত করা যায় তাদেরকে চৌম্বক পদার্থ বলে। বেশিরভাগ চৌম্বক পদার্থে লোহা থাকে তাই চৌম্বক পদার্থকে ফেরো চৌম্বক পদার্থ বা ফেরোম্যাগনেটিক পদার্থ বলা হয়। ফেরো শব্দটির অর্থ লোহা। উদাহরণঃ লোহা, ইস্পাত, নিকেল, কোবাল্ট।

- অচৌম্বক পদার্থঃ যে সকল পদার্থকে চুম্বক আকর্ষণ করে না এবং যাদেরকে চুম্বকে পরিণত করা যায় না তাদেরকে অচৌম্বক পদার্থ বলে। উদাহরণঃ সোনা, রূপা, তামা, পিতল, অ্যালুমিনিয়াম, দস্তা, টিন, কাঠ, কাগজ, প্লাস্টিক, রাবার।

উৎসঃ পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি

একটি আদর্শ ভোল্টেজ সোর্সের অভ্যন্তরীণ রোধ শূন্য  হয়।

একটি আদর্শ ভোল্টেজ উৎস হল এমন একটি তাত্ত্বিক উৎস যার টার্মিনাল জুড়ে ভোল্টেজ স্থির থাকে এবং লোডের পরিবর্তন নির্বিশেষে এটি পরিবর্তিত হয় না। এটি শুধুমাত্র তখনই সম্ভব যদি উৎসের অভ্যন্তরীণ রোধ (internal resistance) শূন্য হয়। কারণ, যদি অভ্যন্তরীণ রোধ থাকে, তাহলে লোডের পরিবর্তনের সাথে সাথে ভোল্টেজ ড্রপ হবে, যা আদর্শ ভোল্টেজ উৎসের বৈশিষ্ট্যের সাথে সাংঘর্ষিক।

যদি অভ্যন্তরীণ রোধ শূন্য না হত, তাহলে উৎসের মধ্য দিয়ে কারেন্ট প্রবাহিত হওয়ার সময় ভোল্টেজ পতন (V = IR) ঘটত এবং ভোল্টেজ পরিবর্তিত হয়ে যেত।

আদর্শ ভোল্টেজ উৎসের ক্ষেত্রে, r = 0, তাই:

V_terminal = V_source অর্থাৎ, টার্মিনাল ভোল্টেজ সর্বদা উৎসের ভোল্টেজের সমান থাকে।

সুতরাং, আদর্শ ভোল্টেজ উৎসের অভ্যন্তরীণ রোধ শূন্য (০)।

- মাইক্রোওয়েভ ওভেনের কার্যনীতিকে সর্বোত্তমভাবে ঘ) ঘূর্ণনের কারণে ডাই-ইলেকট্রিক হিটিং - অপশনটি বর্ণনা করে। মাইক্রোওয়েভ ওভেন খাদ্যের উপর উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির মাইক্রোওয়েভ বিকিরণ প্রয়োগ করে। এই বিকিরণের প্রভাবে খাদ্যের ভেতরে থাকা পানির অণুগুলো দ্রুত ঘূর্ণন শুরু করে, কারণ পানির অণু ডাইপোল প্রকৃতির। এই ঘূর্ণনের ফলে অণুগুলোর মধ্যে ঘর্ষণ সৃষ্টি হয় এবং সেই ঘর্ষণ থেকেই তাপ উৎপন্ন হয়। ফলে খাদ্য ভেতর থেকে সমানভাবে গরম হয়। এটি ইনফ্রা-রেড বা সাধারণ তাপ পরিবহণের মাধ্যমে নয়, বরং ডাই-ইলেকট্রিক হিটিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কাজ করে।

মাইক্রোওয়েভ ওভেন: 
- মাইক্রোওয়েভ ওভেন হলো এমন একটি যন্ত্র যা ম্যাগনেট্রন নামক একটি ইলেকট্রনিক ভ্যাকুয়াম টিউব দ্বারা উৎপাদিত মাইক্রোওয়েভ ব্যবহার করে খাবার রান্না করে বা গরম করে। 
- মাইক্রোওয়েভ ওভেন ধাতব আবরণ, কাচ/সিরামিক রান্নার পৃষ্ঠ, ম্যাগনেট্রন, ওয়েভগাইড ও নিয়ন্ত্রণ সার্কিট সমন্বয়ে গঠিত একটি ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল যন্ত্র। 
- ম্যাগনেট্রন বিদ্যুৎ শক্তিকে তড়িৎ-চৌম্বকীয় তরঙ্গ (মাইক্রোওয়েভ) এ রূপান্তর করে। উৎপন্ন মাইক্রোওয়েভ তরঙ্গ ধাতব ওয়েভগাইডের মাধ্যমে রান্নার গহ্বরে প্রবেশ করে। স্টিরার ফ্যান (wave stirrer) মাইক্রোওয়েভ তরঙ্গকে সমানভাবে ছড়িয়ে দেয়। খাবার মাইক্রোওয়েভ শোষণ করে এবং অল্প সময়ে দ্রুত উত্তপ্ত বা রান্না হয়। 
- ম্যাগনেট্রন বিদ্যুৎকে তড়িৎ চৌম্বকীয় বিকিরণে (মাইক্রোওয়েভ) রূপান্তরিত করে, যা বৈদ্যুতিক এবং চৌম্বকীয় শক্তির তরঙ্গ দিয়ে তৈরি। 
- ম্যাগনেট্রন দ্বারা উৎপন্ন হওয়ার পরে মাইক্রোওয়েভগুলো একটি ওয়েভগাইড নামক ধাতব ঘেরের মধ্য দিয়ে একটি স্টিরার ফ্যানে ভ্রমণ করে, যা মাইক্রোওয়েভগুলোকে রান্নার গহ্বরে বিতরণ করে। রান্নার এলাকার ভিতরে মাইক্রোওয়েভগুলো খাবার দ্বারা শোষিত হয়, যা কয়েক মিনিট বা সেকেন্ডের মধ্যে রান্না বা উত্তপ্ত হয়।  
- মাইক্রোওয়েভ তরঙ্গ কাচ, প্লাস্টিক, সিরামিক ও কাগজের মধ্য দিয়ে যেতে পারে, কিন্তু ধাতু দ্বারা প্রতিফলিত হয় এবং খাবার দ্বারা শোষিত হয়। খাবারের ভেতরের পানির অণুগুলোকে কম্পিত করে মাইক্রোওয়েভ তাপ উৎপন্ন করে; এই তাপেই খাবার রান্না হয়। কম্পনের ফলে অণুগুলোর মধ্যে ঘর্ষণ সৃষ্টি হয়, যা তাপ উৎপাদনের প্রধান কারণ। 
- মাইক্রোওয়েভ রান্না প্রচলিত ওভেনের তুলনায় বেশি কার্যকর, কারণ এটি সরাসরি খাবারকে উত্তপ্ত করে, ওভেনের দেয়াল বা বাতাসকে নয়। মাইক্রোওয়েভ শোষিত হয়ে তাপে রূপান্তরিত হয়, তাই খাবার তড়িৎ-চৌম্বকীয় বিকিরণে দূষিত হয় না। 

উৎস: encyclopedia.com ওয়েবসাইট [লিঙ্ক] এবং দৈনিক প্রথম আলো পত্রিকা [লিঙ্ক]।

• অপশন বিশ্লেষণ: 
ক) সত্য: ইথার একটি রাসায়নিক তরল পদার্থ। (Chemistry).
- ডাই-ইথাইল ইথার (C₄H₁₀O) একটি বাস্তব রাসায়নিক যৌগ।
- এটি অতীতে চিকিৎসাবিজ্ঞানে অ্যানেস্থেটিক (চেতনানাশক) হিসেবে ব্যবহৃত হতো।
- এটি একটি উড়নশীল (volatile), দাহ্য (flammable) তরল দ্রাবক।
 
খ) সত্য: ইথার ছিল একটি কাল্পনিক মাধ্যম যা মহাবিশ্বে সর্বত্র বিদ্যমান বলে ধরা হতো। (Physics).
- ১৯ শতকে বিজ্ঞানীরা "লুমিনিফেরাস ইথার" নামক ধারণা দেন।
- তারা বিশ্বাস করতেন এটি সমগ্র মহাবিশ্বে বিরাজমান।
- ধারণা করা হতো আলো ও তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গ সঞ্চালনের জন্য এটি অপরিহার্য।
 
ঘ) সত্য: কাল্পনিক মাধ্যমে স্থিতিস্থাপক ধর্ম ছিল বলে মনে করা হতো। (Physics).
- বিজ্ঞানীরা তত্ত্ব দিয়েছিলেন যে ইথারের স্থিতিস্থাপক বৈশিষ্ট্য রয়েছে।
- এর ফলে তরঙ্গ সঞ্চালিত হতে পারত।
- যেমন শব্দ তরঙ্গ চলাচলের জন্য স্থিতিস্থাপক মাধ্যম (বায়ু) প্রয়োজন হয়।
 
গ) মিথ্যা: এ মাধ্যম ছাড়া তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গ সঞ্চালন সম্ভব নয়। (Physics).

• কেন মিথ্যা?

• ঐতিহাসিক প্রমাণ:
- মাইকেলসন–মর্লে পরীক্ষা (১৮৮৭) ইথারের অস্তিত্ব খুঁজে পেতে ব্যর্থ হয়।
- এতে প্রমাণিত হয় যে ইথার বাস্তবে নেই।
- এই পরীক্ষাই পরবর্তীকালে বড় বৈজ্ঞানিক আবিষ্কারের পথ তৈরি করে।

• আধুনিক বৈজ্ঞানিক ধারণা:
- ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণ প্রমাণ করে যে তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গ শূন্যতায়ও চলতে পারে।
- আইনস্টাইনের বিশেষ আপেক্ষিকতাবাদ (১৯০৫) ইথারের প্রয়োজনীয়তা বাতিল করে দেয়।
- তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গ হলো বিদ্যুৎ ও চৌম্বক ক্ষেত্রের স্ব-প্রসারিত বিচ্যুতি।

• পরীক্ষামূলক প্রমাণ:
- নক্ষত্র থেকে আলো শূন্য মহাশূন্য পেরিয়ে পৃথিবীতে পৌঁছায়।
- মহাকাশযানের সঙ্গে রেডিও যোগাযোগ শূন্য মহাশূন্যে সম্ভব।
- সব ধরনের তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গ (রেডিও, মাইক্রোওয়েভ, ইনফ্রারেড, দৃশ্যমান, আল্ট্রাভায়োলেট, এক্স-রে, গামা) শূন্যতায় ভ্রমণ করতে সক্ষম।

• বিস্তারিত আলোচনা: 
- তড়িৎচৌম্বক (EM) তরঙ্গ, যেমন দৃশ্যমান আলো, শূন্য মহাশূন্যের মধ্য দিয়েই চলতে পারে এবং এদের জন্য কোনো মাধ্যমের প্রয়োজন নেই।

• ইথার ধারণা:
- ১৯শ শতকে পদার্থবিদরা মনে করতেন যে সব তরঙ্গের জন্য একটি মাধ্যম দরকার। যেমন শব্দ তরঙ্গের জন্য বায়ু ও জলতরঙ্গের জন্য পানি লাগে, তেমনি তারা ধারণা করেন যে আলোও শূন্যতায় ছড়াতে হলে কোনো এক বিশেষ মাধ্যম লাগবে। এই কাল্পনিক, অদৃশ্য ও সর্বব্যাপী মাধ্যমকে বলা হয় লুমিনিফেরাস ইথার।

• ইথার তত্ত্বের পতন:
- মাইকেলসন–মর্লে পরীক্ষা (১৮৮৭): তাঁরা পৃথিবীর গতির কারণে "ইথার বায়ু" (aether wind) শনাক্ত করার চেষ্টা করেছিলেন।
- ফল: কোনো দিকেই আলোর গতির পার্থক্য পাওয়া যায়নি। এটি ছিল ইথারের অস্তিত্বের বিরুদ্ধে প্রথম শক্ত প্রমাণ।
- আইনস্টাইনের বিশেষ আপেক্ষিকতা (১৯০৫): এ তত্ত্ব প্রমাণ করে যে শূন্যতায় আলোর গতি সব পর্যবেক্ষকের জন্য একই এবং কোনো মাধ্যমের ওপর নির্ভরশীল নয়। ফলে ইথার ধারণা অপ্রয়োজনীয় হয়ে যায়।

সূত্র:
- NASA. [link]
- Britannica. [link]
- European Journal of Applied Physics. [link]