তড়িৎ প্রবাহের তাপীয় ফল (Heating Effect of Electric Current)

কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহ হলে আধানবাহী কণাগুলি পরিবাহীর ভেতরে চলাচল করে। চলার সময় তারা পরিবাহীর কণার সঙ্গে সংঘর্ষ করে এবং তড়িৎ শক্তির একটি অংশ তাপ শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। ফলে পরিবাহী উত্তপ্ত হয়। এই ঘটনাকে তড়িৎ প্রবাহের তাপীয় ফল বলা হয়।

বৈদ্যুতিক হিটার, ইস্ত্রি এবং বহু তাপ-উৎপাদক যন্ত্র এই প্রভাবের উপর কাজ করে।

জুলের সূত্র (Joule's Law of Heating)

উৎসপাঠে জুলের সূত্র তিনটি সমানুপাতের মাধ্যমে দেওয়া হয়েছে।

1. প্রবাহমাত্রার প্রভাব

রোধ ও সময় স্থির থাকলে—

2. রোধের প্রভাব

প্রবাহ ও সময় স্থির থাকলে—

3. সময়ের প্রভাব

প্রবাহ ও রোধ স্থির থাকলে—

তিনটি সম্পর্ক একত্র করলে জুল এককে—

এটাই জুলের তাপীয় সূত্র।

ওহমের সূত্র ব্যবহার করলে আরও দুটি কার্যকর রূপ পাওয়া যায়—

এবং,

উৎসপাঠে ক্যালোরি এককে আনুমানিকভাবে—

দেওয়া হয়েছে।

তাপ উৎপাদনের কিছু গুরুত্বপূর্ণ ফল

• একই ও -এ প্রবাহ দ্বিগুণ হলে তাপ চারগুণ হয়।
• একই ও -এ রোধ দ্বিগুণ হলে তাপ দ্বিগুণ হয়।
• একই ও -এ সময় দ্বিগুণ হলে তাপ দ্বিগুণ হয়।
• একই রোধ ও সময়ে বিভব প্রভেদ বাড়লে ।

তড়িৎ শক্তি (Electrical Energy)

একটি আধান -কে বিভব প্রভেদের মধ্য দিয়ে স্থানান্তর করলে তড়িৎ শক্তির পরিমাণ—

যেহেতু , তাই—

ওহমের সূত্র ব্যবহার করলে—

এবং,

রোধী যন্ত্রে ব্যয়িত এই শক্তির বড় অংশ তাপে রূপান্তরিত হতে পারে।

তড়িৎ ক্ষমতা (Electrical Power)

সময়ের সাপেক্ষে তড়িৎ শক্তি ব্যবহারের হারকে তড়িৎ ক্ষমতা বলে।

যেহেতু , তাই—

ওহমের সূত্র ব্যবহার করলে—

এবং,

SI একক

তড়িৎ ক্ষমতার SI একক ওয়াট (W)।

এছাড়া,

কিলোওয়াট-ঘণ্টা এবং বিদ্যুতের unit

1 kW ক্ষমতার একটি যন্ত্র 1 ঘণ্টা চললে ব্যবহৃত শক্তি 1 kWh।

বাণিজ্যিকভাবে 1 unit বিদ্যুৎ = 1 kWh। উৎসপাঠে একে B.O.T. unit হিসেবেও উল্লেখ করা হয়েছে।

বৈদ্যুতিক যন্ত্রের rating কী বোঝায়?

কোনো বাল্বে 220 V, 100 W লেখা থাকলে এর অর্থ হলো নির্ধারিত 220 V বিভব প্রভেদে বাল্বটি 100 W হারে তড়িৎ শক্তি ব্যবহার করার জন্য নির্ধারিত।

তার রোধ—

এবং প্রবাহ—

220 V, 100 W বাল্বের জন্য—

বিদ্যুৎ খরচের উদাহরণ

একটি বাড়িতে 2টি 60 W বাতি এবং 2টি 80 W পাখা আছে। সবগুলি দৈনিক 5 ঘণ্টা চলে।

প্রতিদিন ব্যবহৃত শক্তি—

30 দিনে—

অর্থাৎ 42 unit। প্রতি unit-এর দাম 4 টাকা হলে মোট খরচ—

উত্তর: 168 টাকা

তাপীয় ফলের ব্যবহার

ইলেকট্রিক হিটার

হিটারে উচ্চ রোধাঙ্কবিশিষ্ট তারের কুণ্ডলী ব্যবহার করা হয়। উৎসপাঠে নাইক্রোম (Nichrome)-এর উল্লেখ আছে। এতে প্রবাহ চললে তাপ উৎপন্ন হয় এবং সেই তাপ ব্যবহার করে বস্তু গরম করা হয়।

ইলেকট্রিক ইস্ত্রি

ইস্ত্রির heating element-এ উৎপন্ন তাপ নিচের ধাতব তলকে গরম করে।

নাইক্রোম কেন ব্যবহার করা হয়?

উৎসপাঠ অনুযায়ী নাইক্রোম—

• তুলনামূলকভাবে উচ্চ রোধাঙ্কযুক্ত,
• উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে,
• উত্তপ্ত অবস্থায় সহজে ক্ষতিগ্রস্ত হয় না।

এই কারণে heating element হিসেবে এটি উপযোগী।

ফিউজ তার (Fuse Wire)

বৈদ্যুতিক লাইনে স্বাভাবিকের চেয়ে অনেক বেশি প্রবাহ হলে তার অতিরিক্ত উত্তপ্ত হয়ে বিপজ্জনক হতে পারে। উৎসপাঠে এই সুরক্ষার জন্য ফিউজ তার ব্যবহারের কথা বলা হয়েছে।

ফিউজ এমনভাবে নির্বাচিত হয় যাতে নির্দিষ্ট সীমার বেশি প্রবাহ হলে উৎপন্ন তাপে ফিউজ অংশ গলে বর্তনীর সংযোগ বিচ্ছিন্ন করে দেয়। ফলে মূল লাইনে প্রবাহ বন্ধ হয়ে যায়।

ফিউজ বা অন্য সুরক্ষা ব্যবস্থা সম্পর্কে গৃহবর্তনী প্রসঙ্গে আরও আলোচনা Domestic Electric Circuits and Electrical Safety পাতায় আছে।

শর্ট সার্কিট (Short Circuit)

বিপরীত বিভবের দুটি লাইনের মধ্যে কোনো কারণে প্রায় সরাসরি খুব কম রোধের সংযোগ তৈরি হলে বর্তনীর মোট রোধ খুব কমে যায়। ফলে প্রবাহ হঠাৎ অনেক বেড়ে যেতে পারে এবং প্রচুর তাপ উৎপন্ন হয়। এই অবস্থাকে শর্ট সার্কিট বলা হয়।

সমাধানসহ উদাহরণ

উদাহরণ 1

10 Ω রোধের তারের মধ্য দিয়ে 0.5 A প্রবাহ 60 s ধরে চললে উৎপন্ন তাপ কত?

উদাহরণ 2

রোধ ও সময় অপরিবর্তিত রেখে প্রবাহ 4 গুণ করলে উৎপন্ন তাপ কত গুণ হবে?

তাই,

উত্তর: 16 গুণ

উদাহরণ 3

440 Ω রোধের একটি বাতি 220 V লাইনে 10 ঘণ্টা জ্বলে। ব্যবহৃত শক্তি কত unit?

উত্তর: 1.1 unit

আরও দুটি বিদ্যুৎ-খরচের উদাহরণ

উদাহরণ 4

একটি বাড়িতে 6টি 60 W বাতি এবং 3টি 40 W পাখা আছে। সবগুলি প্রতিদিন 6 ঘণ্টা করে 30 দিন চলে।

মোট ক্ষমতা—

মোট সময়—

ব্যবহৃত শক্তি—

অর্থাৎ 86.4 unit।

উদাহরণ 5

1600 W-এর একটি বৈদ্যুতিক যন্ত্র 200 V লাইনে যুক্ত।

প্রবাহ—

100 ঘণ্টায় ব্যবহৃত শক্তি—

অর্থাৎ 160 unit।

দ্রুত মনে রাখো

• 1 unit = 1 kWh

নিজে চেষ্টা করো

1. 5 Ω রোধে 2 A প্রবাহ 10 মিনিট চললে উৎপন্ন তাপ কত জুল?
2. 220 V, 60 W বাল্বের প্রবাহ ও রোধ নির্ণয় করো।
3. 1.5 kW হিটার 2 ঘণ্টা চললে কত unit শক্তি ব্যবহার করবে?
4. একই রোধে প্রবাহ তিনগুণ হলে একই সময়ে তাপ কত গুণ হবে?
5. 500 W যন্ত্র প্রতিদিন 4 ঘণ্টা করে 30 দিন চললে মোট কত kWh শক্তি ব্যবহার করবে?