স্থির তড়িৎ (Static Electricity)
শুকনো চুলে প্লাস্টিকের চিরুনি ঘষে ছোট কাগজের টুকরোর কাছে আনলে কাগজগুলি চিরুনির দিকে আকৃষ্ট হতে পারে। আবার শীতকালে সিন্থেটিক পোশাক খুলতে গিয়ে ছোট শব্দ বা ক্ষুদ্র স্পার্ক দেখা যায়। এই ঘটনাগুলির পেছনে রয়েছে স্থির তড়িৎ (Static Electricity)।
Class 10-এর তড়িৎ অধ্যায় বুঝতে স্থির আধান, আধানের স্থানান্তর এবং আধানের মধ্যে ক্রিয়াশীল বল সম্পর্কে পরিষ্কার ধারণা থাকা খুবই গুরুত্বপূর্ণ।
👉 স্থির তড়িৎ কী?
কোনো বস্তুর উপর ধনাত্মক বা ঋণাত্মক তড়িৎ আধানের অসমতা সৃষ্টি হয়ে সেই আধান কিছু সময়ের জন্য সঞ্চিত থাকলে তাকে স্থির তড়িৎ বলা হয়।
এখানে “স্থির” কথাটির অর্থ এই নয় যে আধান কোনো অবস্থাতেই নড়তে পারে না। বরং এর অর্থ হলো আধানটি কোনো বন্ধ সার্কিটে ধারাবাহিক তড়িৎপ্রবাহ হিসেবে চলাচল করছে না। সুযোগ পেলে এই সঞ্চিত আধান দ্রুত নির্গত বা discharge হতে পারে।
উদাহরণ: ঘর্ষিত চিরুনি, বেলুন, প্লাস্টিক স্কেল বা সিন্থেটিক পোশাকের উপর কিছু সময়ের জন্য স্থির আধান জমতে পারে।
👉 বস্তু আধানযুক্ত হয় কীভাবে?
সাধারণ অবস্থায় একটি বস্তু মোটামুটি তড়িৎ-নিরপেক্ষ থাকে, অর্থাৎ তার মোট ধনাত্মক ও ঋণাত্মক আধান পরস্পরকে সাম্য করে। কোনো প্রক্রিয়ায় ইলেকট্রন এক বস্তু থেকে অন্য বস্তুতে স্থানান্তরিত হলে এই সাম্য নষ্ট হয়।
- কোনো বস্তু ইলেকট্রন গ্রহণ করলে সেটি ঋণাত্মক আধানযুক্ত হয়।
- কোনো বস্তু ইলেকট্রন হারালে সেটি ধনাত্মক আধানযুক্ত হয়।
গুরুত্বপূর্ণ
সাধারণ স্থির তড়িৎ ঘটনায় প্রোটন বস্তু থেকে বস্তুতে স্থানান্তরিত হয় না। প্রধানত ইলেকট্রনের স্থানান্তর ঘটে।
👉 আধানের সংরক্ষণ
দুটি বস্তু ঘর্ষণ করলে একটি বস্তু যদি কিছু ইলেকট্রন হারায়, অন্য বস্তুটি সেই ইলেকট্রন গ্রহণ করতে পারে। ফলে একটির উপর ধনাত্মক এবং অন্যটির উপর সমপরিমাণ ঋণাত্মক আধান দেখা যায়।
অর্থাৎ নতুন আধান সৃষ্টি হয় না; আধান এক বস্তু থেকে অন্য বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়। মোট আধান সংরক্ষিত থাকে।
এটি আধানের সংরক্ষণ নীতি (Conservation of Charge)-এর একটি সরল উদাহরণ।
👉 আধানের পারস্পরিক ক্রিয়া
তড়িৎ আধান দুই প্রকার: ধনাত্মক ও ঋণাত্মক।
| আধানের প্রকৃতি | পারস্পরিক ক্রিয়া |
|---|---|
| সমজাতীয় আধান (+,+ বা −,−) | পরস্পরকে বিকর্ষণ করে |
| বিপরীত আধান (+,−) | পরস্পরকে আকর্ষণ করে |
এই আকর্ষণ বা বিকর্ষণ বলের পরিমাণ নির্ণয় করতে কুলম্বের সূত্র ব্যবহার করা হয়।
👉 কোনো বস্তুকে আধানযুক্ত করার প্রধান পদ্ধতি
কোনো বস্তুকে প্রধানত তিনভাবে আধানযুক্ত করা যায়।
1. ঘর্ষণের মাধ্যমে (Charging by Friction)
দুটি ভিন্ন পদার্থ ঘষলে তাদের মধ্যে ইলেকট্রন স্থানান্তরিত হতে পারে। তখন একটি বস্তু ইলেকট্রন হারিয়ে ধনাত্মক এবং অন্যটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে ঋণাত্মক আধানযুক্ত হয়।
উদাহরণ: শুকনো চুলে প্লাস্টিকের চিরুনি বা বেলুন ঘষলে তা ছোট কাগজের টুকরো আকর্ষণ করতে পারে।
মনে রাখবে: ঘর্ষণ নিজে আধান “তৈরি” করে না; ঘর্ষণ ইলেকট্রন স্থানান্তরের সুযোগ সৃষ্টি করে।
2. স্পর্শের মাধ্যমে (Charging by Contact / Conduction)
একটি আধানযুক্ত পরিবাহীকে একটি নিরপেক্ষ পরিবাহীর সঙ্গে স্পর্শ করালে আধান তাদের মধ্যে পুনর্বণ্টিত হতে পারে। স্পর্শ সরিয়ে নেওয়ার পর নিরপেক্ষ বস্তুটিও আধানযুক্ত থাকতে পারে।
3. আবেশের মাধ্যমে (Charging by Induction)
একটি আধানযুক্ত বস্তুকে কোনো নিরপেক্ষ পরিবাহীর খুব কাছে আনলে, স্পর্শ না করিয়েও পরিবাহীর মধ্যে আধানের পুনর্বিন্যাস ঘটে। এই ঘটনাকে তড়িৎ আবেশ (Electrostatic Induction) বলা হয়।
যদি উপযুক্ত আর্থিং ব্যবহার করা হয়, তবে আবেশের সাহায্যে পরিবাহীকে স্থায়ীভাবে আধানযুক্তও করা যায়।
👉 পরিবাহী ও অন্তরকে স্থির আধানের আচরণ
| বিষয় | পরিবাহী (Conductor) | অন্তরক (Insulator) |
|---|---|---|
| আধানের চলাচল | আধানবাহী কণা তুলনামূলকভাবে সহজে চলতে পারে | আধানবাহী কণার চলাচল খুব সীমিত |
| স্থির আধান | পৃষ্ঠে দ্রুত পুনর্বণ্টিত হতে পারে | স্থানীয়ভাবে তুলনামূলক বেশি সময় আটকে থাকতে পারে |
| উদাহরণ | তামা, অ্যালুমিনিয়াম, লোহা | কাচ, রবার, শুকনো প্লাস্টিক |
এই কারণেই প্লাস্টিকের চিরুনি বা বেলুনে স্থির আধান সহজে দেখা যায়, বিশেষত শুষ্ক আবহাওয়ায়।
👉 তড়িৎ আবেশ সহজভাবে
ধরা যাক, একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত দণ্ডকে একটি নিরপেক্ষ ধাতব পরিবাহীর কাছে আনা হলো। দণ্ডের আকর্ষণে পরিবাহীর মুক্ত ইলেকট্রনগুলি দণ্ডের দিকের প্রান্তে কিছুটা বেশি জমা হবে। ফলে কাছের প্রান্ত তুলনামূলক ঋণাত্মক এবং দূরের প্রান্ত তুলনামূলক ধনাত্মক হবে।
এখানে দণ্ডটি পরিবাহীকে স্পর্শ করেনি, তবুও পরিবাহীর ভিতরে আধানের পুনর্বিন্যাস ঘটেছে। এটিই তড়িৎ আবেশ।
এই ধারণাটি বোঝা গুরুত্বপূর্ণ, কারণ একটি আধানযুক্ত বস্তু কখনও কখনও একটি নিরপেক্ষ বস্তুকেও আকর্ষণ করতে পারে।
👉 আর্থিং (Earthing)
পৃথিবীকে একটি বিশাল আধান ভাণ্ডার হিসেবে ধরা যায়। কোনো পরিবাহীকে পৃথিবীর সঙ্গে পরিবাহী তারের মাধ্যমে যুক্ত করলে ইলেকট্রন পৃথিবীতে যেতে বা পৃথিবী থেকে আসতে পারে। এই সংযোগকে আর্থিং বলা হয়।
আর্থিংয়ের কাজ হলো অতিরিক্ত আধানের জন্য একটি নিরাপদ পথ তৈরি করা।
দৈনন্দিন ব্যবহার: বৈদ্যুতিক যন্ত্রের ধাতব আবরণ আর্থিং করা নিরাপত্তার জন্য গুরুত্বপূর্ণ, যদিও সেই বিষয়টি চলতড়িৎ ও গৃহস্থালি সার্কিটে আরও বিস্তারিতভাবে আলোচনা করা হয়।
👉 ইলেকট্রোস্কোপ (Electroscope)
কোনো বস্তু আধানযুক্ত কি না তা পরীক্ষার জন্য electroscope ব্যবহার করা যায়। প্রচলিত gold-leaf electroscope-এ ধাতব পাত বা পাতলা foil আধান পেলে একই ধরনের আধানের বিকর্ষণের কারণে পরস্পর থেকে দূরে সরে যায়।
এটি স্থির আধান শনাক্ত করার একটি প্রাথমিক যন্ত্র।
👉 বিজ্ঞানী কুলম্বের সূত্র (Coulomb's Law)
দুটি স্থির বিন্দু আধানের মধ্যে ক্রিয়াশীল তড়িৎ বলের মান,
🔹 1. আধান দুটির মানের গুণফলের সমানুপাতিক ()।
🔹 2. আধান দুটির মধ্যবর্তী দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক ()।
🔹 3. এবং বলটি আধান দুটির সংযোজক সরলরেখা বরাবর ক্রিয়া করে।
অতএব,
অথবা,
এখানে,
দুটি আধানের মধ্যে তড়িৎ বল = F
আধান দুটির মান = q1 ও q2
আধান দুটির মধ্যবর্তী দূরত্ব = r
মাধ্যমের উপর নির্ভরশীল সমানুপাতিক k ধ্রুবক।
বল আকর্ষণ না বিকর্ষণ?
- সমজাতীয় আধান হলে বল বিকর্ষণমূলক।
- বিপরীত আধান হলে বল আকর্ষণমূলক।
সূত্রে ব্যবহার করলে আমরা বলের মান পাই। বলের প্রকৃতি আধানের চিহ্ন দেখে নির্ধারণ করতে হয়।
👉 শূন্য মাধ্যমে কুলম্বের সূত্র
শূন্য মাধ্যমে,
অতএব,
যেখানে হলো শূন্য মাধ্যমের তড়িৎভেদ্যতা (permittivity of free space)।
প্রায়,
তাই শূন্য মাধ্যম বা প্রায় বায়ুতে অনেক সমস্যায়,
ব্যবহার করা যায়।
👉 কোনো মাধ্যমে কুলম্বের সূত্র
কোনো মাধ্যমের তড়িৎভেদ্যতা হলে,
যদি মাধ্যমটির আপেক্ষিক তড়িৎভেদ্যতা বা dielectric constant হয়, তবে,
অর্থাৎ,
তাই একই দুটি আধান ও একই দূরত্বের জন্য,
অর্থাৎ আপেক্ষিক তড়িৎভেদ্যতা যত বেশি, একই অবস্থায় দুটি আধানের মধ্যে কুলম্বীয় বল তত কম হয়।
নোট: অনেক পুরোনো বইতে আপেক্ষিক তড়িৎভেদ্যতা বা dielectric constant-কে দ্বারা প্রকাশ করা হয়। আধুনিক লেখায় ব্যবহারও প্রচলিত।
👉 কুলম্বের সূত্র থেকে গুরুত্বপূর্ণ ফল
1. একটি আধান দ্বিগুণ করলে
অন্য সবকিছু অপরিবর্তিত থাকলে,
তাই একটি আধান দ্বিগুণ করলে বলও দ্বিগুণ হয়।
2. দুটি আধানই দ্বিগুণ করলে
অর্থাৎ বল চারগুণ হয়।
3. দূরত্ব দ্বিগুণ করলে
অর্থাৎ বল আগের এক-চতুর্থাংশ হয়।
4. দূরত্ব তিনগুণ করলে
অর্থাৎ বল আগের এক-নবমাংশ হয়।
👉 তড়িৎ আধানের একক
তড়িৎ আধানের SI একক হলো কুলম্ব (coulomb), প্রতীক C।
মৌলিক আধানের মান,
আধানের মাত্রা,
অতিরিক্ত তথ্য
CGS-ESU পদ্ধতিতে আধানের একক statcoulomb (statC)। আনুমানিক,
Class 10-এর অধিকাংশ সংখ্যাগত সমস্যায় SI একক ব্যবহার করাই সুবিধাজনক।
👉 সমাধান করা উদাহরণ 1
দুটি বিন্দু আধান এবং পরস্পর থেকে দূরে শূন্য মাধ্যমে রয়েছে। তাদের মধ্যবর্তী বলের মান নির্ণয় করো।
প্রদত্ত,
কুলম্বের সূত্র অনুযায়ী,
অতএব বলের মান 0.6 N। আধান দুটি সমজাতীয় হলে বল বিকর্ষণমূলক এবং বিপরীত হলে আকর্ষণমূলক হবে।
👉 সমাধান করা উদাহরণ 2
দুটি আধানের মধ্যে বল 16 N। তাদের মধ্যবর্তী দূরত্ব দ্বিগুণ করা হলে নতুন বল কত হবে?
কুলম্বের সূত্র অনুযায়ী,
দূরত্ব দ্বিগুণ হলে,
অতএব নতুন বল 4 N।
👉 সমাধান করা উদাহরণ 3
শূন্য মাধ্যমে দুটি আধানের মধ্যে বল 12 N। একই দূরত্বে আপেক্ষিক তড়িৎভেদ্যতা বিশিষ্ট মাধ্যমে রাখলে বল কত হবে?
অতএব মাধ্যমে বলের মান 4 N।
👉 স্থির তড়িৎ ও চলতড়িতের পার্থক্য
| স্থির তড়িৎ | চলতড়িৎ |
|---|---|
| আধান কোনো বস্তুর উপর সঞ্চিত থাকে | আধানবাহী কণার সুশৃঙ্খল প্রবাহ ঘটে |
| সাধারণত ঘর্ষণ, স্পর্শ বা আবেশে দেখা যায় | সাধারণত বিভব পার্থক্যযুক্ত বন্ধ সার্কিটে দেখা যায় |
| হঠাৎ discharge হতে পারে | সার্কিটে ধারাবাহিকভাবে প্রবাহিত হতে পারে |
| উদাহরণ: ঘর্ষিত চিরুনি, বেলুন | উদাহরণ: ব্যাটারিচালিত সার্কিট |
👉 দৈনন্দিন জীবনে স্থির তড়িৎ
⭐ চিরুনি ও কাগজ: চুলে ঘষা প্লাস্টিকের চিরুনি ছোট কাগজের টুকরোকে আকর্ষণ করতে পারে।
⭐ বেলুন ও চুল: বেলুন চুলে ঘষলে চুলের কিছু অংশ বেলুনের দিকে উঠে যেতে পারে।
⭐ সিন্থেটিক পোশাক: শুষ্ক আবহাওয়ায় পোশাক খুলতে গেলে ছোট crackling শব্দ বা ক্ষুদ্র স্পার্ক হতে পারে।
⭐ গাড়ি বা ধাতব দরজা ছোঁয়ার সময় স্পার্ক: শরীরে জমা স্থির আধান হঠাৎ discharge হলে ছোট শক অনুভূত হতে পারে।
⭐ বজ্রপাত: মেঘের মধ্যে বড় আকারে আধান-বিভাজন ঘটলে হঠাৎ বিশাল তড়িৎ নির্গমন হতে পারে। এটি স্থির তড়িতের একটি বৃহৎ প্রাকৃতিক উদাহরণ।
👉 আর্দ্র দিনে স্থির তড়িৎ কম দেখা যায় কেন?
শুষ্ক বাতাস তুলনামূলক ভালো অন্তরকের মতো আচরণ করে, তাই কোনো বস্তুর উপর জমা আধান কিছু সময় ধরে থাকতে পারে। কিন্তু আর্দ্র বাতাসে বস্তুর পৃষ্ঠে পাতলা জলীয় স্তর তৈরি হতে পারে, যা আধানকে ধীরে ধীরে বেরিয়ে যেতে সাহায্য করে।
তাই শীতের শুষ্ক দিনে static shock বেশি অনুভূত হতে পারে, আর আর্দ্র দিনে তুলনামূলক কম।
✍ নিজে চেষ্টা করো (Quick Practice)
🔸 1. ঘর্ষণে কোনো বস্তু আধানযুক্ত হলে কেন বলা হয় যে নতুন আধান সৃষ্টি হয় না?
🔸 2. একটি ঋণাত্মক আধানযুক্ত দণ্ডকে নিরপেক্ষ ধাতব গোলকের কাছে আনলে গোলকের আধান কীভাবে পুনর্বিন্যাস হবে?
🔸 3. দুটি আধানের মধ্যে বল 20 N। দূরত্ব তিনগুণ করলে নতুন বল কত হবে?
🔸 4. একটি আধান দ্বিগুণ এবং অন্য আধান তিনগুণ করলে, দূরত্ব অপরিবর্তিত থাকলে বল কত গুণ হবে?
🔸 5. শূন্য মাধ্যমে দুটি আধানের মধ্যে বল 18 N। আপেক্ষিক তড়িৎভেদ্যতা 6-এর মাধ্যমে রাখলে বল কত হবে?
🔸 6. সমজাতীয় ও বিপরীত আধানের ক্ষেত্রে কুলম্বীয় বলের প্রকৃতি কী?
Exam tip: কুলম্বের সূত্রের সংখ্যাগত সমস্যায় প্রথমে microcoulomb বা nanocoulomb -কে coulomb-এ এবং দূরত্বকে metre-এ রূপান্তর করো। তারপর ব্যবহার করো।
👉 যে ভুলগুলি এড়াবে
🔸 1. “স্থির তড়িতে আধান একেবারেই নড়ে না” — সুযোগ পেলে সঞ্চিত আধান পুনর্বিন্যাস বা discharge হতে পারে।
🔸 2. “ঘর্ষণ নতুন আধান তৈরি করে” — সাধারণত ইলেকট্রন এক বস্তু থেকে অন্য বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়; মোট আধান সংরক্ষিত থাকে।
🔸 3. “আধানযুক্ত বস্তু শুধু আধানযুক্ত বস্তুকেই আকর্ষণ করে” — আবেশের কারণে একটি আধানযুক্ত বস্তু নিরপেক্ষ বস্তুকেও আকর্ষণ করতে পারে।
🔸 4. “দূরত্ব দ্বিগুণ করলে বল অর্ধেক হয়” — কুলম্বীয় বল -এর সমানুপাতিক, তাই দূরত্ব দ্বিগুণ হলে বল এক-চতুর্থাংশ হয়।
🔸 5. “মাধ্যম বদলালেও কুলম্বীয় বল একই থাকে” — বল মাধ্যমের তড়িৎভেদ্যতার উপর নির্ভর করে।
🔸 6. “কুলম্বের সূত্রে q₁q₂-এর চিহ্ন থেকেই শুধু বলের মান লিখতে হবে” — বলের মানের জন্য নেওয়া সুবিধাজনক; আকর্ষণ বা বিকর্ষণ আলাদাভাবে আধানের চিহ্ন দেখে নির্ধারণ করো।
🧠 সংক্ষেপে মনে রাখো
🔹 স্থির তড়িৎ হলো কোনো বস্তুর উপর সঞ্চিত নিট তড়িৎ আধানের সঙ্গে সম্পর্কিত ঘটনা।
🔹 বস্তু সাধারণত ইলেকট্রন গ্রহণ বা ত্যাগ করে আধানযুক্ত হয়।
🔹 আধানের মোট পরিমাণ সংরক্ষিত থাকে।
🔹 সমজাতীয় আধান বিকর্ষণ এবং বিপরীত আধান আকর্ষণ করে।
🔹 ঘর্ষণ, স্পর্শ এবং আবেশের মাধ্যমে বস্তু আধানযুক্ত করা যায়।
🔹 আর্থিং অতিরিক্ত আধানের জন্য পৃথিবীর সঙ্গে পরিবাহী পথ তৈরি করে।
🔹 কুলম্বের সূত্র: ।
🔹 শূন্য মাধ্যমে ।
🔹 দূরত্ব দ্বিগুণ হলে কুলম্বীয় বল এক-চতুর্থাংশ হয়।
🔹 মাধ্যমের আপেক্ষিক তড়িৎভেদ্যতা বাড়লে একই দুটি আধানের মধ্যে বল কমে।
🔹 তড়িৎ আধানের SI একক কুলম্ব (C)।
