তড়িৎক্ষমতার(Electrical Power )| মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান

  

                  জ্ঞানমূলক প্রশ্নোত্তর 

   1. (i) তড়িৎক্ষমতার সংজ্ঞা দাও। [ME 20]
    (ii) দেখাও যে, তড়িৎক্ষমতা (P) =        বিভবপ্রভেদ (V) x তড়িৎপ্রবাহমাত্রা (I)।
এই সম্পর্ক থেকে প্রতিষ্ঠা করো, P = I²R ,
    এবং P= V²/ R . (2+1+1)
   (iii) তড়িৎক্ষমতার ব্যাবহারিক  একক বা  SI একক কী?★★★[ME ] [পর্ষদ প্রদত্ত প্রশ্ন]  তার সংজ্ঞা দাও, এর বৃহত্তর এককগুলি কী ? (1+2+2)
    (iv) ওয়াট-ঘণ্টা কী ?  এর সঙ্গে জুলের সম্পর্ক লেখো। ★  (2+1)
     (v) তড়িৎশক্তির ব্যবসায়িক এককটির সংজ্ঞা দাও। অথবা, কিলোওয়াট-ঘণ্টা কী? [ME]  প্রমাণ করো, 1 BOT একক = 3.6 x 106 J। অথবা, 1 kWh বলতে কী পরিমাণ তড়িৎশক্তি বোঝায় ? ★★ (2+2) (পর্ষদ প্রদত্ত প্রশ্ন)

উত্তর. 

 (i) তড়িৎক্ষমতা (Electrical Power) :

    সময়ের সাপেক্ষে কোনো তড়িত্যন্ত্রের বৈদ্যুতিক কার্য করার হারকে অর্থাৎ, তড়িৎশক্তি ব্যয় করার হারকে বলা হয় তড়িৎক্ষমতা।

(ii) সংজ্ঞানুযায়ী,

  তড়িৎক্ষমতা = তাড়িতিক কৃতকার্য/সময়

এখন, তাড়িতিক কৃতকার্য = বিভবপ্রভেদ × তড়িদাধান

সুতরাং, তড়িৎক্ষমতা = (বিভবপ্রভেদ × তড়িদাধান)/সময় আবার যেহেতু, তড়িদাধান/সময় = তড়িৎপ্রবাহমাত্রা সুতরাং, 

তড়িৎক্ষমতা =( বিভবপ্রভেদ × তড়িৎপ্রবাহমাত্রা)

এখন কোনো তড়িৎযন্ত্রের তড়িৎক্ষমতা = P, তড়িৎযন্ত্রটির দু-প্রান্তের বিভবপ্রভেদ V এবং যন্ত্রটির মধ্য দিয়ে তড়িৎ-প্রবাহমাত্রা = | হলে,

স্পষ্টতই, P = Vx T ..........(1)

   ওহমের সূত্রানুযায়ী, V = IR, যেখানে, 

   R = তড়িৎযন্ত্রটির রোধ

অর্থাৎ, (1) নং সম্পর্ক থেকে পাই,

     P = IR × I = I²R.......(2)

আবার, I = V/R তাই (1) নং সম্পর্ক থেকে পাওয়া যায়, P = V× (V/R) = V²/R......(3)

 (iii) তড়িৎক্ষমতার ব্যাবহারিক এককটি হল ওয়াট। এটি ক্ষমতার SI এককও বটে।

🔘 1 ভোল্ট বিভবপ্রভেদ সম্পন্ন কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে 1A প্রবাহমাত্রা পরিচালিত হলে যে হারে তড়িৎশক্তি ব্যয়িত হয়, তাকে বলা হয় 1 ওয়াট।

🔘 তড়িৎক্ষমতার বৃহত্তর এককগুলি হল কিলোওয়াট (kW) এবং মেগাওয়াট (MW)।

1 kW = 1000 W এবং 1 MW = 10³ kW

 = 10⁶ W .

(iv) ওয়াট-ঘণ্টা (Watt-hour) : 

        ব্যয়িত তড়িৎশক্তির ব্যাবহারিক একক হল ওয়াট-ঘণ্টা (Watt-hour)। 1 ওয়াট ক্ষমতাসম্পন্ন কোনো তড়িত্যন্ত্র 1 ঘণ্টা ধরে ক্রিয়াশীল হয়ে যে পরিমাণ তড়িৎশক্তি সরবরাহ করে, তাকে 1 ওয়াট-ঘণ্টা (1 W-h) বলা হয়।

🔘 ওয়াট-ঘণ্টা এ জ্বলের মধ্যে সম্পর্ক :

    1 W·h = 1 ওয়াট × 1 ঘণ্টা

               = 1 ওয়াট × 3600 সেকেন্ড 

               = 3600 জুল।

      .:. 1W-h = 3600J

(v) তড়িৎশক্তির ব্যবসায়িক একক কিলোওয়াট-ঘণ্টা বা BOT।

  🔘 কিলোওয়াট-ঘণ্টা : 

  1 কিলোওয়াট (kW) ক্ষমতাসম্পন্ন কোনো যন্ত্র এক ঘণ্টা ধরে সক্রিয় থাকলে যে পরিমাণ তড়িৎশক্তি ব্যয়িত হয়, তাকে 1 কিলোওয়াট-ঘণ্টা (1 kWh) বা 1 BOT

একক (Board of trade units) বলে। বিদ্যুৎ সরবরাহকারী সংস্থাগুলি এই এককে ব্যয়িত তড়িৎশক্তি হিসাব করে বলে একে ব্যবসায়িক একক বলা হয়। তড়িত্যন্ত্রগুলি দীর্ঘ সময় চালু থাকে বলে W·h ও kW·h এককে অর্থাৎ, ঘণ্টার ভিত্তিতে তড়িৎশক্তি পরিমাপ করা হয়, সেকেন্ডের ভিত্তিতে নয় ।

     BOT এ জুলের মধ্যে সম্পর্ক :

    1 BOT একক = 1kWh = 1 kW x 1h

বা, 1 BOT একক = 1000 W x 1 h 

বা, 1 BOTএকক = 1000 J/sx3600 s। 

বা, 1 BOT একক = 3.6x10⁶ J

(জেনে রাখো : 1 BOT একক = 3.6MJ (10⁶ J = 1 MJ)

বা, 1 BOT একক = (3.6 x 0.24) × 10⁶ cal = 8.64 x 10⁵ cal .

2 (i) বৈদ্যুতিক যন্ত্রের গুণমান মূল্যায়নকরণ বা রেটিং বলতে কী বোঝায়? একটি বৈদ্যুতিক বাতির ভোল্টেজ রেটিং বলতে কী বোঝায়? **
(2+2)
(ii) রেটিং-এর তাৎপর্য সংক্ষেপে ব্যাখ্যা করো। ★ (3)

উত্তর. 

    (i) রেটিং (Rating) : 

কোনো বৈদ্যুতিক যন্ত্রকে নিরাপদে ব্যবহার করার স্বার্থে বা যন্ত্রটির সর্বোচ্চ দক্ষতাসহ কার্যকরী হওয়া সুনিশ্চিত করার প্রয়োজনে সরবরাহ লাইনের বিভবপ্রভেদের মান, সর্বোচ্চ দক্ষতা প্রদর্শনকালে যন্ত্রটি দ্বারা ব্যয়িত ক্ষমতার মান ইত্যাদি প্রয়োজনীয় তথ্য ওই যন্ত্রের গায়ে লেখা থাকে। এই তথ্যগুলিকেই বৈদ্যুতিক যন্ত্রের গুণমান মূল্যায়নকরণ বা রেটিং বলা হয়।

  যেমন বৈদ্যুতিক বাতির গায়ে 220V-100W, হিটারের গায়ে 220V-2000W ইত্যাদি লেখা থাকে।

 🔘 ভোল্টেজ রেটিং (Voltage rating) : 

    কোনো বৈদ্যুতিক যন্ত্র যে নির্দিষ্ট বিভবপ্রভেদে নিরাপদে সবচেয়ে বেশি কার্যকর হয়, সেই নির্দিষ্ট বিভবপ্রভেদটির মান যন্ত্রটির গায়ে লেখা থাকে। একেই ভোল্টেজ রেটিং বলে।

   যেমন – একটি বৈদ্যুতিক বাল্‌বের গায়ে

220V-60W লেখা থাকলে বুঝতে হবে যে, বাল্বটির দু-প্রান্তের বিভবপ্রভেদ সর্বাধিক 220 V হলে বাল্বটি সবচেয়ে উজ্জ্বলভাবে জ্বলে এবং এই অবস্থায় বাতিটি প্রতি সেকেন্ডে 60J তড়িৎশক্তি

ব্যয় করবে।

[জেনে রাখা : কোনো আলোক উৎসকে ঘিরে কল্পিত বদ্ধতলের মধ্য দিয়ে একক সময়ে প্রবাহিত আলোকশক্তির পরিমাণকে বলা হয় উৎসটির মোট আলোকপ্রবাহ। এর SI একক লুমেন]

 (ii) রেটিং-এর তাৎপর্য :

       1. সর্বাধিক কর্মক্ষমতা : 

    কোনো বৈদ্যুতিক যন্ত্র কত ভোল্টেজে

সর্বাধিক কর্মক্ষম হয় এবং সেই অবস্থায় যন্ত্রটির তড়িৎশক্তি ব্যয়ের হার কত, তা যন্ত্রটির ভোল্টেজ ও ওয়াট রেটিং থেকে জানা যায়। যেমন-

একটি বৈদ্যুতিক হিটারের গায়ে লেখা 220V – 750W বলতে বোঝায় যে, হিটারটির দু-প্রান্তের বিভবপ্রভেদ 220 V হলে সেটি সবচেয়ে বেশি উত্তপ্ত হবে এবং সেই অবস্থায় 750 ওয়াট

হারে তড়িৎশক্তি ব্যয় করে।

       2. প্রবাহমাত্রা ও রোধের গণনা : 

   রেটিং থেকে বৈদ্যুতিক যন্ত্রের

মধ্য দিয়ে তড়িৎপ্রবাহমাত্রার পরিমাণ ও যন্ত্রটির রোধ গণনা করা সর্বাপেক্ষা উত্তপ্ত অবস্থায় 220V

যায়। 

       3 . বৈদ্যুতিক সরবরাহ লাইনের নিরাপত্তা : কোনো বৈদ্যুতিক যন্ত্র সরবরাহ লাইনের পক্ষে নিরাপদ কি না, তা যন্ত্রটির রেটিং থেকে সহজে জানা যায়। যেমন 220V - 1500W হিটারে তড়িৎপ্রবাহমাত্রার (I) = 1500/220 =

6.82 অ্যাম্পিয়ার (প্রায়)।

      অতএব, যে বাড়ির মিটার ও ফিউজ সর্বোচ্চ 5A

তড়িৎপ্রবাহমাত্রার জন্য তৈরি, সেখানে হিটারটি ব্যবহার করলে সরবরাহ লাইন ক্ষতিগ্রস্ত হবে।

3 (i) CFL কী? CFL-এর বৈশিষ্ট্য এবং
ব্যবহারগুলি উল্লেখ করো। ★★
1+(2+2)
(ii) LED কী? LED-এর বৈশিষ্ট্য ও ব্যবহারগুলি লেখো। 1+(2+2) ★★

উত্তর. 

   (i) CFL (Compact Fluorescent Lamp) :

   প্রতিপ্রভা সৃষ্টির ঘটনার বিশেষ ব্যাবহারিক প্রয়োগে নির্মিত বাতি বা বাল্বকে বলা হয় 'ক্ষুদ্র প্রতিপ্রভ বাতি' (Compact Fluorescent Lamp)।

      🔘 CFL-এর বৈশিষ্ট্য :

   1. এটি আকৃতিতে ছোটো ও ভাস্বর বাতির সমতুল্য বলে, বর্তমান ভাস্বর বাতির তুলনায় এর চাহিদা ক্রমবর্ধমান। 

  2. এটি দীর্ঘ আয়ুযুক্ত,

  3. এর দাম তুলনামূলকভাবে বেশি হলেও নিবেশিত শক্তির কম অপচয় ঘটায়।

  4. CFL-এর গড় আয়ু বর্তমানে প্রায় 15,000 ঘণ্টা বা তার বেশি করা সম্ভব হয়েছে, যদিও এই আয়ু সরবরাহ লাইনের ভোল্টেজের পরিবর্তনের উপর নির্ভর করে। 

  5. CFL-এর গড় আয়ু ঘনঘন বন্ধ বা চালু করা, যান্ত্রিক গোলযোগ ইত্যাদি বিষয় দ্বারা উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত হয়ে থাকে। দেখা যায় 5 min সময়ান্তরে CFL দ্রুত অন এবং অফ করা

হলে, তার আয়ু বহুল পরিমাণে হ্রাস পেয়ে ভাস্বর বাতির প্রায় সমান হয়ে যায়।

    🔘 ব্যবহার :

    CFL মূলত ভাস্বর বাতির উৎকৃষ্টতর বিকল্প

হিসেবেই বেশি ব্যবহৃত হয়।

 (ii) LED (Light Emitting Diode) : 

   LED বা আলোক নিঃসারী ডায়োড হল বিশেষ এক প্রকার অর্ধপরিবাহী উপকরণ, যাকে বিভবপ্রভেদ প্রয়োগ করলে স্বতঃস্ফূর্তভাবে সরবরাহকৃত তড়িৎশক্তিকে আলোকশক্তিতে রূপান্তরিত করে। রূপান্তরিত আলোকশক্তি সাধারণত দৃশ্যমান

আলোকরশ্মি ও অবলোহিত রশ্মিরূপে আত্মপ্রকাশ করে থাকে।

   🔘 LED-এর বৈশিষ্ট্য :

    1. LED বাতি নির্গত আলো তীব্র একবর্ণী ও একমুখী হয়, 

   2. এটি দীর্ঘ আয়ুসম্পন্ন, 

   3. এর উৎপাদন ব্যয় কম।

  🔘 ব্যবহার : 

    1. কম শক্তি ব্যয়ে অধিক দক্ষতা প্রয়োজন এমন যন্ত্রে বা উপকরণে সাদা LED, CFL অপেক্ষাও বেশি উপযোগী হয়ে থাকে। 

   2. ফ্ল্যাশ লাইট, সৌরশক্তি নিয়ন্ত্রিত আলোকব্যবস্থা, টর্চ ও বাইসাইকেলে ব্যবহারযোগ্য বাতি হিসেবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

   3. ট্রাফিক সিগন্যাল ব্যবস্থায়, দীর্ঘ আয়ু ও ক্ষুদ্র আয়তনের জন্য আলোকব্যবস্থায় একবর্ণী LED ব্যবহৃত হয়.

  4. এটি দামে সস্তা ও আঘাতসহ হওয়ায় ঘরে, বাগানে বা বৃহদায়তন আলোকসজ্জা ব্যবস্থায় টুনি বাল্‌বের বিকল্প হিসেবে ব্যবহৃত হয়।

4 (i) দীপ্তিমান কার্যক্ষমতা কাকে বলে ? ভাস্বর ল্যাম্প, CFL এবং LED-এর ক্ষেত্রে এর মান কত? 
2+(1+1+1)★★

উত্তর. 

(i) দীপ্তিমান কার্যক্ষমতা (Luminous Efficacy) : 

   কোনো ল্যাম্প কর্তৃক ব্যয়িত তড়িৎক্ষমতার প্রতি ওয়াটে ল্যাম্পটি যত লুমেন দৃশ্যমান আলো উৎপন্ন করতে পারে, তাকে ওই ল্যাম্পের দীপ্তিমান কার্যক্ষমতা বলে।

    দীপ্তিমান কার্যক্ষমতার মান :

     ভাস্বর ল্যাম্পের ক্ষেত্রে 10-18 লুমেন/ওয়াট, CFL-এর ক্ষেত্রে 50-70 লুমেন/ওয়াট, LED-এর

ক্ষেত্রে 55-95 লুমেন/ওয়াট।

5. বৈদ্যুতিক বাতির গায়ে '220V - 100W' লেখার অর্থ কী? [ME 20, 16, 03] ★★

উত্তর. 

     বৈদ্যুতিক বাতির গায়ে লেখা আছে '220V -100W'। বক্তব্যটির তাৎপর্য হল 220V বিভবপার্থক্যযুক্ত সরবরাহ লাইনে বাতিটিকে সংযুক্ত করা হলে সেটি সর্বোচ্চ ঔজ্জ্বল্যসহ জ্বলবে এবং ওই অবস্থায় সেটি প্রতি সেকেন্ডে 100 জুল তড়িৎশক্তি ব্যয় করবে।

[জেনে রাখো : তাপ উৎপাদনের জন্য ব্যয়িত ক্ষমতা একটি সর্বোচ্চ মান অতিক্রম করে গেলে রোধক নষ্ট হয়ে যায়। এই নির্দিষ্ট মান ও রোধকের রোধ তার গায়ে উপযোগী তথ্য হিসেবে চিহ্নিত থাকে, একে রোধকের রেটিং বলে। রোধকের ওই সর্বোচ্চ সহনীয় ক্ষমতাকে অনেকসময় রোধকের ওয়াট রেটিংও বলা হয়।]

6. একটি বৈদ্যুতিক বাতির গায়ে 250V - 100W লেখা আছে। এর থেকে কোন্ কোন্ তথ্য জানা যায়? ★ (2)

উত্তর. 

     বৈদ্যুতিক বাতির রেটিং 250V – 100W। এটি নির্দেশ করে---

● 250V বিভবপ্রভেদযুক্ত সরবরাহ লাইনে যুক্ত অবস্থায় ওই বাতি সর্বোচ্চ ঔজ্জ্বল্যসহ জ্বলে এবং 100W হারে তড়িৎশক্তি ব্যয় করে।

● ওই বাতির মধ্য দিয়ে সর্বোচ্চ অনুমোদনযোগ্য প্রবাহমাত্রার মান, 

                 I = P/V

                   = 100/250 A 

                   = 0.4 A ।

 

7. 1.5W ও 2W ক্ষমতাসম্পন্ন টর্চের দুটি বাল্বকে 3V তড়িৎচালক বলের ব্যাটারির সঙ্গে পৃথকভাবে একবার শ্রেণি ও আর একবার সমান্তরাল সমবায়ে যুক্ত করলে, কোন্ সমবায়ে কোন্ বাল্বটি বেশি ঔজ্জ্বল্য সহ জ্বলবে? 
*** The Scottish Church Collegiate School '22
      (2)

উত্তর. 

 রোধ, R = V²/P

 (V→ বিভবপ্রভেদ, P→ ক্ষমতা) সম্পর্ক

থেকে বলা যায়,

3V – 1.5W বাল্বটির রোধ, R₁ = 3²/1.5 =6 ♎️

3V– 2W বাল্বটির রোধ, R₂ =3²/2 = 4.5 ♎️

.:. R₁ > R₂ ।

সুতরাং, 1.5 W বাল্বটির রোধ, 2 W বাল্বটির রোধ

অপেক্ষা বেশি হয়। এখন, শ্রেণি সমবায়ের ক্ষেত্রে উভয় বাল্‌বের মধ্যে দিয়ে প্রবাহমাত্রা (I) সমান হওয়ায়, জুলের সূত্রানুযায়ী উৎপন্ন

তাপ, H ♾️ R [ যখন I ও t স্থির ]

.:. শ্রেণি সমবায়ের ক্ষেত্রে যে বাল্বটির রোধ বেশি, সেটিতে বেশি তাপ উৎপন্ন হবে। অর্থাৎ, এই সমবায়ে 1.5W বাল্বটি বেশি ঔজ্জ্বল্যসহ জ্বলবে।

আবার, সমান্তরাল সমবায়ের ক্ষেত্রে বাল্ব দুটির প্রান্তীয় বিভব পার্থক্য সমান (3 V) হয়। এক্ষেত্রে, জুলের সূত্রের রূপটি হয়,

     H = (V²/R).t 

বা,H ♾️ 1/R [:: Vও t স্থির ]

সুতরাং, এক্ষেত্রে যে বাল্বটির রোধ কম সেটিতে বেশি তাপ উৎপন্ন হবে। অর্থাৎ, 2W বাতিটি বেশি উজ্জ্বল হয়ে জ্বলবে।

[অনুরূপ প্রশ্ন : (i) 220V-60W এবং 220V-40W দুটি বাল্বকে 220V মেইনসে সমান্তরাল সমবায়ে যুক্ত করলে কোন্ বাল্বটি অধিকতর উজ্জ্বলভাবে জ্বলবে ব্যাখ্যা করো।

Lake Town Govt Spons Girls' High School '16

(ii) একটি 220V-25W 3 220V-100W বৈদ্যুতিক বাতিকে শ্রেণি সমবায়ে যুক্ত করে 220V বিভবপ্রভেদযুক্ত সরবরাহ লাইনে ব্যবহার করলে কোন্ বাতিটি অধিকতর উজ্জ্বল দেখাবে? Santipur Municipal High School (HS) 76]

8. শক্তি সাশ্রয়কারী উপকরণ হিসেবে ভাস্বর বাতির তুলনায় CFL ও LED উৎকৃষ্ট বিবেচনা করা হয় কেন? ★★ 3

উত্তর.

  শক্তি সাশ্রয়ী উপকরণ হিসেবে CFL ও LED-এর

উপাযাগিতা : 

  <1> সাধারণ ভাস্বর বাতির তুলনায় CFL প্রায় 70% কম শক্তি ব্যয় করে জ্বলে। একই ঔজ্জ্বল্যযুক্ত ভাস্বর বাতি ও CFL-এর মধ্যে, CFL প্রায় ⅕ থেকে ⅓ অংশ কম তড়িৎক্ষমতা ব্যয় করে থাকে এবং এর আয়ু প্রায় ৪ থেকে 15 গুণ বেশি হয়। 

  <2> LED কম বিভবপ্রভেদে ক্রিয়াশীল হয়, শক্তি ব্যয়ের হার বা ব্যয়িত ক্ষমতার মানও কম।

 <3> LED দ্রুত সক্রিয় হয়, সক্রিয় হওয়ার সময় প্রায় শূন্য এবং এর দ্বারা উৎপন্ন আলো প্রায় একবর্ণী।

 <4> এককভাবে ব্যবহৃত LED থেকে প্রাপ্ত শক্তি, CFL বা ভাস্বর বাতির তুলনায় যথেষ্ট কম হওয়ায় বেশ কিছু সংখ্যক LED-এর সমন্বয়ে LED বাতি গঠন করা হয়। এই ধরনের বাতির আয়ু এবং দক্ষতা উভয়ই ভাস্বর বাতির তুলনায় বহুগুণ এবং CFL অপেক্ষা যথেষ্ট বেশি হয়ে থাকে। ভাস্বর বাতি ও CFL-এর গড় আয়ুষ্কাল প্রায় 1500 ঘণ্টা ও 9000 ঘণ্টা হয়, যেখানে LED-এর গড় আয়ু প্রায় 30,000 ঘণ্টা। 100W ক্ষমতাসম্পন্ন ভাস্বর বাতি বা 40W ক্ষমতার প্রতিপ্রভ টিউবলাইট থেকে বিকীর্ণ আলোর সমতুল্য ঔজ্জ্বল্য প্রায় 7 W ক্ষমতাসম্পন্ন LED বাতি থেকে পাওয়া যায়।

  <5> সাদা LED-এর ক্ষেত্রে আলো স্পষ্ট হয় এবং দীর্ঘ সময় ধরে আউটপুট শক্তি নির্গমনের হার ধ্রুবক থাকে। 

  <6> LED দ্রুত ON/ OFF অবস্থায় আসে অর্থাৎ, সুইচ তুল্য আচরণ দেখাতে পারে। উপরোক্ত কারণগুলির জন্য এবং LED ব্যবহারে দূষণ বা শারীরিক ক্ষতির আশঙ্কা না থাকায়, এটি উপযোগিতার নিরিখে ভাস্বর বাতি ও CFL-এর থেকে বেশি উৎকৃষ্ট।

[অনুরূপ প্রশ্ন : (i) ভাস্বর বাতির তুলনায় CFL বাতির সুবিধাগুলি কী কী ? ★★ [ME 17]

(ii) CFL অপেক্ষা LED কে বেশি গুরুত্ব দেওয়া হচ্ছে কেন?

(iii) CFL ও LED কে অনেক বেশি শক্তি সাশ্রয়কারী বলা হয় কেন?]

               পার্থক্যধর্মী প্রশ্নোত্তর

9. ভাস্বর বাতি, CFL বাতি এবং LED বাতির মধ্যে পার্থক্য লেখো। ★★

Math related questions updated shortly