তড়িত্‍ চুম্বকত্ব (Electromagnetism) I মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান

                   জ্ঞানমূলক প্রশ্নোত্তর

 1. (i) তড়িৎচুম্বকত্ব কাকে বলে? (2)
     (ii) তড়িৎপ্রবাহের চুম্বকীয় ক্রিয়া বলতে কী বোঝায়? এই ঘটনার আবিষ্কারক কে? ★★
(2+1)

উত্তর . 

     (i) তড়িৎচুম্বকত্ব (Electromagnetism) : পদার্থ বিজ্ঞানের যে শাখায় তড়িৎপ্রবাহ ও চুম্বকত্ব— এই দুইয়ের পারস্পরিক সম্পর্ক ও রূপান্তর এবং তাদের প্রয়োগ বিষয়ে আলোচনা করা হয়, তাকে তড়িৎচুম্বকত্ব বলে।

 (ii) তড়িৎপ্রবাহের চুম্বকীয় ক্রিয়া (Magnetic effect of steady current) :

    কোনো পরিবাহী তারের মধ্য দিয়ে সম তড়িৎপ্রবাহ পাঠালে তারটির সংলগ্ন অঞ্চলে একটি চৌম্বকক্ষেত্র সৃষ্টি হয়। এই ঘটনাকে তড়িৎপ্রবাহের চুম্বকীয় ক্রিয়া বলা হয়। 1819 খ্রিস্টাব্দে বিজ্ঞানী হ্যানস্ ক্রিশ্চিয়ান ওরস্টেড (Oersted) সর্বপ্রথম এটি আবিষ্কার করেছিলেন।

2. ওরস্টেডের পরীক্ষার ফলাফল গুলি লেখ? 

উত্তর. 

3 . তড়িৎপ্রবাহের ফলে সৃষ্ট চৌম্বক ক্ষেত্রের অভিমুখ নির্ণয় সম্পর্কিত -
(i) অ্যাম্পিয়ারের সন্তরণ নিয়ম ★★★ [ME] (2)
(ii) দক্ষিণ হস্ত মুষ্টি নিয়ম বিবৃত করো। ★ (2)
Sarisha RK Mission Saradamandir '16

উত্তর . 

       (i) অ্যাম্পিয়ারের সন্তরণ সূত্র (Ampere's swimming rule) : 

     কোনো তড়িদ্বাহী তারের নীচে রাখা চুম্বক শলাকার উত্তর মেরুর দিকে মুখ রেখে এক ব্যক্তি যদি তড়িদবাহী তারটি বরাবর তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখে সাঁতার কাটছে বলে কল্পনা করা যায়, তবে ওই সাঁতারুর বাম হাতের অভিমুখে শলাকার উত্তর মেরুটি বিক্ষিপ্ত হবে ।

        (ii) দক্ষিণ হস্ত মুষ্টি নিয়म (Right hand

grip rule) : 

        কোনো তড়িদ্বাহী তারকে ডান হাত অর্থাৎ, দক্ষিণ হস্ত মুষ্টিবদ্ধ রেখে যদি এমনভাবে ধরা

হয় যে, প্রসারিত বৃদ্ধাঙ্গুষ্ঠ তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ

নির্দেশ করে, তবে বাকি আঙুলগুলি চৌম্বক বলরেখা অভিমুখে তারটিকে বেষ্টন করে বা ঘিরে থাকবে। এই বিবৃতিটি দক্ষিণ হস্ত মুষ্টি নিয়ম বলে পরিচিত।

4. (i) তড়িৎচুম্বক কাকে বলে? এটি কয় প্রকার ও কী কী ? (1+1) [ME ]
(ii) তড়িৎচুম্বকের শক্তি কীভাবে বাড়ানো যায়? ★★(2)
তড়িৎচুম্বক প্রস্তুতিতে কী কী লাগে? ★ [ME] (2)
(iv) তড়িৎচুম্বকের ব্যবহার লেখো। *** (2) [ME]

উত্তর. 

    (i) তড়িৎচুম্বক (Electromagnet) : 

       সম তড়িদ্বাহী সলিনয়েডের ভিতরে মজ্জা হিসেবে কাঁচা লোহা বা ওই জাতীয় উচ্চ চৌম্বক ভেদ্যতাসম্পন্ন পদার্থ রাখলে, সেটি অতি শক্তিশালী অস্থায়ী চুম্বকে পরিণত হয়। এই ব্যবস্থাকে তড়িৎচুম্বক বলে।

     🔘 মজ্জা হিসেবে ব্যবহৃত পদার্থের আকারের ওপর নির্ভর করে তড়িৎচুম্বক দুই প্রকার হয়ে থাকে – 

            (1) দণ্ডাকৃতি বা " I " আকৃতির তড়িৎচুম্বক 

            (2) অশ্বক্ষুরাকৃতি বা 'U' আকৃতির তড়িৎচুম্বক।

        উৎপন্ন মেরু দুটির অবস্থান অপেক্ষাকৃত বেশি কাছাকাছি হওয়ায় অশ্বক্ষুরাকৃতি তড়িৎচুম্বকের শক্তি বেশি হয়।

      (ii) তড়িৎচুম্বকের শক্তি বৃদ্ধির উপায় :

        তড়িৎচুম্বকের মেরুশক্তি তথা শক্তিমাত্রা নিম্নোক্ত উপায়ে বৃদ্ধি করা যায় –

   🟣 কুণ্ডলীর একক দৈর্ঘ্যে পাকসংখ্যা বাড়িয়ে,  

   🟣 তড়িৎপ্রবাহমাত্রার মান বৃদ্ধি করে, 

   🟣 চৌম্বক প্রবণতা বেশি অথচ ধারণক্ষমতা কম এমন পদার্থ, [যেমন— কাঁচা লোহা বা পেটা লোহা, স্ট্যালয় (95% Fe ও 5% Si যুক্ত সংকর ধাতু)] মজ্জা হিসেবে ব্যবহার করলেও শক্তিমাত্রা বাড়ে।

      (iii) তড়িৎচুম্বক প্রস্তুতিতে প্রয়োজনীয় বস্তু :

 (1) দণ্ডাকৃতি বা U-আকৃতির কাঁচা লোহার দণ্ড। 

 (2) দীর্ঘ অন্তরিত তামার তার।

 (3) সমমুখী তড়িৎপ্রবাহের উৎস (dc উৎস) যেমন – নির্জল ব্যাটারি।

 (4)একটি চাবি বা সুইচ।

    (iv) তড়িৎচুম্বকের ব্যবহার :

      (1) বৈদ্যুতিক ঘণ্টা, মোটর,ডায়নামো, টেলিফোন, টেলিগ্রাফ, বৈদ্যুতিক পাখা, লাউডস্পিকার ইত্যাদি যন্ত্রে মুখ্য উপকরণ হিসেবে, 

     (2) অচৌম্বক পদার্থের সঙ্গে মিশ্রিত চৌম্বক পদার্থ পৃথকীকরণে,

     (3) সাইক্লোট্রন, সিনক্লোসাইক্লোট্রন

ইত্যাদি কণাত্বরক যন্ত্র নির্মাণে,

    (4) ক্রেন বা কারখানায় ভারী লোহার

বস্তু স্থানান্তরের কাজে, 

    (5) স্বয়ংক্রিয় রিলে ব্যবস্থায়, ও চোখে

লোহার গুঁড়ো পড়লে তা বের করে আনার কাজে ব্যবহৃত ডাক্তারি ব্যবস্থায় তড়িৎচুম্বক ব্যবহৃত হয়।

5. চৌম্বক ক্ষেত্রে তড়িবাহী তার বা পরিবাহীর ওপর ক্রিয়ারত বলের অভিমুখ কোন্ সূত্রের সাহায্যে নির্ণয় করা যায়? নিয়মটি বিবৃত করো। অথবা, ফ্লেমিংয়ের বাম হস্ত নিয়মটি বিবৃত করো। ★★★ [ME ] (3)

উত্তর . 

     চৌম্বক ক্ষেত্রে রাখা পরিবাহী তার বা তড়িৎপরিবাহীর ওপর ক্রিয়ারত বলের অভিমুখ ফ্লেমিংয়ের বাম হস্ত নিয়ম-এর সাহায্যে নির্ণয় করা যায়।

  🔘 বিবৃত্তি : 

       বামহাতের তিনটি আঙুল তর্জনী, মধ্যমা ও বৃদ্ধাঙ্গুষ্ঠ পরস্পর সমকোণে প্রসারিত করে রাখলে যদি তর্জনী চৌম্বক ক্ষেত্র ও মধ্যমা তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ নির্দেশ করে, তবে বৃদ্ধাঙ্গুষ্ঠ তড়িৎপরিবাহী তারের ওপর ক্রিয়াশীল বলের অভিমুখ নির্দেশ করবে।

(জেনে রাখো : এই সূত্রের সাহায্যে dc মোটরের কার্যনীতি ব্যাখ্যা করা যায় বলে একে অনেক সময় ‘মোটর নিয়ম’ বলা হয়ে থাকে। )

6. (i) বালোচক্র কী? এর গঠন ও কার্যনীতি ব্যাখ্যা করো। ** [ME ] (2)
   (ii) বালোচক্রের ঘূর্ণন ও ঘূর্ণনের অভিমুখ কোন্ কোন্ বিষয়ের ওপর নির্ভর করে? ★(3)

উত্তর. 

(i) বালোচক্রের সাহায্যে তড়িৎপ্রবাহের ওপর চুম্বকের ক্রিয়া প্রদর্শিত হয়।

       🔘 গঠন : 

    যন্ত্রটি অনেকগুলি দাঁত সমন্বিত একটি তামার তৈরি চক্র (W) যা একটি ধাতব অক্ষদণ্ডের সাহায্যে যুক্ত থাকে। চক্রটি উল্লম্বতলে ঘুরতে পারে। অক্ষদণ্ডটি একটি ধাতবদণ্ডের মাধ্যমে

অনুভূমিক পাটাতনের সঙ্গে যুক্ত থাকে। পাটাতনে অবস্থিত একটি লম্বা পাত্রে কিছু পরিমাণ পারদ থাকে। পারদপাত্রটি একটি শক্তিশালী ‘U’ আকৃতির চুম্বকের দুই মেরুর মাঝে অবস্থান করে। চক্রটিকে বর্তনীতে এমনভাবে যুক্ত করা হয় যে, ঘূর্ণনের সময় চক্রের দাঁতগুলির অগ্রভাগ পর্যায়ক্রমে পারদকে স্পর্শ করে।

        🔘 কার্যনীতি : 

    চৌম্বকক্ষেত্রে স্থাপিত তড়িৎপরিবাহীর ওপর

চৌম্বক বল ক্রিয়া করে, যার প্রভাবে পরিবাহী গতিশীল হয়। এই নীতিকে কাজে লাগিয়ে বার্লোচক্র ঘোরে। চক্রের ঘূর্ণনের অভিমুখ ফ্লেমিংয়ের বামহস্ত নিয়ম দ্বারা নির্ধারিত হয়। ঘূর্ণনকালে তড়িৎশক্তি যান্ত্রিকশক্তিতে রূপান্তরিত হয়।

         সংযোজী স্ক্রু -এর সাহায্যে অক্ষদণ্ড, পাত্রে রাখা পারদকে ব্যাটারির সঙ্গে সংযুক্ত করে প্রদর্শিত অভিমুখে তড়িৎপ্রবাহ চালনা করলে, ফ্লেমিংয়ের বামহস্ত নিয়ম অনুসারে, চক্রের যে দাঁতটি পারদ স্পর্শ করে থাকে তার ওপর ডানদিকে একটি বল প্রযুক্ত হয়। দাঁতটি ডানদিকে সরে ওপরে উঠে যায়। এর ফলে সাময়িক ভাবে বর্তনী ছিন্ন হয়, কিন্তু গতিজাড্যের ক্রিয়ায় পরবর্তী দাঁতটি মুহূর্তের মধ্যে এসে পারদস্পর্শ করে এবং বর্তনী পুনরায় সংহত হয়। ফলে, চক্রটি অবিরাম প্রদর্শিত অভিমুখে (ঘড়ির কাঁটার বিপরীতে) ঘুরতে থাকে।

   (ii) বার্লোর চাক্রর ঘূর্ণন নিম্নলিখিত বিষয়গুলির ওপর নির্ভর করে :

   (1) তড়িৎপ্রবাহমাত্রা বাড়ালে ঘূর্ণনবেগ বেড়ে যায়।

  (2) আরো বেশি শক্তিশালী অশ্বক্ষুরাকৃতি চুম্বক ব্যবহার করলে চৌম্বক ক্ষেত্রপ্রাবল্য বাড়ে। তাই, চক্র আরো জোরে ঘোরে।

  (3) চুম্বক সরিয়ে নিলে বা প্রবাহ বন্ধ করলে চক্রের ঘূর্ণন বন্ধ হয়ে যায়।

  (4) বর্তনীতে সমমুখী তড়িৎপ্রবাহের (Direct Current) পরিবর্তে পরিবর্তী প্রবাহ (Alternating Current) পাঠালে চক্রের ঘূর্ণন হবে  না  কারণ, পরিবর্তী তড়িৎপ্রবাহের জন্য চক্র একবার একদিকে, পরমুহূর্তে তার বিপরীত দিকে ঘুরতে চেষ্টা করবে [যেহেতু পরিবর্তী প্রবাহের অভিমুখ প্রতিমুহূর্তে পরিবর্তিত হয়]। তাই, চক্রটি ঘুরবে না।

      🔘 বার্লোর চক্রের ঘূর্ণনের অভিমুখ -- 

  তড়িৎপ্রবাহ ও চৌম্বক ক্ষেত্রের অভিমুখের ওপর নির্ভর করে। এদের যে-কোনো একটির অভিমুখ বিপরীত হলে চক্রের ঘূর্ণন বিপরীত অভিমুখে ঘটে। দুটিই পরিবর্তিত হলে তা অপরিবর্তিত থাকে।

7.  মোটর কোন্ নীতির ওপর কাজ করে? ★

উত্তর.  

           মোটরের মূল নীতি : 
    চৌম্বক ক্ষেত্রের অভিমুখের সঙ্গে সমকোণে রাখা কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে তড়িৎপ্রবাহ চালনা করলে পরিবাহীটির ওপর একটি বল ক্রিয়া করে, যার জন্য পরিবাহীটির মধ্যে গতির সঞ্চার হয় ও যান্ত্রিক শক্তি পাওয়া যায়।

8. আর্মেচার ও কম্যুটেটর কী?

 উত্তর.  

        🔘 আর্মেচার : 

        একটি আয়তাকার কাঁচা লোহার দণ্ডের ওপর অন্তরিত তামার তার বহুসংখ্যক পাকে জড়িয়ে একটি কুণ্ডলী তৈরি করা হয়। একে আর্মেচার বা মজ্জা কুণ্ডলী বলে। ক্ষেত্রচুম্বকের মধ্যবর্তী অংশে এটি অনুভূমিক অক্ষের চারপাশে ঘুরতে পারে।

      🔘 কম্যুটেটর : 

        আর্মেচারের দুই প্রান্ত তামার তৈরি একটি করে ধাতব অর্ধবলয়ের সঙ্গে যুক্ত থাকে। এদের বলা হয় খণ্ডিত বলয় কম্যুটেটর (Split-ring commutator )। আর্মেচারের সঙ্গে অর্ধবলয় দুটিও ঘুরতে থাকে।

9. মোটরের শক্তি কীভাবে বৃদ্ধি করা যায়? (2)

উত্তর. 

          মোটরের শক্তি কীভাবে বৃদ্ধি করার উপায় গুলি হল....

   মোটরের শক্তি আর্মেচার বা কুণ্ডলীর ঘূর্ণন বেগের ওপর নির্ভরশীল। এখন, আর্মেচার বা কুণ্ডলীর ঘূর্ণন বেগ বৃদ্ধি পায় –

   🔘 আর্মেচারের পাকসংখ্যা বাড়ালে, 

   🔘 আর্মেচারের মধ্য দিয়ে প্রবাহমাত্রা বৃদ্ধি করা হলে, 

   🔘 শক্তিশালী ক্ষেত্রচুম্বক ব্যবহার করলে। ফলে, কুণ্ডলীর ঘূর্ণনবেগ বাড়লে মোটরের শক্তিও বাড়ে।

10. কেন ক্ষেত্রে বালোচক্রের ঘূর্ণনের কীরকম পরিবর্তন দেখা যায় তা বর্ণনা কর –
  (1) তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ উলটে.দেওয়া হয়, [ME 17, 15] 
 (2) চুম্বকের মেরুদ্বয়ের অবস্থান উলটে দেওয়া হয়, [ME 16, 13, 09, 04]
 (3)চৌম্বক ক্ষেত্র তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ একসঙ্গে বিপরীত করা হয়,
 (4) চুম্বক সরিয়ে নেওয়া হয় অথবা, তড়িৎপ্রবাহ বন্ধ করা.হয়, [ME 04] 
 (5) সমমুখী প্রবাহের পরিবর্তে পরিবর্তী
প্রবাহ পাঠানো হয়,
 (6) তড়িৎপ্রবাহমাত্রা বৃদ্ধি করা হয়, [ME 16, 13, 09, 04]
 (7) শক্তিশালী চুম্বক ব্যবহার করা হয়। ★★★ [ME 15]
(2x7)

উত্তর. 

       (1)চৌম্বক ক্ষেত্রের অভিমুখ অপরিবর্তিত রেখে তড়িৎ- প্রবাহের অভিমুখ উলটে দিলে চক্র একই বেগে বিপরীত দিকে ঘুরবে।

      (2) মেরুদ্বয়ের অবস্থান উলটে দিলে চৌম্বক ক্ষেত্রের অভিমুখ বিপরীত হয়। এই অবস্থায় প্রবাহমাত্রার মান ও অভিমুখ.অপরিবর্তিত থাকলে চক্র একই বেগে বিপরীত দিকে ঘোরে।

[অনুরূপ প্রশ্ন : কোন্ শর্তে বালোচক্রের ঘূর্ণন বিপরীতমুখী করা হয় ।]

     (3)চৌম্বক ক্ষেত্র ও তড়িৎপ্রবাহের অভিমুখ একইসঙ্গে বিপরীতমুখী করা হলে চক্রের ঘূর্ণন অভিমুখ অপরিবর্তিত থাকবে।.চৌম্বক ক্ষেত্র ও প্রবাহমাত্রার মান একই থাকলে চক্রের ঘূর্ণন

বেগেরও কোনো পরিবর্তন হবে না।

    (4) চুম্বক সরিয়ে নিলে বা তড়িৎপ্রবাহ বন্ধ করলে চক্রের দাঁতের ওপর কোনো যান্ত্রিক বল কাজ করবে না, ফলে, চক্রের ঘূর্ণন বন্ধ হবে।

    (5) সমপ্রবাহের পরিবর্তে চক্রে পরিবর্তী প্রবাহ (ac) চালনা করা হলে চক্রের ওপর ক্রিয়াশীল বলের অভিমুখ প্রবাহমাত্রার অভিমুখ পরিবর্তনের সঙ্গে অতি দ্রুত পরিবর্তিত হবে। ফলে, চক্র একই অবস্থানে থেকে একবার ঘড়ির কাঁটার বিপরীতে ও পরমুহূর্তে ঘড়ির কাঁটার অভিমুখে ঘুরতে চেষ্টা করবে। তাই, চক্রটি এক

জায়গায় দাঁড়িয়ে কম্পিত হবে মাত্র, সেটি আদৌ ঘুরতে সক্ষম হবে না।

   (6) প্রবাহমাত্রার মান বৃদ্ধি করলে চক্রের ওপর প্রযুক্ত বলের মান সমানুপাতিক হারে বৃদ্ধি পাবে। ফলে, চক্র আগের থেকে দ্রুত বেগে ঘুরবে অর্থাৎ, ঘূর্ণন বেগ বৃদ্ধি পাবে। 

   (7) প্রবাহমাত্রা অপরিবর্তিত রেখে শক্তিশালী ক্ষেত্রচুম্বক ব্যবহার করলে চৌম্বক ক্ষেত্রের মান বাড়ে। ফলে, চক্রের ওপর প্রযুক্ত বলের মানও বৃদ্ধি পায়, তাই চক্রের ঘূর্ণন বেগও বেড়ে যায়।

[অনুরূপ প্রশ্ন : বালোচক্রের ঘূর্ণন বেগ কীভাবে বাড়ানো যায়?]

11. স্থায়ী চুম্বক তৈরিতে ইস্পাত ব্যবহার করা হয়, কাঁচা লোহা নয় – ব্যাখ্যা করো। (2)

উত্তর. 

      কাঁচা লোহার তুলনায় ইস্পাতের ধারণশীলতা ও নিগ্রাহিতা দুই-ই বেশি হয়। তাই, অর্জিত চুম্বকত্ব ধরে রাখার ক্ষমতা কাঁচা লোহার তুলনায় ইস্পাতের বেশি। এ কারণেই স্থায়ী চুম্বক নির্মাণ করতে ইস্পাত ব্যবহার করা হয়, কাচা লোহা নয়।

12 . তড়িৎচুম্বক তৈরি করতে কাঁচা লোহা ব্যবহার করা হয়, ইস্পাত নয় কেন? ★★ [ME ]

উত্তর. 

      কাঁচা লোহার চৌম্বক প্রবণতা ও ভেদ্যতা দুই-ই যথেষ্ট বেশি হওয়ায় বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগে তাকে সহজে অতি শক্তিশালী চুম্বকে পরিণত করা যায়। আবার, ধারণশীলতা (Retentivity) ও নিগ্রাহিতা (Coercivity) কম হওয়ায়, তাকে সহজে বিচুম্বকিত করাও সম্ভব।

     অন্যদিকে, ইস্পাতের চৌম্বক প্রবণতা ও ভেদ্যতার মান বেশি (তবে কাঁচা লোহা অপেক্ষা কম) হলেও ধারণশীলতা ও নিগ্রাহিতার মানও যথেষ্ট বেশি। যেহেতু তড়িৎচুম্বক প্রকৃতিগতভাবে অস্থায়ী, সুতরাং, তড়িৎচুম্বকের মজ্জা হিসেবে ব্যবহারের ক্ষেত্রে কাঁচা লোহার বৈশিষ্ট্যগুলি ইস্পাতের তুলনায় বেশি উপযোগী। তাই, তড়িৎচুম্বক তৈরিতে ইস্পাতের পরিবর্তে কাঁচা লোহা ব্যবহৃত হয়।

[অনুরূপ প্রশ্ন : বৈদ্যুতিক ঘণ্টায় কাঁচা লোহা ব্যবহার করা হয় কেন?][ME 03]