দুটি পরিবাহী গোলক P এবং Q বিদ্যুৎ অপরিবাহী স্ট্যান্ডের উপর রাখা আছে। P গোলকে +5 C চার্জ এবং Q গোলকে −3 C চার্জ আছে। গোলক দুটির ব্যাসার্ধ যথাক্রমে 0.1 m এবং 0.2 m।
ক · জ্ঞানপরিবাহী পদার্থ কাকে বলে?1
পরিবাহী পদার্থ হলো এমন পদার্থ যেখানে ইলেকট্রনগুলো খুব সহজে পুরো পদার্থের মাঝে ছোটাছুটি করতে পারে, যেমন ধাতু।
খ · অনুধাবনবিদ্যুৎ অপরিবাহী পদার্থ এবং বিদ্যুৎ সুপরিবাহী পদার্থের মধ্যে দুটি পার্থক্য উল্লেখ করো।2
১. বিদ্যুৎ সুপরিবাহী পদার্থে মুক্ত ইলেকট্রন থাকে যা বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে, কিন্তু বিদ্যুৎ অপরিবাহী পদার্থে মুক্ত ইলেকট্রন থাকে না।
২. বিদ্যুৎ সুপরিবাহী পদার্থের উদাহরণ হলো সোনা, রূপা, তামা; অপরিবাহী পদার্থের উদাহরণ হলো কাঠ, প্লাস্টিক, কাচ।
গ · প্রয়োগগোলক P এবং Q এর পৃষ্ঠে তড়িৎ বিভবের মান নির্ণয় করো।3
গোলক P এর জন্য:
চার্জ (qP) = +5 C
ব্যাসার্ধ (rP) = 0.1 mVP=krPqP=0.19×109×5 V=450×109 V=4.5×1011 V
গোলক Q এর জন্য:
চার্জ (qQ) = −3 C
ব্যাসার্ধ (rQ) = 0.2 mVQ=krQqQ=0.29×109×(−3) V=0.2−27×109 V=−135×109 V=−1.35×1011 V
সুতরাং, গোলক P এর বিভব 4.5×1011 V এবং গোলক Q এর বিভব −1.35×1011 V।
ঘ · উচ্চতর দক্ষতাযদি গোলক P এবং Q কে একটি পরিবাহী তার দিয়ে সংযুক্ত করা হয়, তাহলে চার্জের প্রবাহ কোন গোলক থেকে কোন গোলকে হবে? প্রবাহ বন্ধ হওয়ার পর তাদের চূড়ান্ত বিভব কত হবে? বিশ্লেষণ করো।4
চার্জের প্রবাহ:
গোলক P এর বিভব VP=4.5×1011 V (ধনাত্মক)।
গোলক Q এর বিভব VQ=−1.35×1011 V (ঋণাত্মক)।
যেহেতু VP>VQ, চার্জ (ধনাত্মক চার্জের প্রবাহের দিক) উচ্চ বিভব P থেকে নিম্ন বিভব Q এর দিকে প্রবাহিত হবে। ইলেকট্রনগুলো Q থেকে P এর দিকে প্রবাহিত হবে।
প্রবাহ বন্ধ হওয়ার পর চূড়ান্ত বিভব:
যখন দুটি পরিবাহী গোলককে সংযুক্ত করা হয়, তখন চার্জ প্রবাহিত হয়ে তাদের বিভব সমান না হওয়া পর্যন্ত চলতে থাকে। চূড়ান্ত বিভব Vfinal হবে মোট চার্জকে মোট ধারকত্ব দিয়ে ভাগ করে।
মোট চার্জ Qtotal=qP+qQ=5 C+(−3 C)=2 C
গোলক P এর ধারকত্ব CP=rP/k=0.1/(9×109) F
গোলক Q এর ধারকত্ব CQ=rQ/k=0.2/(9×109) F
মোট ধারকত্ব Ctotal=CP+CQ=(0.1+0.2)/(9×109)=0.3/(9×109) F
চূড়ান্ত বিভব Vfinal=Qtotal/Ctotal=(2 C)/(0.3/(9×109) F)Vfinal=(2×9×109)/0.3 VVfinal=(18×109)/0.3 VVfinal=60×109 V=6.0×1010 V
সুতরাং, চার্জ P গোলক থেকে Q গোলকে প্রবাহিত হবে এবং প্রবাহ বন্ধ হওয়ার পর উভয় গোলকের চূড়ান্ত বিভব 6.0×1010 V হবে।