বৈদ্যুতিক প্রবাহের গতি

এই চিন্তা পরীক্ষা করা যাক. কল্পনা করুন যে শহর থেকে 100 কিলোমিটার দূরে একটি গ্রাম রয়েছে এবং শহর থেকে সেই গ্রামে বাল্ব সহ প্রায় 100 কিলোমিটার দীর্ঘ একটি তারের সংকেত লাইন স্থাপন করা হয়েছে। একটি ঢালযুক্ত দুই-কোর লাইন, এটি রাস্তা বরাবর সমর্থনের উপর পাড়া হয়। এবং এখন যদি আমরা এই লাইনের উপর শহর থেকে গ্রামে একটি সংকেত পাঠাই, তবে সেখানে এটি পেতে কতক্ষণ সময় লাগবে?

গণনা এবং অভিজ্ঞতা আমাদের বলে যে একটি লাইট বাল্বের আকারে একটি সংকেত অন্য প্রান্তে কমপক্ষে 100/300000 সেকেন্ডের মধ্যে প্রদর্শিত হবে, অর্থাৎ, কমপক্ষে 333.3 μs (তারের প্রবর্তনকে বিবেচনায় না নিয়ে) গ্রামে একটি আলো জ্বলবে, যার মানে তারে একটি কারেন্ট প্রতিষ্ঠিত হবে (উদাহরণস্বরূপ, আমরা সরাসরি কারেন্ট ব্যবহার করি চার্জড ক্যাপাসিটর). 

100 হল আমাদের তারের প্রতিটি শিরার দৈর্ঘ্য কিলোমিটারে, এবং প্রতি সেকেন্ডে 300,000 কিলোমিটার হল আলোর গতি-প্রসারণের গতি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ একটি ভ্যাকুয়ামে হ্যাঁ, "ইলেকট্রনের গতি" আলোর গতিতে তার বরাবর প্রচার করবে।

কিন্তু ইলেক্ট্রনগুলো যে আলোর গতিতে একের পর এক চলতে শুরু করে তার মানে এই নয় যে ইলেকট্রনগুলো নিজেরাই তারের মধ্যে এত প্রচণ্ড গতিতে চলে যাচ্ছে। একটি ধাতব পরিবাহীতে ইলেকট্রন বা আয়ন, একটি ইলেক্ট্রোলাইটে, বা অন্য একটি পরিবাহী মাধ্যম এত দ্রুত নড়াচড়া করতে পারে না, অর্থাৎ চার্জ বাহকগুলি আলোর গতিতে একে অপরের সাপেক্ষে চলে না।

এই ক্ষেত্রে আলোর গতি হল যে গতিতে তারের চার্জ বাহকগুলি একের পর এক চলতে শুরু করে, অর্থাৎ, এটি চার্জ ক্যারিয়ারগুলির অনুবাদমূলক গতির প্রচারের গতি। চার্জ বাহকদের নিজেরাই সরাসরি প্রবাহে একটি "ড্রিফ্ট বেগ" থাকে, বলুন একটি তামার তারে, প্রতি সেকেন্ডে মাত্র কয়েক মিলিমিটার!

আসুন এই বিন্দু পরিষ্কার করা যাক. ধরা যাক আমাদের একটি চার্জযুক্ত ক্যাপাসিটর রয়েছে এবং আমরা ক্যাপাসিটর থেকে 100 কিলোমিটার দূরে একটি গ্রামে ইনস্টল করা আমাদের লাইট বাল্ব থেকে দীর্ঘ তারগুলি সংযুক্ত করি। তারের সংযোগ, অর্থাৎ, সার্কিট বন্ধ করা, একটি সুইচ দিয়ে ম্যানুয়ালি করা হয়।

কি হবে? যখন সুইচটি বন্ধ থাকে, চার্জযুক্ত কণাগুলি ক্যাপাসিটরের সাথে সংযুক্ত তারের সেই অংশগুলিতে সরতে শুরু করে। ইলেকট্রন ক্যাপাসিটরের নেতিবাচক প্লেট ছেড়ে চলে যায়, ক্যাপাসিটরের ডাইলেকট্রিকের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র হ্রাস পায়, বিপরীত (ধনাত্মক) প্লেটের ধনাত্মক চার্জ হ্রাস পায় - সংযুক্ত তার থেকে ইলেকট্রনগুলি এতে প্রবাহিত হয়।

এইভাবে, প্লেটগুলির মধ্যে সম্ভাব্য পার্থক্য হ্রাস পায়।এবং যেহেতু ক্যাপাসিটরের সংলগ্ন তারের ইলেকট্রনগুলি সরতে শুরু করে, তারের উপর দূরবর্তী স্থান থেকে অন্যান্য ইলেকট্রনগুলি তাদের জায়গায় চলে আসে, অন্য কথায়, একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ক্রিয়াকলাপের কারণে তারে ইলেকট্রনগুলির পুনর্বন্টন প্রক্রিয়া শুরু হয়। একটি বন্ধ সার্কিটে। এই প্রক্রিয়াটি তারের সাথে আরও ছড়িয়ে পড়ে এবং অবশেষে সিগন্যাল ল্যাম্প ফিলামেন্টে পৌঁছায়।

তাই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের পরিবর্তন আলোর গতিতে তার বরাবর প্রচার করে, সার্কিটে ইলেকট্রন সক্রিয় করে। কিন্তু ইলেকট্রনগুলো নিজেরাই অনেক বেশি ধীর গতিতে চলে।

আমরা আরও এগিয়ে যাওয়ার আগে, একটি জলবাহী সাদৃশ্য বিবেচনা করুন। পাইপের মাধ্যমে গ্রাম থেকে শহরে মিনারেল ওয়াটার প্রবাহিত হোক। সকালে, গ্রামে একটি পাম্প চালু করা হয় এবং এটি পাইপে পানির চাপ বাড়াতে শুরু করে যাতে গ্রামের উৎস থেকে পানি শহরে যেতে বাধ্য হয়। চাপের পরিবর্তন পাইপলাইনের সাথে খুব দ্রুত গতিতে ছড়িয়ে পড়ে। প্রায় 1400 কিমি/সেকেন্ড (এটি নির্ভর করে পানির ঘনত্ব, তার তাপমাত্রা থেকে, চাপের মাত্রা থেকে)।

গ্রামে পাম্প চালু হওয়ার এক সেকেন্ডের একটি ভগ্নাংশ, জল শহরে যেতে শুরু করে। কিন্তু এই একই পানি কি বর্তমানে গ্রামের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হচ্ছে? না! আমাদের উদাহরণে জলের অণুগুলি একে অপরকে ধাক্কা দেয় এবং তারা নিজেরাই আরও ধীরে ধীরে চলে, যেহেতু তাদের বিচ্যুতির গতি চাপের মাত্রার উপর নির্ভর করে। একে অপরের বিরুদ্ধে অণুগুলিকে চূর্ণ করার ফলে টিউব বরাবর অণুর চলাচলের চেয়ে দ্রুত মাত্রার অনেকগুলি আদেশ প্রচার করে।

তাই এটি একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহের সাথে: একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রচারের গতি চাপের প্রচারের অনুরূপ, এবং ইলেকট্রনগুলির চলাচলের গতি যা একটি কারেন্ট তৈরি করে তা সরাসরি জলের অণুগুলির গতির অনুরূপ।

এখন সরাসরি ইলেকট্রন ফিরে আসা যাক. ইলেকট্রন (বা অন্যান্য চার্জ বাহক) এর সুশৃঙ্খল গতির হারকে ড্রিফট রেট বলা হয়। এর ইলেকট্রন ক্রিয়ার মাধ্যমে লাভ করে বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র. 

যদি কোনও বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র না থাকে, তবে ইলেকট্রনগুলি কেবল তাপীয় গতির দ্বারা কন্ডাকটরের ভিতরে বিশৃঙ্খলভাবে সরে যায়, তবে কোনও নির্দেশিত কারেন্ট থাকে না এবং তাই গড় প্রবাহের গতি শূন্য হয়ে যায়।

যদি একটি কন্ডাক্টরের উপর একটি বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়, তবে কন্ডাকটরের উপাদানের উপর নির্ভর করে, চার্জ বাহকের ভর এবং চার্জের উপর, তাপমাত্রার উপর, সম্ভাব্য পার্থক্যের উপর, চার্জ বাহকগুলি চলতে শুরু করবে, কিন্তু গতি এই গতিবেগ আলোর গতির চেয়ে উল্লেখযোগ্য কম হবে, প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 0.5 মিমি (1 মিমি 2 এর ক্রস সেকশন সহ একটি তামার তারের জন্য, যার মধ্য দিয়ে 10 A কারেন্ট প্রবাহিত হয়, ইলেকট্রন প্রবাহের গড় গতি হবে 0.6– 6 মিমি/সেকেন্ড)।

এই গতি নির্ভর করে কন্ডাক্টর n-এ ফ্রি চার্জ ক্যারিয়ারের ঘনত্বের উপর, কন্ডাক্টর S-এর ক্রস-বিভাগীয় এলাকায়, কণার চার্জের উপর, বর্তমান I-এর মাত্রার উপর। আপনি দেখতে পাচ্ছেন, সত্ত্বেও সত্য যে বৈদ্যুতিক প্রবাহ (ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের সামনে) আলোর গতিতে তারের সাথে প্রচার করে, ইলেকট্রনগুলি নিজেরাই আরও ধীরে ধীরে চলে। দেখা যাচ্ছে স্রোতের গতি খুবই কম।