বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে কন্ডাক্টর

তারের মধ্যে - ধাতু এবং ইলেক্ট্রোলাইটে চার্জ বাহক রয়েছে। ইলেক্ট্রোলাইটে এগুলি আয়ন, ধাতুগুলিতে - ইলেকট্রন। এই বৈদ্যুতিক চার্জযুক্ত কণাগুলি বহিরাগত ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের প্রভাবে কন্ডাকটরের পুরো আয়তনের চারপাশে ঘুরতে সক্ষম। ভ্যালেন্স ইলেকট্রন ভাগ করার কারণে ধাতব বাষ্পের ঘনীভবনের ফলে ধাতুগুলিতে পরিবাহী ইলেকট্রনগুলি ধাতুতে চার্জ বাহক।

কন্ডাক্টরের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি এবং সম্ভাবনা

বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অনুপস্থিতিতে, একটি ধাতব পরিবাহী বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ, কারণ এর ভিতরে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রটি তার আয়তনে নেতিবাচক এবং ধনাত্মক চার্জ দ্বারা সম্পূর্ণরূপে ক্ষতিপূরণ পায়।

যদি একটি ধাতব পরিবাহী একটি বাহ্যিক ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রে প্রবর্তিত হয়, তাহলে কন্ডাকটরের অভ্যন্তরে পরিবাহী ইলেকট্রনগুলি পুনরায় বিতরণ করা শুরু করবে, তারা নড়াচড়া করতে শুরু করবে এবং নড়াচড়া করতে শুরু করবে যাতে কন্ডাকটরের আয়তনের সর্বত্র ধনাত্মক আয়নগুলির ক্ষেত্র এবং সঞ্চালনের ক্ষেত্র। ইলেকট্রন শেষ পর্যন্ত বাহ্যিক ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের জন্য ক্ষতিপূরণ দেবে।

সুতরাং, একটি বহিরাগত ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রে অবস্থিত একটি পরিবাহীর ভিতরে, যে কোনো সময়ে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি E শূন্য হবে। কন্ডাক্টরের ভিতরে সম্ভাব্য পার্থক্যও শূন্য হবে, অর্থাৎ ভিতরের সম্ভাব্যতা ধ্রুবক হয়ে যাবে। অর্থাৎ, আমরা দেখি যে ধাতুর অস্তরক ধ্রুবক অসীমতার দিকে ঝুঁকছে।

কিন্তু তারের পৃষ্ঠে, তীব্রতা Eকে সেই পৃষ্ঠের দিকে স্বাভাবিক নির্দেশিত করা হবে, কারণ অন্যথায় তারের পৃষ্ঠে স্পর্শকভাবে নির্দেশিত ভোল্টেজ উপাদানটি তারের সাথে চার্জগুলি সরানোর কারণ হবে, যা বাস্তব, স্থির বন্টনের সাথে বিরোধিতা করবে। বাইরে, তারের বাইরে, একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র রয়েছে, যার অর্থ পৃষ্ঠের সাথে একটি ভেক্টর ই লম্বও রয়েছে।

ফলস্বরূপ, একটি স্থির অবস্থায়, একটি বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে স্থাপিত একটি ধাতব পরিবাহী তার পৃষ্ঠে বিপরীত চিহ্নের একটি চার্জ থাকবে এবং এই স্থাপনের প্রক্রিয়াটি ন্যানোসেকেন্ড সময় নেয়।

ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক শিল্ডিং এই নীতির উপর ভিত্তি করে যে একটি বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র কন্ডাক্টরের মধ্যে প্রবেশ করে না। বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের বল E পরিবাহী En এর পৃষ্ঠের স্বাভাবিক (লম্ব) বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা ক্ষতিপূরণ দেওয়া হয় এবং স্পর্শক বল Et শূন্যের সমান। দেখা যাচ্ছে যে এই পরিস্থিতিতে কন্ডাক্টর সম্পূর্ণ সমতুল্য।

এই ধরনের পরিবাহী φ = const-এর যে কোনো স্থানে, যেহেতু dφ/dl = — E = 0। পরিবাহীর পৃষ্ঠটিও সমান ক্ষমতাসম্পন্ন, যেহেতু dφ/dl = — Et = 0। পরিবাহীর পৃষ্ঠের সম্ভাব্যতা সমান এর আয়তনের সম্ভাব্যতা পর্যন্ত। একটি চার্জড কন্ডাক্টরের উপর অপূরণীয় চার্জ, এই ধরনের পরিস্থিতিতে, শুধুমাত্র তার পৃষ্ঠে থাকে, যেখানে চার্জ বাহকগুলি কুলম্ব বাহিনী দ্বারা বিতাড়িত হয়।

Ostrogradsky-Gauss উপপাদ্য অনুসারে, পরিবাহীর আয়তনে মোট চার্জ q শূন্য, যেহেতু E = 0।

কন্ডাকটরের কাছাকাছি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি নির্ধারণ

যদি আমরা তারের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল dS নির্বাচন করি এবং তার উপর পৃষ্ঠের dl উচ্চতার জেনারেটর সহ একটি সিলিন্ডার তৈরি করি, তাহলে আমাদের কাছে dS '= dS' '= dS থাকবে। বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি ভেক্টর E পৃষ্ঠের উপর লম্ব এবং বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টর D E এর সমানুপাতিক, তাই সিলিন্ডারের পার্শ্ব পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে প্রবাহ D শূন্য হবে।

dS» এর মাধ্যমে বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টর Фd এর প্রবাহও শূন্য, যেহেতু dS» পরিবাহীর ভিতরে রয়েছে এবং সেখানে E = 0, তাই D = 0। অতএব, বদ্ধ পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে dFd dS', dФd = D এর মাধ্যমে Dn * dS. অন্যদিকে, Ostrogradsky-Gauss তত্ত্ব অনুসারে: dФd = dq = σdS, যেখানে σ হল dS-এর উপরিভাগের চার্জের ঘনত্ব। সমীকরণের ডান দিকের সমতা থেকে এটি অনুসরণ করে যে Dn = σ, এবং তারপর En = Dn / εε0 = σ / εε0।

উপসংহার: চার্জযুক্ত পরিবাহীর পৃষ্ঠের কাছাকাছি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি পৃষ্ঠের চার্জ ঘনত্বের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক।

একটি তারে চার্জ বিতরণের পরীক্ষামূলক যাচাইকরণ

বিভিন্ন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি সহ জায়গায়, কাগজের পাপড়িগুলি বিভিন্ন উপায়ে বিচ্ছিন্ন হবে। বক্রতার একটি ছোট ব্যাসার্ধের পৃষ্ঠে (1) — সর্বাধিক, পাশের পৃষ্ঠে (2) — একই, এখানে q = const, অর্থাৎ, চার্জ সমানভাবে বিতরণ করা হয়।

একটি ইলেক্ট্রোমিটার, একটি তারের উপর সম্ভাব্য এবং চার্জ পরিমাপের একটি যন্ত্র, দেখাবে যে ডগায় চার্জ সর্বাধিক, পাশের পৃষ্ঠে এটি কম, এবং ভিতরের পৃষ্ঠে (3) চার্জ শূন্য।চার্জযুক্ত তারের শীর্ষে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি সবচেয়ে বেশি।

যেহেতু টিপসে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি E বেশি, এটি বাতাসের চার্জ ফুটো এবং আয়নকরণের দিকে পরিচালিত করে, যে কারণে এই ঘটনাটি প্রায়শই অবাঞ্ছিত হয়। আয়নগুলি তার থেকে বৈদ্যুতিক চার্জ বহন করে এবং আয়ন বায়ু প্রভাব ঘটে। এই প্রভাবকে প্রতিফলিত করে চাক্ষুষ প্রদর্শন: একটি মোমবাতির শিখা এবং ফ্র্যাঙ্কলিনের চাকা নিভিয়ে দেওয়া। এটি একটি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক মোটর নির্মাণের জন্য একটি ভাল ভিত্তি।

যদি একটি ধাতব আধানযুক্ত বল অন্য কন্ডাক্টরের পৃষ্ঠকে স্পর্শ করে, তবে চার্জটি আংশিকভাবে বল থেকে পরিবাহীতে স্থানান্তরিত হবে এবং সেই পরিবাহী এবং বলের সম্ভাব্যতা সমান হবে। যদি বলটি ফাঁপা তারের অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের সংস্পর্শে থাকে, তবে বল থেকে সমস্ত চার্জ সম্পূর্ণরূপে কেবল ফাঁপা তারের বাইরের পৃষ্ঠে বিতরণ করা হবে।

বলটির সম্ভাবনা ফাঁপা তারের চেয়ে বেশি বা কম হোক না কেন এটি ঘটবে। এমনকি যদি যোগাযোগের আগে বলের সম্ভাবনা ফাঁপা তারের সম্ভাবনার চেয়ে কম হয়, তবে বল থেকে চার্জ সম্পূর্ণভাবে প্রবাহিত হবে, কারণ যখন বলটি গহ্বরে চলে যাবে, পরীক্ষাকারী বিকর্ষণকারী শক্তিগুলিকে অতিক্রম করার জন্য কাজ করবে, অর্থাৎ , বলের সম্ভাবনা বাড়বে, চার্জের সম্ভাব্য শক্তি বাড়বে।

ফলস্বরূপ, চার্জ একটি উচ্চ সম্ভাবনা থেকে একটি নিম্ন একটিতে প্রবাহিত হবে। যদি আমরা এখন বলের চার্জের পরবর্তী অংশ ফাঁপা তারে স্থানান্তর করি, তাহলে আরও বেশি কাজ করতে হবে। এই পরীক্ষাটি স্পষ্টভাবে প্রতিফলিত করে যে সম্ভাব্য একটি শক্তি বৈশিষ্ট্য।

রবার্ট ভ্যান ডি গ্রাফ

রবার্ট ভ্যান ডি গ্রাফ (1901 - 1967) একজন উজ্জ্বল আমেরিকান পদার্থবিদ ছিলেন। 1922 সালেরবার্ট আলাবামা বিশ্ববিদ্যালয় থেকে স্নাতক হন, পরে 1929 থেকে 1931 সাল পর্যন্ত প্রিন্সটন বিশ্ববিদ্যালয়ে এবং 1931 থেকে 1960 সাল পর্যন্ত ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজিতে কাজ করেন। নিউক্লিয়ার এবং এক্সিলারেটর প্রযুক্তি, ট্যান্ডেম আয়ন এক্সিলারেটরের ধারণা এবং বাস্তবায়ন এবং একটি উচ্চ ভোল্টেজ ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক জেনারেটর, ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটরের উদ্ভাবনের উপর তার বেশ কয়েকটি গবেষণাপত্র রয়েছে।

ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটরের অপারেশনের নীতিটি একটি বল থেকে ফাঁপা গোলায় চার্জ স্থানান্তরের সাথে পরীক্ষার কিছুটা স্মরণ করিয়ে দেয়, যেমন উপরে বর্ণিত পরীক্ষায় রয়েছে, তবে এখানে প্রক্রিয়াটি স্বয়ংক্রিয়।

পরিবাহক বেল্টটি একটি উচ্চ ভোল্টেজ ডিসি উত্স ব্যবহার করে ইতিবাচকভাবে চার্জ করা হয়, তারপর চার্জটি বেল্টের গতিবিধির সাথে একটি বড় ধাতব গোলকের অভ্যন্তরে স্থানান্তরিত হয়, যেখানে এটি টিপ থেকে এটিতে স্থানান্তরিত হয় এবং বাইরের গোলাকার পৃষ্ঠে বিতরণ করা হয়। এইভাবে পৃথিবীর সাপেক্ষে সম্ভাব্যতা লক্ষ লক্ষ ভোল্টে পাওয়া যায়।

বর্তমানে, ভ্যান ডি গ্রাফ এক্সিলারেটর জেনারেটর রয়েছে, উদাহরণস্বরূপ, টমস্কের নিউক্লিয়ার ফিজিক্সের গবেষণা ইনস্টিটিউটে প্রতি মিলিয়ন ভোল্টে এই ধরণের একটি ইএসজি রয়েছে, যা একটি পৃথক টাওয়ারে ইনস্টল করা আছে।

বৈদ্যুতিক ক্ষমতা এবং ক্যাপাসিটার

উপরে উল্লিখিত হিসাবে, যখন একটি পরিবাহীতে চার্জ স্থানান্তরিত হয়, তখন একটি নির্দিষ্ট সম্ভাব্য φ এর পৃষ্ঠে উপস্থিত হবে। এবং বিভিন্ন তারের জন্য এই সম্ভাব্যতা ভিন্ন হবে, এমনকি যদি তারে স্থানান্তরিত চার্জের পরিমাণ একই হয়। তারের আকৃতি এবং আকারের উপর নির্ভর করে, সম্ভাব্য ভিন্ন হতে পারে, তবে এক বা অন্য উপায়ে এটি চার্জের সমানুপাতিক হবে এবং চার্জটি সম্ভাবনার সমানুপাতিক হবে।

বাহুগুলির অনুপাতকে ক্ষমতা, ক্ষমতা বা সহজভাবে ক্ষমতা বলা হয় (যখন স্পষ্টভাবে প্রসঙ্গ দ্বারা উহ্য থাকে)।

বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিট্যান্স হল একটি ভৌত ​​পরিমাণ যা সংখ্যাগতভাবে চার্জের সমান যা একটি কন্ডাক্টরকে একটি ইউনিট দ্বারা তার সম্ভাব্য পরিবর্তনের জন্য রিপোর্ট করতে হবে। এসআই সিস্টেমে, বৈদ্যুতিক ক্ষমতা ফ্যারাড (এখন «ফ্যারাড», পূর্বে «ফ্যারাড») এবং 1F = 1C/1V-এ পরিমাপ করা হয়। সুতরাং, একটি গোলাকার পরিবাহীর (বল) পৃষ্ঠ সম্ভাবনা হল φsh = q / 4πεε0R, তাই Csh = 4πεε0R।

যদি আমরা পৃথিবীর ব্যাসার্ধের সমান R গ্রহণ করি, তাহলে পৃথিবীর বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিট্যান্স, একক পরিবাহী হিসাবে, 700 মাইক্রোফ্যারাডের সমান হবে। গুরুত্বপূর্ণ ! এটি একটি একক পরিবাহী হিসাবে পৃথিবীর বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিট্যান্স!

আপনি যদি একটি তারের সাথে অন্য তারকে আনেন, তবে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক আবেশের ঘটনার কারণে তারের বৈদ্যুতিক ক্ষমতা বৃদ্ধি পাবে। সুতরাং, দুটি কন্ডাক্টর একে অপরের কাছাকাছি অবস্থিত এবং প্লেটের প্রতিনিধিত্ব করে একটি ক্যাপাসিটর বলা হয়।

যখন ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রটি ক্যাপাসিটরের প্লেটের মধ্যে ঘনীভূত হয়, অর্থাৎ এর ভিতরে, বাহ্যিক সংস্থাগুলি এর বৈদ্যুতিক ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে না।

ক্যাপাসিটর সমতল, নলাকার এবং গোলাকার ক্যাপাসিটারে পাওয়া যায়। যেহেতু বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি ক্যাপাসিটরের প্লেটের মধ্যে কেন্দ্রীভূত থাকে, তাই ক্যাপাসিটরের ধনাত্মক চার্জযুক্ত প্লেট থেকে শুরু করে বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতির লাইনগুলি তার নেতিবাচক চার্জযুক্ত প্লেটে শেষ হয়। তাই, প্লেটের চার্জ চিহ্নের বিপরীতে কিন্তু মাত্রায় সমান। এবং ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স C = q/(φ1-φ2) = q/U।

ফ্ল্যাট ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্সের সূত্র (উদাহরণস্বরূপ)

যেহেতু প্লেটগুলির মধ্যে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের E এর ভোল্টেজ E = σ / εε0 = q / εε0S এবং U = Ed, তাহলে C = q / U = q / (qd / εε0S) = εε0S / d।

S হল প্লেটের ক্ষেত্রফল; q হল ক্যাপাসিটরের চার্জ; σ হল চার্জের ঘনত্ব; ε হল প্লেটের মধ্যকার অস্তরক ধ্রুবক; ε0 হল ভ্যাকুয়ামের অস্তরক ধ্রুবক।

চার্জড ক্যাপাসিটরের শক্তি

একটি তারের কন্ডাক্টরের সাথে চার্জযুক্ত ক্যাপাসিটরের প্লেটগুলি বন্ধ করে, কেউ একটি কারেন্ট পর্যবেক্ষণ করতে পারে যা তারকে অবিলম্বে গলে যাওয়ার মতো শক্তিশালী হতে পারে। স্পষ্টতই, ক্যাপাসিটর শক্তি সঞ্চয় করে। এই শক্তি পরিমাণগতভাবে কি?

যদি ক্যাপাসিটর চার্জ করা হয় এবং তারপর ডিসচার্জ করা হয়, তাহলে U' হল তার প্লেট জুড়ে ভোল্টেজের তাৎক্ষণিক মান। যখন চার্জ dq প্লেটের মধ্যে দিয়ে যাবে, কাজ করা হবে dA = U'dq। এই কাজটি সংখ্যাগতভাবে সম্ভাব্য শক্তির ক্ষতির সমান, যার অর্থ dA = — dWc। এবং যেহেতু q = CU, তারপর dA = CU'dU ', এবং মোট কাজ A = ∫ dA। পূর্বে প্রতিস্থাপনের পরে এই অভিব্যক্তিকে একত্রিত করে, আমরা Wc = CU2/2 পাই।