তড়িৎ-তড়িৎ প্রবাহ, সার্কিট, রোধ, তড়িৎ ক্ষমতা ও শক্তি

"উত্তর: খ
◈ সঠিক উত্তর: শক্তি
✦ বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ প্রচলিত স্কুল-কলেজ ও চাকরির পরীক্ষার ভাষায় বিদ্যুৎকে এক প্রকার শক্তি বলা হয়। তাই প্রদত্ত বিকল্পগুলোর মধ্যে খ. শক্তি-ই পরীক্ষায় প্রত্যাশিত উত্তর।
❖ তবে পদার্থবিজ্ঞানের অধিক নির্ভুল ভাষায় “বিদ্যুৎ” (Electricity) বলতে বৈদ্যুতিক আধান, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র, বিভব, আধানের প্রবাহ ইত্যাদির সঙ্গে সম্পর্কিত সামগ্রিক ভৌত ঘটনাকে বোঝায়। আর বৈদ্যুতিক শক্তি (Electrical energy) হলো শক্তির একটি রূপ। অর্থাৎ “বিদ্যুৎ = শক্তি” কথাটি পরীক্ষাভিত্তিক সরলীকরণ।
➤ স্থির তড়িৎ (Static electricity): আধান কোনো বস্তুর উপর সঞ্চিত থাকে।
➤ চল তড়িৎ (Current electricity): বৈদ্যুতিক আধানের সুশৃঙ্খল প্রবাহ ঘটে।
➤ বৈদ্যুতিক শক্তিকে আলো, তাপ, যান্ত্রিক শক্তি, শব্দ ইত্যাদিতে রূপান্তর করা যায়।
✦ মূল উত্তরের তথ্য-সংশোধনী:
❖ “বিদ্যুৎ এক প্রকার শক্তি” ⇒ পরীক্ষায় এটি গ্রহণযোগ্য উত্তর; তবে আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানে electricity একটি বিস্তৃত ভৌত ধারণা, আর electrical energy হলো শক্তির রূপ। তাই বৈজ্ঞানিকভাবে দুটিকে পুরোপুরি সমার্থক বলা যথার্থ নয়।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ ক. পদার্থ ⇒ পদার্থের ভর আছে এবং স্থান দখল করে; বিদ্যুৎ নিজে পদার্থ নয়।
❖ খ. শক্তি ⇒ প্রদত্ত বিকল্পগুলোর মধ্যে পরীক্ষাভিত্তিক সঠিক উত্তর।
❖ গ. বস্তু ⇒ বিদ্যুৎ কোনো বস্তু বা পদার্থগত অবজেক্ট নয়।
❖ ঘ. বল ⇒ বৈদ্যুতিক আধানের মধ্যে বৈদ্যুতিক বল ক্রিয়া করতে পারে, কিন্তু বিদ্যুৎ নিজেই “বল” নয়।"

উত্তর: গ
ব্যাখ্যা: চল তড়িৎ দুই প্রকার। যথা- সমপ্রবাহ এবং পর্যাবৃত্ত প্রবাহ। তড়িৎ প্রবাহ যদি সর্বদা একই দিকে প্রবাহিত হয় বা সময়ের সাথে তড়িৎ প্রবাহের দিকের কোনো পরিবর্তন না হয় তাহলে সেই প্রবাহকে সমপ্রবাহ বা Direct Current (DC) বলে। যেমন- তড়িৎ কোষ (ব্যাটারি) থেকে আমরা সমপ্রবাহ পাই। যে তড়িৎ প্রবাহ নির্দিষ্ট সময় পরপর দিক পরিবর্তন করে অর্থাৎ যে তড়িৎ প্রবাহের দিক পর্যায়বৃত্তভাবে পরিবর্তিত হয় তাকে পর্যাবৃত্ত প্রবাহ বা Alternative Current (AC) বলে। পর্যাবৃত্ত প্রবাহের দিক পরিবর্তন দেশভেদে বিভিন্ন হয়। আমাদের দেশে বাসাবাড়িতে যে পর্যাবৃত্ত প্রবাহ ব্যবহার করা হয় তা প্রতি সেকেন্ডে ৫০ বার দিক পরিবর্তন করে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে প্রতি সেকেন্ডে ৬০ বার দিক পরিবর্তন করে।
◈ সঠিক উত্তর: সময়ের সাথে দিকের পরিবর্তন হয়
✦ অতিরিক্ত বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ Alternating Current (AC)-এ কারেন্টের মান ও দিক সময়ের সঙ্গে পর্যায়ক্রমে পরিবর্তিত হয়। সাধারণ গ্রিডের AC প্রায় সাইনুসয়েডাল হওয়ায় একদিকে সর্বোচ্চ মানে গিয়ে শূন্য হয়, তারপর বিপরীত দিকে যায় এবং একটি পূর্ণ চক্র সম্পন্ন করে।
❖ বিপরীতে Direct Current (DC) সাধারণভাবে একদিকে প্রবাহিত হয়। ব্যাটারি DC-এর পরিচিত উৎস।
➤ বাংলাদেশের গ্রিডের স্বাভাবিক ফ্রিকোয়েন্সি ৫০.০ Hz। বাংলাদেশ Grid Code-এ স্বাভাবিক নিয়ন্ত্রণসীমা 49.5–50.5 Hz উল্লেখ করা হয়েছে।
✦ মূল ব্যাখ্যার তথ্য-সংশোধনী:
❖ “Alternative Current (AC)” ⇒ শুদ্ধ ইংরেজি পরিভাষা হলো Alternating Current, “Alternative Current” নয়।
❖ “৫০ Hz হলে প্রতি সেকেন্ডে ৫০ বার দিক পরিবর্তন করে” ⇒ ৫০ Hz অর্থ প্রতি সেকেন্ডে ৫০টি পূর্ণ চক্র। একটি পূর্ণ sinusoidal cycle-এ কারেন্ট দুইবার শূন্য অতিক্রম করে এবং দিক/চিহ্ন দুইবার বদলায়; তাই কঠোর পদার্থবৈজ্ঞানিক অর্থে প্রতি সেকেন্ডে ১০০টি direction reversal ঘটে। একইভাবে ৬০ Hz-এ ৬০ cycle/s এবং ১২০ reversal/s। বইয়ের বক্তব্যটি পরীক্ষাভিত্তিক প্রচলিত সরলীকরণ।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ শুধু একদিকে চলে ⇒ এটি DC-এর বৈশিষ্ট্য।
❖ ব্যাটারি থেকে উৎপন্ন ⇒ সাধারণ ব্যাটারি DC দেয়।
❖ সময়ের সাথে দিকের পরিবর্তন হয় ⇒ AC-এর মৌলিক বৈশিষ্ট্য; সঠিক।
❖ সময়ের সাথে দিকের পরিবর্তন হয় না ⇒ এটি DC-এর সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

উত্তর: গ
ব্যাখ্যা: ভোল্টেজ হলো এক ধরনের বৈদ্যুতিক চাপ। পরিবাহীর অভ্যন্তরীণ থাকা ইলেকট্রনসমূহকে স্থানান্তর করতে যে ফোর্স বা চাপের প্রয়োজন হয় তাকে বৈদ্যুতিক চাপ বা ভোল্টেজ বলে। বৈদ্যুতিক চাপ বা ভোল্টেজের একক হলো ভোল্ট। ভোল্টমিটার দিয়ে ভোল্টেজ পরিমাপ করা হয়। পৃথিবী বা ভূমির বিভব শূন্য।
◈ সঠিক উত্তর: ভোল্টেজ
✦ অতিরিক্ত বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ Voltage হলো দুই বিন্দুর electric potential difference। বৈজ্ঞানিক সংজ্ঞায় কোনো আধানকে এক বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে সরালে প্রতি একক আধানের potential-energy পরিবর্তন দ্বারা এটি নির্ধারিত:
ΔV = ΔU/q
❖ এর SI একক ভোল্ট (V) এবং ১ V = ১ J/C। “বৈদ্যুতিক চাপ” একটি সুবিধাজনক analogy, কিন্তু মূল সংজ্ঞা হলো potential difference।
➤ Voltage মাপার যন্ত্র ভোল্টমিটার।
➤ ভোল্টমিটার সংশ্লিষ্ট অংশের সঙ্গে parallel-এ যুক্ত হয়।
✦ মূল ব্যাখ্যার তথ্য-সংশোধনী:
❖ “ইলেকট্রনসমূহকে স্থানান্তর করতে যে ফোর্স বা চাপ” ⇒ এটি ধারণাগত ব্যাখ্যা; ভোল্টেজ নিজে বল নয়। নির্ভুলভাবে এটি প্রতি একক আধানের potential-energy difference।
❖ “পৃথিবী বা ভূমির বিভব শূন্য” ⇒ পৃথিবীর absolute potential আবশ্যিকভাবে শূন্য নয়; বৈদ্যুতিক সার্কিটে পৃথিবীকে সুবিধার জন্য reference potential = 0 V ধরা হয়। Potential-এর zero reference ইচ্ছাকৃতভাবে নির্বাচনযোগ্য।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ রোধ ⇒ কারেন্ট প্রবাহে বাধার পরিমাপ।
❖ বিদ্যুৎ ⇒ সামগ্রিক বৈদ্যুতিক ঘটনা; “চাপের পরিমাণ” নয়।
❖ ভোল্টেজ ⇒ বৈদ্যুতিক potential difference; সঠিক।
❖ শক্তি ⇒ joule এককে পরিমাপ করা হয়।

উত্তর: ঘ
ব্যাখ্যা: যে যন্ত্রের সাহায্যে বর্তনীতে তড়িৎ প্রবাহের উপস্থিতি ও পরিমাণ নির্ণয় করা হয় তাকে গ্যালভানোমিটার বলে। গ্যালভানোমিটার খুব ক্ষুদ্র বৈদ্যুতিক প্রবাহ শনাক্ত করতে সক্ষম। গ্যালভানোমিটার বৈদ্যুতিক প্রবাহ শনাক্তকরণ, পরিমাপ এবং নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়।
◈ সঠিক উত্তর: গ্যালভানোমিটার
✦ অতিরিক্ত বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ Galvanometer অত্যন্ত ক্ষুদ্র কারেন্টের উপস্থিতি ও দিক শনাক্ত করতে এবং নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে তার মান নির্ণয় করতে ব্যবহৃত হয়। সূচকযুক্ত moving-coil galvanometer-এ needle deflection সাধারণত কারেন্টের সঙ্গে সম্পর্কিত।
➤ গ্যালভানোমিটারের সঙ্গে low-resistance shunt parallel-এ দিলে ammeter তৈরি করা যায়।
➤ উচ্চ series resistance যুক্ত করে উপযুক্ত galvanometer-কে voltmeter হিসেবে ব্যবহার করা যায়।
✦ মূল ব্যাখ্যার তথ্য-সংশোধনী:
❖ বড় বা সাধারণ circuit current সরাসরি পরিমাপের জন্য ammeter বেশি যথাযথ শব্দ; galvanometer বিশেষত ক্ষুদ্র কারেন্টের উপস্থিতি, দিক ও পরিমাণ শনাক্তে ব্যবহৃত হয়। প্রশ্নে “অস্তিত্ব ও পরিমাণ” এবং বিকল্প বিবেচনায় ঘ প্রত্যাশিত।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ ভোল্টমিটার ⇒ potential difference মাপে।
❖ অ্যামিটার ⇒ সাধারণ current measurement-এর যন্ত্র, কিন্তু ক্ষুদ্র কারেন্ট শনাক্তকরণকেন্দ্রিক প্রশ্নে galvanometer প্রত্যাশিত।
❖ পটেনশিওমিটার ⇒ potential difference/emf তুলনা বা নির্ভুল null measurement-এ ব্যবহৃত হয়।
❖ গ্যালভানোমিটার ⇒ ক্ষুদ্র কারেন্ট শনাক্ত ও মাপে; সঠিক।

উত্তর: ঘ
◈ সঠিক উত্তর: বিদ্যুতের ব্যবহার মাপা ও নিয়ন্ত্রণ করা
✦ বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ Smart meter একটি উন্নত electronic energy meter, যা সময়ভিত্তিক বিদ্যুৎ ব্যবহার রেকর্ড এবং অনেক ব্যবস্থায় দূরবর্তী communication-এর মাধ্যমে utility-কে data পাঠাতে পারে।
➤ Energy consumption measurement
➤ Time-of-use data
➤ Remote meter reading
➤ কিছু ব্যবস্থায় remote connect/disconnect ও load-management সুবিধা
❖ এটি নিজে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে না; বরং consumption measurement ও management-এর অংশ।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ বিদ্যুৎ অপচয় করা ⇒ সম্পূর্ণ বিপরীত ধারণা।
❖ বিদ্যুৎ সংযোগ করা ⇒ কিছু smart meter remote switching করতে পারলেও এটিই মূল কাজ নয়।
❖ বিদ্যুৎ উৎপাদন করা ⇒ meter generator নয়।
❖ ব্যবহার মাপা ও নিয়ন্ত্রণ করা ⇒ প্রদত্ত বিকল্পে সবচেয়ে পূর্ণাঙ্গ উত্তর।

উত্তর: খ
◈ সঠিক উত্তর: গ্যাস
✦ বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ সাধারণ চাপ ও তাপমাত্রায় অন-আয়নিত গ্যাস-এ free charge carrier খুব কম থাকে; তাই সাধারণভাবে গ্যাসকে electrical insulator বা poor conductor হিসেবে ধরা হয়।
❖ তবে উচ্চ voltage, ionizing radiation বা উচ্চ temperature-এ gas ionized হয়ে plasma তৈরি করলে উল্লেখযোগ্য current বহন করতে পারে। তাই উত্তরটি “স্বাভাবিক অবস্থায় গ্যাস” হিসেবে বুঝতে হবে।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ গ্রাফাইট ⇒ delocalized electrons থাকার কারণে বিদ্যুৎ পরিবাহী।
❖ গ্যাস ⇒ স্বাভাবিক অবস্থায় কুপরিবাহী; সঠিক।
❖ ভেজা বাঁশ ⇒ পানি ও dissolved ions থাকার কারণে শুকনো বাঁশের তুলনায় conduct করে।
❖ প্লাটিনাম ⇒ ধাতব conductor।

উত্তর: গ
ব্যাখ্যা: যে সকল পদার্থের তড়িৎ পরিবাহিতা পরিবাহী এবং অন্তরকের মাঝামাঝি তাকে অর্ধ-পরিবাহী বলে। যেমন- সিলিকন, জার্মেনিয়াম, ক্যাডমিয়াম সালফাইড, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড প্রভৃতি।
◈ সঠিক উত্তর: অর্ধ-পরিবাহী
✦ অতিরিক্ত বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ Silicon (Si) একটি elemental semiconductor। এর conductivity conductor ও insulator-এর মাঝামাঝি এবং temperature, doping ও illumination দ্বারা ব্যাপকভাবে নিয়ন্ত্রিত হতে পারে।
❖ আধুনিক semiconductor electronics-এর সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ উপাদান silicon; transistor, integrated circuit, solar cell ইত্যাদিতে ব্যাপক ব্যবহার।
➤ Intrinsic semiconductor: বিশুদ্ধ semiconductor।
➤ Extrinsic semiconductor: dopant যোগ করে n-type বা p-type করা হয়।
❖ Royal Society of Chemistry-এর semiconductor reference-এ silicon, germanium এবং GaAs/GaN-এর মতো compound semiconductor-কে আধুনিক electronics-এর গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হিসেবে উল্লেখ করা হয়েছে।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ পরিবাহী ⇒ ধাতুর মতো উচ্চ conductivity নয়।
❖ অপরিবাহী ⇒ insulator-ও নয়; যথাযথ অবস্থায় current বহন করে।
❖ অর্ধ-পরিবাহী ⇒ সঠিক।
❖ কোনোটিই নয় ⇒ ভুল।

উত্তর: খ
◈ সঠিক উত্তর: অপরিবাহী
✦ বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ আদর্শ intrinsic semiconductor-এ 0 K বা absolute zero-তে valence band পূর্ণ এবং conduction band খালি থাকে। তাপীয় শক্তি না থাকায় electron band gap অতিক্রম করে conduction band-এ যেতে পারে না।
❖ ফলে free electron-hole pair অনুপস্থিত থাকে এবং semiconductor আদর্শভাবে insulator-এর মতো আচরণ করে।
➤ Temperature বাড়লে electron-hole pair তৈরি হয়।
➤ তাই semiconductor-এর conductivity temperature বৃদ্ধিতে সাধারণত বাড়ে এবং resistivity কমে। OpenStax-ও silicon ও germanium-এর negative temperature coefficient দেখায়।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ পরিবাহী ⇒ 0 K-এ intrinsic semiconductor-এর জন্য ভুল।
❖ অপরিবাহী ⇒ সঠিক।
❖ অর্ধপরিবাহী ⇒ পদার্থের শ্রেণি semiconductor-ই থাকে, কিন্তু electrical behaviour-এর প্রশ্নে insulator-এর মতো আচরণ করে।
❖ কোনোটিই নয় ⇒ ভুল।

উত্তর: গ
◈ সঠিক উত্তর: ভোল্টেজ
✦ বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ Parallel circuit-এ প্রতিটি branch-এর দুই প্রান্ত একই দুই node-এর সঙ্গে যুক্ত থাকে। তাই সব branch-এর potential difference বা voltage সমান।
❖ Current প্রতিটি branch-এর resistance অনুযায়ী ভাগ হয়:
I = I₁ + I₂ + …
➤ Equivalent resistance পৃথক branch resistance-এর চেয়ে কম হতে পারে।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ কারেন্ট ⇒ branch resistance ভিন্ন হলে current ভিন্ন।
❖ রেজিস্ট্যান্স ⇒ branch resistance সমান হওয়া বাধ্যতামূলক নয়।
❖ ভোল্টেজ ⇒ সব parallel branch-এ একই; সঠিক।
❖ সবগুলোই ⇒ ভুল।

উত্তর: ঘ
◈ সঠিক উত্তর: সবগুলোই
✦ বিস্তারিত ব্যাখ্যা:
❖ একটি uniform conductor-এর resistance:
R = ρL/A
যেখানে—
➤ L = দৈর্ঘ্য → L বাড়লে R বাড়ে।
➤ A = প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল → A বাড়লে R কমে।
➤ ρ = resistivity → এটি material ও temperature-এর ওপর নির্ভর করে।
❖ তাই দৈর্ঘ্য, উপাদান ও cross-sectional area—তিনটিই resistance নির্ধারণে গুরুত্বপূর্ণ।
◉ অন্য অপশনগুলোর বিশ্লেষণ:
❖ দৈর্ঘ্য ⇒ R ∝ L।
❖ উপাদান ⇒ material-এর resistivity আলাদা।
❖ প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল ⇒ R ∝ 1/A।
❖ সবগুলোই ⇒ তিনটিই প্রভাবিত করে; সঠিক।