(ক)
তড়িৎ দ্বিমেরু:
দুটি সমমানের কিন্তু বিপরীতধর্মী বিন্দু চার্জ পরস্পর থেকে অতি অল্প দূরত্বে অবস্থান করলে তাকে তড়িৎ দ্বিমেরু (Electric Dipole) বলে।
(খ)
তাপমাত্রার বিবেচনায় পরিবাহী এবং অর্ধপরিবাহীর মধ্যে পার্থক্য:
তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে পরিবাহী এবং অর্ধপরিবাহীর রোধের আচরণ ভিন্ন হয়:
১. পরিবাহী (Conductor): তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে পরিবাহীর রোধ বৃদ্ধি পায় এবং তড়িৎ পরিবাহিতা হ্রাস পায়। কারণ তাপমাত্রা বাড়লে পরিবাহীর অভ্যন্তরে মুক্ত ইলেকট্রনগুলোর কম্পন বৃদ্ধি পায়, যা ইলেকট্রন প্রবাহে বাধার সৃষ্টি করে।
২. অর্ধপরিবাহী (Semiconductor): তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে অর্ধপরিবাহীর রোধ হ্রাস পায় এবং তড়িৎ পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়। কারণ তাপমাত্রা বাড়লে অর্ধপরিবাহীর সমযোজী বন্ধন ভেঙে নতুন ইলেকট্রন-হোল জোড় তৈরি হয়, যা তড়িৎ পরিবহনে অংশ নেয়।
(গ)
উদ্দীপকের বর্তনী হতে পাই,
তড়িৎচালক শক্তি, $E = 12$ ভোল্ট
অভ্যন্তরীণ রোধ, $r = 1\ \Omega$
রোধসমূহ:
$$R_1 = 10\ \Omega$$
$$R_2 = 20\ \Omega$$
$$R_3 = 30\ \Omega$$
$$R_4 = 40\ \Omega$$
এখানে, $R_1$ ও $R_2$ শ্রেণিতে যুক্ত। এদের তুল্য রোধ:
$$R_{12} = R_1 + R_2 = 10 + 20 = 30\ \Omega$$
আবার, $R_3$ ও $R_4$ শ্রেণিতে যুক্ত। এদের তুল্য রোধ:
$$R_{34} = R_3 + R_4 = 30 + 40 = 70\ \Omega$$
এই দুটি শাখা সমান্তরালে যুক্ত। এদের তুল্য রোধ $R_p$ হলে:
$$\begin{aligned}R_p &= \frac{R_{12} \times R_{34}}{R_{12} + R_{34}} \\&= \frac{30 \times 70}{30 + 70} \\&= \frac{2100}{100} \\&= 21\ \Omega\end{aligned}$$
বর্তনীর মোট রোধ:
$$R = R_p + r = 21 + 1 = 22\ \Omega$$
বর্তনীর মূল তড়িৎ প্রবাহ:
$$\begin{aligned}I &= \frac{E}{R} \\&= \frac{12}{22} \\&= \frac{6}{11}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $I \approx 0.545$ অ্যাম্পিয়ার।
সমান্তরাল অংশের দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য:
$$\begin{aligned}V_p &= I \times R_p \\&= \frac{6}{11} \times 21 \\&= \frac{126}{11}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $V_p \approx 11.455$ ভোল্ট।
প্রথম শাখার ($R_1$ ও $R_2$) মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহ:
$$\begin{aligned}I_1 &= \frac{V_p}{R_{12}} \\&= \frac{\frac{126}{11}}{30} \\&= \frac{21}{55}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $I_1 \approx 0.382$ অ্যাম্পিয়ার।
দ্বিতীয় শাখার ($R_3$ ও $R_4$) মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহ:
$$\begin{aligned}I_2 &= \frac{V_p}{R_{34}} \\&= \frac{\frac{126}{11}}{70} \\&= \frac{9}{55}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $I_2 \approx 0.164$ অ্যাম্পিয়ার।
ধরি, বর্তনীর ডান প্রান্তের বিভব $0$ ভোল্ট।
তাহলে $a$ বিন্দুর বিভব:
$$\begin{aligned}V_a &= I_1 \times R_2 \\&= \frac{21}{55} \times 20 \\&= \frac{84}{11}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $V_a \approx 7.636$ ভোল্ট।
এবং $b$ বিন্দুর বিভব:
$$\begin{aligned}V_b &= I_2 \times R_4 \\&= \frac{9}{55} \times 40 \\&= \frac{72}{11}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $V_b \approx 6.545$ ভোল্ট।
সুতরাং, $a$ ও $b$ বিন্দুর মধ্যকার বিভব পার্থক্য:
$$\begin{aligned}V_{ab} &= V_a - V_b \\&= \frac{84}{11} - \frac{72}{11} \\&= \frac{12}{11}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $V_{ab} \approx 1.09$ ভোল্ট।
(ঘ)
১ম ক্ষেত্রে (সমান্তরাল সংযোগে):
$R_4 = 40\ \Omega$ রোধের সাথে $100\ \Omega$ রোধ সমান্তরালে যুক্ত করলে এদের তুল্য রোধ $R_{4p}$ হবে:
$$\begin{aligned}R_{4p} &= \frac{R_4 \times 100}{R_4 + 100} \\&= \frac{40 \times 100}{40 + 100} \\&= \frac{4000}{140} \\&= \frac{200}{7}\ \Omega\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $R_{4p} \approx 28.57\ \Omega$।
এক্ষেত্রে নিচের শাখার মোট রোধ:
$$\begin{aligned}R_{34}' &= R_3 + R_{4p} \\&= 30 + \frac{200}{7} \\&= \frac{410}{7}\ \Omega\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $R_{34}' \approx 58.57\ \Omega$।
উপরের শাখার রোধ অপরিবর্তিত থাকে, $R_{12} = 30\ \Omega$।
সমান্তরাল অংশের তুল্য রোধ $R_p'$ হলে:
$$\begin{aligned}R_p' &= \frac{R_{12} \times R_{34}'}{R_{12} + R_{34}'} \\&= \frac{30 \times \frac{410}{7}}{30 + \frac{410}{7}} \\&= \frac{12300}{210 + 410} \\&= \frac{12300}{620} \\&= \frac{615}{31}\ \Omega\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $R_p' \approx 19.84\ \Omega$।
বর্তনীর মোট রোধ:
$$\begin{aligned}R_{total}' &= R_p' + r \\&= \frac{615}{31} + 1 \\&= \frac{646}{31}\ \Omega\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $R_{total}' \approx 20.84\ \Omega$।
এক্ষেত্রে মূল প্রবাহ:
$$\begin{aligned}I_p &= \frac{E}{R_{total}'} \\&= \frac{12}{\frac{646}{31}} \\&= \frac{372}{646} \\&= \frac{186}{323}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $I_p \approx 0.576$ অ্যাম্পিয়ার।
২য় ক্ষেত্রে (শ্রেণি সংযোগে):
$R_4 = 40\ \Omega$ রোধের সাথে $100\ \Omega$ রোধ শ্রেণিতে যুক্ত করলে এদের তুল্য রোধ $R_{4s}$ হবে:
$$R_{4s} = R_4 + 100 = 40 + 100 = 140\ \Omega$$
এক্ষেত্রে নিচের শাখার মোট রোধ:
$$R_{34}'' = R_3 + R_{4s} = 30 + 140 = 170\ \Omega$$
সমান্তরাল অংশের তুল্য রোধ $R_p''$ হলে:
$$\begin{aligned}R_p'' &= \frac{R_{12} \times R_{34}''}{R_{12} + R_{34}''} \\&= \frac{30 \times 170}{30 + 170} \\&= \frac{5100}{200} \\&= 25.5\ \Omega\end{aligned}$$
বর্তনীর মোট রোধ:
$$R_{total}'' = R_p'' + r = 25.5 + 1 = 26.5\ \Omega$$
এক্ষেত্রে মূল প্রবাহ:
$$\begin{aligned}I_s &= \frac{E}{R_{total}''} \\&= \frac{12}{26.5} \\&= \frac{24}{53}\end{aligned}$$
অর্থাৎ, $I_s \approx 0.453$ অ্যাম্পিয়ার।
পর্যবেক্ষণ বিশ্লেষণ:
১ম ক্ষেত্রে মূল প্রবাহ, $I_p \approx 0.576$ অ্যাম্পিয়ার
২য় ক্ষেত্রে মূল প্রবাহ, $I_s \approx 0.453$ অ্যাম্পিয়ার
এবং রোধ যুক্ত করার পূর্বে মূল প্রবাহ ছিল, $I \approx 0.545$ অ্যাম্পিয়ার
দেখা যাচ্ছে যে, $I_s < I_p$ এবং $I_s < I$।
অর্থাৎ, দ্বিতীয় ক্ষেত্রে (শ্রেণি সংযোগে) মূল প্রবাহের মান প্রথম ক্ষেত্র এবং প্রাথমিক ক্ষেত্র উভয়ের চেয়েই হ্রাস পায়।
অতএব, সুজানার পর্যবেক্ষণটি গাণিতিকভাবে সম্পূর্ণ সত্য।