মাইকেল ফ্যারাডে ছিলেন একজন বিজ্ঞানী, যার কাজ পদার্থবিদ্যা এবং প্রকৌশলের উপর গভীর প্রভাব ফেলেছে। তার আবিষ্কারের ফলেই আমাদের দৈনন্দিন জীবনে ব্যবহৃত অনেক বৈদ্যুতিক ও ইলেকট্রনিক যন্ত্র ফ্যারাডের সূত্রের উপর ভিত্তি করে তৈরি। এই সূত্রটি তড়িৎচুম্বকীয় আবেশের ঘটনা বর্ণনা করে , যেখানে কোনো বর্তনীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তনের ফলে সেখানে তড়িৎ প্রবাহ আবিষ্ট হয়। জেনারেটরে কীভাবে বিদ্যুৎ উৎপন্ন হয় এবং ট্রান্সফরমার ও বৈদ্যুতিক মোটরের মতো গুরুত্বপূর্ণ যন্ত্রগুলো কীভাবে কাজ করে, তা বোঝার জন্য ফ্যারাডের সূত্রটি মৌলিক।
এই প্রবন্ধে আমরা ফ্যারাডের সূত্রের বৈশিষ্ট্য, প্রয়োগ ও গুরুত্ব এবং বর্তমান প্রযুক্তির উপর এর প্রভাব নিয়ে বিস্তারিতভাবে আলোচনা করব ।
ফ্যারাডে আইনের প্রধান বৈশিষ্ট্য
গতিতে বৈদ্যুতিক চার্জ একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে একটি বল অনুভব করে। ফ্যারাডে আইন কীভাবে কাজ করে তা বর্ণনা করার জন্য এই নীতিটি গুরুত্বপূর্ণ। একটি স্পষ্ট উদাহরণ হল একটি তার যা কারেন্ট বহন করে, যেখানে চলমান ইলেকট্রন চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে যোগাযোগ করে। যদি আমরা একটি তারকে একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে স্থানান্তরিত করি বা সময়ের সাথে সাথে ক্ষেত্রের শক্তি পরিবর্তন করি তবে তারে একটি কারেন্ট তৈরি হবে।
ফ্যারাডের সূত্র চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তন এবং আবিষ্ট তড়িৎ প্রবাহের মধ্যকার সম্পর্ককে পরিমাপ করে । সূত্রটি হলো: "কোনো বদ্ধ বর্তনীতে আবিষ্ট বিভব, ঐ বর্তনী দ্বারা আবদ্ধ কোনো পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে চৌম্বক ফ্লাক্সের পরিবর্তনের হারের সমানুপাতিক । "
এখানে চৌম্বক প্রবাহের ধারণাটিই মূল বিষয়। চৌম্বক প্রবাহ হলো কোনো পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিমাণ, এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের সাময়িক বা স্থানিক পরিবর্তনের কারণে এর মানের যেকোনো পরিবর্তন বর্তনীতে একটি তড়িৎচালক বল (EMF) আবিষ্ট করে।
ফ্যারাডে আইনের প্রদর্শন: ক্লাসিক পরীক্ষা
ফ্যারাডে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশনের ঘটনাটি প্রদর্শনের জন্য বেশ কিছু পরীক্ষা-নিরীক্ষা করেছিলেন। সবচেয়ে পরিচিত একটি লোহার রিং চারপাশে তারের ক্ষত দুটি কয়েল জড়িত। যখন প্রথম কয়েলে কারেন্ট প্রবাহিত হয়, তখন একটি চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয় যা বলয়ের মধ্য দিয়ে যায় এবং দ্বিতীয় কয়েলে পৌঁছায়। যখন প্রথম কুণ্ডলীর কারেন্ট পরিবর্তিত হয়, তখন চৌম্বক ক্ষেত্রও পরিবর্তিত হয়, যা দ্বিতীয় কয়েলে কারেন্ট প্রবর্তন করে। এই ঘটনাটি একটি গ্যালভানোমিটার দিয়ে সহজেই পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে, যা দ্বিতীয় কুণ্ডলীতে প্ররোচিত কারেন্ট রেকর্ড করে।
এই পরীক্ষা থেকে ফ্যারাডে তড়িৎচুম্বকীয় আবেশের সূত্রের ভিত্তি স্থাপন করেন। তাঁর পরীক্ষা-নিরীক্ষা থেকে যে মূল বিষয়টি উঠে আসে তা হলো, একটি ক্রমাগত পরিবর্তনশীল চৌম্বক ক্ষেত্র একটি তড়িৎ ক্ষেত্র সৃষ্টি করে , এবং এর ফলেই তড়িৎ প্রবাহ আবিষ্ট হয়।
অধিকন্তু, এই নীতিটি লেনজের সূত্রের ভিত্তি, যা বলে যে চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তনের ফলে কোনো বর্তনীতে আবিষ্ট তড়িৎপ্রবাহ একটি তড়িৎচৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে যা উক্ত পরিবর্তনকে প্রতিরোধ করে।
বিদ্যুৎ এবং চুম্বকত্বের মধ্যে সম্পর্ক: ফ্যারাডে এবং ম্যাক্সওয়েলের আইন
মাইকেল ফ্যারাডের অন্যতম শ্রেষ্ঠ কৃতিত্ব ছিল তড়িৎ ও চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যকার সম্পর্ক পরীক্ষামূলকভাবে প্রদর্শন করা । তাঁর কাজের আগে, তড়িৎ এবং চুম্বকত্বকে দুটি পৃথক ঘটনা হিসেবে দেখা হতো। কিন্তু ফ্যারাডে দেখান যে, একটি পরিবর্তনশীল চৌম্বক ক্ষেত্র একটি তড়িৎ ক্ষেত্র উৎপন্ন করে, যা এই দুটি ঘটনাকে একীভূতভাবে বোঝার পথ খুলে দেয়। পরবর্তীকালে স্কটিশ পদার্থবিজ্ঞানী জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল এই কাজটি ব্যবহার করে ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণসমূহ প্রণয়ন করেন , যা আধুনিক তড়িৎচৌম্বকীয় তত্ত্বের ভিত্তি।
ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণগুলি ফ্যারাডে এর সূত্র অন্তর্ভুক্ত করে এবং বর্ণনা করে যে কীভাবে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্রগুলি বৈদ্যুতিক চার্জের সাথে যোগাযোগ করে এবং কীভাবে চৌম্বক ক্ষেত্র পরিবর্তন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি করতে পারে এবং এর বিপরীতে।
ফ্যারাডে আইন সূত্র
ফ্যারাডে আইন গাণিতিকভাবে প্রকাশ করা হয় নিম্নরূপ:
EMF (Ɛ) = -dϕ/dt
যেখানে:
- EMF (Ɛ): ইলেক্ট্রোমোটিভ বল বা প্ররোচিত ভোল্টেজ।
- dϕ/dt: সময়ের সাপেক্ষে চৌম্বকীয় প্রবাহের ডেরিভেটিভ।
সমীকরণে ঋণাত্মক চিহ্নটি লেনজের সূত্রকে নির্দেশ করে , যা অনুযায়ী আবিষ্ট তড়িৎপ্রবাহের দিক সর্বদা চৌম্বক ফ্লাক্সের পরিবর্তনের বিপরীত দিকে থাকে, যে পরিবর্তনের কারণে এটি ঘটে।
চৌম্বক প্রবাহের ধারণা, ϕ দ্বারা প্রতীকী, এই সমীকরণ বোঝার মূল চাবিকাঠি। চৌম্বকীয় প্রবাহকে চৌম্বক ক্ষেত্রের গুণফল এবং উক্ত ক্ষেত্রের দিকের দিকে লম্ব এলাকা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে। এই ফ্লাক্সের পরিবর্তনের হার, ক্ষেত্র বা ক্ষেত্র পরিবর্তনের মাধ্যমে, বৈদ্যুতিক প্রবাহকে প্ররোচিত করে।
দৈনন্দিন জীবনে ফ্যারাডে আইনের প্রয়োগ
ফ্যারাডে আইনের অনেকগুলি প্রয়োগ রয়েছে যা আমাদের দৈনন্দিন জীবনকে প্রভাবিত করে, কারণ এটি বেশিরভাগ আধুনিক প্রযুক্তির ভিত্তি। এখানে কিছু মূল উদাহরণ রয়েছে:
- বৈদ্যুতিক জেনারেটর: বৈদ্যুতিক জেনারেটর ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশন নীতি ব্যবহার করে যান্ত্রিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করে। এই ডিভাইসগুলিতে, তারের একটি কুণ্ডলী একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে ঘোরে, যা একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহকে প্ররোচিত করে।
- বৈদ্যুতিক ট্রান্সফরমার: ট্রান্সফরমার হল এমন যন্ত্র যা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশন ব্যবহার করে, বিকল্প কারেন্টের ভোল্টেজ পরিবর্তন করে, যাতে বিদ্যুৎকে দীর্ঘ দূরত্বে দক্ষতার সাথে পরিবহণ করা যায়।
- রান্নাঘরে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক আনয়ন: ইন্ডাকশন কুকার ফ্যারাডে আইনের নীতি ব্যবহার করে চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা প্ররোচিত স্রোতের মাধ্যমে ধাতব পাত্রে তাপ উৎপন্ন করে।
- কার্গা ইনালম্ব্রিকা: মোবাইল ডিভাইসে ব্যবহৃত অনেকগুলি ওয়্যারলেস চার্জিং প্রযুক্তি, তারবিহীনভাবে পাওয়ার স্থানান্তর করতে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশন নীতির উপর নির্ভর করে।
ইন্ডাকশন এবং ম্যাগনেটিক ফোর্স এর মধ্যে সংযোগ
ফ্যারাডে এর সূত্রটি চার্জযুক্ত কণার উপর কাজ করে এমন চৌম্বকীয় শক্তির সাথেও সম্পর্কিত। যদি আমরা একটি তারের মধ্যে একটি মুক্ত ইলেকট্রন চলমান বিবেচনা করি এবং একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে বলা তারকে স্থাপন করি, তাহলে চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে লম্বভাবে তারের চলাচল ইলেকট্রনের উপর একটি বল তৈরি করে। এই বলই তারের মধ্যে প্ররোচিত কারেন্ট সৃষ্টি করে।
মূল বিষয় হল, যদিও চৌম্বক ক্ষেত্র সরাসরি কাজ করে না, চার্জের গতিবিধির সাথে এর মিথস্ক্রিয়া ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশনের ঘটনা তৈরি করে। তদ্ব্যতীত, লেঞ্জের সূত্রের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তনের বিরোধিতা করার জন্য প্ররোচিত কারেন্টের দিকটি সামঞ্জস্য করা হয়।
ফ্যারাডে এর আইন এবং তার ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশন নীতি আজ আমরা যে প্রযুক্তি ব্যবহার করি তার জন্য অপরিহার্য। বৈদ্যুতিক জেনারেটর থেকে ওয়্যারলেস চার্জিং পর্যন্ত, চৌম্বক এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলি উজ্জ্বল বিজ্ঞানী মাইকেল ফ্যারাডে আবিষ্কৃত এই আইনের জন্য গভীরভাবে জড়িত।