আজকে আমাদের আলোচনার বিষয়ঃ রোধের উপর তাপমাত্রার প্রভাব । যা বাউবি এইচএসসি ২৮৭১ পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র ইউনিট ২ চল তড়িৎ এর অন্তর্ভুক্ত।

Table of Contents

রোধের উপর তাপমাত্রার প্রভাবঃ জুলের তাপীয় ক্রিয়া

রোধের উপর তাপমাত্রার প্রভাব

পরিবাহীর যে ধর্মের জন্য এর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহকালে বাধার সৃষ্টি হয় তাকে পরিবাহীর রোধ বলে। পরিবাহীর বিভিন্ন ধর্মের উপর রোধ নির্ভর করে। যেমন- পরিবাহীর দৈর্ঘ্য, প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল, উপাদান ইত্যাদি। তাপমাত্রা বাড়লে পরিবাহীর রোধ বাড়ে। আবার তাপমাত্রা কমে গেলে পরিবাহীর রোধ কমে যায়। তবে পরিবাহীতে রোধ তাপমাত্রার সমানুপাতিক নয়। রোধের উষ্ণতা সহগ দ্বারা তাপমাত্রার সাথে রোধের সম্পর্ক নির্ধারণ করা হয়।

তড়িৎ প্রবাহের ফলে তড়িৎ বর্তনীতে তাপের উদ্ভব হয়। তড়িৎ বর্তনীতে তাপ উৎপাদনের কারণ ইলেকট্রন মতবাদের সাহায্যে ব্যাখ্যা করা যায়। পরিবাহীতে বহু সংখ্যক মুক্ত ইলেক্ট্রন থাকে। পরিবাহীর মধ্যে মুক্ত ইলেকট্রনের প্রবাহের দর তড়িৎ প্রবাহ সৃষ্টি হয়। পরিবাহীতে দুই বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হলে মুক্ত ইলেকট্রনগুলো অণু পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। ফলে পরিবাহীতের রোধের সৃষ্টি হয়। এভাবে তাপমাত্রা যদি আরও বৃদ্ধি করা হয়, তাহলে পরিবাহীর অণু পরমাণুগুলো অতিরিক্ত শক্তি অর্জন করে অতিমাত্রায় কাঁপতে থাকে। ফলে মুক্ত ইলেকট্রনের সঙ্গে তাদের সংঘর্ষ বৃদ্ধি পায় এবং চলার পথে বেশী বাধাপ্রাপ্ত হয়। এতে করে পরিবাহীর রোধও বাড়তে থাকে এবং পরিবাহী গরম হয়।

রোধের উষ্ণতা সহগঃ

ধরা যাক, 0°C তাপমাত্রায় কোনো পরিবাহীর রোধ R, এবং B°C তাপমাত্রায় ঐ পরিবাহীর রোধ যদি Re হয়, তাহলে আমরা লিখতে পারি,

R8 = Ro ( 1 + α8 ) ……(1)

α = (R8 – Ro)/R88

এখানে α = ধ্রুবক। একে রোধের উষ্ণতা গুণাঙ্ক বা উষ্ণতা সহগ বলা হয়। এর একক হচ্ছে (°C)-1 বা (K-1)।

টাংস্টেনের রোধের উষ্ণতা সহগ 4.5 × 10-3 °C বলতে বুঝায় যে, 0°C তামাত্রার 152 রোধ বিশিষ্ট টাংস্টেন তারের
তাপমাত্রা 1°C বাড়ালে এর রোধ 4.5 x 10-3 বৃদ্ধি পায় ।

যদি পরিবাহীর উষ্ণতা সহগের মান ধনাত্মক হয়, তাহলে তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে তাদের রোধ বৃদ্ধি পায়। অর্ধপরিবাহীতে তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে রোধ হ্রাস পায়। অর্ধপরিবাহীর উষ্ণতা সহগের মান ঋণাত্মক।

অতি নিম্ন তাপমাত্রায় যে সব পরিবাহীর রোধ শূন্যে নেমে আসে তাদেরকে অতিপরিবাহী বা Super Conductor বলা হয় ।

জুলের তাপীয় ক্রিয়া (Joule’s Heating Effect)

কোনো পরিবাহীর দুই প্রাড়ে বিভব পার্থক্য থাকলে এর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহ সৃষ্টি হয়। এই তড়িৎ প্রবাহের কিছু তড়িৎশক্তি পরিবাহীর রোধকে অতিক্রম করার কাজে ব্যয়িত হয়। এই ব্যয়িত শক্তিই পরিবাহীতে তাপ শক্তিতে রূপাম্ভরিত হয়। ফলে পরিবাহী উত্তপ্ত হয়। এই প্রক্রিয়াকে তড়িৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়া বলা হয়।

উদাহরণস্বরূপ যদি বৈদ্যুতিক কেট্‌লিতে বিদ্যুৎ প্রবাহিত করা হয়, তাহলে কেলির কয়েল উত্তপ্ত হয়। ফলে তাপ উৎপন্ন হয় এবং কেলির পানি ধীরে ধীরে গরম হতে থাকে। এছাড়া বৈদ্যুতিক হিটার, বৈদ্যুতিক বাতি, ইস্ত্রি ইত্যাদি হচ্ছে তড়িৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়ার ব্যবহারিক রূপ। ১৮৪১ খ্রিষ্টাব্দে বিজ্ঞানী জেম্‌স প্রেসকট জুল এই প্রক্রিয়াটি আবিষ্কার করেন। একে জুলের তাপীয় ক্রিয়া বলা হয়।

তড়িৎ বর্তনীতে তড়িৎ প্রবাহের ফলে তাপ উৎপন্নের কারণ ইলেকট্রন মতবাদের সাহায্যে ব্যাখ্যা করা যায়। পরিবাহীতে কিছু সংখ্যক মুক্ত ইলেকট্রন থাকে। পরিবাহীতে দুই বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হলে মুক্ত ইলেকট্রনসমূহ আড়আণবিক স্থানের মধ্য দিয়ে নিম্ন বিভব বিন্দু হতে উচ্চ বিভব বিশিষ্ট বিন্দুর দিকে চলতে থাকে। ফলে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি হয়। মুক্ত ইলেকট্রনগুলো চলার সময় পরিবাহীর পরমাণুর সাথে ধাক্কা খায়। এর ফলে ইলেকট্রনের গতিশক্তি পরমাণুতে সঞ্চালিত হয় এবং পরমাণুর গতিশক্তি বৃদ্ধি পেতে থাকে। এই অতিরিক্ত গতিশক্তি তাপে রূপারিত হয় এবং পরিবাহীর তাপমাত্রা বেড়ে যায়। এই কারণে তড়িৎ প্রবাহের ফলে বর্তনীতে তাপ উৎপন্ন হয়।

উদাহরণ ১:

25°C তাপমাত্রায় টাংস্টেন তারের রোধ 65 ওহম। 200°C তাপমাত্রায় এর রোধ কত হবে? (টাংস্টেন তারের উষ্ণতা গুণাঙ্ক, α = 4.5×10-3 ° C-1)।

এখানে,
81 = 25°C

82 = 200°C

R25 = 6552

α = 4.5×103 °C-1

R200 = ?

মনে করি, 200°C তাপমাত্রায় তারের রোধ = Ro

আমরা জানি,

R8 = Ro (1 + a8)

অতএব, R25 = R (1 + 4.5×10 x 25 ) …………….. (1)

এবং, R200 = Ro (1 + 4.5×103 x 200 ) ……………….(2)

সমীকরণ (1) ও (2) হতে পাই,

R 200/R25 = R0 (1 + 4.5×10 x 200 )/ R0 (1 + 4.5×103 x 25 ) = 1.9/1.1125

R200 = 1.9/ 1.1125 x R25 = 1.9/ 1.1125 x 65 = 111 ওহম

উত্তর: 111ওহম

সার-সংক্ষেপ :

পরিবাহীর রোধ:

পরিবাহীর যে ধর্মের জন্য এর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহকালে বাধার সৃষ্টি হয় তাকে পরিবাহীর রোধ বলে। পরিবাহীর বিভিন্ন ধর্মের উপর রোধ নির্ভর করে।

অতিপরিবাহী:

জুলের তাপীয় ক্রিয়া:

কোনো পরিবাহীর দুই প্রাড়ে বিভব পার্থক্যের কারণে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি হয়। এই সৃষ্ট তড়িৎ প্রবাহের কিছু তড়িৎ শক্তি পরিবাহীর রোধকে অতিক্রম করার কাজে ব্যয়িত হয়। এই ব্যয়িত শক্তিই পরিবাহীতে তাপ শক্তিতে রূপান্ত্রিত হয়। ফলে পরিবাহী উত্তপ্ত হয়। এই প্রক্রিয়াকে তড়িৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়া বলা হয়।