কক্ষপথে ইলেকট্রন ঘূর্ণনের জন্য সৃষ্ট চৌম্বকক্ষেত্র

আজকে আমরা কক্ষপথে ইলেকট্রন ঘূর্ণনের জন্য সৃষ্ট চৌম্বকক্ষেত্র সম্পর্কে আলোচনা করবো। যা বাউবি এইচএসসি ২৮৭১ পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র ইউনিট ৩ তড়িৎ প্রবাহের চৌম্বক ক্রিয়া এর অন্তর্ভুক্ত।

 কক্ষপথে ইলেকট্রন ঘূর্ণনের জন্য সৃষ্ট চৌম্বকক্ষেত্র

আমরা জানি প্রকৃতিতে প্রাপ্ত পদার্থগুলির মধ্যে কিছু কিছু পদার্থ চৌম্বকত্ব প্রদর্শন করে এবং কিছু পদার্থ চৌম্বকত্ব প্রকাশ করে না। এর কারণ জানতে হলে পদার্থের পারমাণকি গঠন এবং পরমাণুদের মধ্যে মিথষ্ক্রিয়া বুঝতে হবে।

প্রত্যেক পদার্থই পরমাণুর সমন্বয়ে গঠিত এবং পরমাণুতে রয়েছে ইলেকট্রন। ইলেকট্রনগুলি বিভিন্ন কক্ষপথে ঘুরে এবং ইলেকট্রন নিজ অক্ষকে কেন্দ্র করে স্পিন গতির অধিকারী।

ইলেকট্রন যখন নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ঘুরে তখন তা একটি প্রবাহ লুপ তৈরি করে। আবার কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহিত হলে এর চারদিকে একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের উদ্ভব হয়। ইলেকট্রণের কক্ষীয় গতির ফলে যে প্রবাহ লুপ তৈরি হয়, তা পারমাণবিক প্রবাহ সৃষ্টি করে। একে কখনো অ্যাম্পিয়ার প্রবাহ বলা হয়। এই অ্যাম্পিয়ার প্রবাহের জন্য উৎপন্ন কক্ষীয় চৌম্বক ভ্রামকই পদার্থের চৌম্বকত্ব সৃষ্টির কারণ। কক্ষীয় গতির জন্য পদার্থে ডায়াচৌম্বকত্ব প্রকাশ পায়। ঘূর্ণায়মান চার্জিত কণা হিসাবে প্রতিটি ইলেকট্রন চৌম্বক দ্বিমেরর মতো আচরণ করে।

ধরা যাক, কোনো পরমাণুতে একটি ইলেকট্রন ধ্রুব বেগে। ব্যাসার্ধের কক্ষপথে ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে আবর্তন করছে।

ইলেকট্রনের এই গতি ঘড়ির কাঁটার দিকে I তড়িৎ প্রবাহ উৎপন্ন করেছে।

I = e/T [এখানে e = ইলেকট্রনের চার্জ, I= ইলেকট্রনের আবর্তনকাল]

ধরা যাক, ইলেকট্রনের কৌণিক বেগ = w

I = l/(2π/w) = we/2π

কোনো প্রবাহ লুপের চৌম্বক ভ্রামক,

M = IA [A = কক্ষপথ দ্বারা আবদ্ধ লুপের ক্ষেত্রফল = πr2 ]

অতএব, ইলেকট্রনের কক্ষীয় গতির ফলে সৃষ্ট প্রবাহলুপের দ্বিপোল-চৌম্বক ভ্রামক

μ1 = I x πr2 = we/2π x πr2 = wer2/2

ইলেকট্রনের কৌণিক ভরবেগ, L = mr2w [এখানে, m = ইলেকট্রনের ভর]

wr2 = l/m

μ1 = wer2/2 = eL/2m

ভেক্টররূপে, μ1 = – eL/2m

এখানে ঋণাত্মক চিহ্ন বুঝায় যে, চৌম্বক ভ্রামকের অভিমুখ কৌণিক ভরবেগের বিপরীত দিকে, বিয়োঁ-স্যাভার সূত্র থেকে জানি, একটি তড়িৎবাহী বৃত্তাকার পরিবাহীর কেন্দ্রে উৎপন্ন চৌম্বক ক্ষেত্র,

B = μoI/2r

এখানে B = μo/2r .e/T

= μo/2r .ev/2πr

= μo/4r .ev/r2 …………………..(1)

যেহেতু তড়িৎ প্রবাহের অভিমুখ ঘড়ির কাঁটার দিকে অতএব প্রবাহলুপের উপরের পৃষ্ঠে দক্ষিণ মের— হিসাবে এবং নিচের পৃষ্ঠ উত্তর মের— হিসাবে কাজ করে। যেহেতু চৌম্বক দ্বিপোল ভ্রামকের দিক দক্ষিণ মের— থেকে উত্তর মের—র দিকে, অতএব বলা যায় যে, ইলেকট্রনের ঘূর্ণনের জন্য সৃষ্ট চৌম্বক ভ্রামকের অভিমুখ লুপের সমতলের সাথে লম্ব বরাবর নিচের দিকে।

 ইলেকট্রন স্পিন ও চৌম্বকক্ষেত্র

স্পিন কথাটির অর্থ আমরা জানি, একটা বস্তুর নিজ অক্ষের সাপেক্ষে ঘূর্ণন। ইলেকট্রনের স্পিনও শুর—তে সে অর্থে ব্যবহার করা হতো। কিন্তু দেখা গেল, এতে করে ইলেকট্রন ও অন্যান্য সকল মৌল কণিকা ও ক্ষুদ্র কণিকার চুম্বক দ্বিমের— ভ্রামকের মান পেতে বস্তুর বেগ আলোর বেগ পার হয়ে যায়। তাই স্পিনকে কণিকাটির কোয়ান্টাম বলবিদ্যার ধর্ম বলেই অভিহিত করা হয়। স্পিনের জন্য চৌম্বক ভ্রামক ও কৌণিক ভরবেগের মধ্যে সম্পর্ক হল,
μs = -(e/m)S

কক্ষীয় গতি ও স্পিনের জন্য চৌম্বকে ভ্রামকের লব্ধি বা ইলেকট্রনের মোট চৌম্বক ভ্রামক,

μ =μ1 + μs =(-e/2m) (L+2s)

প্রতিটি ইলেকট্রনের পরস্পর বিপরীতমুখী দুই ধরনের স্পিনের মধ্যে যেকোনো একটি স্পিন থাকে। একটি আপ স্পিন (1) ও অন্যটি ডাউন স্পিন ( 1 ) ।

যে পরমাণুতে সমান সংখ্যক ইলেকট্রনের ঘূর্ণন বিপরীতমুখী থাকে ঐ পরমাণুতে কোনো লব্ধি চৌম্বকক্ষেত্র থাকে না। এ ধরনের পরমাণু দ্বারা গঠিত পদার্থ অচৌম্বক পদার্থ, এ সকল পদার্থকে শক্তিশালী চৌম্বকক্ষেত্রে স্থাপন করলে পদার্থের পরমাণুর ইলেকট্রনের ঘূর্ণন সামান্য প্রভাবিত হয়ে খুব ক্ষীণ চৌম্বকত্ব দেখা দিতে পারে, যাকে ডায়াচৌম্বকত্ব বলা হয়।

কোনো পদার্থের পরমাণুতে যদি বিপরীত দিকে ঘূর্ণায়মান ইলেকট্রনের সংখ্যা সমান না হয়, প্রত্যেক ইলেকট্রন দ্বারা সৃষ্ট চৌম্বক ক্ষেত্র পরস্পরের ক্রিয়া নাকচ করতে পারে না। পরমাণু লব্ধি চৌম্বকক্ষেত্র লাভ করে এবং ক্ষুদ্র চুম্বকের মতো আচরণ করে যাকে চৌম্বক দ্বিমের— বলা হয়। বাহ্যিক চৌম্বকক্ষেত্র প্রয়োগ করলে এই চুম্বক মের গুলি আংশিকভাবে বিন্যড় হয়ে চুম্বকত্ব প্রদর্শন করে। এদের প্যারাচৌম্বক পদার্থ বলা হয়।

কক্ষীয় চৌম্বক দ্বিপোল ভ্রামক (Orbital magnetic dipole moment )

μ1 এবং কক্ষীয় কৌণিক ভরবেগ Ī কোনো ইলেকট্রনের সুনির্দিষ্ট কোনো গতীয় অবস্থা বুঝায়। কিন্তু কোয়ান্টাম বলবিদ্যা অনুযায়ী একটি ইলেকট্রনের স্পিন $ এবং স্পিনের জন্য চৌম্বক দ্বিপোল ভ্রামক, jis ইলেকট্রনের সম্পূর্ণ মৌলিক ধর্ম প্রদর্শন করে। যেমন: ইলেকট্রনের ভর চার্জ দ্বারা মৌলিক বৈশিষ্ট্য প্রকাশ করা হয়।

সার-সংক্ষেপ :

• ইলেকট্রনের কক্ষীয় গতির জন্য সৃষ্ট প্রবাহ লুপের দ্বিপোল-চৌম্বক ভ্রামক
  μ1 = (-e/2m) L

L = ইলেকট্রনের কৌণিক ভরবেগ

• ইলেকট্রনের স্পিনের জন্য সৃষ্ট চৌম্বক ভ্রামক
  μs = (-e/m)s
  S = ইলেকট্রনের স্পিনের জন্য কৌণিক ভরবেগ
  m= ইলেকট্রনের ভর
  e = ইলেকট্রনের চার্জ

বহু নির্বাচনি প্রশ্ন

সঠিক উত্তরের পাশে টিক (√) চিহ্ন দিন।

১. ইলকট্রনের কক্ষীয় গতির জন্য প্রবাহলুপের দ্বিপোল চৌম্বক ভ্রামক,

ক. μL = (-e/m) L

e μL = (-e/2m) L

গ. μL = (-2e/m) L

ঘ.  μL = (-m/e) L

২. ইলেকট্রনের স্পিনের জন্য সৃষ্ট চৌম্বক ভ্রামক

ক. μs = (-e/m) S

খ. μs = (-e/2m) S

গ. μs = (-2e/m) S

ঘ. μs = (-m/e) S