তড়িৎ প্রকৌশল - ওরফে "ইন্দ্রজাল"

পুরাতন কিছু সিরিজ শুরু করে শেষ করা হয় নি। দায়দায়িত্ব পুরোপুরি আমার আলসেমির। এখানে আমার কোনো দোষ নাই। অনেক দিন হয়ে গেছে, তাই ওগুলো নিয়ে আবার শুরু না করে এখন কি করছি তার উপরে ভাবলাম কিছু লিখি। তড়িৎ প্রকৌশল আমার কাছে অনেকটা জাদুর মতন মনে হয়। পেছনের কার্যকলাপ কিছুই আপাতদৃষ্টিতে দেখা যায়না (সব কিছু ঠিক ঠাক থাকলে) কিন্তু শেষে গিয়ে ঠিক মতন ব্যবহার করলে লাইট বাল্ব জ্বালানো থেকে শুরু করে কম্পিউটার চালানোর মতন চমকপ্রদ সব ঘটনা ঘটানো সম্ভব।

ডিসক্লেইমার : এই লেখা একান্তই রসকষহীন এবং বোরিং হবে। প্রাতিষ্ঠানিক শিক্ষা (এখানকার মানুষজন এবং আমার বন্ধুবান্ধবদের তুলনায়) আমার খুব বেশি একটা নেই, কাজ করার অভিজ্ঞতাও বেশ সীমিত। তবে যতটুকু শিখেছি চেষ্টা করবো যতটা সম্ভব নির্ভুলভাবে তুলে ধরবার।

তারপরও কিছু ভুল বললে শুধরে দিয়েন। লেখায় বেশ কিছু ইংরেজি শব্দ থাকবে। কারণ দুইটা – একটা ঘাড় ত্যাড়ামি। অক্সিজেনকে আমি অক্সিজেন বলতেই বেশি সাচ্ছন্দ্য বোধ করি । অম্লজানের মতন বাংলা অনুবাদ আমার কাছে আরোপিত মনে হয়। আর দ্বিতীয়টা হল – আমি বিষয়গুলো শিখেছি ইংরেজিতে, বাংলা কখনোই তেমন ভাবে ব্যবহার করিনি, তাই ইংরেজিতেই স্বাচ্ছন্দ্য বোধ করি। এককালে ভরবেগ ব্যবহার করলেও আমার কাছে মনে হয় মোমেন্টাম অনেকটাই সর্বজনীন এবং বহুল প্রচলিত।

পেশায় আমি তড়িৎ প্রকৌশলী। পড়াশোনা করেছি কন্ট্রোল, কমিউনিকেশন আর সিগনাল প্রসেসিং এ। ঘটনাচক্রে এখন কাজ করি পাওয়ার খাতে। তাই বেশিরভাগ জিনিসই OJT (On The Job Training) অর্থাৎ কর্মস্থলে নিজের চেষ্টায় স্বশিক্ষিত।

এই লেখায় পাওয়ার (বাংলা কি হবে?) প্রকৌশলের একেবারেই বেসিক কিছু বিষয় থাকবে। প্রথমে পোটেনশিয়াল/ ভোল্টেজ (বিভব), কারেন্ট নিয়ে কচকচ করে পরে সিঙ্গেল ফেইজ, থ্রি ফেইজ, ট্রান্সফর্মার, সুইচগিয়ার, রিলে, ব্রেকার, সুইচ, সাধারণ একটা কন্ট্রোল সার্কিট ইত্যাদি নিয়ে কেচাল করবো।

তো প্রথমে শুরু করি পানির সাথে তুলনা দিয়ে। খুব একটা টেকনিকাল বিবরণে যাবো না। সাধারণত বৈদ্যুতিক বর্তনীকে হাইড্রলিক সিস্টেম এর সাথে তুলনা করা হয় এভাবে –

উৎস: http://www.ikalogic.com/resistors-volt-and-current/

উপরে ডান দিকের চিত্রে, উচ্চ চাপের স্তম্ভ থেকে একটা ভালভ্ এর মধ্যে দিয়ে পানি নিম্ম চাপের অঞ্চলের দিকে প্রবাহিত হচ্ছে। বৈদ্যুতিক বর্তনীতেও একই ঘটনা ঘটে। বামের চিত্রে উচ্চ পটেনশিয়াল (১০ ভোল্ট) থেকে নিম্ম পটেনশিয়ালের (০ ভোল্ট) দিকে বিদ্যুত প্রবাহিত হচ্ছে একটা রেসিসটেন্স (রোধ) এর মধ্যে দিয়ে। পটেনশিয়াল তৈরি করা হয় কোনো ভোল্টেজ এর উৎস ব্যবহার করে; যেমন – ব্যাটারি। রেসিসটেন্স হলো হাইড্রলিক সিস্টেমে ভালভ্ এর মতো। ভালভ্ কতটুকু খোলা তার উপরে পানির প্রবাহ নির্ভর করে। আর বিদ্যুতের প্রবাহ নির্ভর করে এই রেসিসটেন্স এর মান এর উপরে।

এই ঘটনাটাকেই বলে ও’মের সূত্র (Ohm’s law : V = IR ; এখানে V = পোটেনশিয়াল বা ভোল্টেজ, I = কারেন্ট, R = রেসিসটেন্স এর মান) । কন্সট্যান্ট বা ধ্রুবক ভোল্টেজের জন্যে, রেসিসটেন্স বেশি হলে কারেন্ট কম প্রবাহিত হবে, আর রেসিসটেন্স কম হলে কারেন্ট বেশি প্রবাহিত হবে। সাধারণ ভাবে যে তার দিয়ে কারেন্ট প্রবাহিত হয়, সেটিও একটা রেসিসটেন্স হিসেবে কাজ করে (যেমন হাইড্রলিক সিস্টেমে দুই স্তম্ভের মাঝের পাইপের আকারের উপরেও প্রবাহ নির্ভর করবে) কিন্তু ছোটো বর্তনীতে তারের রেসিসটেন্স খুব কম হওয়ায় এবং বোঝার সুবিধার্থে আমরা তারের রোধকে সাধারনত অবজ্ঞা করি। ।

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের অন্যতম প্রতিষ্ঠাতা জনক বেঞ্জামিন ফ্রাংকলিন তড়িৎ প্রবাহের এই ঘটনাটিকে ব্যাখ্যা করেন ভিন্ন চাপের বৈদ্যুতিক তরলের প্রবাহ হিসেবে। উচ্চ চাপকে ধণাত্মক ও নিম্ন চাপকে ঋণাত্মক হিসেবে ধরে নিয়ে ব্যাখ্যা আসে বিদ্যুত উচ্চ পটেনশিয়াল (ধণাত্মক) থেকে নিম্ন পটেনশিয়াল (ঋণাত্মকে) এর দিকে প্রবাহিত হয়। মজার ব্যাপার (সাথে অনেকটা আজবও) হলো ঘটনাটা আসলে ঘটে ঠিক উল্টো ভাবে। বিদ্যুত প্রবাহ নির্ভর করে ইলেক্ট্রনের প্রবাহের উপর। আর ইলেক্ট্রন প্রবাহিত হয় উল্টো পথে (ঋণাত্মক থেকে ধণাত্মক এর দিকে)।

কিন্তু আজও ফ্রাংকলিনের প্রথা অনুসারে তড়িৎ প্রকৌশলে “কনভেনশনাল কারেন্ট ফ্লো” তথা ধণাত্মক থেকে ঋণাত্মকের দিকে প্রবাহকেই ব্যবহার করা হয়। এতে অংক বা হিসাবের কোনো হের ফের হয় না, কেবল বিদ্যুত প্রবাহের দিক নির্ধারণ হয়।

উৎস: http://www.rare-earth-magnets.com/t-conventional-vs-electron-flow.aspx

ঘটনাটা কিভাবে ঘটে বুঝতে হলে কয়েকটা জিনিস বোঝা দরকার –
১) বিদ্যুৎ প্রবাহের দিক বনাম ইলেক্ট্রন প্রবাহের দিক
২) ইলেকট্রনের ড্রিফট ভেলোসিটি
৩) কারেন্ট ও কারেন্ট ডেনসিটি
প্রথমটা নিয়ে হালকা আলোচনা করেছি। নিচের চিত্রে ইলেক্ট্রন প্রবাহের একটা খুবই স্থূল অ্যানালজি ব্যবহার করা হয়েছে। বাস্তবিক ঘটনাটা এভাবে না ঘটলেও, বোঝার জন্যে বেশ উপকারি চিত্রটা। ধরি একটা পাইপের মধ্যে কয়েকটা বল আছে। এখানে পাইপ হবে পরিবাহী পদার্থ বা কন্ডাক্টর (তার), আর বল হচ্ছে সেই পরিবাহীর মধ্যে মুক্ত ইলেক্ট্রন। বাম দিকে একটি ইলেক্ট্রনের উপর চাপ প্রয়োগ করে পাইপে প্রবেশ করালে সে গিয়ে তার পাশের ইলেক্ট্রনগুচ্ছকে চাপ দিবে। ফলে সর্বাপেক্ষা ডানের ইলেক্ট্রনটিও নড়তে শুরু করবে, এবং বিদ্যুত প্রবাহ শুরু হবে। বৈত্যুদিক সার্কিটে (বর্তনী) ডানের শেষ ইলেক্ট্রনটি ঘুরে আবার চাপের উৎসের কাছে ফিরবে। বর্তনীতে এই চাপ ইলেক্ট্রিক ফিল্ডের মাধ্যমে তৈরি করা হয়।

উৎস: http://www.clear.rice.edu/elec201/Book/images/img92.gif

এখানে লক্ষ্যনীয় বিষয় হলো, প্রথম যে ইলেকট্রনটি বামে প্রবেশ করলো, তার পুরো বর্তনী ঘুরে আসতে অনেক সময় লাগলেও, “বিদ্যুত” প্রবাহ শুরু হতে কিন্তু খুবই অল্প সময় লাগবে। আর কনভেনশনাল ফ্লো অনুসারে সে প্রবাহ হবে ইলেক্ট্রন প্রবাহের বিপরীত দিকে। এই ইলেক্ট্রনের যে গতি, সেটিই হবে ড্রিফট ভেলোসিটি। । ড্রিফট ভেলোসিটি এর মান নির্ভর করবে পরিবাহক আর পরিবাহকের প্রস্থচ্ছেদের উপর। এটা খুবই ছোট একটা সংখ্যা। আর বিদ্যুত প্রবাহের গতি হবে ইলেক্ট্রিক ফিল্ড এর গতি, যা হলো আলোর গতির সমান (২.৯৯x১০^৮ মিটার/সেকেন্ড)। এই জায়গাটা খুব খিয়াল কইরা – ইলেক্ট্রনের বেগ কম, কিন্তু কারেন্টের বেগ হলো আলোর বেগের সমান।

কারেন্ট হলো পরিবাহকের মধ্যে দিয়ে কি পরিমান চার্জ প্রবাহিত হচ্ছে একক সময়ে (এক সেকেন্ডে) তার পরিমাণ। এর ইউনিট হলো – অ্যাম্পিয়ার ।

কারেন্ট ডেনসিটি হল পরিবাহকের একক প্রস্হচ্ছেদের মধ্যে দিকে কি পরিমাণ কারেন্ট প্রবাহিত হচ্ছে তার মান।

সমীকরণ গুলো কেমনে কি এই ব্যাপারে আগ্রহ থাকলে নিচের ভিডিও টা দেখতে পারেন।

http://www.youtube.com/watch?v=-KM5bq0O48o

(ভিডিও এমবেড করতে পারলাম না )

পরের বার এসিডিসি নিয়ে আলোচনা করবো নে ।