কন্ডাক্টরের সূক্ষ্ম অঞ্চলে আবেশ কেন জমা হয়?

একটি পরিবাহীর সূক্ষ্ম অঞ্চলে আধান সঞ্চয়ের ঘটনাটি ইলেকট্রোস্ট্যাটিক্সের কয়েকটি মৌলিক নীতি ব্যবহার করে ব্যাখ্যা করা যায়। এখানে একটি বিস্তারিত ব্যাখ্যা দেওয়া হল:

1. তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি এবং বক্রতা ব্যাসার্ধের মধ্যে সম্পর্ক

একটি পরিবাহীর পৃষ্ঠে, তড়িৎক্ষেত্রের লাইনগুলি পৃষ্ঠের উপর লম্ব হতে হবে। এই অর্থে, পরিবাহীর পৃষ্ঠের যে কোনও বিন্দুতে, তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি E বক্রতা ব্যাসার্ধ R-এর ব্যাসার্ধের উল্টোপাত্তক। গাণিতিকভাবে, এটি প্রকাশ করা যায় এভাবে:

E∝ 1/R

E∝ 1/R

সূক্ষ্ম অঞ্চলে, বক্রতা ব্যাসার্ধ R ছোট, তাই তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি E বড়। বিপরীতভাবে, সমতল বা মসৃণ অঞ্চলে, বক্রতা ব্যাসার্ধ R বড়, এবং তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি E ছোট।

2. আধান ঘনত্ব এবং তড়িৎক্ষেত্রের শক্তির মধ্যে সম্পর্ক

গাউসের সূত্র অনুযায়ী, একটি পরিবাহীর পৃষ্ঠে আধান ঘনত্ব σ তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি E-এর সঙ্গে সরাসরি সমানুপাতিক:

E:σ∝E

যেহেতু সূক্ষ্ম অঞ্চলে তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি বড়, এই অঞ্চলে আধান ঘনত্বও বেশি হয়। এর অর্থ হল, সূক্ষ্ম অঞ্চলে আধিক্য আধান সঞ্চিত হয়।

3. সম্ভাব্য শক্তির সর্বনিম্নকরণ

একটি পরিবাহীর অভ্যন্তরে তড়িৎক্ষেত্র শূন্য, তাই পরিবাহীর পৃষ্ঠে সম্ভাব্য একটি সমান হয়। এই অবস্থা অর্জন করার জন্য, আধানগুলি পরিবাহীর পৃষ্ঠে পুনর্বিতরণ করে যাতে সিস্টেমের মোট সম্ভাব্য শক্তি সর্বনিম্ন হয়। সূক্ষ্ম অঞ্চলে, আধানগুলি সংকেন্দ্রিত হয় কারণ এই অঞ্চলে শক্তিশালী তড়িৎক্ষেত্র অন্যান্য আধানগুলিকে প্রতিহত করে, ফলে সিস্টেমের সম্ভাব্য শক্তি কমে যায়।

4. তড়িৎক্ষেত্রের লাইনগুলির বিতরণ

একটি পরিবাহীর পৃষ্ঠে, তড়িৎক্ষেত্রের লাইনগুলি পৃষ্ঠের উপর লম্ব হতে হবে। সূক্ষ্ম অঞ্চলে, যেখানে বক্রতা ব্যাসার্ধ ছোট, তড়িৎক্ষেত্রের লাইনগুলি বেশি ঘন, যা আধান সঞ্চয়ের দিকে পরিচালিত করে। বিপরীতভাবে, সমতল বা মসৃণ অঞ্চলে, তড়িৎক্ষেত্রের লাইনগুলি বেশি ছড়িয়ে থাকে, ফলে আধান ঘনত্ব কম হয়।

5. প্রায়োগিক উদাহরণ: কোরোনা ডিসচার্জ

কোরোনা ডিসচার্জ সূক্ষ্ম অঞ্চলে আধান সঞ্চয়ের একটি সাধারণ উদাহরণ। যখন একটি পরিবাহীর সূক্ষ্ম অংশ যথেষ্ট আধান সঞ্চিত করে, তখন তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি খুব বেশি হয়, যা পরিবেশের বায়ু অণুগুলিকে আয়নিত করে, ফলে কোরোনা ডিসচার্জ বা বিদ্যুৎ চমক ঘটে। এই ঘটনা উচ্চ ভোল্টেজের ট্রান্সমিশন লাইন, বিদ্যুৎ চমক রোধক এবং অন্যান্য সদৃশ যন্ত্রপাতি এতে সাধারণ।

সারাংশ

একটি পরিবাহীর সূক্ষ্ম অঞ্চলে আধান সঞ্চয়ের কারণগুলি হল:

• তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি বক্রতা ব্যাসার্ধের উল্টোপাত্তক: সূক্ষ্ম অঞ্চলে, বক্রতা ব্যাসার্ধ ছোট, এবং তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি বড়।

• আধান ঘনত্ব তড়িৎক্ষেত্রের শক্তির সঙ্গে সরাসরি সমানুপাতিক: তড়িৎক্ষেত্রের শক্তি বেশি থাকা অঞ্চলে আধান ঘনত্ব বেশি হয়।

• সম্ভাব্য শক্তির সর্বনিম্নকরণ: আধানগুলি সূক্ষ্ম অঞ্চলে সংকেন্দ্রিত হয় যাতে সিস্টেমের মোট সম্ভাব্য শক্তি সর্বনিম্ন হয়।

• তড়িৎক্ষেত্রের লাইনগুলির বিতরণ: সূক্ষ্ম অঞ্চলে তড়িৎক্ষেত্রের লাইনগুলি বেশি ঘন, যা আধান সঞ্চয়ের দিকে পরিচালিত করে।

• এই নীতিগুলি একসাথে কাজ করে এবং পরিবাহীর সূক্ষ্ম অঞ্চলে আধান সঞ্চয়ের দিকে পরিচালিত করে, যা পর্যবেক্ষণ করা ঘটনার কারণ হয়।