চুম্বকের ভেতরের কথা

0

গল্পটা শুরু করা যাক।

ছোটবেলায় সবচেয়ে পছন্দের খেলনা ছিল চুম্বক। কোথা থেকে কি ভেঙ্গে একবার কীভাবে যেন একটা চুম্বক পেলাম। আমার নির্মমতায় তা কয়েকখণ্ড হয়ে গেল। খণ্ডগুলো দেখলাম দুষ্ট ছেলেপিলের মত একটা আরেকটাকে লাথি মারে, কখনও আবার কী ভাব তাদের! দূর থেকে দেখলেই ছুটে যায়, ধরে রাখা যায় না হাতে।

বুঝলামনা মাথামুণ্ডু কিছুই, তাড়িয়ে দেয় কীভাবে, কাছেই বা টানে কীভাবে! যেদিককে যে দিক লাথি মারে তারা আবার কখনোই নিজেদের টানেনা কাছে! পড়লাম মহা মুশকিলে।বইপত্র ঘেঁটে দেখি রাবার ব্যান্ডের মত চৌম্বকবলরেখা না কী সব যেন আঁকা, সব বস্তুর নাকি ও রেখা উৎপন্ন করার সাধ্য নেই! যাইহোক, ব্যাপারটার তল খতিয়ে দেখার স্পৃহা থেকে যতটুকু সম্ভব গভীরে গেলাম।

যে যুগে পদার্থের ভেতরের পারমাণবিক বা আণবিক বৈশিষ্ট্য জানার কোনো সুযোগ ছিলনা, বিজ্ঞানীরা তখনও মানতেন যে চুম্বক এবং চৌম্বক পদার্থ যে খেল দেখাচ্ছে তার সাথে তড়িতের কোনো না কোনো সম্পর্ক রয়েছে। চৌম্বকবলরেখা সম্পর্কে সবচেয়ে পরিচিত ছবিটির ব্যাখ্যা দেয়া যাক।

একটি দণ্ড চুম্বক। এর উত্তর মেরু এবং দক্ষিণ মেরু নামক দুটি মেরু রয়েছে। সর্বজনস্বীকৃত বিধান অনুযায়ী বলবো উত্তর মেরু থেকে চৌম্বকবলরেখা নামক কিছু রেখা বেরিয়ে দক্ষিণ মেরুতে প্রবেশ করছে। তড়িতের ক্ষেত্রে যেমন সর্বদা ব্যাটারির ধনাত্মক প্রান্ত থেকে ঋণাত্মক প্রান্তের দিকে প্রবাহের দিক ধরা হয় তেমনই একটি ব্যাপার।

এক্ষেত্রে দুটি বিষয় লক্ষণীয়, প্রথমত এই রেখাগুলো হচ্ছে বলরেখা বা শক্তিরেখা অর্থাৎ কোনো এক প্রকার শক্তির সূচনা হচ্ছে একটি প্রান্তে এবং সমাপ্তি অপর প্রান্তে। দ্বিতীয়ত, শক্তিরেখাগুলো এলোমেলোভাবে না ছড়িয়ে একটি নির্দিষ্ট পথ অনুসরণ করছে। কিন্তু গতিপথের চেহারা ঠিক এরূপই কেন? উত্তর দেবার আগে একটু পরমাণু জগতে ঢুঁ মারি।

বেশ, একটি ইলেকট্রন এবং একটি প্রোটন এরুপ দূরত্বে থাকলে একে অপরকে আকর্ষণ করবে, এবার চুম্বকের পোলের দিকে খেয়াল করিঃ-

একটি উত্তর মেরু এবং একটি দক্ষিণ মেরু এর মধ্যে ঠিক একই রূপ আকর্ষণ বিদ্যমান। এখনঃ

চার্জ দুটির আশেপাশে কোথাও একটি ধনাত্মক আধান রেখে আমরা তার ওপর চার্জ দুটির প্রভাব যদি খেয়াল করি তবে দেখব ধনাত্মক আধানটি প্রোটনের বিকর্ষণ বলের দিক এবং ইলেকট্রনের আকর্ষণ বল,দুই বলের লব্ধি বলের দিকে ভ্রমন করছে।

এখন একটি শক্তিশালী দণ্ড চুম্বকের পাশে আমরা যদি বিভিন্ন অবস্থানে একটি চুম্বক শলাকাকে স্থাপন করি তবে স্বাভাবিকভাবেই শলাকা এবং চুম্বকের সম পোলগুলোর মধ্যে আকর্ষণ এবং বিপরীত পোলগুলোর মধ্যে বিকর্ষণের ফলে লব্ধি বলের দিকে শলাকা অবস্থান নেবে। এখন শলাকার যে কোনো একটি পোলের অবস্থানের গতিপথ যদি আমরা যোগ করে দিই তবে সেই আকাঙ্ক্ষিত বলরেখার পথটিই পাবো।

ব্যাপারটি আরও পরিষ্কার হবে যদি আমরা বলরেখা বা magnetic line of flux বা magnetic line of force এর তাত্ত্বিক সংজ্ঞাটি খেয়াল করিঃ-

“যখন একটি বিচ্ছিন্ন একক চুম্বক মেরু(হয় উত্তর অথবা দক্ষিণ) একটি চুম্বক ক্ষেত্রে রাখা হয়, এটি আকর্ষণ এবং বিকর্ষণ উভয় বল অনুভব করে, বিপরীত এবং সমমেরুর প্রভাবে, দুটি বলের লব্ধি বলের কারণে মেরুটি একটি পথে ভ্রমন করবে, সেই পথের নামই চৌম্বকবলরেখা। এরকম অসংখ্য পথকে সম্মিলিতভাবে magnetic flux বলা যায়।”

এই সংজ্ঞার মধ্যে একটু ঘাপলা আছে যা পরে ব্যাখ্যা করছি।

আমরা যদি উপরের ছবির প্রতিটা অবস্থানে একক মেরুটি বসিয়ে তার গতিপথ গাণিতিকভাবে নির্ণয় করতাম তবে ছোট ছোট যেই অভিক্ষেপগুলো পেতাম তার যোগফল হল একটি রেখা। তাই বলা যায় মেরুটি রেখা বরাবর যাত্রা করেনা বরং তার যাত্রাপথের ওপর লক্ষ করেই রেখাটি আঁকা হয়েছে।

এই বলরেখাগুলোর কিছু বৈশিষ্ট্য রয়েছেঃ-

(১)বলরেখার দিক ধরা হয় উত্তর মেরু থেকে দক্ষিনের দিকে।

(২)বলরেখাগুলো একে অপরকে ছেদ করেনা।

(৩)বলরেখাগুলো বদ্ধ লুপ বা প্যাঁচ তৈরি করে। ইলেকট্রন-প্রোটনের সাথে তুলনা বা analogy দেয়ার সময় আমরা একটি একক মেরুর সাথে একক চার্জের মিল পেলেও চার্জ এবং পোলের মধ্যে যেই সুস্পষ্ট পার্থক্যটি রয়েছে তা হল একক অস্তিত্ব। একক চার্জ খুবই সাধারণ একটি বিষয় হলেও বাস্তবজগতে একক মেরু বলে কিছু নেই, এটি একটি গাণিতিক ধারণামাত্র। ফলস্বরূপ একটি একক চার্জের চারিদিকে তার যে শক্তিরেখা তা চতুর্দিকে ছড়িয়ে পড়তে পারে।যেমনঃ

কিন্তু একক মেরু বলতে যেহেতু কিছুর অস্তিত্বই নেই তাই চুম্বকের শক্তিরেখা আবদ্ধ। প্রশ্ন হতে পারে চুম্বককে দুভাগ করলেই তো হয়? তখন যা হয়:

অর্থাৎ ভগ্ন অংশ নিজেই আরেকটি স্বকীয় চুম্বকে পরিণত হয়। তখন এক মেরু থেকে যেই শক্তিরেখা বের হয় তা চারিদিকে না ছড়িয়ে বিপরীত মেরুর দিকে আকৃষ্ট হয়। একারণে চৌম্বকবলরেখা বদ্ধ হয়।

(৪) বলরেখাগুলো স্থিতিস্থাপক ইলাস্টিকের মত আচরণ করে।মোট কথা,বলরেখার স্থিতিস্থাপক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। বিপরীত মেরুর মধ্যে আকর্ষণ আর সমমেরুর বিকর্ষণের ব্যাখ্যা দেয়া যায় এইভাবেঃ-

ধরা যাক উত্তর মেরু থেকে কিছু রেখা দক্ষিণ মেরুতে প্রবেশ করল। স্থিতিস্থাপক বস্তুর ধর্ম হল টানলে সরণের বিপরীত দিকে একটি বলের সৃষ্টি হয়, তাই পোল দুটি দূরত্ব কমিয়ে স্থিত অবস্থা লাভের চেষ্টা করে।

যেহেতু সমপোল হতে বলরেখা সমপোলে প্রবেশ করবেনা এবং একটি রেখা আরেকটিকে ছেদ করবেনা বা আরেকটির অভ্যন্তরে ঢুকে যাবেনা তাই দুটি বিপরীত পোল কাছাকাছি আনলে অনেকটা সঙ্কুচিত রাবার ব্যান্ডের মত অবস্থা সৃষ্টি হয় যা প্রসারিত হয়ে স্থিত অবস্থায় আসতে চায়, ফলে বিকর্ষণ বলের সৃষ্টি হয়।

চলমান চার্জের চৌম্বকীয় ধর্মঃ-

চৌম্বকবলরেখা ব্যাখ্যা করার সময় একটি দণ্ড চুম্বকের চারপাশে বিভিন্ন অবস্থানে রেখে চুম্বক শলাকা রেখে প্রভাব দেখা হয়েছিল। দণ্ড চুম্বকের বদলে যদি ওখানে কিছু চার্জ রাখা হত তবে শলাকায় কোনো বিক্ষেপ হতনা। তবে সেই চার্জগুলোই চলমান অবস্থায় থাকলে তার চারপাশে একটি চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি হত যার কারণে শলাকা বিক্ষেপ দেবে। আমরা চৌম্বকক্ষেত্রকে সংক্ষেপে B বলব। এই ব্যাপারটি প্রথম ব্যাখ্যাসহ প্রমান করেন Oersted নামক একজন অসাধারণ বিজ্ঞানী।

চিত্রঃ একটি বর্তনীতে প্রবাহের দরুন সৃষ্ট B শলাকার বিক্ষেপ ঘটাচ্ছে।

এখানে দুটো জিনিস রয়েছে, একটি বদ্ধ বর্তনী এবং একটি চুম্বক। এইযে তড়িৎ প্রবাহের ফলে একধরনের চৌম্বকত্ব সৃষ্টি হল,একেই বলে তড়িৎচুম্বক বা electromagnet। যদি পরিবর্তনশীল বা alternating current(A.C) ব্যবহার করা হয় তবে B এর মান এবং দিক দুটিই পরিবর্তিত হবে।

তার ১২ বছর পর বিজ্ঞানের আরেক দিকপাল মাইকেল ফ্যারাডে বলেনঃ-

“যখন কোনো বদ্ধ তার কুণ্ডলীতে আবদ্ধ চৌম্বক আবেশরেখার সংখ্যা বা ফ্লাক্সের পরিবর্তন ঘটে তখন উক্ত বর্তনীতে একটি তড়িচ্চালক শক্তি আবিষ্ট হয়।”

এটি তড়িৎচুম্বকীয় আবেশের প্রথম সূত্র হিসেবে বিখ্যাত।

উপরের সূত্র দুটির সম্পর্কের ব্যাপারে বলা যায়, অনেকটা এরকম, দিনের শেষে রাত আসবে আর রাতের শেষে দিন। তড়িৎ প্রবাহ থেকে চুম্বক পাব আর চুম্বক থেকে তড়িৎ। ফ্যারাডের প্রথম সূত্রের একটা গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হচ্ছে বর্তনী ও চুম্বকের মধ্যে আপেক্ষিক গতি থাকতে হবে তবেই তড়িৎ উৎপন্ন হবে, গতির ফলে প্রতি মুহূর্তে কুণ্ডলী দিয়ে অতিক্রান্ত ফ্লাক্স সংখ্যার ভিন্নতা ঘটবে, গতি যদি না থাকে তবে অন্য কোনো উপায়ে প্রতি মুহূর্তে ফ্লাক্স সংখ্যার ভিন্নতা ঘটাতে হবে(সেটি কি হতে পারে?!)। উৎপন্ন তড়িচ্চালক শক্তি ফ্লাক্সের পরিবর্তনের হারের সমানুপাতিক হবে। এই ব্যাপারটিকে বলা হচ্ছে তড়িৎচুম্বকীয় আবেশের দ্বিতীয় সূত্র।

বেশ পরিচিত এই সূত্র দুটি উল্লেখ করলাম যেই কারণে সেখানে এখন আসছি।

বেশ বহুল পরিচিত একটি সূত্র এটি, তড়িৎ প্রবাহের দিকে ডানহাতের বুড়ো আঙ্গুল দিলে বাকি আঙ্গুলগুলো উৎপন্ন B এর দিক নির্দেশ করে।

যদি একটা কাগজের তল বরাবর ওপরের দিকে তড়িৎ প্রবাহিত হয় তবে উৎপন্ন B এর দিক এমন হবে যেন পরিবাহীর ডান পাশের কাগজ ফুঁড়ে উপরে উঠছে এবং বাম পাশের কাগজে ঢুকে যাচ্ছে।

এখন কথা হচ্ছে ডান হাতের প্যাঁচ অনুসরন করে B উৎপন্ন হয়নি কাকতালীয়ভাবে দেখা গিয়েছে যে একটি পরিবাহীর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহিত হলে যেভাবে B উৎপন্ন হয় তা আঙ্গুলের ওরকম অবস্থানের সাথে মিলে যাচ্ছে।

বেশ, আমরা এখন বিপরীত দৃশ্যটি দেখার চেষ্টা করি।একটি বদ্ধ বর্তনীতে B প্রয়োগ করা হবে এবং প্রবাহের দিক কোনো দিকে হওয়া উচিত তা দেখবঃ

উপরের চিত্রে কুণ্ডলীর ভেতরে B প্রয়োগ করা হচ্ছে(কাগজের তলের ভেতর থেকে আমাদের দিকে), কুণ্ডলীটি পুরোপুরি দ্বিমাত্রিক কাগজ তলে অবস্থিত, যে কোনো একদিকে তড়িৎ প্রবাহ সৃষ্টি হবে, তার দরুন পরিবাহীর নিজস্ব একটি ক্ষেত্রও সৃষ্টি হবে।যদি প্রথম কেসটি সত্য হয় তবে প্রবাহের দরুন প্রয়োগকৃত B এর মতই উৎপন্ন B এর দিক হবে প্রথমত কাগজ ফুঁড়ে আমাদের দিকে, ঠিক তখন দুটি ক্ষেত্র একই দিকে ক্রিয়াশীল, সম্মিলিত ক্ষেত্র প্রবাহ আরও বাড়াবে, প্রবাহ আবার নিজস্ব B বাড়াবে এভাবে কুণ্ডলীর মধ্যে একটি সর্বদা চলমান অস্থিতিশীল সিস্টেমের উদ্ভব ঘটবে যা শক্তির নিত্যতার সূত্রকে ভাঙবে।

তাই এমন একদিকে প্রবাহ সৃষ্টি হওয়া প্রয়োজন যার নিজস্ব ক্ষেত্র প্রয়োগকৃত ক্ষেত্রকে কমানোর চেষ্টা করবে, দ্বিতীয় চিত্রটি সঠিক কিনা তা পাঠক বিচার করুন।

লেনজ নামক অসাধারণ এক বিজ্ঞানী এই ব্যাপারটি প্রথম ব্যাখ্যা করেন। লেঞ্জের সূত্রটি হলঃ

“আবিষ্ট তড়িচ্চালক শক্তি বা তড়িৎ প্রবাহের দিক এমন হয় যে এটি উৎপন্ন হবার মুল কারণের বিরোধিতা করে।”

ভেক্টরের ক্রস গুননের ব্যাপারটি আমরা জানি, দুটি ভেক্টর রাশির ক্রসগুননের ফলে উভয়ের লম্ব বরাবর আরেকটি ভেক্টর উদয় হয়। প্রথম ভেক্টর থেকে দ্বিতীয় ভেক্টরের দিকে একটি স্ক্রু ঘুরালে সেটি যেদিকে যায়, উৎপন্ন ভেক্টরের দিক সেদিকে।

এখানে ডান হস্ত সূত্র নামক একটি ব্যাপার আছে, যদি ডান হাতের তর্জনী প্রথম ভেক্টর, মধ্যমা দ্বিতীয়টি হয় তবে বৃদ্ধাঙ্গুলি লব্ধি ভেক্টরের দিক বলবে, যে কোনো ভাবে আমরা দিকটি বের করতে পারি।

এতক্ষণ আমরা হয় তড়িতের প্রয়োগে চুম্বক বা চুম্বকের কারণে তড়িৎ এরূপ ব্যাপার দেখছিলাম।তড়িৎ হল চার্জের প্রবাহ যা একটি ভেক্টর রাশি আবার চুম্বকক্ষেত্রের নির্দিষ্ট দিক থাকায় সেটিও ভেক্টর রাশি,ফলস্বরূপ দুটি একসাথে কাজ করলে আরেকটি ভেক্টর রাশির উদয় ঘটবে উভয়ের লম্ব বরাবর। যা একটি বল, প্রকাশ করা হয়ঃ-

F=qVxB=qVBsin(angle)

এখানে q একটি ধনাত্মক চার্জ, যার বেগ v,B হল প্রয়োগকৃত ক্ষেত্র। ব্যাপারটি হল একটি চুম্বকক্ষেত্রে একটি আধান ক্রিয়াশীল থাকলে তা একটি বল অনুভব করবে, বলের দিক পাব ডান হস্ত সূত্র থেকে। অবশ্য চার্জটি যদি ঋণাত্মক হয় তবে ডান হস্তের বদলে বাম হস্ত সূত্র ব্যবহার হবে।তখন বাম হাতের বৃদ্ধাঙ্গুলি বলের দিক বোঝাবে। চিত্রে কাগজের বাইরে বেরিয়ে আসা ক্ষেত্র ও ভেতরে প্রবেশ করা ক্ষেত্রের জন্য উদ্ভূত বল F এর দিক দেখানো হয়েছে।

ফ্লেমিঙ্গের বাম হস্ত নিয়ম এবং কিছু কথা

বেশি কথা না বলে প্রথমেই চিত্রটি দিয়ে দিলাম, যদি বাম হাতের তর্জনী প্রয়োগকৃত চুম্বকক্ষেত্রের দিক, মধ্যমা কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহের দিক নির্দেশ করে তবে ঐ পরিবাহী তারটি উপরের দিকে একটি বল অনুভব করবে, এক্ষেত্রে ভেক্টরের হিসেব করে দিক বের করতে হচ্ছেনা। কেবল চৌম্বকক্ষেত্র এবং প্রবাহের দিক বরাবর হাত বসালেই উদ্ভূত বলের দিক পাওয়া যাবে।

এক্ষেত্রে কিছু ছোট্ট বিভ্রান্তি সৃষ্টি হয় তা হলো, বিদ্যুতের প্রবাহ তো আসলে চার্জেরই প্রবাহ তাহলে ভেক্টরের বেসিক ডান হস্ত সূত্র ব্যবহার করলেই হতো আবার নতুন সূত্রের দরকার কি? দ্বিতীয়ত, ডান হস্ত সূত্রে তর্জনী বরাবর চার্জের প্রবাহ এবং মধ্যমা বরাবর B এর দিক ছিল কিন্তু এখানে উল্টো কেন?

প্রথম উত্তর হচ্ছে, হ্যাঁ,বিদ্যুৎ প্রবাহ আসলে চার্জেরই প্রবাহ, কোনো একটি তড়িৎ কোষে যেদিকে ইলেকট্রনের প্রবাহ ধরা হয় তার উল্টো দিকে ধরা হয় বিদ্যুৎ প্রবাহের দিক।অনেকটা এরকম যেন ইলেকট্রনের বিপরীত চার্জের আরেকটি কণার প্রবাহ(কেবল দিক বোঝার সুবিধার্থে বলা হচ্ছে), এক্ষেত্রে তাই পূর্বের অনুচ্ছেদে বর্ণিত ধনাত্মক চার্জের জন্য বলের দিকের নিয়মটিই ব্যবহার করা যেত, কিন্তু এটি আসলে ঐ সূত্রেরই আরও সহজ রূপ। এখানে আঙ্গুল আসলে গুরুত্বপূর্ণ নয় নির্দিষ্ট দিকটি বোঝাটাই আসল ব্যাপার।

ফ্লেমিঙ্গের সূত্রের সাথে তুলনা করি, ডান হাতের মধ্যমা যা আগে B বোঝানোর জন্য ব্যবহার হচ্ছিল তা উপরের চিত্রের B এর দিক বরাবর এবং তর্জনী প্রবাহের দিক বরাবর রাখলে দেখবো বল আসলে উপর দিকেই নির্দেশিত হচ্ছে তবে হাত একটু বেশি মোচড়ানো লাগছে এই আরকি! ডান হস্ত সূত্রে একটি ব্যাপার আসলে একদম নির্দিষ্ট যে ক্রস গুননের যেই সূত্র, এক্ষেত্রে F=qV x B সেই সূত্রের প্রথম রাশি, তর্জনী বরাবর এবং দ্বিতীয় রাশি মধ্যমা বরাবর হলেই বৃদ্ধাঙ্গুলি বলের দিক বোঝাবে।কিন্তু ঐ যে উপরের চিত্রানুযায়ী আঙ্গুল স্থাপন করাই কঠিন হয়ে যাচ্ছে। সেক্ষেত্রে বাম হস্ত সূত্র তুলনামুলকভাবে প্রয়োগ করা সহজ।

অর্থাৎ সূত্র যাই হোক, ফলাফল আসলে একই!

আর এই সূত্রের ওপর ভিত্তি করেই বৈদ্যুতিক মোটর তৈরি করা হয়।সহজভাবে বলতে গেলে বিদ্যুৎ প্রবাহ সরবরাহ করা হয়, চুম্বকক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয় তখন একটি ঘূর্ণনের সৃষ্টি হয়, এভাবে বৈদ্যুতিক শক্তি যান্ত্রিক শক্তিতে রুপান্তরিত হয়। বিস্তারিত পরবর্তীতে ব্যাখ্যা করার প্রয়াস থাকবে।

উদ্ভূত বলের বিষয়টি বাস্তবিকভাবেও অনুধাবন করা যায়, পরিবাহীর মধ্য দিয়ে প্রবাহ চলার সময় তার নিজের প্রবাহের কারণেই চারদিকে একটি চুম্বকক্ষেত্রের সৃষ্টি হয়।তারপরে আবার যখন বাইরে থেকে চুম্বকক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয় তখন পরিবাহীর একদিকে একই দিকে নির্দেশক ক্ষেত্ররেখা এবং আরেকদিকে বিপরীতমুখী ক্ষেত্ররেখা একে অপরের মুখোমুখি হয়।ফলস্বরূপ ভেক্টর বিয়োগের সূত্রানুযায়ী ঐ দিকে ক্ষেত্ররেখা দুর্বল হয়ে পড়ে। ক্ষেত্ররেখার যেহেতু আবার স্থিতিস্থাপক ধর্ম রয়েছে তাই তখন বেশি ঘনত্বের দিক থেকে কম ঘনত্বের দিকে একটি বল অনুভূত হয়, রাবার ব্যান্ডের মতই। এটিই আসলে টর্ক বা বল সৃষ্টির কারণ।

ডোমেইন তত্ত্ব, চৌম্বকপদার্থ এবং অন্যান্য

চৌম্বক-পদার্থ এবং চুম্বকের মধ্যে একটা পরিষ্কার পার্থক্য রয়েছে তা হল একটি চুম্বক তার সৃষ্টির মুহূর্ত থেকে চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য প্রকাশ করছে। অপরদিকে চৌম্বকপদার্থের চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য লাভের ক্ষমতা রয়েছে তবে তার পূর্বে একে চৌম্বকী

করন প্রক্রিয়ার ভেতর দিয়ে যেতে হবে। আরও নির্দিষ্টভাবে বলতে গেলে একটি চুম্বক আরেকটি চুম্বকের ওপর প্রভাব ফেলতে পারবে, একটি চৌম্বকপদার্থের ওপরও প্রভাব ফেলতে পারবে কিন্তু একটি চৌম্বকপদার্থ চুম্বকে পরিণত হবার পূর্বে আরেকটি চৌম্বকপদার্থের ওপর কোনোও প্রভাব ফেলতে পারবেনা।

এই আলোচনার সূত্র ধরে যেই প্রশ্নটি আসে সেটি হল ঠিক কোনো কোনো মৌলগুলো চুম্বকে পরিণত হবার ক্ষমতা রাখে? এই প্রশ্নের উত্তর দিতে গিয়ে সকল পদার্থকে তিনটি ভাগে ভাগ করে ফেলা হয়েছেঃ

(১)ডায়াচৌম্বক পদার্থ (diamagnetic substance)

(২)প্যারাচৌম্বক পদার্থ (paramagnetic substance)

(৩)ফেরোচৌম্বক পদার্থ(ferromagnetic substance)

পদার্থ অণু-পরমাণু দ্বারা গঠিত। পরমাণুর কেন্দ্রে প্রোটন ও নিউট্রন থাকে এবং ইলেকট্রনগুলো কেন্দ্রের চতুর্দিকে বিভিন্ন কক্ষপথে পরিভ্রমন করে। আবার নিজ নিজ অক্ষের সাপেক্ষে ইলেকট্রনগুলোর ঘূর্ণন বা spin motion রয়েছে। ফলস্বরূপ আমরা দু’ধরনের গতি ভ্রামক পাচ্ছিঃ-

১/ কক্ষীয় গতি ভ্রামক(orbital motion moment)

২/ স্পিন গতি ভ্রামক(spin motion moment)

এক্ষেত্রে নিউক্লিয়াসের সাথে সংশ্লিষ্ট আরেকটি ভ্রামক রয়েছে যার নাম nuclear magnetic moment। এসকল মোমেন্টের সমষ্টিগত ক্রিয়ার ফলে পদার্থের ভিন্ন ভিন্ন চৌম্বকবৈশিষ্ট্য ও গুণাবলি প্রকাশ পায়।

প্রথম প্রকার পদার্থকে চুম্বকে পরিণত করা সম্ভব নয়, হতাশার গল্প দিয়েই শুরু করছি।

ডায়াচৌম্বক পদার্থ

ঘূর্ণায়মান প্রতিটি ইলেকট্রনের কক্ষীয় গতি ভ্রামক রয়েছে। কিন্তু একেকটি ইলেকট্রনের ঘোরার দিকভঙ্গি বা orientation এর ভিন্নতার কারণে একটি আরেকটির চৌম্বকীয় প্রভাবকে বিলীন করে দেয়।ফলে নীট চৌম্বক প্রভাব হয় শূন্য।

এখন বাইরে থেকে কোনো ক্ষেত্র B প্রয়োগ করা হলে পরমাণুর কক্ষীয় গতির পরিবর্তন ঘটে কারণ কৌণিক গতি বৃদ্ধি বা হ্রাস পায়। বাড়বে না কমবে তা নির্ভর করবে প্রয়োগকৃত ক্ষেত্রের দিক কোনো দিকে এবং ঘূর্ণনের দিক সেদিকেই বা তার বিপরীতে কিনা তার ওপর।

কৌণিক বেগ পরিবর্তিত হলে কক্ষীয় গতি ভ্রামক এর পরিবর্তন হবে।বেগ বাড়লে ভ্রামক বাড়ে, কমলে কমে। ফলস্বরূপ যা ঘটে তা হল একটি মোট ভ্রামকের সৃষ্টি হয় যা সাধারন অবস্থায় শূন্য ছিল। কিন্তু এই দিক আবার প্রয়োগকৃত চৌম্বকক্ষেত্র এর বিপরীত দিকে। তাই যখন চৌম্বকক্ষেত্রে রাখা হয়, এসমস্ত পদার্থ তখন ক্ষেত্র থেকে দূরে সরে যায়। চৌম্বকক্ষেত্র এসব পদার্থের ওপর প্রভাব ফেলছে ঠিকই কিন্তু চুম্বকীকরন প্রক্রিয়ার দ্বারা চুম্বকে পরিণত করতে পারছেনা।তাই একটুকরো সোনা কখনই চুম্বকে পরিণত হবেনা।

এখন কিছু সিদ্ধান্ত নেয়া যাক। প্রথমত, ডায়াচৌম্বকত্ব একটি বৈশিষ্ট্য এবং এর উদ্ভব ঘটে কক্ষীয় গতি ভ্রামক থেকে। যেহেতু সকল পদার্থের কক্ষীয় গতি ভ্রামক রয়েছে সেহেতু সকল পদার্থের ডায়াচৌম্বক বৈশিষ্ট্য রয়েছে কিন্তু এর প্রভাব অত্যন্ত দুর্বল। যে সকল পদার্থে মোট চৌম্বক ভ্রামক শূন্য হয়না এবং নির্দিষ্ট শর্তে প্রয়োগকৃত চৌম্বকক্ষেত্র এর দিক বরাবর ভ্রামকের অভিমুখ হয় তাদের মাঝে প্যারাচৌম্বকত্ব অথবা ফেরোচৌম্বকত্ব প্রকাশ পায় ফলে ডায়াচৌম্বকত্ব থাকা সত্ত্বেও তা ঢাকা পরে যায়।

এইটুকু আলোচনা থেকে যেই সারাংশ টানা যায় তা হল প্যারাচৌম্বক বা ফেরোচৌম্বক বৈশিষ্ট্য যদি উল্লেখযোগ্যভাবে উদ্ভব না হয় তবে যে কোনো পদার্থই ডায়াচৌম্বক এবং ঠিক এই কারণেই পৃথিবীতে ডায়াচৌম্বক পদার্থ সবচেয়ে বেশি। যথা- বিসমাথ, এন্টিমনি, তামা, সোনা, কোয়ার্টজ, মার্কারি, পানি, বাতাস, হাইড্রোজেন, বেশিরভাগ জৈব পদার্থ তার মানে যে কোনো জীবন্ত দেহও ডায়াচৌম্বকপদার্থ আর এই ব্যাপারটি কাজে লাগিয়ে অত্যন্ত চমকপ্রদ একটি ঘটনা ঘটানো হয়েছেঃ-

ডায়াচৌম্বক বৈশিষ্ট্য থাকার কারণে প্রয়োগকৃত চৌম্বকক্ষেত্রকে ব্যাঙটির দেহ বিকর্ষণ করছে তাই এটি ভাসমান অবস্থায় রয়েছে, ছোটখাটো আরও কয়েকটি প্রাণীর ক্ষেত্রে এই পরীক্ষাটি করা হয়েছে এবং সেইদিন হয়ত আর বেশি দূরে নয় যখন মানুষ নিজেরা এই ব্যাপারটি উপভোগ করতে পারবে।

প্যারাচৌম্বক পদার্থ

ডায়াচৌম্বক নিয়ে আলোচনার সময় আমরা চিন্তাভাবনা কক্ষীয় গতি ভ্রামক –এ সীমাবদ্ধ রাখতে পেরেছিলাম।প্যারাচৌম্বক পদার্থে যেটি ঘটে তা হল কক্ষীয় গতি ভ্রামক এবং স্পিন গতি ভ্রামক এর ক্রিয়ায় নতুন একটি স্থায়ী ভ্রামকের সৃষ্টি হয়।

চিত্রে ভ্রামককে কতগুলো চৌম্বক দ্বি-পোল এর মাধ্যমে প্রকাশ করা হয়েছেঃ-

এ ব্যাপারটি আগে ঘটেনি। যাই হোক, উদ্ভূত এই ভ্রামক এর একটি নির্দিষ্ট অভিমুখ থাকা উচিত হলেও সাধারন তাপমাত্রাতেই তাপজনিত কম্পন বেশি হওয়ায় দ্বিপোলগুলো বিক্ষিপ্ত অবস্থায় থাকে। ফলে বহিস্থ চৌম্বকক্ষেত্র প্রয়োগ না করা হলে পদার্থের কোনো একদিকে নীট চৌম্বকত্ব থাকেনা।

ফলস্বরূপ যতক্ষণ বহিঃস্থ কোনো চৌম্বকক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয় ততক্ষণ এদের নির্দিষ্ট চৌম্বক ভ্রামক থাকে এবং এরা চুম্বক হিসেবে কাজ করে।ক্ষেত্রটি সরিয়ে নিলেই এরা চুম্বকত্ব হারিয়ে ফেলে।

ফেরোচৌম্বক পদার্থ

প্যারাচৌম্বক পদার্থের ক্ষেত্রে আমরা দেখেছিলাম স্থায়ী ভ্রামকের অভিমুখ সাধারন অবস্থায়(তাপমাত্রায়) নির্দিষ্ট দিকে থাকছেনা। ফেরোচৌম্বক পদার্থের ক্ষেত্রে প্রথম গুরুত্বপূর্ণ তথ্যটি হল স্থায়ী ভ্রামকের একটি নির্দিষ্ট অভিমুখ রয়েছে। একদম প্রথম থেকে ব্যাখ্যা করছি, একটি ইলেকট্রনের কক্ষীয় গতি ভ্রামক এবং স্পিন গতি ভ্রামক এর সমষ্টিগত ক্রিয়ায় প্রথমত ধরি একটি স্থায়ী ভ্রামকের সৃষ্টি হল। প্যারাচৌম্বক পদার্থের ক্ষেত্রে একেকটি ইলেকট্রনের ভ্রামকের অভিমুখ ছিল একেকদিকে। কিন্তু ফেরোচৌম্বকের ক্ষেত্রে পরমাণুসমূহের ভ্রামক অনেকটা জায়গা জুড়ে সংঘবদ্ধ বা locked অবস্থায় থাকে।এই যে অনেকটা জায়গা বা অঞ্চলের কথা বললাম, এর নাম হচ্ছে ডোমেইন।

অর্থাৎ একটি নির্দিষ্ট জায়গার নাম আমরা দিলাম ডোমেইন। একেকটি ডোমেইনে প্রায় 10^16 – 10^19 সংখ্যক পরমাণু থাকে যাদের চৌম্বক মোমেন্ট(স্থায়ী ভ্রামক বোঝানো হচ্ছে)পরস্পর সমান্তরাল থাকে। ক্লাসিক্যাল ফিজিক্সের সাহায্যে ব্যাপারটি ব্যাখ্যা করা সম্ভব না হলেও কোয়ান্টাম ফিজিক্স এখানে কার্যকর এবং এই ক্ষেত্রে “বিনিময় যুগলায়ন” বা exchange integral নামক একটি কোয়ান্টাম প্রক্রিয়া ঘটে যা ডোমেইনের মধ্যে ক্রিয়াশীল।

কিন্তু একটি ফেরোচৌম্বক পদার্থের কেলাসে বা ত্রিমাত্রিক ক্ষুদ্র গঠনে অসংখ্য ডোমেইন থাকে যাদের একেকজনের মোমেন্টের অভিমুখ একেকদিকে। ফলস্বরূপ নীট ভ্রামক আবারও শূন্য!

কিন্তু এই ক্ষেত্রে যখন চৌম্বক খণ্ডটিকে কোনো চৌম্বক ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয় তখন ডোমেইনগুলো নির্দিষ্ট দিক বরাবর বিন্যস্ত হয়। মূলত তখনই খণ্ডটি বহিঃচৌম্বকত্ব প্রকাশ করে। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ব্যাপার হল ডোমেইনগুলো বিন্যস্ত হবার পর বহিঃস্থ চৌম্বকক্ষেত্র সরিয়ে নিলেও এই বিন্যাস নষ্ট হয়না যদিনা একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রার ওপর গরম করা হয় অথবা মেকানিক্যাল স্ট্রেস(যেমনঃ হাতুড়ির আঘাত) দেয়া হয়। এভাবে একটি চৌম্বকপদার্থ চুম্বকে পরিণত হয়।

উচ্চতর ভাবে চিন্তা করতে গেলে ব্যাপারটা অনেকটা এইরকম, ক্ষুদ্র পরিমণ্ডলে একটি ইলেকট্রনের প্রভাব আরেকটির ওপর পারমাণবিক গণ্ডিতে ক্রিয়াশীল যা আমরা দেখিনা বা অনুভব করিনা। কিন্তু এরকম অসীমসংখ্যক ইলেকট্রন যখন একত্র হয়ে নির্দিষ্ট একটি দিকে প্রভাব বিস্তার করতে চায় তখন তা আর পারমাণবিক গণ্ডিতে আবদ্ধ না থেকে বাস্তবিক চোখে ধরা পরে এবং কোনো এক অদৃশ্য শক্তির মত উদয় ঘটে চুম্বকশক্তির!

তথ্যসূত্র
/ https://www.electrical4u.com/fleming-left-hand-rule-and-fleming-right-hand-rule/
/ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/magfor.html
/ http://www.physics.ucla.edu/marty/diamag/
/ https://en.wikipedia.org/wiki/Diamagnetism

-মোহাম্মাদ গালিব খান
ইলেকট্রনিকস এন্ড কমিউনিকেশন ইন্জিনিয়ারিং
খুলনা প্রকৌশল ও প্রযুক্তি বিশ্ববিদ্যালয়

Share.

মন্তব্য করুন