Stars, their fate and the universe
নক্ষত্র, তার পরিণতি ও মহাবিশ্ব
নক্ষত্র জ্বলে নিউক্লিয়ার ফিউশনের শক্তিতে, আর সেই শক্তিই ভিতর থেকে বাইরের দিকে চাপ দিয়ে নক্ষত্রকে নিজের মহাকর্ষের বিরুদ্ধে ধরে রাখে। জ্বালানি ফুরিয়ে গেলে এই ভারসাম্য ভেঙে পড়ে এবং নক্ষত্র সংকুচিত হতে থাকে; শেষ পরিণতি কী হবে তা নির্ভর করে তার ভরের উপর। অপেক্ষাকৃত কম ভরের নক্ষত্র শ্বেত বামনে পরিণত হয়। বেশি ভরের নক্ষত্র সুপারনোভা বিস্ফোরণের পর নিউট্রন তারকা হয়। আর নিউট্রন তারকাও যদি যথেষ্ট ভারী হয়ে আরও সংকুচিত হয়, তবে তা কৃষ্ণগহ্বর বা ব্ল্যাকহোলে পরিণত হয় — যেখান থেকে আলোও বেরোতে পারে না। মহাবিশ্বের উৎপত্তি সম্পর্কে সবচেয়ে গৃহীত ব্যাখ্যা মহাবিস্ফোরণ তত্ত্ব, আর পর্যবেক্ষণ বলছে মহাবিশ্ব এখনো প্রসারিত হচ্ছে।
নক্ষত্রের শক্তির উৎস নিউক্লিয়ার ফিউশন
নক্ষত্রের শেষ পরিণতি তার ভরের উপর নির্ভর করে
কম ভরের নক্ষত্র শ্বেত বামনে পরিণত হয়
বেশি ভরের নক্ষত্র সুপারনোভার পর নিউট্রন তারকা হয়
নিউট্রন তারকা আরও সংকুচিত হলে কৃষ্ণগহ্বরে পরিণত হয়
কৃষ্ণগহ্বর থেকে আলোও বেরোতে পারে না
মহাবিশ্বের উৎপত্তির সবচেয়ে গৃহীত ব্যাখ্যা মহাবিস্ফোরণ তত্ত্ব
মহাবিশ্ব এখনো প্রসারিত হচ্ছে
রেডিও টেলিস্কোপ দৃশ্যমান আলো নয়, বেতার তরঙ্গ গ্রহণ করে
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
নিউট্রন তারকা সংকুচিত হলে কৃষ্ণগহ্বর — এই একটি ধাপ কর্পাসে দুইবার সরাসরি জিজ্ঞাসা করা হয়েছে।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·নিউট্রন তারকা সংকুচিত হয়ে শ্বেত বামন হয় ধরা — ক্রমটি উল্টো
- ·সব নক্ষত্রের পরিণতি একই ধরা — ভরের উপর নির্ভরশীল
- ·কৃষ্ণগহ্বর থেকে আলো বেরোতে পারে ধরা
Rutherford's experiment and Bohr's postulates
রাদারফোর্ডের পরীক্ষা ও বোরের স্বীকার্য
রাদারফোর্ড পাতলা স্বর্ণপাতে আলফা কণা নিক্ষেপ করে দেখলেন অধিকাংশ কণা সোজা চলে যায়, অল্প কিছু বেঁকে যায় এবং খুব সামান্য কিছু প্রায় উল্টো দিকে ফিরে আসে। এ থেকে সিদ্ধান্ত এলো যে পরমাণুর প্রায় পুরোটাই ফাঁকা, আর তার ভর ও ধনাত্মক আধান কেন্দ্রের অতি ক্ষুদ্র একটি অঞ্চলে ঘনীভূত — সেটিই নিউক্লিয়াস। কিন্তু রাদারফোর্ডের মডেলে একটি সমস্যা ছিল: ক্লাসিক্যাল তত্ত্ব অনুযায়ী ঘূর্ণায়মান ইলেকট্রনের ক্রমাগত শক্তি বিকিরণ করে নিউক্লিয়াসে পড়ে যাওয়ার কথা, অথচ পরমাণু স্থায়ী। বোর এই সমস্যার সমাধান দিলেন স্বীকার্যের মাধ্যমে — ইলেকট্রন কেবল কিছু নির্দিষ্ট কক্ষপথে ঘুরতে পারে যেখানে তার কৌণিক ভরবেগ একটি নির্দিষ্ট রাশির পূর্ণ গুণিতক, আর সেই স্থায়ী কক্ষে থাকা অবস্থায় সে কোনো শক্তি বিকিরণ করে না। শক্তি বিকিরিত বা শোষিত হয় কেবল কক্ষ বদলানোর সময়।
রাদারফোর্ডের আলফা কণা পরীক্ষা নিউক্লিয়াসের অস্তিত্ব প্রমাণ করে
পরমাণুর অধিকাংশ স্থান ফাঁকা; ভর ও ধনাত্মক আধান নিউক্লিয়াসে ঘনীভূত
রাদারফোর্ড মডেলের সীমাবদ্ধতা: পরমাণুর স্থায়িত্ব ব্যাখ্যা করতে পারে না
বোরের প্রথম স্বীকার্য: ইলেকট্রন কেবল নির্দিষ্ট স্থায়ী কক্ষে ঘোরে
স্থায়ী কক্ষে ইলেকট্রনের কৌণিক ভরবেগ একটি নির্দিষ্ট রাশির পূর্ণ গুণিতক
স্থায়ী কক্ষে থাকা অবস্থায় ইলেকট্রন শক্তি বিকিরণ করে না
কক্ষ পরিবর্তনের সময়ই কেবল শক্তি শোষিত বা বিকিরিত হয়
ইলেকট্রনকে নিউক্লিয়াসের সঙ্গে আবদ্ধ রাখে তাড়িতচৌম্বক তথা কুলম্ব আকর্ষণ
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
বোরের স্বীকার্যে ভরবেগ নয়, কৌণিক ভরবেগ কোয়ান্টায়িত — আর সেখানে বেগটি ইলেকট্রনের, প্রোটনের নয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·বোরের কোয়ান্টায়ন শর্তে ইলেকট্রনের বদলে প্রোটনের বেগ ধরা
- ·স্থায়ী কক্ষে থাকা ইলেকট্রনও শক্তি বিকিরণ করে ধরা
- ·রাদারফোর্ডের পরীক্ষায় অধিকাংশ কণা বেঁকে যায় ধরা — অধিকাংশ সোজা চলে যায়
How alpha and beta decay change the nucleus
আলফা ও বিটা ক্ষয়ে নিউক্লিয়াসের পরিবর্তন
তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ে নিউক্লিয়াসের গঠন বদলে যায়, আর কীভাবে বদলায় তা নিয়মে বাঁধা। আলফা ক্ষয়ে নিউক্লিয়াস একটি হিলিয়াম নিউক্লিয়াস হারায়, তাই ভরসংখ্যা চার কমে এবং পারমাণবিক সংখ্যা দুই কমে — ফলে নতুন মৌলটি পর্যায় সারণিতে দুই ঘর পিছিয়ে যায়। বিটা ক্ষয়ে নিউক্লিয়াসের একটি নিউট্রন প্রোটনে পরিণত হয় এবং একটি ইলেকট্রন বেরিয়ে যায়, তাই ভরসংখ্যা অপরিবর্তিত থাকে কিন্তু পারমাণবিক সংখ্যা এক বাড়ে — মৌলটি এক ঘর এগিয়ে যায়। গামা নিঃসরণে কেবল শক্তি বেরোয়, কোনো কণা নয়, তাই ভরসংখ্যা ও পারমাণবিক সংখ্যা দুটোই অপরিবর্তিত থাকে; শুধু নিউক্লিয়াস উত্তেজিত অবস্থা থেকে স্বাভাবিক অবস্থায় ফেরে।
আলফা ক্ষয়: ভরসংখ্যা ৪ কমে, পারমাণবিক সংখ্যা ২ কমে
বিটা ক্ষয়: ভরসংখ্যা অপরিবর্তিত, পারমাণবিক সংখ্যা ১ বাড়ে
বিটা ক্ষয়ে একটি নিউট্রন প্রোটনে পরিণত হয়
গামা নিঃসরণে ভরসংখ্যা ও পারমাণবিক সংখ্যা দুটোই অপরিবর্তিত
আলফা ক্ষয়ে মৌল পর্যায় সারণিতে দুই ঘর পিছায়
বিটা ক্ষয়ে মৌল এক ঘর এগোয়
আইসোটোপে প্রোটন সংখ্যা এক, নিউট্রন সংখ্যা ভিন্ন
হাইড্রোজেনের তিনটি আইসোটোপ: প্রোটিয়াম, ডিউটেরিয়াম ও ট্রিটিয়াম
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
বিটা ক্ষয়ে ভরসংখ্যা বদলায় না — ইলেকট্রনের ভর নগণ্য বলেই।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·বিটা ক্ষয়ে ভরসংখ্যা কমে ধরা — অপরিবর্তিত থাকে
- ·আলফা ক্ষয়ে পারমাণবিক সংখ্যা ৪ কমে ধরা — ভরসংখ্যা ৪, পারমাণবিক সংখ্যা ২
- ·গামা নিঃসরণে মৌল বদলে যায় ধরা
Nuclear fission, fusion and chain reaction
নিউক্লিয়ার ফিশন, ফিউশন ও চেইন বিক্রিয়া
ফিশন হলো ভারী নিউক্লিয়াসের ভেঙে দুটি মাঝারি নিউক্লিয়াসে পরিণত হওয়া, আর ফিউশন হলো দুটি হালকা নিউক্লিয়াসের জোড়া লেগে একটি ভারী নিউক্লিয়াস তৈরি হওয়া। দুটোতেই শক্তি নির্গত হয়, কিন্তু কারণ ও শর্ত আলাদা। ফিশনে একটি নিউট্রন ভারী নিউক্লিয়াসে আঘাত করে, আর ভাঙার সময় আরও কয়েকটি নিউট্রন বেরিয়ে আসে যেগুলো পরবর্তী নিউক্লিয়াসে আঘাত করতে পারে — এভাবেই চেইন বিক্রিয়া চলে, এবং পারমাণবিক চুল্লিতে নিয়ন্ত্রক দণ্ড দিয়ে অতিরিক্ত নিউট্রন শুষে নিয়ে একে নিয়ন্ত্রণে রাখা হয়। ফিউশনের জন্য দরকার অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রা ও চাপ, কারণ দুটি ধনাত্মক নিউক্লিয়াসের বিকর্ষণ কাটিয়ে তাদের কাছে আনতে হয়; সূর্যে এভাবেই শক্তি উৎপন্ন হয়। এই শর্তের কারণেই পৃথিবীতে ফিউশন নিয়ন্ত্রণ করা এখনো অত্যন্ত কঠিন, যেখানে ফিশন নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
ফিশন: ভারী নিউক্লিয়াস ভেঙে দুটি মাঝারি নিউক্লিয়াস
ফিউশন: দুটি হালকা নিউক্লিয়াস জুড়ে একটি ভারী নিউক্লিয়াস
ফিশনে নিউট্রন নির্গত হয়, যা চেইন বিক্রিয়া চালায়
পারমাণবিক চুল্লিতে নিয়ন্ত্রক দণ্ড অতিরিক্ত নিউট্রন শোষণ করে
ফিউশনের জন্য অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রা ও চাপ প্রয়োজন
সূর্যের শক্তির উৎস নিউক্লিয়ার ফিউশন
পৃথিবীতে ফিশন নিয়ন্ত্রণযোগ্য, ফিউশন নিয়ন্ত্রণ করা অত্যন্ত কঠিন
সমান ভরে ফিউশন ফিশনের চেয়ে বেশি শক্তি দেয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
সূর্যে ফিউশন, চুল্লিতে ফিশন — এই জোড়া মনে রাখলে অর্ধেক প্রশ্ন সরাসরি মিলে যায়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·সূর্যের শক্তির উৎস ফিশন ধরা — সেটি ফিউশন
- ·ফিউশন সহজে নিয়ন্ত্রণযোগ্য ধরা
- ·ফিউশনে নিউট্রন আঘাত লাগে ধরা — নিউট্রন আঘাত ফিশনের বৈশিষ্ট্য
Fundamental particles and the four forces
মৌলিক কণা ও চারটি মৌলিক বল
প্রকৃতিতে চারটি মৌলিক বল আছে: মহাকর্ষ বল, তাড়িতচৌম্বক বল, সবল নিউক্লিয়ার বল ও দুর্বল নিউক্লিয়ার বল। প্রাবল্যের দিক থেকে সবল নিউক্লিয়ার বল সবচেয়ে শক্তিশালী এবং মহাকর্ষ বল সবচেয়ে দুর্বল, যদিও মহাকর্ষের পাল্লা অসীম বলে বড় স্কেলে সেটিই প্রধান হয়ে ওঠে। নিউক্লিয়াসের ভিতরে ধনাত্মক প্রোটনগুলো পরস্পরকে বিকর্ষণ করা সত্ত্বেও একসঙ্গে থাকে সবল নিউক্লিয়ার বলের কারণে, আর ইলেকট্রনকে নিউক্লিয়াসের সঙ্গে বেঁধে রাখে তাড়িতচৌম্বক বল। আবদুস সালাম, স্টিফেন ওয়াইনবার্গ ও শেলডন গ্ল্যাশো দেখান যে তাড়িতচৌম্বক বল ও দুর্বল নিউক্লিয়ার বল আসলে একই বলের দুই রূপ, যাকে বলা হয় তড়িৎ-দুর্বল বল; এই কাজের জন্য তাঁরা নোবেল পুরস্কার পান। হিগস বোসন কণাটি গণমাধ্যমে 'ঈশ্বর কণা' নামে পরিচিত।
চারটি মৌলিক বল: মহাকর্ষ, তাড়িতচৌম্বক, সবল ও দুর্বল নিউক্লিয়ার
সবচেয়ে শক্তিশালী সবল নিউক্লিয়ার বল; সবচেয়ে দুর্বল মহাকর্ষ বল
মহাকর্ষ ও তাড়িতচৌম্বক বলের পাল্লা অসীম
নিউক্লিয়ার বল দুটির পাল্লা অত্যন্ত ক্ষুদ্র, নিউক্লিয়াসের ভিতরেই সীমাবদ্ধ
ইলেকট্রনকে নিউক্লিয়াসের সঙ্গে আবদ্ধ রাখে তাড়িতচৌম্বক বল
আবদুস সালাম ও স্টিফেন ওয়াইনবার্গ তাড়িতচৌম্বক ও দুর্বল নিউক্লিয়ার বল একীভূত করেন
হিগস বোসন 'ঈশ্বর কণা' নামে পরিচিত
পজিট্রন ইলেকট্রনের প্রতিকণা; ইলেকট্রনের সঙ্গে মিলিত হলে দুটিই বিলুপ্ত হয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
বাংলাদেশি নোবেলজয়ী নন, কিন্তু আবদুস সালাম দক্ষিণ এশিয়ার — তড়িৎ-দুর্বল একীকরণের প্রশ্নে তাঁর নামই আসে।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·মহাকর্ষ বলকে সবচেয়ে শক্তিশালী ধরা — এটি সবচেয়ে দুর্বল
- ·ইলেকট্রনকে ধরে রাখে সবল নিউক্লিয়ার বল ধরা — সেটি তাড়িতচৌম্বক বল
- ·পজিট্রনকে স্থায়ী কণা ধরা — ইলেকট্রনের সঙ্গে মিলিত হয়ে দ্রুত বিলুপ্ত হয়
Half-life, decay constant and average life
অর্ধায়ু, ক্ষয় ধ্রুবক ও গড় আয়ু
অর্ধায়ু হলো সেই সময়, যে সময়ে কোনো তেজস্ক্রিয় নমুনার অর্ধেক পরমাণু ক্ষয়ে যায়। এর একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হলো অর্ধায়ু নমুনার পরিমাণের উপর নির্ভর করে না — এক গ্রাম হোক বা এক কিলোগ্রাম, অর্ধায়ু একই থাকে, কারণ এটি ওই মৌলের নিজস্ব ধর্ম। হিসাবের প্রশ্নে সাধারণত জিজ্ঞাসা করা হয় কতগুলো অর্ধায়ু পার হলে কত অংশ অবশিষ্ট থাকবে; প্রতিটি অর্ধায়ুতে অবশিষ্ট অংশ অর্ধেক হয়, তাই দুই অর্ধায়ু পরে এক-চতুর্থাংশ, তিন অর্ধায়ু পরে এক-অষ্টমাংশ থাকে। ক্ষয় ধ্রুবক অর্ধায়ুর সঙ্গে ব্যস্তভাবে যুক্ত — ক্ষয় ধ্রুবক বেশি মানে ক্ষয় দ্রুত, তাই অর্ধায়ু কম। গড় আয়ু অর্ধায়ুর চেয়ে কিছুটা বেশি এবং এটি ক্ষয় ধ্রুবকের বিপরীত।
অর্ধায়ু = নমুনার অর্ধেক পরমাণু ক্ষয়ে যেতে লাগা সময়
অর্ধায়ু নমুনার পরিমাণের উপর নির্ভর করে না
প্রতিটি অর্ধায়ুতে অবশিষ্ট অংশ অর্ধেক হয়
দুই অর্ধায়ু পরে এক-চতুর্থাংশ, তিন অর্ধায়ু পরে এক-অষ্টমাংশ অবশিষ্ট
ক্ষয় ধ্রুবক ও অর্ধায়ু পরস্পর ব্যস্তানুপাতিক
গড় আয়ু ক্ষয় ধ্রুবকের বিপরীত এবং অর্ধায়ুর চেয়ে বড়
ক্ষয় একটি সম্ভাব্যতাভিত্তিক প্রক্রিয়া — কোন পরমাণু কখন ক্ষয়ে যাবে তা বলা যায় না
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
অর্ধায়ু নমুনার ভরের উপর নির্ভর করে না — 'বেশি নমুনা মানে বেশি অর্ধায়ু' বিকল্পটি সবসময় ভুল।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·অর্ধায়ুকে নমুনার পরিমাণের উপর নির্ভরশীল ধরা
- ·দুই অর্ধায়ু পরে সবটুকু ক্ষয়ে যায় ধরা — এক-চতুর্থাংশ অবশিষ্ট থাকে
- ·গড় আয়ু ও অর্ধায়ুকে সমান ধরা
Mass defect, binding energy and mass-energy equivalence
ভরত্রুটি, বন্ধন শক্তি ও ভর-শক্তি সমতা
একটি নিউক্লিয়াসের প্রকৃত ভর তার ভিতরের প্রোটন ও নিউট্রনগুলোর আলাদা আলাদা ভরের যোগফলের চেয়ে সামান্য কম — এই ঘাটতিকে বলে ভরত্রুটি। হারিয়ে যাওয়া ভর ধ্বংস হয় না, তা শক্তিতে রূপান্তরিত হয়ে নিউক্লিয়াসকে বেঁধে রাখে, আর সেই শক্তিই বন্ধন শক্তি। ভর ও শক্তির এই বিনিময় সম্ভব কারণ আইনস্টাইনের ভর-শক্তি সম্পর্ক অনুযায়ী ভর ও শক্তি একই জিনিসের দুই রূপ, আর রূপান্তরের হার নির্ধারিত হয় আলোর বেগের বর্গ দিয়ে — সেজন্যই সামান্য ভর থেকে বিপুল শক্তি পাওয়া যায়। প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি যত বেশি, নিউক্লিয়াস তত স্থায়ী। এই রাশিটি লোহার আশেপাশে সর্বোচ্চ, আর সেজন্যই লোহার চেয়ে হালকা মৌল ফিউশনে এবং ভারী মৌল ফিশনে শক্তি ছাড়ে।
ভরত্রুটি = নিউক্লিয়নগুলোর মোট ভর − নিউক্লিয়াসের প্রকৃত ভর
ভরত্রুটি শক্তিতে রূপান্তরিত হয়ে বন্ধন শক্তি হিসেবে থাকে
ভর-শক্তি সম্পর্কে রূপান্তরের হার আলোর বেগের বর্গ
প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি বেশি হলে নিউক্লিয়াস বেশি স্থায়ী
প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি লোহার কাছাকাছি সর্বোচ্চ
হালকা মৌল ফিউশনে শক্তি ছাড়ে; ভারী মৌল ফিশনে শক্তি ছাড়ে
ভর ও শক্তি একই সত্তার দুই রূপ — একটি অন্যটিতে রূপান্তরযোগ্য
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
কেন দুই বিপরীত প্রক্রিয়াই শক্তি দেয় — কারণ দুটোই লোহার শীর্ষবিন্দুর দিকে এগোয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·ভরত্রুটিকে পরিমাপের ভুল ধরা — এটি প্রকৃত ভৌত ঘাটতি
- ·বন্ধন শক্তি ও প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তিকে একই ধরা
- ·ভারী মৌলেও ফিউশনে শক্তি পাওয়া যায় ধরা
Photoelectric effect and work function
আলোক তড়িৎ ক্রিয়া ও কার্যাপেক্ষক
ধাতুর পৃষ্ঠে যথেষ্ট শক্তিসম্পন্ন আলো পড়লে সেখান থেকে ইলেকট্রন বেরিয়ে আসে — এটিই আলোক তড়িৎ ক্রিয়া, আর এই ঘটনাই প্রমাণ করে আলো কেবল তরঙ্গ নয়, কণার মতোও আচরণ করে। ধাতু থেকে একটি ইলেকট্রন মুক্ত করতে যে ন্যূনতম শক্তি লাগে তাকে বলে কার্যাপেক্ষক, আর যে ন্যূনতম কম্পাঙ্কের আলো তা করতে পারে তাকে বলে সূচন কম্পাঙ্ক। মূল কথাটি হলো ইলেকট্রন বেরোবে কি না তা আলোর তীব্রতার উপর নির্ভর করে না, নির্ভর করে কম্পাঙ্কের উপর — সূচন কম্পাঙ্কের নিচে যত উজ্জ্বল আলোই ফেলা হোক, কোনো ইলেকট্রন বেরোবে না। তীব্রতা বাড়ালে বেরোনো ইলেকট্রনের সংখ্যা বাড়ে, কিন্তু তাদের সর্বোচ্চ গতিশক্তি বাড়ে না; গতিশক্তি বাড়াতে হলে কম্পাঙ্ক বাড়াতে হবে। ঠিক সূচন কম্পাঙ্কে নির্গত ইলেকট্রনের গতিশক্তি শূন্য, তাই বেগও শূন্য।
আলোক তড়িৎ ক্রিয়া আলোর কণা প্রকৃতির প্রমাণ
কার্যাপেক্ষক = ইলেকট্রন মুক্ত করতে প্রয়োজনীয় ন্যূনতম শক্তি
সূচন কম্পাঙ্কের নিচে যত তীব্র আলোই হোক, ইলেকট্রন নির্গত হয় না
তীব্রতা বাড়ালে নির্গত ইলেকট্রনের সংখ্যা বাড়ে
কম্পাঙ্ক বাড়ালে নির্গত ইলেকট্রনের সর্বোচ্চ গতিশক্তি বাড়ে
ঠিক সূচন কম্পাঙ্কে নির্গত ইলেকট্রনের গতিশক্তি ও বেগ শূন্য
আলোক কোয়ান্টাম তত্ত্বের প্রবর্তক ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক; আলোক তড়িৎ ক্রিয়ার ব্যাখ্যা আইনস্টাইনের
ফোটনের শক্তি তার কম্পাঙ্কের সমানুপাতিক
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
সূচন কম্পাঙ্কে বেগ শূন্য — 'সর্বোচ্চ বেগ' ভেবে ধনাত্মক উত্তর বেছে নেওয়াই এখানে ফাঁদ।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·তীব্রতা বাড়ালে ইলেকট্রনের গতিশক্তি বাড়ে ধরা — সংখ্যা বাড়ে, গতিশক্তি নয়
- ·সূচন কম্পাঙ্কের নিচেও তীব্র আলোয় ইলেকট্রন বেরোয় ধরা
- ·আলোক তড়িৎ ক্রিয়াকে আলোর তরঙ্গ প্রকৃতির প্রমাণ ধরা
Quantum theory, photons and wave-particle duality
কোয়ান্টাম তত্ত্ব, ফোটন ও দ্বৈত প্রকৃতি
ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক দেখিয়েছিলেন যে শক্তি অবিচ্ছিন্নভাবে নয়, ছোট ছোট গুচ্ছে বা প্যাকেটে বিনিময় হয়, আর আলোর ক্ষেত্রে সেই প্যাকেটকে বলা হয় ফোটন। একটি ফোটনের শক্তি তার কম্পাঙ্কের সমানুপাতিক, তাই বেশি কম্পাঙ্কের আলো মানে বেশি শক্তিশালী ফোটন। ফোটনের স্থির ভর শূন্য, অথচ তার ভরবেগ আছে — শূন্য স্থির ভরের কণা আলোর বেগে চলতে পারে, এটাই আপেক্ষিকতার একটি ফল। দ্য ব্রগলি এর পরের ধাপটি নিয়েছিলেন: যদি তরঙ্গ কণার মতো আচরণ করতে পারে, তবে কণাও তরঙ্গের মতো আচরণ করতে পারবে, আর কণার সঙ্গে জড়িত তরঙ্গদৈর্ঘ্য তার ভরবেগের ব্যস্তানুপাতিক। এজন্যই ইলেকট্রনের মতো ক্ষুদ্র কণার তরঙ্গধর্ম মাপা যায়, কিন্তু দৈনন্দিন বস্তুর ক্ষেত্রে তরঙ্গদৈর্ঘ্য এত ছোট যে তা ধরা পড়ে না।
শক্তি অবিচ্ছিন্ন নয়, কোয়ান্টাম বা প্যাকেটে বিনিময় হয়
আলোর কোয়ান্টামকে ফোটন বলে
ফোটনের শক্তি কম্পাঙ্কের সমানুপাতিক
ফোটনের স্থির ভর শূন্য, কিন্তু ভরবেগ আছে
দ্য ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য ভরবেগের ব্যস্তানুপাতিক
ভারী বা দ্রুতগামী কণার দ্য ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য ছোট
কোয়ান্টাম তত্ত্বের প্রবর্তক ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক
হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তা নীতি: অবস্থান ও ভরবেগ একসঙ্গে নিখুঁতভাবে জানা সম্ভব নয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
ফোটনের স্থির ভর শূন্য কিন্তু ভরবেগ শূন্য নয় — এই দুটি একসঙ্গে সত্য।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·ফোটনের ভরবেগ নেই ধরা — স্থির ভর শূন্য হলেও ভরবেগ আছে
- ·দ্য ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে ভরবেগের সমানুপাতিক ধরা — ব্যস্তানুপাতিক
- ·কোয়ান্টাম তত্ত্বের প্রবর্তক হিসেবে আইনস্টাইনকে বলা — প্রবর্তক প্ল্যাঙ্ক
Radioactivity and the three radiations
তেজস্ক্রিয়তা ও তিন ধরনের রশ্মি
কিছু ভারী মৌলের নিউক্লিয়াস অস্থায়ী, তাই তারা নিজে থেকেই রশ্মি নিঃসরণ করে ভেঙে যায় — এই ঘটনাকে বলে তেজস্ক্রিয়তা। এটি সম্পূর্ণভাবে নিউক্লিয়াসের ব্যাপার, ইলেকট্রনের নয়; তাই তাপ, চাপ বা রাসায়নিক বিক্রিয়া দিয়ে তেজস্ক্রিয়তার হার বদলানো যায় না। নিঃসৃত রশ্মি তিন ধরনের। আলফা কণা হলো হিলিয়াম নিউক্লিয়াস, ধনাত্মক আধানযুক্ত, ভারী, তাই ভেদন ক্ষমতা সবচেয়ে কম কিন্তু আয়নীভবন ক্ষমতা সবচেয়ে বেশি। বিটা কণা হলো দ্রুতগামী ইলেকট্রন, ঋণাত্মক, মাঝারি ভেদন ক্ষমতা। গামা রশ্মি আধানহীন ও ভরহীন তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ, তাই ভেদন ক্ষমতা সবচেয়ে বেশি কিন্তু আয়নীভবন ক্ষমতা সবচেয়ে কম। ভেদন ও আয়নীভবন ক্ষমতা সবসময় বিপরীত ক্রমে চলে।
তেজস্ক্রিয়তা নিউক্লিয়াসের ধর্ম; তাপ, চাপ বা রাসায়নিক পরিবর্তনে বদলায় না
আলফা কণা = হিলিয়াম নিউক্লিয়াস, ধনাত্মক আধান
বিটা কণা = দ্রুতগামী ইলেকট্রন, ঋণাত্মক আধান
গামা রশ্মি = আধানহীন ও ভরহীন তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ
ভেদন ক্ষমতার ক্রম: গামা > বিটা > আলফা
আয়নীভবন ক্ষমতার ক্রম ঠিক উল্টো: আলফা > বিটা > গামা
গামা রশ্মির নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য আছে — অত্যন্ত ক্ষুদ্র, কিন্তু শূন্য নয়
আলফা কাগজে, বিটা অ্যালুমিনিয়াম পাতে, গামা সীসার পুরু স্তরে বাধা পায়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
ভেদন ও আয়নীভবন সবসময় উল্টো ক্রমে — একটি মনে থাকলে অন্যটি বেরিয়ে আসে।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·গামা রশ্মির তরঙ্গদৈর্ঘ্য নেই বলা — অত্যন্ত ক্ষুদ্র হলেও নির্দিষ্ট মান আছে
- ·গামা রশ্মিকে কণা ধরা — এটি ভরহীন তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ
- ·তাপ বা চাপ বাড়িয়ে তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের হার বদলানো যায় ধরা
Special relativity: length contraction and time dilation
বিশেষ আপেক্ষিকতা: দৈর্ঘ্য সংকোচন ও কালদীর্ঘায়ন
আইনস্টাইনের বিশেষ আপেক্ষিকতা দুটি স্বীকার্যের উপর দাঁড়ানো: পদার্থবিজ্ঞানের সূত্র সব জড় কাঠামোতে একই, আর শূন্যে আলোর বেগ সব পর্যবেক্ষকের কাছে একই — উৎস বা পর্যবেক্ষক যত দ্রুতই চলুক না কেন। এই দ্বিতীয় স্বীকার্য থেকেই অদ্ভুত ফলগুলো আসে। কোনো বস্তু আলোর বেগের কাছাকাছি বেগে চললে স্থির পর্যবেক্ষকের কাছে তার দৈর্ঘ্য গতির দিকে সংকুচিত মনে হয়, আর তার ঘড়ি ধীরে চলছে বলে মনে হয় — এগুলোকে বলে দৈর্ঘ্য সংকোচন ও কালদীর্ঘায়ন। একই সঙ্গে বস্তুর ভর বেড়ে যায়, এবং বেগ আলোর বেগের সমান হলে ভর অসীম হয়ে পড়ত — এজন্যই ভরযুক্ত কোনো বস্তু আলোর বেগে পৌঁছাতে পারে না। মাইকেলসন-মোরলে পরীক্ষা এথারের অস্তিত্ব খুঁজতে গিয়ে ব্যর্থ হয়েছিল, আর সেই ব্যর্থতাই আপেক্ষিকতার পথ খুলে দেয়।
প্রথম স্বীকার্য: পদার্থবিজ্ঞানের সূত্র সব জড় কাঠামোতে একই
দ্বিতীয় স্বীকার্য: শূন্যে আলোর বেগ সব পর্যবেক্ষকের কাছে একই
উচ্চ বেগে দৈর্ঘ্য গতির দিকে সংকুচিত হয়
উচ্চ বেগে চলমান ঘড়ি ধীরে চলে — কালদীর্ঘায়ন
বেগ বাড়লে ভর বাড়ে
ভরযুক্ত বস্তু আলোর বেগে পৌঁছাতে পারে না
আলোর বেগে চলা কণার স্থির ভর অবশ্যই শূন্য
মাইকেলসন-মোরলে পরীক্ষা এথারের অস্তিত্ব খুঁজে পায়নি
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
আলোর বেগে চলা কণার স্থির ভর শূন্য — প্রশ্নটি ঘুরিয়ে জিজ্ঞাসা করা হলেও উত্তর এটাই।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·দৈর্ঘ্য সব দিকে সংকুচিত হয় ধরা — কেবল গতির দিকে
- ·উচ্চ বেগে ঘড়ি দ্রুত চলে ধরা — ধীরে চলে
- ·আলোর বেগে চলা কণার স্থির ভর অসীম ধরা — স্থির ভর শূন্য হতে হয়
Solar cells and energy-efficient lighting
সৌর কোষ ও শক্তি-সাশ্রয়ী আলো
সৌর কোষ আলোক শক্তিকে সরাসরি তড়িৎ শক্তিতে রূপান্তর করে, আর এর ভিত্তি হলো সিলিকনের তৈরি একটি পি-এন জংশন — আলো পড়লে জংশনে ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি হয় এবং বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হয়। এটি নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস এবং চলার সময় কোনো দূষণ ঘটায় না, তবে রাতে বা মেঘলা দিনে কাজ করে না, তাই সঞ্চয়ের জন্য ব্যাটারি লাগে। ব্যবহারের প্রশ্নে সাধারণত জিজ্ঞাসা করা হয় কোথায় সৌর কোষ ব্যবহৃত হয় না — কৃত্রিম উপগ্রহ, ক্যালকুলেটর ও সৌর প্যানেলে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু সাধারণ তাপীয় যন্ত্রে নয়। শক্তি-সাশ্রয়ী আলোর প্রশ্নে দুটি প্রযুক্তি আসে: কমপ্যাক্ট ফ্লুরোসেন্ট বাতিতে পারদ বাষ্প ব্যবহৃত হয়, আর এলইডি বাতি অর্ধপরিবাহী জংশনে কাজ করে এবং এখন সবচেয়ে সাশ্রয়ী।
সৌর কোষ আলোক শক্তিকে সরাসরি তড়িৎ শক্তিতে রূপান্তর করে
সৌর কোষের গঠন সিলিকনের পি-এন জংশন
সৌর কোষ নবায়নযোগ্য ও দূষণমুক্ত, তবে রাতে কাজ করে না
কৃত্রিম উপগ্রহ ও ক্যালকুলেটরে সৌর কোষ ব্যবহৃত হয়
কমপ্যাক্ট ফ্লুরোসেন্ট বাতিতে পারদ বাষ্প থাকে
এলইডি বাতি অর্ধপরিবাহী জংশনে কাজ করে
এলইডি বর্তমানে সবচেয়ে শক্তি-সাশ্রয়ী আলোর উৎস
পারদ থাকায় সিএফএল বাতির বর্জ্য ব্যবস্থাপনায় সতর্কতা প্রয়োজন
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
সিএফএলে পারদ, এলইডিতে অর্ধপরিবাহী — কোন বাতিতে কী, এই জোড়াই জিজ্ঞাসিত হয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·সৌর কোষকে তাপ শক্তি থেকে তড়িৎ উৎপাদনকারী ধরা — এটি আলোক শক্তি থেকে
- ·এলইডি বাতিতে পারদ থাকে ধরা — পারদ থাকে সিএফএলে
- ·সৌর কোষকে অনবায়নযোগ্য ধরা
X-rays and cathode rays
এক্স-রশ্মি ও ক্যাথোড রশ্মি
ক্যাথোড রশ্মি আসলে দ্রুতগামী ইলেকট্রনের স্রোত, তাই এরা ঋণাত্মক আধানযুক্ত, তড়িৎ ও চৌম্বক ক্ষেত্রে বিচ্যুত হয়, এবং একই আধান বহন করার কারণে পরস্পরকে বিকর্ষণ করে — আকর্ষণ নয়, এই ফাঁদটি প্রশ্নে আসে। এই উচ্চগতিসম্পন্ন ইলেকট্রন যখন কোনো ভারী ধাতব লক্ষ্যবস্তুতে সজোরে আঘাত করে হঠাৎ থেমে যায়, তখন এক্স-রশ্মি বা রঞ্জনরশ্মি উৎপন্ন হয়। এক্স-রশ্মি ক্যাথোড রশ্মির মতো কণা নয়, এটি একটি তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ — তাই এর কোনো আধান বা ভর নেই এবং তড়িৎ বা চৌম্বক ক্ষেত্রে বিচ্যুত হয় না। ভেদন ক্ষমতার তুলনায় গামা রশ্মি এক্স-রশ্মির চেয়ে বেশি ভেদক, কারণ গামার তরঙ্গদৈর্ঘ্য আরও ছোট। দুটির উৎসও আলাদা — এক্স-রশ্মি আসে ইলেকট্রনীয় প্রক্রিয়া থেকে, গামা আসে নিউক্লিয়াস থেকে।
ক্যাথোড রশ্মি হলো দ্রুতগামী ইলেকট্রনের স্রোত
ক্যাথোড রশ্মি একই ঋণাত্মক আধানযুক্ত হওয়ায় পরস্পরকে বিকর্ষণ করে
ক্যাথোড রশ্মি তড়িৎ ও চৌম্বক ক্ষেত্রে বিচ্যুত হয়
উচ্চগতির ইলেকট্রন ধাতব লক্ষ্যবস্তুতে আঘাত করলে এক্স-রশ্মি উৎপন্ন হয়
এক্স-রশ্মি তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ — আধান ও ভরহীন, ক্ষেত্রে বিচ্যুত হয় না
গামা রশ্মির ভেদন ক্ষমতা এক্স-রশ্মির চেয়ে বেশি
এক্স-রশ্মির উৎস ইলেকট্রনীয় প্রক্রিয়া; গামা রশ্মির উৎস নিউক্লিয়াস
এক্স-রশ্মি চিকিৎসায় রোগনির্ণয়ে এবং কেলাস গঠন বিশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
এক্স-রশ্মি ক্ষেত্রে বিচ্যুত হয় না, ক্যাথোড রশ্মি হয় — আধান আছে কি নেই, সেটাই পার্থক্য।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·ক্যাথোড রশ্মি পরস্পরকে আকর্ষণ করে ধরা — একই আধান, তাই বিকর্ষণ
- ·এক্স-রশ্মি চৌম্বক ক্ষেত্রে বিচ্যুত হয় ধরা
- ·এক্স-রশ্মি ও গামা রশ্মির উৎস অদলবদল করা