স্থির তড়িৎ — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্রের ২য় অধ্যায়। এখানে ৭২৩টি প্রশ্ন আছে — বোর্ড, ঢাবি, বুয়েট আর মেডিকেল ভর্তি পরীক্ষা থেকে বাছাই করা, প্রতিটার নিচে পূর্ণ ব্যাখ্যা দেওয়া। উত্তর দেখার আগে নিজে একবার চেষ্টা করে নিও।
-
১৮১
একটি ধাতব গোলকের আধান q এবং তা থেকে r দূরত্বে (r গোলকের ব্যাসার্ধের চেয়ে অনেক বড়) আরেকটি আধান আছে। গোলকটির ব্যাসার্ধ দ্বিগুণ করলে (আধান অপরিবর্তিত) বলের কী হবে?
- ক অপরিবর্তিত থাকবে
- খ অর্ধেক হবে
- গ দ্বিগুণ হবে
- ঘ এক-চতুর্থাংশ হবে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) অপরিবর্তিত থাকবে
সুষমভাবে আহিত গোলীয় পরিবাহী তার বাইরের যেকোনো বিন্দুর জন্য কেন্দ্রে জমা বিন্দু আধানের মতোই আচরণ করে।
কেন্দ্রের অবস্থান বা মোট আধান বদলায়নি ⟹ বল অপরিবর্তিত
এটি গাউসের সূত্রের সরাসরি ফল — মহাকর্ষে গোলীয় খোলস উপপাদ্যের ঠিক সমতুল্য।
তবে গোলকটি এত বড় হলে যে দ্বিতীয় আধান তার পৃষ্ঠের কাছে চলে আসে, তখন আর এই সরল হিসাব খাটবে না। -
১৮২
দুইটি সমান ধনাত্মক আধানের মধ্যে বল 4 N। একটি আধানের অর্ধেক পরিমাণ সরিয়ে নিয়ে অন্যটিতে যোগ করে দিলে (দূরত্ব অপরিবর্তিত) নতুন বল কত হবে?
- ক 4 N
- খ 2 N
- গ 3 N
- ঘ 6 N
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 3 N
শুরুতে দুইটিই q ⟹ F ∝ q2 = 4 N
অর্ধেক সরানোর পর: q2 এবং 3q2
নতুন গুণফল = q2 × 3q2 = 3q24
F′ = 34 × 4 = 3 N
মোট আধান একই (2q) থাকলেও বল কমে গেল — যোগফল স্থির রেখে গুণফল সর্বোচ্চ হয় সমান ভাগেই। -
১৮৩
একটি বস্তু থেকে 1012টি ইলেকট্রন সরিয়ে নেওয়া হলো। বস্তুটির আধান কত হবে?
- ক 1.6 × 10−7 C (ঋণাত্মক)
- খ 1.6 × 10−31 C (ধনাত্মক)
- গ 1.6 × 10−7 C (ধনাত্মক)
- ঘ 1.6 × 107 C (ধনাত্মক)
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 1.6 × 10−7 C (ধনাত্মক)
q = ne = 1012 × 1.6 × 10−19 = 1.6 × 10−7 C
ইলেকট্রন সরিয়ে নেওয়া হয়েছে ⟹ বস্তুটি ইলেকট্রন ঘাটতিতে পড়েছে ⟹ আধান ধনাত্মক
ইলেকট্রন যোগ করলে হতো ঋণাত্মক (অপশন খ)।
ঘর্ষণে আধান তৈরি হয় না — কেবল এক বস্তু থেকে অন্য বস্তুতে ইলেকট্রন স্থানান্তরিত হয়। এটিই আধান সংরক্ষণ সূত্র। -
১৮৪
কুলম্ব বল সম্পর্কে নিচের কোন উক্তিটি সঠিক?
- ক এটি অসংরক্ষণশীল বল
- খ এটি কেন্দ্রীয় ও সংরক্ষণশীল বল, এবং নিউটনের তৃতীয় সূত্র মেনে চলে
- গ এটি কেন্দ্রীয় নয়, তাই কৌণিক ভরবেগ সংরক্ষিত হয় না
- ঘ বড় আধান ছোট আধানের ওপর বেশি বল প্রয়োগ করে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) এটি কেন্দ্রীয় ও সংরক্ষণশীল বল, এবং নিউটনের তৃতীয় সূত্র মেনে চলে
কেন্দ্রীয়: বল দুই আধানের সংযোগ রেখা বরাবর ⟹ টর্ক শূন্য ⟹ কৌণিক ভরবেগ সংরক্ষিত
সংরক্ষণশীল: বদ্ধ পথে কৃত কাজ শূন্য ⟹ তড়িৎ বিভবশক্তি সংজ্ঞায়িত করা যায়
তৃতীয় সূত্র: দুইটি আধান পরস্পরের ওপর সমান ও বিপরীত বল প্রয়োগ করে — আধানের মান যতই আলাদা হোক।
সূত্রেই q1q2 গুণফল আছে, যা দুই দিক থেকেই একই — তাই "বড় আধান বেশি বল দেয়" ধারণাটি ভুল। -
১৮৫
a বাহুবিশিষ্ট একটি সমবাহু ত্রিভুজের তিন শীর্ষে সমান q আধান রাখা হলো। যেকোনো একটি আধানের ওপর লব্ধি বলের মান কত?
- ক √3 kq2a2
- খ 2 kq2a2
- গ kq2a2
- ঘ 3 kq2a2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) √3 kq2a2
বাকি দুইটি আধান প্রতিটি F = kq2a2 বলে বিকর্ষণ করছে
সমবাহু ত্রিভুজে দুই বলের মধ্যবর্তী কোণ 60°
লব্ধি = 2F cos 30° = √3 F
দিক ত্রিভুজের কেন্দ্র থেকে বাইরের দিকে — তিনটি আধানই বাইরের দিকে ছিটকে যেতে চায়, তাই ব্যবস্থাটি অস্থিতিশীল। -
১৮৬
দুইটি আধান +q ও +9q পরস্পর থেকে d দূরত্বে আছে। এদের সংযোগ রেখার কোন বিন্দুতে একটি তৃতীয় আধান রাখলে তার ওপর লব্ধি বল শূন্য হবে?
- ক ছোট আধান (+q) থেকে d3 দূরত্বে
- খ ছোট আধান (+q) থেকে d10 দূরত্বে
- গ বড় আধান (+9q) থেকে d4 দূরত্বে
- ঘ ছোট আধান (+q) থেকে d4 দূরত্বে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) ছোট আধান (+q) থেকে d4 দূরত্বে
বিন্দুটি +q থেকে x দূরে হলে:
kqx2 = 9kq(d − x)2
1x = 3d − x ⟹ d − x = 3x
x = d4
আধানের অনুপাত 9 হলেও দূরত্বের অনুপাত 3 — বর্গমূল নিতে হয় বলেই।
দুইটি আধান একই চিহ্নের হওয়ায় নিরপেক্ষ বিন্দুটি তাদের মাঝখানে পড়ে; বিপরীত চিহ্নের হলে বাইরে পড়ত। -
১৮৭
একটি বর্গক্ষেত্রের চার শীর্ষে সমান q আধান আছে এবং কেন্দ্রে Q আধান রাখা হলো। কেন্দ্রের আধানটির ওপর লব্ধি বল কত?
- ক শূন্য
- খ 4kqQa2
- গ 2√2 kqQa2
- ঘ kqQa2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) শূন্য
কেন্দ্র থেকে চার শীর্ষের দূরত্ব সমান ⟹ চারটি বলের মান সমান
বিপরীত কর্ণের দুইটি আধান কেন্দ্রের দুই পাশে ঠিক বিপরীত দিকে — তাদের বল কাটাকাটি হয়ে যায়। অন্য কর্ণেও একই ঘটনা।
⟹ লব্ধি শূন্য
তবে ভারসাম্যটি অস্থিতিশীল — Q-কে সামান্য সরালেই সে আর ফিরে আসবে না। আর্নশ-এর উপপাদ্য অনুসারে কেবল স্থির আধান দিয়ে স্থিতিশীল ভারসাম্য তৈরি করা অসম্ভব। -
১৮৮
একটি সরলরেখায় +4q, Q ও +q আধান তিনটি এমনভাবে আছে যে Q দুই প্রান্তের ঠিক মাঝখানে নয়, বরং +q থেকে d3 দূরে (মোট দূরত্ব d)। Q-এর ওপর লব্ধি বল সম্পর্কে কোনটি সঠিক?
- ক লব্ধি বল +4q-এর দিকে
- খ লব্ধি বল +q-এর দিকে
- গ তথ্য অপর্যাপ্ত
- ঘ লব্ধি বল শূন্য
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) লব্ধি বল শূন্য
Q থেকে +q-এর দূরত্ব d3, +4q-এর দূরত্ব 2d3
+q থেকে বল: ∝ q(d/3)2 = 9qd2
+4q থেকে বল: ∝ 4q(2d/3)2 = 9qd2
দুইটি সমান ও বিপরীত ⟹ লব্ধি শূন্য ✔
অর্থাৎ এটিই নিরপেক্ষ বিন্দু — Q-এর মান বা চিহ্ন যাই হোক, ফলাফল একই। -
১৮৯
a বাহুবিশিষ্ট একটি বর্গক্ষেত্রের চার শীর্ষে সমান q আধান আছে। যেকোনো একটি আধানের ওপর লব্ধি বলের মান কত?
- ক kq2a2 (2 + 12)
- খ 2 kq2a2
- গ kq2a2 (√2 + 12)
- ঘ √2 kq2a2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) kq2a2 (√2 + 12)
সন্নিহিত দুইটি (দূরত্ব a): প্রতিটি F, পরস্পর লম্ব ⟹ লব্ধি √2 F, দিক কর্ণ বরাবর
কর্ণের আধান (দূরত্ব a√2): F′ = F2, দিকও কর্ণ বরাবর
তিনটিই একই দিকে ⟹ মোট = kq2a2(√2 + 12) ≈ 1.91 F
কর্ণের দূরত্ব √2 গুণ বলে সেই বল ঠিক অর্ধেক — বর্গ করতে ভুললেই উত্তর বদলে যায়। -
১৯০
দুইটি আধান +4q ও −q পরস্পর থেকে d দূরত্বে আছে। সংযোগ রেখার কোথায় তৃতীয় একটি আধান রাখলে তার ওপর লব্ধি বল শূন্য হবে?
- ক দুই আধানের মাঝে, +4q থেকে 2d3 দূরত্বে
- খ −q-এর বাইরের দিকে, তার থেকে d দূরত্বে
- গ বড় আধানের (+4q) বাইরের দিকে, তার থেকে d দূরত্বে
- ঘ এমন কোনো বিন্দু নেই
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) −q-এর বাইরের দিকে, তার থেকে d দূরত্বে
প্রথমে দিক ঠিক করি: আধান দুইটি বিপরীত চিহ্নের ⟹ মাঝখানে দুইটি বল একই দিকে কাজ করে, কাটাকাটি হয় না ⟹ নিরপেক্ষ বিন্দু অবশ্যই বাইরে।
আবার বল সমান হতে হলে বিন্দুটি ছোট আধানের কাছে থাকতে হবে ⟹ −q-এর দিকে।
ধরি −q থেকে x দূরে:
4q(d + x)2 = qx2
2d + x = 1x ⟹ 2x = d + x ⟹ x = d
দুই ধাপের কৌশল: একই চিহ্নের আধানে নিরপেক্ষ বিন্দু মাঝে, বিপরীত চিহ্নে বাইরে এবং সবসময় ছোট আধানের পাশে। এই নিয়মটা আগে ঠিক করে নিলে বীজগণিত অনেক সহজ হয়ে যায়। -
১৯১
একটি সরলরেখায় সমদূরত্বে (প্রতিটি ব্যবধান d) তিনটি সমান আধান q রাখা হলো। প্রান্তের একটি আধানের ওপর লব্ধি বলের মান কত?
- ক 5kq24d2
- খ 2kq2d2
- গ 3kq24d2
- ঘ kq2d2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 5kq24d2
প্রান্তের আধানটি বাকি দুইটি থেকে d ও 2d দূরত্বে
F1 = kq2d2, F2 = kq24d2
দুইটিই একই দিকে (বাইরের দিকে) ⟹ যোগ হয়:
F = kq2d2 (1 + 14) = 5kq24d2
মাঝের আধানটির ওপর অবশ্য লব্ধি বল শূন্য — দুই পাশের সমান বল কাটাকাটি হয়ে যায়। -
১৯২
সমান দৈর্ঘ্যের দুইটি সুতায় একই বিন্দু থেকে ঝোলানো দুইটি সমান ভরের ও সমান আধানের ক্ষুদ্র বল পরস্পর থেকে দূরে সরে ভারসাম্যে আছে। ভারসাম্যের শর্ত কোনটি?
- ক sin θ = Fকুলম্বmg
- খ tan θ = Fকুলম্বmg
- গ cos θ = Fকুলম্বmg
- ঘ tan θ = mgFকুলম্ব
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) tan θ = Fকুলম্বmg
প্রতিটি বলের ওপর তিনটি বল — ওজন mg (নিচে), কুলম্ব বল F (অনুভূমিক), সুতার টান T (সুতা বরাবর)।
টানকে দুই উপাংশে ভাগ করে:
T sin θ = F … (i)
T cos θ = mg … (ii)
(i) ÷ (ii): tan θ = Fmg
ভাগ করায় T কেটে গেছে — এ কারণেই টান না জেনেও সমস্যা সমাধান করা যায়।
বলগুলো তরলে ডোবালে ওজন কমে এবং কুলম্ব বলও εr গুণ কমে — তাই কোণ বাড়বে না কমবে, তা দুইটির অনুপাতের ওপর নির্ভর করে। -
১৯৩
সমান দৈর্ঘ্যের দুই সুতায় ঝোলানো দুইটি বলের প্রতিটির ভর 0.1 kg এবং সুতা উল্লম্বের সাথে 45° কোণ করে আছে। প্রতিটি বলের ওপর কুলম্ব বল কত? (g = 10 m s−2)
- ক 1 N
- খ 0.1 N
- গ 10 N
- ঘ 0.5 N
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 1 N
tan θ = Fmg ⟹ F = mg tan θ
tan 45° = 1
F = 0.1 × 10 × 1 = 1 N
কোণ 45° মানেই কুলম্ব বল ঠিক ওজনের সমান — এই বিশেষ ক্ষেত্রটি প্রায়ই প্রশ্নে আসে।
কোণ 60° হলে F হতো mg√3 = 1.73 N। -
১৯৪
একটি বর্গক্ষেত্রের তিন শীর্ষে q আধান ও চতুর্থ শীর্ষে −q আধান আছে। কেন্দ্রে রাখা একটি ধনাত্মক আধানের ওপর লব্ধি বলের দিক কোনটি?
- ক −q আধানটির দিকে
- খ তিনটি q-এর গড় দিকে
- গ লব্ধি বল শূন্য
- ঘ বর্গক্ষেত্রের একটি বাহুর সমান্তরাল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) −q আধানটির দিকে
চারটি শীর্ষেই q থাকলে কেন্দ্রে লব্ধি বল শূন্য হতো।
এখন একটি শীর্ষের আধান q থেকে −q হয়েছে — অর্থাৎ পরিবর্তন 2q পরিমাণ ঋণাত্মক।
উপরিপাতন নীতি: লব্ধি = (চারটি q-এর শূন্য লব্ধি) + (একটি −2q-এর অবদান)
⟹ কেন্দ্রের ধনাত্মক আধানটি ঐ কোণের দিকেই আকৃষ্ট হবে
মান = 2kqQ(a/√2)2 = 4kqQa2
"একটি বদলে দিলে কী যোগ হলো" — এই উপরিপাতন কৌশলটি এমন প্রশ্নে সবচেয়ে দ্রুত কাজ করে। -
১৯৫
দুইটি সমান ধনাত্মক আধান Q পরস্পর থেকে 2a দূরত্বে আছে। এদের সংযোগ রেখার লম্ব সমদ্বিখণ্ডকের ওপর মধ্যবিন্দু থেকে a দূরত্বে রাখা একটি আধান q-এর ওপর লব্ধি বলের মান কত?
- ক 2kQqa2
- খ kQq√2 a2
- গ kQq2a2
- ঘ শূন্য
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) kQq√2 a2
প্রতিটি Q থেকে দূরত্ব = a2 + a2 = a√2
প্রতিটি বল = kQq2a2, দুইটির মধ্যবর্তী কোণ 90°
অনুভূমিক উপাংশ কাটাকাটি; উল্লম্ব উপাংশ যোগ হয়:
F = 2 × kQq2a2 × cos 45° = kQqa2 × 1√2 = kQq√2 a2
দিক সমদ্বিখণ্ডক বরাবর, দুই আধান থেকে দূরে। -
১৯৬
স্থির আধান দিয়ে গঠিত কোনো ব্যবস্থায় একটি আধানকে স্থিতিশীল ভারসাম্যে রাখা সম্ভব কি না?
- ক সম্ভব, যদি আধানগুলো সমবাহু ত্রিভুজে থাকে
- খ সম্ভব, যদি চারটি আধান বর্গের শীর্ষে থাকে
- গ সম্ভব নয় — কেবল স্থির আধান দিয়ে স্থিতিশীল ভারসাম্য তৈরি করা যায় না
- ঘ সম্ভব, যদি আধানগুলোর যোগফল শূন্য হয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) সম্ভব নয় — কেবল স্থির আধান দিয়ে স্থিতিশীল ভারসাম্য তৈরি করা যায় না
বর্গের কেন্দ্রে রাখা আধানের ওপর লব্ধি বল শূন্য ঠিকই, কিন্তু সামান্য সরালে সে আর ফিরে আসে না — বরং আরও দূরে সরে যায়।
আর্নশ-এর উপপাদ্য: স্থির আধানের সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রে কোনো আধানকে কেবল তড়িৎ বল দিয়ে স্থিতিশীল ভারসাম্যে রাখা অসম্ভব।
কারণ: স্থিতিশীল হতে হলে বিন্দুটিকে বিভবশক্তির সর্বনিম্ন হতে হতো, কিন্তু আধানমুক্ত অঞ্চলে বিভবের কোনো সর্বোচ্চ বা সর্বনিম্ন থাকতে পারে না (গাউসের সূত্রের ফল)।
এ কারণেই পরমাণুতে ইলেকট্রন স্থির থাকতে পারে না — তাকে ঘুরতেই হয়। চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান দিয়ে স্থিতিশীল পরমাণু ব্যাখ্যা করা যায় না, কোয়ান্টাম তত্ত্ব লাগে। -
১৯৭
একটি বিন্দুতে 5 μC পরীক্ষণীয় আধান রাখলে তার ওপর 0.1 N বল ক্রিয়া করে। ঐ বিন্দুতে তড়িৎ ক্ষেত্র প্রাবল্য কত?
- ক 5 × 10−7 N C−1
- খ 2 × 105 N C−1
- গ 5 × 104 N C−1
- ঘ 2 × 104 N C−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 2 × 104 N C−1
E = Fq0 = 0.15 × 10−6
= 0.02 × 106 = 2 × 104 N C−1
প্রাবল্য পরীক্ষণীয় আধানের ওপর নির্ভর করে না — q0 দ্বিগুণ করলে F-ও দ্বিগুণ হবে, অনুপাত একই থাকবে।
একক N C−1 = V m−1। -
১৯৮
4 μC একটি বিন্দু আধান থেকে 30 cm দূরে তড়িৎ ক্ষেত্র প্রাবল্য কত?
- ক 1.2 × 105 N C−1
- খ 4 × 105 N C−1
- গ 4 × 104 N C−1
- ঘ 3.6 × 105 N C−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 4 × 105 N C−1
E = kqr2 = 9 × 109 × 4 × 10−6(0.3)2
= 3.6 × 1040.09 = 4 × 105 N C−1
দিক আধানটি ধনাত্মক হলে বাইরের দিকে, ঋণাত্মক হলে ভেতরের দিকে।
হরে 0.09 বসাতে ভুলে 0.3 বসালে উত্তর 1.2 × 105 আসত — অপশন খ সেই ফাঁদ। -
১৯৯
একটি ইলেকট্রনকে 104 N C−1 সুষম তড়িৎ ক্ষেত্রে ছেড়ে দিলে তার ত্বরণ কত? (e = 1.6 × 10−19 C, m = 9.1 × 10−31 kg)
- ক 1.76 × 1012 m s−2
- খ 1.76 × 1015 m s−2
- গ 5.7 × 10−16 m s−2
- ঘ 1.6 × 1015 m s−2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 1.76 × 1015 m s−2
a = eEm = 1.6 × 10−19 × 1049.1 × 10−31
= 1.6 × 10−159.1 × 10−31 = 1.76 × 1015 m s−2
অভিকর্ষজ ত্বরণের চেয়ে প্রায় 1014 গুণ বেশি — এ কারণেই আধানিত কণার গতিতে মহাকর্ষ পুরোপুরি অগ্রাহ্য করা হয়।
ইলেকট্রন ঋণাত্মক বলে তার ত্বরণের দিক ক্ষেত্রের বিপরীতে। -
২০০
তড়িৎ বলরেখার বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে কোনটি সঠিক নয়?
- ক বলরেখা ধনাত্মক আধান থেকে বেরিয়ে ঋণাত্মক আধানে প্রবেশ করে
- খ বলরেখার ঘনত্ব ক্ষেত্র প্রাবল্যের সমানুপাতিক
- গ বলরেখা পরিবাহীর পৃষ্ঠে লম্বভাবে মিলিত হয়
- ঘ দুইটি বলরেখা পরস্পরকে ছেদ করতে পারে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) দুইটি বলরেখা পরস্পরকে ছেদ করতে পারে
দুইটি বলরেখা ছেদ করলে ছেদবিন্দুতে ক্ষেত্রের দুইটি দিক থাকত — যা অসম্ভব, কারণ ঐ বিন্দুতে রাখা আধান একসাথে দুই দিকে যেতে পারে না।
বাকি তিনটি সঠিক:
· বলরেখা ধনাত্মক থেকে ঋণাত্মকের দিকে
· যেখানে রেখা ঘন, সেখানে ক্ষেত্র শক্তিশালী
· পরিবাহীর পৃষ্ঠে স্পর্শক উপাংশ থাকলে আধান পৃষ্ঠ বরাবর চলত ⟹ স্থির অবস্থায় ক্ষেত্র অবশ্যই লম্ব
বলরেখা কখনো বদ্ধ লুপও তৈরি করে না — স্থির তড়িৎ ক্ষেত্র সংরক্ষণশীল বলে।
স্থির তড়িৎ নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।