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।
-
২০১
সমান ও বিপরীত দুইটি আধান +q ও −q পরস্পর থেকে d দূরত্বে আছে। সংযোগ রেখার মধ্যবিন্দুতে লব্ধি ক্ষেত্র প্রাবল্যের মান কত?
- ক 8kqd2
- খ শূন্য
- গ 4kqd2
- ঘ 2kqd2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 8kqd2
মধ্যবিন্দু প্রতিটি আধান থেকে d2 দূরে
প্রতিটির প্রাবল্য = kq(d/2)2 = 4kqd2
দিক: ধনাত্মক থেকে দূরে এবং ঋণাত্মকের দিকে — দুইটিই একই দিকে ⟹ যোগ হয়
E = 8kqd2
ফাঁদ: দুইটি সমান ধনাত্মক আধান হলে মধ্যবিন্দুতে ক্ষেত্র শূন্য হতো। চিহ্ন বদলালেই ফল উল্টে যায়। -
২০২
দুইটি ধনাত্মক আধান q ও 4q পরস্পর থেকে d দূরত্বে আছে। সংযোগ রেখার কোন বিন্দুতে লব্ধি ক্ষেত্র প্রাবল্য শূন্য হবে?
- ক ছোট আধান থেকে d2 দূরত্বে
- খ বড় আধান থেকে d3 দূরত্বে
- গ ছোট আধান থেকে d5 দূরত্বে
- ঘ ছোট আধান থেকে d3 দূরত্বে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) ছোট আধান থেকে d3 দূরত্বে
ছোট আধান থেকে x দূরে:
kqx2 = 4kq(d − x)2
d − x = 2x ⟹ x = d3
নিরপেক্ষ বিন্দু সবসময় ছোট আধানের কাছেই থাকে — সেখানেই তার দুর্বল ক্ষেত্র বড় আধানের সাথে পাল্লা দিতে পারে।
একই চিহ্নের আধান বলে বিন্দুটি দুইয়ের মাঝে; বিপরীত চিহ্ন হলে বাইরে পড়ত। -
২০৩
একটি ফাঁপা ধাতব গোলকের ভেতরের অঞ্চলে তড়িৎ ক্ষেত্র প্রাবল্য কত (গোলকটি আহিত, ভেতরে কোনো আধান নেই)?
- ক kqR2
- খ শূন্য — ভেতরের যেকোনো বিন্দুতে
- গ কেন্দ্রে সর্বোচ্চ
- ঘ পৃষ্ঠের সমান
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) শূন্য — ভেতরের যেকোনো বিন্দুতে
পরিবাহীর সব আধান পৃষ্ঠে চলে যায় ⟹ ভেতরে কোনো নিট আধান নেই ⟹ গাউসের সূত্র অনুযায়ী ভেতরের যেকোনো গাউসীয় তলে ফ্লাক্স শূন্য ⟹ E = 0
এটিই ফ্যারাডে খাঁচার নীতি — ধাতব খাঁচার ভেতরে বজ্রপাত বা বাইরের তড়িৎ ক্ষেত্র পৌঁছায় না।
খেয়াল করো: ভেতরে বিভব কিন্তু শূন্য নয় — সর্বত্র ধ্রুব ও পৃষ্ঠের বিভবের সমান। ঠিক মহাকর্ষে গোলীয় খোলসের মতোই। -
২০৪
একটি বিন্দু আধান থেকে দূরত্ব 3 গুণ করলে ক্ষেত্র প্রাবল্য ও ঐ বিন্দুতে রাখা নির্দিষ্ট আধানের ওপর বল যথাক্রমে কত অংশ হবে?
- ক দুইটিই 13 অংশ
- খ প্রাবল্য 19, বল 13 অংশ
- গ দুইটিই 19 অংশ
- ঘ প্রাবল্য 13, বল 19 অংশ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) দুইটিই 19 অংশ
E = kqr2 ⟹ E ∝ 1r2 ⟹ 19 অংশ
F = q0E ⟹ F-ও ঠিক একই হারে কমে ⟹ 19 অংশ
বল ও প্রাবল্য একে অপরের সমানুপাতিক (গুণক q0), তাই দুইটির শতকরা পরিবর্তন সবসময় একই হবে। -
২০৫
একটি প্রোটনকে (m = 1.67 × 10−27 kg) স্থির অবস্থা থেকে 2 × 105 N C−1 সুষম ক্ষেত্রে 1 μs ধরে ত্বরিত করা হলো। অর্জিত বেগ প্রায় কত? (e = 1.6 × 10−19 C)
- ক 1.9 × 1013 m s−1
- খ 3.2 × 106 m s−1
- গ 1.9 × 104 m s−1
- ঘ 1.9 × 107 m s−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 1.9 × 107 m s−1
a = eEm = 1.6 × 10−19 × 2 × 1051.67 × 10−27 = 1.92 × 1013 m s−2
v = at = 1.92 × 1013 × 10−6 = 1.9 × 107 m s−1
ত্বরণের মানটিকেই বেগ ধরে ফেলা এখানকার ফাঁদ (অপশন খ) — সময় দিয়ে গুণ করতেই হবে।
এটি আলোর বেগের প্রায় 6 % — এর বেশি হলে আপেক্ষিকতা লাগত। -
২০৬
সুষম তড়িৎ ক্ষেত্রে বলরেখাগুলো কেমন হয় এবং তার তাৎপর্য কী?
- ক ব্যাসার্ধ বরাবর ছড়ানো রেখা
- খ বদ্ধ বৃত্তাকার লুপ
- গ সমান্তরাল ও সমদূরবর্তী সরলরেখা — অর্থাৎ সব বিন্দুতে প্রাবল্যের মান ও দিক একই
- ঘ কেন্দ্রের দিকে অভিসারী রেখা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) সমান্তরাল ও সমদূরবর্তী সরলরেখা — অর্থাৎ সব বিন্দুতে প্রাবল্যের মান ও দিক একই
সমান্তরাল ⟹ সব জায়গায় দিক এক
সমদূরবর্তী ⟹ রেখার ঘনত্ব সর্বত্র এক ⟹ প্রাবল্যের মানও এক
দুইটি সমান্তরাল আহিত পাতের মাঝখানে প্রান্ত ছাড়া প্রায় সুষম ক্ষেত্র পাওয়া যায় — সমান্তরাল পাত ধারক তার সবচেয়ে চেনা উদাহরণ।
বিন্দু আধানের ক্ষেত্রে রেখাগুলো ব্যাসার্ধ বরাবর ছড়ায় ও দূরে গিয়ে ফাঁকা হয়ে পড়ে — সেখানে ক্ষেত্র সুষম নয়।
স্থির তড়িৎ ক্ষেত্রের বলরেখা কখনোই বদ্ধ লুপ হয় না; বদ্ধ লুপ দেখা যায় আবিষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রে বা চৌম্বক ক্ষেত্রে। -
২০৭
একটি আধান 2 μC-এর ওপর একটি বিন্দুতে 6 N বল ক্রিয়া করে। ঐ একই বিন্দুতে 5 μC আধান রাখলে বল কত হবে?
- ক 6 N
- খ 15 N
- গ 2.4 N
- ঘ 30 N
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 15 N
ঐ বিন্দুতে প্রাবল্য E = 62 × 10−6 = 3 × 106 N C−1
নতুন বল = qE = 5 × 10−6 × 3 × 106 = 15 N
সংক্ষেপে: F ∝ q ⟹ 6 × 52 = 15 N
শর্ত: পরীক্ষণীয় আধানটি এত ছোট হতে হবে যে সে মূল ক্ষেত্রকে বিকৃত না করে — এ কারণেই সংজ্ঞায় q0 → 0 সীমা ব্যবহার করা হয়। -
২০৮
একটি বিন্দু আধানের ক্ষেত্রে প্রাবল্য E বনাম দূরত্ব r-এর লেখচিত্র কেমন হবে?
- ক দ্রুত হ্রাসমান বক্ররেখা — E ∝ 1/r2
- খ ঋণাত্মক ঢালের সরলরেখা
- গ অনুভূমিক সরলরেখা
- ঘ মূলবিন্দুগামী সরলরেখা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) দ্রুত হ্রাসমান বক্ররেখা — E ∝ 1/r2
E = kqr2 — বিপরীত বর্গীয় সম্পর্ক ⟹ দূরত্ব বাড়লে প্রাবল্য দ্রুত পড়ে যায়।
সরলরেখা পেতে চাইলে: E বনাম 1r2 আঁকতে হবে — তখন ঢাল হবে kq।
তুলনা: বিভব V ∝ 1r — সেটিও বক্ররেখা, তবে ধীরে কমে। তাই দূরে গেলে বিভব থাকে কিন্তু ক্ষেত্র প্রায় শূন্য হয়ে যায়। -
২০৯
একটি সুষম তড়িৎ ক্ষেত্রে একটি আধানকে ক্ষেত্রের লম্বভাবে v বেগে প্রবেশ করানো হলো। আধানটির গতিপথ কেমন হবে?
- ক সরলরৈখিক
- খ পরাবৃত্তাকার
- গ বৃত্তাকার
- ঘ উপবৃত্তাকার
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) পরাবৃত্তাকার
ক্ষেত্র বরাবর ধ্রুব বল ⟹ ধ্রুব ত্বরণ; লম্ব দিকে কোনো বল নেই ⟹ ঐ দিকে সমবেগ
এটি হুবহু প্রাসের গতির মতো — একটি দিকে সমবেগ, লম্ব দিকে সমত্বরণ ⟹ পরাবৃত্তাকার পথ।
পার্থক্য শুধু এই — সেখানে ত্বরণ g, এখানে qEm, যা লক্ষ গুণ বড়।
বৃত্তাকার পথ পাওয়া যায় চৌম্বক ক্ষেত্রে, যেখানে বল সবসময় বেগের লম্ব থাকে।
পুরনো টেলিভিশনের ক্যাথোড রশ্মি নলে ঠিক এভাবেই ইলেকট্রন রশ্মিকে বাঁকানো হতো। -
২১০
একটি আহিত ধাতব গোলকের পৃষ্ঠে ও ঠিক ভেতরে (পৃষ্ঠের অব্যবহিত নিচে) ক্ষেত্র প্রাবল্যের অনুপাত কত?
- ক অনুপাত 1 : 1
- খ অনুপাত 2 : 1
- গ অনুপাত 1 : 2
- ঘ পৃষ্ঠে সসীম, ভেতরে শূন্য — তাই অনুপাত অসংজ্ঞায়িত
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) পৃষ্ঠে সসীম, ভেতরে শূন্য — তাই অনুপাত অসংজ্ঞায়িত
ভেতরে: পরিবাহীর ভেতরে সবসময় E = 0 (নইলে মুক্ত ইলেকট্রন চলতে থাকত, স্থির অবস্থা হতো না)
পৃষ্ঠে: E = σε0 — সসীম ও পৃষ্ঠের লম্ব
অর্থাৎ পৃষ্ঠ অতিক্রম করার সময় প্রাবল্য হঠাৎ লাফ দেয় — শূন্য থেকে σε0-এ।
বিভব কিন্তু কোথাও লাফ দেয় না — সে অবিচ্ছিন্ন, ভেতরে ও পৃষ্ঠে একই মান। -
২১১
একটি বর্গক্ষেত্রের চার শীর্ষে যথাক্রমে q, 2q, q ও 2q আধান এমনভাবে আছে যে সমান আধানগুলো কর্ণ বরাবর মুখোমুখি। বর্গের কেন্দ্রে লব্ধি ক্ষেত্র প্রাবল্য কত?
- ক 4kqa2
- খ 2kqa2
- গ শূন্য
- ঘ 6kqa2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) শূন্য
কেন্দ্র থেকে চার শীর্ষের দূরত্ব সমান = a√2
প্রথম কর্ণ: দুই প্রান্তে সমান q — কেন্দ্রের দুই বিপরীত দিকে সমান প্রাবল্য ⟹ কাটাকাটি
দ্বিতীয় কর্ণ: দুই প্রান্তে সমান 2q ⟹ এরাও কাটাকাটি
⟹ লব্ধি শূন্য
মূল কৌশল: কেন্দ্রে ক্ষেত্র শূন্য হওয়ার শর্ত হলো প্রতিটি কর্ণের দুই প্রান্তে সমান আধান — চারটি আধান সমান হওয়া জরুরি নয়।
কর্ণে সমান না রেখে বাহু বরাবর সমান রাখলে (q, q, 2q, 2q) লব্ধি শূন্য হতো না — সাজানোটাই এখানে সব। -
২১২
তড়িৎ ক্ষেত্র প্রাবল্যের সংজ্ঞায় পরীক্ষণীয় আধানকে "অতি ক্ষুদ্র" ধরা হয় কেন?
- ক বড় আধান নিয়ে হিসাব করা কঠিন বলে
- খ বড় আধান মূল আধানের বণ্টন বিকৃত করে ফেলত, ফলে মাপা ক্ষেত্র প্রকৃত ক্ষেত্র হতো না
- গ ছোট আধানে বল বেশি হয় বলে
- ঘ এটি কেবল একটি গাণিতিক সরলীকরণ, ভৌত কারণ নেই
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) বড় আধান মূল আধানের বণ্টন বিকৃত করে ফেলত, ফলে মাপা ক্ষেত্র প্রকৃত ক্ষেত্র হতো না
E = Fq0 — অনুপাতটি q0-এর ওপর নির্ভর করে না বলে মনে হলেও একটি সমস্যা আছে।
পরীক্ষণীয় আধান নিজেও একটি ক্ষেত্র তৈরি করে। সেটি বড় হলে কাছের পরিবাহীতে আবিষ্ট আধান তৈরি করে বা উৎস আধানের বণ্টন সরিয়ে দেয় ⟹ মাপা মান ভুল হয়।
তাই সঠিক সংজ্ঞা: E = Fq0 যেখানে q0 → 0
একই কারণে ভোল্টমিটারের রোধ খুব বেশি রাখা হয় — মাপার যন্ত্র যেন যা মাপছে তাকেই বদলে না দেয়। -
২১৩
200 N C−1 সুষম তড়িৎ ক্ষেত্রে 0.5 m2 ক্ষেত্রফলের একটি সমতল পৃষ্ঠ এমনভাবে রাখা হলো যে তার অভিলম্ব ক্ষেত্রের সাথে 60° কোণ করে। পৃষ্ঠটির মধ্য দিয়ে ফ্লাক্স কত?
- ক 100 N m2 C−1
- খ 50 N m2 C−1
- গ 86.6 N m2 C−1
- ঘ 25 N m2 C−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 50 N m2 C−1
Φ = EA cos θ, যেখানে θ ক্ষেত্র ও অভিলম্বের মধ্যবর্তী কোণ
= 200 × 0.5 × cos 60° = 200 × 0.5 × 0.5 = 50 N m2 C−1
পৃষ্ঠটি ক্ষেত্রের লম্বে থাকলে (θ = 0) ফ্লাক্স হতো সর্বোচ্চ 100; ক্ষেত্রের সমান্তরাল হলে (θ = 90°) শূন্য।
কোণটি পৃষ্ঠের সাথে না অভিলম্বের সাথে — এই পার্থক্যটাই সবচেয়ে বেশি ভুল হয়। -
২১৪
একটি বদ্ধ পৃষ্ঠের ভেতরে 8.85 μC আধান আছে। পৃষ্ঠটির মধ্য দিয়ে মোট তড়িৎ ফ্লাক্স কত? (ε0 = 8.85 × 10−12 C2 N−1 m−2)
- ক 10−6 N m2 C−1
- খ 8.85 N m2 C−1
- গ 106 N m2 C−1
- ঘ 1012 N m2 C−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 106 N m2 C−1
গাউসের সূত্র: Φ = qভেতরেরε0
= 8.85 × 10−68.85 × 10−12 = 106 N m2 C−1
ফ্লাক্স কেবল ভেতরের নিট আধানের ওপর নির্ভর করে — পৃষ্ঠের আকার, আকৃতি বা আধানের অবস্থান কিছুই লাগে না। -
২১৫
একটি ঘনকের ঠিক কেন্দ্রে q আধান রাখা হলো। ঘনকের যেকোনো একটি তলের মধ্য দিয়ে ফ্লাক্স কত?
- ক qε0
- খ q8ε0
- গ q6ε0
- ঘ q4ε0
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) q6ε0
পুরো ঘনক দিয়ে মোট ফ্লাক্স = qε0
আধানটি ঠিক কেন্দ্রে ⟹ ছয়টি তলই সমতুল্য ⟹ প্রতিটিতে সমান ভাগ
প্রতিটি তলে = q6ε0
সমতার যুক্তিটাই এখানে মূল হাতিয়ার — কোনো সংহতকরণ (integration) করতে হয় না।
আধানটি কেন্দ্রে না থাকলে এই সমান ভাগ আর খাটত না, যদিও মোট ফ্লাক্স একই থাকত। -
২১৬
একটি ঘনকের একটি কোণে q আধান রাখা হলো। ঘনকটির মধ্য দিয়ে মোট ফ্লাক্স কত?
- ক qε0
- খ q8ε0
- গ q6ε0
- ঘ q2ε0
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) q8ε0
কল্পনা করো — ঐ কোণটিকে কেন্দ্র ধরে আটটি অভিন্ন ঘনক সাজানো যায়, যারা মিলে আধানটিকে সব দিক থেকে ঘিরে ফেলে।
মোট ফ্লাক্স qε0 আটটি ঘনকে সমানভাবে ভাগ হয়ে যায়
একটি ঘনকে = q8ε0
আরও এক ধাপ: ঐ ঘনকের ছয়টি তলের মধ্যে তিনটি আধানকে স্পর্শ করে (ফ্লাক্স শূন্য, কারণ ক্ষেত্র ঐ তলগুলোর সমান্তরাল)। বাকি তিনটি তলে সমান ভাগ ⟹ প্রতিটিতে q24ε0।
একইভাবে আধান কোনো তলের মাঝখানে থাকলে মোট ফ্লাক্স হতো q2ε0, আর কোনো ধারের ওপর থাকলে q4ε0। -
২১৭
একটি বদ্ধ পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে মোট ফ্লাক্স শূন্য হলে কোনটি অবশ্যই সত্য?
- ক পৃষ্ঠের ওপর সর্বত্র ক্ষেত্র শূন্য
- খ পৃষ্ঠের ভেতরে কোনো আধানই নেই
- গ পৃষ্ঠের বাইরেও কোনো আধান নেই
- ঘ পৃষ্ঠের ভেতরের নিট আধান শূন্য — তবে পৃষ্ঠের ওপর ক্ষেত্র শূন্য নাও হতে পারে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) পৃষ্ঠের ভেতরের নিট আধান শূন্য — তবে পৃষ্ঠের ওপর ক্ষেত্র শূন্য নাও হতে পারে
Φ = qভেতরেরε0 = 0 ⟹ ভেতরের নিট আধান শূন্য।
কিন্তু: ভেতরে +5 μC ও −5 μC থাকতে পারে ⟹ আধান আছে, নিট শূন্য।
আবার পৃষ্ঠের ঠিক বাইরে একটি বড় আধান থাকলে পৃষ্ঠের প্রতিটি বিন্দুতে E ≠ 0 — কিন্তু যতটা ফ্লাক্স ঢোকে ততটাই বেরিয়ে যায়, তাই যোগফল শূন্য।
মূল কথা: ফ্লাক্স নির্ভর করে কেবল ভেতরের নিট আধানের ওপর; E নির্ভর করে সব আধানের ওপর — ভেতরের ও বাইরের। -
২১৮
R ব্যাসার্ধের একটি ফাঁপা ধাতব গোলকে q আধান আছে। কেন্দ্র থেকে যথাক্রমে R2 ও 2R দূরত্বে ক্ষেত্র প্রাবল্য কত?
- ক kqR2 এবং kq4R2
- খ ০ এবং kq2R2
- গ ০ এবং kq4R2
- ঘ 2kqR2 এবং ০
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) ০ এবং kq4R2
ভেতরে (r = R2): গাউসীয় তলের ভেতরে কোনো আধান নেই (সব আধান পৃষ্ঠে) ⟹ E = 0
বাইরে (r = 2R): পুরো আধান ঘেরা ⟹ E = kq(2R)2 = kq4R2
গোলকটি বাইরের বিন্দুর কাছে কেন্দ্রে জমা বিন্দু আধানের মতোই আচরণ করে — মহাকর্ষে গোলীয় খোলস উপপাদ্যের হুবহু সমতুল্য। -
২১৯
R ব্যাসার্ধের একটি অপরিবাহী গোলকে q আধান সুষমভাবে ছড়ানো আছে। কেন্দ্র থেকে R2 দূরত্বে ক্ষেত্র প্রাবল্য কত?
- ক শূন্য
- খ kq2R2
- গ kq4R2
- ঘ 4kqR2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) kq2R2
ভেতরে গাউসীয় তল ঘেরে কেবল আয়তনের 18 অংশের আধান:
q′ = q r3R3 = q8
E = kq′r2 = k(q/8)(R/2)2 = kq2R2
সাধারণ রূপ: E = kqrR3 ⟹ ভেতরে E ∝ r
পরিবাহী গোলকের সাথে পার্থক্য: সেখানে আধান কেবল পৃষ্ঠে থাকে, তাই ভেতরে E = 0। এখানে আধান পুরো আয়তনে ছড়ানো বলে ভেতরেও ক্ষেত্র আছে। -
২২০
একটি অসীম দীর্ঘ সরল আহিত তারের রৈখিক আধান ঘনত্ব λ। তার থেকে r দূরত্বে ক্ষেত্র প্রাবল্য কীভাবে পরিবর্তিত হয়?
- ক E ∝ 1r2
- খ E ∝ r
- গ E ∝ 1r
- ঘ E দূরত্বনিরপেক্ষ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) E ∝ 1r
গাউসীয় তল হিসেবে r ব্যাসার্ধ ও l দৈর্ঘ্যের বেলন নাও:
E × 2πrl = λlε0
E = λ2πε0r ⟹ E ∝ 1r
তিনটি জ্যামিতি একসাথে মনে রাখো:
বিন্দু আধান ⟹ 1/r2 · সরল তার ⟹ 1/r · অসীম পাত ⟹ দূরত্বনিরপেক্ষ
জ্যামিতি যত "ছড়ানো", ক্ষেত্র তত ধীরে কমে।
স্থির তড়িৎ নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।