শক্তি এবং এনট্রপির মধ্যে সম্পর্কের অধ্যয়ন যা প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যা অধ্যয়ন করে। এটি একটি সম্পূর্ণ তত্ত্বকে অন্তর্ভুক্ত করে যা পরিমাপযোগ্য ম্যাক্রোস্কোপিক বৈশিষ্ট্য (তাপমাত্রা, চাপ এবং আয়তন) শক্তি এবং এর কাজ করার ক্ষমতার সাথে সম্পর্কিত৷
পরিচয়
তাপ এবং তাপমাত্রার ধারণা প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যার জন্য সবচেয়ে মৌলিক। একে বলা যেতে পারে সমস্ত ঘটনার বিজ্ঞান যা তাপমাত্রা এবং তার পরিবর্তনের উপর নির্ভর করে। পরিসংখ্যানগত পদার্থবিজ্ঞানে, যার এটি এখন একটি অংশ, এটি এমন একটি মহান তত্ত্ব যার উপর ভিত্তি করে বস্তুর বর্তমান উপলব্ধি। একটি থার্মোডাইনামিক সিস্টেমকে একটি নির্দিষ্ট ভর এবং পরিচয়ের পদার্থের পরিমাণ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এর বাইরের সবকিছুই হল সেই পরিবেশ যেখান থেকে এটি সীমানা দ্বারা বিচ্ছিন্ন। প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যার প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে নির্মাণগুলি যেমন:
- এয়ার কন্ডিশনার এবং রেফ্রিজারেটর;
- অটোমোটিভ ইঞ্জিনে টার্বোচার্জার এবং সুপারচার্জার;
- বিদ্যুৎ কেন্দ্রে স্টিম টারবাইন;
- প্রতিক্রিয়াশীলবিমানের ইঞ্জিন।
তাপ এবং তাপমাত্রা
প্রত্যেক ব্যক্তির তাপমাত্রার ধারণা সম্পর্কে স্বজ্ঞাত জ্ঞান রয়েছে। শরীর গরম না ঠাণ্ডা তা নির্ভর করে তার তাপমাত্রা কম বা বেশি তার ওপর। কিন্তু সঠিক সংজ্ঞা আরো কঠিন। শাস্ত্রীয় প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যায়, একটি শরীরের পরম তাপমাত্রা সংজ্ঞায়িত করা হয়েছিল। এটি কেলভিন স্কেল তৈরির দিকে পরিচালিত করেছিল। সমস্ত শরীরের জন্য সর্বনিম্ন তাপমাত্রা শূন্য কেলভিন (-273, 15 ডিগ্রি সেলসিয়াস)। এটি নিখুঁত শূন্য, যার ধারণাটি 1702 সালে ফরাসি পদার্থবিদ গুইলাউম আমন্টনকে ধন্যবাদ জানিয়ে প্রথম আবির্ভূত হয়েছিল৷
তাপ সংজ্ঞায়িত করা কঠিন। প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যা এটিকে সিস্টেম থেকে বাহ্যিক পরিবেশে শক্তির এলোমেলো স্থানান্তর হিসাবে ব্যাখ্যা করে। এটি অণুগুলির গতিশীল শক্তির সাথে মিলে যায় এবং এলোমেলো প্রভাবের (ব্রাউনিয়ান গতি) শিকার হয়। সঞ্চারিত শক্তিকে অণুবীক্ষণিক স্তরে বিশৃঙ্খল বলা হয়, যা সুশৃঙ্খলভাবে, ম্যাক্রোস্কোপিক স্তরে কাজের মাধ্যমে সম্পন্ন হয়।
ব্যাপারের অবস্থা
পদার্থের অবস্থা হল একটি পদার্থ যে ধরনের শারীরিক গঠন প্রদর্শন করে তার বর্ণনা। এটির বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা বর্ণনা করে যে কীভাবে একটি উপাদান তার গঠন বজায় রাখে। পদার্থের পাঁচটি অবস্থা আছে:
- গ্যাস;
- তরল;
- শক্ত শরীর;
- প্লাজমা;
- অতিতরল (বিরলতম)।
অনেক পদার্থ গ্যাস, তরল এবং কঠিন পর্যায়ের মধ্যে চলাচল করতে পারে। প্লাজমা পদার্থের একটি বিশেষ অবস্থাবিদ্যুতের মতো।
তাপ ক্ষমতা
তাপ ক্ষমতা (C) হল তাপের পরিবর্তনের অনুপাত (ΔQ, যেখানে গ্রীক অক্ষর ডেল্টা পরিমাণ বোঝায়) তাপমাত্রায় পরিবর্তন (ΔT):
C=Δ Q / Δ T.
তিনি সহজেই দেখান যে পদার্থটি উত্তপ্ত হয়। একটি ভাল তাপ পরিবাহী একটি কম ক্যাপাসিট্যান্স রেটিং আছে. উচ্চ তাপ ক্ষমতা সহ শক্তিশালী তাপ নিরোধক।
পরিভাষা
প্রতিটি বিজ্ঞানের নিজস্ব স্বতন্ত্র শব্দভাণ্ডার রয়েছে। প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যার মৌলিক ধারণাগুলির মধ্যে রয়েছে:
- তাপ স্থানান্তর হল দুটি পদার্থের মধ্যে তাপমাত্রার পারস্পরিক বিনিময়।
- মাইক্রোস্কোপিক পদ্ধতি - প্রতিটি পরমাণু এবং অণুর আচরণের অধ্যয়ন (কোয়ান্টাম মেকানিক্স)।
- ম্যাক্রোস্কোপিক পদ্ধতি - অনেক কণার সাধারণ আচরণের পর্যবেক্ষণ।
- থার্মোডাইনামিক সিস্টেম হ'ল গবেষণার জন্য নির্বাচিত স্থানের পদার্থ বা ক্ষেত্রফল।
- পরিবেশ - সমস্ত বাহ্যিক সিস্টেম।
- পরিবাহী - উত্তপ্ত কঠিন শরীরের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরিত হয়।
- পরিচলন - উত্তপ্ত কণা অন্য পদার্থে তাপ ফিরিয়ে দেয়।
- বিকিরণ - তাপ ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের মাধ্যমে প্রেরণ করা হয়, যেমন সূর্য থেকে।
- এনট্রপি - তাপগতিবিদ্যায় একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া চিহ্নিত করতে ব্যবহৃত একটি ভৌত পরিমাণ।
বিজ্ঞান সম্পর্কে আরও
পদার্থবিদ্যার একটি পৃথক শাখা হিসাবে তাপগতিবিদ্যার ব্যাখ্যা সম্পূর্ণরূপে সঠিক নয়। এটি প্রায় সবকিছুকে প্রভাবিত করেএলাকা কাজ করার জন্য অভ্যন্তরীণ শক্তি ব্যবহার করার সিস্টেমের ক্ষমতা না থাকলে, পদার্থবিদদের অধ্যয়ন করার কিছুই থাকবে না। তাপগতিবিদ্যার কিছু খুব দরকারী ক্ষেত্রও রয়েছে:
- হিট ইঞ্জিনিয়ারিং। এটি শক্তি স্থানান্তরের দুটি সম্ভাবনা অধ্যয়ন করে: কাজ এবং তাপ। মেশিনের কার্যকারী পদার্থে শক্তি স্থানান্তরের মূল্যায়নের সাথে যুক্ত৷
- Cryophysics (cryogenics) - নিম্ন তাপমাত্রার বিজ্ঞান। এমনকি পৃথিবীর শীতলতম অঞ্চলেও অভিজ্ঞ পরিস্থিতিতে পদার্থের ভৌত বৈশিষ্ট্যগুলি অন্বেষণ করে। এর একটি উদাহরণ হল সুপারফ্লুইডের গবেষণা৷
- হাইড্রোডায়নামিক্স হল তরল পদার্থের ভৌত বৈশিষ্ট্যের অধ্যয়ন।
- উচ্চ চাপের পদার্থবিদ্যা। তরল গতিবিদ্যার সাথে সম্পর্কিত অত্যন্ত উচ্চ চাপ সিস্টেমে পদার্থের শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলি অন্বেষণ করে৷
- আবহাওয়াবিদ্যা হল বায়ুমন্ডলের বৈজ্ঞানিক অধ্যয়ন যা আবহাওয়ার প্রক্রিয়া এবং পূর্বাভাসের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে৷
- প্লাজমা পদার্থবিদ্যা - প্লাজমা অবস্থায় পদার্থের অধ্যয়ন।
শূন্য আইন
প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যার বিষয় এবং পদ্ধতি হল পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণ যা আইন আকারে লেখা। থার্মোডাইনামিক্সের জিরোথ আইন বলে যে যখন দুটি দেহের তৃতীয়টির সাথে একই তাপমাত্রা থাকে, তখন তাদের একে অপরের সাথে একই তাপমাত্রা থাকে। উদাহরণস্বরূপ: তাপমাত্রা সমান না হওয়া পর্যন্ত তামার একটি ব্লক থার্মোমিটারের সংস্পর্শে আনা হয়। তারপর এটি সরানো হয়। তামার দ্বিতীয় ব্লকটি একই থার্মোমিটারের সংস্পর্শে আনা হয়। যদি পারদের মাত্রার কোন পরিবর্তন না হয়, তবে আমরা বলতে পারি যে উভয় ব্লকই রয়েছেথার্মোমিটারের সাথে তাপীয় ভারসাম্য।
প্রথম আইন
এই আইনটি বলে যে সিস্টেমের একটি রাষ্ট্রীয় পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে, শক্তি তাপ বা কাজ হিসাবে সীমানা অতিক্রম করতে পারে। তাদের প্রতিটি ইতিবাচক বা নেতিবাচক হতে পারে। একটি সিস্টেমের নেট শক্তি পরিবর্তন সর্বদা সিস্টেমের সীমানা অতিক্রমকারী নেট শক্তির সমান। পরেরটি অভ্যন্তরীণ, গতিশীল বা সম্ভাব্য হতে পারে৷
দ্বিতীয় আইন
এটি একটি নির্দিষ্ট তাপ প্রক্রিয়া ঘটতে পারে এমন দিক নির্ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়। থার্মোডাইনামিক্সের এই আইনটি বলে যে এমন একটি ডিভাইস তৈরি করা অসম্ভব যা একটি চক্রে কাজ করে এবং কম তাপমাত্রার শরীর থেকে গরম শরীরে তাপ স্থানান্তর করা ছাড়া অন্য কোনও প্রভাব তৈরি করে না। এটিকে কখনও কখনও এনট্রপির আইন বলা হয় কারণ এটি এই গুরুত্বপূর্ণ সম্পত্তির পরিচয় দেয়। এনট্রপিকে একটি সিস্টেম ভারসাম্য বা ব্যাধির কতটা কাছাকাছি তার পরিমাপ হিসাবে ভাবা যেতে পারে।
থার্মাল প্রক্রিয়া
ব্যবস্থাটি একটি থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায় যখন এতে কিছু ধরণের শক্তির পরিবর্তন ঘটে, সাধারণত চাপ, আয়তন, তাপমাত্রার রূপান্তরের সাথে জড়িত। বিশেষ বৈশিষ্ট্য সহ বেশ কয়েকটি নির্দিষ্ট প্রকার রয়েছে:
- এডিয়াব্যাটিক - সিস্টেমে কোনো তাপ বিনিময় নেই;
- আইসোকোরিক - আয়তনের কোন পরিবর্তন নেই;
- আইসোবারিক - চাপে কোনো পরিবর্তন নেই;
- আইসোথার্মাল - তাপমাত্রার কোন পরিবর্তন নেই।
প্রত্যাবর্তনযোগ্যতা
একটি প্রত্যাবর্তনযোগ্য প্রক্রিয়া হল এটি হওয়ার পরে, হতে পারেবাতিল এটি সিস্টেম বা পরিবেশে কোনও পরিবর্তন রাখে না। বিপরীত হতে, সিস্টেম ভারসাম্য মধ্যে হতে হবে. এমন কিছু কারণ রয়েছে যা প্রক্রিয়াটিকে অপরিবর্তনীয় করে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, ঘর্ষণ এবং পলাতক বিস্তার।
আবেদন
আধুনিক মানবজাতির জীবনের অনেক দিক তাপ প্রকৌশলের ভিত্তির উপর নির্মিত। এর মধ্যে রয়েছে:
- সমস্ত যানবাহন (গাড়ি, মোটরসাইকেল, গাড়ি, জাহাজ, প্লেন ইত্যাদি) তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র এবং কার্নোট চক্রের ভিত্তিতে কাজ করে। তারা একটি পেট্রল বা ডিজেল ইঞ্জিন ব্যবহার করতে পারে, কিন্তু আইন একই থাকে৷
- এয়ার এবং গ্যাস কম্প্রেসার, ব্লোয়ার, ফ্যান বিভিন্ন থার্মোডাইনামিক চক্রে কাজ করে৷
- বাষ্পীভবন, কনডেনসার, রেডিয়েটর, কুলার, হিটারে তাপ বিনিময় ব্যবহৃত হয়।
- রেফ্রিজারেটর, ফ্রিজার, ইন্ডাস্ট্রিয়াল রেফ্রিজারেশন সিস্টেম, সব ধরনের এয়ার কন্ডিশনার সিস্টেম এবং হিট পাম্প দ্বিতীয় আইনের কারণে কাজ করে।
প্রযুক্তিগত তাপগতিবিদ্যার মধ্যে বিভিন্ন ধরণের পাওয়ার প্ল্যান্টের অধ্যয়নও অন্তর্ভুক্ত রয়েছে: তাপ, পারমাণবিক, জলবিদ্যুৎ, পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তির উত্সগুলির উপর ভিত্তি করে (যেমন সৌর, বায়ু, ভূতাপীয়), জোয়ার, তরঙ্গ এবং অন্যান্য৷
