কীভাবে শক্তি উত্পন্ন হয়, কীভাবে এটি এক ফর্ম থেকে অন্য ফর্মে রূপান্তরিত হয় এবং একটি বদ্ধ সিস্টেমে শক্তির কী ঘটে? এই সমস্ত প্রশ্নের উত্তর থার্মোডাইনামিক্সের সূত্র দিয়ে দেওয়া যেতে পারে। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি আজ আরও বিশদে আলোচনা করা হবে৷
দৈনিক জীবনে আইন
আইন দৈনন্দিন জীবন নিয়ন্ত্রণ করে। সড়ক আইন বলে যে আপনাকে অবশ্যই স্টপ সাইনগুলিতে থামতে হবে। সরকার তাদের বেতনের কিছু অংশ রাজ্য এবং ফেডারেল সরকারকে দেওয়ার দাবি জানিয়েছে। এমনকি বৈজ্ঞানিক বিষয়গুলো দৈনন্দিন জীবনে প্রযোজ্য। উদাহরণস্বরূপ, মাধ্যাকর্ষণ আইন যারা উড়তে চেষ্টা করে তাদের জন্য একটি বরং খারাপ ফলাফলের পূর্বাভাস দেয়। বৈজ্ঞানিক আইনের আরেকটি সেট যা দৈনন্দিন জীবনকে প্রভাবিত করে তা হল তাপগতিবিদ্যার আইন। তাই তারা দৈনন্দিন জীবনকে কীভাবে প্রভাবিত করে তা দেখার জন্য এখানে কিছু উদাহরণ দেওয়া হল৷
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র বলে যে শক্তি তৈরি বা ধ্বংস করা যায় না, তবে এটি এক রূপ থেকে অন্য রূপান্তরিত হতে পারে। এটিকে কখনও কখনও শক্তি সংরক্ষণের আইন হিসাবেও উল্লেখ করা হয়। তাহলে এটা কেমনদৈনন্দিন জীবনে প্রযোজ্য? ঠিক আছে, উদাহরণস্বরূপ, আপনি এখন যে কম্পিউটারটি ব্যবহার করছেন তা নিন। এটি শক্তি খায়, কিন্তু এই শক্তি কোথা থেকে আসে? তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র আমাদের বলে যে এই শক্তি বাতাস থেকে আসতে পারে না, তাই এটি কোথাও থেকে এসেছে।
আপনি এই শক্তি ট্রেস করতে পারেন. কম্পিউটার বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত হয়, কিন্তু বিদ্যুৎ আসে কোথা থেকে? এটা ঠিক, একটি বিদ্যুৎ কেন্দ্র বা জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র থেকে। আমরা যদি দ্বিতীয়টি বিবেচনা করি, তবে এটি একটি বাঁধের সাথে যুক্ত হবে যা নদীকে ধরে রাখে। নদীর গতিশক্তির সাথে একটি সংযোগ রয়েছে, যার অর্থ নদীটি প্রবাহিত হচ্ছে। বাঁধটি এই গতিশক্তিকে সম্ভাব্য শক্তিতে রূপান্তরিত করে৷
একটি জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র কীভাবে কাজ করে? টারবাইন ঘুরানোর জন্য পানি ব্যবহার করা হয়। যখন টারবাইন ঘোরে, তখন একটি জেনারেটর গতিশীল হয়, যা বিদ্যুৎ তৈরি করবে। এই বিদ্যুতটি পাওয়ার প্ল্যান্ট থেকে আপনার বাড়িতে সম্পূর্ণভাবে তারে চালানো যেতে পারে যাতে আপনি যখন পাওয়ার কর্ডটি একটি বৈদ্যুতিক আউটলেটে প্লাগ করেন, তখন বিদ্যুৎ আপনার কম্পিউটারে প্রবেশ করে যাতে এটি কাজ করতে পারে।
এখানে কি হয়েছে? আগে থেকেই একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি ছিল যা নদীর পানির সাথে গতিশক্তি হিসেবে যুক্ত ছিল। তারপর এটি সম্ভাব্য শক্তিতে পরিণত হয়। বাঁধটি তখন সেই সম্ভাব্য শক্তিটি গ্রহণ করে এবং এটিকে বিদ্যুতে পরিণত করে, যা আপনার বাড়িতে প্রবেশ করতে পারে এবং আপনার কম্পিউটারকে শক্তি দিতে পারে৷
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র
এই আইন অধ্যয়ন করে, কেউ বুঝতে পারে কীভাবে শক্তি কাজ করে এবং কেন সবকিছুর দিকে এগিয়ে যায়সম্ভাব্য বিশৃঙ্খলা এবং বিশৃঙ্খলা। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটিকে এনট্রপির সূত্রও বলা হয়। আপনি কি কখনো ভেবে দেখেছেন কিভাবে মহাবিশ্ব সৃষ্টি হল? বিগ ব্যাং থিওরি অনুসারে, সবকিছুর জন্মের আগে বিপুল পরিমাণ শক্তি একত্রিত হয়েছিল। মহাবিস্ফোরণের পর মহাবিশ্বের আবির্ভাব। এই সব ভাল, কিন্তু এটা কি ধরনের শক্তি ছিল? সময়ের শুরুতে, মহাবিশ্বের সমস্ত শক্তি একটি অপেক্ষাকৃত ছোট জায়গায় নিহিত ছিল। এই তীব্র ঘনত্ব একটি বিশাল পরিমাণ প্রতিনিধিত্ব করে যাকে সম্ভাব্য শক্তি বলা হয়। সময়ের সাথে সাথে, এটি আমাদের মহাবিশ্বের বিশাল বিস্তৃতি জুড়ে ছড়িয়ে পড়ে৷
অনেক ছোট স্কেলে, বাঁধের জলাধারে সম্ভাব্য শক্তি থাকে, কারণ এর অবস্থান এটিকে বাঁধের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে দেয়। প্রতিটি ক্ষেত্রে, সঞ্চিত শক্তি, একবার মুক্তি পেলে, ছড়িয়ে পড়ে এবং কোনো প্রচেষ্টা ছাড়াই তা করে। অন্য কথায়, সম্ভাব্য শক্তির মুক্তি একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া যা অতিরিক্ত সম্পদের প্রয়োজন ছাড়াই ঘটে। যেমন শক্তি বিতরণ করা হয়, এর কিছু অংশ দরকারী শক্তিতে রূপান্তরিত হয় এবং কিছু কাজ করে। বাকিটা অব্যবহারযোগ্য রূপান্তরিত হয়, যাকে বলা হয় তাপ।
মহাবিশ্ব যতই সম্প্রসারিত হতে থাকে, এতে কম ব্যবহারযোগ্য শক্তি থাকে। যদি কম উপযোগী পাওয়া যায়, কম কাজ করা যেতে পারে। যেহেতু জল বাঁধের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, এতে কম দরকারী শক্তিও থাকে। সময়ের সাথে ব্যবহারযোগ্য শক্তির এই হ্রাসকে এনট্রপি বলা হয়, যেখানে এনট্রপিসিস্টেমে অব্যবহৃত শক্তির পরিমাণ, এবং সিস্টেমটি কেবলমাত্র বস্তুর একটি সংগ্রহ যা সমগ্র তৈরি করে৷
এনট্রপিকে সংগঠন ছাড়া একটি সংস্থায় এলোমেলোতা বা বিশৃঙ্খলার পরিমাণ হিসাবেও উল্লেখ করা যেতে পারে। সময়ের সাথে সাথে ব্যবহারযোগ্য শক্তি হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে অব্যবস্থাপনা এবং বিশৃঙ্খলা বৃদ্ধি পায়। এইভাবে, সঞ্চিত সম্ভাব্য শক্তি নির্গত হওয়ার সাথে সাথে এই সমস্তই দরকারী শক্তিতে রূপান্তরিত হয় না। সমস্ত সিস্টেম সময়ের সাথে এনট্রপিতে এই বৃদ্ধি অনুভব করে। এটি বোঝা খুবই গুরুত্বপূর্ণ এবং এই ঘটনাটিকে তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র বলা হয়।
এনট্রপি: সুযোগ বা ত্রুটি
আপনি যেমন অনুমান করেছেন, দ্বিতীয় আইনটি প্রথমটিকে অনুসরণ করে, সাধারণত শক্তি সংরক্ষণের আইন হিসাবে উল্লেখ করা হয় এবং বলে যে শক্তি তৈরি করা যায় না এবং ধ্বংস করা যায় না। অন্য কথায়, মহাবিশ্ব বা যেকোনো সিস্টেমে শক্তির পরিমাণ ধ্রুবক। থার্মোডাইনামিক্সের দ্বিতীয় সূত্রটিকে সাধারণত এনট্রপির আইন হিসাবে উল্লেখ করা হয় এবং এটি ধরে রাখে যে সময় অতিবাহিত হওয়ার সাথে সাথে শক্তি কম দরকারী হয়ে ওঠে এবং সময়ের সাথে সাথে এর গুণমান হ্রাস পায়। এনট্রপি হল একটি সিস্টেমের এলোমেলোতা বা ত্রুটির মাত্রা। যদি সিস্টেমটি খুব বিশৃঙ্খল হয় তবে এটির একটি বড় এনট্রপি রয়েছে। যদি সিস্টেমে অনেক ত্রুটি থাকে, তাহলে এনট্রপি কম।
সরল ভাষায়, তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি বলে যে একটি সিস্টেমের এনট্রপি সময়ের সাথে কমতে পারে না। এর মানে হল যে প্রকৃতিতে জিনিসগুলি শৃঙ্খলার অবস্থা থেকে বিশৃঙ্খলার অবস্থায় যায়। এবং এটি অপরিবর্তনীয়। সিস্টেম কখনই নানিজে থেকে আরও সুশৃঙ্খল হয়ে উঠবে। অন্য কথায়, প্রকৃতিতে, একটি সিস্টেমের এনট্রপি সবসময় বৃদ্ধি পায়। এটি সম্পর্কে চিন্তা করার একটি উপায় হল আপনার বাড়ি। আপনি যদি এটি পরিষ্কার এবং ভ্যাকুয়াম না করেন তবে খুব শীঘ্রই আপনার ভয়ানক জগাখিচুড়ি হবে। এনট্রপি বেড়েছে! এটি কমাতে, ভ্যাকুয়াম ক্লিনার এবং ধুলোর পৃষ্ঠ পরিষ্কার করার জন্য একটি এমওপি ব্যবহার করার জন্য শক্তি ব্যবহার করা প্রয়োজন। ঘর নিজেই পরিষ্কার হবে না।
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র কি? সহজ কথায় ফর্মুলেশন বলে যে যখন শক্তি এক ফর্ম থেকে অন্য ফর্মে পরিবর্তিত হয়, তখন পদার্থ হয় অবাধে চলে যায়, বা বদ্ধ সিস্টেমে এনট্রপি (ব্যধি) বৃদ্ধি পায়। তাপমাত্রা, চাপ এবং ঘনত্বের পার্থক্য সময়ের সাথে সাথে অনুভূমিকভাবে বন্ধ হয়ে যায়। অভিকর্ষের কারণে, ঘনত্ব এবং চাপ উল্লম্বভাবে সমান হয় না। নীচের ঘনত্ব এবং চাপ উপরের থেকে বেশি হবে। এনট্রপি হল পদার্থ এবং শক্তির বিস্তারের একটি পরিমাপ যেখানে এর অ্যাক্সেস রয়েছে। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সবচেয়ে সাধারণ সূত্রটি মূলত রুডলফ ক্লসিয়াসের সাথে যুক্ত, যিনি বলেছিলেন:
এমন একটি ডিভাইস তৈরি করা অসম্ভব যা কম তাপমাত্রার শরীর থেকে উচ্চ তাপমাত্রার শরীরে তাপ স্থানান্তর ছাড়া অন্য কোনও প্রভাব তৈরি করে না।
অন্য কথায়, সময়ের সাথে সাথে সবকিছু একই তাপমাত্রা বজায় রাখার চেষ্টা করে। থার্মোডাইনামিক্সের দ্বিতীয় সূত্রের অনেকগুলি সূত্র রয়েছে যা বিভিন্ন পদ ব্যবহার করে, কিন্তু সেগুলি একই জিনিস বোঝায়। ক্লসিয়াসের আরেকটি বিবৃতি:
তাপ নিজেই নয়ঠাণ্ডা থেকে গরম শরীরে যাচ্ছে।
দ্বিতীয় আইন শুধুমাত্র বড় সিস্টেমের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। এটি এমন একটি সিস্টেমের সম্ভাব্য আচরণ নিয়ে উদ্বিগ্ন যেখানে কোনও শক্তি বা পদার্থ নেই। সিস্টেম যত বড়, দ্বিতীয় আইনের সম্ভাবনা তত বেশি।
আইনের আরেকটি শব্দ:
মোট এনট্রপি সর্বদা একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়ায় বৃদ্ধি পায়।
প্রক্রিয়া চলাকালীন এনট্রপি ΔS-এর বৃদ্ধি অবশ্যই T যে তাপমাত্রায় তাপ স্থানান্তরিত হয় তার সাথে সিস্টেমে স্থানান্তরিত তাপের পরিমাণের অনুপাতকে অতিক্রম করতে হবে বা সমান হতে হবে। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সূত্র:
থার্মোডাইনামিক সিস্টেম
সাধারণ অর্থে, তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সহজ শর্তে বলা হয়েছে যে একে অপরের সংস্পর্শে থাকা সিস্টেমগুলির মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যগুলি সমান হওয়ার প্রবণতা রয়েছে এবং এই অ-ভারসাম্যের পার্থক্যগুলি থেকে কাজটি পাওয়া যেতে পারে। কিন্তু এই ক্ষেত্রে, তাপ শক্তির ক্ষতি হয়, এবং এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। একটি বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থায় চাপ, ঘনত্ব এবং তাপমাত্রার পার্থক্য সুযোগ দেওয়া হলে সমান হতে থাকে; ঘনত্ব এবং চাপ, কিন্তু তাপমাত্রা নয়, অভিকর্ষের উপর নির্ভর করে। একটি তাপ ইঞ্জিন একটি যান্ত্রিক যন্ত্র যা দুটি শরীরের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে দরকারী কাজ প্রদান করে।
একটি থার্মোডাইনামিক সিস্টেম এমন একটি যেটি তার চারপাশের এলাকার সাথে যোগাযোগ করে এবং শক্তি বিনিময় করে। বিনিময় এবং স্থানান্তর কমপক্ষে দুটি উপায়ে ঘটতে হবে। এক উপায় তাপ স্থানান্তর করা উচিত। যদি একটিথার্মোডাইনামিক সিস্টেম "ভারসাম্যে আছে", এটি পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়া ছাড়া তার অবস্থা বা অবস্থা পরিবর্তন করতে পারে না। সহজ কথায়, আপনি যদি ভারসাম্যের মধ্যে থাকেন তবে আপনি একটি "সুখী সিস্টেম", আপনি কিছু করতে পারবেন না। আপনি যদি কিছু করতে চান তবে আপনাকে অবশ্যই বাইরের বিশ্বের সাথে যোগাযোগ করতে হবে।
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র: প্রক্রিয়ার অপরিবর্তনীয়তা
একটি চক্রীয় (পুনরাবৃত্তি) প্রক্রিয়া থাকা অসম্ভব যা সম্পূর্ণরূপে তাপকে কাজে রূপান্তরিত করে। কাজ ব্যবহার না করে ঠান্ডা বস্তু থেকে উষ্ণ বস্তুতে তাপ স্থানান্তর করে এমন একটি প্রক্রিয়া থাকাও অসম্ভব। একটি বিক্রিয়ায় কিছু শক্তি সর্বদা তাপে হারিয়ে যায়। এছাড়াও, সিস্টেমটি তার সমস্ত শক্তিকে কাজের শক্তিতে রূপান্তর করতে পারে না। আইনের দ্বিতীয় অংশটি আরও সুস্পষ্ট।
ঠান্ডা শরীর উষ্ণ শরীরকে উত্তপ্ত করতে পারে না। তাপ স্বাভাবিকভাবেই উষ্ণ থেকে শীতল এলাকায় প্রবাহিত হয়। যদি তাপ শীতল থেকে উষ্ণতর হয়ে যায় তবে এটি "প্রাকৃতিক" এর বিপরীত তাই এটি ঘটানোর জন্য সিস্টেমটিকে কিছু কাজ করতে হবে। প্রকৃতিতে প্রক্রিয়াগুলির অপরিবর্তনীয়তা হল তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র। এটি সম্ভবত সবচেয়ে বিখ্যাত (অন্তত বিজ্ঞানীদের মধ্যে) এবং সমস্ত বিজ্ঞানের গুরুত্বপূর্ণ আইন। তার একটি সূত্র:
মহাবিশ্বের এনট্রপি সর্বাধিক হয়।
অন্য কথায়, এনট্রপি হয় একই থাকে বা বড় হয়, মহাবিশ্বের এনট্রপি কখনই কমতে পারে না। সমস্যা হল যে এটা সবসময়অধিকার আপনি যদি সুগন্ধির বোতল নিয়ে একটি ঘরে স্প্রে করেন, তাহলে শীঘ্রই সুগন্ধি পরমাণুগুলি পুরো স্থানটি পূর্ণ করবে এবং এই প্রক্রিয়াটি অপরিবর্তনীয়।
তাপগতিবিদ্যায় সম্পর্ক
তাপগতিবিদ্যার সূত্র তাপ শক্তি বা তাপ এবং শক্তির অন্যান্য রূপের মধ্যে সম্পর্ক এবং কীভাবে শক্তি পদার্থকে প্রভাবিত করে তা বর্ণনা করে। তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র বলে যে শক্তি সৃষ্টি বা ধ্বংস করা যায় না; মহাবিশ্বে মোট শক্তির পরিমাণ অপরিবর্তিত রয়েছে। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি শক্তির গুণমান সম্পর্কে। এটি বলে যে শক্তি স্থানান্তরিত বা রূপান্তরিত হয়, আরও বেশি ব্যবহারযোগ্য শক্তি হারিয়ে যায়। দ্বিতীয় আইনে আরও বলা হয়েছে যে কোনো বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থার আরও বিশৃঙ্খল হওয়ার একটি স্বাভাবিক প্রবণতা রয়েছে।
এমনকি যখন একটি নির্দিষ্ট স্থানে অর্ডার বৃদ্ধি পায়, আপনি যখন পরিবেশ সহ পুরো সিস্টেমকে বিবেচনা করেন, তখন সর্বদা এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। আরেকটি উদাহরণে, জল বাষ্পীভূত হলে লবণের দ্রবণ থেকে স্ফটিক তৈরি হতে পারে। দ্রবণে লবণের অণুর চেয়ে স্ফটিকগুলো বেশি সাজানো হয়; তবে, বাষ্পীভূত জল তরল জলের চেয়ে অনেক বেশি বিশৃঙ্খল। সামগ্রিকভাবে গৃহীত প্রক্রিয়ার ফলে ব্যাধিতে নিট বৃদ্ধি পায়।
কাজ এবং শক্তি
দ্বিতীয় আইন ব্যাখ্যা করে যে তাপ শক্তিকে 100 শতাংশ দক্ষতার সাথে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তর করা অসম্ভব। সঙ্গে একটি উদাহরণ দেওয়া যেতে পারেগাড়ী দ্বারা পিস্টন চালনা করার জন্য গ্যাসকে গরম করার প্রক্রিয়ার পরে, গ্যাসে সর্বদা কিছু তাপ অবশিষ্ট থাকে যা কোনও অতিরিক্ত কাজ সম্পাদন করতে ব্যবহার করা যায় না। এই বর্জ্য তাপ অবশ্যই একটি রেডিয়েটরে স্থানান্তর করে ফেলে দিতে হবে। গাড়ির ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে, বায়ুমণ্ডলে ব্যয়িত জ্বালানি এবং বায়ুর মিশ্রণ বের করে এটি করা হয়।
এছাড়া, চলমান যন্ত্রাংশ সহ যেকোনো ডিভাইস ঘর্ষণ সৃষ্টি করে যা যান্ত্রিক শক্তিকে তাপে রূপান্তরিত করে, যা সাধারণত অব্যবহৃত হয় এবং এটিকে রেডিয়েটরে স্থানান্তর করে সিস্টেম থেকে অপসারণ করতে হবে। যখন একটি গরম শরীর এবং একটি ঠান্ডা শরীর একে অপরের সংস্পর্শে থাকে, তখন তাপ শক্তি গরম শরীর থেকে ঠান্ডা শরীরে প্রবাহিত হয় যতক্ষণ না তারা তাপীয় ভারসাম্যে পৌঁছায়। যাইহোক, তাপ অন্যভাবে ফিরে আসবে না; দুটি দেহের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য কখনই স্বতঃস্ফূর্তভাবে বৃদ্ধি পাবে না। ঠাণ্ডা শরীর থেকে গরম শরীরে তাপ সরানোর জন্য বাহ্যিক শক্তির উৎস যেমন তাপ পাম্প দ্বারা কাজ করতে হয়।
মহাবিশ্বের ভাগ্য
দ্বিতীয় সূত্রটিও মহাবিশ্বের শেষের পূর্বাভাস দেয়। এটি হল বিশৃঙ্খলার চূড়ান্ত স্তর, যদি সর্বত্র ধ্রুবক তাপীয় ভারসাম্য থাকে তবে কোনও কাজ করা যাবে না এবং সমস্ত শক্তি পরমাণু এবং অণুর এলোমেলো আন্দোলন হিসাবে শেষ হবে। আধুনিক তথ্য অনুসারে, মেটাগ্যালাক্সি একটি প্রসারিত অস্থির সিস্টেম, এবং মহাবিশ্বের তাপ মৃত্যুর কোন কথা বলা যাবে না। তাপ মৃত্যুতাপীয় ভারসাম্যের একটি অবস্থা যেখানে সমস্ত প্রক্রিয়া বন্ধ হয়ে যায়।
এই অবস্থানটি ভুল, যেহেতু তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি শুধুমাত্র বন্ধ সিস্টেমের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। এবং মহাবিশ্ব, যেমন আপনি জানেন, সীমাহীন। যাইহোক, "মহাবিশ্বের তাপের মৃত্যু" শব্দটি কখনও কখনও মহাবিশ্বের ভবিষ্যত বিকাশের জন্য একটি দৃশ্যকল্প বোঝাতে ব্যবহৃত হয়, যা অনুসারে এটি বিক্ষিপ্ত ঠান্ডা ধূলিকণাতে পরিণত না হওয়া পর্যন্ত এটি মহাকাশের অন্ধকারে অনন্ত পর্যন্ত প্রসারিত হতে থাকবে।.
