এটা জানা যায় যে তাপ কণার প্রভাবে তাদের বিশৃঙ্খল গতি ত্বরান্বিত হয়। আপনি যদি একটি গ্যাস গরম করেন, তাহলে এটি তৈরি করা অণুগুলি একে অপরের থেকে বিক্ষিপ্ত হয়ে যাবে। উত্তপ্ত তরল প্রথমে আয়তনে বৃদ্ধি পাবে এবং তারপরে বাষ্পীভূত হতে শুরু করবে। কঠিন পদার্থের কি হবে? তাদের প্রত্যেকেই তার সমষ্টির অবস্থা পরিবর্তন করতে পারে না৷
তাপ সম্প্রসারণের সংজ্ঞা
তাপীয় সম্প্রসারণ হল তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে দেহের আকার ও আকৃতির পরিবর্তন। গাণিতিকভাবে, ভলিউমেট্রিক প্রসারণ সহগ গণনা করা সম্ভব, যা বাহ্যিক অবস্থার পরিবর্তনে গ্যাস এবং তরলগুলির আচরণের ভবিষ্যদ্বাণী করা সম্ভব করে। কঠিন পদার্থের জন্য একই ফলাফল পেতে, রৈখিক প্রসারণের সহগকে অবশ্যই বিবেচনায় নিতে হবে। পদার্থবিদরা এই ধরণের গবেষণার জন্য একটি সম্পূর্ণ অংশকে আলাদা করেছেন এবং এটিকে ডাইলাটোমেট্রি বলেছেন৷
প্রকৌশলী এবং স্থপতিদের ভবনের নকশা, রাস্তা এবং পাইপ স্থাপনের জন্য উচ্চ এবং নিম্ন তাপমাত্রার প্রভাবের অধীনে বিভিন্ন উপকরণের আচরণ সম্পর্কে জ্ঞান প্রয়োজন।
গ্যাস সম্প্রসারণ
থার্মালগ্যাসের সম্প্রসারণ মহাকাশে তাদের আয়তনের সম্প্রসারণ দ্বারা অনুষঙ্গী হয়। এটি প্রাচীনকালে প্রাকৃতিক দার্শনিকদের দ্বারা লক্ষ্য করা হয়েছিল, কিন্তু শুধুমাত্র আধুনিক পদার্থবিদরাই গাণিতিক গণনা তৈরি করতে সক্ষম হন৷
প্রথমত, বিজ্ঞানীরা বাতাসের সম্প্রসারণে আগ্রহী হয়ে ওঠেন, কারণ এটি তাদের কাছে একটি সম্ভাব্য কাজ বলে মনে হয়েছিল। তারা এত উদ্যোগীভাবে ব্যবসায় নেমেছে যে তারা বরং বিপরীত ফলাফল পেয়েছে। স্বাভাবিকভাবেই, বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায় এই ধরনের ফলাফলে সন্তুষ্ট ছিল না। পরিমাপের নির্ভুলতা নির্ভর করে কোন থার্মোমিটার ব্যবহার করা হয়েছে, চাপ এবং অন্যান্য বিভিন্ন অবস্থার উপর। কিছু পদার্থবিজ্ঞানী এমনকি এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছেন যে গ্যাসের প্রসারণ তাপমাত্রার পরিবর্তনের উপর নির্ভর করে না। নাকি এই আসক্তি অসম্পূর্ণ…
ডাল্টন এবং গে-লুসাক এর কাজ
পদার্থবিদরা তর্ক চালিয়ে যাবেন যতক্ষণ না তারা কর্কশ হয় বা জন ডাল্টনের পক্ষে না হলে পরিমাপ পরিত্যাগ করত। তিনি এবং অন্য একজন পদার্থবিদ, গে-লুসাক, একই সময়ে স্বাধীনভাবে একই পরিমাপের ফলাফল পেতে সক্ষম হন।
Lussac অনেক ভিন্ন ফলাফলের কারণ খুঁজে বের করার চেষ্টা করেছে এবং লক্ষ্য করেছে যে পরীক্ষার সময় কিছু ডিভাইসে পানি ছিল। স্বাভাবিকভাবেই, গরম করার প্রক্রিয়ায়, এটি বাষ্পে পরিণত হয়েছিল এবং অধ্যয়ন করা গ্যাসগুলির পরিমাণ এবং গঠন পরিবর্তন করেছিল। অতএব, বিজ্ঞানী প্রথম যে কাজটি করেছিলেন তা হল পরীক্ষাটি পরিচালনা করার জন্য ব্যবহৃত সমস্ত যন্ত্রগুলিকে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে শুকানো এবং অধ্যয়নের অধীনে থাকা গ্যাস থেকে আর্দ্রতার ন্যূনতম শতাংশও বাদ দেওয়া। এই সমস্ত কারসাজির পরে, প্রথম কয়েকটি পরীক্ষা আরও নির্ভরযোগ্য বলে প্রমাণিত হয়েছে৷
ডাল্টন এই সমস্যাটি আরও বেশি সময় ধরে মোকাবেলা করেছেনতার সহকর্মী এবং 19 শতকের একেবারে শুরুতে ফলাফল প্রকাশ করেন। তিনি সালফিউরিক অ্যাসিড বাষ্প দিয়ে বাতাস শুকিয়ে তারপর তা গরম করেন। একাধিক পরীক্ষা-নিরীক্ষার পর, জন এই সিদ্ধান্তে উপনীত হন যে সমস্ত গ্যাস এবং বাষ্প 0.376 ফ্যাক্টর দ্বারা প্রসারিত হয়। লুসাক 0.375 নম্বর পেয়েছে। এটি অধ্যয়নের আনুষ্ঠানিক ফলাফলে পরিণত হয়েছে।
জলীয় বাষ্পের স্থিতিস্থাপকতা
গ্যাসের তাপীয় প্রসারণ নির্ভর করে তাদের স্থিতিস্থাপকতার উপর, অর্থাৎ তাদের আসল আয়তনে ফিরে আসার ক্ষমতা। অষ্টাদশ শতাব্দীর মাঝামাঝি জিগলারই প্রথম এই বিষয়টির তদন্ত করেছিলেন। কিন্তু তার পরীক্ষা-নিরীক্ষার ফলাফল খুব বেশি পরিবর্তিত হয়েছিল। আরও নির্ভরযোগ্য পরিসংখ্যান জেমস ওয়াটের দ্বারা প্রাপ্ত হয়েছিল, যিনি উচ্চ তাপমাত্রার জন্য একটি কলড্রোন এবং নিম্ন তাপমাত্রার জন্য একটি ব্যারোমিটার ব্যবহার করেছিলেন৷
18 শতকের শেষের দিকে, ফরাসি পদার্থবিদ প্রোনি গ্যাসের স্থিতিস্থাপকতা বর্ণনা করার জন্য একটি একক সূত্র বের করার চেষ্টা করেছিলেন, কিন্তু এটি খুব কষ্টকর এবং ব্যবহার করা কঠিন বলে প্রমাণিত হয়েছিল। ডাল্টন এর জন্য একটি সাইফন ব্যারোমিটার ব্যবহার করে সমস্ত গণনা পরীক্ষামূলকভাবে পরীক্ষা করার সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন। সমস্ত পরীক্ষায় তাপমাত্রা একই না হওয়া সত্ত্বেও, ফলাফলগুলি খুব সঠিক ছিল। তাই তিনি সেগুলোকে তার পদার্থবিদ্যার পাঠ্যপুস্তকে টেবিল হিসেবে প্রকাশ করেছেন।
বাষ্পীভবন তত্ত্ব
গ্যাসের তাপীয় প্রসারণ (ভৌত তত্ত্ব হিসাবে) বিভিন্ন পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে গেছে। বিজ্ঞানীরা প্রক্রিয়াগুলির নীচে যাওয়ার চেষ্টা করেছিলেন যার দ্বারা বাষ্প তৈরি হয়। এখানে আবার, সুপরিচিত পদার্থবিদ ডাল্টন নিজেকে আলাদা করেছেন। তিনি অনুমান করেছিলেন যে কোনও স্থান গ্যাসীয় বাষ্পে পরিপূর্ণ, তা নির্বিশেষে এই জলাশয়ে উপস্থিত থাকুক না কেন।(রুম) অন্য কোন গ্যাস বা বাষ্প। অতএব, এটি উপসংহারে আসা যেতে পারে যে তরলটি কেবল বায়ুমণ্ডলীয় বাতাসের সংস্পর্শে এসে বাষ্পীভূত হবে না।
তরলের পৃষ্ঠে বায়ু স্তম্ভের চাপ পরমাণুর মধ্যে স্থান বাড়িয়ে দেয়, তাদের ছিন্ন করে বাষ্পীভূত করে, অর্থাৎ এটি বাষ্প গঠনে অবদান রাখে। কিন্তু মাধ্যাকর্ষণ বাষ্পের অণুগুলির উপর কাজ করে চলেছে, তাই বিজ্ঞানীরা গণনা করেছেন যে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ তরলগুলির বাষ্পীভবনের উপর কোন প্রভাব ফেলে না৷
তরল সম্প্রসারণ
তরল পদার্থের তাপীয় প্রসারণ গ্যাসের সম্প্রসারণের সমান্তরালে তদন্ত করা হয়েছিল। একই বিজ্ঞানীরা বৈজ্ঞানিক গবেষণায় নিযুক্ত ছিলেন। এটি করার জন্য, তারা থার্মোমিটার, অ্যারোমিটার, যোগাযোগকারী জাহাজ এবং অন্যান্য যন্ত্র ব্যবহার করেছিল।
সমস্ত পরীক্ষাগুলি একসাথে এবং প্রতিটি পৃথকভাবে ডাল্টনের তত্ত্বকে খণ্ডন করে যে সমজাতীয় তরলগুলি যে তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হয় তার বর্গক্ষেত্রের অনুপাতে প্রসারিত হয়। অবশ্যই, তাপমাত্রা যত বেশি, তরলের আয়তন তত বেশি, তবে এর মধ্যে সরাসরি কোনও সম্পর্ক ছিল না। হ্যাঁ, এবং সমস্ত তরলের সম্প্রসারণের হার আলাদা ছিল৷
উদাহরণস্বরূপ, জলের তাপীয় প্রসারণ শূন্য ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে শুরু হয় এবং তাপমাত্রা কমে যাওয়ার সাথে সাথে চলতে থাকে। পূর্বে, পরীক্ষার এই জাতীয় ফলাফলগুলি এই সত্যের সাথে যুক্ত ছিল যে এটি জল নিজেই প্রসারিত হয় না, তবে যে পাত্রে এটি অবস্থিত তা সংকীর্ণ। কিন্তু কিছু সময় পরে, পদার্থবিদ ডেলুকা তবুও এই সিদ্ধান্তে উপনীত হন যে কারণটি তরলেই অনুসন্ধান করা উচিত। তিনি এর সর্বোচ্চ ঘনত্বের তাপমাত্রা খুঁজে বের করার সিদ্ধান্ত নেন। তবে অবহেলার কারণে তিনি সফল হননিকিছু বিবরণ রামফোর্থ, যিনি এই ঘটনাটি অধ্যয়ন করেছিলেন, দেখেছেন যে জলের সর্বোচ্চ ঘনত্ব 4 থেকে 5 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে পরিলক্ষিত হয়৷
দেহের তাপীয় প্রসারণ
কঠিন পদার্থে, সম্প্রসারণের প্রধান প্রক্রিয়া হল স্ফটিক জালির কম্পনের প্রশস্ততার পরিবর্তন। সহজ কথায়, যে পরমাণুগুলি উপাদান তৈরি করে এবং একে অপরের সাথে দৃঢ়ভাবে যুক্ত থাকে তারা "কাঁপতে শুরু করে।"
দেহের তাপীয় প্রসারণের নিয়মটি নিম্নরূপ প্রণয়ন করা হয়েছে: dT দ্বারা গরম করার প্রক্রিয়ায় রৈখিক আকার L সহ যে কোনও দেহ (ডেল্টা টি হল প্রাথমিক তাপমাত্রা এবং চূড়ান্ত তাপমাত্রার মধ্যে পার্থক্য), dL দ্বারা প্রসারিত হয় (ডেল্টা L হল বস্তুর দৈর্ঘ্য এবং তাপমাত্রার পার্থক্য দ্বারা রৈখিক তাপীয় প্রসারণের সহগের ডেরিভেটিভ)। এটি এই আইনের সবচেয়ে সহজ সংস্করণ, যা ডিফল্টরূপে বিবেচনা করে যে শরীরটি একবারে সমস্ত দিকে প্রসারিত হয়। কিন্তু ব্যবহারিক কাজের জন্য, অনেক বেশি কষ্টকর গণনা ব্যবহার করা হয়, যেহেতু বাস্তবে পদার্থবিজ্ঞানী এবং গণিতবিদদের দ্বারা তৈরি করা উপাদানগুলির থেকে ভিন্নভাবে আচরণ করে৷
রেলের তাপীয় সম্প্রসারণ
পদার্থ প্রকৌশলীরা সর্বদা রেলওয়ে ট্র্যাক স্থাপনের সাথে জড়িত থাকে, কারণ তারা সঠিকভাবে গণনা করতে পারে যে রেলের জয়েন্টগুলির মধ্যে কতটা দূরত্ব থাকা উচিত যাতে উত্তপ্ত বা ঠান্ডা হলে ট্র্যাকগুলি বিকৃত না হয়৷
উপরে উল্লিখিত হিসাবে, তাপীয় রৈখিক প্রসারণ সমস্ত কঠিন পদার্থের জন্য প্রযোজ্য। আর রেলও এর ব্যতিক্রম নয়। কিন্তু একটি বিস্তারিত আছে. রৈখিক পরিবর্তনশরীর ঘর্ষণ বল দ্বারা প্রভাবিত না হলে অবাধে ঘটে। রেলগুলি স্লিপারগুলির সাথে কঠোরভাবে সংযুক্ত থাকে এবং সংলগ্ন রেলগুলিতে ঢালাই করা হয়, তাই দৈর্ঘ্যের পরিবর্তনের বর্ণনা দেয় এমন আইনটি রৈখিক এবং বাট প্রতিরোধের আকারে বাধাগুলি অতিক্রম করার বিষয়টি বিবেচনা করে৷
যদি একটি রেল তার দৈর্ঘ্য পরিবর্তন করতে না পারে, তবে তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে সাথে এতে তাপীয় চাপ বৃদ্ধি পায়, যা এটিকে প্রসারিত এবং সংকুচিত করতে পারে। এই ঘটনাটি হুকের আইন দ্বারা বর্ণিত হয়েছে৷
