আজ আমরা "তাপ স্থানান্তর কি?…" প্রশ্নের উত্তর খোঁজার চেষ্টা করব। নিবন্ধে, আমরা বিবেচনা করব প্রক্রিয়াটি কী, প্রকৃতিতে এর কী ধরনের অস্তিত্ব রয়েছে এবং তাপ স্থানান্তর এবং তাপগতিবিদ্যার মধ্যে সম্পর্ক কী তাও খুঁজে বের করব।
সংজ্ঞা
তাপ স্থানান্তর একটি শারীরিক প্রক্রিয়া, যার সারমর্ম হল তাপ শক্তি স্থানান্তর। বিনিময় দুটি সংস্থা বা তাদের সিস্টেমের মধ্যে সঞ্চালিত হয়। এই ক্ষেত্রে, একটি পূর্বশর্ত হবে অধিক উত্তপ্ত শরীর থেকে কম উত্তপ্ত শরীরে তাপ স্থানান্তর।
প্রসেস বৈশিষ্ট্য
তাপ স্থানান্তর একই ধরণের ঘটনা যা সরাসরি যোগাযোগ এবং পৃথক পার্টিশন উভয়ের সাথেই ঘটতে পারে। প্রথম ক্ষেত্রে, সবকিছু পরিষ্কার; দ্বিতীয় ক্ষেত্রে, সংস্থা, উপকরণ এবং মিডিয়া বাধা হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। তাপ স্থানান্তর এমন ক্ষেত্রে ঘটবে যেখানে দুটি বা ততোধিক সংস্থার সমন্বয়ে একটি সিস্টেম তাপীয় ভারসাম্যের অবস্থায় নেই। অর্থাৎ, একটি বস্তুর তাপমাত্রা অন্যটির তুলনায় বেশি বা কম। এখানেই তাপ শক্তির স্থানান্তর ঘটে। এটা যখন শেষ হবে বলে ধরে নেওয়াটা যৌক্তিকযখন সিস্টেমটি থার্মোডাইনামিক বা তাপীয় ভারসাম্যের অবস্থায় আসে। প্রক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে, কারণ তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র আমাদের বলতে পারে।
ভিউ
তাপ স্থানান্তর একটি প্রক্রিয়া যা তিনটি উপায়ে বিভক্ত করা যেতে পারে। তাদের একটি মৌলিক প্রকৃতি থাকবে, যেহেতু তাদের মধ্যে প্রকৃত উপশ্রেণিগুলিকে আলাদা করা যেতে পারে, সাধারণ নিদর্শনগুলির সাথে তাদের নিজস্ব বৈশিষ্ট্যযুক্ত বৈশিষ্ট্য রয়েছে। আজ অবধি, তিন ধরণের তাপ স্থানান্তরকে আলাদা করার প্রথাগত। এগুলি হল পরিবাহী, পরিচলন এবং বিকিরণ। প্রথম দিয়ে শুরু করা যাক, সম্ভবত।
তাপ স্থানান্তরের পদ্ধতি। তাপ পরিবাহিতা।
এটি শক্তির স্থানান্তর করার জন্য একটি বস্তুগত শরীরের সম্পত্তির নাম। একই সময়ে, এটি গরম অংশ থেকে ঠান্ডা অংশে স্থানান্তরিত হয়। এই ঘটনাটি অণুর বিশৃঙ্খল গতির নীতির উপর ভিত্তি করে। এটি তথাকথিত ব্রাউনিয়ান গতি। শরীরের তাপমাত্রা যত বেশি হয়, অণুগুলি তত বেশি সক্রিয়ভাবে চলাচল করে, কারণ তাদের গতিশক্তি বেশি থাকে। ইলেকট্রন, অণু, পরমাণু তাপ সঞ্চালনের প্রক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। এটি দেহে সঞ্চালিত হয়, যার বিভিন্ন অংশের বিভিন্ন তাপমাত্রা থাকে৷
যদি কোনো পদার্থ তাপ সঞ্চালন করতে সক্ষম হয়, তাহলে আমরা একটি পরিমাণগত বৈশিষ্ট্যের উপস্থিতি সম্পর্কে কথা বলতে পারি। এই ক্ষেত্রে, এর ভূমিকা তাপ পরিবাহিতা সহগ দ্বারা অভিনয় করা হয়। এই বৈশিষ্ট্যটি দেখায় যে সময়ের প্রতি ইউনিট দৈর্ঘ্য এবং ক্ষেত্রফলের একক সূচকের মধ্য দিয়ে কত তাপ যাবে। এই ক্ষেত্রে, শরীরের তাপমাত্রা ঠিক 1 K দ্বারা পরিবর্তিত হবে।
আগে মনে করা হত যে তাপ বিনিময় হয়বিভিন্ন সংস্থা (ঘেরা কাঠামোর তাপ স্থানান্তর সহ) এই কারণে যে তথাকথিত ক্যালরি শরীরের এক অংশ থেকে অন্য অংশে প্রবাহিত হয়। যাইহোক, কেউই এর প্রকৃত অস্তিত্বের লক্ষণ খুঁজে পায়নি, এবং যখন আণবিক-কাইনেটিক তত্ত্বটি একটি নির্দিষ্ট স্তরে বিকশিত হয়েছিল, তখন সবাই ক্যালোরি সম্পর্কে চিন্তা করতে ভুলে গিয়েছিল, যেহেতু অনুমানটি অযোগ্য বলে প্রমাণিত হয়েছিল৷
পরিচলন। জল তাপ স্থানান্তর
তাপ শক্তি বিনিময়ের এই পদ্ধতিটি অভ্যন্তরীণ প্রবাহের মাধ্যমে স্থানান্তর হিসাবে বোঝা যায়। জলের একটি কেটলি কল্পনা করা যাক। আপনি জানেন যে, গরম বাতাসের স্রোত উপরে উঠে যায়। এবং ঠান্ডা, ভারী বেশী নিচে ডুবে. তাহলে কেন পানি আলাদা হতে হবে? এটা তার সাথে ঠিক একই. এবং এই ধরনের একটি চক্রের প্রক্রিয়ায়, তাপীয় ভারসাম্যের অবস্থা না হওয়া পর্যন্ত জলের সমস্ত স্তর, তা যতগুলিই থাকুক না কেন তা উত্তপ্ত হবে। কিছু শর্তে, অবশ্যই।
বিকিরণ
এই পদ্ধতিটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশনের নীতির উপর ভিত্তি করে। এটি অভ্যন্তরীণ শক্তি থেকে আসে। আমরা তাপীয় বিকিরণের তত্ত্বে খুব বেশি যাব না, আমরা কেবল লক্ষ্য করব যে এখানে কারণটি চার্জযুক্ত কণা, পরমাণু এবং অণুগুলির বিন্যাসের মধ্যে রয়েছে।
সরল তাপ সঞ্চালন সমস্যা
এখন তাপ স্থানান্তরের গণনাটি অনুশীলনে কীভাবে দেখায় সে সম্পর্কে কথা বলা যাক। চলুন তাপের পরিমাণ সম্পর্কিত একটি সহজ সমস্যার সমাধান করা যাক। ধরা যাক আমাদের জলের ভর আধা কিলোগ্রামের সমান। প্রাথমিক জলের তাপমাত্রা - 0 ডিগ্রিসেলসিয়াস, চূড়ান্ত - 100। আসুন এই পদার্থের ভরকে গরম করতে আমাদের দ্বারা ব্যয় করা তাপের পরিমাণ বের করা যাক।
এর জন্য আমাদের সূত্রটি প্রয়োজন Q=cm(t2-t1), যেখানে Q হল তাপের পরিমাণ, c হল জলের নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা, m হল পদার্থের ভর, t1 হল প্রাথমিক তাপমাত্রা, t2 হল চূড়ান্ত তাপমাত্রা. জলের জন্য, c এর মান সারণী। নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা 4200 J/kgC এর সমান হবে। এখন আমরা এই মানগুলিকে সূত্রে প্রতিস্থাপন করি। আমরা পাই যে তাপের পরিমাণ 210000 J বা 210 kJ এর সমান হবে।
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র
তাপগতিবিদ্যা এবং তাপ স্থানান্তর কিছু আইন দ্বারা পরস্পর সংযুক্ত। তারা এই জ্ঞানের উপর ভিত্তি করে যে একটি সিস্টেমের মধ্যে অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন দুটি উপায়ে অর্জন করা যেতে পারে। প্রথমটি যান্ত্রিক কাজ। দ্বিতীয়টি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপের যোগাযোগ। যাইহোক, তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র এই নীতির উপর ভিত্তি করে। এটির গঠনটি এখানে: যদি সিস্টেমে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ দেওয়া হয় তবে এটি বাহ্যিক সংস্থাগুলিতে কাজ করতে বা এর অভ্যন্তরীণ শক্তি বাড়ানোর জন্য ব্যয় করা হবে। গাণিতিক স্বরলিপি: dQ=dU + dA.
সুবিধা না খারাপ?
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের গাণিতিক স্বরলিপিতে যে সমস্ত পরিমাণ অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে তা একটি "প্লাস" চিহ্ন এবং একটি "বিয়োগ" চিহ্ন দিয়ে উভয়ই লেখা যেতে পারে। অধিকন্তু, তাদের পছন্দ প্রক্রিয়ার শর্ত দ্বারা নির্ধারিত হবে। অনুমান করুন যে সিস্টেমটি কিছু পরিমাণ তাপ গ্রহণ করে। এই ক্ষেত্রে, এটির দেহগুলি উত্তপ্ত হয়। অতএব, গ্যাসের একটি সম্প্রসারণ আছে, যার অর্থকাজ করা হচ্ছে। ফলস্বরূপ, মানগুলি ইতিবাচক হবে। যদি তাপ পরিমাণ দূরে নেওয়া হয়, গ্যাস ঠান্ডা হয়, এবং এটির উপর কাজ করা হয়। মান বিপরীত করা হবে।
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের বিকল্প প্রণয়ন
ধরুন আমাদের কিছু বিরতিহীন ইঞ্জিন আছে। এটিতে, কার্যকারী সংস্থা (বা সিস্টেম) একটি বৃত্তাকার প্রক্রিয়া সম্পাদন করে। এটি সাধারণত একটি চক্র বলা হয়। ফলস্বরূপ, সিস্টেমটি তার আসল অবস্থায় ফিরে আসবে। এটা অনুমান করা যৌক্তিক হবে যে এই ক্ষেত্রে অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন শূন্যের সমান হবে। দেখা যাচ্ছে যে তাপের পরিমাণ কাজ করা কাজের সমান হবে। এই বিধানগুলি আমাদেরকে তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রটিকে অন্যভাবে প্রণয়ন করতে দেয়৷
এটি থেকে আমরা বুঝতে পারি যে প্রথম ধরণের একটি চিরস্থায়ী গতি যন্ত্র প্রকৃতিতে থাকতে পারে না। অর্থাৎ, একটি যন্ত্র যা বাইরে থেকে প্রাপ্ত শক্তির তুলনায় বেশি পরিমাণে কাজ করে। এই ক্ষেত্রে, কর্মগুলি পর্যায়ক্রমে সঞ্চালিত করা আবশ্যক৷
আইসোপ্রসেসের জন্য তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র
আসুন আইসোকোরিক প্রক্রিয়া দিয়ে শুরু করা যাক। এটি ভলিউম ধ্রুবক রাখে। এর মানে হল ভলিউমের পরিবর্তন শূন্য হবে। তাই কাজও হবে শূন্যের সমান। আসুন আমরা থার্মোডাইনামিকসের প্রথম সূত্র থেকে এই শব্দটিকে বাদ দিই, তারপরে আমরা dQ=dU সূত্রটি পাই। এর মানে হল একটি আইসোকোরিক প্রক্রিয়ায়, সিস্টেমে সরবরাহ করা সমস্ত তাপ গ্যাস বা মিশ্রণের অভ্যন্তরীণ শক্তি বাড়াতে যায়।
এবার আইসোবারিক প্রক্রিয়া সম্পর্কে কথা বলা যাক। চাপ স্থির থাকে।এই ক্ষেত্রে, অভ্যন্তরীণ শক্তি কাজের সাথে সমান্তরালভাবে পরিবর্তিত হবে। এখানে মূল সূত্র: dQ=dU + pdV। আমরা সহজেই করা কাজ হিসাব করতে পারেন. এটি uR(T2-T1) অভিব্যক্তির সমান হবে। যাইহোক, এটি সর্বজনীন গ্যাস ধ্রুবকের শারীরিক অর্থ। এক মোল গ্যাস এবং এক কেলভিনের তাপমাত্রার পার্থক্যের উপস্থিতিতে, সার্বজনীন গ্যাসের ধ্রুবক একটি আইসোবারিক প্রক্রিয়ায় করা কাজের সমান হবে৷
