কোয়াসিস্ট্যাটিক প্রসেস: আইসোথার্মাল, আইসোবারিক, আইসোকোরিক এবং অ্যাডিয়াব্যাটিক

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

থার্মোডাইনামিক পদার্থবিদ্যার একটি গুরুত্বপূর্ণ শাখা যা ভারসাম্য বা প্রবণতায় তাপগতিগত সিস্টেমগুলি অধ্যয়ন করে এবং বর্ণনা করে। তাপগতিবিদ্যার সমীকরণ ব্যবহার করে কিছু প্রাথমিক অবস্থা থেকে চূড়ান্ত অবস্থায় রূপান্তর বর্ণনা করতে সক্ষম হওয়ার জন্য, একটি আধা-স্থির প্রক্রিয়ার আনুমানিকতা তৈরি করা প্রয়োজন। এই আনুমানিক কি, এবং এই প্রসেস কি ধরনের, আমরা এই নিবন্ধে বিবেচনা করব।

আধা-স্থির প্রক্রিয়া বলতে কী বোঝায়?

আপনি জানেন যে, সিস্টেমের অবস্থা বর্ণনা করার জন্য তাপগতিবিদ্যা ম্যাক্রোস্কোপিক বৈশিষ্ট্যের একটি সেট ব্যবহার করে যা পরীক্ষামূলকভাবে পরিমাপ করা যায়। এর মধ্যে রয়েছে চাপ P, ভলিউম V, এবং পরম তাপমাত্রা T। যদি একটি নির্দিষ্ট মুহুর্তে অধ্যয়নের অধীনে সিস্টেমের জন্য তিনটি পরিমাণই পরিচিত হয়, তাহলে তারা বলে যে এর অবস্থা নির্ধারণ করা হয়েছে।

আধা-স্থির প্রক্রিয়ার ধারণাটি দুটি রাজ্যের মধ্যে একটি পরিবর্তনকে বোঝায়। এই পরিবর্তনের সময়,স্বাভাবিকভাবেই, সিস্টেমের থার্মোডাইনামিক বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন হয়। যদি সময়ের প্রতিটি মুহুর্তে যা পরিবর্তন চলতে থাকে, T, P এবং V সিস্টেমের জন্য পরিচিত হয়, এবং এটি তার ভারসাম্য অবস্থা থেকে দূরে নয়, তাহলে আমরা বলি যে একটি আধা-স্থির প্রক্রিয়া ঘটে। অন্য কথায়, এই প্রক্রিয়াটি ভারসাম্যপূর্ণ অবস্থার একটি সেটের মধ্যে একটি অনুক্রমিক রূপান্তর। তিনি অনুমান করেন যে সিস্টেমের উপর বাহ্যিক প্রভাব নগণ্য যাতে এটি দ্রুত ভারসাম্য আনতে সময় পায়।

বাস্তব প্রক্রিয়াগুলি আধা-স্থির নয়, তাই বিবেচনাধীন ধারণাটি আদর্শ করা হবে। উদাহরণস্বরূপ, একটি গ্যাস প্রসারিত বা সংকুচিত করার সময়, এতে অশান্ত পরিবর্তন এবং তরঙ্গ প্রক্রিয়া হয়, যার জন্য তাদের ক্ষয় করার জন্য কিছু সময় প্রয়োজন। তবুও, বেশ কিছু ব্যবহারিক ক্ষেত্রে, যে গ্যাসগুলিতে কণাগুলি উচ্চ গতিতে চলে, ভারসাম্য দ্রুত সেট করে, তাই তাদের মধ্যে থাকা অবস্থার মধ্যে বিভিন্ন রূপান্তরকে উচ্চ নির্ভুলতার সাথে আধা-স্থির হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে।

রাষ্ট্রের সমীকরণ এবং গ্যাসে প্রক্রিয়ার ধরন

গ্যাস তাপগতিবিদ্যায় অধ্যয়নের জন্য পদার্থের একটি সুবিধাজনক সামগ্রিক অবস্থা। এটি এই কারণে যে এটির বর্ণনার জন্য একটি সহজ সমীকরণ রয়েছে যা উপরের তিনটি তাপগতিগত পরিমাণের সাথে সম্পর্কিত। এই সমীকরণটিকে ক্ল্যাপেয়ারন-মেন্ডেলিভ আইন বলা হয়। এটা এই মত দেখাচ্ছে:

PV=nRT

এই সমীকরণটি ব্যবহার করে, সমস্ত ধরণের আইসোপ্রসেস এবং অ্যাডিয়াব্যাটিক ট্রানজিশন এবংআইসোবার, আইসোথার্ম, আইসোকোর এবং আদিয়াবাটের গ্রাফ তৈরি করা হয়। সমতায়, n হল সিস্টেমে পদার্থের পরিমাণ, R হল সমস্ত গ্যাসের জন্য একটি ধ্রুবক। নীচে আমরা সমস্ত উল্লেখিত ধরণের আধা-স্থির প্রক্রিয়া বিবেচনা করি৷

আইসোথার্মাল ট্রানজিশন

এটি 17 শতকের শেষের দিকে উদাহরণ হিসেবে বিভিন্ন গ্যাস ব্যবহার করে প্রথম অধ্যয়ন করা হয়েছিল। সংশ্লিষ্ট পরীক্ষাগুলি রবার্ট বয়েল এবং এডম মারিওট দ্বারা পরিচালিত হয়েছিল। বিজ্ঞানীরা নিম্নলিখিত ফলাফল নিয়ে এসেছেন:

PV=const যখন T=const

যদি আপনি সিস্টেমে চাপ বাড়ান, তবে সিস্টেমটি একটি ধ্রুবক তাপমাত্রা বজায় রাখলে এর আয়তন এই বৃদ্ধির অনুপাতে হ্রাস পাবে। রাষ্ট্রের সমীকরণ থেকে এই আইনটি বের করা সহজ।

গ্রাফের আইসোথার্ম হল একটি হাইপারবোলা যা P এবং V অক্ষের কাছে যায়।

আইসোবারিক এবং আইসোকোরিক ট্রানজিশন

আইসোবারিক (ধ্রুব চাপে) এবং আইসোকোরিক (ধ্রুবক আয়তনে) গ্যাসের রূপান্তর 19 শতকের শুরুতে অধ্যয়ন করা হয়েছিল। তাদের অধ্যয়ন এবং প্রাসঙ্গিক আইন আবিষ্কারের মহান যোগ্যতা ফরাসি জ্যাক চার্লস এবং গে-লুসাকের অন্তর্গত। উভয় প্রক্রিয়া গাণিতিকভাবে নিম্নরূপ উপস্থাপন করা হয়:

V/T=const যখন P=const;

P/T=const যখন V=const

যদি আমরা সংশ্লিষ্ট প্যারামিটার ধ্রুবক সেট করি তাহলে উভয় রাশিই রাষ্ট্রের সমীকরণ থেকে অনুসরণ করে।

আমরা নিবন্ধের একটি অনুচ্ছেদের অধীনে এই রূপান্তরগুলিকে একত্রিত করেছি কারণ তাদের একই গ্রাফিকাল উপস্থাপনা রয়েছে। আইসোথার্মের বিপরীতে, আইসোবার এবং আইসোকোর সরলরেখাযথাক্রমে আয়তন এবং তাপমাত্রা এবং চাপ এবং তাপমাত্রার মধ্যে সরাসরি আনুপাতিকতা দেখান।

Adiabatic প্রক্রিয়া

এটি বর্ণিত আইসোপ্রসেস থেকে আলাদা যে এটি পরিবেশ থেকে সম্পূর্ণ তাপীয় বিচ্ছিন্নতায় এগিয়ে যায়। অ্যাডিয়াব্যাটিক ট্রানজিশনের ফলে, পরিবেশের সাথে তাপ বিনিময় ছাড়াই গ্যাস প্রসারিত হয় বা সংকুচিত হয়। এই ক্ষেত্রে, এর অভ্যন্তরীণ শক্তিতে একটি অনুরূপ পরিবর্তন ঘটে, যা হল:

dU=- PdV

একটি এডিয়াব্যাটিক কোয়াসি-স্ট্যাটিক প্রক্রিয়া বর্ণনা করার জন্য, দুটি পরিমাণ জানা গুরুত্বপূর্ণ: আইসোবারিক CP _{এবং আইসোকোরিক সিVতাপ ক্ষমতা। মান C}P _{সিস্টেমে কতটা তাপ দিতে হবে তা বলে যে এটি আইসোবারিক প্রসারণের সময় তাপমাত্রা 1 K দ্বারা বৃদ্ধি করে। মান C}V _{মানে একই, শুধুমাত্র ধ্রুব ভলিউম গরম করার জন্য।}

একটি আদর্শ গ্যাসের জন্য এই প্রক্রিয়াটির সমীকরণকে বলা হয় পয়সন সমীকরণ। এটি নিম্নরূপ P এবং V প্যারামিটারে লেখা হয়েছে:

PV^γ=কন্সট

এখানে প্যারামিটার γ কে diabatic exponent বলা হয়। এটি C_P এবং C_V অনুপাতের সমান। একটি মোনাটমিক গ্যাসের জন্য γ=1.67, একটি ডায়াটমিক গ্যাসের জন্য - 1.4, যদি গ্যাসটি আরও জটিল অণু দ্বারা গঠিত হয়, তাহলে γ=1.33.

যেহেতু অ্যাডিয়াব্যাটিক প্রক্রিয়াটি শুধুমাত্র তার নিজস্ব অভ্যন্তরীণ শক্তি সংস্থানগুলির কারণে ঘটে, তাই P-V অক্ষের diabatic গ্রাফটি আইসোথার্ম গ্রাফের চেয়ে বেশি তীক্ষ্ণভাবে আচরণ করে(হাইপারবোল)।