পদার্থবিজ্ঞানে, "তাপ" ধারণাটি বিভিন্ন সংস্থার মধ্যে তাপীয় শক্তি স্থানান্তরের সাথে জড়িত। এই প্রক্রিয়াগুলির কারণে, দেহের উত্তাপ এবং শীতলকরণের পাশাপাশি তাদের একত্রিতকরণের অবস্থার পরিবর্তন ঘটে। তাপ কাকে বলে এই প্রশ্নটি আরও বিশদে বিবেচনা করা যাক।
ধারণা ধারণা
তাপ কি? প্রতিটি ব্যক্তি প্রতিদিনের দৃষ্টিকোণ থেকে এই প্রশ্নের উত্তর দিতে পারে, যার অর্থ বিবেচনাধীন ধারণার অধীনে যখন পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় তখন তার যে সংবেদন হয়। পদার্থবিজ্ঞানে, এই ঘটনাটিকে শক্তি স্থানান্তর প্রক্রিয়া হিসাবে বোঝা যায় যা দেহ গঠনকারী অণু এবং পরমাণুর বিশৃঙ্খল গতিবিধির তীব্রতার পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত।
সাধারণভাবে, আমরা বলতে পারি যে শরীরের তাপমাত্রা যত বেশি হবে, এতে তত বেশি অভ্যন্তরীণ শক্তি সঞ্চিত হবে এবং এটি অন্যান্য বস্তুকে তত বেশি তাপ দিতে পারে।
তাপ এবং তাপমাত্রা
তাপ কাকে বলে এই প্রশ্নের উত্তর জেনে অনেকেই হয়তো ভাবতে পারেন যে এই ধারণাটি "তাপমাত্রা" ধারণার মতো, কিন্তু তা নয়। তাপ হল গতিশক্তি, তাপমাত্রা এর একটি পরিমাপশক্তি. সুতরাং, তাপ স্থানান্তরের প্রক্রিয়া নির্ভর করে পদার্থের ভরের উপর, এটি তৈরি করে এমন কণার সংখ্যার উপর, সেইসাথে এই কণাগুলির ধরন এবং তাদের চলাচলের গড় গতির উপর। পরিবর্তে, তাপমাত্রা শুধুমাত্র তালিকাভুক্ত পরামিতিগুলির শেষের উপর নির্ভর করে।
তাপ এবং তাপমাত্রার মধ্যে পার্থক্য বোঝা সহজ যদি আপনি একটি সাধারণ পরীক্ষা পরিচালনা করেন: আপনাকে দুটি পাত্রে জল ঢালতে হবে যাতে একটি পাত্র পূর্ণ হয় এবং অন্যটি কেবল অর্ধেক ভরা হয়। উভয় পাত্রকে আগুনের উপর রাখলে দেখা যায় যে যেটিতে পানি কম থাকে সেটি প্রথমে ফুটতে শুরু করে। দ্বিতীয় পাত্রটি ফুটতে হলে আগুন থেকে আরও কিছু তাপ লাগবে। যখন উভয় পাত্রই ফুটতে থাকে, তখন আপনি তাদের তাপমাত্রা পরিমাপ করতে পারেন, এটি একই হবে (100 oC), কিন্তু একটি পূর্ণ পাত্রে পানি ফুটানোর জন্য আরও তাপের প্রয়োজন ছিল।
হিট ইউনিট
পদার্থবিজ্ঞানে তাপের সংজ্ঞা অনুসারে, কেউ অনুমান করতে পারে যে এটি শক্তি বা কাজের মতো একই ইউনিটে পরিমাপ করা হয়, অর্থাৎ জুলে (জে)। তাপের প্রধান একক ছাড়াও, দৈনন্দিন জীবনে আপনি প্রায়শই ক্যালোরি (kcal) সম্পর্কে শুনতে পারেন। এই ধারণাটি তাপের পরিমাণ হিসাবে বোঝা যায় যা এক গ্রাম জলে স্থানান্তর করা প্রয়োজন যাতে এর তাপমাত্রা 1 কেলভিন (কে) বৃদ্ধি পায়। এক ক্যালোরি 4.184 জে এর সমান। আপনি বড় এবং ছোট ক্যালোরি সম্পর্কেও শুনতে পারেন, যা যথাক্রমে 1 কিলোক্যালরি এবং 1 ক্যালরি।
তাপ ক্ষমতার ধারণা
তাপ কী তা জেনে, আসুন একটি ভৌত পরিমাণ বিবেচনা করা যাক যা সরাসরি এটিকে চিহ্নিত করে - তাপ ক্ষমতা। এই ধারণার অধীনে,পদার্থবিদ্যা বলতে বোঝায় শরীরের তাপমাত্রা 1 কেলভিন (কে) দ্বারা পরিবর্তিত হওয়ার জন্য যে পরিমাণ তাপ দেওয়া বা নেওয়া উচিত।
একটি নির্দিষ্ট শরীরের তাপ ক্ষমতা 2টি প্রধান কারণের উপর নির্ভর করে:
- রাসায়নিক সংমিশ্রণ এবং একত্রীকরণের অবস্থা যেখানে শরীর উপস্থাপন করা হয়;
- তার ভর।
এই বৈশিষ্ট্যটিকে বস্তুর ভর থেকে স্বাধীন করার জন্য, তাপের পদার্থবিজ্ঞানে আরেকটি পরিমাণ প্রবর্তন করা হয়েছিল - নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা, যা প্রতি 1 কেজির একটি প্রদত্ত দেহ দ্বারা স্থানান্তরিত বা নেওয়ার পরিমাণ নির্ধারণ করে। তাপমাত্রা 1 K দ্বারা পরিবর্তিত হলে এর ভর।
বিভিন্ন পদার্থের নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতার পার্থক্য স্পষ্টভাবে দেখানোর জন্য, উদাহরণস্বরূপ, 1 গ্রাম জল, 1 গ্রাম আয়রন এবং 1 গ্রাম সূর্যমুখী তেল নিন এবং তা গরম করুন। লোহার নমুনার জন্য তাপমাত্রা দ্রুততম পরিবর্তন হবে, তারপরে তেলের ড্রপের জন্য এবং জলের জন্য শেষ হবে।
উল্লেখ্য যে নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা শুধুমাত্র পদার্থের রাসায়নিক গঠনের উপর নির্ভর করে না, বরং এর একত্রিত হওয়ার অবস্থার উপরও নির্ভর করে, সেইসাথে এটি বিবেচনা করা হয় এমন বাহ্যিক শারীরিক অবস্থার উপরও (ধ্রুবক চাপ বা ধ্রুবক আয়তন).
তাপ স্থানান্তর প্রক্রিয়ার প্রধান সমীকরণ
তাপ কী সেই প্রশ্নটি মোকাবেলা করার পরে, একজনকে মূল গাণিতিক অভিব্যক্তি দেওয়া উচিত যা একত্রিত হওয়ার যে কোনও অবস্থায় একেবারে যে কোনও দেহের জন্য এর স্থানান্তর প্রক্রিয়াটিকে চিহ্নিত করে। এই অভিব্যক্তিটির ফর্ম রয়েছে: Q=cmΔT, যেখানে Q হল স্থানান্তরিত (প্রাপ্ত) তাপের পরিমাণ, c হল প্রশ্নে থাকা বস্তুর নির্দিষ্ট তাপ, m -এর ভর, ΔT হল পরম তাপমাত্রার পরিবর্তন, যা তাপ স্থানান্তর প্রক্রিয়ার শেষে এবং শুরুতে শরীরের তাপমাত্রার পার্থক্য হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়।
এটা বোঝা গুরুত্বপূর্ণ যে উপরের সূত্রটি সর্বদা বৈধ হবে যখন, বিবেচনাধীন প্রক্রিয়া চলাকালীন, বস্তুটি তার একত্রীকরণের অবস্থা ধরে রাখে, অর্থাৎ এটি একটি তরল, কঠিন বা গ্যাস থাকে। অন্যথায়, সমীকরণ ব্যবহার করা যাবে না।
পদার্থের একত্রীকরণের অবস্থার পরিবর্তন
আপনি জানেন, 3টি প্রধান সামগ্রিক অবস্থা রয়েছে যেগুলির মধ্যে বিষয় হতে পারে:
- গ্যাস;
- তরল;
- শক্ত শরীর।
এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থার পরিবর্তনের জন্য, শরীরের তাপকে জানানো বা তা থেকে সরিয়ে নেওয়া প্রয়োজন। পদার্থবিজ্ঞানে এই জাতীয় প্রক্রিয়াগুলির জন্য, নির্দিষ্ট তাপের গলে যাওয়া (স্ফটিককরণ) এবং ফুটন্ত (ঘনকরণ) ধারণাগুলি চালু করা হয়েছিল। এই সমস্ত পরিমাণগুলি একত্রিতকরণের অবস্থার পরিবর্তনের জন্য প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ নির্ধারণ করে, যা 1 কেজি শরীরের ওজন ছেড়ে দেয় বা শোষণ করে। এই প্রক্রিয়াগুলির জন্য, সমীকরণটি বৈধ: Q=Lm, যেখানে L হল পদার্থের অবস্থার মধ্যে সংশ্লিষ্ট স্থানান্তরের নির্দিষ্ট তাপ৷
নিচে একত্রিতকরণের অবস্থা পরিবর্তন করার প্রক্রিয়াগুলির প্রধান বৈশিষ্ট্যগুলি রয়েছে:
- এই প্রক্রিয়াগুলি একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় ঘটে, যেমন ফুটন্ত বা গলে যাওয়া।
- এগুলি বিপরীতমুখী। উদাহরণস্বরূপ, গলে যাওয়ার জন্য একটি প্রদত্ত দেহ যে পরিমাণ তাপ শোষণ করে তা পরিবেশে যে পরিমাণ তাপ নির্গত হবে তার সমান হবে যদি এই দেহটি আবার চলে যায়।শক্ত অবস্থায়।
তাপীয় ভারসাম্য
এটি "উষ্ণতা" ধারণার সাথে সম্পর্কিত আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ সমস্যা যা বিবেচনা করা দরকার। যদি ভিন্ন তাপমাত্রার দুটি দেহের সংস্পর্শে আনা হয়, তবে কিছুক্ষণ পরে পুরো সিস্টেমের তাপমাত্রা সমান হয়ে যাবে এবং একই হয়ে যাবে। তাপীয় ভারসাম্য অর্জনের জন্য, উচ্চ তাপমাত্রার একটি শরীরকে অবশ্যই সিস্টেমে তাপ দিতে হবে এবং নিম্ন তাপমাত্রার শরীরকে অবশ্যই এই তাপ গ্রহণ করতে হবে। তাপ পদার্থবিদ্যার সূত্র যা এই প্রক্রিয়াটিকে বর্ণনা করে তা প্রধান তাপ স্থানান্তর সমীকরণ এবং সমীকরণ যা বস্তুর সামগ্রিক অবস্থার পরিবর্তন নির্ধারণ করে (যদি থাকে) এর সংমিশ্রণ হিসাবে প্রকাশ করা যেতে পারে।
তাপীয় ভারসাম্যের স্বতঃস্ফূর্ত প্রতিষ্ঠার প্রক্রিয়ার একটি আকর্ষণীয় উদাহরণ হল একটি লাল-গরম লোহার বার যা জলে নিক্ষেপ করা হয়। এই ক্ষেত্রে, গরম লোহা পানিতে তাপ দেবে যতক্ষণ না তার তাপমাত্রা তরলের তাপমাত্রার সমান হয়।
তাপ স্থানান্তরের প্রাথমিক পদ্ধতি
মানুষের জানা সমস্ত প্রক্রিয়া যা তাপ শক্তির বিনিময়ের সাথে যায় তিনটি ভিন্ন উপায়ে ঘটে:
- তাপ পরিবাহিতা। এইভাবে তাপ বিনিময় ঘটানোর জন্য, বিভিন্ন তাপমাত্রার সাথে দুটি দেহের মধ্যে যোগাযোগ প্রয়োজন। স্থানীয় আণবিক স্তরে যোগাযোগ অঞ্চলে, গতিশক্তি একটি গরম শরীর থেকে ঠান্ডা শরীরে স্থানান্তরিত হয়। এই তাপ স্থানান্তরের হার তাপ সঞ্চালনের জন্য জড়িত সংস্থাগুলির ক্ষমতার উপর নির্ভর করে। তাপ পরিবাহিতা একটি আকর্ষণীয় উদাহরণমানুষ ধাতব রড স্পর্শ করছে।
- পরিচলন। এই প্রক্রিয়াটির জন্য পদার্থের গতিবিধি প্রয়োজন, তাই এটি শুধুমাত্র তরল এবং গ্যাসগুলিতে পরিলক্ষিত হয়। পরিচলনের সারমর্মটি নিম্নরূপ: যখন গ্যাস বা তরল স্তরগুলি উত্তপ্ত হয়, তখন তাদের ঘনত্ব হ্রাস পায়, তাই তারা উপরে উঠতে থাকে। তরল বা গ্যাসের আয়তন বৃদ্ধির সময় তারা তাপ স্থানান্তর করে। পরিচলনের একটি উদাহরণ হল একটি কেটলিতে ফুটন্ত পানির প্রক্রিয়া।
- বিকিরণ। তাপ স্থানান্তরের এই প্রক্রিয়াটি একটি উত্তপ্ত শরীর দ্বারা বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সির ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণ নির্গমনের কারণে ঘটে। সূর্যালোক বিকিরণের একটি প্রধান উদাহরণ।
