আমাদের চারপাশের প্রাকৃতিক ঘটনা এবং প্রক্রিয়াগুলো বেশ জটিল। তাদের সঠিক শারীরিক বর্ণনার জন্য, একটি কষ্টকর গাণিতিক যন্ত্রপাতি ব্যবহার করা উচিত এবং প্রচুর পরিমাণে উল্লেখযোগ্য বিষয়গুলিকে বিবেচনায় নেওয়া উচিত। এই সমস্যা এড়াতে, পদার্থবিদ্যায় কিছু সরলীকৃত মডেল ব্যবহার করা হয়, যা প্রক্রিয়াটির গাণিতিক বিশ্লেষণকে ব্যাপকভাবে সহজতর করে, কিন্তু কার্যত এর বর্ণনার যথার্থতাকে প্রভাবিত করে না। তাদের মধ্যে একটি আদর্শ গ্যাস মডেল। আসুন নিবন্ধে এটি আরও বিশদে বিবেচনা করা যাক।
একটি আদর্শ গ্যাসের ধারণা
একটি আদর্শ গ্যাস হল একটি পদার্থের একত্রীকরণের একটি অবস্থা, যা উপাদান বিন্দু নিয়ে গঠিত যা একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে না। আসুন আমরা এই সংজ্ঞাটি আরও বিশদে ব্যাখ্যা করি৷
প্রথম, আমরা বস্তুগত বিন্দুগুলিকে বস্তু হিসাবে বলছি যা একটি আদর্শ গ্যাস তৈরি করে। এর অর্থ হল এর অণু এবং পরমাণুর আকার নেই, তবে একটি নির্দিষ্ট ভর রয়েছে। এটা সাহসীকম চাপ এবং উচ্চ তাপমাত্রায় সমস্ত বাস্তব গ্যাসে, অণুর মধ্যে দূরত্ব তাদের রৈখিক মাত্রার চেয়ে অনেক বেশি হয় এই সত্যটিকে বিবেচনা করে একটি আনুমানিকতা তৈরি করা যেতে পারে।
দ্বিতীয়ত, একটি আদর্শ গ্যাসের অণু একে অপরের সাথে মিথস্ক্রিয়া করা উচিত নয়। বাস্তবে, এই ধরনের মিথস্ক্রিয়া সবসময় বিদ্যমান। সুতরাং, এমনকি মহৎ গ্যাসের পরমাণুও দ্বিপোল-ডাইপোল আকর্ষণ অনুভব করে। অন্য কথায়, ভ্যান ডের ওয়ালস মিথস্ক্রিয়া উপস্থিত। যাইহোক, ঘূর্ণন এবং অণুগুলির অনুবাদমূলক আন্দোলনের গতিশক্তির সাথে তুলনা করে, এই মিথস্ক্রিয়াগুলি এত ছোট যে তারা গ্যাসের বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করে না। তাই ব্যবহারিক সমস্যা সমাধানের সময় এগুলো বিবেচনা করা যাবে না।
এটি লক্ষ করা গুরুত্বপূর্ণ যে সমস্ত গ্যাসের ঘনত্ব কম এবং তাপমাত্রা বেশি তা আদর্শ বলে বিবেচিত হতে পারে না। ভ্যান ডের ওয়ালস মিথস্ক্রিয়া ছাড়াও, আরও শক্তিশালী ধরনের বন্ধন রয়েছে, উদাহরণস্বরূপ, H2O অণুর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন, যা গ্যাস আদর্শ অবস্থার চরম লঙ্ঘনের দিকে পরিচালিত করে। এই কারণে, জলীয় বাষ্প একটি আদর্শ গ্যাস নয়, তবে বায়ু।
একটি আদর্শ গ্যাসের ভৌত মডেল
এই মডেলটিকে নিম্নরূপ উপস্থাপন করা যেতে পারে: ধরুন গ্যাস সিস্টেমে N কণা রয়েছে। এগুলি বিভিন্ন রাসায়নিক এবং উপাদানের পরমাণু এবং অণু হতে পারে। N কণার সংখ্যা বড়, তাই সাধারণত এটি বর্ণনা করতে ইউনিট "মোল" ব্যবহার করা হয় (1 মোল অ্যাভোগাড্রোর সংখ্যার সাথে মিলে যায়)। তারা সব কিছু ভলিউম V. কণা গতিতে সরানোবিশৃঙ্খল এবং একে অপরের থেকে স্বাধীন। তাদের প্রত্যেকের একটি নির্দিষ্ট গতি v এবং একটি সরল পথ ধরে চলে।
তাত্ত্বিকভাবে, কণার মধ্যে সংঘর্ষের সম্ভাবনা প্রায় শূন্য, কারণ আন্তঃকণা দূরত্বের তুলনায় তাদের আকার ছোট। যাইহোক, যদি এই ধরনের সংঘর্ষ হয়, তবে এটি একেবারে স্থিতিস্থাপক। পরবর্তী ক্ষেত্রে, কণার মোট ভরবেগ এবং তাদের গতিশক্তি সংরক্ষিত হয়।
আদর্শ গ্যাসের বিবেচিত মডেল হল একটি ধ্রুপদী সিস্টেম যেখানে প্রচুর সংখ্যক উপাদান রয়েছে। অতএব, এতে কণার গতি এবং শক্তি ম্যাক্সওয়েল-বোল্টজম্যানের পরিসংখ্যানগত বন্টন মেনে চলে। কিছু কণার বেগ কম, আবার কিছু কণার বেগ বেশি। এই ক্ষেত্রে, একটি নির্দিষ্ট সংকীর্ণ গতি সীমা রয়েছে, যেখানে এই পরিমাণের সর্বাধিক সম্ভাব্য মানগুলি রয়েছে। নাইট্রোজেন অণুর বেগ বন্টন পরিকল্পনাগতভাবে নীচে দেখানো হয়েছে৷
গ্যাসের গতি তত্ত্ব
উপরে বর্ণিত আদর্শ গ্যাসের মডেল অনন্যভাবে গ্যাসের বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে। এই মডেলটি 1738 সালে ড্যানিয়েল বার্নোলি প্রথম প্রস্তাব করেছিলেন।
পরবর্তীকালে, আগস্ট ক্রোয়েনিগ, রুডলফ ক্লসিয়াস, মিখাইল লোমোনোসভ, জেমস ম্যাক্সওয়েল, লুডভিগ বোল্টজম্যান, মারিয়ান স্মোলুচভস্কি এবং অন্যান্য বিজ্ঞানীদের দ্বারা এটিকে বর্তমান অবস্থায় বিকশিত করা হয়েছিল।
তরল পদার্থের গতি তত্ত্ব, যার ভিত্তিতে আদর্শ গ্যাস মডেল তৈরি করা হয়েছে, তার মাইক্রোস্কোপিক আচরণের উপর ভিত্তি করে সিস্টেমের দুটি গুরুত্বপূর্ণ ম্যাক্রোস্কোপিক বৈশিষ্ট্য ব্যাখ্যা করে:
- গ্যাসের চাপ হল জাহাজের দেয়ালের সাথে কণার সংঘর্ষের ফলে।
- অণু এবং পরমাণুর ধ্রুবক চলাচলের প্রকাশের ফলে সিস্টেমের তাপমাত্রা।
আসুন গতি তত্ত্বের উভয় উপসংহারে প্রসারিত করা যাক।
গ্যাসের চাপ
আদর্শ গ্যাস মডেল সিস্টেমে কণাগুলির একটি ধ্রুবক বিশৃঙ্খল গতিবিধি এবং জাহাজের দেয়ালের সাথে তাদের ধ্রুবক সংঘর্ষকে অনুমান করে। এই ধরনের প্রতিটি সংঘর্ষকে একেবারে স্থিতিস্থাপক বলে মনে করা হয়। কণার ভর ছোট (≈10-27-10-25 কেজি)। অতএব, এটি একটি সংঘর্ষে অনেক চাপ তৈরি করতে পারে না। তবুও, কণার সংখ্যা, এবং সেই কারণে সংঘর্ষের সংখ্যা বিশাল (≈1023)। উপরন্তু, উপাদানগুলির মূল গড় গড় বর্গাকার বেগ ঘরের তাপমাত্রায় প্রতি সেকেন্ডে কয়েকশো মিটার। এই সমস্ত জাহাজের দেয়ালে প্রশংসনীয় চাপ সৃষ্টির দিকে পরিচালিত করে। এটি নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:
P=N mvcp2 / (3V), যেখানে vcp হল রুট মানে বর্গ বেগ, m হল কণা ভর।
পরম তাপমাত্রা
আদর্শ গ্যাস মডেল অনুসারে, অধ্যয়নাধীন সিস্টেমে একটি অণু বা পরমাণুর গড় গতিশক্তি দ্বারা তাপমাত্রা অনন্যভাবে নির্ধারিত হয়। আপনি নিম্নলিখিত অভিব্যক্তিটি লিখতে পারেন যা একটি আদর্শ গ্যাসের জন্য গতিশক্তি এবং পরম তাপমাত্রা সম্পর্কিত:
mvcp2 / 2=3 / 2kB টি.
এখানে kB হল বোল্টজম্যান ধ্রুবক। এই সমতা থেকে আমরা পাই:
T=মি vcp2 / (3kB)।
রাষ্ট্রের সর্বজনীন সমীকরণ
যদি আমরা পরম চাপ P এবং পরম তাপমাত্রা T-এর জন্য উপরের অভিব্যক্তিগুলিকে একত্রিত করি, তাহলে আমরা নিম্নলিখিত সমতা লিখতে পারি:
PV=nRT.
এখানে n হল মোলে পদার্থের পরিমাণ, R হল D. I. মেন্ডেলিভ দ্বারা প্রবর্তিত গ্যাসের ধ্রুবক। এই অভিব্যক্তিটি আদর্শ গ্যাসের তত্ত্বের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ সমীকরণ, কারণ এটি তিনটি থার্মোডাইনামিক প্যারামিটার (V, P, T) একত্রিত করে এবং গ্যাস সিস্টেমের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে না।
সর্বজনীন সমীকরণটি প্রথম পরীক্ষামূলকভাবে 19 শতকে ফরাসি পদার্থবিদ এমিল ক্ল্যাপেইরন দ্বারা উদ্ভূত হয়েছিল এবং তারপরে রাশিয়ান রসায়নবিদ মেন্ডেলিভ দ্বারা এটির আধুনিক রূপ আনা হয়েছিল, যে কারণে এটি বর্তমানে এই বিজ্ঞানীদের নাম বহন করে৷
