আমাদের চারপাশের পদার্থের গ্যাসীয় অবস্থা পদার্থের তিনটি সাধারণ রূপের একটি। পদার্থবিজ্ঞানে, এই তরল একত্রিত অবস্থাকে সাধারণত একটি আদর্শ গ্যাসের অনুমানে বিবেচনা করা হয়। এই অনুমান ব্যবহার করে, আমরা নিবন্ধে গ্যাসের সম্ভাব্য আইসোপ্রসেসগুলি বর্ণনা করি৷
আদর্শ গ্যাস এবং এটি বর্ণনা করার জন্য সর্বজনীন সমীকরণ
একটি আদর্শ গ্যাস হল একটি যার কণার মাত্রা নেই এবং একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে না। স্পষ্টতই, এমন একটি গ্যাস নেই যা এই শর্তগুলিকে সঠিকভাবে সন্তুষ্ট করে, যেহেতু এমনকি ক্ষুদ্রতম পরমাণু - হাইড্রোজেন, এর একটি নির্দিষ্ট আকার রয়েছে। তদুপরি, এমনকি নিরপেক্ষ মহৎ গ্যাস পরমাণুর মধ্যেও একটি দুর্বল ভ্যান ডের ওয়ালস মিথস্ক্রিয়া রয়েছে। তাহলে প্রশ্ন ওঠে: কোন ক্ষেত্রে গ্যাস কণার আকার এবং তাদের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া উপেক্ষা করা যেতে পারে? এই প্রশ্নের উত্তর হবে নিম্নলিখিত ভৌত-রাসায়নিক অবস্থার পালন করা:
- নিম্ন চাপ (প্রায় 1 বায়ুমণ্ডল এবং নীচে);
- উচ্চ তাপমাত্রা (ঘরের তাপমাত্রার কাছাকাছি এবং তার উপরে);
- অণু এবং পরমাণুর রাসায়নিক জড়তাগ্যাস।
যদি অন্তত একটি শর্ত পূরণ না হয়, তাহলে গ্যাসটিকে বাস্তব বলে বিবেচনা করা উচিত এবং একটি বিশেষ ভ্যান ডের ওয়ালস সমীকরণ দ্বারা বর্ণনা করা উচিত।
আইসোপ্রসেস অধ্যয়ন করার আগে মেন্ডেলিভ-ক্ল্যাপেয়ারন সমীকরণটি অবশ্যই বিবেচনা করা উচিত। আদর্শ গ্যাস সমীকরণ এর দ্বিতীয় নাম। এটিতে নিম্নলিখিত স্বরলিপি রয়েছে:
PV=nRT
অর্থাৎ, এটি তিনটি থার্মোডাইনামিক প্যারামিটারকে সংযুক্ত করে: চাপ P, তাপমাত্রা T এবং ভলিউম V, সেইসাথে পদার্থের পরিমাণ n। এখানে R চিহ্নটি গ্যাসের ধ্রুবককে নির্দেশ করে, এটি 8.314 J / (Kmol) এর সমান।
গ্যাসের আইসোপ্রসেস কি?
এই প্রক্রিয়াগুলি গ্যাসের দুটি ভিন্ন অবস্থার (প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত) মধ্যে রূপান্তর হিসাবে বোঝা যায়, যার ফলস্বরূপ কিছু পরিমাণ সংরক্ষিত হয় এবং অন্যগুলি পরিবর্তন হয়। গ্যাসে তিন ধরনের আইসোপ্রসেস আছে:
- আইসোথার্মাল;
- আইসোবারিক;
- আইসোকোরিক।
এটি লক্ষ করা গুরুত্বপূর্ণ যে 17 শতকের দ্বিতীয়ার্ধ থেকে 19 শতকের 30 এর দশকের মধ্যে তাদের সকলকে পরীক্ষামূলকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছিল এবং বর্ণনা করা হয়েছিল। এই পরীক্ষামূলক ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, 1834 সালে এমাইল ক্ল্যাপেয়ারন গ্যাসের জন্য সর্বজনীন একটি সমীকরণ তৈরি করেছিলেন। এই নিবন্ধটি অন্যভাবে তৈরি করা হয়েছে - রাষ্ট্রের সমীকরণ প্রয়োগ করে, আমরা আদর্শ গ্যাসে আইসোপ্রসেসের সূত্র পাই।
ধ্রুব তাপমাত্রায় স্থানান্তর
এটিকে একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া বলা হয়। একটি আদর্শ গ্যাসের অবস্থার সমীকরণ থেকে, এটি অনুসরণ করে যে একটি বদ্ধ সিস্টেমে একটি ধ্রুবক পরম তাপমাত্রায়, পণ্যটিকে অবশ্যই স্থির থাকতে হবেচাপ থেকে আয়তন, যেমন:
PV=const
এই সম্পর্কটি প্রকৃতপক্ষে 17 শতকের দ্বিতীয়ার্ধে রবার্ট বয়েল এবং এডম মারিওট দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল, তাই বর্তমানে লিপিবদ্ধ সমতা তাদের নাম বহন করে৷
কার্যকর নির্ভরতা P(V) বা V(P), গ্রাফিকভাবে প্রকাশ করা হয়, হাইপারবোলার মত দেখায়। যত বেশি তাপমাত্রায় আইসোথার্মাল পরীক্ষা চালানো হয়, তত বেশি পণ্য PV।
একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়ায়, একটি গ্যাস তার অভ্যন্তরীণ শক্তি পরিবর্তন না করেই কাজ করে প্রসারিত বা সংকুচিত হয়।
ধ্রুব চাপে স্থানান্তর
এবার আইসোবারিক প্রক্রিয়া অধ্যয়ন করা যাক, যার সময় চাপ স্থির থাকে। এই ধরনের ট্রানজিশনের একটি উদাহরণ হল পিস্টনের নিচে গ্যাস গরম করা। গরম করার ফলস্বরূপ, কণাগুলির গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়, তারা পিস্টনকে আরও প্রায়শই এবং বৃহত্তর শক্তি দিয়ে আঘাত করতে শুরু করে, যার ফলস্বরূপ গ্যাস প্রসারিত হয়। সম্প্রসারণের প্রক্রিয়ায়, গ্যাসটি কিছু কাজ করে, যার কার্যক্ষমতা 40% (একটি একক গ্যাসের জন্য)।
এই আইসোপ্রসেসের জন্য, একটি আদর্শ গ্যাসের জন্য রাষ্ট্রের সমীকরণ বলে যে নিম্নলিখিত সম্পর্কটি অবশ্যই থাকতে হবে:
V/T=const
ক্লেপেয়ারন সমীকরণের ডান দিকে এবং তাপমাত্রা - বাম দিকে ধ্রুবক চাপ স্থানান্তরিত হলে এটি পাওয়া সহজ। এই সমতাকে চার্লসের আইন বলা হয়৷
সমতা নির্দেশ করে যে ফাংশন V(T) এবং T(V) গ্রাফে সরল রেখার মতো দেখায়। আবসিসার সাপেক্ষে V(T) রেখার ঢাল যত ছোট হবে, চাপ তত বেশি হবেপি.
ধ্রুব ভলিউমে স্থানান্তর
গ্যাসের শেষ আইসোপ্রসেস, যা আমরা নিবন্ধে বিবেচনা করব, তা হল আইসোকোরিক ট্রানজিশন। সর্বজনীন Clapeyron সমীকরণ ব্যবহার করে, এই পরিবর্তনের জন্য নিম্নলিখিত সমতা পাওয়া সহজ:
P/T=const
সমকামী-লুসাক আইন দ্বারা আইসোকোরিক ট্রানজিশন বর্ণনা করা হয়েছে। এটি দেখা যায় যে গ্রাফিকভাবে P(T) এবং T(P) ফাংশনগুলি সরলরেখা হবে। তিনটি আইসোকোরিক প্রক্রিয়ার মধ্যে, বাহ্যিক তাপের সরবরাহের কারণে সিস্টেমের তাপমাত্রা বাড়ানোর প্রয়োজন হলে আইসোকোরিক সবচেয়ে কার্যকর। এই প্রক্রিয়া চলাকালীন, গ্যাস কোন কাজ করে না, অর্থাৎ, সমস্ত তাপ সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি বাড়ানোর জন্য নির্দেশিত হবে।
