সংরক্ষণের নিয়ম এবং শক্তির রূপান্তর হল পদার্থবিদ্যার অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ পদ। এর উপস্থিতির ইতিহাস, সেইসাথে প্রয়োগের প্রধান ক্ষেত্রগুলি বিবেচনা করুন৷
ইতিহাসের পাতা
প্রথম, আসুন জেনে নেওয়া যাক কে শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের নিয়ম আবিষ্কার করেছেন। 1841 সালে, ইংরেজ পদার্থবিদ জুল এবং রাশিয়ান বিজ্ঞানী লেনজ সমান্তরালভাবে পরীক্ষা চালান, যার ফলস্বরূপ বিজ্ঞানীরা অনুশীলনে যান্ত্রিক কাজ এবং তাপের মধ্যে সংযোগ খুঁজে বের করতে সক্ষম হন।
আমাদের গ্রহের বিভিন্ন অংশে পদার্থবিদদের দ্বারা পরিচালিত অসংখ্য অধ্যয়ন শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তর আইনের আবিষ্কার পূর্বনির্ধারিত করেছে৷ উনিশ শতকের মাঝামাঝি জার্মান বিজ্ঞানী মায়ার তার সূত্র দেন। বিজ্ঞানী সেই সময়ে বিদ্যমান বিদ্যুৎ, যান্ত্রিক গতিবিধি, চুম্বকত্ব, মানব শারীরবৃত্তির সমস্ত তথ্য সংক্ষিপ্ত করার চেষ্টা করেছিলেন৷
আনুমানিক একই সময়ে, ডেনমার্ক, ইংল্যান্ড, জার্মানির বিজ্ঞানীরা একই ধরনের চিন্তাভাবনা প্রকাশ করেছিলেন।
এর সাথে পরীক্ষা-নিরীক্ষাউষ্ণতা
তাপ সম্পর্কে বিভিন্ন ধারণা থাকা সত্ত্বেও, এটির একটি সম্পূর্ণ চিত্র শুধুমাত্র রাশিয়ান বিজ্ঞানী মিখাইল ভ্যাসিলিভিচ লোমোনোসভকে দেওয়া হয়েছিল। সমসাময়িকরা তার ধারণাকে সমর্থন করেননি, তারা বিশ্বাস করতেন যে তাপ ক্ষুদ্রতম কণার চলাচলের সাথে সম্পর্কিত নয় যা পদার্থ তৈরি করে।
লোমোনোসভের প্রস্তাবিত যান্ত্রিক শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের আইনটি তখনই সমর্থিত হয়েছিল যখন রামফুর্ড পরীক্ষা-নিরীক্ষার সময় পদার্থের ভিতরে কণার গতির উপস্থিতি প্রমাণ করতে সক্ষম হন।
তাপ পাওয়ার জন্য, পদার্থবিদ ডেভি একে অপরের বিরুদ্ধে দুটি বরফের টুকরো ঘষে বরফ গলানোর চেষ্টা করেছিলেন। তিনি একটি হাইপোথিসিস সামনে রেখেছিলেন যে অনুসারে তাপকে পদার্থের কণার দোলনীয় গতি হিসাবে বিবেচনা করা হয়েছিল।
মেয়ারের শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের আইনটি তাপের উপস্থিতি সৃষ্টিকারী শক্তিগুলির অপরিবর্তনীয়তাকে ধরে নিয়েছে। এই ধারণাটি অন্যান্য বিজ্ঞানীদের দ্বারা সমালোচিত হয়েছিল, যারা মনে করিয়ে দিয়েছিলেন যে বল গতি এবং ভরের সাথে সম্পর্কিত, তাই এর মান অপরিবর্তিত থাকতে পারে না।
ঊনবিংশ শতাব্দীর শেষের দিকে, মায়ার একটি প্যামফলেটে তার ধারণাগুলির সংক্ষিপ্তসার করেছিলেন এবং তাপের প্রকৃত সমস্যা সমাধানের চেষ্টা করেছিলেন। সেই সময়ে শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের আইন কীভাবে ব্যবহৃত হয়েছিল? মেকানিক্সে, কীভাবে শক্তি পাওয়া যায়, রূপান্তর করা যায় সে বিষয়ে কোন ঐক্যমত্য ছিল না, তাই এই প্রশ্নটি ঊনবিংশ শতাব্দীর শেষ পর্যন্ত খোলা ছিল।
আইনের বৈশিষ্ট্য
সংরক্ষণের আইন এবং শক্তির রূপান্তর মৌলিক বিষয়গুলির মধ্যে একটি, অনুমতি দেয়শারীরিক পরিমাণ পরিমাপ করার জন্য নির্দিষ্ট শর্ত। এটিকে তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র বলা হয়, যার প্রধান উদ্দেশ্য হল একটি বিচ্ছিন্ন পদ্ধতিতে এই মানটিকে সংরক্ষণ করা।
শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের আইন বিভিন্ন কারণের উপর তাপের পরিমাণের নির্ভরতা স্থাপন করে। মায়ার, হেলমহোল্টজ, জুল দ্বারা পরিচালিত পরীক্ষামূলক গবেষণায়, বিভিন্ন ধরণের শক্তিকে আলাদা করা হয়েছিল: সম্ভাব্য, গতিগত। এই প্রজাতির সংমিশ্রণকে বলা হত যান্ত্রিক, রাসায়নিক, বৈদ্যুতিক, তাপ।
শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের নিয়মে নিম্নলিখিত সূত্র ছিল: "গতিশক্তির পরিবর্তন সম্ভাব্য শক্তির পরিবর্তনের সমান।"
মেয়ার এই উপসংহারে এসেছিলেন যে এই পরিমাণের সমস্ত জাত একে অপরে রূপান্তর করতে সক্ষম যদি তাপের মোট পরিমাণ অপরিবর্তিত থাকে।
গাণিতিক রাশি
উদাহরণস্বরূপ, আইনের পরিমাণগত অভিব্যক্তি হিসাবে, রাসায়নিক শিল্প হল শক্তির ভারসাম্য।
শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের নিয়ম তাপ শক্তির পরিমাণের মধ্যে একটি সম্পর্ক স্থাপন করে যা বিভিন্ন পদার্থের মিথস্ক্রিয়া অঞ্চলে প্রবেশ করে, এই অঞ্চলটি ছেড়ে যাওয়ার পরিমাণের সাথে।
এক ধরনের শক্তি থেকে অন্য শক্তিতে রূপান্তরের অর্থ এই নয় যে এটি অদৃশ্য হয়ে যায়। না, শুধুমাত্র তার অন্য রূপের রূপান্তর পরিলক্ষিত হয়৷
একই সময়ে, একটি সম্পর্ক রয়েছে: কাজ - শক্তি। শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের নিয়ম এই পরিমাণের স্থায়িত্ব ধরে নেয় (এর মোটপরিমাণ) একটি বিচ্ছিন্ন সিস্টেমে ঘটতে থাকা যেকোনো প্রক্রিয়ার জন্য। এটি নির্দেশ করে যে এক প্রজাতি থেকে অন্য প্রজাতিতে রূপান্তরের প্রক্রিয়ায়, পরিমাণগত সমতা পরিলক্ষিত হয়। বিভিন্ন ধরণের গতির পরিমাণগত বিবরণ দেওয়ার জন্য, পদার্থবিদ্যায় নিউক্লিয়ার, রাসায়নিক, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক, তাপ শক্তি প্রবর্তন করা হয়েছিল।
আধুনিক শব্দচয়ন
আজকে শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের আইন কীভাবে পড়া হয়? ধ্রুপদী পদার্থবিদ্যা একটি থার্মোডাইনামিক ক্লোজড সিস্টেমের জন্য রাষ্ট্রের সাধারণীকৃত সমীকরণের আকারে এই পোস্টুলেটের একটি গাণিতিক স্বরলিপি প্রদান করে:
W=Wk + Wp + U
এই সমীকরণটি দেখায় যে একটি বদ্ধ সিস্টেমের মোট যান্ত্রিক শক্তিকে গতি, সম্ভাব্য, অভ্যন্তরীণ শক্তির সমষ্টি হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়।
শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের নিয়ম, যার সূত্র উপরে উপস্থাপিত হয়েছে, একটি বদ্ধ ব্যবস্থায় এই ভৌত পরিমাণের পরিবর্তনকে ব্যাখ্যা করে৷
গাণিতিক স্বরলিপির প্রধান অসুবিধা হল এটি শুধুমাত্র একটি বন্ধ থার্মোডাইনামিক সিস্টেমের জন্য প্রাসঙ্গিকতা।
ওপেন সিস্টেম
যদি আমরা বৃদ্ধির নীতিটি বিবেচনা করি, তবে অ-বন্ধ ভৌত সিস্টেমে শক্তি সংরক্ষণের আইন প্রসারিত করা বেশ সম্ভব। এই নীতিটি সিস্টেমের অবস্থার বর্ণনার সাথে সম্পর্কিত গাণিতিক সমীকরণ লেখার সুপারিশ করে, পরম পদে নয়, তাদের সংখ্যাগত বৃদ্ধিতে।
সব ধরনের শক্তিকে সম্পূর্ণরূপে বিবেচনা করতে, একটি আদর্শ ব্যবস্থার শাস্ত্রীয় সমীকরণে যোগ করার প্রস্তাব করা হয়েছিলশক্তি বৃদ্ধির যোগফল যা বিভিন্ন ক্ষেত্রের প্রভাবের অধীনে বিশ্লেষিত সিস্টেমের অবস্থার পরিবর্তনের কারণে ঘটে।
সাধারণকৃত সংস্করণে, রাষ্ট্রের সমীকরণটি নিম্নরূপ:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
এই সমীকরণটিকে আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানে সবচেয়ে সম্পূর্ণ বলে মনে করা হয়। এটিই শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের আইনের ভিত্তি হয়ে উঠেছে।
অর্থ
বিজ্ঞানে এই আইনের কোন ব্যতিক্রম নেই, এটি সমস্ত প্রাকৃতিক ঘটনাকে নিয়ন্ত্রণ করে। এই অনুমানের ভিত্তিতে যে কেউ একটি চিরস্থায়ী প্রক্রিয়ার বিকাশের বাস্তবতাকে খণ্ডন সহ বিভিন্ন ইঞ্জিন সম্পর্কে অনুমান উপস্থাপন করতে পারে। এটি এমন সব ক্ষেত্রেই ব্যবহার করা যেতে পারে যেখানে এক ধরনের শক্তির পরিবর্তনের ব্যাখ্যা করার প্রয়োজন হয়।
যান্ত্রিক অ্যাপ্লিকেশন
বর্তমান সময়ে শক্তির সংরক্ষণ এবং রূপান্তরের আইন কীভাবে পড়া হয়? এর সারমর্মটি এই পরিমাণের এক ধরণের রূপান্তরের মধ্যে রয়েছে, তবে একই সাথে এর সামগ্রিক মান অপরিবর্তিত রয়েছে। যে সিস্টেমগুলিতে যান্ত্রিক প্রক্রিয়াগুলি সঞ্চালিত হয় সেগুলিকে রক্ষণশীল বলা হয়। এই ধরনের সিস্টেমগুলিকে আদর্শ করা হয়, অর্থাৎ, তারা ঘর্ষণ শক্তি, অন্যান্য ধরনের প্রতিরোধকে বিবেচনা করে না যা যান্ত্রিক শক্তির অপচয় ঘটায়।
একটি রক্ষণশীল ব্যবস্থায়, শুধুমাত্র সম্ভাব্য শক্তির পারস্পরিক পরিবর্তনই গতিশক্তিতে ঘটে।
এই ধরনের সিস্টেমে একটি শরীরের উপর কাজ করে এমন শক্তির কাজ পথের আকৃতির সাথে সম্পর্কিত নয়। এর মানশরীরের চূড়ান্ত এবং প্রাথমিক অবস্থানের উপর নির্ভর করে। পদার্থবিজ্ঞানে এই ধরণের শক্তির উদাহরণ হিসাবে মাধ্যাকর্ষণ শক্তি বিবেচনা করুন। একটি রক্ষণশীল ব্যবস্থায়, একটি বদ্ধ বিভাগে একটি শক্তির কাজের মান শূন্য, এবং শক্তি সংরক্ষণের আইনটি নিম্নলিখিত আকারে বৈধ হবে: "একটি রক্ষণশীল বদ্ধ ব্যবস্থায়, সম্ভাব্য এবং গতিশক্তির যোগফল সিস্টেমটি তৈরি করে এমন সংস্থাগুলি অপরিবর্তিত রয়েছে।"
উদাহরণস্বরূপ, একটি শরীরের অবাধ পতনের ক্ষেত্রে, সম্ভাব্য শক্তি গতিগত আকারে পরিবর্তিত হয়, যখন এই ধরনের মোট মান পরিবর্তিত হয় না।
উপসংহারে
যান্ত্রিক কাজকে পদার্থের অন্যান্য রূপের মধ্যে যান্ত্রিক গতির পারস্পরিক রূপান্তরের একমাত্র উপায় হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে।
এই আইন প্রযুক্তিতে প্রয়োগ পেয়েছে। গাড়ির ইঞ্জিন বন্ধ করার পর ধীরে ধীরে গতিশক্তির ক্ষয় হয়, এরপর গাড়ির স্টপ হয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে এই ক্ষেত্রে, একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ নির্গত হয়, তাই, ঘষা দেহগুলি উত্তপ্ত হয়, তাদের অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি করে। ঘর্ষণ বা আন্দোলনের কোনো প্রতিরোধের ক্ষেত্রে, যান্ত্রিক শক্তির একটি অভ্যন্তরীণ মূল্যে রূপান্তর পরিলক্ষিত হয়, যা আইনের সঠিকতা নির্দেশ করে৷
এর আধুনিক সূত্রটি এমন দেখাচ্ছে: “একটি বিচ্ছিন্ন সিস্টেমের শক্তি কোথাও অদৃশ্য হয় না, কোথাও থেকে দেখা যায় না। সিস্টেমের মধ্যে বিদ্যমান যে কোনও ঘটনাতে, এক ধরণের শক্তির অন্যটিতে স্থানান্তরিত হয়, এক দেহ থেকে অন্য দেহে স্থানান্তরিত হয়।পরিমাণগত পরিবর্তন।"
এই আইনটি আবিষ্কারের পর, পদার্থবিজ্ঞানীরা একটি চিরস্থায়ী গতির যন্ত্র তৈরির ধারণা ছাড়েন না, যেখানে, একটি বদ্ধ চক্রে, সিস্টেম দ্বারা স্থানান্তরিত তাপের পরিমাণে কোনও পরিবর্তন হবে না। আশেপাশের বিশ্ব, বাইরে থেকে প্রাপ্ত তাপের তুলনায়। এই ধরনের একটি মেশিন তাপের অক্ষয় উৎস হয়ে উঠতে পারে, মানবজাতির শক্তি সমস্যা সমাধানের একটি উপায়৷
