কঠিন উপাদান চারটি একত্রিত অবস্থার একটি প্রতিনিধিত্ব করে যেখানে আমাদের চারপাশের বিষয়টি হতে পারে। এই প্রবন্ধে, আমরা বিবেচনা করব কোন যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি কঠিন পদার্থের অন্তর্নিহিত, তাদের অভ্যন্তরীণ গঠনের বিশেষত্ব বিবেচনা করে৷
একটি কঠিন পদার্থ কি?
সম্ভবত সবাই এই প্রশ্নের উত্তর দিতে পারে। লোহার টুকরো, একটি কম্পিউটার, কাটলারি, গাড়ি, প্লেন, পাথর, তুষার সবই কঠিন পদার্থের উদাহরণ। ভৌতিক দৃষ্টিকোণ থেকে, পদার্থের কঠিন সামগ্রিক অবস্থাকে বিভিন্ন যান্ত্রিক প্রভাবের অধীনে তার আকার এবং আয়তন ধরে রাখার ক্ষমতা হিসাবে বোঝা যায়। কঠিন পদার্থের এই যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিই তাদের গ্যাস, তরল এবং প্লাজমা থেকে আলাদা করে। মনে রাখবেন যে তরলটি ভলিউমও ধরে রাখে (অসংকোচনীয়)।
উপরের কঠিন পদার্থের উদাহরণগুলি আরও স্পষ্টভাবে বুঝতে সাহায্য করবে যে তারা মানব জীবন এবং সমাজের প্রযুক্তিগত বিকাশের জন্য কী গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে৷
বিবেচনাধীন পদার্থের অবস্থা অধ্যয়ন করে এমন বেশ কয়েকটি ভৌত এবং রাসায়নিক শাখা রয়েছে। আমরা তাদের মধ্যে শুধুমাত্র সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ তালিকা করি:
- কঠিন পদার্থবিদ্যাশরীর;
- বিকৃতি মেকানিক্স;
- পদার্থ বিজ্ঞান;
- কঠিন রসায়ন।
শক্ত পদার্থের গঠন
কঠিন পদার্থের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য বিবেচনা করার আগে, পারমাণবিক স্তরে তাদের অভ্যন্তরীণ কাঠামোর সাথে পরিচিত হওয়া উচিত।
তাদের গঠনে কঠিন পদার্থের বৈচিত্র্য দারুণ। তবুও, একটি সার্বজনীন শ্রেণীবিভাগ রয়েছে, যা শরীরকে তৈরি করে এমন উপাদানগুলির (পরমাণু, অণু, পারমাণবিক ক্লাস্টার) বিন্যাসের পর্যায়ক্রমিকতার মাপকাঠির উপর ভিত্তি করে। এই শ্রেণিবিন্যাস অনুসারে, সমস্ত কঠিন পদার্থকে নিম্নলিখিত ভাগে ভাগ করা হয়েছে:
- স্ফটিক;
- নিরাকার।
আসুন দ্বিতীয়টি দিয়ে শুরু করা যাক। একটি নিরাকার দেহের কোনো আদেশকৃত কাঠামো নেই। এতে থাকা পরমাণু বা অণুগুলো এলোমেলোভাবে সাজানো থাকে। এই বৈশিষ্ট্যটি নিরাকার পদার্থের বৈশিষ্ট্যগুলির আইসোট্রপির দিকে পরিচালিত করে, অর্থাৎ, বৈশিষ্ট্যগুলি দিকনির্দেশের উপর নির্ভর করে না। একটি নিরাকার দেহের সবচেয়ে আকর্ষণীয় উদাহরণ হল কাচ৷
স্ফটিক দেহ বা স্ফটিক, নিরাকার পদার্থের বিপরীতে, মহাকাশে কাঠামোগত উপাদানগুলির একটি বিন্যাস রয়েছে। মাইক্রোস্কেলে, তারা স্ফটিক সমতল এবং সমান্তরাল পারমাণবিক সারিগুলির মধ্যে পার্থক্য করতে পারে। এই কাঠামোর কারণে, স্ফটিকগুলি অ্যানিসোট্রপিক। তদুপরি, অ্যানিসোট্রপি কেবল কঠিন পদার্থের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যে নয়, বৈদ্যুতিক, তড়িৎ চৌম্বকীয় এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্যগুলিতেও নিজেকে প্রকাশ করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ট্যুরমালাইন স্ফটিক শুধুমাত্র একটি দিকে একটি আলোক তরঙ্গের কম্পন প্রেরণ করতে পারে, যার ফলেইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের মেরুকরণ।
ক্রিস্টালের উদাহরণ প্রায় সব ধাতব পদার্থ। এগুলি প্রায়শই তিনটি স্ফটিক জালিতে পাওয়া যায়: মুখ-কেন্দ্রিক এবং দেহ-কেন্দ্রিক কিউবিক (যথাক্রমে fcc এবং bcc) এবং ষড়ভুজ ক্লোজ-প্যাকড (hcp)। ক্রিস্টালের আরেকটি উদাহরণ হল সাধারণ টেবিল লবণ। ধাতুর বিপরীতে, এর নোডগুলিতে পরমাণু থাকে না, তবে ক্লোরাইড অ্যানিয়ন বা সোডিয়াম ক্যাটেশন থাকে।
স্থিতিস্থাপকতা হল সমস্ত শক্ত পদার্থের প্রধান সম্পত্তি
একটি কঠিনের উপর ক্ষুদ্রতম চাপ প্রয়োগ করে আমরা এটিকে বিকৃত করে দেই। কখনও কখনও বিকৃতি এত ছোট হতে পারে যে এটি লক্ষ্য করা যায় না। যাইহোক, বাহ্যিক লোড প্রয়োগ করা হলে সমস্ত কঠিন পদার্থ বিকৃত হয়। যদি, এই লোড অপসারণের পরে, বিকৃতি অদৃশ্য হয়ে যায়, তবে তারা উপাদানটির স্থিতিস্থাপকতার কথা বলে।
স্থিতিস্থাপকতার ঘটনার একটি উজ্জ্বল উদাহরণ হল একটি ধাতব স্প্রিং এর সংকোচন, যা হুকের সূত্র দ্বারা বর্ণিত হয়েছে। F বল এবং পরম টান (সংকোচন) x এর মাধ্যমে, এই আইনটি নিম্নরূপ লেখা হয়:
F=-kx.
এখানে k হল কিছু সংখ্যা।
বাল্ক ধাতুর ক্ষেত্রে, হুকের সূত্র সাধারণত প্রয়োগ করা বাহ্যিক চাপ σ, আপেক্ষিক স্ট্রেন ε এবং ইয়াং এর মডুলাস ই: এর পরিপ্রেক্ষিতে লেখা হয়
σ=Eε.
ইয়ং এর মডুলাস একটি নির্দিষ্ট উপাদানের জন্য একটি ধ্রুবক মান।
ইলাস্টিক বিকৃতির বৈশিষ্ট্য, যা এটিকে প্লাস্টিকের বিকৃতি থেকে আলাদা করে, তা হল বিপরীততা।ইলাস্টিক বিকৃতির অধীনে কঠিন পদার্থের আকারে আপেক্ষিক পরিবর্তন 1% এর বেশি হয় না। প্রায়শই তারা 0.2% অঞ্চলে থাকে। কঠিন পদার্থের স্থিতিস্থাপক বৈশিষ্ট্যগুলি বাহ্যিক লোড শেষ হওয়ার পরে উপাদানের স্ফটিক জালিতে কাঠামোগত উপাদানগুলির অবস্থানের স্থানচ্যুতির অনুপস্থিতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়৷
যদি বাহ্যিক যান্ত্রিক শক্তি যথেষ্ট বড় হয়, তবে শরীরে এর ক্রিয়া বন্ধ হওয়ার পরে, আপনি অবশিষ্ট বিকৃতি দেখতে পাবেন। একে প্লাস্টিক বলে।
কঠিন পদার্থের প্লাস্টিকতা
আমরা কঠিন পদার্থের স্থিতিস্থাপক বৈশিষ্ট্য বিবেচনা করেছি। এখন আসুন তাদের প্লাস্টিকতার বৈশিষ্ট্যগুলিতে এগিয়ে যাই। অনেকেই জানেন এবং দেখেছেন যে হাতুড়ি দিয়ে পেরেক মারলে তা চ্যাপ্টা হয়ে যায়। এটি প্লাস্টিকের বিকৃতির একটি উদাহরণ। পারমাণবিক স্তরে, এটি একটি জটিল প্রক্রিয়া। নিরাকার দেহে প্লাস্টিকের বিকৃতি ঘটতে পারে না, তাই আঘাতের সময় কাচ বিকৃত হয় না, কিন্তু ভেঙে পড়ে।
কঠিন দেহ এবং তাদের প্লাস্টিকভাবে বিকৃত করার ক্ষমতা স্ফটিক কাঠামোর উপর নির্ভর করে। বিবেচিত অপরিবর্তনীয় বিকৃতি স্ফটিকের আয়তনে বিশেষ পারমাণবিক কমপ্লেক্সের চলাচলের কারণে ঘটে, যাকে স্থানচ্যুতি বলা হয়। পরেরটি দুই ধরনের হতে পারে (প্রান্তিক এবং স্ক্রু)।
সমস্ত কঠিন পদার্থের মধ্যে, ধাতুগুলির সর্বাধিক প্লাস্টিকতা রয়েছে, কারণ তারা স্থানচ্যুতির জন্য মহাকাশে বিভিন্ন কোণে নির্দেশিত প্রচুর সংখ্যক স্লিপ প্লেন সরবরাহ করে। বিপরীতভাবে, সমযোজী বা আয়নিক বন্ধন সহ উপকরণগুলি ভঙ্গুর হবে। এগুলোকে দায়ী করা যেতে পারেরত্ন বা উল্লিখিত টেবিল লবণ।
ভঙ্গুরতা এবং কঠোরতা
যদি আপনি ক্রমাগত কোনো কঠিন পদার্থে বাহ্যিক বল প্রয়োগ করেন, তাহলে শীঘ্রই বা পরে তা ভেঙে পড়বে। ধ্বংস দুই প্রকার:
- ভঙ্গুর;
- আঠালো।
প্রথমটি ফাটলগুলির উপস্থিতি এবং দ্রুত বৃদ্ধি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। ভঙ্গুর ফাটলগুলি উত্পাদনে বিপর্যয়কর পরিণতির দিকে নিয়ে যায়, তাই, তারা এমন উপকরণ এবং তাদের অপারেটিং অবস্থার ব্যবহার করার চেষ্টা করে যার অধীনে উপাদানটির ধ্বংস নমনীয় হবে। পরেরটি ধীরে ধীরে ফাটল বৃদ্ধি এবং ব্যর্থতার আগে প্রচুর পরিমাণে শক্তি শোষণ দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।
প্রতিটি উপাদানের জন্য একটি তাপমাত্রা থাকে যা ভঙ্গুর-নমনীয় রূপান্তরকে চিহ্নিত করে। বেশির ভাগ ক্ষেত্রে, তাপমাত্রা কমে গেলে ফ্র্যাকচার নমনীয় থেকে ভঙ্গুর হয়ে যায়।
চক্রীয় এবং স্থায়ী লোড
প্রকৌশল এবং পদার্থবিজ্ঞানে, কঠিন পদার্থের বৈশিষ্ট্যগুলিও তাদের উপর প্রয়োগ করা লোডের ধরন দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। সুতরাং, উপাদানের উপর একটি ধ্রুবক চক্রীয় প্রভাব (উদাহরণস্বরূপ, টান-সংকোচন) তথাকথিত ক্লান্তি প্রতিরোধের দ্বারা বর্ণিত হয়। এটি দেখায় যে নির্দিষ্ট পরিমাণ চাপ প্রয়োগের কতগুলি চক্র উপাদানটি ভাঙা ছাড়াই সহ্য করার গ্যারান্টিযুক্ত৷
একটি উপাদানের ক্লান্তিও ধ্রুবক লোডের অধীনে অধ্যয়ন করা হয়, সময়ের সাথে স্ট্রেন রেট পরিমাপ করে।
উপকরণের কঠোরতা
কঠিন পদার্থের একটি গুরুত্বপূর্ণ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য হল কঠোরতা। সে সংজ্ঞায়িত করেএটিতে একটি বিদেশী সংস্থার প্রবর্তন রোধ করতে উপাদানটির ক্ষমতা। অভিজ্ঞতাগতভাবে, দুটি দেহের মধ্যে কোনটি কঠিন তা নির্ধারণ করা খুব সহজ। এটি শুধুমাত্র অন্য সঙ্গে তাদের একটি স্ক্র্যাচ করা প্রয়োজন। হীরা হল সবচেয়ে কঠিন স্ফটিক। এটি অন্য কোনো উপাদান আঁচড়াবে।
অন্যান্য যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য
কঠিন পদার্থের উপরে উল্লিখিত ব্যতীত কিছু যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। আমরা তাদের সংক্ষেপে তালিকাভুক্ত করি:
- নমনীয়তা - বিভিন্ন আকার নেওয়ার ক্ষমতা;
- নমনীয়তা - পাতলা থ্রেডে প্রসারিত করার ক্ষমতা;
- বিশেষ ধরনের বিকৃতি প্রতিরোধ করার ক্ষমতা, যেমন বাঁকানো বা মোচড়ানো।
এইভাবে, কঠিন পদার্থের মাইক্রোস্কোপিক গঠন মূলত তাদের বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে।
