আপনি যদি বৈদ্যুতিক তারগুলি ঘনিষ্ঠভাবে পর্যবেক্ষণ করেন, তাহলে দেখবেন যে ঢিলা থাকার কারণে সেগুলি নিচের দিকে বেঁকে গেছে। বৈদ্যুতিক তারগুলিকে কেবল টানটান না করে ইচ্ছাকৃতভাবে ঢিলা করে রাখা হয় কেন? পূর্ব নুসা তেঙ্গারার ফ্লোরেস এবং লেমবাতার বেশিরভাগ ছাদ দস্তা (Zn) দিয়ে তৈরি। দিনে বা রাতে, দস্তার ছাদ শব্দ করে। দস্তা কেন শব্দ করে? আপনি যদি জাভা দ্বীপে বাস করেন, তাহলে হয়তো রেললাইন দেখেছেন। রেলের সংযোগস্থলে ফাঁক থাকে। রেলের সংযোগস্থলের এই ফাঁকগুলির কাজ কী? প্রসারণের বিষয়টি নিয়ে আপনি অনেক কিছু ভাবতে এবং জিজ্ঞাসা করতে পারেন ।
দৈর্ঘ্য সম্প্রসারণ
অধিকাংশ কঠিন পদার্থের তাপমাত্রা পরিবর্তন হলে সেগুলোর রৈখিক প্রসারণ ঘটে। এর ফলে দৈর্ঘ্যের বৃদ্ধি বা হ্রাস ঘটে। সাধারণত, কোনো বস্তুর তাপমাত্রা বাড়লে তার দৈর্ঘ্য বাড়ে, আর তাপমাত্রা কমলে তার দৈর্ঘ্য কমে। আপনার মনে হতে পারে যে রৈখিক প্রসারণ কেবল পাতলা তারের মতো বস্তুর ক্ষেত্রেই ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, রাস্তার পাশে সূর্যের আলোতে রাখা একটি গাড়ির কথা ভাবুন। গাড়িটি অতিরিক্ত গরম হয়ে গেলে, এর ধাতব পাতটি মোটা হয়ে যেতে পারে বা এর পাশের দিকগুলোর দৈর্ঘ্য বেড়ে যেতে পারে। একটি দস্তার ছাদেও রৈখিক প্রসারণ ঘটতে পারে। এক্ষেত্রে, দস্তা অতিরিক্ত গরম হলে এর কিনারাগুলো প্রসারিত হয় এবং দস্তাটি আরও মোটা হয়ে যেতে পারে। রেললাইন এবং লোহা বা ইস্পাতের সেতুর ক্ষেত্রেও একই ঘটনা ঘটে।
বেশিরভাগ কঠিন পদার্থই তাপমাত্রার পরিবর্তনে প্রসারিত বা সংকুচিত হয়, তাই তাপমাত্রার পরিবর্তন কীভাবে কঠিন পদার্থের প্রসারণকে প্রভাবিত করে তা আমাদের বোঝা প্রয়োজন। যন্ত্রপাতি, ভবন, যানবাহন ইত্যাদি নকশা করার সময় এটি খুব সহায়ক হয়। উদাহরণস্বরূপ, রেললাইনের মাঝের ফাঁকা জায়গাগুলো। রেললাইন ইস্পাত দিয়ে তৈরি। প্রকৌশলীরা প্রতিটি রেলের মাঝের ফাঁকা জায়গার প্রস্থ গণনা করেছেন। একটি গরম দিনে, রেললাইনগুলো কয়েক সেন্টিমিটার প্রসারিত হয়। যখন একটি ট্রেন এর উপর দিয়ে যায়, তখন রেললাইনের তাপমাত্রাও বেড়ে যায়, যার ফলে রেললাইনগুলো কত সেন্টিমিটার প্রসারিত হয়। একটি ঠান্ডা রাতে, রেললাইনগুলো কত সেন্টিমিটার সংকুচিত হয়। এই বিশ্লেষণের উপর ভিত্তি করে, প্রকৌশলীরা রেললাইনের মাঝের ফাঁকা জায়গার দূরত্ব এমনভাবে অনুমান করেন যাতে রেললাইনের তাপমাত্রা বাড়লেও রেললাইনগুলো একে অপরকে স্পর্শ না করে এবং বেঁকে না যায়।
তাপমাত্রার পরিবর্তন এবং রৈখিক প্রসারণের পরিমাণের মধ্যে সম্পর্কযুক্ত সূত্রটি প্রতিপাদন করতে, ডানদিকের চিত্রে দেখানো প্রসারণশীল একটি কঠিন বস্তুর কথা বিবেচনা করুন। ক্যাপশন: To = প্রাথমিক তাপমাত্রা, T = চূড়ান্ত তাপমাত্রা, Lo = প্রাথমিক দৈর্ঘ্য, L = প্রসারণের পরের দৈর্ঘ্য, ΔL = দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন, ΔT = তাপমাত্রার পরিবর্তন
যখন বস্তুটির তাপমাত্রা T₀ ( বস্তুটি তখনও ঠান্ডা থাকে), তখন বস্তুটির দৈর্ঘ্য L₀ হয় । যখন বস্তুটির তাপমাত্রা T (বস্তুটির তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়), তখন বস্তুটির দৈর্ঘ্য L হয়। পর্যবেক্ষণ ও পরীক্ষার ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, বস্তুর দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন তাপমাত্রার পরিবর্তনের সমানুপাতিক। তাপমাত্রা বাড়লে বস্তুর দৈর্ঘ্য বাড়ে। বিপরীতভাবে, তাপমাত্রা কমলে বস্তুর দৈর্ঘ্য কমে। বস্তুর দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন তার প্রাথমিক দৈর্ঘ্যের (L₀) সমানুপাতিক। যদি তাপমাত্রার পরিবর্তনের পরিমাণ একই থাকে, উদাহরণস্বরূপ, ১০ মিটার দীর্ঘ একটি বস্তুর দৈর্ঘ্য মাত্র ৫ মিটার দীর্ঘ একটি বস্তুর তুলনায় দ্বিগুণ বৃদ্ধি পাবে। সুতরাং বস্তু যত দীর্ঘ হবে, তার প্রসারণও তত বেশি হবে।
কোনো বস্তুর দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন (ΔL) তাপমাত্রার পরিবর্তনের (ΔT) সমানুপাতিক:
বস্তুটির দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন (ডেল্টা L) বস্তুটির প্রাথমিক দৈর্ঘ্যের (L) সমানুপাতিক।o):
প্রতিটি বস্তুর দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন ভিন্ন। যদিও এটি বড় তাপমাত্রার পরিবর্তন একইভাবে, লোহার প্রসারণ কাচের প্রসারণের সমান নয়। অন্যান্য বস্তুর ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য। সুতরাং, রৈখিক প্রসারণ প্রতিটি বস্তুর রৈখিক প্রসারণ গুণাঙ্কের উপর নির্ভর করে। প্রতিটি বস্তুর রৈখিক প্রসারণ গুণাঙ্ক পরীক্ষণের মাধ্যমে নির্ণয় করা হয়। রৈখিক প্রসারণ গুণাঙ্ক যত বেশি হয়, দৈর্ঘ্যের বৃদ্ধিও তত বেশি হয়। রৈখিক প্রসারণ গুণাঙ্ক যত কম হয়, দৈর্ঘ্যের বৃদ্ধিও তত কম হয়। বলা যেতে পারে যে, কোনো বস্তুর দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন তার রৈখিক প্রসারণ গুণাঙ্কের সমানুপাতিক।
উপরের তিনটি তুলনা একটি সমীকরণে প্রকাশ করা হয়:
প্রসারণ বা সংকোচনের পর কোনো বস্তুর মোট দৈর্ঘ্য, বস্তুটির প্রাথমিক দৈর্ঘ্য (L) এবং প্রসারণ বা সংকোচনের পর মোট দৈর্ঘ্য যোগ করে পাওয়া যায়।oএবং বস্তুর দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন (ডেল্টা এল)।
যখন তাপমাত্রা পরিবর্তিত হয় (TT)o) ঋণাত্মক হলে, দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন (LL)o) ঋণাত্মকও হয়। এক্ষেত্রে বস্তুটির দৈর্ঘ্য কমে যায়। বিপরীতক্রমে, যদি তাপমাত্রার পরিবর্তন (TT) হয়o) ধনাত্মক হলে, দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন (LL)o) এটাও ধনাত্মক। এক্ষেত্রে বস্তুটির দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি পায়।
২০ ° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় কঠিন পদার্থের রৈখিক প্রসারণ সহগ নিচে দেওয়া হলো। তরল এবং গ্যাসীয় পদার্থ তাদের আকৃতি পরিবর্তন করে, ফলে এদের রৈখিক প্রসারণ ঘটে না। কঠিন পদার্থের রৈখিক প্রসারণ সহগ তাপমাত্রার উপরও নির্ভর করে। বিভিন্ন তাপমাত্রায় কঠিন পদার্থের রৈখিক প্রসারণ সহগও পরিবর্তিত হয়। যদি তাপমাত্রার পার্থক্য খুব বেশি না হয়, তবে রৈখিক প্রসারণ সহগের পার্থক্যও খুব বেশি হবে না, তাই এটিকে উপেক্ষা করা যেতে পারে।
আয়তন সম্প্রসারণ
শুধুমাত্র কঠিন বস্তুরই দৈর্ঘ্য প্রসারণ ঘটে, কিন্তু কঠিন, তরল বা গ্যাসীয় সকল বস্তুরই আয়তন প্রসারণ ঘটে। আয়তন প্রসারণের সমীকরণটি দৈর্ঘ্য প্রসারণের সমীকরণের অনুরূপ।
উপরের আয়তন প্রসারণ সমীকরণটি কেবল তখনই প্রযোজ্য যখন কোনো বস্তুর (তা কঠিন, তরল বা গ্যাসীয় যা-ই হোক না কেন) আয়তনের পরিবর্তন বস্তুটির প্রাথমিক আয়তনের চেয়ে কম হয়। যদি কোনো বস্তুর আয়তনের পরিবর্তন বস্তুটির প্রাথমিক আয়তনের চেয়ে বেশি হয়, তবে আয়তন প্রসারণ সমীকরণটি সঠিক ফলাফল দেয় না। সাধারণত কঠিন বস্তুর আয়তন পরিবর্তন খুব বেশি হয় না। এর বিপরীতে, তরল এবং গ্যাসের আয়তন সহগের মান বেশ বড় হয়। গ্যাসের আয়তন সহগ তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে সাথে সহজেই পরিবর্তিত হয়। তাই, উপরের সূত্রটি শুধুমাত্র কঠিন বস্তুর প্রসারণের জন্য ব্যবহৃত হয়। গ্যাসের আয়তন পরিবর্তন নির্ণয়ের সূত্রটি একাদশ শ্রেণিতে গ্যাসের গতি তত্ত্ব অধ্যায়ে আলোচনা করা হবে।
