বাষ্পীভবন

গতি তত্ত্ব

গতি তত্ত্ব ব্যবহার করে বাষ্পীভবন প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করা যায়। গ্যাসের অণুর মতো পানির অণুও চলাচল করে। পার্থক্য হলো, পানির অণুগুলো আলাদা হতে পারে না, কারণ তাদের মধ্যকার আকর্ষণ বল তাদের একত্রে ধরে রাখতে সক্ষম। এর বিপরীতে, গ্যাসের অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল খুব দুর্বল, তাই গ্যাসের অণুগুলো একে অপরের সাথে লেগে থাকতে পারে না। চলাচলের সময় পানির অণুগুলোর গতিবেগ থাকে। কিছু পানির অণুর গতিবেগ বেশি, আবার অন্যগুলোর গতিবেগ কম। পানির অণুগুলোর বেগের এই বণ্টন ম্যাক্সওয়েল বণ্টনের অনুরূপ।

বাষ্পীভবন ঘটে যখন পানির অণুগুলোর গতিবেগ এতটাই বেশি হয় যে, অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল তাদের একত্রে ধরে রাখতে পারে না। এটি অনেকটা মহাকাশে গমনকারী একটি রকেটের মতো; রকেটের গতিবেগ এতটাই বেশি থাকে যে পৃথিবীর মহাকর্ষ বল তাকে পৃথিবীতেই আটকে রাখতে পারে না। উল্লেখ্য যে, কেবল উচ্চ গতিসম্পন্ন অণুগুলোই অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল থেকে মুক্ত হতে পারে। কম গতিসম্পন্ন অণুগুলোও একত্রিত হয়ে পানি গঠন করে।

পানির অণুর ভর এবং গতি বা বেগ থাকায় তাদের গতিশক্তি থাকে (EK = 1/2 mv² ⁾ । কম গতিসম্পন্ন অণুর তুলনায় বেশি গতিসম্পন্ন অণুর গতিশক্তি বেশি থাকে। সুতরাং, বলা যায় যে, যে পানির অণুগুলো অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল থেকে মুক্ত হতে পারে (যে পানির অণুগুলো বাষ্পে পরিণত হয়), তাদের গতিশক্তি বেশ বেশি থাকে। সাধারণত পানির তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে এর অণুগুলোর গতিশক্তিও বাড়ে। পানির তাপমাত্রা যথেষ্ট বেশি হলে, এর অণুগুলোর গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়। ফলে, আরও বেশি পানি বাষ্পে পরিণত হবে। এটি গবেষণার ফলাফলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা দেখায় যে উচ্চ তাপমাত্রায় বাষ্পীভবনের হার সাধারণত বেশি হয়।

যখন আমরা ভেজা কাপড় রোদে শুকাই, তখন ভেজা কাপড়গুলো সূর্য থেকে নির্গত তাপ শোষণ করে। সূর্য থেকে আসা এই অতিরিক্ত শক্তির কারণে কাপড়ের মধ্যে থাকা জলের অণুগুলোর গতিশক্তি বেড়ে যায়। গতিশক্তি বাড়ার কারণে জলের অণুগুলো আরও দ্রুত চলতে শুরু করে (জলের অণুগুলোর গতি বেড়ে যায়)। যখন তাদের গতি বা গতিশক্তি একটি নির্দিষ্ট মানে পৌঁছায়, তখন জলের অণুগুলো নিজেদের মধ্যকার আকর্ষণ শক্তি থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হয়। এটা মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে, ভেজা কাপড় শুকানো শুধুমাত্র সূর্যের অতিরিক্ত তাপের দ্বারাই প্রভাবিত হয় না। কাপড়ের চারপাশের উষ্ণ বাতাসের অতিরিক্ত তাপের কারণেও ভেজা কাপড় শুকিয়ে যেতে পারে (বাতাস থেকে ভেজা কাপড়ে তাপ পরিবাহন প্রক্রিয়ায় স্থানান্তরিত হয়)।

গরমের দিনে মাটি বা মেঝে দ্রুত গরম হয়ে ওঠে। মাটি দ্রুত গরম হয় কারণ এর আপেক্ষিক তাপ বেশ বেশি। মাটি তার উপরের বাতাসকে গরম করে (এক্ষেত্রে, তাপ পরিবাহন প্রক্রিয়ায় স্থানান্তরিত হয়)। গরম বাতাস প্রসারিত হয় (এর ঘনত্ব কমে যায়) এবং উপরের দিকে উঠে যায়। যখন এটি ভেজা কাপড়ের উপর দিয়ে যায়, তখন বাতাসের অণুগুলো কাপড়ের মধ্যে থাকা জলের অণুগুলোর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। জলের অণুগুলো আরও দ্রুত চলতে শুরু করে। যেহেতু তারা দ্রুত চলে, তাই জলের অণুগুলোর গতিশক্তি বেড়ে যায়। দ্রুত গতিশীল জলের অণুগুলো অন্যান্য জলের অণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। যেহেতু তারা ক্রমাগত বাতাসের অণুগুলোর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, তাই জলের অণুগুলো আরও দ্রুত চলতে শুরু করে (তাদের গতিশক্তি বেড়ে যায়)।

একবার তাদের গতি বা গতিশক্তি একটি নির্দিষ্ট মানে পৌঁছালে, দ্রুত গতিশীল জলের অণুগুলো নিজেদের মধ্যকার আকর্ষণ থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হতে পারে। জল বা বায়ুর অণুর গতিশক্তি তাপমাত্রার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। যদি জলের অণুর গতিশক্তি বেশি হয়, তবে একই সাথে জলের তাপমাত্রাও বেশি হয়। অথবা এর বিপরীত, যখন জলের তাপমাত্রা বেশি হয়, তখন জলের অণুর গতিশক্তিও অবশ্যই বেশি হবে। গতিশক্তি বেগের সাথেও সম্পর্কিত। অণুগুলোর গতিশক্তি যত বেশি, তাদের বেগও তত বেশি। অথবা বিপরীতভাবে, অণুগুলোর বেগ যত বেশি, তাদের গতিশক্তিও তত বেশি।

গরম জলের ব্যাপারে কী বলা যায়? গরম জলের তাপমাত্রা বেশি থাকে। জলের তাপমাত্রা বেশি হওয়ার কারণে, জলের অণুগুলোর গড় গতিশক্তি অনেক বেশি হয়। জলের অণুগুলোর গড় গতিশক্তি বেশি হওয়ার কারণে, অনেক অণুর গতিবেগ বেশি থাকে (অনেক অণু দ্রুত চলে)। উচ্চ গতিসম্পন্ন অণুগুলো পরস্পরের আকর্ষণ বল থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হতে পারে। শুধুমাত্র উচ্চ গতিসম্পন্ন অণুগুলোই (বেশি গতিশক্তিসম্পন্ন অণু) বাষ্পে পরিণত হয়, অপরদিকে কম গতিসম্পন্ন অণুগুলো (কম গতিশক্তিসম্পন্ন অণু) বাষ্পে পরিণত হয় না। সুতরাং, যখন উচ্চ গতিসম্পন্ন অণুগুলো বাষ্পে পরিণত হয়, তখন একত্রে থাকা অণুগুলোর গড় গতিশক্তি কমে যায়। গড় গতিশক্তি যত কম হয়, জলের তাপমাত্রাও তত কমে যায় (জল ঠান্ডা হয়ে যায়)। এই সংক্ষিপ্ত বিবরণের উপর ভিত্তি করে বলা যায় যে, বাষ্পীভবন একটি শীতলীকরণ প্রক্রিয়া।

বাষ্পীভবনের কারণে শীতল হওয়ার প্রক্রিয়াটি দৈনন্দিন জীবনে একটি সাধারণ ঘটনা। যখন বাতাস বেশ গরম থাকে, তখন শরীর প্রচুর পরিমাণে তাপ শোষণ করে। শরীরের তাপমাত্রা স্থির রাখতে, শরীর সাধারণত ঘামের মাধ্যমে তাপ নির্গত করে। যেহেতু ঘাম সূর্য এবং চারপাশের বাতাস থেকে অতিরিক্ত তাপ গ্রহণ করে, তাই ঘামের অণুগুলোর গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়। ঘামের অণুগুলোর গতিশক্তি বৃদ্ধি পাওয়ায়, তাদের গতিও বেড়ে যায়। ঘামের অণুগুলো বাষ্পে পরিণত হয়। যখন ঘাম বাষ্পীভূত হয়, তখন শরীর ঠান্ডা অনুভূত হয়। এখানে আরেকটি উদাহরণ দেওয়া হলো... সাধারণত স্নানের পর আমাদের শরীর ঠান্ডা অনুভূত হয়। এর কারণ হলো ত্বকের উপরিভাগে লেগে থাকা জল বাষ্পীভূত হয়ে যায়।

উপরে বর্ণিত বাষ্পীভবন প্রক্রিয়াটি প্রতিদিন ঘটে। সমুদ্রের জল, হ্রদের জল এবং নদীর জলও বাষ্পীভূত হতে পারে…

বাষ্প চাপ

এখানে বাষ্প বলতে জলীয় বাষ্পকে বোঝানো হয়েছে। ছবিটি লক্ষ্য করুন। একটি বদ্ধ পাত্র জলে পূর্ণ (ধরে নিন পাত্রের ভেতরের বাতাস বের করে দেওয়া হয়েছে)। গতি তত্ত্ব অনুসারে, জলের অণুগুলো সর্বদা গতিশীল থাকে। গতিশীল অবস্থায় জলের অণুগুলোর গতিবেগ এবং গতিশক্তি থাকে। যে জলের অণুগুলোর যথেষ্ট গতিবেগ এবং গতিশক্তি থাকে, তারা নিজেদের মধ্যকার আকর্ষণ বল থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হতে পারে... পাশের পাত্রের জলের অণুগুলোর ক্ষেত্রেও একই প্রক্রিয়া ঘটে। সময় গড়ানোর সাথে সাথে, আরও বেশি সংখ্যক জলের অণু বাষ্পে পরিণত হতে থাকে। যেহেতু পাত্রটি বদ্ধ, তাই বাষ্পে পরিণত হওয়া জলের অণুগুলো বায়ুমণ্ডলে বেরিয়ে যেতে পারে না (অণুগুলো পাত্রের ভেতরে আটকা পড়ে থাকে)। বাষ্পে পরিণত হওয়া জলের অণুর সংখ্যা এতটাই বেশি যে, অণুগুলোর সাথে পাত্রের দেয়ালের সংঘর্ষের সম্ভাবনা তৈরি হয়।

পাত্রের দেয়ালে আঘাতকারী কিছু অণু পানির পৃষ্ঠে প্রতিফলিত হয়ে ফিরে আসে এবং একত্রিত হয়ে পানি গঠন করে। এই প্রক্রিয়াটি ক্রমাগত চলতে থাকে। সময়ের সাথে সাথে, আরও বেশি সংখ্যক পানির অণু বাষ্পে পরিণত হয় (তরল থেকে বাষ্পে রূপান্তরিত হয়)। একই সময়ে, পাত্রের দেয়ালে আঘাতকারী কিছু অণু আবার পানিতে পরিণত হয় (বাষ্প থেকে তরলে রূপান্তরিত হয়)। যদি তরল থেকে বাষ্পে রূপান্তরিত হওয়া অণুর সংখ্যা বাষ্প থেকে তরলে রূপান্তরিত হওয়া অণুর সংখ্যার সমান হয়, তবে সাম্যাবস্থা তৈরি হবে। যখন সাম্যাবস্থা তৈরি হয়, তখন বাষ্পযুক্ত পাত্রের উপরিভাগকে সম্পৃক্ত বলা হয়। সম্পৃক্ত অঞ্চলের বাষ্পচাপ সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ নামে পরিচিত।

তরল থেকে বাষ্পে রূপান্তরকে বাষ্পীভবন বলে। বাষ্প থেকে তরলে রূপান্তরকে ঘনীভবন বলে। উল্লেখ্য যে, সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ কেবল তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, আয়তনের উপর নয়। পানির তাপমাত্রা বাড়লে পানির অণুগুলোর গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়।

পানির অণুগুলোর গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়, ফলে তাদের গতিবেগ অবশ্যই বৃদ্ধি পায়। এভাবে, উচ্চ গতিসম্পন্ন আরও বেশি সংখ্যক অণু বাষ্পে পরিণত হবে (তরল থেকে বাষ্পীয় অবস্থায় পরিবর্তিত হবে)। যেহেতু পাত্রের আয়তন স্থির, তাই বাষ্পচাপ কেবল অণুর সংখ্যা (N) এবং গতিবেগের (v) উপর নির্ভর করে।

যত বেশি অণু (N যত বড়) বাষ্পে পরিণত হয় এবং এই অণুগুলোর গতি (v যত বড়) যত বেশি হয়, বাষ্পচাপ তত বৃদ্ধি পায়। সুতরাং, উচ্চতর বাষ্পচাপে সাম্যাবস্থা ঘটবে। তাই, সম্পৃক্ত বাষ্পচাপও বৃদ্ধি পাবে। সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ কেবল তখনই বিদ্যমান থাকে যখন সাম্যাবস্থা অর্জিত হয়। নিচে তাপমাত্রার সাথে পানির সম্পৃক্ত বাষ্পচাপের পরিবর্তন দেখানো হলো।

বাষ্পচাপ আয়তনের উপর নির্ভর করে, কিন্তু সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ করে না। যদি কোনো পাত্রের আয়তন বাড়ে বা কমে, তবে অবশেষে সাম্যাবস্থা অর্জিত হবে। উপরের উদাহরণটি কেবল বায়ুমণ্ডলে সৃষ্ট সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ সম্পর্কে আপনাকে ধারণা দেওয়ার জন্য দেওয়া হয়েছে। পার্থক্য হলো, আগের উদাহরণে আমরা ধরে নিয়েছিলাম যে পাত্রের যে অংশে জল ছিল না, সেখানে কোনো বাতাস ছিল না। সুতরাং, পাত্রের যে অংশে জল ছিল না, সেই অংশটি কেবল জলীয় বাষ্প দ্বারা পূর্ণ ছিল। এর বিপরীতে, পৃথিবীর পৃষ্ঠ সর্বদা বাতাসে পূর্ণ থাকে। বাষ্পের অণু এবং অন্যান্য গ্যাসের অণুর মধ্যে সংঘর্ষ কেবল সাম্যাবস্থা অর্জনের সময়কে দীর্ঘায়িত করে। তবে, অবশেষে তখনই সাম্যাবস্থা অর্জিত হবে যখন বাষ্পে পরিণত হওয়া জলের অণুর সংখ্যা জলে পরিণত হওয়া বাষ্পের অণুর সংখ্যার সমান হবে।