আপনি যদি একটি কাঠের চেয়ারে বসেন, তবে চেয়ারটির উপরিভাগ গরম হয়ে যায়। অন্যদিকে, আপনি যদি প্লাস্টিক বা ধাতুর তৈরি কোনো চেয়ারে বসেন, তবে বসার পর সেই চেয়ারের উপরিভাগ গরম অনুভূত হয় না। কাঠের চেয়ারের উপরিভাগ গরম হয়, অথচ ধাতব চেয়ারের উপরিভাগ হয় না কেন? তোশক ছাড়া ঠান্ডা মেঝেতে ঘুমালে ব্যথা হতে পারে কেন? আপনি কি কখনো ঠান্ডা জ্যাকেট পরেছেন? বেশিরভাগ ঠান্ডা জ্যাকেট উল দিয়ে তৈরি হয় কেন? পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তর সম্পর্কিত বিষয়ে ভাবার এবং জিজ্ঞাসা করার মতো আরও অনেক কিছু আছে ।
একটি মোমবাতি এবং এক টুকরো পাতলা তার প্রস্তুত করুন। তারটির এক প্রান্ত ধরে রাখুন এবং অন্য প্রান্তটি মোমবাতির শিখায় স্পর্শ করুন। কয়েক মুহূর্ত অপেক্ষা করুন যতক্ষণ না আপনার হাত গরম অনুভূত হয়। আপনার হাত গরম অনুভূত হয় কেন? যখন তারটির এক প্রান্ত মোমবাতির শিখা স্পর্শ করে, তখন তাপ মোমবাতির শিখা (উচ্চ তাপমাত্রা) থেকে তারের অন্য প্রান্তে (নিম্ন তাপমাত্রা) স্থানান্তরিত হয়। এই তাপ স্থানান্তরের ফলে তারের যে প্রান্তটি শিখা স্পর্শ করে, তার তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। মোমবাতির শিখা স্পর্শ করা প্রান্ত এবং তারের অন্য প্রান্তের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে তাপ শিখা স্পর্শ করা প্রান্ত থেকে আপনার হাত দ্বারা স্পর্শ করা প্রান্তে স্থানান্তরিত হয়। এই তাপ স্থানান্তরের ফলে স্পর্শ করা প্রান্তের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। এরপর সেই তাপ আপনার শীতল হাতে চলে আসে। ফলে, আপনার হাত গরম অনুভূত হয়।
যখন কোনো উচ্চ -তাপমাত্রার বস্তুর একটি অংশ নিম্ন-তাপমাত্রার কোনো বস্তুর সংস্পর্শে আসে, তখন তাপ উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তুটি থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুটিতে স্থানান্তরিত হয়। এই অতিরিক্ত শক্তির কারণে বস্তুটির গঠনকারী পরমাণু ও অণুগুলো দ্রুততর গতিতে চলতে শুরু করে। চলার সময় অণুগুলোর গতিশক্তি (EK = ½ mv²) তৈরি হয় । যে অণুগুলো দ্রুততর গতিতে চলে (বেশি গতিশক্তি নিয়ে), সেগুলো তাদের পাশের অণুগুলোর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। এরপর এই অণুগুলো তাদের পাশের অন্যান্য অণুগুলোর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। এবং এই প্রক্রিয়া চলতেই থাকে। সুতরাং, অণুগুলো একে অপরের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়ে শক্তি স্থানান্তর করে। কোনো বস্তুর গঠনকারী অণুগুলোর মধ্যে সংঘর্ষের মাধ্যমে যে তাপ স্থানান্তর ঘটে, তাকে পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তর বলা হয়।
পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের সূত্র
বাম দিকের বস্তুটির তাপমাত্রা বেশি (T1) অপরদিকে ডানদিকের বস্তুটির তাপমাত্রা কম (T2তাপমাত্রার পার্থক্যের (T) কারণে1 - টি2তাপ উচ্চ তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন তাপমাত্রার বস্তুতে স্থানান্তরিত হয় (তাপ প্রবাহের দিক ডানদিকে)। যে বস্তুর মধ্য দিয়ে তাপ প্রবাহিত হয় তার একটি প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফল (A) এবং দৈর্ঘ্য (l) থাকে।
পরীক্ষার ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, একটি নির্দিষ্ট সময় ব্যবধানে স্থানান্তরিত তাপ (Q/t) তাপমাত্রার পার্থক্য (T 1 – T 2 ), প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফল (A), বস্তুর প্রকৃতি (k = তাপ পরিবাহিতা)-এর সাথে সরাসরি সমানুপাতিক এবং বস্তুর দৈর্ঘ্যের সাথে ব্যস্তানুপাতিক। পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের হারের সূত্রটি হলো:
বর্ণনা: Q/t = তাপ স্থানান্তর হার, k = তাপ পরিবাহিতা, A = প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফল, T1 = উচ্চ তাপমাত্রা, T2 = নিম্ন তাপমাত্রা, l = বস্তুর দৈর্ঘ্য।
পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের প্রয়োগ
কার্পেটের চেয়ে টাইলস বেশি ঠান্ডা লাগে কেন? কার্পেটের চেয়ে টাইলসের তাপ পরিবাহিতা বেশি। তাই, টাইলস হলো তাপের সুপরিবাহী, আর কার্পেট হলো তাপের কুপরিবাহী। যখন আমরা কার্পেটের উপর পা রাখি, তখন আমাদের পা থেকে তাপ কার্পেটে প্রবাহিত হয়। এমনটা ঘটে কারণ আমাদের শরীরের তাপমাত্রা কার্পেটের তাপমাত্রার চেয়ে বেশি। কার্পেট তাপের কুপরিবাহী, তাই আমাদের পা থেকে প্রবাহিত তাপ কার্পেটের উপরিভাগে জমা হয়, ফলে কার্পেটটি গরম হয়ে ওঠে। যখন আমরা টাইলস বা সিরামিকের উপর পা রাখি, তখন আমাদের পা থেকে তাপ টাইলস বা সিরামিকে প্রবাহিত হয়। যেহেতু টাইলস তাপের সুপরিবাহী, তাই এর উপরিভাগে তাপ ধরে রাখা হয় না। তাপ মসৃণভাবে প্রবাহিত হয়, ফলে আমাদের পা ঠান্ডা লাগে। আপনার বাড়ি যদি কোনো ঠান্ডা এলাকায় হয়, তবে আপনার শোবার ঘরের মেঝে কার্পেট দিয়ে ঢেকে রাখা উচিত, যাতে আপনার শরীর থেকে তাপ বেরিয়ে না যায়। বিপরীতভাবে, আপনার বাড়ি যদি কোনো গরম এলাকায় হয়, তবে আপনার শোবার ঘরের মেঝে কার্পেট দিয়ে ঢাকা উচিত নয়, কারণ এতে আপনার ঠান্ডা লাগার পরিবর্তে গরম লাগবে 😉
তোশক ছাড়া মেঝেতে ঘুমালে অসুস্থতা হতে পারে। কেন? এর কারণ হলো, আপনার শরীর থেকে প্রচুর পরিমাণে তাপ মেঝেতে স্থানান্তরিত হয়। তাপ হলো গতিশীল শক্তি। যখন আপনার শরীর থেকে প্রচুর পরিমাণে তাপ বেরিয়ে যায়, তখন এর শক্তির মাত্রা কমে যায়। শক্তির অভাব হলে আপনি অসুস্থ হয়ে পড়তে পারেন!
জানালা ও দরজার কাজ কী? দরজা ও জানালা কাঠের তৈরি হওয়া উচিত কেন? রাতে, বাড়ির বাইরের বাতাসের তাপমাত্রা বাড়ির ভেতরের বাতাসের তাপমাত্রার চেয়ে কম থাকে। বাতাসের তাপমাত্রার এই পার্থক্যের কারণে তাপ বাড়ির ভেতর থেকে বাইরে চলে যায়। তাই, রাতে আমরা সাধারণত দরজা বা জানালা বন্ধ করে দিই। অপরাধীদের দূরে রাখার পাশাপাশি, জানালা বা দরজার অন্যতম একটি কাজ হলো বাড়ি থেকে তাপ বেরিয়ে যাওয়া রোধ করা। সাধারণত দরজা বা জানালা কাঠ দিয়ে তৈরি হয়। কাঠের তাপ পরিবাহিতা এতটাই কম যে এটি তাপ নিরোধক হিসেবে কাজ করতে পারে। জানালা বা দরজার আরেকটি কাজ হলো বাতাস ধরে রাখা। জানালা বা দরজার ভেতরে আটকে থাকা বাতাস একটি ভালো নিরোধক হিসেবে কাজ করে (তাপ বেরিয়ে যাওয়া রোধ করে)। বাতাসের তাপ পরিবাহিতা খুব কম। কোনো বস্তুর তাপ পরিবাহিতা যত কম হয়, সেই বস্তুর মধ্য দিয়ে পরিবাহন প্রক্রিয়ায় তাপের স্থানান্তর তত কঠিন হয়ে পড়ে।
সভ্য ও স্বাভাবিক মানুষ হিসেবে আমাদের মর্যাদা বজায় রাখার পাশাপাশি, পোশাক শরীরের তাপমাত্রা স্থিতিশীল রাখতেও সাহায্য করে। আমরা যে পোশাক পরি তা সাধারণত বাতাসের তাপমাত্রার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়। যখন বাতাসের তাপমাত্রা বেশ কম থাকে, তখন আমরা মোটা পোশাক পরি। কম্বল বা মোটা পোশাক (জ্যাকেট ইত্যাদি) বাতাসকে সহজে চলাচল করতে বাধা দেয়। ত্বক এবং জ্যাকেট বা কম্বলের মধ্যে বাতাস আটকে থাকে। আমাদের শরীর এবং আটকে থাকা বাতাসের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে, শরীর থেকে তাপ বাতাসে চলে যায়। শরীর থেকে আসা এই অতিরিক্ত তাপ আটকে থাকা বাতাসের তাপমাত্রা বাড়িয়ে দেয় (বাতাস উষ্ণ হয়ে ওঠে)। উপরের তাপ পরিবাহিতা সারণিটি দেখুন। বাতাসের তাপ পরিবাহিতার মান খুব কম। তাই, শরীর থেকে তাপ বের হতে পারে না। আমাদের শরীরের তাপমাত্রা স্থিতিশীল থাকে। যদি বাতাস বেশ ঠান্ডা থাকা অবস্থায় আমরা জ্যাকেট না পরি, তাহলে আমাদের শরীর থেকে তাপ বেরিয়ে যায়। শরীর থেকে যত বেশি তাপ বেরিয়ে যায়, শরীর তত বেশি শক্তি হারায়।
সমস্যার উদাহরণ
৫. ২০১১/২০১২ জাতীয় পরীক্ষার প্রশ্ন এ৮১ নং ১৩
নিম্নলিখিত বিবৃতিটির প্রতি মনোযোগ দিন!
(1) ধাতুর পরিবাহিতা
(2) ধাতব প্রান্তগুলির মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য
(3) ধাতুর দৈর্ঘ্য
(4) ধাতব ভর
ধাতুতে তাপ প্রসারণের হার নির্ধারণকারী উপাদানগুলো হলো...
A. (1), (2) এবং (3)
খ. (1) এবং (4)
গ. (2) এবং (4)
D. (3) এবং (4)
E. (4) শুধুমাত্র
আলোচনা
পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের হারের সূত্র অনুসারে, যে উপাদানগুলো তাপ স্থানান্তরের হার নির্ধারণ করে সেগুলো হলো ধাতুর পরিবাহিতা (k), ধাতুর দুই প্রান্তের তাপমাত্রার পার্থক্য (T) এবং ধাতুর দৈর্ঘ্য (l)। ধাতুর ভরের কোনো প্রভাব নেই।
সঠিক উত্তরটি হলো A।
