প্রবন্ধ: তাপের সংজ্ঞা, তাপের যান্ত্রিক সমতুল্য, তাপের সমীকরণ
১. তাপের সংজ্ঞা
তাপমাত্রার পার্থক্য থাকা বস্তুগুলো একে অপরকে স্পর্শ করলে, উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে তাপ স্থানান্তরিত হয়। স্পর্শকারী বস্তুগুলো একই তাপমাত্রায় পৌঁছানোর পর তাপ স্থানান্তর বন্ধ হয়ে যায়। উদাহরণস্বরূপ, আমরা যদি গরম জলের সাথে ঠান্ডা জল মেশাই, তাহলে তাপ সাধারণত গরম জল থেকে ঠান্ডা জলে যায়। যখন আমরা গরম লোহা ঠান্ডা জলে রাখি, তখন তাপ লোহা থেকে জলে যায়। লোহা এবং জল একই তাপমাত্রায় পৌঁছানোর পর তাপের প্রবাহ বন্ধ হয়ে যাবে। যখন একজন নার্স আপনার শরীরে থার্মোমিটার লাগান, তখন তাপ স্থানান্তরিত হয়।
আপনার শরীরের তাপমাত্রা থার্মোমিটারের দিকে যায়। আপনার শরীর এবং থার্মোমিটার একই তাপমাত্রায় পৌঁছালে তাপের আদান-প্রদান বন্ধ হয়ে যায়। ব্যবহৃত থার্মোমিটারটি যদি পারদ থার্মোমিটার হয়, তবে আপনার শরীর এবং থার্মোমিটার একই তাপমাত্রায় পৌঁছালে পারদের পৃষ্ঠের নড়াচড়া থেমে যায়। পারদের পৃষ্ঠে প্রদর্শিত সংখ্যাটিই হলো সেই সময়ে আপনার শরীরের তাপমাত্রা।
স্বাভাবিকভাবেই, তাপ উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়।
নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তু। তাপ স্থানান্তর পরস্পরের সংস্পর্শে থাকা বস্তুগুলোর তাপমাত্রা সমান করার প্রবণতা দেখায়। অষ্টাদশ শতাব্দীতে, পদার্থবিদরা সন্দেহ করতেন যে তাপ প্রবাহ হলো এক প্রকার অদৃশ্য তরলের চলাচল (তরল হলো এমন একটি পদার্থ যা প্রবাহিত হতে পারে। তরলের মধ্যে তরল এবং গ্যাসীয় পদার্থ অন্তর্ভুক্ত। জল (তরল) তরলের অন্তর্ভুক্ত কারণ এটি প্রবাহিত হতে পারে। বায়ুও তরলের অন্তর্ভুক্ত কারণ এটি প্রবাহিত হতে পারে)। এই তরলকে ক্যালোরিক বলা হয়। ক্যালোরি তত্ত্বটি এখন আর ব্যবহৃত হয় না কারণ পরীক্ষার ফলাফলের ভিত্তিতে এই ক্যালোরির অস্তিত্ব প্রমাণ করা যায় না। ঊনবিংশ শতাব্দীতে, জেমস প্রেসকট জুল (১৮১৮-১৮৮৯) নামে একজন ইংরেজ পদার্থবিদ একটি নাড়ানি ব্যবহার করে পাত্রে জল গরম করার পদ্ধতি শিখেছিলেন।
পরীক্ষার ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, জুল আগুন ব্যবহার করে উত্তপ্ত জলের সাথে একটি তুলনা করেছিলেন। যখন একটি শিখা এবং জলভর্তি একটি পাত্র সংস্পর্শে আসে, তখন তাপ আগুন (উচ্চ তাপমাত্রা) থেকে জলে (নিম্ন তাপমাত্রা) স্থানান্তরিত হয়। আগুনের সংস্পর্শে জলের তাপমাত্রা বৃদ্ধি এবং নাড়ানি দ্বারা কৃত কাজের ফলে জলের তাপমাত্রা বৃদ্ধির মধ্যে তুলনা করার পর, জুল এই সিদ্ধান্তে উপনীত হন যে তাপ হলো সেই শক্তি যা একটি উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে একটি নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়। তাপ শক্তি নয় (তাপ কোনো নির্দিষ্ট ধরণের শক্তি নয়, যেমন গতিশক্তি, স্থিতিশক্তি, রাসায়নিক শক্তি ইত্যাদি)। তাপ হলো সেই শক্তি যা তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে স্থানান্তরিত হয়। সুতরাং, যখন তাপ উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে প্রবাহিত হয়, তখন শক্তি উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়। স্পর্শকারী বস্তুগুলো একই তাপমাত্রায় পৌঁছানোর পর শক্তি স্থানান্তর থেমে যায়।
২. তাপের একক এবং তাপের যান্ত্রিক সমতুল্য
তাপের একক হলো ক্যালোরি (সংক্ষেপে cal)। ১ গ্রাম পানির তাপমাত্রা ১ ডিগ্রি সেলসিয়াস বাড়াতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়োজন হয়, তা-ই হলো ক্যালোরি।o (সুনির্দিষ্টভাবে, ১৪.৫ থেকে) oসি থেকে 15.5 oগ) পানির বিভিন্ন তাপমাত্রার জন্য প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ ভিন্ন হয়। একই পরিমাণ তাপের জন্য, পানির তাপমাত্রা ১°C বৃদ্ধি পেলেo শুধুমাত্র ১৪.৫ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রার মধ্যে ঘটে। oসি থেকে 15.5 oগ. তাপের একক প্রায়শই ব্যবহৃত হয়, বিশেষ করে খাদ্যশক্তির মান বোঝাতে, যা হলো কিলোক্যালরি (kcal)। ১ kcal = ১০০০ ক্যালোরি। ১ kcal-এর অন্যান্য নাম হলো ১ ক্যালোরি (বড় হাতের K অক্ষর)। ব্রিটিশ পদ্ধতিতে তাপের একক হলো Btu (ব্রিটিশ থার্মাল ইউনিট)। ১ Btu = ১ পাউন্ড (০.৪৫ কেজি) জলের তাপমাত্রা ১ Fo (সঠিকভাবে ৬৩°C থেকে) বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ। oএফ থেকে 64 oফারেনহাইট)।
তাপ শক্তির সাথে সম্পর্কিত, তাই আমাদের তাপের একক এবং শক্তির এককের মধ্যে সম্পর্ক জানতে হবে। জুল এবং অন্যান্য বিজ্ঞানীদের দ্বারা পরিচালিত পরীক্ষা-নিরীক্ষার উপর ভিত্তি করে জানা যায় যে, ৪,১৮৬ জুল কাজ ১ ক্যালরি তাপের সমতুল্য।
১ ক্যালোরি = ৪.১৮৬ জুল
১ কিলোক্যালরি = ১০০০ ক্যালোরি = ৪১৮৬ জুল
১ বিটিইউ = ৭৭৮ ফুট (০.২৪ কিমি) = ২৫২ ক্যালোরি = ১০৫৫ জুল
(১ ক্যালোরি = ৪,১৮৬ জুল এবং ১ কিলোক্যালোরি = ৪১৮৬, যাকে তাপের যান্ত্রিক সমতুল্য বলা হয়)
৩. তাপের সমীকরণ
তাপমাত্রার পার্থক্য থাকা দুটি বস্তু একে অপরকে স্পর্শ করলে, স্বাভাবিকভাবেই তাপ উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়। উভয় বস্তু তাপীয় সাম্যাবস্থায় পৌঁছানোর পর তাপ স্থানান্তর বন্ধ হয়ে যায়। তাপ স্থানান্তরের ফলে একে অপরকে স্পর্শ করে থাকা বস্তুগুলোর তাপমাত্রার পরিবর্তন ঘটে। এই সংক্ষিপ্ত ব্যাখ্যার উপর ভিত্তি করে, আপনি এই সিদ্ধান্তে আসতে পারেন যে তাপ (Q)-এর সাথে বস্তুটি ও তার তাপমাত্রার পরিবর্তন (ΔT), বস্তুর ভর (m) এবং বস্তুর প্রকারের সম্পর্ক রয়েছে।
তাপ (Q) এবং তাপমাত্রার পরিবর্তন (ΔT) এর মধ্যে সম্পর্ক
তাপ যত বেশি হয়, তাপমাত্রার পরিবর্তনও তত বেশি হয়। এ থেকে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, তাপের (Q) পরিমাণ বস্তুটির তাপমাত্রার পরিবর্তনের সমানুপাতিক।
Q α ΔT —– তুলনা ১
তাপ (Q) এবং বস্তুর ভর (m) এর মধ্যে সম্পর্ক
তাপের (Q) পরিমাণ বস্তুটির তাপমাত্রার পরিবর্তনের সমানুপাতিক। পানির পরিমাণ যত বেশি হবে, পানির তাপমাত্রা বাড়াতে তত বেশি তাপের প্রয়োজন হবে।
Q α m —– তুলনা ২
তাপ (Q) এবং বস্তুর প্রকার (c) এর মধ্যে সম্পর্ক
কোনো বস্তুর তাপমাত্রা বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপ বস্তুটির প্রকারের সমানুপাতিক।
প্রশ্ন α c —– তুলনা ৩
উপরের তিনটি তুলনাকে একত্রিত করে একটি সমীকরণ তৈরি করা হয়:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
এটি হলো তাপের সমীকরণ।
বিবরণ: Q = তাপ (জুল), m = বস্তুর ভর (কেজি), c = আপেক্ষিক তাপ (জুল/কেজি CO বা কেলভিন)
