বাষ্পীভবন

গতি তত্ত্ব ব্যবহার করে বাষ্পীভবন প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করা যায়। গ্যাসের অণুর মতো, জলের অণুও চলাচল করে। পার্থক্য হলো, জলের অণুগুলো বিক্ষিপ্ত হতে পারে না, কারণ অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ তাদের একত্রে ধরে রাখতে পারে। অন্যদিকে, গ্যাসের অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ ভঙ্গুর, ফলে গ্যাসের অণুগুলো একীভূত হতে পারে না। চলাচলের সময় জলের অণুগুলোর বেগ থাকে। কিছু জলের অণুর গতিবেগ খুব বেশি; আবার কিছু জলের অণুর বেগ খুব কম। জলের অণুর বেগের এই বন্টন ম্যাক্সওয়েল বন্টনের অনুরূপ।

বাষ্পীভবন ঘটে যখন পানির অণুগুলোর গতিবেগ এতটাই বেশি হয় যে, অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ তাদের একত্রে ধরে রাখতে পারে না। মহাকাশে গমনকারী রকেটের মতোই, একটি রকেটের গতিবেগ এতটাই বেশি থাকে যে পৃথিবীর মহাকর্ষ বল তাকে পৃথিবীতে আটকে রাখতে পারে না। উল্লেখ্য যে, কেবল উচ্চ গতিসম্পন্ন অণুগুলোই পরস্পরের আকর্ষণ থেকে মুক্ত হতে পারে। কম গতিসম্পন্ন অণুগুলো পানির মতোই একত্রে থেকে যায়।

পানির অণুর ভর এবং বেগ থাকায় তাদের গতিশক্তি থাকে (EK = 1/2 m v2)। কম গতির পানির অণুর তুলনায় উচ্চ গতির পানির অণুর গতিশক্তি বেশি থাকে। সুতরাং, বলা যায় যে, যে পানির অণুগুলো পরস্পরের আকর্ষণ থেকে মুক্ত হতে পারে (যে পানির অণুগুলো বাষ্পে পরিণত হয়), তাদের যথেষ্ট গতিশক্তি থাকে। সাধারণত, পানির তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে পানির অণুর গতিশক্তিও বাড়ে। যদি পানির তাপমাত্রা যথেষ্ট বেশি হয়, তবে পানির অণুর 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 কাপড় সূর্য থেকে নির্গত তাপ শোষণ করে। সূর্য থেকে আসা এই শক্তির কারণে কাপড়ের মধ্যে থাকা জলের অণুগুলির গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়। গতিশক্তি বাড়ার কারণে জলের অণুগুলি আরও দ্রুত চলতে শুরু করে (জলের অণুগুলির গতি বেড়ে যায়)। গতি বা গতিশক্তি একটি নির্দিষ্ট মানে পৌঁছানোর পর, জলের অণুগুলি নিজেদের মধ্যকার আকর্ষণ থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হয়। উল্লেখ্য যে, ভেজা কাপড় শুকানো শুধুমাত্র সূর্যের তাপের কারণেই হয় না। কাপড়ের চারপাশের উষ্ণ বাতাস থেকে আসা অতিরিক্ত তাপের কারণেও ভেজা কাপড় শুকিয়ে যেতে পারে (তাপ পরিবাহন প্রক্রিয়ায় বাতাস থেকে ভেজা কাপড়ে স্থানান্তরিত হয়)।

গরমের দিনে মাটি গরম হয়ে যায়। মাটি তার উপরের বাতাসকে উত্তপ্ত করে (এক্ষেত্রে, তাপ পরিবাহন দ্বারা স্থানান্তরিত হয়)। গরম বাতাস প্রসারিত হয় (ঘনত্ব কমে যায়) এবং উপরের দিকে উঠে যায়। ভেজা কাপড়ের উপর দিয়ে যাওয়ার সময়, জলের অণুগুলো কাপড়ের ভেতরের জলের অণুগুলোকে আঘাত করে। জলের অণুগুলো দ্রুত গতিতে চলে, ফলে তাদের গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়। দ্রুত গতিশীল জলের অণুগুলো অন্য জলের অণুগুলোকে আঘাত করে। বাতাসের অণু দ্বারা ক্রমাগত আঘাতপ্রাপ্ত হওয়ার কারণে জলের অণুগুলো আরও দ্রুত গতিতে চলে (গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়)। একবার বেগ বা গতিশক্তি একটি নির্দিষ্ট মানে পৌঁছালে, দ্রুত গতিশীল জলের অণুগুলো অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হতে পারে। জলের অণুগুলোর গতিশক্তি তাপমাত্রার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। যদি জলের অণুগুলোর গতিশক্তি বেশি হয়, তবে একই সাথে জলের তাপমাত্রাও বেশি হয়। অথবা এর বিপরীত, যখন জলের তাপমাত্রা বেশি হয়, তখন জলের অণুগুলোর গতিশক্তিও অবশ্যই বেশি হবে। গতিশক্তি বেগের সাথেও সম্পর্কিত। অণুর গতিশক্তি যত বেশি, অণুর বেগও তত বেশি। অথবা বিপরীতভাবে, অণুর বেগ যত বেশি, অণুর গতিশক্তিও তত বেশি।

গরম জলের ব্যাপারে কী বলা যায়? গরম জলের তাপমাত্রা বেশি থাকে। জলের উচ্চ তাপমাত্রার কারণে, এর অণুগুলোর একটি মোটামুটি গড় গতিশক্তি থাকে। জলের অণুগুলোর এই উল্লেখযোগ্য গড় গতিশক্তির কারণে, অনেক জলের অণুর বেগ বেশি হয়। জলের অণুগুলোর গতিবেগ বেশি হওয়ায়, তারা অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হতে পারে। কম গতিসম্পন্ন জলের অণুগুলো (যেগুলোর গতিশক্তি কম) বাষ্পে পরিণত হয় না। সুতরাং, যখন উচ্চ গতিসম্পন্ন জলের অণুগুলো বাষ্পে পরিণত হয়, তখন জলের অণুগুলোর গড় গতিশক্তি কমে যায়। গড় গতিশক্তি যত কম হয়, জলের তাপমাত্রাও তত কম হয়। এই সংক্ষিপ্ত বিবরণের উপর ভিত্তি করে বলা যায় যে, বাষ্পীভবন একটি শীতলীকরণ প্রক্রিয়া।

বাষ্পীভবনের কারণে শীতল হওয়ার প্রক্রিয়াটি আমরা দৈনন্দিন জীবনে সবসময়ই অনুভব করি। যখন বাতাস যথেষ্ট 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 পায়, তাই ঘামের জলের অণুগুলোর গতিশক্তি বেড়ে যায়। ঘামের অণুগুলোর গতিশক্তি বাড়ার সাথে সাথে তাদের গতিও বৃদ্ধি পায়। ঘামের অণুগুলো বাষ্পে পরিণত হয়। যখন ঘাম বাষ্পীভূত হয়ে যায়, তখন শরীর ঠান্ডা অনুভূত হয়।

সাধারণত, স্নান করার পর আমাদের শরীর ঠান্ডা অনুভূত হয়। এর কারণ হলো, ত্বকের উপরিভাগে লেগে থাকা পানি বাষ্পীভূত হওয়ার প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়।

পূর্বে বর্ণিত বাষ্পীভবন প্রক্রিয়াটি প্রতিদিন ঘটে থাকে। সমুদ্রের জল, হ্রদের জল, নদীর জলও বাষ্পীভূত হতে পারে।

বাষ্পের চাপ

এখানে বাষ্প বলতে জলীয় বাষ্পকে বোঝানো হয়েছে। চিত্রটি লক্ষ্য করুন। একটি বদ্ধ পাত্র জলে পূর্ণ (ধরা যাক, পাত্রের ভেতরের বাতাস বের করে দেওয়া হয়েছে)। গতি তত্ত্ব অনুসারে, জলের অণুগুলো সর্বদা গতিশীল থাকে। গতিশীল থাকার সময় জলের অণুগুলোর গতিবেগ এবং শক্তি থাকে। যে জলের অণুগুলোর বেগ এবং বিপুল গতিশক্তি থাকে, সেগুলো নিজেদের মধ্যকার আকর্ষণ বল থেকে মুক্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হয়।

একটি পাত্রের মধ্যে থাকা জলের অণুগুলোর ক্ষেত্রেও একই প্রক্রিয়া ঘটে। সময়ের সাথে সাথে, আরও বেশি সংখ্যক জলের অণু বাষ্পে পরিণত হয়। যেহেতু পাত্রটি বদ্ধ, তাই বাষ্পে পরিণত হওয়া জলের অণুগুলো বায়ুমণ্ডলে বেরিয়ে যেতে পারে না (অণুগুলো পাত্রের মধ্যেই আটকা পড়ে থাকে)। যে পরিমাণ জলের অণু বাষ্পে পরিণত হয় তা বেশ বড়, তাই পাত্রের দেয়ালের সাথে অণুগুলোর সংঘর্ষের সম্ভাবনা থাকে।

পাত্রের দেয়ালে আঘাতকারী কিছু অণু পানির পৃষ্ঠের দিকে প্রতিফলিত হয়ে পানির সাথে মিশে যায়। 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 একটি ভারসাম্য তৈরি হবে। যখন ভারসাম্য তৈরি হয়, তখন গ্যাসযুক্ত পাত্রের উপরিভাগকে সম্পৃক্ত বলা হয়। সম্পৃক্ত অঞ্চলের বাষ্পচাপ সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ নামে পরিচিত।

তরল থেকে বাষ্পে রূপান্তরের প্রক্রিয়াকে বাষ্পীভবন বলে। তবে, বাষ্প থেকে তরলে রূপান্তরের প্রক্রিয়াকে ঘনীভবন বলে। উল্লেখ্য যে, সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ শুধুমাত্র তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে এবং আয়তনের উপর নির্ভর করে না। পানির তাপমাত্রা বাড়লে পানির অণুগুলোর গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়।

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

যত বেশি অণু বাষ্পে পরিণত হয় এবং অণুগুলোর গতি যত বেশি হয়, বাষ্পচাপও তত বৃদ্ধি পায়। সুতরাং, উচ্চতর বাষ্পচাপে ভারসাম্য সাধিত হয়। তাই, সম্পৃক্ত বাষ্পচাপও বেশি হয়। সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ কেবল তখনই বিদ্যমান থাকে যখন একটি ভারসাম্য থাকে।

বাষ্পচাপ আয়তনের উপর নির্ভর করে, কিন্তু সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ আয়তনের উপর নির্ভর করে না। পাত্রের আয়তন বাড়লে বা কমলে একটি ভারসাম্য তৈরি হবে। উপরের উদাহরণটি দিয়ে শুধু বায়ুমণ্ডলে সৃষ্ট সম্পৃক্ত বাষ্পচাপ বোঝানো হয়েছে। পার্থক্য হলো, আগের উদাহরণে আমরা ধরে নিয়েছি যে পাত্রের যে অংশে জল নেই, সেখানে কোনো জল নেই। তাই, পাত্রের যে অংশে জল নেই, তা শুধু জলীয় বাষ্প দ্বারা পূর্ণ থাকে। অন্যদিকে, পৃথিবীর পৃষ্ঠ সর্বদা বায়ু দ্বারা পূর্ণ থাকে। বাষ্পের অণু এবং অন্যান্য গ্যাসের অণুর মধ্যে সংঘর্ষ কেবল এই ভারসাম্যকে দীর্ঘায়িত করে। তবে, একটি নির্দিষ্ট সময়ে ভারসাম্য তৈরি হবে, যদি বাষ্পে পরিণত হওয়া জলের অণুর সংখ্যা জলে পরিণত হওয়া বাষ্পের অণুর সংখ্যার সমান হয়।