১. পরিবহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের সংজ্ঞা
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 ধাতব বা প্লাস্টিকের চেয়ারের উপরিভাগ গরম অনুভূত হয় না। কাঠের চেয়ারের উপরিভাগ কেন উত্তপ্ত হয়, অথচ ধাতব চেয়ারের উপরিভাগ হয় না? তোশক ছাড়া ঠান্ডা মেঝেতে ঘুমালে কেন ব্যথা হতে পারে? আপনি কি কখনো শীতরোধী জ্যাকেট পরেছেন? বেশিরভাগ শীতরোধী জ্যাকেট উল দিয়ে তৈরি হয় কেন? পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের বিষয়টি নিয়ে এখনও অনেক কিছু বিবেচনা ও প্রশ্ন করার আছে।
যখন একটি উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তুর একটি অংশ একটি নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুর সংস্পর্শে আসে, তখন শক্তি উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তুটি থেকে বস্তুটির নিম্ন-তাপমাত্রার অংশে স্থানান্তরিত হয়। এই শক্তি যোগ হওয়ার ফলে পরমাণু ও অণুগুলো আরও দ্রুত চলতে শুরু করে। চলার সময় অণুর গতিশক্তি (KE = 1/2 mv²) থাকে । যে অণুগুলো দ্রুত চলে (বেশি গতিশক্তি), সেগুলো তাদের পাশের অণুগুলোকে আঘাত করে। অণুটি তার পাশের আরেকটি অণুকে আঘাত করে। এভাবেই চলতে থাকে। সুতরাং, শক্তি স্থানান্তরের সময় অণুগুলো একে অপরের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। বস্তুর অণুগুলোর মধ্যে সংঘর্ষের মাধ্যমে যে তাপ স্থানান্তর ঘটে, তাকে পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তর বলা হয়।
২. পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের সমীকরণ
বাম দিকে অবস্থিত বস্তুটির তাপমাত্রা বেশি (T1) অপরদিকে ডানদিকে অবস্থিত বস্তুটির তাপমাত্রা কম (T2তাপমাত্রার পার্থক্যের (T) কারণে1 - T2তাপ একটি উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে একটি নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে স্থানান্তরিত হয় (তাপ প্রবাহের দিক ডানদিকে)। যে বস্তুতে তাপ যায় তার একটি প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফল (A) এবং দৈর্ঘ্য (l) আছে।
পরীক্ষার ফলাফল অনুসারে, একটি নির্দিষ্ট সময় ব্যবধানে (Q/t) স্থানান্তরিত তাপ তাপমাত্রার পার্থক্যের (T 1 – T 2 ) সাথে সরাসরি সমানুপাতিক।
প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফল (A), বস্তুর প্রকৃতি (k = তাপ পরিবাহিতা) এবং বস্তুর দৈর্ঘ্যের ব্যস্তানুপাতিক। পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের সূত্রটি হলো:
বিবরণ: Q/t = তাপ স্থানান্তর হার, k = তাপ পরিবাহিতা, A = প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফল, T1 = উচ্চ তাপমাত্রা, T2 = নিম্ন তাপমাত্রা, l = বস্তুর দৈর্ঘ্য।
৩. তাপ পরিবাহিতা (k)
বেশিরভাগ রান্নার পাত্র অ্যালুমিনিয়াম দিয়ে তৈরি করা হয় কেন? যদি আপনার বাম হাত লোহা এবং ডান হাত কাচ ধরে, তাহলে লোহা এবং কাচ আগুনে স্পর্শ করানো হয়। বাম হাত নাকি ডান হাত দ্রুততর বলে মনে হচ্ছে? এই প্রশ্নগুলো এবং সম্ভবত আরও অন্যান্য প্রশ্ন যা আপনি করবেন, তা বস্তুর তাপ পরিবাহিতার সাথে সম্পর্কিত। কোনো বস্তুর তাপ পরিবাহিতা হলো সেই বস্তুর মধ্য দিয়ে তাপ সঞ্চালনের ক্ষমতা। যে বস্তুগুলোর তাপ পরিবাহিতা (k) বেশি, সেগুলো উত্তম তাপ পরিবাহী (good thermal conductors)। বিপরীতভাবে, যে বস্তুগুলোর তাপ পরিবাহিতা কম, সেগুলো কুপরিবাহী (bad thermal conductors)।
৪. পরিবাহন দ্বারা তাপ স্থানান্তরের প্রয়োগ
কার্পেটের চেয়ে টাইলস বেশি ঠান্ডা লাগে কেন? কার্পেটের চেয়ে টাইলসের তাপ পরিবাহিতা বেশি। তাই, টাইলস একটি ভালো তাপ পরিবাহী, আর কার্পেট একটি খারাপ তাপ পরিবাহী। যখন আমরা কার্পেটের উপর দিয়ে হাঁটি, তখন পা থেকে তাপ কার্পেটের দিকে প্রবাহিত হয়। এমনটা হয় কারণ আমাদের শরীরের তাপমাত্রা কার্পেটের তাপমাত্রার চেয়ে বেশি। কার্পেট একটি খারাপ তাপ পরিবাহী, তাই আমাদের পা থেকে প্রবাহিত তাপ কার্পেটের উপরিভাগে জমা হয়, ফলে কার্পেট গরম হয়ে ওঠে। যখন আমরা টাইলস বা সিরামিকের উপর দিয়ে হাঁটি, তখন পা থেকে তাপ টাইলস বা সিরামিকের দিকে প্রবাহিত হয়। যেহেতু টাইলস একটি ভালো তাপ পরিবাহী, তাই তাপ টাইলসের উপরিভাগে আটকে থাকে না। তাপ মসৃণভাবে প্রবাহিত হয়, ফলে আমাদের পা ঠান্ডা অনুভূত হয়।
কোনো অবলম্বন ছাড়া বাড়ির মেঝেতে ঘুমালে ব্যথা হতে পারে। কেন? এর কারণ হলো শরীর থেকে মেঝেতে তাপের স্থানান্তর। তাপ হলো সেই শক্তি যা স্থানান্তরিত হয়। যখন আপনার শরীর থেকে প্রচুর পরিমাণে তাপ বেরিয়ে যায়, তখন আপনার শরীরের শক্তি 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 তাপমাত্রা বাড়ির ভেতরের বাতাসের তাপমাত্রার চেয়ে কম থাকে। বাতাসের তাপমাত্রার এই পার্থক্যের কারণে তাপ বাড়ির ভেতর থেকে বাইরে চলে যায়। তাই, সাধারণত রাতে আমরা দরজা বা জানালা বন্ধ রাখি। জানালা বা দরজার ভেতরে আটকে থাকা বাতাস একটি ভালো অন্তরক হিসেবে কাজ করে। কোনো বস্তুর তাপ পরিবাহিতা যত কম হয়, সেই বস্তুর মধ্য দিয়ে পরিবাহন প্রক্রিয়ায় তাপ স্থানান্তর তত বেশি কঠিন হয়।
সভ্য ও স্বাভাবিক মানুষ হিসেবে আমাদের মর্যাদা বজায় রাখার পাশাপাশি, পোশাক আমাদের শরীরের তাপমাত্রা স্থিতিশীল রাখতেও কাজ করে। আমরা যে পোশাক ব্যবহার করি তা সাধারণত বায়ুর তাপমাত্রার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়। যখন বায়ুর তাপমাত্রা যথেষ্ট কম থাকে, তখন আমরা মোটা পোশাক পরি। মোটা কম্বল বা পোশাক (জ্যাকেট ইত্যাদি) বাতাসকে চলাচল করতে বাধা দেয়। ত্বক এবং জ্যাকেট বা কম্বলের মধ্যে বাতাস আটকে থাকে। যেহেতু আমাদের শরীর এবং আটকে থাকা বাতাসের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য থাকে, তাই তাপ শরীর থেকে বাতাসে চলে যায়। শরীর থেকে তাপ যুক্ত হওয়ার ফলে আটকে থাকা বাতাসের তাপমাত্রা বেড়ে যায় (বাতাস উষ্ণতর হয়)। বায়ুর তাপ পরিবাহিতার মান ন্যূনতম। তাই, তাপ শরীর থেকে বের হতে পারে না। আমাদের শরীরের তাপমাত্রাও বজায় থাকে। যদি বাতাস যথেষ্ট ঠান্ডা থাকা সত্ত্বেও আমরা জ্যাকেট ব্যবহার না করি, তাহলে আমাদের শরীর থেকে তাপ বেরিয়ে যায়। শরীর থেকে যত বেশি তাপ বেরিয়ে যায়, শরীর তত বেশি শক্তি হারায়!
