পদার্থবিদ্যা

তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা কীভাবে বাড়ানো যায় তা খুঁজে বের করার জন্য , সাদি কার্নো (১৭৯৬-১৮৩২) নামক একজন ফরাসি বিজ্ঞানী ১৮২৪ সালে একটি আদর্শ তাত্ত্বিক তাপবিদ্যুৎ যন্ত্র পরীক্ষা করেন। সেই সময়ে তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র বা দ্বিতীয় সূত্র প্রণীত হয়নি। প্রথম সূত্রটি প্রণীত হয়নি কারণ বিজ্ঞানীরা তখনও জানতেন না যে তাপই শক্তি। ১৮৩০-এর দশকে জুল এবং তাঁর সহকর্মীদের পরীক্ষার পর, বিজ্ঞানীরা আবিষ্কার করেন যে তাপ হলো তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে স্থানান্তরিত শক্তি। তাই, তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রটি ১৮৩০ সালের পরে প্রণীত হয়েছিল। সাদি কার্নো ১৮২৪ সালে তাত্ত্বিক আদর্শ তাপবিদ্যুৎ ইঞ্জিন নিয়ে গবেষণা করছিলেন। তাঁর গবেষণার মূল উদ্দেশ্য ছিল বাষ্পীয় ইঞ্জিনের দক্ষতা বৃদ্ধি করা। সেই সময়ের বেশিরভাগ বাষ্পীয় ইঞ্জিনই কম দক্ষ ছিল।

আরও পড়ুন

অপরিবর্তনীয় তাপগতিবিদ্যার প্রক্রিয়াগুলো ব্যাখ্যা করার জন্য বিজ্ঞানীরা তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র প্রণয়ন করেন। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র ব্যাখ্যা করে যে মহাবিশ্বে কোন প্রক্রিয়াগুলো ঘটতে পারে এবং কোন প্রক্রিয়াগুলো ঘটতে পারে না। আর. জে. ই. ক্লসিয়াস (১৮২২-১৮৮৮) নামক একজন বিজ্ঞানী নিম্নলিখিত বিবৃতিটি দিয়েছিলেন:

স্বাভাবিকভাবেই, তাপ উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তুতে প্রবাহিত হয়; স্বাভাবিকভাবেই, তাপ নিম্ন-তাপমাত্রার বস্তু থেকে উচ্চ-তাপমাত্রার বস্তুতে যায় না (তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র—ক্লাউসিয়াসের উক্তি)।

ক্লসিয়াসের বিবৃতিটি তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের বিশেষ বিবৃতিগুলোর মধ্যে অন্যতম। একে বিশেষ বিবৃতি বলা হয় কারণ এটি শুধুমাত্র তাপ স্থানান্তর সম্পর্কিত একটি প্রক্রিয়ার ক্ষেত্রেই প্রযোজ্য। যেহেতু এই বিবৃতিটি অন্যান্য প্রক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত নয়, তাই আমাদের একটি আরও সাধারণ বিবৃতির প্রয়োজন। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের একটি সাধারণ বিবৃতির বিকাশ তাপীয় ইঞ্জিন অধ্যয়নের উপর ভিত্তি করে গড়ে উঠেছে। তাই, আমরা প্রথমে ইঞ্জিনের তাপ নিয়ে আলোচনা করব।

আরও পড়ুন

প্রবন্ধ তাপগতিবিদ্যার প্রক্রিয়া : সমতাপীয় রুদ্ধতাপীয় সমআয়তনীয় সমচাপীয়

তাপগতিবিদ্যার চারটি প্রক্রিয়া রয়েছে, যথা সমতাপীয়, সমায়তন, সমচাপীয় এবং রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়া।

সমতাপীয় প্রক্রিয়া (স্থির তাপমাত্রা)

সমতাপীয় প্রক্রিয়ায়, সিস্টেমের তাপমাত্রা স্থির রাখা হয়। তাত্ত্বিকভাবে, বিশ্লেষিত সিস্টেমটি একটি আদর্শ গ্যাস। আদর্শ গ্যাসের তাপমাত্রা আদর্শ অভ্যন্তরীণ গ্যাস শক্তির (U = 3/2 n RT) সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। T পরিবর্তিত হয় না, তাই U-ও পরিবর্তিত হয় না। সুতরাং, সমতাপীয় প্রক্রিয়ায় প্রয়োগ করলে, তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের সমীকরণটি দাঁড়ায়:

আরও পড়ুন

তাপগতিবিদ্যা প্রক্রিয়া

তাপ (Q) হলো সেই শক্তি যা তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে এক বস্তু থেকে অন্য বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়। সিস্টেম এবং পরিবেশের ক্ষেত্রে, তাপ হলো তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে সিস্টেম থেকে পরিবেশে অথবা পরিবেশ থেকে সিস্টেমে স্থানান্তরিত শক্তি। যদি সিস্টেমের তাপমাত্রা পারিপার্শ্বিক তাপমাত্রার চেয়ে বেশি হয়, তবে তাপ সিস্টেম থেকে পরিবেশে প্রবাহিত হবে। যদি পারিপার্শ্বিক তাপমাত্রা সিস্টেমের তাপমাত্রার চেয়ে বেশি হয়, তবে তাপ পরিবেশ থেকে সিস্টেমে প্রবাহিত হবে।

তাপ (Q) হলো তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে স্থানান্তরিত শক্তি, অপরদিকে কাজ (W) হলো কাজের মাধ্যমে শক্তি স্থানান্তর। উদাহরণস্বরূপ, যদি সিস্টেমটি পরিবেশের উপর কাজ করে, তাহলে শক্তি সিস্টেম থেকে পরিবেশে স্থানান্তরিত হয়। বিপরীতভাবে, যদি পরিবেশ সিস্টেমের উপর কাজ করে, তাহলে শক্তি পরিবেশ থেকে সিস্টেমে স্থানান্তরিত হয়।

আরও পড়ুন