তাপগতিবিদ্যা বা Thermodynamics কী?
পদার্থবিজ্ঞানের যে শাখা তাপ এবং যান্ত্রিক শক্তির পরষ্পর রূপান্তর ও পরষ্পর সম্পর্ক নিয়ে আলোচনা করে, তাকে তাপগতিবিদ্যা বলে বা Thermodynamics বলে। বিজ্ঞানী কাউন্ট রামফোর্ড, হ্যামফ্রে ডেভী ও জেমস প্রেসকট জুলের এক্সপেরিমেন্টের ফলই তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র।
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র
যখন কোনো সিস্টেমে তাপ প্রদান/সরবারহ করা হয় বা সিস্টেম কর্তৃক তাপ গৃহীত হয় তখন এর কিছু অংশ অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি করতে (তাপমাত্রা বৃদ্ধি করতে) এবং বাকি অংশ বাহ্যিক কাজ সম্পন্ন করতে ব্যয় হয়। অর্থাৎ, প্রদত্ত তাপ = অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি + বাহ্যিক কাজ।
dQ = du+dW
যেখানে, dQ = শোষিত তাপ
du = অন্তর্নিহিত শক্তির পরিবর্তন এবং
dW = কৃত কাজ।
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের আর দুটি বিবৃতি
তাপগতিবিদ্যার এই প্রথম শক্তি নিয়ে বিজ্ঞানি জুল এবং ক্লাসিয়াসের বিবৃতি নিচে উল্লেখ করা হলো।
জুলের বিবৃতি
যখন কাজ সম্পূর্ণভাবে তাপে বা তাপ সম্পূর্ণভাবে কাজে রূপান্তরিত হয়, তখন কাজ ও তাপ পরষ্পরের সমানুপাতিক হয়। অর্থাৎ W = JH যেখানে J সমানুপাতিক ধ্রুবক (তাপের যান্ত্রিক সমতা বা জুল তুল্যাঙ্ক বলে।
ক্লাসিয়াসের বিবৃতি
তাপগতিবিদ্যার সূত্র হিসেবে উপরে যে বিবৃতিটি উল্লেখ করা হয়েছে, সেটিই ক্লাসিয়াসের বিবৃতি।
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের তাৎপর্য
- তাপ ও কাজের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে।
- নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপে নির্দিষ্ট পরিমাণ কাজ সম্পাদন হয়।
- নির্দিষ্ট পরিমাণ কাজ থেকে নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ উৎপন্ন হয়।
- ব্যয় না করে কাজ পাওয়া সম্ভব নয়।
- কাজ ও তাপ সমতুল্য।
- এটি শক্তির সংরক্ষণ সূত্রেরই বিশেষ প্রকাশ।
প্রশ্ন:
দেখাও যে, তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র শক্তির নিত্যতা সূত্রের একটি বিশেষ রূপ বা প্রকাশ। (ক্লাসিয়াসের বা জুলের বিবৃতি থেকে সহজেই নিজেরা দেখিয়ে দিতে পারবে)
প্রথম সূত্রের ব্যবহার
চার প্রকার তাপীয় সিস্টেমে বিভিন্ন প্রকার তাপগতীয় পরিবর্তন সম্পর্কে আলোচনা করা হলো।
সমোষ্ণ পরিবর্তন
এই প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রার পরিবর্তন ঘটে না, ফলে T স্থির/ধ্রুবক থাকে। যদি অবস্থার পরিবর্তন না হয়, তবে এই প্রক্রিয়ায় `\triangleU=0`।
রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তন
এই প্রক্রিয়ায় যেহেতু তাপের পরিবর্তন হয় না, ফলে `triangleQ=0` হয়।
সমআয়তন পরিবর্তন
এ প্রক্রিয়ায় আয়তন পরিবর্তন হয় না। অর্থাৎ `triangleV=0` হয়।
সমচাপ পরিবর্তন
এ প্রক্রিয়ায় চাপের পরিবর্তন হয় না। ফলে `triangleP=0` হয়।
সমোষ্ণ প্রক্রিয়া ও রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়া চেনার উপায়
ধীরে ধীরে সম্পন্ন তাপীয় পরিবর্তন সমোষ্ণ প্রক্রিয়া। অন্যদিকে খুব দ্রুত যে তাপীয় পরিবর্তন ঘটে তাকে রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়া হিসেবে চিহ্নিত করা হয়। হঠাৎ করে, গাড়ির টায়ার ফেটে যাওয়া রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়া। অন্যদিকে বরফ গলে পানি হওয়া বা পানির বাষ্পীভূত হওয়া সমোষ্ণ প্রক্রিয়ার উদাহারণ।
