এসএসসি পদার্থবিঞ্জান ষষ্ঠ অধ্যায় (বস্তুর উপর তাপের প্রভাব)

-_-1

 

পাঠ্য বইয়ের অধ্যায় ঃ    SSC Physics Chapter 6

 

তাপ :
তাপ হলো এক প্রকার শক্তি যা ঠান্ডা ও গরমের অনুভূতি জাগায়। তাপ উষ্ণতর বস্তু থেকে শীতলতর বস্তুর দিকে
প্রবাহিত হয়। সুতরাং উষ্ণতার পার্থক্যের জন্য যে শক্তি এক বস্তু থেকে অন্য বস্তুতে প্রবাহিত হয় তাকে তাপ বলে।
পদার্থের অণুগুলো সব সময় গতিশীল অবস্থায় থাকে। তাই এদের গতিশক্তি আছে। কোনো পদার্থের মোট তাপের
পরিমাণ এর মধ্যস্থিত অণুগুলোর মোট গতিশক্তির সমানুপাতিক। কোনো বস্তুতে তাপ প্রদান করা হলে অণুগুলোর গতি
বেড়ে যায় ফলে গতিশক্তিও বেড়ে যায়।
তাপের একক : SI পদ্ধতিতে তাপের একক হলো জুল (J)। পূর্বে তাপের একক হিসাবে ক্যালরি (Cal) ব্যবহৃত
হতো। ক্যালরি এবং জুলের মধ্যে সম্পর্ক হলো 1 Cal = 4.2 J।

 

তাপমাত্রাঃ
তাপমাত্রা হচ্ছে কোনো বস্তুর এমন এক তাপীয় অবস্থা যা নির্ধারণ করে ঐ বস্তুটি অন্য বস্তুর তাপীয় সংস্পর্শে এলে
বস্তুটি তাপ হারাবে না গ্রহণ করবে।
তাপমাত্রাকে তরলের মুক্ত তলের সাথে তুলনা করা যেতে পারে।
আমরা জানি উচ্চতর তল থেকে তরল সর্বদা নিন্মতলের দিকে
প্রবাহিত হয়।  তাপীয় সংযোগ স্থাপন করলে উষ্ণতর
বস্তু থেকে শীতলতর বস্তুতে তাপ প্রবাহিত হয় যতক্ষণ না উভয়ের
তাপমাত্রা সমান হয়।
যে বস্তুর তাপমাত্রা বেশি সে তাপ হারায় আর যে বস্তুর তাপমাত্রা কম
সে তাপ গ্রহণ করে। তাপমাত্রা পরিমাপের যন্ত্রের নাম থার্মোমিটার।
তাপমাত্রার একক: আন্তর্জাতিক পদ্ধতিতে তাপমাত্রার একক কেলভিন (K)।
কেলভিন : যে নির্দিষ্ট তাপমাত্রা ও চাপে পানি তিন অবস্থাতেই অর্থাৎ বরফ, পানি এবং জলীয় বাষ্পরূপে অবস্থান করে
তাকে পানির ত্রৈধবিন্দু (Triple Point) বলে। এই ত্রৈধবিন্দুর তাপমাত্রা 273 K ধরা হয়। পানির ত্রৈধবিন্দুর
তাপমাত্রার 1/273.16 ভাগ কে এক কেলভিন (1 K) বলে।

 

 

 

সেলসিয়াস, ফারেনহাইট ও কেলভিন স্কেলের মধ্যে সম্পর্ক

কোনো বস্তুর তাপমাত্রা সঠিকভাবে নির্দেশ করার জন্য তাপমাত্রার একটি স্কেল প্রয়োজন। তাপমাত্রার স্কেল তৈরির
জন্য দুটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রাকে স্থির ধরে নেওয়া হয়।এই তাপমাত্রা দুটিকে স্থিরাঙ্ক বলে। স্থিরাঙ্ক দুটিনিম্নস্থিরাঙ্ক ও ঊর্ধ্বস্থিরাঙ্ক। প্রমাণ চাপে যে তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ বরফ গলে পানি হয় অথবা বিশুদ্ধ পানি জমে বরফ
হয় তাকে নিম্নস্থিরাঙ্ক বলে। একে হিমাঙ্ক বা বরফ বিন্দুও বলে। আবার প্রমাণ চাপে ফুটন্ত বিশুদ্ধ পানি যে
তাপমাত্রায় জলীয় বাষ্পে পরিণত হয় তাকে ঊর্ধ্বস্থিরাঙ্ক বলে। ঊর্ধ্বস্থিরাঙ্ককে স্ফুটনাংক বা বাষ্পবিন্দুও বলে।
স্থিরাঙ্কদুটির মধ্যবর্তী তাপমাত্রার ব্যবধানকে মৌলিক ব্যবধান বলে। মৌলিক ব্যবধানকে নানাভাবে ভাগ করে
তাপমাত্রার বিভিন্ন স্কেল তৈরি করা হয়েছে।তাপমাত্রার প্রচলিত স্কেল তিনটি : সেলসিয়াস, ফারেনহাইট ও কেলভিন।
সেলসিয়াস, ফারেনহাইট ও কেলভিন স্কেলে তাপমাত্রার একক
যথাক্রমে C, F এবং K। সেলসিয়াস স্কেলে নিম্ন স্থিরাঙ্ক 0 C, ফারেনহাইট স্কেলে 320 F এবং কেলভিন স্কেলে 273 K। উর্ধ্বস্থিরাঙ্ক সেলসিয়াস স্কেলে 100 C, ফারেনহাইট স্কেলে 212 F এবং কেলভিন স্কেলে 373 K।

 

তাপমাত্রার বিভিন্ন স্কেলের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন :
নিম্নস্থিরাঙ্ক A এবং ঊর্ধ্বস্থিরাঙ্ক B চিহ্নিত একটি
থার্মোমিটার নেওয়া হলো (চিত্র)। তারপর সেলসিয়াস,
ফারেনহাইট ও কেলভিন স্কেলে দাগাঙ্কিত আরো তিনটি
থার্মোমিটার পাশাপাশি রাখা হলো। AB থার্মোমিটারের P
অবস্থানের পাঠ অপর তিনটি স্কেলে যথাক্রমে C, F এবং K।
সুতরাং এই তিন স্কেলে চঅ দূরত্ব যথাক্রমে C-০, F-32 এবং K-273। আবার PA/BA ধ্রবক হওয়ায় লেখা যায়,

 

picture 1picture 2

 

তবে সেলসিয়াস ও কেলভিন স্কেলের সহজ সম্পর্ক হলো- সেলসিয়াস স্কেলের পাঠের সাথে 273 যোগ করলে
কেলভিন স্কেলে পাঠ পাওয়া যায়। যেমন 1 C তাপমাত্রা = (1+273) K = 274 K তাপমাত্রা।
তবে তাপমাত্রার পার্থক্য 1 C হলে সেটা 1 K এর সমান হবে।

 

 

 

 

পদার্থের তাপীয় প্রসারণ

প্রায় সকল পদার্থই তাপ প্রয়োগে প্রসারিত হয় আর তাপ অপসারণে সংকুচিত হয়। যখন কোনো বস্তু উত্তপ্ত হয়, তখন
বস্তুটির প্রত্যেক অণুর তাপশক্তি তথা গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়। কঠিন পদার্থের বেলায় আন্তঃআণবিক বলের বিপরীতে
অণুগুলো আরো বর্ধিত শক্তিতে স্পন্দিত হতে থাকে ফলে সাম্যাবস্থা থেকে অণুগুলোর সরণ বৃদ্ধি পায়। কিন্তু কোনো
অণু এর সাম্যাবস্থা থেকে সরে যাবার সময় টান অনুভব করে। অর্থাৎ, অণুটি যখন পার্শ¦বর্তী অণুর কাছাকাছি যেতে চায়
তখন বিকর্ষণ অনুভব করে। আবার আন্তঃআণবিক দূরত্ব যখন বৃদ্ধি পায় তখন আকর্ষণ অনুভব করে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির
কারণে কঠিন বস্তুর অণুগুলো স্পন্দিত হতে থাকে তবে তা সরল ছন্দিত স্পন্দন নয়। এর কারণ, দুই অণুর মধ্যে
দূরত্ব সাম্যাবস্থার তুলনায় যদি কমে যায় তাহলে বিকর্ষণ বল দ্রুত বৃদ্ধি পায়। কিন্তু এদের মধ্যে দূরত্ব সাম্যাবস্থার
তুলনায় বৃদ্ধি পেলে আকর্ষণ বল তত দ্রুত বৃদ্ধি পায় না।ফলে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাবার ফলে কঠিন বস্তুর মধ্যে অণুগুলো
যখন কাঁপতে থাকে তখন একই শক্তি নিয়ে ভিতর দিকে যতটা সরে আসতে পারে, বাইরের দিকে তার চেয়ে বেশি
সরে যেতে পারে। এর ফলে প্রত্যেক অণুর গড় সাম্যাবস্থান বাইরের দিকে সরে যায় এবং বস্তুটি প্রসারণ লাভ
করে।তরল পদার্থের বেলায় আন্তঃআণবিক বলের প্রভাব কম বলে তাপের কারণে এর প্রসারণ বেশি হয়। বায়বীয়
পদার্থের বেলায় তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে অণুগুলোর ছুটাছুটি বৃদ্ধি পায়। তাপীয় প্রসারণ গ্যাসীয় পদার্থে সবচেয়ে বেশি,
তরলে তার চেয়ে কম এবং কঠিন পদার্থে সবচেয়ে কম।

 

কঠিন পদার্থের প্রসারণ

তাপ প্রয়োগ করলে কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য, ক্ষেত্রফল এবং আয়তন বৃদ্ধি পায়।
কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ ও দৈর্ঘ্য প্রসারণ সহগ:
কঠিন বস্তুতে তাপ প্রয়োগ করলে নির্দিষ্ট দিকে দৈর্ঘ্য বরাবর যে প্রসারণ হয় তাকে বস্তুটির দৈর্ঘ্য প্রসারণ বলে। দৈর্ঘ্য প্রসারণ সহগ কিভাবে বের করতে হয় তা নিচের লেকচার ভিডিওতে আলোচনা করা হল –

 

 

এছাড়াও আছে ক্ষেত্র প্রসারণ এবং আয়তন প্রসারণ। যাদের সহগ বের করার নিয়ম উপরের লেকচার ভিডিওটির মতই। বিস্তারিত পাঠ্য বইয়ে দ্রষ্টব্য।

নিচের লেকচার ভিডিওতে  আয়তন প্রসারণ ও আয়তন প্রসারণ সহগ  নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে –

 

তরল পদার্থের প্রসারণ

তরল পদার্থের নির্দিষ্ট দৈর্ঘ্য বা ক্ষেত্রফল নেই। তবে নির্দিষ্ট আয়তন আছে। তরলের তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে এর
আয়তন বৃদ্ধি পায়। সুতরাং তরলের প্রসারণ বলতে তরলের আয়তন প্রসারণকেই বোঝায়। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে
সকল তরল সমান হারে বৃদ্ধি পায় না। একই তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য সম-আয়তনের বিভিন্ন তরল পদার্থের প্রসারণ
বিভিন্ন হয়।

তরলের প্রকৃত ও আপাত প্রসারণ

তরলকে সর্বদা কোনো পাত্রে রেখে উত্তপ্ত করতে হয়। তাপ প্রয়োগ করলে তরল ও পাত্র উভয়েরই প্রসারণ ঘটে। এই
কারণে তরলের যে প্রসারণ আমরা লক্ষ্য করি তা তার প্রকৃত প্রসারণ নয় – আপাত প্রসারণ। সুতরাং তরলের প্রসারণ
দুই প্রকার :
ক) প্রকৃত প্রসারণ ও খ) আপাত প্রসারণ
প্রকৃত প্রসারণ : তরলকে কোনো পাত্রে না রেখে (যদি সম্ভব হয়) তাপ দিলে তার যে আয়তন প্রসারণ হতো তাকে
তরলের প্রকৃত প্রসারণ বলে। তবে তা সম্ভব নয় ফলে পাত্রের প্রসারণ বিবেচনা করে প্রকৃতই তরলের যেটুকু প্রসারণ
ঘটে তাই প্রকৃত প্রসারণ। একে Vr দ্বারা প্রকাশ করা হয়।
আপাত প্রসারণ : কোনো পাত্রে তরল রেখে তাপ দিলে তরলের যে আয়তন প্রসারণ দেখতে পাওয়া যায়, অর্থাৎ পাত্রের
প্রসারণ বিবেচনায় না এনে তরলের যে প্রসারণ পাওযা যায় তাকে তরলের আপাত প্রসারণ বলে। একে Va দ্বারা প্রকাশ
করা হয়।

প্রকৃত প্রসারণ ও আপাত প্রসারণের মধ্যে সম্পর্ক নিচের লেকচার ভিডিওতে আলোচনা করা হল-