অবশ্যই আপনি কখনও এর ধারণা শুনেছেন থার্মোডিনামিকস আইন. তাপগতিবিদ্যার নীতি হিসাবেও পরিচিত, এই আইনগুলি থার্মোডাইনামিক সিস্টেমে তাপ, শক্তি এবং এনট্রপির আচরণের সাথে সম্পর্কিত পদার্থবিজ্ঞানের মৌলিক ভিত্তি গঠন করে। এই নিবন্ধে, আমরা তাপগতিবিদ্যার চারটি সূত্র, তারা কীভাবে কাজ করে, তাদের উত্স এবং দৈনন্দিন জীবনে তাদের প্রয়োগ সম্পর্কে আপনার যা জানা দরকার তার সমস্ত কিছু বিস্তারিতভাবে ব্যাখ্যা করব।
থার্মোডিনামিক্সের আইন
তাপগতিবিদ্যার চারটি সূত্র আছে, শূন্য থেকে তৃতীয় পর্যন্ত সংখ্যায়। এই আইনগুলি আমাদের মহাবিশ্বের শারীরিক সিস্টেমগুলি কীভাবে কাজ করে এবং শক্তি প্রক্রিয়াগুলিতে কী সীমাবদ্ধতা বিদ্যমান তা বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়। এগুলি তাপ স্থানান্তর, তাপীয় ভারসাম্য এবং এনট্রপি বৃদ্ধির মতো গুরুত্বপূর্ণ ঘটনা বোঝার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যা একটি সিস্টেমের বিশৃঙ্খলার মাত্রা।
এই আইনগুলির প্রতিটির একটি নির্দিষ্ট ফোকাস রয়েছে। যদিও গঠনের ক্রম কালানুক্রমিক ছিল না, তারা বর্তমানে একটি যৌক্তিক কাঠামো অনুসরণ করে যা শক্তির মিথস্ক্রিয়াকে আরও স্পষ্টভাবে বুঝতে সাহায্য করে। আমরা এই আইনগুলির প্রতিটি বর্ণনা করতে যাচ্ছি এবং কীভাবে সেগুলি বাস্তবে প্রয়োগ করা হয়।
থার্মোডিনামিক্সের প্রথম আইন
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রকেও বলা হয় শক্তি সংরক্ষণের আইন, বলে যে শক্তি তৈরি বা ধ্বংস করা যায় না, শুধুমাত্র রূপান্তরিত হয়। সহজ কথায়, একটি বিচ্ছিন্ন সিস্টেমে শক্তির মোট পরিমাণ স্থির থাকে, যদিও এটি আকার পরিবর্তন করতে পারে।
উদাহরণস্বরূপ, যদি আপনি একটি সিস্টেমে তাপ আকারে একটি পরিমাণ শক্তি সরবরাহ করেন, তাহলে মোট শক্তির বৃদ্ধি হবে কাজটির যোগফল এবং এর অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধির সমান। অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন থেকে থার্মোডাইনামিক প্ল্যান্টে বিদ্যুৎ উৎপাদন পর্যন্ত আধুনিক শক্তি প্রয়োগের জন্য এই আইনটি মৌলিক।প্রাকটিক্যাল উদাহরণ: একটি বিমান ইঞ্জিন কল্পনা করুন। জ্বালানী রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করে, তাপের আকারে শক্তি মুক্ত করে, যার মধ্যে কিছু প্রোপেলার সরানোর কাজে রূপান্তরিত হয়। যদিও এই শক্তির কিছু পরিবেশে তাপ হিসাবে বিলুপ্ত হয়, মোট শক্তি সংরক্ষিত হয়, এটি কেবল এক ফর্ম থেকে অন্য ফর্মে পরিবর্তিত হয়।
থার্মোডিনামিক্সের দ্বিতীয় আইন
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি নামেও পরিচিত এনট্রপি আইন. এই আইনটি বলে যে সমস্ত সিস্টেম বৃহত্তর ব্যাধি বা এনট্রপির অবস্থার দিকে ঝোঁক। সময়ের সাথে সাথে মহাবিশ্বের এনট্রপি সর্বদা বৃদ্ধি পায়।
এর মানে হল যে কোনও শক্তি প্রক্রিয়ায়, কিছু শক্তি সর্বদা তাপ হিসাবে বিলুপ্ত হয়, যার ফলে সিস্টেমগুলি স্বাভাবিকভাবে আরও বিশৃঙ্খল অবস্থার দিকে চলে যায়। একটি সিস্টেম কখনই 100% দক্ষ হতে পারে না, যেহেতু সবসময় ব্যবহারযোগ্য শক্তির ক্ষতি হবে।
Eব্যবহারিক উদাহরণ: যদি আপনি একটি কাগজের টুকরো পোড়ান, তাহলে পদার্থটি গ্যাস এবং ছাইতে রূপান্তরিত হয় যা পুনরুদ্ধার করা যায় না। এই প্রক্রিয়াটি অপরিবর্তনীয়, যেহেতু কাগজটি তার আসল অবস্থায় ফিরে আসতে পারে না। এখানেই দ্বিতীয় আইনটি প্রকাশ করে যে সিস্টেমের ব্যাধি (এনট্রপি) বেড়েছে।
অতিরিক্তভাবে, এই আইনটি ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে কেন চিরস্থায়ী গতির মতো ঘটনাগুলি অসম্ভব। পরিবেশের সর্বদা শক্তির ক্ষতি হয়, যা শক্তির বাহ্যিক উত্স ছাড়াই একটি মেশিনকে চিরতরে চলতে বাধা দেয়।
থার্মোডিনামিক্সের তৃতীয় আইন
তাপগতিবিদ্যার তৃতীয় সূত্রে বলা হয়েছে যে, পৌঁছানোর পর পরম শূন্য, একটি সিস্টেমের এনট্রপি সর্বনিম্ন এবং ধ্রুবক হতে থাকে। পরম শূন্য হল সম্ভাব্য সর্বনিম্ন তাপমাত্রা, কেলভিন স্কেলে -273.15 °C বা 0 K এর সমতুল্য।
তাত্ত্বিকভাবে, এই তাপমাত্রায় পৌঁছানোর পরে, একটি সিস্টেমের কণাগুলি চলাচল বন্ধ করে দেয়, এটি থেকে সমস্ত তাপীয় শক্তি নির্মূল করে। যাইহোক, পরম শূন্যে পৌঁছানো, বাস্তবে, অসম্ভব। আমরা এই তাপমাত্রার কাছে যাওয়ার সাথে সাথে সিস্টেমগুলি তাদের বৈশিষ্ট্যগুলিতে তীব্র পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যায়। উদাহরণস্বরূপ, কিছু উপাদান অতিপরিবাহীতা বা অতিতরলতার মতো ঘটনা অনুভব করে।
ব্যবহারিক প্রয়োগ: যদিও নিখুঁত শূন্যে পৌঁছানো যায় না, পদার্থবিজ্ঞানের গবেষণা এমন প্রযুক্তি তৈরির দিকে পরিচালিত করেছে যা অতিপরিবাহী, যেমন অতিপরিবাহী, যা প্রায় সম্পূর্ণরূপে বৈদ্যুতিক প্রতিরোধকে দূর করে দেয়।
থার্মোডিনামিক্সের জিরো আইন
তাপগতিবিদ্যার জিরোথ আইনটি প্রণয়ন করা সবচেয়ে সাম্প্রতিক, তবে এটি অন্যদের ভিত্তির জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই আইনটি বলে যে যদি দুটি সিস্টেম তৃতীয় সিস্টেমের সাথে তাপীয় ভারসাম্যে থাকে, তবে সেই দুটি সিস্টেম একে অপরের সাথে তাপীয় ভারসাম্যেও থাকে। এর মানে হল যে যদি তাদের মধ্যে কোন তাপ স্থানান্তর না হয় তবে তাদের একই তাপমাত্রা থাকে।
প্রাকটিক্যাল উদাহরণ: এক গ্লাস জলে রাখা একটি থার্মোমিটার তরলের তাপমাত্রা পরিমাপ করে। থার্মোমিটার যখন পানির সমান তাপমাত্রায় পৌঁছায়, তখন এটি তার সাথে তাপ বিনিময় বন্ধ করে দেয়। এটি কর্মক্ষেত্রে জিরোথ আইনের একটি ক্লাসিক উদাহরণ।
এই আইনের জন্য ধন্যবাদ, আমরা বস্তুর তাপমাত্রা সংজ্ঞায়িত করতে এবং পরিমাপ করতে পারি, যা সমস্ত থার্মোডাইনামিক পদার্থবিদ্যার জন্য অপরিহার্য।
প্রযুক্তিগত গুরুত্ব: জিরোথ আইন ছাড়া, আমরা তাপমাত্রার ধারণা প্রতিষ্ঠা করতে পারব না, বা তাপীয় শক্তি পরিমাপ করার জন্য থার্মোমিটারের মতো ডিভাইস ব্যবহার করতে পারব না।
চারটি নিয়মের এই সেটটি আমাদের মহাবিশ্বে কীভাবে শক্তি কাজ করে, কীভাবে এটি স্থানান্তরিত হয় এবং কীভাবে এর কিছু অনিবার্যভাবে এনট্রপি আকারে হারিয়ে যায় তা বোঝার অনুমতি দেয়। এই আইনগুলি ছাড়া, অনেক আধুনিক প্রযুক্তিগত অগ্রগতি, যেমন ইঞ্জিন, পাওয়ার প্লান্ট এবং হিমায়ন ব্যবস্থা সম্ভব হবে না।
হ্যালো ভাল, আমি কীভাবে বিষয়টি সম্পর্কে আরও জানতে পারি?