তাপ ও তাপমাত্রা

CLASS NO: 02

তাপ কীভাবে এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় যায়?

তাপ এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় যাওয়ার তিনটি রাস্তা আছে। অনেকটা যেমন আমরা হেঁটে, গাড়িতে বা প্লেনে যাই, তাপও তেমনই তিনভাবে যাতায়াত করে:

1. পরিবহন (Conduction):
   • কাদের মধ্যে হয়? কঠিন পদার্থের মধ্যে।
   • কীভাবে? পদার্থের কণাগুলো নিজেরা জায়গা বদল না করে শুধু পাশের কণাকে তাপ দিয়ে দেয়। অনেকটা ক্লাসের প্রথম বেঞ্চ থেকে শেষ বেঞ্চে খাতা পাস করার মতো।
   • উদাহরণ: গরম চায়ের কাপে চামচ রাখলে চামচের হাতল গরম হয়ে যাওয়া।
2. পরিচলন (Convection):
   • কাদের মধ্যে হয়? তরল ও গ্যাসীয় পদার্থের মধ্যে।
   • কীভাবে? পদার্থের কণাগুলো তাপ নিয়ে গরম ও হালকা হয়ে উপরে উঠে যায়, আর উপরের ঠান্ডা ও ভারী কণাগুলো নীচে নেমে আসে। এই চক্র চলতে থাকে।
   • উদাহরণ: হাঁড়িতে জল গরম করা বা ঘরে ভেন্টিলেটর দিয়ে গরম হাওয়া বের করে দেওয়া।
3. বিকিরণ (Radiation):
   • কাদের মধ্যে হয়? এর জন্য কোনো মাধ্যমের দরকারই হয় না! শূন্যস্থান দিয়েও যেতে পারে।
   • কীভাবে? তাপ সরাসরি তরঙ্গের আকারে ছড়িয়ে পড়ে।
   • উদাহরণ: সূর্য থেকে পৃথিবীতে তাপ আসা বা আগুনের পাশে দাঁড়ালে গরম লাগা।

তাপ গণনার সূত্র

কোনো বস্তুকে গরম করতে বা ঠান্ডা করতে ঠিক কতটা তাপ লাগবে, তা আমরা একটা সহজ সূত্র দিয়ে বের করতে পারি।

মূল সূত্র:

এখানে,

• H = গৃহীত বা বর্জিত তাপ (কতটা তাপ দেওয়া বা নেওয়া হলো)।
• m = বস্তুর ভর (জিনিসটা কতটা ভারী)।
• s = আপেক্ষিক তাপ (বস্তুর উপাদান কী, তার ওপর নির্ভর করে)।
• t = তাপমাত্রার পরিবর্তন (শেষ তাপমাত্রা থেকে প্রথম তাপমাত্রা বিয়োগ করলে যা পাওয়া যায়)।

একটা সহজ উদাহরণ:

ধরুন, 10 কেজি ভরের কোনো বস্তুর তাপমাত্রা 10°C থেকে বাড়িয়ে 20°C করা হলো। যদি বস্তুটির আপেক্ষিক তাপ 100 হয়, তবে কত তাপ লাগবে?

H = m × s × t
H = 10 কেজি × 100 × (20 - 10)°C
H = 10 × 100 × 10 = 10,000 একক তাপ।

কীসের ওপর নির্ভর করে কতটা তাপ লাগবে?

একটা জিনিসকে গরম করতে কতটা তাপ লাগবে, তা মূলত তিনটি বিষয়ের ওপর নির্ভর করে:

1. ভর (Mass):
   ভর যত বেশি, তাপও তত বেশি লাগবে। (যেমন, এক গ্লাস জল গরম করতে যে তাপ লাগে, এক বালতি জল গরম করতে তার চেয়ে অনেক বেশি তাপ লাগে)।
2. তাপমাত্রার পরিবর্তন:
   তাপমাত্রা যত বেশি বাড়াতে চাইবেন, তাপও তত বেশি দিতে হবে। (যেমন, জলকে অল্প গরম করার চেয়ে ফুটাতে বেশি তাপ লাগে)।
3. উপাদান (Material):
   বস্তুটি কী দিয়ে তৈরি, তার ওপরও তাপের পরিমাণ নির্ভর করে। একেই আপেক্ষিক তাপ দিয়ে মাপা হয়। (যেমন, একই আঁচে এক কেজি লোহা যত তাড়াতাড়ি গরম হবে, এক কেজি জল তত তাড়াতাড়ি হবে না, কারণ জলের আপেক্ষিক তাপ বেশি)।

ক্যালোরিমিতির মূলনীতি

ব্যাপারটা খুব সহজ। ধরুন, আপনি এক কাপ গরম চায়ের মধ্যে একটা ঠান্ডা চামচ ডোবালেন। কী হবে?

• চা (গরম বস্তু) তাপ ছাড়বে এবং ঠান্ডা হবে।
• চামচ (ঠান্ডা বস্তু) সেই তাপ গ্রহণ করবে এবং গরম হবে।

এই তাপ দেওয়া-নেওয়া ততক্ষণ চলবে, যতক্ষণ না চা আর চামচের তাপমাত্রা সমান হচ্ছে। এই অবস্থাকে বলে তাপীয় সাম্য (Thermal Equilibrium)।

ক্যালোরিমিতির মূলনীতি হলো:
গরম বস্তুর ছাড়া তাপ = ঠান্ডা বস্তুর নেওয়া তাপ
(যদি বাইরে কোনো তাপ নষ্ট না হয়)

আপেক্ষিক তাপ (Specific Heat) কী?

আপেক্ষিক তাপ হলো কোনো পদার্থের একটি বিশেষ ধর্ম।

সহজ ভাষায়: একক ভরের (যেমন ১ কেজি বা ১ গ্রাম) কোনো জিনিসের তাপমাত্রা একক পরিমাণ (যেমন ১°C বা ১K) বাড়াতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, তাকেই ওই পদার্থের আপেক্ষিক তাপ বলে।

• যার আপেক্ষিক তাপ বেশি, সে দেরিতে গরম হয় আবার দেরিতে ঠান্ডা হয়। যেমন: জল।
• যার আপেক্ষিক তাপ কম, সে তাড়াতাড়ি গরম হয় আবার তাড়াতাড়ি ঠান্ডা হয়। যেমন: লোহা বা বালি।

আপেক্ষিক তাপের একক:

• CGS পদ্ধতিতে: ক্যালোরি/গ্রাম°C
• SI পদ্ধতিতে: জুল/কেজি-কেলভিন (J/kg·K)

কিছু তথ্য:

• জলের আপেক্ষিক তাপ সবচেয়ে বেশি (4200 J/kg·K)। একারণেই গাড়ি বা কারখানার ইঞ্জিন ঠান্ডা রাখতে জল ব্যবহার করা হয়।
• বরফের আপেক্ষিক তাপ জলের অর্ধেক (2100 J/kg·K)।

কিছু জরুরি উদাহরণ ও সমাধান

1. 40°C তাপমাত্রা ফারেনহাইট স্কেলে কত হবে?
   সূত্র: `C/5 = (F-32)/9`
   => `40/5 = (F-32)/9`
   => `8 = (F-32)/9`
   => `72 = F - 32`
   => `F = 72 + 32 = 104°F`
2. মানুষের শরীরের স্বাভাবিক তাপমাত্রা 98.6°F। সেলসিয়াস স্কেলে এটি কত?
   সূত্র: `C/5 = (F-32)/9`
   => `C/5 = (98.6 - 32)/9`
   => `C/5 = 66.6 / 9 = 7.4`
   => `C = 7.4 × 5 = 37°C`
3. কোন তাপমাত্রায় সেলসিয়াস ও ফারেনহাইট স্কেলের মান সমান হয়? (খুবই গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন)
   ধরি, `C = F = x`।
   => `x/5 = (x-32)/9`
   => `9x = 5x - 160`
   => `4x = -160`
   => `x = -40°`
4. মানুষের শরীরের স্বাভাবিক তাপমাত্রা কত?
   • 37°C (সেলসিয়াস)
   • 98.6°F (ফারেনহাইট)
   • 310 K (কেলভিন)

গুরুত্বপূর্ণ সূত্র একনজরে

• তাপ গণনা:
  H = mst
• আপেক্ষিক তাপ:
  s = H / (m × t)
• সেলসিয়াস ও কেলভিন:
  K = C + 273
• সেলসিয়াস ও ফারেনহাইট:
  C/5 = (F-32)/9

ধন্যবাদ