তাপ ও ক্যালরিমিতি
তাপ সবসময় গরম বস্তু থেকে ঠান্ডা বস্তুতে যায়, কখনো উল্টো নয়, যতক্ষণ না দুটোই একই তাপমাত্রায় পৌঁছায়। এতে কত শক্তি লাগে তা তিনটি বিষয়ের ওপর নির্ভর করে: কতটুকু জিনিস গরম করছেন, এটি কী দিয়ে তৈরি, আর কত বড় তাপমাত্রা-পরিবর্তন চান।
সূত্র
Q = m · c · ΔT
- Q — তাপ শক্তি (J): বস্তুতে তাপ হিসেবে প্রবেশ বা প্রস্থানকৃত শক্তি
- m — ভর (kg): কতটুকু পদার্থ গরম বা ঠান্ডা করা হচ্ছে
- c — আপেক্ষিক তাপ (J/(kg·K)): উপাদানের 1 কেজির তাপমাত্রা 1 কেলভিন বাড়াতে যে শক্তি লাগে
- ΔT — তাপমাত্রা-পরিবর্তন (K): চূড়ান্ত ও প্রাথমিক তাপমাত্রার পার্থক্য
সমাধান করা উদাহরণ
2 kg পানি 5 কেলভিন গরম করতে কত তাপ-শক্তি লাগবে? (পানির আপেক্ষিক তাপ ≈ 4000 J/(kg·K))
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40000 J
নিজেকে পরীক্ষা করুন
2 kg-এর বদলে এখন 4 kg পানি, তবুও 5 কেলভিন বাড়াতে চান। কত তাপ-শক্তি লাগবে?
- 40000 J
- 160000 J
- সঠিক উত্তর: 80000 J
ঠিক! ভর দ্বিগুণ করলে প্রয়োজনীয় শক্তি দ্বিগুণ হয়: 4 কেজি × 4000 জুল প্রতি কেজি প্রতি কেলভিন × 5 কেলভিন = 80000 জুল।
2 kg পানিতে ফিরে যান, কিন্তু এবার তাপমাত্রা 5-এর বদলে 10 কেলভিন বাড়াতে চান। কত তাপ-শক্তি লাগবে?
- সঠিক উত্তর: 80000 J
- 40000 J
- 20000 J
ঠিক ধরেছেন — তাপমাত্রা পরিবর্তন দ্বিগুণ করলে শক্তি দ্বিগুণ হয়: 2 কেজি × 4000 জুল প্রতি কেজি প্রতি কেলভিন × 10 কেলভিন = 80000 জুল।
যেখানে এটি দেখবেন
একই বিকেলে সমুদ্রতীরের বালু পায়ে পুড়িয়ে দেয়, অথচ সমুদ্র ঠান্ডাই থাকে — এক কিলোগ্রাম পানি প্রতি কেলভিনে প্রায় 4000 জুল গিলে নেয়, যা বালুর প্রয়োজনের কয়েকগুণ — তাই গোটা মৌসুম ধরে সাগর ধীরে ধীরে গরম হয়। গরম স্যুপে ডোবানো ধাতুর চামচ অন্য দিকটা দেখায়: আপেক্ষিক তাপ কম, তাই তাপমাত্রা দ্রুত ওঠানামা করে।
সাধারণ ভুল
সবচেয়ে গভীর বিভ্রান্তি হলো তাপ আর তাপমাত্রাকে একই জিনিস ভাবা — তাপমাত্রা বলে দেয় অণুগুলো গড়ে কত দ্রুত চলে, তাপ হলো চলমান শক্তি, আর এই দুয়ের মধ্যেকার বিনিময়-হারটাই এই সূত্র ঘোষণা করে: Q = m · c · ΔT। তারপর আনুপাতিকতার দিকে খেয়াল করুন: ভর দ্বিগুণ করলে শক্তিও দ্বিগুণ হয়ে যায় (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40000 J মানটা 4 kg-এ হয়ে যায় 80000 J), আর তাপমাত্রা-পরিবর্তন দ্বিগুণ করলেও তাই হয়। ভিন্ন উপাদান সত্যিই ভিন্ন হারে দাম চোকায়।
এটি কীভাবে সংযুক্ত
আদর্শ গ্যাস সূত্র বলেছিল গ্যাসের তাপমাত্রা কীভাবে তার চাপ ঠিক করে দেয়; এটি হলো তাপমাত্রা বদলানোর মোট দামের তালিকা — ভর, উপাদান আর পরিবর্তন, সব গুণ করে বের করা। এর পরের তাপ ইঞ্জিন সেই তাপ-প্রবাহকে একটা চক্রের ভেতর দিয়ে চালিয়ে তা থেকে কার্য আদায় করার চেষ্টা করে, আর খরচ করতে হয়েছে কত তাপ, তা নিয়েই তারা গভীরভাবে ভাববে।