কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক | পদার্থের উপর তাপের প্রভাব | পদার্থবিজ্ঞান

কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক – পদার্থবিজ্ঞান পদার্থ ও তার গতির বিজ্ঞান। বাংলায় “পদার্থবিজ্ঞান” শব্দটি একটি সমাসবদ্ধ পদ। “পদার্থ” ও “বিজ্ঞান” দুটি সংস্কৃত শব্দ নিয়ে এটি গঠিত। এর ইংরেজি পরিভাষা Physics শব্দটি গ্রিক φύσις (ফুঁসিস) অর্থাৎ “প্রকৃতি”, এবং φυσικῆ (ফুঁসিকে) অর্থাৎ “প্রকৃতি সম্পর্কিত জ্ঞান” থেকে এসেছে। পদার্থবিজ্ঞান বলতে বলা যেতে পারে এটা হলো গণিতের বাস্তব রূপ।

কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক, ক্ষেত্র প্রসারণ গুণাঙ্ক এবং আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক-এ সংজ্ঞা 

তাপ প্রয়োগ করলে কঠিন পদার্থের সব দিকে প্রসারণ ঘটে। কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য, প্রস্থ ও আয়তন আছে। সেহের এদের প্রসারণ তিন ভাবে হতে পারে। যেমন-

১। দৈর্ঘ্য প্রসারণ;

২। ক্ষেত্র প্রসারণ ও

৩। আয়তন প্রসারণ।

১। দৈর্ঘ্য প্রসারণ ঃ তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্যের যে বৃদ্ধি ঘটে তাকে দৈর্ঘ্য প্রসারণ বলা হয়।

যেমন- পাতলা ও সরু ধাতব পাত উত্তপ্ত করলে এর দৈর্ঘ্যের প্রসারণ ঘটে। 

২। ক্ষেত্র প্রসারণ ঃ তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে কঠিন পদার্থের ক্ষেত্রফলের যে বৃদ্ধি বা প্রসারণ ঘটে তাকে ে প্রসারণ বলা হয়। 

যেমন- অত্যন্ত পাতলা একটি ধাতব পাতকে উত্তপ্ত করলে এর দৈর্ঘ্য ও প্রস্থ উভয়ই প্রসারণ ঘটে। 

৩। আয়তন প্রসারণ ঃ তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে কঠিন পদার্থের আয়তনের যে বৃদ্ধি বা প্রসারণ ঘটে তাকে আয়ন প্রসারণ বলে। 

যেমন- একটি ঘন পদার্থের দৈর্ঘ্য, প্রস্থ এবং উচ্চতা তিনটিই আছে। তাপ প্রয়োগের ফলে পদার্থের এ

তিনটির প্রসারণ ঘটে অর্থাৎ আয়তন বৃদ্ধি ঘটে।

নিম্নে গ্র্যান্ডস্যান্ডের বল ও আংটা পরীক্ষার সাহায্যে প্রমাণ করা যায় ঃ 

গ্র্যান্ডস্যান্ডের বল ও আংটা পরীক্ষা ঃ এ পরীক্ষার জন্য পিতলের একটি বল ও একটি আংটা এমনভাবে তৈরি যে উচ্ছ অবস্থায় বলটি আংটার ভিতর দিয়ে ঠিক চলে যায়। বলটিকে কিছু দিয়ে বেশি করে গরম করে আংটার উপর বসালে যে যায় যে সেটি আর আংটার মধ্য দিয়ে যাচ্ছে না। তাপ প্রয়োগে বলের আয়তন বাড়ে বলেই এ রকম হয়। কিছুক্ষণ পর বলটি ঠান্ডা হলে দেখা যাবে যে সেটি আংটার মধ্য দিয়ে চলে নিচে পড়ে গেছে।

উপরোক্ত তথ্য হতে জানা যায় যে, কোনো কঠিন পদার্থে তাপ প্রয়োগ করলে তিন প্রকার প্রসারণ ঘটে। এই তিন প্রকার প্রসারণের জন্য তিন প্রকার প্রসারণ গুণাঙ্ক আছে। 

যথা ঃ

১। দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক (Co-efficient of linear expansion), 

২। ক্ষেত্র প্রসারণ গুণাঙ্ক (Co-efficient of superficial expansion) 

৩। আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক (Co-efficient of volume expansion) |

 এখানে এই প্রসারণ গুণাঙ্কগুলো বর্ণনা করা হল ঃ 

১। দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক (Co-efficient of linear expansion) ঃ

সংজ্ঞা ঃ একক দৈর্ঘ্য বিশিষ্ট কোনো একটি বস্তুর তাপমাত্রা 1°C বৃদ্ধি পেলে এর দৈর্ঘ্য যতটুকু বৃদ্ধি পায় তাকে ঐ পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক বলে। একে . (আলফা) দ্বারা প্রকাশ করা হয়। এর একক/°C বা /°K. যেমন— লোহার দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক c = 0.000012/°C এর দ্বারা বুঝা যায় যে, এক একক দৈর্ঘ্যবিশিষ্ট একখণ্ড লোহা দণ্ডের তাপমাত্রা 1°C বৃদ্ধি করলে এর দৈর্ঘ্য 0.000012 একক বৃদ্ধি ঘটবে। ব্যাখ্যা ঃ মনে করি, 0°C তাপমাত্রায় একটি দণ্ডের দৈর্ঘ্য এবং দণ্ডে °C তাপমাত্রা প্রয়োগ করায় দৈর্ঘ্য ৪ হল । তাপমাত্রা বৃদ্ধি করায় দৈর্ঘ্য পরিবর্তন = ( – lo

ধরি, দু’টি তাপমাত্রা যথাক্রমে 1 °C ও ½°C এবং উক্ত তাপমাত্রায় কোনো একটি দণ্ডের দৈর্ঘ্য যথাক্রমে দন্তের

তখন সমীকরণ (ii) অনুসারে লেখা যায়—

অর্থাৎ দৈর্ঘ্য প্রসারণ = দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক × আদি দৈর্ঘ্য x তাপমাত্রার পরিবর্তন 

২। ক্ষেত্র প্রসারণ গুণা (Co-efficient of superficial expansion) : 

সংজ্ঞা : একক ক্ষেত্রফল বিশিষ্ট কোনো তলের তাপমাত্রা 1° ডিগ্রি বৃদ্ধি করলে এর ক্ষেত্রফলের যতটুকু তাকে ঐ পদার্থের ক্ষেত্র প্রসারণ গুণাঙ্ক বলা হয়। একে B (বিটা) দ্বারা প্রকাশ করা হয়। এর একক/C/K যেমন- লোহার ক্ষেত্র প্রসারণ গুণাঙ্ক = 0.000024/°C। এই উক্তি দ্বারা বুঝা যায় যে, এক বর্গ একক ক্ষেত্র লোহার তলের তাপমাত্রা 1°C বৃদ্ধি করলে এর ক্ষেত্রফল 0.000024 একক বৃদ্ধি ঘটে। 

ব্যাখ্যা ঃ মনে করি, 0°C তাপমাত্রায় একটি কঠিন পদার্থের পাতের ক্ষেত্রফল So এবং t°C তাপমাত্রা বৃিপাতের ক্ষেত্রফল S হয় ।

অর্থাৎ ক্ষেত্র প্রসারণ = ক্ষেত্র প্রসারণ গুণাঙ্ক x আদি ক্ষেত্র × তাপমাত্রার পরিবর্তন 

৩। আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক (Co-efficient of expansion) ঃ

সংজ্ঞা ঃ একক আয়তন বিশিষ্ট কোনো একটি ঘনকের তাপমাত্রা 1 ডিগ্রি বৃদ্ধি করলে এর আয়তনের যতটুকু বৃদ্ধি ঘটে তাকে ঐ পদার্থের আয়তন প্রসারণ বলে। একে (গামা) দ্বারা প্রকাশ করা হয়। এর একক /°C বা /°K. যেমন- লোহার আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক = 0.000036/°C এই উক্তি দ্বারা বুঝা যায় যে, এক ঘন একক আয়তন বিশিষ্ট লোহার তাপমাত্রা 1°C বৃদ্ধি করলে এর আয়তন 0.000036 একক বৃদ্ধি ঘটে।

ব্যাখ্যা ঃ মনে করি 0°C তাপমাত্রায় একটি কঠিন পদার্থের আয়তন Vo এবং t°C তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে পদার্থের আয়তন V,হয় । আয়তনের বৃদ্ধি = V. – Vo তাপমাত্রার পরিবর্তন =(t-0)= t°C

.: t°C তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য Vo আয়তনের আয়তন বৃদ্ধি = V – Vo V₁-Vo

.. t°C তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য 1 আয়তনের আয়তন বৃদ্ধি = Vo V₁-Vo

.: 1°C তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য 1 আয়তনের আয়তন বৃদ্ধি

.: আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক, y = V₁-Vo Voxt (i)

= Voxt

এখন মনে করি, 0° তাপমাত্রায় V. আয়তনের একটি পদার্থের ও °C তাপমাত্রায় আয়তন প্রসারণ হয়ে V, ও V2 হল, সমীকরণ (ii) অনুসারে লেখা যায়,