ডায়াগ্রামসহ অন্তর্দহন ইঞ্জিন | তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র | পদার্থবিজ্ঞান

ডায়াগ্রামসহ অন্তর্দহন ইঞ্জিন – 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 রূ

ডায়াগ্রামসহ অন্তর্দহন ইঞ্জিন এবং বহির্দহন ইঞ্জিনের কাজের নীতির বর্ণনা

নিম্নে অন্তর্দহন ও বহির্দহন ইঞ্জিনের কাজের মূলনীতি বর্ণনা করা হল ঃ

১। অন্তর্দহন ইঞ্জিন ঃ

কার্যপ্রণালি ঃ দহন কক্ষে একবার বায়ুমিশ্রিত পেট্রোল বাষ্প প্রবেশ করলে পিস্টনটি দু’বার বাইরের দিকে এবং দুইবার ভেতরের দিকে চলে একটি পূর্ণ চক্র সম্পন্ন করে । এজন্য এরূপ একটি ইঞ্জিনকে অন্তর্দহন ইঞ্জিন বলে। ১৮৭৬ খ্রিষ্টাব্দে ডঃ অটো (Otto) সর্বপ্রথম চারঘাত ইঞ্জিন উদ্ভাবন করেন। ইঞ্জিনের একটি পূর্ণ চক্রকে অটো-চক্র বলে। এই ইঞ্জিনের একটি পূর্ণ চক্রের বিভিন্ন পর্যায়ের বর্ণনা নিচে দেয়া হল ঃ 

(ক) প্রথম ঘাত বা গ্রহণ ঘাত (Charging stroke) ঃ প্রথমত হাতল দিয়ে বা অন্য কোনো উপায়ে ক্র্যাঙ্কশ্যাফট ঘুরিয়ে দিলে এই পর্যায়ের ক্রিয়া শুরু হয়। পরবর্তীকালে ইঞ্জিন এই ক্রিয়ার পুনরাবৃত্তি ঘটায়। শ্যাফটের ঘূর্ণনে পিস্টন P নিচের দিকে চলতে থাকে, ফলে ভাল্ভ I খুলে যায় এবং এতে কার্বুরেটর হতে বায়ুমিশ্রিত পেট্রোল বাষ্প দহন কক্ষ দিয়ে চোঙে প্রবেশ করে । এই পর্যায়ে E ভাল্ভটি বন্ধ থাকে। 

(খ) দ্বিতীয় ঘাত বা সংকোচন ঘাত (Compression stroke) ঃ এই ঘাতে পিস্টন উপরে উঠে এবং বায়ুমিশ্রিত পেট্রোল বাষ্পের আয়তন হ্রাস পেয়ে প্রায় একপঞ্চমাংশে আসে, এই সময় ভাল্ভ I ও E উভয়ই বন্ধ থাকে। এতে মিশ্রণের চাপ ও তাপমাত্রা উভয়ই বৃদ্ধি পায়। এই পর্যায়ে মিশ্রণের চাপ প্রায় 5 বায়ুমণ্ডলীয় চাপের সমান এবং তাপমাত্রা প্রায় 600°C হয় । এই ঘাতের শেষের দিকে বিদ্যুৎ প্লাগের সাহায্যে অগ্নিস্ফুলিঙ্গের দ্বারা মিশ্রণকে জ্বালিয়ে দেওয়া হয় । 

(গ) তৃতীয় ঘাত বা কার্যকর ঘাত (Working stroke) ঃ দহনের জন্য মিশ্রণে বিস্ফোরণ ঘটে। এমতাবস্থায় গ্যাসের চাপ প্রায় 15 বায়ুমণ্ডলীয় চাপের সমান ও তাপমাত্রা প্রায় 2000°C হয়। এই ঘাতে ভাল্ভ দুটি বন্ধ থাকে। গ্যাসের প্রসারণের ফলে উচ্চ চাপের উত্তপ্ত গ্যাস পিস্টনকে প্রবল বেগে নিচে নামিয়ে দেয়। ফলে গ্যাসের তাপমাত্রা ও চাপ উভয়েই হ্রাস পায়। এই অবস্থায় পিস্টন বিস্ফোরণ হতে শক্তি লাভ করে অর্থাৎ তাপ শক্তি কার্যে রূপান্তরিত হয়। এই ঘাতে পিস্টন ঘূর্ণী চাকার উপর কাজ করে বলে এই ঘাতকে কার্যকর ঘাত বলে ।

(ঘ) চতুর্থ ঘাত বা নিঃসরণ ঘাত (Exhaust stroke) ঃ এই পর্যায়ে ভাল্ভ I বন্ধ ও ভাল্ভ E কিছু সময়ের জন্য উন্মুক্ত থাকে এবং পিস্টন P উপরের দিকে চলতে থাকে। এতে চোঙের ভেতরের দগ্ধবিশিষ্ট গ্যাস ঐ পথে বের হয়ে যায়। এর পর পুনরায় প্রথম ঘাতের ক্রিয়া শুরু হয়। এভাবে পিস্টনের ক্রিয়ার ইঞ্জিন চলতে থাকে। এখানে উল্লেখ থাকে যে-

১। প্রথমত ক্র্যাঙ্কশ্যাফটিকে কোনো উপায়ে কমপক্ষে তৃতীয় ঘাত পর্যন্ত ঘুরালে ইঞ্জিনের ক্রিয়া শুরু হয়। 

২। প্রতি পূর্ণ চক্রে শুধু কার্যকর ঘাতে ঘূর্ণী ঢাকা পিস্টন দ্বারা আবর্তিত হয়; বাকি তিনটি যাতে এই ঘূর্ণন পূর্ণ ঢাকার উপর ক্রিয়া করে পিস্টনটিকে পরিচালিত করে। 

৩। চতুর্থ ঘাতে দগ্ধবিশিষ্ট শীতল ও কম চাপের গ্যাস বের হয়ে যাওয়াকে কার্যরত বস্তু শীতল আধারে তাপ বর্জন করছে গণ্য করা যায়। 

২। বহিদহন ইঞ্জিন :

কার্যপ্রণালি ঃ জলীয় বাষ্পের চাপে ইঞ্জিনের পিস্টন ঘূর্ণী ঢাকার প্রতি আবর্তনে দুই পর্যায়ে কাজ করে। প্রথম পর্যায়ে পিস্টনটি যে দিকে যায়, দ্বিতীয় পর্যায়ে পিস্টনটি এর বিপরীত দিকে অগ্রসর হয়। ধরা যাক, কোনো এক পর্যায়ে D ভালভে N পথ খোলা এবং M পথ রুদ্ধ থাকে। এই অবস্থায় বাষ্প প্রকোষ্ঠ হতে বাষ্প N পথে চোঙ C-এ প্রবেশ করে পিস্টনটিকে সম্মুখের দিকে ঠেলে নিয়ে যায় এবং পিস্টনের সম্মুখস্থ বাষ্প M পথ দিয়ে গিয়ে O পথে বাইরে চলে যায়।

পিস্টনের এই গতি ক্র্যাঙ্ক ও প্রধান দণ্ডের মাধ্যমে উৎকেন্দ্রিক চাকায় গিয়ে E ও F এর মধ্য দিয়ে D ভালভে সঞ্চালিত হয়। এভাবে এক সময় পিস্টনটির সম্মুখ গতির ও D ভালভের পশ্চাৎ গতির সমাপ্তি ঘটে এবং D ভাভে N পথ রুদ্ধ এবং M পথ উন্মুক্ত হয়। পিস্টনের এই পর্যায়ের সমাপ্তিতে ইঞ্জিনের মূল দণ্ডের অর্ধেক ঘূর্ণন শেষ হয় এবং পিস্টনের দ্বিতীয় পর্যায়ের ক্রিয়া শুরু হয়।

পিস্টনটি যখন এর সম্মুখ গতির সর্বশেষ অবস্থানে পৌঁছায় তখন বাষ্প M পথ দিয়ে চোঙে প্রবেশ করে পিস্টনটিকে ঠেলে পশ্চাৎ দিকে নিয়ে যায়। ফলে পিস্টনের পশ্চাতের বাষ্প N পথ দিয়ে গিয়ে O পথে বের হয়ে যায়। এই অবস্থায় উৎকেন্দ্রিক ঢাকা পূর্বের ন্যায় একই চক্রপথে ঘুরতে থাকে এবং D ভাল্‌ভ E ও F দণ্ডের সাহায্যে ক্রমশ সম্মুখ দিকে সরে যায়। এভাবে পিস্টনটি যখন এর পশ্চাৎ গতির সর্বশেষ অবস্থানে যায় তখন D ভালভে N পথ উন্মুক্ত এবং M পথ রুদ্ধ হয়।

এই পর্যায়ে মূল দত্তের বাকি অর্ধেক ঘূর্ণন সমাপ্ত হয়। বাষ্প চাপের দরুন পিস্টনটি এভাবে সম্মুখে ও পশ্চাতে পুনঃ পুনঃ যাতায়াত করে ক্র্যাঙ্কের মাধ্যমে মূল দত্তকে এবং সাথে সাথে ঘূর্ণী ঢাকাকে ঘুরাতে থাকে।

এখানে উল্লেখ করা যায় যে-

১। পিস্টনটি চোঙ C-এর যে কোনো এক প্রান্ত হতে প্রায় এক-তৃতীয়াংশ পথ অতিক্রম করবার পর D ভালভে M ও N উভয় পথ অল্প সময়ের জন্য রুদ্ধ হলেও ইতোমধ্যে চোঙে যে বাষ্প প্রবেশ করে তা পিস্টনটিকে ঠেলে D ভালভকে সরাতে সক্ষম হয়।

২। পিস্টনটি চোঙের যে কোনো এক প্রান্তে উপস্থিত হলে ক্র্যাঙ্কের সাথে Y, E ও F সমান্তরালে অবস্থান করে। এতে পিস্টনটির ক্রিয়া অতি অল্প সময়ের জন্য বন্ধ হয়ে যায়। কিন্তু ঢাকা W ভারী হওয়ায় গতি জড়তার দরুন ইতঃপূর্বে প্রাপ্ত ঘূর্ণন গতিতে চলে পিস্টনটিকে গতিশীল রাখে।