তাপের যান্ত্রিক সমতা | তাপের প্রকৃতি ও এর যান্ত্রিক সমতা | পদার্থবিজ্ঞান

তাপের যান্ত্রিক সমতা – 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।

তাপের যান্ত্রিক সমতা বা তুল্যাঙ্কের ব্যাখ্যা

কোনো কাজ তাপে অথবা তাপ কাজে পরিণত হলে দেখা যায় যে, নির্দিষ্ট পরিমাণ কাজ হতে নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ অথবা নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ হতে নির্দিষ্ট পরিমাণ কাজ পাওয়া যায়। বিজ্ঞানী জুল একটি সূত্রের মধ্য দিয়ে কাজ ও তাপের মধ্যে একটি সম্পর্ক স্থাপন করেন এবং পরীক্ষা-নিরীক্ষার মাধ্যমে সূত্রটির সত্যতা প্রমাণ করেন। সূত্রটির মূল বক্তব্য “যখন কোনো কাজ সম্পূর্ণরূপে তাপে অথবা তাপ সম্পূর্ণরূপে কাজে রূপান্তরিত হয়, তখন তাপ সর্বদা কাজের সমানুপাতিক হবে।” একে জুল-এর সূত্র বা তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র (First law of thermodynamics) বলে। 

ব্যাখ্যা ঃ ধরি, W পরিমাণ কাজ সম্পূর্ণরূপে তাপে পরিণত হয়ে H পরিমাণ তাপ উৎপন্ন করে ।

 সুতরাং জুলের সূত্র অনুসারে, WH

অথবা, W = JH

এখানে, J একটি ধ্রুব সংখ্যা এবং একে তাপের যান্ত্রিক-সমতা অথবা জুলের ধ্রুবক বলে। J সর্বদা উৎপন্ন তাপ ও H = উৎপন্ন তাপ রূপান্তরিত কাজের মধ্যে সমতা রক্ষা করে। কাজেই এটি শক্তিকে তাপীয় একক হতে যান্ত্রিক এককে এবং যান্ত্রিক একর হতে তাপীয় এককে পরিবর্তন করার একটি সহায়ক।

তাপের যান্ত্রিক সমতার সংজ্ঞা ঃ উপরের সমীকরণ অনুসারে, H = 1 একক হলে, J = W । সুতরাং যে পরিমাণ কাজ সম্পূর্ণরূপে তাপে পরিণত হলে এক একক তাপ উৎপন্ন হবে তাকে তাপের যান্ত্রিক সমতা বলে। অথবা একক পরিমাণ তাপ উৎপন্ন করতে যে পরিমাণ কাজ সম্পন্ন করতে হয় তাকে তাপের যান্ত্রিক-সমতা বলে । 

বিভিন্ন পদ্ধতিতে তাপের যান্ত্রিক সমতার একক (Mention the units of mechanical equivalent of heat) : 

(ক) সি.জি.এস. পদ্ধতি ঃ সি.জি.এস. পদ্ধতিতে নিরপেক্ষ তাপের যান্ত্রিক সমতার একক আর্গ/ক্যালরি এবং অভিকর্ষীয় পদ্ধতিতে গ্রাম-সেমি./ক্যালরি এবং J = 4.185×10/ আর্গ/ক্যালরি। হিসাবের সুবিধার্থে, J = 4.2 x 107 আগ / ক্যালসি ধরা যায়।

এম. কে. এস. পদ্ধতিতে এই মান, J = 4.2x 103 জুল/কিলোক্যালরি । “তাপের যান্ত্রিক সমতা 4.2 x 107 আর্গ/ক্যালরি”- এটি দ্বারা বুঝা যায় যে, 4.2 x 107 আৰ্গ কাজে সম্পূর্ণরূপে তাপে

পরিণত হলে 1 ক্যালরি তাপ উৎপন্ন হবে।

. 1 ক্যালরি = 4.2 x 107 আৰ্গ

(খ) এফ. পি. এস. পদ্ধতি ঃ এ পদ্ধতিতে তাপের যান্ত্রিক সমতার নিরপেক্ষ একক ফুট-পাউন্ড/ব্রি.তা.এ. এবং অভিকর্ষীয় একক ফুট-পাউন্ড/ব্রি.তা.এ. এবং J = 778 ফুট-পাউন্ড/ব্রি.তা.এ. । “তাপের যান্ত্রিক সমতা 778 ফুট-পাউন্ড/ব্রি.তা.এ.” – এটি দ্বারা বুঝা যায় যে, 778 ফুট-পাউন্ড কাজ সম্পূর্ণরূপে তাপে পরিণত হলে 1 ব্রি. তা. একক তাপ উৎপন্ন হবে।

. 1 ব্রি. তা. এ. = 778 ফুট-পাউন্ড

(গ) সেন্টিগ্রেড তাপীয় একক পদ্ধতি ঃ এই পদ্ধতিতে তাপের যান্ত্রিক সমতার একক ফুট-পাউন্ড/সেন্টিগ্রেড তাপীয় একক এবং এর মান 1400 ফুট-পাউন্ড/সেন্টিগ্রেড তাপীয় একক ।

“তাপের যান্ত্রিক সমতা 1400 ফুট-পাউন্ড/সেন্টিগ্রেড তাপীয় একক”-এটা দ্বারা বুঝা যায়, 1 সেন্টিগ্রেড তাপীয় একক তাপ উৎপন্ন করতে 1400 ফুট-পাউন্ড কাজ সম্পূর্ণরূপে তাপে পরিণত হতে হবে।