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

তাপের যান্ত্রিক সমতা নির্ণয় – 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 নির্ণয়

জুল-এর পদ্ধতি (Joule’s method) ৫.১নং চিত্রে জুল-এর পদ্ধতিতে প্রয়োজনীয় ব্যবস্থাপনা দেখানো হয়েছে।

যন্ত্রের বর্ণনা ঃ এই যন্ত্রে C একটি তামার ক্যালরিমিটার, যার গায়ে কয়েকটি পাত (V1) আবদ্ধ আছে। পাতগুলো C- এর অক্ষের দিকে বিস্তৃত। ক্যালরিমিটারটির মুখ দ্বি-ছিদ্রবিশিষ্ট একটি ঢাকনা দ্বারা বন্ধ আছে। এই ঢাকনার পার্শ্বের ছিদ্র দিয়ে একটি সুবেদী থার্মোমিটার ঢুকানো হয় এবং মাঝের ছিদ্র দিয়ে একটি দণ্ড S ক্যালরিমিটারের অক্ষ বরাবর খাড়াভাবে বসানো থাকে। দণ্ড S-এর গায়ে কয়েকটি পাত (V2) লাগানো আছে। দণ্ডটি ঘুরলে V2 পাতগুলো V, পাতগুলোর মধ্যবর্তী ফাঁকা জায়গার মধ্য দিয়ে ঘুরতে থাকে।

এই দণ্ডটি একটি পিন P দ্বারা H হাতলযুক্ত একটি কাঠের ড্রাম D এর সাথে যুক্ত। প্রয়োজনবোধে পিন খুলে ড্রামটিকে $ দণ্ড হতে পৃথক করা যায়। ড্রাম D-এর গায়ে দুই গাছি সুতা পাশাপাশি এমনভাবে নিচ হতে উপর দিকে জড়ানো আছে যে, এরা ড্রামের শেষ প্রান্তে পরস্পর বিপরীত দিকে বের হয়ে কপিকল P, ও P2 এর উপর দিয়ে যায়। এই সুতা দুই গাছির প্রান্তে দুটি সমান ওজন W-W যুক্ত আছে।

পরীক্ষা : প্রথমে খানিকটা পানি ওজন করে ক্যালরিমিটারে ঢালা হয় এবং এদের তাপমাত্রার পাঠ গ্রহণ করা হয়। অতঃপর পিন P খুলে ড্রামটিকে দণ্ড হতে পৃথক করা হয় এবং হাতল ঘুরিয়ে ওজন দুটিকে যতদূর সম্ভব উপরে উঠনো হয়। এখন ওজন দুটির অবস্থান স্কেলে দেখে নিয়ে ড্রামটিকে P পিনের সাহায্যে দণ্ডের সাথে যুক্ত করে ওজন দুটিকে অভিকর্ষের টানে পড়তে দেয়া হয়। ওজন দুটি নিচে নামতে থাকলে ড্রামের সঙ্গে সঙ্গে S দণ্ডটি ঘুরতে থাকে। S এর সাথে V2 পাতগুলো ঘুরে ক্যালরিমিটারের পানিকে আলোড়িত করে। কিন্তু Vi পাতগুলোতে আলোড়িত পানি বাধা পায় এবং পানির গতিশক্তি তাপে রূপান্তরিত চয়।

ওজন দুটি মাটিতে পৌঁছার ঠিক পূর্ববর্তী মুহূর্তে P পিনটি খুলে নিয়ে ড্রামটিকে দণ্ড হতে পৃথক করা হয়। এক্ষণে হাতল ঘুরে ড্রামে সুতা প্যাচিয়ে ওজন দুটিকে পূর্বের নির্দিষ্ট উচ্চতায় উঠানো হয়। এরপর পুনরায় পিনের সাহায্যে ড্রামটিকে দণ্ডের সাথে যুক্ত করে পূর্বের মতো ওজন দুটিকে অভিকর্ষের টানে পড়তে দেয়া হয়। অনুরূপভাবে ওজন দুটিকে বেশ কয়েকবার নিচে পড়তে দিয়ে পানির W চূড়ান্ত তাপমাত্রা থার্মোমিটারে পাঠ দেখা হয়। পরিশেষে একটি স্টপ- ওয়াচের সাহায্যে ওজনদ্বয়ের একবার পতনে যে সময় ব্যয় হয় তা নির্ণয় করা হয়।

হিসাব ও গণনা ঃ

ধরা যাক, ক্যালরিমিটারের পানির ভর = Wo গ্রাম

ব্যবহৃত পানির ভর = m গ্রাম,

প্রত্যেক ওজনের ভর = M গ্রাম

ক্যালরিমিটার ও পানির প্রাথমিক তাপমাত্রা =

ti°C

ক্যালরিমিটার ও পানির চূড়ান্ত তাপমাত্রা = °C

প্রত্যেক ওজনের পতনের দূরত্ব = h সেমি.

প্রত্যেক ওজনের পতন সংখ্যা = n

মাটিতে পৌছবার ঠিক পূর্ববর্তী মুহূর্তে প্রত্যেক ওজনের বেগ = v সেমি./সে.

এবং h দূরত্ব অতিক্রমে প্রত্যেক ওজনের ব্যয়িত সময় = 1 সেকেন্ড ।

তাহলে h উচ্চতায় ওজনদ্বয়ের মোট স্থিতিশক্তি = 2Mgh আর্গ,

জুল-এর পরীক্ষায় যে সকল ত্রুটি সংশোষিত হয়েছিল এবং যে সকল ত্রুটি  বিবরণ নিচে দেয়া হলঃ

১. কৃ করে সম্পূর্ণই ভাগে রূপান্তরিত হয় না, কিছু অংশ ব্যয় হয় ঘর্ষণজনিত কারণে এবং শব্দ এই দুটি বিষয়ে সতর্কতা অবলম্বন করেন এবং প্রয়োজনীয় সংশোধন গ্রহণ করেন। 

২। উৎপন্ন তাপের কিছু অংশ বিকিরণ ও পরিবহন প্রক্রিয়ায় ব্যয় হয়। ভুল ক্যালরিমিটার ও পানির শীতলতার হ নিরুপণ করে এই তাপ ক্ষরের জন্য প্রয়োজনীয় সংশোধন গ্রহণ করেন। 

৩। ব্রোনোর মতানুসারে ভুল পানির আপেক্ষিক তাপ সকল তাপমাত্রায় সমান ধরেছিলেন। কিন্তু পানির আপেক্ষিক

৪। পানির তাপমাত্রা বৃদ্ধি খুব কম (প্রায় 0314°C) হয়েছিল এবং ব্যবহৃত থার্মোমিটারটি কোনো তাপ সকল তাপমাত্রায় সমান হয় না ।। থার্মোমিটারের (যেমন- গ্যাস থার্মোমিটার) সাথে তুলনা করে দাগ কাটা ছিল না। আদর্শ থার্মোমিটারের তুলনা না করে এত অল্প তাপমাত্রা নির্ণয় ত্রুটিপূর্ণ হয়।