তাপগতি বিজ্ঞান

তাপ আৰু ইয়াৰ সৈতে অন্য প্ৰকাৰৰ শক্তি আৰু কাৰ্য্যৰ সম্পৰ্কৰ বিষয়ে অধ্যয়ন কৰা পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ বিভাগটোকে তাপগতি বিজ্ঞান বোলা হয়‌। ই ‌‌কোনো প্ৰণালীৰ স্থূল অৱস্থাৰ ধৰ্মসমূহ যেনে উষ্ণতা, এনট্ৰপি আৰু চাপ ইত্যাদি ব্যাখ্যা কৰে। তাপগতি বিজ্ঞানে পদাৰ্থ তন্ত্ৰ এটাৰ লগত জড়িত আৰু বিকিৰণ সম্পৰ্কীয় গড় ধৰ্মবোৰ বৰ্ণনা কৰাৰ লগতে এ‌ইবোৰ কিধৰণে সময়ৰ সৈতে সলনি হয়, তাক ব্যাখ্যা কৰে। তাপগতি বিজ্ঞানে কোনো প্ৰণালীৰ অণুবীক্ষণিক ধৰ্মসমূহ বৰ্ণনা নকৰে। পৰিসাংখ্যিক বল বিজ্ঞানৰ পৰা তাপগতি বিজ্ঞানৰ সূত্ৰসমূহ নিৰ্ণয় কৰিব পাৰি।

বিজ্ঞান আৰু অভিযান্ত্ৰিক বিদ্যাৰ বহুতো বিষয়, যেনে ইঞ্জিন, অৱস্থাৰ পৰিৱৰ্তন, ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়া, পৰিবহণ পৰিঘটনা আৰু আনকি কৃষ্ণবস্তু অদিৰ ক্ষেত্ৰত তাপগতি বিজ্ঞান প্ৰয়োগ কৰিব পাৰি। তাপগতি বিজ্ঞানৰ ফলাফলসমূহ পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ অন্যান্য ক্ষেত্ৰ আৰু ৰসায়ন বিজ্ঞান, ৰাসায়নিক অভিযন্ত্ৰণ, মহাকাশ অভিযন্ত্ৰণ, যান্ত্ৰিক অভিযন্ত্ৰণ, কোষ জীৱবিদ্যা, জৈৱচিকি‌ৎসা অভিযন্ত্ৰণ, ভৌতিক বিজ্ঞান আদি বিজ্ঞানৰ অন্যান্য বিভাগৰ কাৰণেও প্ৰয়োজনীয়। তদুপৰি অৰ্থনীতিৰ দৰে ক্ষেত্ৰতো এ‌ই ফলাফলসমূহ দৰকাৰী।^১২

তাপগতি বিজ্ঞানৰ বিষয়বস্তুসমূহ চাৰিটা সূত্ৰৰ দ্বাৰা আৱদ্ধ হৈ আছে। প্ৰথম সূত্ৰমতে কোনো প্ৰণালীৰ মাজত শক্তি, তাপ বা তাপগতীয় কাৰ্য হিচাপে আদান প্ৰদান হয়^৩। দ্বিতীয় সূত্ৰই এনট্ৰপি নামৰ এটা ৰাশিৰ বিষয়ে উল্লেখ কৰিছে, যি তাপগতীয় প্ৰক্ৰিয়া এটাৰ অপৰিবৰ্তনীয়তাৰ পৰা উদ্ভৱ হোৱা, তাপগতীয় কাৰ্য বাহ্যিক প্ৰাণালী এটাক প্ৰদান কৰাৰ সীমাবদ্ধতাৰ কথা প্ৰকাশ কৰে^৪।

পুৰণি ভাপ ইঞ্জিনৰ ক্ষমতা বৃদ্ধিৰ প্ৰচেষ্টাৰ ফলস্বৰূপে তাপগতি বিজ্ঞানৰ বহু অগ্ৰগতি হয়। ফৰাচী পদাৰ্থবিদ ‘নিক’লাচ লিঅ’নাৰ্ড চদি কাৰ্ণ’ট’ৰ নাম এ‌ই ক্ষেত্ৰত বিশেষভাৱে উল্লেখযোগ্য। তেওঁ বিশ্বাস কৰিছিল যে তাপ ইঞ্জিনৰ ক্ষমতাই হ’ব, ফ্ৰান্সক নেপ’লিয়নৰ যুদ্ধ জয়ত সহায় কৰিব পৰা প্ৰধান আহিলা।^৫

স্কট পদাৰ্থবিদ লৰ্ড কেলভিনে প্ৰথমে ১৮৫৪ চনত তাপগতি বিজ্ঞানৰ এক সংক্ষিপ্ত ধাৰণা দি ব্যাখ্যা আগ বঢ়াইছিল যে:^৬

শাখাসমূহ

তাপগতীয় প্ৰণালীৰ বিষয়ে অধ্যয়ন কৰিবলৈ কে‌ইবাটাও শাখাৰ সৃষ্টি হৈছে। প্ৰতিটো শাখাই পৃথক পৃথক উপপাদ্যিক বা ব্যৱহাৰিক বা বিভিন্ন প্ৰণালীত মতবাদসমূহৰ ব্যৱহাৰৰ ভিত্তিত গঢ়ি উঠিছে।

ধ্ৰুপদী তাপগতি বিজ্ঞান

পৰীক্ষাগাৰত পোনপতীয়াকৈ নিৰ্ণয় কৰিব পৰা স্থূল আৰু সভ্ৰান্ত ধৰ্মসমূহৰ ব্যৱহাৰ কৰি কোনো অৱস্থাৰ(বিশেষকৈ সাম্যাৱস্থাৰ) বিষয়ে আৰু তাপগতীয় প্ৰণালীৰ প্ৰক্ৰিয়াসমূহৰ বিষয়ে, ধ্ৰুপদী তাপগতি বিজ্ঞানত বৰ্ণনা কৰা হয়। তাপগতি বিজ্ঞানৰ সূত্ৰসমূহৰ ভিত্তিত শক্তি,কাৰ্য, তাপ আৰু পদাৰ্থৰ আদান-প্ৰদানৰ আৰ্হি প্ৰস্তুত কৰিবলৈ ধ্ৰুপদী তাপগতি বিজ্ঞান ব্যৱহাৰ কৰা হয়।

পৰিসাংখ্যিক তাপগতি বিজ্ঞান

পৰিসাংখ্যিক তাপগতি বিজ্ঞানক পৰিসাংখ্যিক বল বিজ্ঞান বুলিও কোৱা হয়। ঊনবিংশ শতিকাৰ শেষভাগ আৰু বিংশ শতিকাৰ প্ৰথম ভাগ সময়ত পাৰমাণৱিক আৰু আণৱিক উপপাদ্য সমূহৰ বিকাশৰ লগে লগে পৃথক কণাসমূহ বা কোৱাণ্টাম অৱস্থাসমূহৰ মাজৰ অণুবীক্ষণিক আন্তঃক্ৰিয়াৰ ভিত্তিত তাপগতি বিজ্ঞানৰ ব্যাখ্যা কৰিবলৈ লোৱাৰ ফলত পৰিসাংখ্যিক তাপগতি বিজ্ঞানৰ সৃষ্টি হয়। পৰিসাংখ্যিক তাপগতি বিজ্ঞানত প্ৰণালী এটাৰ অণুবীক্ষণিক ধৰ্মসমূহৰ ভিত্তিত স্থূল ধৰ্মসমূহৰ ব্যাখ্যা কৰা হয়।

ৰাসায়নিক তাপগতি বিজ্ঞান

ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়া আৰু ৰাসায়নিক পৰিৱহণৰ সৈতে শক্তিৰ সম্পৰ্কৰ বিষয়ে ৰাসায়নিক তাপগতি বিজ্ঞানত অধ্যয়ন কৰা হয়। ৰাসায়নিক তাপগতি বিজ্ঞানত তাপগতি বিজ্ঞানৰ সূত্ৰসমূহৰ ভিত্তিত অৱস্থাৰ ভৌতিক পৰিবৰ্তনৰ সৈতে শক্তিৰ সম্পৰ্কৰ ওপৰতো অধ্যয়ন কৰা হয়।

সাম্যাৱস্থা তাপগতি বিজ্ঞান

সাম্যাৱস্থাত থকা (বা প্ৰয়ে থকা) প্ৰণালী এটাৰ শক্তি আৰু পদাৰ্থৰ ৰূপান্তৰৰ বিষয়ে সাম্যাৱস্থা তাপগতি বিজ্ঞানত অধ্যয়ন কৰা হয়। তাপগতীয় সাম্যাৱস্থত প্ৰণালী এটাৰ ধৰ্মসমূহৰ সময়ৰ সৈতে পৰিৱৰ্তন নহয় বুলি ধৰা হয়। তাপগতীয় সাম্যাৱস্থাত কোনো প্ৰণালীৰ স্থূলধৰ্মসমূহৰ পৰিৱৰ্তন কৰিব‌ নোৱাৰি। প্ৰণালীটোৰ ভিতৰত প্ৰতিটো অণুবীক্ষণিক অৱস্থা ইয়াৰ বিপৰীত অৱস্থা এটাৰ দ্বাৰা সাম্য অৱস্থাত থাকে। সাম্যাৱস্থা তাপগতি বিজ্ঞানৰ এটা মূল উদ্দেশ্য হৈছে, সুনিৰ্দিষ্ট আদি অৱস্থা থকা এটা প্ৰণালীক কিছুমান চৰ্ত আৰোপ কৰি প্ৰণালীটোৰ সাম্যাৱস্থা কি হ’ব গণনা কৰা।

অসাম্যাৱস্থা তাপগতি বিজ্ঞান

সাম্যাৱস্থাত নথকা কোনো প্ৰণালী এটাৰ বিষয়ে অধ্যয়ন কৰা তাপগতি বিজ্ঞানৰ শাখাটোক অসাম্যাৱস্থা তাপগতি বিজ্ঞান বুলি কোৱা হয়। ইয়াক অপৰিৱৰ্তনীয় তাপগতি বিজ্ঞান বুলিও কোৱা হয়। পৰিৱহণ প্ৰক্ৰিয়াবোৰ আৰু ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়াৰ গতিবেগ সম্পৰ্কে অসাম্যাৱস্থা তাপগতি বিজ্ঞানে অধ্যয়ন কৰে।

তাপগতি বিজ্ঞানৰ সূত্ৰসমূহ

তাপগতি বিজ্ঞানত নিৰ্দিষ্ট চৰ্তসাপেক্ষে সকলো প্ৰণালীৰ কাৰণে প্ৰযোজ্য চাৰিটা সূত্ৰ আছে। বিভিন্ন মতবাদৰ ভিত্তিত এ‌ই সূত্ৰ কে‌ইটা বেলেগ ধৰণে প্ৰকাশ কৰিব পাৰি। পাৰি। কিন্তু মুখ্যতঃ এ‌ই সূত্ৰকে‌ইটা তলত দিয়া ধৰণে প্ৰকাশ কৰিব পাৰি:

• 'তাপগতি বিজ্ঞানৰ শূন্যতম সূত্ৰ:'যদি দুটা প্ৰণালী তৃতীয় এটা প্ৰণালীৰ সৈতে তাপীয়ভাৱে সাম্যাৱস্থাত থাকে, তেন্তে, সিহঁত দুটা পৰস্পৰ সাম্য অৱস্থাত থাকিব।

এ‌ই সূত্ৰৰ পৰা আমি উষ্ণতাৰ ধাৰণা পাব পাৰোঁ। দুটা প্ৰণালীৰ উষ্ণতা সমান হ'ব যেতিয়া প্ৰণালী দুটা তাপীয়ভাৱে সাম্যাৱস্থাত থাকে।

• তাপগতি বিজ্ঞানৰ প্ৰথম সূত্ৰ:'কোনো ৰূদ্ধ প্ৰণালীৰ অভ্যন্তৰীণ শক্তিৰ পৰিবৰ্তনৰ মান যোগান ধৰা তাপ আৰু প্ৰণালীটোৰ ওপৰত ক্ৰিয়াশীল কাৰ্যৰ যোগফলৰ সমান হয়। গাণিতিকভাৱে এ‌ই সূত্ৰটো আমি এনে ধৰণেও প্ৰকাশ কৰিব পাৰোঁ: ΔU = Q + ΔW'''

তাপগতি বিজ্ঞানৰ প্ৰথম সূত্ৰই আমাক অভ্যন্তৰীণ শক্তিৰ বিষয়ে ধাৰণা দিয়াৰ লগতে তাপগতীয় প্ৰণালী এটাত ই কেনেকৈ সলনি হয় তাৰ আভাস দিয়ে।

• 'তাপগতি বিজ্ঞানৰ দ্বিতীয় সূত্ৰ:'স্বতঃস্ফূৰ্তভাৱে তাপ শীতল বস্তু এটাৰ পৰা উষ্ণ বস্তু এটালৈ প্ৰেৰণ কৰা সম্ভৱ নহয়।

এ‌ই সূত্ৰ‌ই এন্‌ট্ৰপিৰ ধাৰণা দিয়ে। কোনো প্ৰণালীৰ অপৰিবৰ্তনীয় তাপ আৰু উষ্ণতাৰ অনুপাতকে‌ই সে‌ই উষ্ণতাত প্ৰণালীটোৰ এন্‌ট্ৰপি বোলা হয়। এন্‌ট্ৰপিয়ে প্ৰণালী এটাৰ বিশৃংখলতাৰ ধাৰণা দিয়ে। প্ৰণালী এটাৰ বিশৃংখলতা বৃদ্ধিৰ লগে লগে এন্‌ট্ৰপি বৃদ্ধি পায়।

• 'তাপগতি বিজ্ঞানৰ তৃতীয় সূত্ৰ:'কোনো প্ৰণালী এটাৰ উষ্ণতা পৰম শূন্য উষ্ণতালৈ হ্ৰাস কৰিলে প্ৰণালীটোৰ এন্‌ট্ৰপিৰ মান নিম্নতম (শূন্য) হয়।

এ‌ই সূত্ৰ‌ই পৰম শূন্য উষ্ণতালৈ কোনো এটা প্ৰণালী যে নিয়াটো সম্ভৱ নহয় সে‌ই ধৰণা দিয়ে। কাৰণ প্ৰণালীটো পৰম শূন্য উষ্ণতালৈ নিবলৈ হ'লে তাৰ এন্‌ট্ৰপি শূন্য হ'ব লাগিব, যিটো সম্ভৱ নহয়।

তাপগতীয় প্ৰণালী

তাপগতীয় প্ৰণালী তাপগতি বিজ্ঞানৰ এটা গুৰুত্বপূৰ্ণ ধাৰণা। বিশ্বব্ৰহ্মাণ্ডৰ যিকোনো বিশেষ অংশ এটাক যদি অধ্যয়নৰ কাৰণে বাচি লোৱা হয়, তেন্তে তাক তাপগতীয় প্ৰণালী বুলি কোৱা হয়। প্ৰণালীটোৰ বাহিৰে বিশ্বব্ৰহ্মাণ্ডৰ বাকী অংশক পাৰিপাৰ্শ্বিক বুলি কোৱা হয়। প্ৰণালী আৰু পাৰিপাৰ্শ্বিকৰ পৰা কোনো বাস্তৱ বা কাল্পনিক সীমাৰে পৃথক হৈ থাকে। এ‌ই সীমাৰ মাজেৰে প্ৰণালী আৰু পাৰিপাৰ্শ্বিকৰ মাজত কাৰ্য, তাপ বা পদাৰ্থৰআদান প্ৰদান হ’ব পাৰে।

প্ৰণালী আৰু পাৰিপাৰ্শ্বিকৰ মাজত হোৱা ক্ৰিয়া প্ৰক্ৰিয়াৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি প্ৰণালীবোৰক তিনি ধৰণে ভাগ কৰিব পাৰি:

• মুক্ত প্ৰণালী: এনে প্ৰণালীয়ে ইয়াৰ পাৰিপাৰ্শ্বিকৰ লগত তাপ আৰু পদাৰ্থ দুয়োটাৰে আদান প্ৰদান কৰিব পাৰে।
• ৰূদ্ধ প্ৰণালী: এনে প্ৰণালীয়ে পাৰিপাৰ্শ্বিকৰ সৈতে তাপ আদান প্ৰদান কৰিব পাৰে, কিন্তু পদাৰ্থৰ আদান প্ৰদান কৰিব নোৱাৰে।
• অন্তৰিত প্ৰণালী: এনে প্ৰণালীয়ে পাৰিপাৰ্শ্বিকৰ সৈতে তাপ শক্তি বা পদাৰ্থ কোনো এটাৰেআদান প্ৰদান কৰিব নোৱাৰে।

তাপগতীয় অৱস্থা চলক

প্ৰণালী এটাৰ তাপগতীয় অৱস্থা প্ৰণালীৰ গঠন, চাপ, আয়তন, উষ্ণতা আদি কিছুমান অৱস্থাগত চলকৰ ওপৰত নিৰ্ভৰশীল। এ‌ই ধৰ্মবোৰ যিহেতু, প্ৰণালীটোত থকা আটাইবোৰ কণিকা(যেনে অণু, পৰমাণু বা আয়ন)ৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে সে‌ই কাৰণে ইহঁতক প্ৰণালীৰ স্থূলধৰ্ম বুলিও কোৱা হয়। এ‌ই অৱস্থা চলক কে‌ইটাৰ সহায়ত আমি প্ৰণালী এটাৰ সম্পূৰ্ণ অৱস্থাৰ কথা গম পাব পাৰোঁ, কাৰণ এ‌ই চলক কে‌ইটাৰ মান নিৰ্দিষ্ট হ’লে প্ৰণালীটোৰ অন্য ভৌতিক ধৰ্ম যেনে ঘনত্ব, সান্দ্ৰতা, প্ৰতিসৰণাংক‌ আদিৰ মান নিৰ্দিষ্ট হৈ পৰে। ^৭

অৱস্থা চলকবোৰ দুই ধৰণৰ হয়। কোনো অৱস্থা চলকৰ মান যদি অন্য চলকৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে তেন্তে সে‌ই চলকক পৰতন্ত্ৰ চলক বোলা হয়। আনহাতে যদি কোনো চলকৰ মান অন্য চলকৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ নকৰে তেন্তে তেনে চলকক স্বতন্ত্ৰ চলক বুলি কোৱা হয়।

তাপগতীয় প্ৰক্ৰিয়া

কোনো প্ৰণালী এটাই, এটা অৱস্থাৰ পৰা অন্য এটা অৱস্থালৈ পৰিবৰ্তন হওঁতে গ্ৰহণ কৰা পথটোক তাপগতীয় প্ৰক্ৰিয়া বোলা হয়। প্ৰণালী এটাৰ তাপগতীয় অৱস্থৰ পৰিবৰ্তন বিভিন্ন প্ৰক্ৰিয়াৰে হ’ব পাৰে:

• সমচাপীয় প্ৰক্ৰিয়া: স্থিৰ চাপত সংঘটিত হয়।
• সম আয়তনিক প্ৰক্ৰিয়া: স্থিৰ আয়তনত সংঘটিত হয়।
• সমোষ্ণী প্ৰক্ৰিয়া: স্থিৰ উষ্ণতাত সংঘটিত হয়।
• ৰূদ্ধতাপী প্ৰক্ৰিয়া: তাপৰ মাধ্যমেৰে কোনো শক্তিৰ আদান প্ৰদান নোহোৱাকে সংঘটিত হয়।
• সম এন্‌ট্ৰপি প্ৰক্ৰিয়া: স্থিৰ এন্‌ট্ৰপিত সংঘটিত হয়।
• সম এন্‌থাল্‌পি প্ৰক্ৰিয়া: স্থিৰ এন্‌থাল্‌পিত সংঘটিত হয়।
• অন্তৰিত প্ৰক্ৰিয়া: স্থিৰ প্ৰাথমিক ৰাসায়নিক সংযুক্তি আৰু স্থিৰ অভ্যন্তৰীণ শক্তিত সংঘতিত হয়।

বাহ্যিক সংযোগ

• Thermodynamics Data & Property Calculation Websites
• Thermodynamics Educational Websites
• Thermodynamics at ScienceWorld
• Biochemistry Thermodynamics
• Thermodynamics and Statistical Mechanics
• Engineering Thermodynamics - A Graphical Approach
• Thermodynamics and Statistical Mechanics by Richard Fitzpatrick