মেকানিক্যাল কাজ এবং তাপ কীভাবে পরস্পরবিনিময়যোগ্য
এই নিবন্ধে, আমরা তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্যের ধারণার উপর আলোচনা করব, যা বলে যে যান্ত্রিক কাজ এবং তাপশক্তি একে অপরের মধ্যে রূপান্তরিত হতে পারে। আমরা এই ধারণার পেছনের পরীক্ষা-নিরীক্ষা এবং আবিষ্কারগুলি সম্পর্কেও শিখব এবং এটি কিভাবে থার্মোডাইনামিক্সের বিজ্ঞান প্রতিষ্ঠায় সহায়তা করেছিল তা জানব।
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্য কী?
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্য এমন একটি পদ যা যান্ত্রিক কাজ এবং তাপশক্তির মধ্যে সম্পর্ক বর্ণনা করে।
এটি একটি ব্যবস্থায় এক একক পরিমাণ তাপশক্তি উৎপাদন করতে প্রয়োজনীয় কাজের পরিমাণ হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্যের প্রতীক J, এবং এটি প্রথম পরিমাপ করা বিজ্ঞানী James Prescott Joule-এর নামে জুলের ধ্রুবক বা জুলের তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্য হিসেবেও পরিচিত।
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্যের সূত্র হল:
যেখানে W হল একটি ব্যবস্থায় করা কাজ, এবং Q হল ব্যবস্থায় উৎপাদিত তাপশক্তি।
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্যের একক হল জুল প্রতি ক্যালরি (J/cal), যার অর্থ এক জুল কাজ এক ক্যালরি তাপশক্তি উৎপাদন করে। এক ক্যালরি হল এমন একটি তাপশক্তি যা এক গ্রাম পানির তাপমাত্রা এক ডিগ্রি সেলসিয়াস বাড়ানোর জন্য প্রয়োজন।
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্য কিভাবে আবিষ্কৃত হল?
যান্ত্রিক কাজ এবং তাপশক্তি পরস্পর পরিবর্তনযোগ্য এই ধারণাটি প্রথম প্রস্তাব করেছিলেন ১৭৯৮ সালে Benjamin Thompson, যিনি কাউন্ট রামফোর্ড নামেও পরিচিত ছিলেন। তিনি মিউনিখের একটি অস্ত্রাগারে কামানের বারেল ফোড়ার সময় ঘর্ষণে বিশাল পরিমাণ তাপশক্তি উৎপাদিত হয় এই পর্যবেক্ষণ করেছিলেন। তিনি সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন যে তাপশক্তি পূর্বে মনে করা হলেও একটি পদার্থ নয়, বরং একটি গতির আকার।
তবে, রামফোর্ড তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্যের একটি সংখ্যাসূচক মান প্রদান করেননি, বা এটি পরিমাপ করার জন্য একটি নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষা পরিচালনা করেননি। তার পর্যবেক্ষণগুলি ক্যালোরিক তত্ত্বের সমর্থকদের দ্বারা চ্যালেঞ্জ করা হয়েছিল, যা বলে যে তাপশক্তি একটি তরল যা গরম থেকে ঠান্ডা বস্তুতে প্রবাহিত হয়।
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্য নির্ধারণের জন্য একটি নির্ভুল পরীক্ষা পরিচালনা করা প্রথম ব্যক্তি ছিলেন জেমস প্রেসকট জুল, একজন ইংরেজ পদার্থবিজ্ঞানী এবং ব্যবসায়ী। ১৮৪৫ সালে, তিনি "The Mechanical Equivalent of Heat" শিরোনামে একটি পেপার প্রকাশ করেন, যেখানে তিনি তার যন্ত্রপাতি এবং পদ্ধতি বর্ণনা করেছিলেন।
জুল একটি তাম্র ক্যালোরিমিটার ব্যবহার করেছিলেন, যাতে পানি এবং পড়া ওজনের সাথে সংযুক্ত একটি পাড়েল-উইল মেকানিজম ছিল।
যখন ওজনগুলি পড়ত, তখন তারা পাড়েল উইল ঘুরিয়ে ক্যালোরিমিটারের ভিতরের পানিকে ঝাঁকাত। ওজনগুলি এবং পাড়েল-উইলের গতিশক্তি পানির মধ্যে তাপশক্তিতে রূপান্তরিত হয়েছিল। জুল পানির তাপমাত্রা বৃদ্ধি পরিমাপ করেছিলেন এবং ওজনগুলি দ্বারা করা কাজের পরিমাণ গণনা করেছিলেন। তিনি এই পরীক্ষাটি বিভিন্ন ওজন এবং উচ্চতার সাথে বারবার পুনরাবৃত্তি করেছিলেন এবং J-এর একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ মান পান: ৭৭৮.২৪ ফুট-পাউন্ড-ফোর্স প্রতি ডিগ্রি ফারেনহাইট (৪.১৫৫০ J/cal)।
জুলের পরীক্ষা প্রমাণ করেছিল যে কাজ এবং তাপশক্তি সমতুল্য এবং সংরক্ষিত,
অর্থাৎ তারা তৈরি বা ধ্বংস হতে পারে না, শুধুমাত্র একটি আকার থেকে অন্য আকারে রূপান্তরিত হতে পারে। এটি থার্মোডাইনামিক্সের উন্নয়নে একটি বড় প্রগতি ছিল, যা শক্তি এবং তার রূপান্তরের অধ্যয়ন।
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্যের কিছু প্রয়োগ কী?
তাপশক্তির যান্ত্রিক সমতুল্যের ধারণাটি বিজ্ঞান এবং প্রকৌশলে অনেক প্রয়োগ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ:
এটি কিভাবে ইঞ্জিনগুলি কাজ করে তা ব্যাখ্যা করে, যা জ্বালানির রাসায়নিক শক্তিকে গতির মধ্যে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তর করে।
এটি মেশিন এবং প্রক্রিয়াগুলির দক্ষতা গণনা করতে সাহায্য করে ইনপুট কাজ এবং আউটপুট তাপশক্তির তুলনা করে।
এটি বর্জ্য তাপশক্তিকে উপযোগী কাজে রূপান্তর করতে যান্ত্রিক যন্ত্রপাতি ডিজাইন করতে সাহায্য করে, যেমন
