তাপ ও উয়তা (Heat and Temperature)
বস্তুর গরম বা ঠান্ডা অবস্থার মাত্রাকে উয়তা বা তাপমাত্রা (Temperature) বলে। উয়তা পরিমাপ করার জন্য যে যন্ত্র ব্যবহার করা হয়, তাকে থার্মোমিটার (Thermometer) বলে।
অন্যদিকে, দুটি ভিন্ন উয়তার বস্তু পরস্পরের সংস্পর্শে এলে যে শক্তির আদান-প্রদান ঘটে, তাকে তাপ (Heat) বলে। অর্থাৎ, তাপ হলো একপ্রকার শক্তি যা গ্রহণ করলে বস্তু গরম হয় এবং বর্জন করলে বস্তু ঠান্ডা হয়।
তাপমাত্রার স্কেল
থার্মোমিটারে প্রধানত দুটি স্কেল ব্যবহার করা হয়: সেলসিয়াস (Celsius) এবং ফারেনহাইট (Fahrenheit)। এছাড়া বিজ্ঞানের কাজে কেলভিন (Kelvin) স্কেলও ব্যবহৃত হয়।
- সেলসিয়াস স্কেল: এর নিম্ন স্থিরাঙ্ক (বরফ বিন্দু) $$0^{\circ}C$$ এবং ঊর্ধ্ব স্থিরাঙ্ক (স্ফুটনাঙ্ক) $$100^{\circ}C$$।
- ফারেনহাইট স্কেল: এর নিম্ন স্থিরাঙ্ক $$32^{\circ}F$$ এবং ঊর্ধ্ব স্থিরাঙ্ক $$212^{\circ}F$$।
- স্কেলগুলির মধ্যে সম্পর্ক: $$\frac{C}{5} = \frac{F-32}{9}$$ এবং $$K = C + 273.15$$ ।
যেকোনো একটি বক্সে মান বসাও, অন্য স্কেলগুলোতে তার মান নিজে থেকেই বেরিয়ে আসবে!
গৃহীত বা বর্জিত তাপের পরিমাপ
কোনো বস্তুর উয়তা বৃদ্ধি বা হ্রাসের জন্য বাইরে থেকে কতটা তাপ নেবে বা হারাবে তা প্রধানত তিনটি বিষয়ের ওপর নির্ভর করে:
- বস্তুর ভর: উপাদান একই থাকলে উয়তা সমপরিমাণ বাড়াতে বেশি ভরের বস্তুর বেশি তাপ প্রয়োজন।
- উয়তার পরিবর্তন: উয়তা বৃদ্ধির পরিমাণ দ্বিগুণ হলে বস্তুর গৃহীত তাপের পরিমাণও দ্বিগুণ হবে।
- বস্তুর উপাদান: সমান ভরের দুটি ভিন্ন পদার্থে সমপরিমাণ তাপ দিলেও তাদের উয়তা বৃদ্ধি সমান হয় না।
তাপ পরিমাপ করার SI একক হলো জুল (Joule) এবং প্রচলিত অপর একটি একক হলো ক্যালোরি (Calorie)।
লীন তাপ (Latent Heat)
একক ভরের কোনো পদার্থের উষ্ণতার পরিবর্তন না ঘটিয়ে শুধুমাত্র অবস্থার পরিবর্তন ঘটানোর জন্য পদার্থ যে পরিমাণ তাপ গ্রহণ বা বর্জন করে, তাকে লীন তাপ বলে।
- গলন (Melting): কঠিন থেকে তরল। বরফ গলনের লীন তাপ $$80$$ ক্যালোরি/গ্রাম।
- কঠিনীভবন (Freezing): তরল থেকে কঠিন। জল জমে বরফ হতে $$80$$ ক্যালোরি/গ্রাম তাপ বর্জন করে।
- বাষ্পীভবন (Vaporization): তরল থেকে বাষ্প। জলের বাষ্পীভবনের লীন তাপ $$537$$ ক্যালোরি/গ্রাম।
- ঘনীভবন (Condensation): বাষ্প থেকে তরল। ঘনীভবনের লীন তাপ $$-537$$ ক্যালোরি/গ্রাম।
বাস্তব জীবনে তাপের প্রভাব
হাতে স্পিরিট বা ইথার ঢাললে ঠান্ডা অনুভূত হয়, কারণ এই উদ্বায়ী পদার্থগুলো বাষ্পায়নের জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ হাত থেকে সংগ্রহ করে। একইভাবে, মাটির কলসির অসংখ্য ক্ষুদ্র ছিদ্র দিয়ে চুঁইয়ে আসা জল বাষ্পীভূত হওয়ার সময় কলসি থেকে লীন তাপ গ্রহণ করে, ফলে কলসির জল ঠান্ডা থাকে।
গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নোত্তর
অতি সংক্ষিপ্ত প্রশ্ন (মান – ১)
উত্তর: থার্মোমিটার।
উত্তর: জুল।
উত্তর: $$80$$ ক্যালোরি/গ্রাম।
উত্তর: $$537$$ ক্যালোরি/গ্রাম।
উত্তর: $$212^{\circ}F$$।
সংক্ষিপ্ত প্রশ্ন (মান – ২)
উত্তর: একক ভরের কোনো পদার্থের উষ্ণতার পরিবর্তন না ঘটিয়ে শুধুমাত্র অবস্থার পরিবর্তন ঘটাতে যে পরিমাণ তাপ গ্রহণ বা বর্জন করতে হয়, তাকে ওই পদার্থের লীন তাপ বলে।
উত্তর: স্পিরিট বা ইথার হলো উদ্বায়ী পদার্থ। এরা দ্রুত বাষ্পীভূত হয়। বাষ্পীভবনের জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ এরা হাত ও পারিপার্শ্বিক পরিবেশ থেকে সংগ্রহ করে। ফলে হাতের ওই অংশ তাপ হারায় এবং ঠান্ডা অনুভূত হয়।
উত্তর: মাটির কলসির গায়ে অসংখ্য সূক্ষ্ম ছিদ্র থাকে। ওই ছিদ্র দিয়ে সামান্য জল বাইরে বেরিয়ে আসে এবং বাষ্পীভূত হয়। বাষ্পীভবনের জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ এই জল কলসি ও কলসির ভেতরের জল থেকে সংগ্রহ করে। ফলে জল তাপ হারিয়ে ঠান্ডা হয়।
রচনাধর্মী প্রশ্ন (মান – ৩)
উত্তর: কোনো বস্তুর গৃহীত বা বর্জিত তাপ তিনটি বিষয়ের ওপর নির্ভর করে:
ক) বস্তুর ভর: বস্তুর ভর যত বেশি হয়, একই উয়তা বৃদ্ধির জন্য তত বেশি তাপ প্রয়োজন হয়।
খ) উয়তার পরিবর্তন: উয়তা বৃদ্ধির পরিমাণ যত বেশি হয়, গৃহীত তাপের পরিমাণও তত বেশি হয়।
গ) উপাদান: বিভিন্ন উপাদানের বস্তুর তাপ গ্রহণ বা বর্জন করার ক্ষমতা আলাদা হয়।
উত্তর: আমরা জানি, সেলসিয়াস ও ফারেনহাইট স্কেলের সম্পর্কটি হলো:
$$\frac{C}{5} = \frac{F-32}{9}$$
এখানে, $$C = 40$$ বসিয়ে পাই,
$$\frac{40}{5} = \frac{F-32}{9}$$
বা, $$8 = \frac{F-32}{9}$$
বা, $$F – 32 = 72$$
বা, $$F = 104$$
সুতরাং, $$40^{\circ}C$$ উয়তা ফারেনহাইট স্কেলে $$104^{\circ}F$$-এর সমান।
