তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের তাৎপর্য ও ব্যাখ্যা (Significance of first law of thermodynamics))

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের তাৎপর্য (Significance of the First Law of Thermodynamics)

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের নিম্নলিখিত তাৎপর্য রয়েছে :

1. এটি তাপ ও কাজের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে।
2. এই সূত্র অনুযায়ী নির্দিষ্ট পরিমাণ কাজ পেতে হলে নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপের প্রয়োজন অথবা নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ পেতে হলে নির্দিষ্ট পরিমাণ কাজ সম্পাদন করা প্রয়োজন।
3. কোনো কিছু ব্যয় না করে কাজ বা শক্তি পাওয়া অসম্ভব।
4. কাজ ও তাপ একে অপরের সমতুল্য।
5. এটি শক্তির সংরক্ষণ সূত্র ছাড়া আর কিছুই নয়। যে কোনো ব্যবস্থায় সম্পন্ন কাজ ও অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তনের সমষ্টি সর্বদা প্রযুক্ত তাপের সমান।
6. এমন কোনো যন্ত্রের উদ্ভাবন হয়নি যা জ্বালানি বা শক্তি ব্যতিরেকে কাজ করতে সক্ষম অর্থাৎ অনন্ত গতিযুক্ত যন্ত্র (perpetual motion machine) উদ্ভাবন সম্ভব নয় বা শক্তি ব্যয় না করে কোনো কাজ পাওয়া সম্ভব নয়।

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের ব্যাখ্যা : তাপ, অভ্যন্তরীণ শক্তি ও কাজের মধ্যে সম্পর্ক (First Law of Thermodynamics : Relation among Heat, Internal Energy and Work)

কোনো সংস্থা dQ তাপ শোষণ করার জন্য এর অন্তর্নিহিত শক্তির পরিবর্তন du এবং কৃত কাজ dW হলে ব্যবকলনীয় সমীকরণের সাহায্যে তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রকে লেখা যায়-

dQ=du+dW

বা, du=dQ-dW

dQ, du এবং dW রাশিগুলি নিম্নের শর্ত সাপেক্ষে ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক হতে পারে।

শর্তসমূহ (Terms):

1. dQ ধনাত্মক হবে যদি সিস্টেমে তাপ সরবরাহ করা হয় বা সিস্টেম তাপ গ্রহণ করে এবং ঋণাত্মক হবে যদি সিস্টেম তাপ হারায় বা সিস্টেম হতে তাপ পরিপার্শ্বে গমন করে।
2. সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি পেলে du ধনাত্মক এবং শক্তি হ্রাস পেলে du ঋণাত্মক হবে।
3. সিস্টেমের দ্বারা পরিপার্শ্বের ওপর কাজ সম্পাদিত হলে dW ধনাত্মক এবং পরিপার্শ্ব সিস্টেমের ওপর কাজ করলে dW ঋণাত্মক হবে।

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র শক্তির নিত্যতা সূত্রের একটি বিশেষ রূপ (A special form of The first law of thermodynamics)

বিজ্ঞানী ক্লসিয়াসের মতে, কোনো সিস্টেমে তাপশক্তি অন্য কোনো শক্তির রূপান্তরিত হলে বা অন্য কোনো শক্তি তাপশক্তিতে রূপান্তরিত হলে সিস্টেমের মোট শক্তির পরিমাণ একই হবে। অর্থাৎ, তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রটি শক্তির নিত্যতা সূত্রের এটি বিশেষ রূপ।

যখন কোনো সিস্টেমে তাপ প্রয়োগ করা হয়, তখন তাপ কিছু অংশ বস্তুর অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি করে এবং বাকি অংশ পরিবেশের ওপর বাহ্যিক কার্য সম্পাদন করে। অর্থাৎ, শক্তির কোনো অপচয় হয় না। এক্ষেত্রে ΔQ=Δu+ΔW হয়।

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের সীমাবদ্ধতা (Limitations of the first law of Thermodynamics)

১। উষ্ণ বস্তু হতে তাপ শীতল বস্তুতে প্রবাহিত হলেও শীতল বস্তু হতে তাপ কখনই উষ্ণ বস্তুতে যেতে পারে না। যদিও শীতল বস্তু হতে উষ্ণ বস্তুতে তাপ যাওয়ার বিষয়টি তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র বা শক্তির সংরক্ষণ সূত্র মেনে চলে। কিন্তু বাস্তবে এই ঘটনা কখনোই ঘটে না।

২। কোনো সিস্টেমে প্রযুক্ত তাপের কিছু অংশ কাজে পরিণত হয়; কিন্তু পুরোটাই কাজে পরিণত হবে কিনা বা হতে পারে কিনা তা প্রথম সূত্র থেকে জানা যায় না।