তাপীয় সিস্টেম (Thermal System)

তাপীয় সিস্টেম | Thermal System

তাপগতীয় ঘটনা বা সিস্টেমকে বর্ণনার জন্য তাপগতীয় স্থানাঙ্ক (thermodynamic co-ordinate) বা কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ রাশি যেমন চাপ P, আয়তন (V) এবং তাপমাত্রা T এর প্রয়োজন হয়। পরীক্ষা-নিরীক্ষার সময় আমরা জড় জগতের যে নির্দিষ্ট তাপীয় অংশ বিবেচনা করি তাকে তাপীয় সিস্টেম বলে।

প্রত্যেক তাপীয় সিস্টেমের একটা নির্দিষ্ট আয়তন, ভর ও অন্তস্থ শক্তি থাকবে। তাপীয় সিস্টেম বিভিন্ন ধরনের হয়। যেমন- (১) উন্মুক্ত সিস্টেম (২) বন্ধ সিস্টেম (৩) বিচ্ছিন্ন সিস্টেম।

উন্মুক্ত সিস্টেম পরিবেশের সাথে ভর ও শক্তি উভয়ই বিনিময় করতে পারে।

বন্ধ সিস্টেম পরিবেশের সাথে শুধু শক্তি বিনিময় করতে পারে কিন্তু ভর বিনিময় করতে পারে না।

বিচ্ছিন্ন সিস্টেম পরিবেশ দ্বারা মোটেও প্রভাবিত হয় না। অর্থাৎ এক্ষেত্রে ভর ও শক্তি কিছুই বিনিময় করে না।

তাপীয় সিস্টেমে বিভিন্ন প্রকার তাপগতীয় পরিবর্তন (Different types of thermal changes in thermal system)

তাপগতিবিদ্যায় বিভিন্ন প্রকারের পরিবর্তন ঘটে। এই পরিবর্তন মোট চার প্রকারের; যথা-

1. সমোষ্ণ পরিবর্তন (Isothermal change)
2. রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তন (Adiabatic change)
3. সমআয়তন পরিবর্তন (Isochronic change) এবং
4. সমচাপ পরিবর্তন (Isobaric change)

সমোষ্ণ পরিবর্তন (Isothermal Change)

যে পরিবর্তনে কোনো গ্যাসের চাপের ও আয়তনের পরিবর্তন হয়, কিন্তু তাপমাত্রা স্থির থাকে সেই পরিবর্তনকে সমোষ্ণ পরিবর্তন (isothermal change) বলে এবং যে পদ্ধতিতে এই পরিবর্তন সংঘটিত হয় তাকে সমোষ্ণ প্রক্রিয়া (isothermal process) বলে।

সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় গ্যাসের চাপ ও আয়তনের সম্পর্ক বয়েলের সূত্র মেনে চলে। অর্থাৎ P \propto \frac{1}{V}বা PV=ধ্রুবক, এখানে P ও V যথাক্রমে চাপ ও আয়তন।

স্থির তাপমাত্রায় কোনো আদর্শ গ্যাসের আয়তন V-কে X-অক্ষ বরাবর এবং চাপ P-কে Y-অক্ষ বরাবর স্থাপন করে লেখচিত্র অঙ্কন করলে লেখটি আয়তাকার পরাবৃত্ত হবে [চিত্র ১.৬]। ভিন্ন তাপমাত্রায় একই আকৃতির ভিন্ন লেখ পাওয়া যায়। এই লেখগুলিকে সমোষ্ণ (Isothermal) লেখ বলা হয়।

সমোষ্ণ পরিবর্তনের শর্তসমূহ (Conditions of Isothermal Changes)

1. গ্যাসকে একটি সুপরিবাহী পাত্রে রাখতে হবে।
2. পাত্রের চতুষ্পার্শ্বস্থ মাধ্যমের তাপগ্রাহিতা বা তাপধারণ ক্ষমতা উচ্চ হতে হবে।
3. চাপের পরিবর্তন ধীরে ধীরে সংঘটিত করতে হবে।
4. প্রয়োজনীয় তাপ গ্রহণ বা বর্জনের দ্বারা তাপমাত্রা স্থির থাকবে।

সমোষ্ণ পরিবর্তনের বৈশিষ্ট্য (Characteristics of Isothermal Change)

1. তাপমাত্রা স্থির রেখে কোনো গ্যাসের চাপ ও আয়তনের পরিবর্তনকে সমোষ্ণ পরিবর্তন বলে।
2. এই পরিবর্তনে প্রয়োজনমতো তাপ সরবরাহ অথবা গ্রহণ করতে হয়।
3. এটি একটি ধীর প্রক্রিয়া।
4. এই পরিবর্তনে পাত্রটি পাতের সুপরিবাহী হওয়া প্রয়োজন।
5. এই পরিবর্তনে পাত্রের চতুষ্পার্শ্বস্থ মাধ্যমের তাপগ্রাহিতা উচ্চ হতে হয়।
6. সমোষ্ণ পরিবর্তন বয়েল-এর সূত্র মেনে চলে অর্থাৎ PV= ধ্রুবক।
7. সমোষ্ণ লেখ অপেক্ষাকৃত কম খাড়া।

রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তন (Adiabatic Change)

যে প্রক্রিয়ায় সিস্টেম তাপ গ্রহণ করে না কিংবা তাপ বর্জন করে না তাকে রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়া বলে।

যে প্রক্রিয়ায় গ্যাসের চাপ ও আয়তন পরিবর্তনকালে তাপের পরিমাণ পরিবর্তন হয় না অর্থাৎ সিস্টেম (প্রক্রিয়াধীন গ্যাস) তাপ গ্রহণ বা বর্জন করে না, কিন্তু তাপমাত্রার পরিবর্তন ঘটে তাকে রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়া বলে। এ পরিবর্তনকে রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তন বলে।

রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তনের শর্তসমূহ (Conditions of Adiabatic Changes)

(ক) গ্যাসকে একটি কুপরিবাহী পাত্রে রাখতে হবে

(খ) পাত্রের চতুষ্পার্শ্বস্থ মাধ্যমের তাপগ্রাহিতা কম হতে হবে।

(গ) চাপ পরিবর্তন খুব দ্রুত সংঘটিত করতে হবে যাতে বাইরের সাথে তাপ আদান প্রদানের কোনো সুযোগ না থাকে।

রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তনের বৈশিষ্ট্য (Characteristics of Adiabatic Change)

1. মোট তাপের পরিমাণ স্থির রেখে কোনো গ্যাসের চাপ ও আয়তনের পরিবর্তনকে রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তন বলে।
2. এই পরিবর্তনে তাপমাত্রার পরিবর্তন ঘটে।
3. এটি একটি অতি দ্রুত প্রক্রিয়া।
4. এই পরিবর্তনে পাত্রটি তাপ কুপরিবাহী হওয়া প্রয়োজন।
5. এই পরিবর্তনে পাত্রে চতুষ্পার্শ্বস্থ মাধ্যমের তাপগ্রাহিতা নিম্ন হতে হয়।
6. আদর্শ গ্যাসের রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তনের সমীকরণ হলো, PV= ধ্রুবক।
7. রুদ্ধতাপীয় লেখ সমোষ্ণ লেখ হতে অধিক খাড়া।