আদর্শ গ্যাস এবং গ্যাসের গতিতত্ত্ব: প্রকৃতির অদৃশ্য নৃত্যশালা
আমাদের চারপাশের বাতাসের অণুগুলি যেন এক অদৃশ্য নৃত্যশালা, যেখানে তারা নিরন্তর নাচতে থাকে। এই নাচের প্রতিটি পদক্ষেপ হল গ্যাসের গতিতত্ত্বের এক একটি অধ্যায়। আর এই নাচের নিয়মকানুন নির্ধারিত হয় আদর্শ গ্যাসের সমীকরণ দ্বারা। এই ব্লগ পোস্টে, আমরা আদর্শ গ্যাসের ধারণা এবং গ্যাসের গতিতত্ত্বের মৌলিক বিষয়গুলি আলোচনা করব।
আদর্শ গ্যাসের সমীকরণ হল একটি সরলীকৃত মডেল যা গ্যাসের চাপ, আয়তন এবং তাপমাত্রার মধ্যে সম্পর্ক ব্যাখ্যা করে। এই সমীকরণের মাধ্যমে আমরা জানতে পারি যে গ্যাসের অণুগুলি কীভাবে তাদের চারপাশের পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে। অন্যদিকে, গ্যাসের গতিতত্ত্বের বিতরণ হল গ্যাসের অণুগুলির গতির পরিসংখ্যান। এই বিতরণ দ্বারা আমরা বুঝতে পারি যে বিভিন্ন তাপমাত্রায় অণুগুলির গতি কীভাবে পরিবর্তিত হয়।
এই ব্লগ পোস্টে, আমরা এই দুই বিষয়ের উপর গভীর আলোচনা করব এবং বুঝব কীভাবে এগুলি আমাদের প্রতিদিনের জীবনে প্রভাব ফেলে। তাই চলুন, আমরা গ্যাসের এই অদৃশ্য নৃত্যশালায় প্রবেশ করি এবং অণুগুলির নাচের রহস্য উন্মোচন করি।
বয়েলের সূত্র
\(V \propto \frac{1}{P}\)
বা, \(V = k \frac{1}{P}\)
বা, \(PV = k \)
\(\therefore\) \(P_{1}V_{1} = P_{2}V_{2} =P_{3}V_{3} = ..... = k\)
বয়েলের সূত্র
\(P_{1}V_{1} = P_{2}V_{2}\)
\(P_{1}\)= প্রাথমিক চাপ
\(P_{2}\)=
চুড়ান্ত চাপ
\(V_{1}\)= প্রাথমিক আয়তন
\(V_{2}\)= চুড়ান্ত আয়তন
চার্লসের সূত্র
\(V \propto T\)
বা, \(V = KT\)
বা, \( \frac{V}{T} = K \)
\(\therefore\) \( \frac{V_{1}}{T_{1}} = \frac{V_{2}}{T_{2}} = \frac{V_{3}}{T_{3}}= ......... = K \)
চার্লসের সূত্র
\( \frac{V_{1}}{T_{1}} = \frac{V_{2}}{T_{2}}\)
\(T_{1}\)= প্রাথমিক
তাপমাত্রা
\(T_{2}\)= চুড়ান্ত তাপমাত্র
\(V_{1}\)= প্রাথমিক আয়তন
\(V_{2}\)=
চুড়ান্ত আয়তন
চাপের সূত্র
\(P \propto T\)
বা, \(P = KT\)
বা, \( \frac{P}{T} = K \)
\(\therefore\) \( \frac{P_{1}}{T_{1}} = \frac{P_{2}}{T_{2}} = \frac{P_{3}}{T_{3}}= ......... = K \)
চাপের সূত্রঃ
\(\frac{P_{1}}{T_{1}} = \frac{P_{2}}{T_{2}}\)
\(T_{1}\)= প্রাথমিক তাপমাত্রা
\(T_{2}\)= চুড়ান্ত তাপমাত্র
\(P_{1}\)=
প্রাথমিক চাপ
\(P_{2}\)= চুড়ান্ত চাপ
আদর্শ গ্যাসের ধারণা
আদর্শ গ্যাসের সংজ্ঞা
যে সকল গ্যাস গ্যাসের গতিতত্ত্বের মৌলিক স্বীকার্যসমূহ মেনে চলে এবং সকল তাপমাত্রা ও চাপে বয়েল, চার্লস ও চাপীয় সূত্র সম্পূর্ণরূপে মেনে চলে তাদেরকে আদর্শ গ্যাস বলে।
আদর্শ গ্যাসের সমীকরণ
আদর্শ গ্যাসের সমীকরণ হল একটি মৌলিক সমীকরণ যা গ্যাসের চাপ, আয়তন, এবং তাপমাত্রার মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে। এই সমীকরণটি হল:
এখানে:
\( P \) হল গ্যাসের চাপ
\( V \) হল গ্যাসের আয়তন
\( n \) হল গ্যাসের মোলের সংখ্যা
\( R \) হল আদর্শ গ্যাস ধ্রবক
\( T \) হল গ্যাসের তাপমাত্রা (কেলভিনে)
আদর্শ গ্যাসের সমীকরণের প্রয়োগ
আদর্শ গ্যাসের সমীকরণের প্রয়োগ বিভিন্ন পরিস্থিতিতে দেখা যায়, যেমন:
তাপগতিবিদ্যা
গ্যাসের তাপমাত্রা এবং চাপের পরিবর্তন অনুসরণ করে এর আয়তনের পরিবর্তন নির্ধারণ করা।
মোলার আয়তন
নির্দিষ্ট চাপ এবং তাপমাত্রায় এক মোল গ্যাসের আয়তন নির্ধারণ করা।
রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া
রাসায়নিক প্রতিক্রিয়ায় গ্যাসীয় পণ্যের চাপ এবং আয়তন নির্ধারণ করা।
শিল্প প্রক্রিয়া
শিল্প প্রক্রিয়ায় গ্যাসের চাপ এবং আয়তন নিয়ন্ত্রণ করা।
এই সমীকরণটি বাস্তব গ্যাসের আচরণ পূর্ণরূপে ব্যাখ্যা না করলেও, অনেক সাধারণ পরিস্থিতিতে এটি যথেষ্ট ভালো অনুমান দেয়। বাস্তব গ্যাসের জন্য, ভ্যান ডার ওয়ালস সমীকরণের মতো আরও জটিল সমীকরণগুলি ব্যবহার করা হয়।
গ্যাসের গতিতত্ত্বের মৌলিক ধারণা
গ্যাসের গতিতত্ত্ব হল গ্যাসের অণুগুলির গতি এবং বিতরণ নিয়ে গণিতীয় বিশ্লেষণ। এটি গ্যাসের ম্যাক্রোস্কোপিক বৈশিষ্ট্যগুলি যেমন চাপ, তাপমাত্রা এবং আয়তনের সাথে অণুগুলির গতির সম্পর্ক বুঝতে সাহায্য করে।
ম্যাক্সওয়েল-বোল্টজম্যান বিতরণ
ম্যাক্সওয়েল-বোল্টজম্যান বিতরণ হল একটি পরিসংখ্যানিক বিতরণ যা ব্যাখ্যা করে যে বিভিন্ন গতিতে কতগুলি অণু থাকতে পারে। এই বিতরণটি হল:
এখানে, \( f(v) \) হল গতির সম্ভাব্যতা ঘনত্ব ফাংশন, \( m \) হল অণুর ভর, \( v \) হল গতি, \( k \) হল বোল্টজম্যান স্থিরাংক, এবং \( T \) হল তাপমাত্রা।
গ্যাসের অণুগুলির গতির পরিসংখ্যান এবং তার প্রভাব
গ্যাসের অণুগুলির গতির পরিসংখ্যান গ্যাসের চাপ এবং তাপমাত্রার সাথে সরাসরি সম্পর্কিত। উচ্চ তাপমাত্রায়, অণুগুলির গতি বেড়ে যায়, যা চাপ বৃদ্ধি করে। এই পরিসংখ্যান বিভিন্ন শিল্প প্রক্রিয়া, তাপগতিবিদ্যা এবং রাসায়নিক প্রকৌশলে গুরুত্বপূর্ণ।
এই ধারণাগুলি গ্যাসের আচরণ বুঝতে এবং বিভিন্ন প্রকৌশল এবং বিজ্ঞানের প্রয়োগে অত্যন্ত সাহায্যকারী।
আদর্শ গ্যাস ও গ্যাসের গতিতত্ত্ব | সারসংক্ষেপ (Summary)
আদর্শ গ্যাস |
|
|
যে সকল গ্যাস গ্যাসের গতিতত্ত্বের মৌলিক স্বীকার্যসমূহ মেনে চলে এবং সকল তাপমাত্রা ও চাপে বয়েল, চার্লস ও চাপীয় সূত্র সম্পূর্ণরূপে মেনে চলে তাদেরকে আদর্শ গ্যাস বলে। |
|
বাস্তব গ্যাস |
|
|
যে সকল গ্যাস সকল তাপমাত্রা ও চাপে বয়েল এবং চার্লসের সূত্র তথা \(PV = RT\) সমীকরণ সম্পূর্ণরূপে মেনে চলে না তাদের বাস্তব বা প্রকৃত গ্যাস বলে। |
|
স্থির আয়তনে চাপ প্রসারণ সহগ (\( \gamma_{\nu}\)) |
|
|
স্থির আয়তনে \(O^{0}C\) তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট ভরের কোনো গ্যাসের তাপমাত্রা \(O^{0}C\) থেকে প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস বৃদ্ধির জন্য ঐ গ্যাসের প্রতি একক চাপের যে পরিমাণ বৃদ্ধি ঘটে তাকে স্থির আয়তনে গ্যাসের চাপ প্রসারণ সহগ বলে। |
|
আদর্শ বা প্রমাণ তাপমাত্রা |
|
|
স্বাভাবিক বায়ুচাপে অর্থাৎ \(760 mm\) পারদ চাপে যে তাপমাত্রায় বরফ গলতে শুরু করে তাকে স্বাভাবিক বা আদর্শ বা প্রমাণ তাপমাত্রা বলে। |
|
আদর্শ বা প্রমাণ চাপ |
|
|
\(45^{0}\) অক্ষাংশে সমুদ্রপৃষ্ঠে \(0^{0}C\) তাপমাত্রায় এবং \(0.76m\) বা \(760 mm\) উচ্চতাবিশিষ্ট শুষ্ক ও বিশুদ্ধ পারদস্তম্ভের তলদেশে প্রতি একক ক্ষেত্রের ওপর যে চাপ দেয় তাকে আদর্শ বা প্রমাণ বা স্বাভাবিক চাপ বলে। |
|
আদর্শ বা প্রমাণ আয়তন |
|
|
স্বাভাবিক তাপমাত্রা ও চাপে কোনো নির্দিষ্ট ভরের গ্যাস যে আয়তন দখল করে তাকে আদর্শ বা প্রমাণ বা স্বাভাবিক আয়তন বলে। |
|
পরমশূন্য তাপমাত্রা |
|
|
স্থির চাপে একটি নির্দিষ্ট ভরের কোনো গ্যাসের তাপমাত্রা ক্রমশ কমানো হলে, চার্লসের সূত্রানুযায়ী যে তাপমাত্রায় পৌঁছে তার আয়তন শূন্য হয় এবং গ্যাসের গতিশক্তি সম্পূর্ণরূপে লোপ পায় সেই তাপমাত্রাকে পরমশূন্য তাপমাত্রা বলে। |
|
তাপমাত্রার পরম স্কেল |
|
|
পরমশূন্য তাপমাত্রাকে শূন্য ধরে তাপমাত্রার যে স্কেল হিসাব করা হয় তাকে তাপমাত্রার পরম স্কেল বলে। |
|
মোলার গ্যাস ধ্রুবক বা সর্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক |
|
|
এক মোল আদর্শ গ্যাসের তাপমাত্রা এক কেলভিন বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ সম্প্রসারণজনিত কাজ সম্পন্ন হয় তাকে মোলার গ্যাস ধ্রুবক বা সর্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক বা বিশ্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক বলে। |
|
মূল গড় বর্গবেগ |
|
|
দুই বা ততোধিক বেগের গড় বর্গবেগের বর্গমূলকে মূল গড় বর্গবেগ বলে। |
|
অ্যাভোগাড্রোর সংখ্যা |
|
|
কোনো পদার্থের এক মোলের অণুর সংখ্যাকে সেই পদার্থের অ্যাভোগাড্রোর সংখ্যা বলে। |
|
মুক্তপথ |
|
|
পরপর দুটি ধাক্কার ভেতর অণুগুলো সরল রেখায় যতটুকু পথ গমন করে তাকে মুক্তপথ বলে। |
|
গড় মুক্তপথ |
|
|
কোনো অণুর পর পর দুটি সংঘর্ষের বা ধাক্কার মধ্যবর্তী দূরত্বগুলোর গড় নিলে যে দূরত্ব পাওয়া যায় তাকে গড় মুক্তপথ বলে। |
|
অ্যাভোগাড্রোর সূত্র |
|
|
একই তাপমাত্রা ও চাপে সমান আয়তনবিশিষ্ট সকল গ্যাসে সমান সংখ্যক অণু থাকে। |
|
বাষ্প ও গ্যাস |
|
|
সাধারণ তাপমাত্রা ও চাপে যেসব পদার্থ কঠিন বা তরল অবস্থায় থাকে তাদের
বায়বীয় অবস্থাকে বাষ্প বলে। |
|
সংকট তাপমাত্রা |
|
|
সর্বোচ্চ যে তাপমাত্রা পর্যন্ত কোনো গ্যাসকে শুধু চাপ প্রয়োগ করে তরলীভূত করা যায় তাকে সংকট বা ক্রান্তি বা সন্ধি তাপমাত্রা বলে। |
|
বাষ্পচাপ ও বায়ুচাপ |
|
|
কোনো তরল হতে নির্গত বাষ্প আধারের গায়ে যে চাপ প্রয়োগ করে তাকে বাষ্প চাপ
বলে। |
|
এক বায়ুমণ্ডলীয় চাপ |
|
|
\(0^{0}C\) তাপমাত্রায় \(45^{0}\) অক্ষাংশে সমুদ্র সমতলে যে পরিমাণ বায়ুচাপ \(760 mm\) পারদস্তম্ভ চাপের সমান হয়, তাকে এক বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (\(1 atm\)) বলে। |
|
শিশির ও শিশিরাঙ্ক |
|
|
একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় বায়ুতে যে পরিমাণ জলীয় বাষ্প থাকে তা দ্বারা
উক্ত বায়ু সম্পৃক্ত হয় এবং তাপমাত্রা আরও হ্রাস পেলে জলীয় বাষ্প ঘনীভূত
হয় ও ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র পানি বিন্দুতে পরিণত হয়। এই পানি বিন্দুকে শিশির
বলে। |
|
আদর্শ গ্যাস ও বাস্তব গ্যাসের মধ্যে পার্থক্য |
|
আদর্শ গ্যাস
১. আদর্শ গ্যাস হল একটি কাল্পনিক গ্যাসের মডেল যা কিছু সরলীকৃত ধারণা
অনুসারে গঠিত। |
বাস্তব গ্যাস:
১. বাস্তব গ্যাস হল প্রকৃতিতে পাওয়া গ্যাস, যা আদর্শ গ্যাসের ধারণাগুলির
সাথে সম্পূর্ণরূপে মেলে না। |
| এই পার্থক্যগুলি বিভিন্ন তাপমাত্রা এবং চাপের অবস্থায় গ্যাসের আচরণ বুঝতে এবং প্রকৌশল এবং বিজ্ঞানের বিভিন্ন প্রয়োগে গুরুত্বপূর্ণ। | |