তাপমাত্রার ধারণা (Concept of Temperature)
তাপমাত্রা হলো বস্তুর একটি তাপীয় অবস্থা যা সেই বস্তু থেকে অন্য বস্তুর দিকে তাপের প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে এবং তাপ প্রবাহের দিক নির্ধারণ করে।
উষ্ণতা তথা তাপমাত্রা পরিমাপের যন্ত্র নির্মাণে এমন পদার্থের প্রয়োজন হয়, যার তাপমাত্রা পরিবর্তনের ফলে কোনো না কোনো ধর্মের উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, প্লাটিনাম রোধ থার্মোমিটারে প্লাটিনামের রোধ ব্যবহার করে তড়িৎ রোধের উষ্ণতামিতি ধর্মের প্রতি লক্ষ রেখে তাপমাত্রা পরিমাপ করা হয়। আবার, থার্মোকাপলে দুটি ধাতব পদার্থের যুগল ব্যবহার করে তাপীয় তড়িচ্চালক শক্তির ধর্ম কাজে লাগিয়ে তাপমাত্রা পরিমাপ করা হয়।
তাপীয় সমতা (Thermal Equilibrium)
একাধিক বস্তু যদি তাপীয়ভাবে সংযুক্ত থাকে এবং তাদের মধ্যে তাপের কোনো আদান প্রদান না ঘটে, তবে বস্তুগুলি তাপীয় সমতায় আছে ধরা হয়।
তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র (Zeroth Law of Thermodynamics)
দুটি বস্তু যদি তৃতীয় কোনো বস্তুর সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকে, তবে প্রথমোক্ত বস্তু দুটি পরস্পরের সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকবে। এটাই তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র।
তাপমাত্রা পরিমাপের বিভিন্ন স্কেল (Different scales of temperature measurement)
তাপমাত্রা পরিমাপের বিভিন্ন স্কেল হলো সেলসিয়াস (Celsius), ফারেনহাইট (Fahrenheit), এবং কেলভিন (Kelvin) স্কেল। এদের মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক:
$$\frac{C}{5} = \frac{F - 32}{9} = \frac{K - 273}{5}$$
ত্রুটিপূর্ণ থার্মোমিটারের ক্ষেত্রে বরফ বিন্দু \(M\), স্টিম বিন্দু \(B\), এবং তাপমাত্রা \(S\)। নিচের সমীকরণ এই সকল রাশির মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক স্থাপন করে:
$$\frac{C}{100} = \frac{K - 273.15}{100} = \frac{F - 32}{100} = \frac{F - M}{B - M}$$
সেলসিয়াস স্কেলে তাপমাত্রা (Temperature on Celsius scale)
যে স্কেলে বরফ বিন্দুকে 0° এবং স্টিম বিন্দুকে 100° ধরে মধ্যবর্তী মৌলিক ব্যবধানকে 100 ভাগে ভাগ করা হয়, সেই স্কেলকে সেলসিয়াস স্কেল বলা হয়।
$$\theta = \frac{X - X_{ice}}{X_{steam} - X_{ice}} \times 100$$
ফারেনহাইট স্কেলে তাপমাত্রা (Temperature on the Fahrenheit scale)
এই স্কেলে বরফ বিন্দু 32°F এবং স্টিম বিন্দু 212°F ধরে মৌলিক ব্যবধান 180 ভাগে ভাগ করা হয়।
$$\theta = \frac{X - X_{ice}}{X_{steam} - X_{ice}} \times 180^\circ F + 32^\circ F$$
পানির ত্রৈধবিন্দু (Triple point of water)
4.58 mm পারদ স্তম্ভ চাপে যে তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ বরফ, পানি ও জলীয় বাষ্প একটি তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকে তাকে পানির ত্রৈধ বিন্দু বলে। পানির ত্রৈধ বিন্দু \(T_{tr} = 273.16 K\)
কেলভিন (Kelvin)
তাপমাত্রা বা তাপমাত্রা পরিবর্তনের এস. আই. একক হচ্ছে কেলভিন। পানির ত্রৈধবিন্দুর তাপমাত্রার \(\frac{1}{273.16}\) অংশকে এক কেলভিন (1 K) বলে।
একটি রহস্যময় বৈজ্ঞানিক অভিযানের গল্পে, তাপমাত্রার আন্তর্জাতিক স্কেলটি একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হয়ে ওঠে। পানির ত্রৈধ বিন্দুর তাপমাত্রা, যা 273.16 কেলভিন, সেই রহস্যময় বিন্দু যেখানে জল, বরফ এবং বাষ্প একসাথে থাকে। এই তাপমাত্রার \({1}{273.16}\) অংশকে এক কেলভিন হিসেবে গণ্য করা হয়। আন্তর্জাতিক ওজন ও পরিমাপ সংস্থা এই তাপমাত্রা পরিমাপের ব্যবহারিক স্কেলটি অনুমোদন করেছে, যা বৈজ্ঞানিক অভিযানের প্রতিটি পদক্ষেপে একটি নির্ভরযোগ্য নির্দেশক হিসেবে কাজ করে। এই স্কেলটি বিজ্ঞানীদের জন্য একটি অমূল্য হাতিয়ার, যা তাদেরকে মহাবিশ্বের রহস্য উদঘাটনে সহায়তা করে।
তাপমাত্রার স্কেলে টক-ঝাল পরিবর্তনের গল্প!
🔹ফারেনহাইটের 36 °F ! সেলসিয়াস বলল, আরে! মাত্র 20 °C, এত উত্তেজনার কী আছে?
🔹 50 °C থেকে 10 °C-এ নামিয়ে দিলে, ফারেনহাইট স্কেলে 72 °F-এর বিশাল লাফ! পানি
তো বলে, 'আমাকে শান্ত রাখো ভাই, এত পরিবর্তন সহ্য হয় না!'
🔹 9 সেকেন্ডে 40 °C থেকে 75 °C ! ফারেনহাইট স্কেলে তাপমাত্রার বৃদ্ধি যেন দৌড়ের
প্রতিযোগিতা—প্রতি সেকেন্ডে 7 °F গতিতে ছুটছে!
গাণিতিক সমস্যা
- ফারেনহাইট স্কেলে তাপমাত্রার পরিবর্তন 36°F হলে সেলসিয়াস স্কেলে এ পরিবর্তন কত হবে?
- পানির তাপমাত্রা 50 °C থেকে 10 °C -এ নামানো হলে ফারেনহাইট স্কেলে কত পরিবর্তন হবে?
- 9 সেকেন্ডে পানির তাপমাত্রা 40 °C হতে বৃদ্ধি পেয়ে 75 °C হলে ফারেনহাইট স্কেলে এ তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার বের কর।
সমাধান
১. ফারেনহাইট স্কেলে তাপমাত্রার পরিবর্তন 36°F হলে সেলসিয়াস স্কেলে এ পরিবর্তন কত হবে?
ফারেনহাইট থেকে সেলসিয়াসে পরিবর্তনের সূত্রটি হলো: $$ C = \frac{5}{9} (F - 32) $$ তাপমাত্রার পরিবর্তন 36°F হলে: $$ \Delta C = \frac{5}{9} \Delta F $$ $$ \Delta C = \frac{5}{9} \times 36 $$ $$ \Delta C = 20 $$ তাহলে, ফারেনহাইট স্কেলে 36°F পরিবর্তন হলে সেলসিয়াস স্কেলে এ পরিবর্তন হবে 20°C।
২. পানির তাপমাত্রা 50°C থেকে 10°C -এ নামানো হলে ফারেনহাইট স্কেলে কত পরিবর্তন হবে?
সেলসিয়াস থেকে ফারেনহাইটে পরিবর্তনের সূত্রটি হলো: $$ F = \frac{9}{5}C + 32 $$ তাপমাত্রার পরিবর্তন 50°C থেকে 10°C হলে: $$ \Delta C = 50 - 10 = 40 $$ ফারেনহাইট স্কেলে: $$ \Delta F = \frac{9}{5} \Delta C $$ $$ \Delta F = \frac{9}{5} \times 40 $$ $$ \Delta F = 72 $$ তাহলে, পানির তাপমাত্রা 50°C থেকে 10°C -এ নামানো হলে ফারেনহাইট স্কেলে পরিবর্তন হবে 72°F।
৩. 9 সেকেন্ডে পানির তাপমাত্রা 40°C হতে বৃদ্ধি পেয়ে 75°C হলে ফারেনহাইট স্কেলে এ তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার বের কর।
প্রথমে সেলসিয়াস থেকে ফারেনহাইটে পরিবর্তন করি: $$ F = \frac{9}{5}C + 32 $$ 40°C: $$ F_1 = \frac{9}{5} \times 40 + 32 $$ $$ F_1 = 104 $$ 75°C: $$ F_2 = \frac{9}{5} \times 75 + 32 $$ $$ F_2 = 167 $$ তাপমাত্রার পরিবর্তন: $$ \Delta F = 167 - 104 = 63 $$ তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার: $$ \text{Rate} = \frac{\Delta F}{\Delta t} $$ $$ \text{Rate} = \frac{63}{9} $$ $$ \text{Rate} = 7 $$ তাহলে, 9 সেকেন্ডে পানির তাপমাত্রা 40°C হতে বৃদ্ধি পেয়ে 75°C হলে ফারেনহাইট স্কেলে এ তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার হবে 7°F/s।
