প্রায় সমস্ত পদার্থ (কঠিন, তরল এবং গ্যাস) গরম করার সময় প্রসারিত হয় এবং শীতল হওয়ার সময় সংকুচিত হয়। উত্তাপের উপর একটি পদার্থের প্রসারণকে সেই পদার্থের তাপীয় প্রসারণ বলে। তিন ধরনের সম্প্রসারণ আছে: রৈখিক (দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি), পৃষ্ঠীয় (ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি), এবং ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণ (ভলিউম বৃদ্ধি)। কঠিন পদার্থের একটি নির্দিষ্ট আকৃতি থাকে, তাই যখন একটি কঠিনকে উত্তপ্ত করা হয় তখন এটি সমস্ত দিকে প্রসারিত হয় অর্থাৎ দৈর্ঘ্য, ক্ষেত্রফল এবং আয়তন সবই উত্তাপে বৃদ্ধি পায়। তরল এবং গ্যাস শুধুমাত্র ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণ দেখায়। উত্তাপে, তরলগুলি কঠিন পদার্থের চেয়ে বেশি প্রসারিত হয় এবং গ্যাসগুলি তরলের চেয়ে অনেক বেশি প্রসারিত হয়। এই পাঠে, আপনি শিখতে যাচ্ছেন:
কঠিনকে উত্তপ্ত করলে কঠিন অণুর গড় গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়। তারা একটি বড় প্রশস্ততা সঙ্গে তাদের গড় অবস্থান সম্পর্কে কম্পন শুরু. ফলাফল হল যে তাদের গড় অবস্থান এমনভাবে পরিবর্তিত হয় যে অণুর মধ্যে আন্তঃ-আণবিক বিচ্ছেদ বৃদ্ধি পায়, এইভাবে কঠিন সমস্ত দিকে প্রসারিত হয়।
পরীক্ষা: একটি ধাতব বল এবং একটি রিং নিন।
i) নীচের ছবিতে দেখানো হিসাবে ধাতব বল এবং রিং সাজান (চিত্র a)। যখন উভয়ই ঘরের তাপমাত্রায় থাকে তখন ধাতব বলটি কেবল রিংয়ের মধ্য দিয়ে স্লিপ করা উচিত।
ii) এখন একটি বার্নারে ধাতব বল গরম করুন (চিত্র খ)
iii) আবার রিংটি রাখুন এবং বলটিকে রিংয়ের মধ্য দিয়ে যাওয়ার চেষ্টা করুন। আপনি লক্ষ্য করবেন যে বল আটকে গেছে।
কারণ: গরম করার সময় বলটি প্রসারিত হয় এবং ব্যাসে বড় হয়।
এখন বলটিকে ঠান্ডা হতে দিন এবং আবার বলটিকে রিংয়ের মধ্য দিয়ে যাওয়ার চেষ্টা করুন, আপনি লক্ষ্য করবেন যে বলটি এখন রিংয়ের মধ্য দিয়ে যায়। কারণ ঠান্ডা হলে বল সংকুচিত হয়।
দৈঘ্র্যপ্রসারণ
যখনই উত্তাপের কারণে শরীরের দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি পায় তখন প্রসারণকে রৈখিক প্রসারণ বলে। ধাতব রডে রৈখিক প্রসারণ বিবেচনা করা যাক। গরম করার সময় ধাতব রডের দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি নিম্নলিখিত তিনটি কারণের উপর নির্ভর করে:
দ্রষ্টব্য: গরম করার সময় রডের দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি এটি ফাঁপা বা শক্ত কিনা তার উপর নির্ভর করে না
কঠিন পদার্থের উপরিভাগের সম্প্রসারণ
যখন একটি ধাতব প্লেট উত্তপ্ত হয়, তখন এর দৈর্ঘ্য এবং প্রস্থ উভয়ই বৃদ্ধি পায়। এটি প্লেটের এলাকা বৃদ্ধি করে। প্লেটের ক্ষেত্রফলের বৃদ্ধি নির্ভর করে:
কঠিন পদার্থের ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণ
যখন কঠিনকে উত্তপ্ত করা হয়, তখন এর দৈর্ঘ্য, প্রস্থ এবং বেধ সবই বৃদ্ধি পায়, ফলে আয়তন বৃদ্ধি পায়। পরীক্ষামূলকভাবে দেখা যায় যে কঠিনের আয়তনের বৃদ্ধি নির্ভর করে:
| যদি L 0 0 o C তে একটি রডের দৈর্ঘ্য হয় এবং t o C তে এর দৈর্ঘ্য L t হয়, তাহলে দৈর্ঘ্য বৃদ্ধিকে L t - L 0 = L 0 α t হিসাবে দেওয়া হয় α হল রৈখিক প্রসারণের সহগ যা রডের উপাদানের উপর নির্ভর করে। এর একক প্রতি o C |
| A 0 যদি 0 o C তে একটি প্লেটের ক্ষেত্রফল হয় এবং t o C তে এর ক্ষেত্রফল A t হয়, তাহলে ক্ষেত্রফলের বৃদ্ধিকে A t - A 0 = A 0 β t হিসাবে দেওয়া হয় β উপরিভাগের সম্প্রসারণের সহগ যা বিভিন্ন কঠিন পদার্থের জন্য ভিন্ন। |
| যদি V 0 0 o C তে একটি কঠিনের আয়তন হয় এবং t o C তে এর ক্ষেত্রফল V t হয়, তাহলে আয়তনের বৃদ্ধিকে V t - V 0 = V 0 γ t হিসাবে দেওয়া হয়। γ হল ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণের সহগ যা বিভিন্ন পদার্থের জন্য আলাদা। |
α, β এবং γ এর মধ্যে সম্পর্ক: α : β : γ = 1 : 2 : 3 |
কিছু কঠিন পদার্থের রৈখিক প্রসারণের সহগ
| পদার্থ | রৈখিক প্রসারণের সহগ (x 10 -6 প্রতি o C) |
| অ্যালুমিনিয়াম | 24 |
| পিতল | 19 |
| তামা | 17 |
| আয়রন | 12 |
| ইনভার | 0.9 |
দৈনন্দিন জীবনে কঠিন পদার্থের তাপীয় সম্প্রসারণ
1. রেলওয়ে ট্র্যাক: রেলওয়ে ট্র্যাকের রেলগুলি স্টিলের তৈরি। কাঠের বা কংক্রিট গাছের উপর রেলপথ বিছানোর সময়, নীচের চিত্রে দেখানো রেলের ধারাবাহিক দৈর্ঘ্যের মধ্যে একটি ছোট ফাঁক রাখা হয়। কারণ হল, গ্রীষ্মকালে বায়ুমণ্ডলীয় তাপমাত্রা বৃদ্ধির কারণে প্রতিটি রেল তার দৈর্ঘ্য বৃদ্ধির প্রবণতা রাখে, তাই দুটি রেলের মধ্যে একটি ফাঁক রেখে দেওয়া হয়, অন্যথায়, রেলটি পাশের দিকে বেঁকে যাবে।
2. বৈদ্যুতিক তার এবং টেলিফোন তার: বিদ্যুৎ সঞ্চালন লাইনের বৈদ্যুতিক তার এবং দুটি খুঁটির মধ্যে টেলিফোনের তারগুলি শীতকালে সংকোচনের কারণে ভেঙে যেতে পারে এবং প্রসারণের কারণে গ্রীষ্মে নিচু হতে পারে। তাই দুই খুঁটির মাঝখানে তার লাগানোর সময় খেয়াল রাখা হয় গ্রীষ্মকালে একটু ঢিলেঢালা রাখা হয় যাতে শীতকালে সংকোচনের কারণে ভেঙে না যায়। এবং শীতকালে এগুলি পাড়ার সময়, এগুলিকে আঁটসাঁট করে রাখা হয় যাতে প্রসারণের কারণে গ্রীষ্মে এগুলি খুব বেশি না ঝুলে যায়।
3. রান্নাঘরে ব্যবহৃত কাচের পাত্র: রান্নাঘরে ব্যবহৃত কাচের পাত্র সাধারণত পাইরেক্স গ্লাস দিয়ে তৈরি। কারণটি হল যে পাইরেক্স গ্লাসের ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণের একটি খুব কম গুণাঙ্ক রয়েছে, তাই গরম করার সময় কাচের পাত্রটি প্রসারিত হয় না এবং ফাটল ধরে।
কঠিন পদার্থের মতো, তরলগুলিও সাধারণত গরম করার সময় প্রসারিত হয়। উত্তপ্ত হলে তরল কঠিন পদার্থের চেয়ে অনেক বেশি প্রসারিত হয়। যেহেতু তরলের একটি নির্দিষ্ট আকৃতি নেই তবে একটি নির্দিষ্ট আয়তন রয়েছে, তাই তরলগুলির কেবল ঘনক্ষেত্রের প্রসারণ রয়েছে।
ব্যতিক্রম: জল এটিকে 0 o C থেকে 4 o C পর্যন্ত গরম করার সময় সংকুচিত হয় এবং তারপর 4 o C এর বেশি গরম করলে এটি প্রসারিত হয়। একে বলে পানির অস্বাভাবিক আচরণ।
পরীক্ষা: একটি বয়াম নিন, তিন-চতুর্থাংশ জল দিয়ে পূর্ণ করুন এবং জারটি বন্ধ করুন। আগুনে রাখুন। আপনি লক্ষ্য করবেন যে জল যত বেশি গরম হয়, জারে জলের স্তর বাড়তে থাকে।
দ্রষ্টব্য: যখন বয়ামের মধ্যে থাকা তরলটি গরম করা হয়, প্রথমে জারটি উত্তপ্ত হয় এবং তাই এটি প্রসারিত হয় যার কারণে তরলের স্তর পড়ে যায়। তারপরে যখন তাপ তরলে পৌঁছাবে তখন তা প্রসারিত হবে, তাই তরলের মাত্রা বাড়বে। সুতরাং, তরলের প্রকৃত প্রসারণ পরিলক্ষিত সম্প্রসারণের চেয়ে বেশি।
তরল পদার্থের ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণকে প্রভাবিত করে
একটি তরলের ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণ নিম্নলিখিত তিনটি বিষয়ের উপর নির্ভর করে:
যদি V 0 0 o C তে তরলের আয়তন হয় এবং V t তরলের আয়তন t o C তে, তাহলে তরলের আয়তনের বৃদ্ধি হিসাবে দেওয়া হয়
V t - V o = V 0 γ t
যেখানে γ হল তরলের ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণের সহগ ।
কিছু তরলের ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণের সহগ
| তরল | ঘনক্ষেত্র সম্প্রসারণের সহগ γ ( x 10 -4 প্রতি o C) |
| বুধ | 1.8 |
| জল (15 OC উপরে) | 3.7 |
| প্যারাফিন তেল | 9.0 |
| মদ | 11.0 |
দৈনন্দিন জীবনে তরল তাপ সম্প্রসারণের প্রয়োগ
পারদ থার্মোমিটারের কাজে তরলের তাপীয় প্রসারণ ব্যবহার করা হয়। পারদ থার্মোমিটারে একটি কৈশিক নল থাকে যার এক প্রান্ত বন্ধ থাকে এবং অন্য প্রান্তে একটি নলাকার বাল্ব থাকে। বাল্বটি পারদ দিয়ে ভরা। বুধ একটি চকচকে তরল, তাই এর স্তর কৈশিক নলটিতে সহজেই দেখা যায়। থার্মোমিটারের বাল্বকে গরম শরীরের সংস্পর্শে রাখলে পারদ প্রসারিত হয়। কৈশিক নলটিতে পারদের মাত্রা বেড়ে যায়। টিউবটি তাপমাত্রা পড়ার জন্য স্নাতক হয়। তাপমাত্রায় প্রতিটি ডিগ্রি সেলসিয়াস বৃদ্ধির জন্য, পারদ একই আয়তনে প্রসারিত হয়, তাই থার্মোমিটারের ক্রমাঙ্কন সহজ হয়ে যায়।
গ্যাসগুলি উত্তপ্ত হলে প্রসারিত হয়। গ্যাসগুলি তরল এবং কঠিন পদার্থের চেয়ে অনেক বেশি প্রসারিত হয়। তরলের মতো, গ্যাসগুলির একটি নির্দিষ্ট আকৃতি নেই, তাই তাদেরও কেবল ঘনক্ষেত্রের প্রসারণ রয়েছে। যাইহোক, নির্দিষ্ট আয়তনে থাকা গ্যাসগুলি প্রসারিত হতে পারে না - এবং তাই তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে চাপ বৃদ্ধি পায়।
পরীক্ষা: একটি খালি বোতল নিন। এর ঘাড়ে একটি রাবার বেলুন সংযুক্ত করুন। প্রাথমিকভাবে, বেলুন deflated হয়. ফুটন্ত জল ধারণকারী একটি জল স্নান মধ্যে বোতল রাখুন. কিছুক্ষণ পরে আপনি লক্ষ্য করবেন যে বেলুনটি নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে। এটি দেখায় যে গরম করার সময়, বোতলে আবদ্ধ বাতাস প্রসারিত হয় এবং বেলুনটি পূর্ণ করে তাই বেলুনটি স্ফীত হয়।
দৈনন্দিন জীবনে গ্যাসের তাপীয় প্রসারণের প্রয়োগ
গরম বায়ু বেলুন: গরম-বায়ু বেলুন একটি গ্যাস এবং একটি কঠিন মধ্যে তাপ সম্প্রসারণ পার্থক্য নীতির উপর কাজ করে। কারণ বেলুন ব্যাগের ভিতরের গরম বাতাস পাত্রের তুলনায় আকারে দ্রুত বৃদ্ধি পায়, এটি ব্যাগটিকে প্রসারিত করে যাতে এটি ব্যাগের বাইরের ঠান্ডা (ভারী) বাতাসকে প্রসারিত করে এবং স্থানচ্যুত করে। ব্যাগের ভিতরে এবং বাইরের বাতাসের ঘনত্বের পার্থক্যের কারণে বেলুন উঠতে পারে। ব্যাগের ভিতরে বাতাস ঠান্ডা করার ফলে বেলুন নিচে নেমে আসে।
যখন একটি পদার্থ উত্তপ্ত হয়, তখন তার আয়তন বৃদ্ধি পায় যখন এর ভর একই থাকে, তাই, পদার্থের ঘনত্ব (এর আয়তনের সাথে ভরের অনুপাত) তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে হ্রাস পায়। কঠিন পদার্থের ক্ষেত্রে, ঘনত্বের হ্রাস লক্ষণীয় নয় তবে তরল এবং গ্যাসের ক্ষেত্রে, তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে আয়তন একটি প্রশংসনীয় পরিমাণে বৃদ্ধি পায় এবং তাই ঘনত্বের হ্রাস বেশ লক্ষণীয়।
