Back to the topics list

পদার্থের অবস্থার পরিবর্তন

পদার্থের তিনটি অবস্থা/পর্যায় রয়েছে যথা কঠিন, তরল এবং গ্যাস। তাপমাত্রা এবং চাপের বিভিন্ন অবস্থার অধীনে তিনটি পর্যায়ে একই পদার্থ বিদ্যমান থাকতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, 0° সেন্টিগ্রেডে বরফ (কঠিন) যখন উত্তপ্ত হয় তখন 0 °C তাপমাত্রায় জল (তরল) হয়ে যায়, যা পরবর্তী উত্তাপে 100 °C তাপমাত্রায় বাষ্পে (গ্যাস) পরিবর্তিত হয়। এইভাবে একটি বায়ুমণ্ডলীয় চাপে, বিভিন্ন তাপমাত্রায় তিনটি পর্যায়েই জল পাওয়া যায়।

স্থির তাপমাত্রায় এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থার পরিবর্তনের প্রক্রিয়াকে পর্যায় পরিবর্তন বলে। তাপ বিনিময়ের কারণে এটি আনা হয়।
কঠিন থেকে তরল পর্যায়ের পরিবর্তনকে গলন বলা হয়, অন্যদিকে তরল থেকে কঠিন পর্যায়ের পরিবর্তনকে হিমায়িত বলা হয়। তরল থেকে বাষ্পে পরিবর্তনকে বাষ্পীভবন বলা হয়, যখন গ্যাস থেকে তরলে বিপরীত পরিবর্তনকে ঘনীভবন (বা তরলীকরণ) বলা হয়। কঠিন থেকে বাষ্পে সরাসরি পরিবর্তনকে পরমানন্দ বলা হয় এবং বাষ্প থেকে কঠিনে বিপরীত পরিবর্তনকে জমা বলা হয়।

গলিত এবং হিমায়িত

স্থির তাপমাত্রায় তাপ শোষণের মাধ্যমে কঠিন থেকে তরল পর্যায়ের পরিবর্তনকে গলন বলে। দ্য যে স্থির তাপমাত্রায় কঠিন পদার্থ তরলে পরিবর্তিত হয় তাকে কঠিনের গলনাঙ্ক বলে। স্থির তাপমাত্রায় তাপের মুক্তির সাথে তরল থেকে কঠিন পর্যায়ে বিপরীত পরিবর্তনকে হিমাঙ্ক বলে এবং যে তাপমাত্রায় তরল জমাটবদ্ধ হয়ে কঠিন হয় তাকে তার হিমাঙ্ক বলে। গলে যাওয়ার সময় তাপ শক্তি শোষিত হয় এবং স্থির তাপমাত্রায় হিমাঙ্কের সময় তা প্রত্যাখ্যান করা হয়।

গলে যাওয়ার সময় বরফের উত্তাপের বক্ররেখা

উপরের গ্রাফটি দেখুন। পুরো বরফ গলে না যাওয়া পর্যন্ত বরফের তাপমাত্রা AB অংশে 0 °C এর সমান থাকে। এই সময়ে সরবরাহ করা তাপ বরফ গলতে ব্যবহৃত হয়। এর পরে, বরফ গলে জলের তাপমাত্রা 0 °C (খ্রিস্টপূর্ব অংশ) থেকে বাড়তে শুরু করে।

বাষ্পীকরণ বা ফুটন্ত

স্থির তাপমাত্রায় তাপ শোষণের উপর তরল থেকে গ্যাস (বা বাষ্প) পর্যায়ে পরিবর্তনকে বাষ্পীভবন বলে। যে নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় বাষ্পীভবন ঘটে তাকে তরলের স্ফুটনাঙ্ক বলে। একইভাবে, একটি স্থির তাপমাত্রায় তাপের মুক্তির উপর বাষ্প থেকে তরল পর্যায়ে পরিবর্তনকে ঘনীভবন বলে এবং যে নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় ঘনীভূত হয় তাকে বাষ্পের ঘনীভবন বলে।
বাষ্পীভবনের সময় তাপ শক্তি স্থির তাপমাত্রায় শোষিত হয়, যখন পদার্থের একই ভরের জন্য সেই তাপমাত্রায় ঘনীভবনের সময় একই পরিমাণ তাপ শক্তি মুক্ত হয়।

জল গরম করার বক্ররেখা

A বিন্দুতে, পানি ঘরের তাপমাত্রায় থাকে (20°C) এবং তারপরে তাপ শক্তি শোষণের সাথে সাথে AB অংশে যেখানে এটি তরল অবস্থায় থাকে সেখানে পানির তাপমাত্রা ক্রমাগত বৃদ্ধি পায়। B বিন্দুতে ফুটন্ত শুরু হয় এবং BC অংশে তাপমাত্রা আর বাড়ে না, তাপ শক্তি ক্রমাগত শোষিত হয় এবং জলের ফুটন্তকে প্রতিনিধিত্ব করে, B হল জলের স্ফুটনাঙ্ক।

ডাল রান্নার সময় আমরা লবণ দিয়ে থাকি কেন? এটি এই সত্যের উপর ভিত্তি করে যে অমেধ্য যোগ করলে পানির স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি পায়। ডাল রান্না করার সময় আমরা লবণ যোগ করি, এইভাবে পানি ফুটানোর আগে এর বিষয়বস্তুতে পর্যাপ্ত তাপ শক্তি সরবরাহ করে এবং তাই রান্না সহজ এবং দ্রুত হয়ে যায়। সমতলের চেয়ে পাহাড়ে খাবার রান্না করতে বেশি সময় লাগে কেন? এটি এই সত্যের উপর ভিত্তি করে যে স্ফুটনাঙ্ক চাপ হ্রাসের সাথে হ্রাস পায়। পাহাড় বা পর্বতের মতো উচ্চ উচ্চতায়, বায়ুমণ্ডলীয় চাপ কম থাকে, তাই এই জায়গাগুলিতে, জল 100 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কম তাপমাত্রায় ফুটতে থাকে এবং তাই এটি রান্নার জন্য প্রয়োজনীয় তাপ শক্তি সরবরাহ করে না। তাই এই ধরনের জায়গায় রান্না করতে অনেক বেশি সময় লাগে।

সুপ্ত তাপ এবং নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ

একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় সঞ্চালিত একটি পদার্থের পর্যায় পরিবর্তনের সময় যথেষ্ট পরিমাণ তাপ শক্তি শোষিত বা মুক্ত হয়।   যেহেতু পর্যায় পরিবর্তনে শোষিত বা মুক্ত হওয়া তাপ শক্তি তাপমাত্রার কোনো বৃদ্ধি বা পতন দ্বারা বাহ্যিকভাবে প্রকাশ পায় না, তাই একে সুপ্ত তাপ বলে।
সুপ্ত তাপ, যখন পদার্থের একক ভরের জন্য প্রকাশ করা হয়, তখন তাকে নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ বলে এবং L চিহ্ন দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।

নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপের SI একক হল J kg ^-1 , অন্যান্য সাধারণ একক হল cal g ^-1 ।
1 ক্যাল গ্রাম ^-1 = 4.2 × 10 ³ জে কেজি ^-1

ফিউশনের তাপ হল তাপ শক্তি যা একটি নির্দিষ্ট ভর বা পরিমাণ তরলকে দৃঢ় করার জন্য প্রত্যাহার করতে হবে বা একটি নির্দিষ্ট ভর বা পরিমাণে কঠিনকে গলানোর জন্য যোগ করতে হবে। একে ফিউশনের সুপ্ত তাপও বলা হয়। বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপ হল যখন পদার্থ বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়, একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ তাপমাত্রায় তরল থেকে গ্যাস অবস্থায় পরিবর্তিত হয় তখন তা গ্রহণ করা বা নিঃসৃত হয়।
বরফের ফিউশনের সুনির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ হল তাপমাত্রার কোনো পরিবর্তন ছাড়াই 0 °C তাপমাত্রায় বরফের একক ভরকে 0 °C তাপমাত্রায় গলানোর জন্য প্রয়োজনীয় তাপ শক্তি। বরফ জমার সুনির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ হল তাপ শক্তি মুক্ত/মুক্ত হয় যখন 0 °C তাপমাত্রায় পানির একক ভর 0 °C তাপমাত্রায় কোনো পরিবর্তন ছাড়াই বরফে পরিণত হয়। বরফের জন্য, ফিউশনের নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ হল 336000 J kg ^-1 , যার মানে হল 0 °C তাপমাত্রায় 1 কেজি বরফ 0 °C তাপমাত্রায় জলে রূপান্তর করতে 336000 J তাপ শক্তি শোষণ করে। বাষ্পীভবনের জন্য, এটি হল তাপের পরিমাণ (540 cal g ⁻¹ ) যা 1 গ্রাম জল থেকে 1 গ্রাম জলের ধোঁয়ায় পরিবর্তিত হতে পারে। 1 গ্রাম জলের ধোঁয়া থেকে 1 গ্রাম জলের বিল্ডআপের সময় স্টেজ মুভের ক্ষেত্রে একই রকম তাপ নির্গত হয়।

গতি মডেলের ভিত্তিতে ফিউশনের সুপ্ত তাপের ব্যাখ্যা
গতিশীল মডেল অনুসারে, কঠিন অণুগুলি তাদের গড় অবস্থান সম্পর্কে কম্পন করে। একটি অণুর মোট শক্তি হল গতিশক্তি (যা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে) এর গতি এবং সম্ভাব্য শক্তির (যা অণুগুলির মধ্যে আকর্ষণ বল এবং তাদের মধ্যে বিচ্ছেদের উপর নির্ভর করে) এর সমষ্টি। যখন কঠিন তাপমাত্রার পরিবর্তন ছাড়াই তরলে পরিবর্তিত হয়, তখন অণুর গড় গতি পরিবর্তন হয় না কিন্তু অণুর মধ্যে বিচ্ছেদ গড়ে বৃদ্ধি পায়। অণুর মধ্যে আকর্ষণীয় শক্তির বিরুদ্ধে বিচ্ছেদ বাড়ানোর জন্য কিছু শক্তির প্রয়োজন হয় (অর্থাৎ, অণুর সম্ভাব্য শক্তি বৃদ্ধির জন্য)। এইভাবে গলে যাওয়ার সময় সরবরাহ করা তাপ শক্তি শুধুমাত্র অণুর সম্ভাব্য শক্তি বৃদ্ধিতে ব্যবহার করা হয় এবং তাকে গলে যাওয়ার সুপ্ত তাপ বলা হয়।

উদাহরণ

• পাহাড়ের তুষার একবারে গলে না: কারণ হল বরফের উচ্চমাত্রার সুপ্ত তাপ ফিউশন (336000 J kg ^-1 ) রয়েছে। সূর্য থেকে তাপ শক্তি পাওয়ার কারণে এটি ধীরে ধীরে পানিতে পরিবর্তিত হয়। সুপ্ত তাপ কম থাকলে সূর্যের তাপ পেয়ে অল্প সময়ের মধ্যে সমস্ত তুষার গলে যেত এবং নদীগুলিতে বন্যা হত।
• ঠান্ডা দেশগুলিতে হ্রদ এবং পুকুরের জল একবারে জমা হয় না: এর কারণ হ'ল বরফের সংমিশ্রণের নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ যথেষ্ট বেশি, যার কারণে হ্রদ এবং পুকুরের জলকে প্রচুর পরিমাণে তাপ মুক্ত করতে হবে। জমে যাওয়ার আগে চারপাশ। জলের পৃষ্ঠের উপর বরফের স্তরটি তাপের একটি দুর্বল পরিবাহী হওয়ায় হ্রদের জল থেকে তাপের ক্ষতি রোধ করবে তাই এটি একবারে জমা হয় না।
• 0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে বরফ-ঠান্ডা জলের চেয়ে এক টুকরো বরফ যোগ করলে পানীয়গুলি আরও দ্রুত ঠান্ডা হয়: এর কারণ হল 0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 1 গ্রাম বরফ 0 ডিগ্রি তাপমাত্রায় জলে গলতে পানীয় থেকে 336 J তাপ শক্তি নেয়। গ. এই পানীয়গুলি 0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 1 গ্রাম বরফ থেকে অতিরিক্ত 336 জে তাপ শক্তি মুক্ত করে, 0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 1 গ্রাম বরফ-ঠান্ডা জলের চেয়ে।

• ঘাম শীতল হওয়ার কারণ: ঘাম একটি জীবন রক্ষাকারী শারীরিক ফাংশন যা আপনার শরীরের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণে সাহায্য করে। যখন আবহাওয়া গরম হয় বা ব্যায়াম বা জ্বরের কারণে আপনার শরীরের তাপমাত্রা বেড়ে যায়, তখন আপনার ত্বকের নালীগুলির মাধ্যমে ঘাম নির্গত হয়। এতে 90% জল রয়েছে। আপনার শরীরে উপস্থিত ঘামের ফোঁটা শরীরের তাপকে তরল থেকে বাষ্পে রূপান্তরের জন্য ব্যবহার করে। এটি একটি শীতল প্রভাব তৈরি করে যা শরীরের তাপমাত্রা বজায় রাখতে সাহায্য করে এবং শরীরকে শীতল করে।
• একটি পাত্রের ঢাকনা খোলার সময় সর্বদা সতর্কতা অবলম্বন করুন যখন এটিতে জল ফুটতে থাকে: জলের বাষ্পীকরণের একটি বড় নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ থাকে। যখন বাষ্প আপনার বাহুর ত্বকে ঘনীভূত হয়, তখন খুব বেশি পরিমাণে সুপ্ত তাপ নির্গত হয়, যা গুরুতর পোড়ার কারণ হয়।

প্রশ্ন 1: 10 কেজি বরফ গলাতে কত তাপ শক্তি প্রয়োজন? (বরফের নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ = 336 J g ^-1 )
সমাধান: m = 10 kg, L = 336 J g ^-1
প্রয়োজনীয় তাপ শক্তি = mL = 10000 × 336 = 3360000 J

প্রশ্ন 2: 250 গ্রাম পানির তাপমাত্রা 40 ডিগ্রি সেলসিয়াসে বরফ যোগ করে 0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে নামিয়ে আনা হয়। যোগ করা বরফের ভর খুঁজুন। (নির্দিষ্ট সুপ্ত তাপ বরফ হল 336 J g ^-1 এবং জলের নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা হল 4.2 J g ^-1 K ^-1 )
সমাধান: জল দ্বারা হারিয়ে যাওয়া তাপ শক্তি = বরফ দ্বারা অর্জিত তাপ শক্তি
তাপমাত্রার পতন হল 40 − 0 = 40 °C।
জল দ্বারা তাপ হারিয়ে = m⋅c⋅Δt = 250 × 4.2 × 40 = 42000 J
বরফ দ্বারা অর্জিত তাপ = 42000 = বরফের ভর × 336 ⇒ বরফের ভর = 42000 ∕ 336 = 125 গ্রাম

প্রশ্ন 3: 10125J তাপ শক্তি 4.5 গ্রাম জল 100°c তাপমাত্রায় ফুটিয়ে 100°c তাপমাত্রায় বাষ্প করে, SI ইউনিটে বাষ্পের সুপ্ত তাপ খুঁজুন।
সমাধান: বাষ্পের সুপ্ত তাপ L = 10125 J ∕ (4.5 × 10 ^-3 ) kg = 2250 × 10 ³ J∕kg