তাপমাত্রা, চাপ ও সান্দ্রতা (Temperature, Pressure, and Viscosity)

পরিচিতি (Introduction)

প্রিয় শিক্ষার্থীরা, আজ আমরা তাপমাত্রা, চাপ, এবং সান্দ্রতা সম্পর্কে আলোচনা করব। এই বিষয়গুলি পদার্থবিজ্ঞানে খুবই গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এগুলো প্রবাহী পদার্থের বিভিন্ন ধর্ম ব্যাখ্যা করে।

(Dear students, today we will discuss temperature, pressure, and viscosity. These topics are very important in physics because they explain various properties of fluid materials.)

তাপমাত্রা (Temperature)

তাপমাত্রা হল একটি পদার্থের উষ্ণতার পরিমাপ। এটি একটি স্কেল বা ডিগ্রি দিয়ে প্রকাশ করা হয়, যেমন সেলসিয়াস, ফারেনহাইট, বা কেলভিন।

(Temperature is a measure of the warmth or coldness of a substance. It is expressed in units or degrees, such as Celsius, Fahrenheit, or Kelvin.)

তাপমাত্রার প্রভাব (Effects of Temperature)

তাপমাত্রা পদার্থের বিভিন্ন ধর্মে প্রভাব ফেলে, যেমন:

(Temperature affects various properties of substances, such as:)

1. প্রসারণ (Expansion): তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে পদার্থ প্রসারিত হয়। (Expansion: Substances expand when the temperature increases.)

2. চলাচল ক্ষমতা (Mobility): তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে অণুর চলাচল ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়। (Mobility: The mobility of molecules increases with a rise in temperature.)

3. রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া (Chemical Reactions): তাপমাত্রা বৃদ্ধি রাসায়নিক প্রতিক্রিয়ার গতি বাড়ায়। (Chemical Reactions: Higher temperatures increase the rate of chemical reactions.)

চাপ (Pressure)

চাপ হল বস্তুর উপর ক্রিয়াশীল বলের পরিমাপ। এটি বস্তুর পৃষ্ঠের উপর একক ক্ষেত্রফলে ক্রিয়াশীল বল দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং এটি প্যাসকেল (Pa) বা বায়ুমণ্ডল (atm) দ্বারা পরিমাপ করা হয়।

(Pressure is a measure of the force exerted on a substance. It is determined by the force acting per unit area on the surface of the substance and is measured in Pascals (Pa) or atmospheres (atm).)

চাপের প্রভাব (Effects of Pressure)

চাপ পদার্থের বিভিন্ন ধর্মে প্রভাব ফেলে, যেমন:

(Pressure affects various properties of substances, such as:)

1. ঘনত্ব (Density): চাপ বৃদ্ধির সাথে সাথে বস্তুর ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়। (Density: The density of a substance increases with an increase in pressure.)

2. প্রসারণ ও সংকোচন (Expansion and Contraction): চাপ বৃদ্ধির ফলে পদার্থ সংকুচিত হয় এবং চাপ হ্রাসের ফলে প্রসারিত হয়। (Expansion and Contraction: Substances contract under increased pressure and expand when pressure decreases.)

3. ফেজ পরিবর্তন (Phase Change): চাপের পরিবর্তন বস্তুর ফেজ পরিবর্তন করতে পারে, যেমন তরল থেকে কঠিন। (Phase Change: Changes in pressure can cause phase changes in substances, such as from liquid to solid.)

সান্দ্রতা (Viscosity)

সান্দ্রতা হল একটি প্রবাহী পদার্থের অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের পরিমাপ, যা তার প্রবাহের বিপরীতে কাজ করে। সান্দ্রতা প্রবাহীর প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং তরলের ঘনত্বের সাথে সম্পর্কিত।

(Viscosity is a measure of a fluid’s internal resistance to flow. It is related to the fluid’s resistance to deformation and the thickness of the liquid.)

সান্দ্রতার প্রভাব (Effects of Viscosity)

সান্দ্রতা প্রবাহীর বিভিন্ন ধর্মে প্রভাব ফেলে, যেমন:

(Viscosity affects various properties of fluids, such as:)

1. প্রবাহ গতি (Flow Rate): সান্দ্রতা বৃদ্ধি পেলে প্রবাহ গতি হ্রাস পায়। (Flow Rate: Higher viscosity reduces the flow rate of the fluid.)

2. প্রবাহ ধরণ (Flow Pattern): সান্দ্রতা প্রবাহ ধরণ পরিবর্তন করতে পারে, যেমন ল্যামিনার থেকে টার্বুলেন্ট। (Flow Pattern: Viscosity can change the flow pattern, such as from laminar to turbulent.)

3. তাপমাত্রা ও চাপের প্রভাব (Effect of Temperature and Pressure): সান্দ্রতা তাপমাত্রা এবং চাপের উপর নির্ভরশীল। (Effect of Temperature and Pressure: Viscosity depends on temperature and pressure.)

তাপমাত্রা, চাপ ও সান্দ্রতার পারস্পরিক সম্পর্ক (Interrelationship between Temperature, Pressure, and Viscosity)

তাপমাত্রা, চাপ, এবং সান্দ্রতা একে অপরের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। তাদের পারস্পরিক প্রভাবগুলি ব্যাখ্যা করা হল:

(Temperature, pressure, and viscosity are closely related. Their mutual effects are explained below:)

1. তাপমাত্রা ও সান্দ্রতা (Temperature and Viscosity): তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে অধিকাংশ তরলের সান্দ্রতা হ্রাস পায়, কারণ উচ্চ তাপমাত্রায় অণুর চলাচল ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়। (Temperature and Viscosity: The viscosity of most liquids decreases with an increase in temperature because the molecular mobility increases at higher temperatures.)

2. চাপ ও সান্দ্রতা (Pressure and Viscosity): চাপ বৃদ্ধির সাথে সাথে সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়, কারণ অণুগুলির মধ্যে ঘর্ষণ বৃদ্ধি পায়। (Pressure and Viscosity: The viscosity increases with an increase in pressure because the friction between molecules increases.)

3. তাপমাত্রা ও চাপের প্রভাব (Effect of Temperature and Pressure): নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, যেমন গ্যাসের ক্ষেত্রে, তাপমাত্রা এবং চাপের পরিবর্তন সান্দ্রতার মধ্যে বিপরীত প্রভাব ফেলতে পারে। (Effect of Temperature and Pressure: Under certain conditions, such as with gases, changes in temperature and pressure can have opposite effects on viscosity.)

উদাহরণ (Example)

ধরা যাক, একটি তরলের সান্দ্রতা নির্ণয় করতে হবে। একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় 1 Pa·s এবং নির্দিষ্ট চাপ 2 Pa এ তরলের সান্দ্রতা 0.5 Pa·s। যদি তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় এবং চাপ অপরিবর্তিত থাকে, তাহলে সান্দ্রতা হ্রাস পাবে।

(Consider a liquid whose viscosity needs to be determined. At a certain temperature, it has a viscosity of 1 Pa·s, and at a certain pressure of 2 Pa, its viscosity is 0.5 Pa·s. If the temperature increases and the pressure remains constant, the viscosity will decrease.)

তরল ও বায়বীয় পদার্থের সান্দ্রতার উপর তাপমাত্রা ও চাপ উভয়ের প্রভাবে ভিন্নতা রয়েছে। তাই আমরা তরল ও গ্যাসের জন্য তাপমাত্রার প্রভাব বা চাপের প্রভাব পৃথক পৃথকভাবে আলোচনা করব।

সান্দ্রতার উপর তাপমাত্রার প্রভাব

(ক) তরলের সান্দ্রতা : বিভিন্ন পরীক্ষা থেকে তরলের সান্দ্রতার উপর তাপমাত্রার প্রভাব পাওয়া যায়। দেখা গেছে যে, 10°C তাপমাত্রায় পানির সান্দ্রতা সহগের যে মান পাওয়া যায়, 80°C তাপমাত্রায় সে মান হয় এক-তৃতীয়াংশ। কিন্তু তরলের সান্দ্রতা সহগের সাথে তাপমাত্রার সম্পর্কে কোনো সঠিক সূত্র পাওয়া যায়নি। বিভিন্ন বিজ্ঞানী বিভিন্ন সূত্র দিয়েছেন। তাপমাত্রার সাথে সান্দ্রতা সহগের সম্পর্কসূচক একটি সমীকরণ হলো :

$\log \eta =A+\frac{B}{T}$

এখানে  η হলো তরলের সান্দ্রতা সহগ, T তরলের কেলভিন তাপমাত্রা এবং A ও B ধ্রুবক।

(খ) গ্যাসের সান্দ্রতা : 

তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে গ্যাসের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। গ্যাসের সান্দ্রতা সহগ তার কেলভিন তাপমাত্রার বর্গমূলের সমানুপাতিক ।

 :- $\eta \propto \sqrt{T}$  (7.21)

তাপমাত্রা বৃদ্ধি : তরল ও গ্যাসের সান্দ্রতা হ্রাস বৃদ্ধির বৈপরীত্য আমরা জানি যে, তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে তরলের সান্দ্রতা হ্রাস পায়। 10° C তাপমাত্রায় পানির যে সান্দ্রতা 80° C

তাপমাত্রায় তা কমে এক-তৃতীয়াংশ হয়ে যায়; কিন্তু অপরদিকে তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে গ্যাসের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। কেন এই বৈপরীত্য ?

আমরা জানি যে, তরল ও গ্যাস উভয়ই অণু দিয়ে গড়া। আণবিক তত্ত্ব থেকে আমরা তাই তরল ও গ্যাসের সান্দ্রতা বৃদ্ধি ও হ্রাসের বৈপরীত্য ব্যাখ্যা করতে পারি। তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে তরলের অণুগুলো তাপ থেকে শক্তি গ্রহণ করে বেশি শক্তি পায় এবং এদের গতি বেড়ে যায়। এতে অণুগুলোর গড় মুক্ত পথ বৃদ্ধি পায় ফলে এদের মধ্যে ঘর্ষণ কম হয়। গড় মুক্ত পথ বৃদ্ধির ফলে তরলের স্তরের আপেক্ষিক বাধা কমে যায়। ফলে তরলের সান্দ্রতা হ্রাস পায় ।

অপরদিকে গ্যাসের অণুগুলো থাকে তরলের তুলনায় অনেক আলগাভাবে বাঁধা। এরা সব সময় এলোমেলো গতিতে থাকে । তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে এদের ইতস্তত গতি অত্যন্ত বেড়ে যায়। ধীর গতির স্তরের কিছু অণু দ্রুত গতির স্তরে যায়। ফলে দ্রুতগতি স্তরের অণুগুলোর গড় দ্রুতি হ্রাস পায়। আবার এই ইতস্তত গতির ফলে দ্রুত গতি স্তরের কিছু অণু ধীর গতির স্তরে চলে যায়। এতে ধীর গতি স্তরের অণুগুলোর গড় দ্রুতি বৃদ্ধি পায়। এর ফলে দুই স্তরের মধ্যকার আপেক্ষিক গতি হ্রাস পায় তথা সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়।

সান্দ্রতার উপর চাপের প্রভাব

(ক) তরলের সান্দ্রতা : চাপ বৃদ্ধির সাথে তরলের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। খনিজ তেলের ক্ষেত্রে সান্দ্রতার উপর চাপের প্রভাব খুবই লক্ষ্যণীয়।

(খ) গ্যাসের সান্দ্রতা : বিজ্ঞানী ম্যাক্সওয়েল গ্যাসের গতিতত্ত্বের উপর ভিত্তি করে বলেন যে, গ্যাসের সান্দ্রতার উপর চাপের কোনো প্রভাব নেই এবং একথা চাপের বিস্তৃত পাল্লার ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। তবে নিম্নচাপের ক্ষেত্রে এর কিছুটা ব্যতিক্রম লক্ষ্য করা যায়।