“এয়া একমাত্ৰ বিশ্বজনীন বিষয়বস্তুৰ ভৌতিক তত্ত্ব যিটোৰ মৌলিক ধাৰণাসমূহৰ প্ৰযোজ্যতাৰ চৌহদৰ ভিতৰত ই কেতিয়াও উৎখাত নহ’ব বুলি মই নিশ্চিত।”

আলবাৰ্ট আইনষ্টাইন

ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়াৰ সময়ত মিথেন, ৰান্ধনি গেছ বা কয়লা আদি ইন্ধনে বায়ুত জ্বলি থাকোঁতে অণুসমূহে সঞ্চয় কৰা ৰাসায়নিক শক্তি তাপ হিচাপে মুক্ত হ’ব পাৰে। ইঞ্জিনত ইন্ধন জ্বলিলে ৰাসায়নিক শক্তিক যান্ত্ৰিক কাম কৰিবলৈও ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰি বা শুকান কোষৰ দৰে গেলভেনিক কোষৰ মাজেৰে বিদ্যুৎ শক্তি প্ৰদান কৰিবলৈও ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰি। এনেদৰে, শক্তিৰ বিভিন্ন ৰূপ পৰস্পৰৰ সৈতে সম্পৰ্কিত আৰু নিৰ্দিষ্ট অৱস্থাত, এইবোৰ এটা ৰূপৰ পৰা আন এটা ৰূপলৈ ৰূপান্তৰিত হ’ব পাৰে। এই শক্তি ৰূপান্তৰৰ অধ্যয়নেই তাপগতিবিজ্ঞানৰ বিষয়বস্তু। তাপগতিবিজ্ঞানৰ সূত্ৰসমূহে অণুৰ সংখ্যা কম থকা অণুবীক্ষণিক ব্যৱস্থাতকৈ বহু সংখ্যক অণু জড়িত হোৱা বৃহদাকাৰ ব্যৱস্থাসমূহৰ শক্তি পৰিৱৰ্তনৰ সৈতে সম্পৰ্কিত। তাপগতিবিজ্ঞানে এই শক্তি ৰূপান্তৰসমূহ কেনেদৰে আৰু কি হাৰেৰে সম্পাদন কৰা হয় তাৰ বিষয়ে চিন্তা নকৰে, কিন্তু পৰিৱৰ্তনৰ মাজেৰে যোৱা ব্যৱস্থাৰ আৰম্ভণি আৰু অন্তিম অৱস্থাৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি গঢ় লৈ উঠে। তাপগতিবিজ্ঞানৰ সূত্ৰসমূহ কেৱল তেতিয়াহে প্ৰযোজ্য হয় যেতিয়া ব্যৱস্থাটো সমতাত থাকে বা এটা সমতা অৱস্থাৰ পৰা আন এটা সমতা অৱস্থালৈ যায়। সমতা অৱস্থাত থকা ব্যৱস্থা এটাৰ বাবে চাপ আৰু উষ্ণতাৰ দৰে বৃহদাকাৰ ধৰ্মসমূহ সময়ৰ সৈতে সলনি নহয়। এই এককটোত, আমি তাপগতিবিজ্ঞানৰ মাজেৰে কিছুমান গুৰুত্বপূৰ্ণ প্ৰশ্নৰ উত্তৰ দিব বিচাৰো, যেনে:

ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়া/প্ৰক্ৰিয়া এটাত জড়িত শক্তি পৰিৱৰ্তন কেনেদৰে নিৰ্ধাৰণ কৰো? ই সংঘটিত হ’ব নে নহয়?

ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়া/প্ৰক্ৰিয়া এটাক কিৰে চালিত কৰে?

ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়াসমূহ কিমান দূৰলৈকে আগবাঢ়ে?

৬.১ তাপগতিবিজ্ঞানৰ পৰিভাষা

আমি ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়া আৰু সেইবোৰৰ লগত সংঘটিত হোৱা শক্তি পৰিৱৰ্তনত আগ্ৰহী। ইয়াৰ বাবে আমি কিছুমান নিৰ্দিষ্ট তাপগতিবিজ্ঞানৰ পৰিভাষা জানিব লাগিব। এইবোৰ তলত আলোচনা কৰা হৈছে।

৬.১.১ ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশ

তাপগতিবিজ্ঞানত ব্যৱস্থাই বিশ্বৰ সেই অংশক সূচায় য’ত পৰ্যবেক্ষণ কৰা হয় আৰু বাকী বিশ্বই পৰিবেশ গঠন কৰে। পৰিবেশত ব্যৱস্থাৰ বাহিৰে সকলো সামগ্ৰী অন্তৰ্ভুক্ত থাকে। ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশ একেলগে বিশ্ব গঠন কৰে।

বিশ্ব $=$ ব্যৱস্থা + পৰিবেশ

অৱশ্যে, ব্যৱস্থাত সংঘটিত হোৱা পৰিৱৰ্তনৰ দ্বাৰা ব্যৱস্থাৰ বাহিৰৰ সমগ্ৰ বিশ্ব প্ৰভাৱিত নহয়। সেয়েহে, সকলো ব্যৱহাৰিক উদ্দেশ্যৰ বাবে, পৰিবেশ হৈছে বাকী বিশ্বৰ সেই অংশ যিয়ে ব্যৱস্থাৰ সৈতে আন্তঃক্ৰিয়া কৰিব পাৰে। সাধাৰণতে, ব্যৱস্থাৰ চৌপাশৰ স্থানৰ অঞ্চলটোৱে ইয়াৰ পৰিবেশ গঠন কৰে।

উদাহৰণস্বৰূপে, যদি আমি বীকাৰত ৰখা A আৰু B নামৰ দুটা পদাৰ্থৰ মাজৰ বিক্ৰিয়া অধ্যয়ন কৰিছো, বিক্ৰিয়া মিশ্ৰণ ধৰি ৰখা বীকাৰটো হৈছে ব্যৱস্থা আৰু বীকাৰটো ৰখা কোঠাটো হৈছে পৰিবেশ (চিত্ৰ ৬.১)।

চিত্ৰ ৬.১ ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশ

মন কৰক যে ব্যৱস্থাক ভৌতিক সীমাৰ দ্বাৰা সংজ্ঞায়িত কৰিব পাৰি, যেনে বীকাৰ বা পৰীক্ষা নলী, বা ব্যৱস্থাক কেৱল স্থানৰ এটা নিৰ্দিষ্ট আয়তন নিৰ্দিষ্ট কৰা কাৰ্টেছিয়ান স্থানাংকৰ এটা ছেটৰ দ্বাৰা সংজ্ঞায়িত কৰিব পাৰি। ব্যৱস্থাক কিছুমান ধৰণৰ দেৱালৰ দ্বাৰা পৰিবেশৰ পৰা পৃথক কৰি চিন্তা কৰাটো প্ৰয়োজনীয় যিটো বাস্তৱ বা কাল্পনিক হ’ব পাৰে। ব্যৱস্থাক পৰিবেশৰ পৰা পৃথক কৰা দেৱালটোক সীমা বুলি কোৱা হয়। ইয়াক ব্যৱস্থাত বা ব্যৱস্থাৰ পৰা পদাৰ্থ আৰু শক্তিৰ সকলো চলাচল নিয়ন্ত্ৰণ আৰু ট্ৰেক ৰাখিবলৈ ডিজাইন কৰা হৈছে।

৬.১.২ ব্যৱস্থাৰ প্ৰকাৰসমূহ

আমি, ব্যৱস্থাত বা ব্যৱস্থাৰ পৰা পদাৰ্থ আৰু শক্তিৰ চলাচলৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি ব্যৱস্থাসমূহক শ্ৰেণীবদ্ধ কৰো।

১. মুক্ত ব্যৱস্থা

মুক্ত ব্যৱস্থাত, ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশৰ মাজত শক্তি আৰু পদাৰ্থৰ বিনিময় হয় [চিত্ৰ ৬.২ (ক)]। মুক্ত বীকাৰত বিক্ৰিয়কৰ উপস্থিতি মুক্ত ব্যৱস্থাৰ এটা উদাহৰণ[^0]। ইয়াত সীমা হৈছে বীকাৰ আৰু বিক্ৰিয়কসমূহক আৱৰি ৰখা কাল্পনিক পৃষ্ঠ।

২. বন্ধ ব্যৱস্থা

বন্ধ ব্যৱস্থাত, পদাৰ্থৰ বিনিময় নহয়, কিন্তু ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশৰ মাজত শক্তিৰ বিনিময় সম্ভৱ [চিত্ৰ ৬.২ (খ)]। পৰিবাহী পদাৰ্থৰে তৈয়াৰী বন্ধ পাত্রত বিক্ৰিয়কৰ উপস্থিতি, যেনে, তাম বা ইটা, বন্ধ ব্যৱস্থাৰ এটা উদাহৰণ।

চিত্ৰ ৬.২ মুক্ত, বন্ধ আৰু বিচ্ছিন্ন ব্যৱস্থা।

৩. বিচ্ছিন্ন ব্যৱস্থা

বিচ্ছিন্ন ব্যৱস্থাত, ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশৰ মাজত শক্তি বা পদাৰ্থৰ বিনিময় নহয় [চিত্ৰ ৬.২ (গ)]। থাৰ্ম’ছ ফ্লাস্ক বা অন্য কোনো বন্ধ অন্তৰ্ধান পাত্রত বিক্ৰিয়কৰ উপস্থিতি বিচ্ছিন্ন ব্যৱস্থাৰ এটা উদাহৰণ।

৬.১.৩ ব্যৱস্থাৰ অৱস্থা

ব্যৱস্থাটো ইয়াৰ চাপ $(p)$, আয়তন $(V)$, আৰু উষ্ণতা $(T)$ৰ লগতে ব্যৱস্থাৰ গঠনৰ দৰে প্ৰতিটো ধৰ্ম পৰিমাণগতভাৱে নিৰ্দিষ্ট কৰি বৰ্ণনা কৰিব লাগিব। আমি পৰিৱৰ্তনৰ আগতে আৰু পিছত ব্যৱস্থাক নিৰ্দিষ্ট কৰি বৰ্ণনা কৰিব লাগিব। আপুনি আপোনাৰ পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ পাঠ্যক্ৰমৰ পৰা মনত পেলাব পাৰে যে, বলবিজ্ঞানত ব্যৱস্থাৰ অৱস্থা এটা নিৰ্দিষ্ট সময়ত, ব্যৱস্থাৰ প্ৰতিটো ভৰ বিন্দুৰ স্থান আৰু বেগৰ দ্বাৰা সম্পূৰ্ণৰূপে নিৰ্দিষ্ট কৰা হয়। তাপগতিবিজ্ঞানত, ব্যৱস্থাৰ অৱস্থাৰ এটা ভিন্ন আৰু বহুত সৰল ধাৰণা প্ৰৱৰ্তন কৰা হয়। ইয়াক প্ৰতিটো কণাৰ গতিৰ বিশদ জ্ঞানৰ প্ৰয়োজন নাই কাৰণ, আমি ব্যৱস্থাৰ গড় জোখযোগ্য ধৰ্মসমূহৰ সৈতে ব্যৱহাৰ কৰো। আমি অৱস্থা ফলন বা অৱস্থা চলকৰ দ্বাৰা ব্যৱস্থাৰ অৱস্থা নিৰ্দিষ্ট কৰো।

তাপগতিবিজ্ঞানৰ ব্যৱস্থাৰ অৱস্থা ইয়াৰ জোখযোগ্য বা বৃহদাকাৰ (গোট) ধৰ্মৰ দ্বাৰা বৰ্ণনা কৰা হয়। আমি গেছ এটাৰ অৱস্থা ইয়াৰ চাপ ( $p$ ), আয়তন $(V)$, উষ্ণতা ( $T$ ), পৰিমাণ ( $n$ ) আদি উল্লেখ কৰি বৰ্ণনা কৰিব পাৰো। $p, V, T$ৰ দৰে চলকসমূহক অৱস্থা চলক বা অৱস্থা ফলন বুলি কোৱা হয় কাৰণ ইহঁতৰ মান কেৱল ব্যৱস্থাৰ অৱস্থাৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে আৰু ই কেনেদৰে উপনীত হয় তাৰ ওপৰত নহয়। ব্যৱস্থাৰ অৱস্থা সম্পূৰ্ণৰূপে সংজ্ঞায়িত কৰিবলৈ ব্যৱস্থাৰ সকলো ধৰ্ম সংজ্ঞায়িত কৰাটো প্ৰয়োজনীয় নহয়; কাৰণ কেৱল নিৰ্দিষ্ট সংখ্যক ধৰ্ম স্বাধীনভাৱে পৰিৱৰ্তন কৰিব পাৰি। এই সংখ্যাটো ব্যৱস্থাৰ প্ৰকৃতিত নিৰ্ভৰ কৰে। এই নূন্যতম সংখ্যক বৃহদাকাৰ ধৰ্মসমূহ স্থিৰ হোৱাৰ পিছত, আনবোৰৰ স্বয়ংক্ৰিয়ভাৱে নিৰ্দিষ্ট মান থাকে। পৰিবেশৰ অৱস্থা সম্পূৰ্ণৰূপে নিৰ্দিষ্ট কৰিব নোৱাৰি; সৌভাগ্যক্ৰমে ইয়াক কৰাটো প্ৰয়োজনীয় নহয়।

৬.১.৪ অৱস্থা ফলন হিচাপে অন্তৰ্নিহিত শক্তি

যেতিয়া আমি আমাৰ ৰাসায়নিক ব্যৱস্থাই শক্তি হেৰুওৱা বা লাভ কৰাৰ বিষয়ে কথা পাতো, তেতিয়া আমি এটা ৰাশি প্ৰৱৰ্তন কৰিব লাগিব যিয়ে ব্যৱস্থাৰ মুঠ শক্তি প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। ই ৰাসায়নিক, বৈদ্যুতিক, যান্ত্ৰিক বা আপুনি ভাবিব পৰা অন্য যিকোনো ধৰণৰ শক্তি হ’ব পাৰে, এইবোৰৰ যোগফল হৈছে ব্যৱস্থাৰ শক্তি। তাপগতিবিজ্ঞানত, আমি ইয়াক অন্তৰ্নিহিত শক্তি, $U$ বুলি কওঁ, যি পৰিৱৰ্তন হ’ব পাৰে, যেতিয়া

• তাপ ব্যৱস্থাত সোমায় বা ওলাই যায়,
• ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কাম কৰা হয় বা ব্যৱস্থাৰ দ্বাৰা কাম কৰা হয়,
• পদাৰ্থ ব্যৱস্থাত প্ৰৱেশ কৰে বা এৰি যায়।

এই ব্যৱস্থাসমূহ অনুসৰি শ্ৰেণীবদ্ধ কৰা হয় যিটো আপুনি ইতিমধ্যে ৫.১.২ শিতানত অধ্যয়ন কৰিছে।

(ক) কাম

প্ৰথমে কাম কৰি অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন পৰীক্ষা কৰো আহক। আমি থাৰ্ম’ছ ফ্লাস্ক বা অন্তৰ্ধান বীকাৰত কিছু পৰিমাণৰ পানী থকা ব্যৱস্থা এটা লওঁ। ই ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশৰ মাজত ইয়াৰ সীমাৰ মাজেৰে তাপৰ বিনিময়ক অনুমতি নিদিব আৰু আমি এই ধৰণৰ ব্যৱস্থাক এডিয়াবেটিক বুলি কওঁ। এনে ব্যৱস্থাৰ অৱস্থা সলনি কৰা পদ্ধতিক এডিয়াবেটিক প্ৰক্ৰিয়া বুলি কোৱা হ’ব। এডিয়াবেটিক প্ৰক্ৰিয়া হৈছে এনে প্ৰক্ৰিয়া য’ত ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশৰ মাজত তাপ স্থানান্তৰ নহয়। ইয়াত, ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশক পৃথক কৰা দেৱালটোক এডিয়াবেটিক দেৱাল বুলি কোৱা হয় (চিত্ৰ ৬.৩)।

চিত্ৰ ৬.৩ এটা এডিয়াবেটিক ব্যৱস্থা যিয়ে ইয়াৰ সীমাৰ মাজেৰে তাপ স্থানান্তৰক অনুমতি নিদিয়ে

ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কিছু কাম কৰি ইয়াৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন আনো আহক। ব্যৱস্থাৰ আৰম্ভণিৰ অৱস্থাক অৱস্থা $\mathrm{A}$ আৰু ইয়াৰ উষ্ণতা $T_{\mathrm{A}}$ বুলি কওঁ আহক। A অৱস্থাত ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তিক $U_{\mathrm{A}}$ বুলি কওঁ আহক। আমি দুটা ভিন্ন ধৰণেৰে ব্যৱস্থাৰ অৱস্থা সলনি কৰিব পাৰো।

এটা ধৰণ: আমি কিছু যান্ত্ৰিক কাম কৰো, ধৰা লওঁ $1 \mathrm{~kJ}$, সৰু পেডেলৰ এটা ছেট ঘূৰাই আৰু তেনেদৰে পানী মথি। নতুন অৱস্থাক $B$ অৱস্থা আৰু ইয়াৰ উষ্ণতা, $T_{\mathrm{B}}$ বুলি কওঁ আহক। দেখা যায় যে $T_{\mathrm{B}}>T_{\mathrm{A}}$ আৰু উষ্ণতাৰ পৰিৱৰ্তন, $\Delta T=T_{\mathrm{B}}-T_{\mathrm{A}}$। $\mathrm{B}$ অৱস্থাত ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তিক $U_{\mathrm{B}}$ আৰু অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন, $\Delta U=U_{\mathrm{B}}-U_{\mathrm{A}}$ বুলি কওঁ আহক।

দ্বিতীয় ধৰণ: আমি এতিয়া সমান পৰিমাণৰ (অৰ্থাৎ, $1 \mathrm{~kJ}$ ) বিদ্যুৎ কাম এটা ইমাৰ্চন ৰডৰ সহায়ত কৰো আৰু উষ্ণতা পৰিৱৰ্তন টোকা কৰো। আমি দেখো যে উষ্ণতাৰ পৰিৱৰ্তন আগৰ ক্ষেত্ৰৰ দৰেই, ধৰা লওঁ, $T_{\mathrm{B}}-T_{\mathrm{A}}$।

বাস্তৱত, ওপৰৰ ধৰণৰ পৰীক্ষাসমূহ জে. পি. জুলে ১৮৪০-৫০ৰ মাজত কৰিছিল আৰু তেওঁ দেখুৱাবলৈ সক্ষম হৈছিল যে ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কৰা কামৰ এটা নিৰ্দিষ্ট পৰিমাণ, ই কেনেদৰে কৰা নহওক কিয় (পথৰ পৰা স্বতন্ত্ৰভাৱে), একে অৱস্থা পৰিৱৰ্তন উৎপন্ন কৰিছিল, ব্যৱস্থাৰ উষ্ণতাৰ পৰিৱৰ্তনৰ দ্বাৰা জোখা হৈছিল।

সেয়েহে, এটা ৰাশি, অন্তৰ্নিহিত শক্তি $U$, সংজ্ঞায়িত কৰাটো উপযুক্ত যেন লাগে, যাৰ মান ব্যৱস্থাৰ অৱস্থাৰ বৈশিষ্ট্যপূৰ্ণ, য’ত এডিয়াবেটিক কাম, $\mathrm{w_\text {ad }}$ অৱস্থা পৰিৱৰ্তন আনিবলৈ প্ৰয়োজনীয়, $U$ৰ এটা অৱস্থাত থকা মান আৰু আন এটা অৱস্থাত থকা মানৰ মাজৰ পাৰ্থক্যৰ সৈতে সমান, $\Delta U$ অৰ্থাৎ,

$$ \Delta U=U_{2}-U_{1}=\mathrm{w_\mathrm{ad}} $$

সেয়েহে, অন্তৰ্নিহিত শক্তি, $U$, ব্যৱস্থাৰ এটা অৱস্থা ফলন।

ৰাসায়নিক তাপগতিবিজ্ঞানত IUPACৰ নিয়ম অনুসৰি। ধনাত্মক চিহ্নই প্ৰকাশ কৰে যে $w_{ad}$ ধনাত্মক হয় যেতিয়া ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কাম কৰা হয় আৰু ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তি বৃদ্ধি পায়। একেদৰে, যদি ব্যৱস্থাৰ দ্বাৰা কাম কৰা হয়, $w_{ad}$ ঋণাত্মক হ’ব কাৰণ ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তি হ্ৰাস পায়।

আপুনি আন কিছুমান চিনাকি অৱস্থা ফলনৰ নাম দিব পাৰেনে? আন কিছুমান চিনাকি অৱস্থা ফলন হৈছে $V, p$, আৰু $T$। উদাহৰণস্বৰূপে, যদি আমি ব্যৱস্থাৰ উষ্ণতা $25^{\circ} \mathrm{C}$ৰ পৰা $35^{\circ} \mathrm{C}$লৈ পৰিৱৰ্তন কৰো, উষ্ণতাৰ পৰিৱৰ্তন হৈছে $35^{\circ} \mathrm{C}-25^{\circ} \mathrm{C}=+10^{\circ} \mathrm{C}$, আমি পোনে পোনে $35^{\circ} \mathrm{C}$লৈ যাওঁ নে আমি ব্যৱস্থাক কেইটামান ডিগ্ৰী শীতল কৰো, তাৰ পিছত ব্যৱস্থাক অন্তিম উষ্ণতালৈ লৈ যাওঁ। এনেদৰে, $T$ এটা অৱস্থা ফলন আৰু উষ্ণতাৰ পৰিৱৰ্তন লোৱা পথৰ ওপৰত নিৰ্ভৰশীল নহয়। উদাহৰণস্বৰূপে, পুখুৰী এটাৰ পানীৰ আয়তন এটা অৱস্থা ফলন, কাৰণ ইয়াৰ পানীৰ আয়তনৰ পৰিৱৰ্তন পানী কেনেদৰে পুখুৰীত ভৰোৱা হয় তাৰ ওপৰত নিৰ্ভৰশীল নহয়, বৰষুণৰ দ্বাৰা নে টিউবৱেলৰ দ্বাৰা নে দুয়োটাৰে দ্বাৰা।

(খ) তাপ

আমি কামৰ ব্যয় নকৰাকৈ পৰিবেশৰ পৰা ব্যৱস্থালৈ বা ব্যৱস্থাৰ পৰা পৰিবেশলৈ তাপ স্থানান্তৰ কৰি ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তি সলনি কৰিব পাৰো। শক্তিৰ এই বিনিময়, যি উষ্ণতাৰ পাৰ্থক্যৰ ফল, তাক তাপ, $q$ বুলি কোৱা হয়। আহক আমি উষ্ণতাৰ একে পৰিৱৰ্তন (আগৰ দৰে একে আৰম্ভণি আৰু অন্তিম অৱস্থা ৫.১ .৪ (ক) শিতানত) এডিয়াবেটিক দেৱালৰ সলনি তাপীয়ভাৱে পৰিবাহী দেৱালৰ মাজেৰে তাপ স্থানান্তৰ কৰি আনিবলৈ বিবেচনা কৰো (চিত্ৰ ৬.৪)।

চিত্ৰ ৬.৪ এটা ব্যৱস্থা যিয়ে ইয়াৰ সীমাৰ মাজেৰে তাপ স্থানান্তৰক অনুমতি দিয়ে।

আমি উষ্ণতা, $T_{\mathrm{A}}$ত পানী তামৰ দৰে পৰিবাহী দেৱালেৰে তৈয়াৰী পাত্র এটাত লওঁ আৰু ইয়াক উষ্ণতা, $T_{\mathrm{B}}$ত থকা বিশাল তাপ ভাণ্ডাৰত আবদ্ধ কৰো। ব্যৱস্থাই (পানীয়ে) শোষণ কৰা তাপ, $q$ উষ্ণতা পাৰ্থক্য, $T_{\mathrm{B}}-T_{\mathrm{A}}$ৰ দ্বাৰা জোখিব পাৰি। এই ক্ষেত্ৰত অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন, $\Delta U=q$, যেতিয়া স্থিৰ আয়তনত কোনো কাম কৰা নহয়।

ৰাসায়নিক তাপগতিবিজ্ঞানত IUPACৰ নিয়ম অনুসৰি। $q$ ধনাত্মক হয়, যেতিয়া পৰিবেশৰ পৰা ব্যৱস্থালৈ তাপ স্থানান্তৰিত হয় আৰু ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তি বৃদ্ধি পায় আৰু $q$ ঋণাত্মক হয় যেতিয়া ব্যৱস্থাৰ পৰা পৰিবেশলৈ তাপ স্থানান্তৰিত হয় যাৰ ফলত ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তি হ্ৰাস পায়।

• আগতে ঋণাত্মক চিহ্ন নিয়োজিত কৰা হৈছিল যেতিয়া ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কাম কৰা হৈছিল আৰু ধনাত্মক চিহ্ন যেতিয়া ব্যৱস্থাৰ দ্বাৰা কাম কৰা হৈছিল। IUPACই নতুন চিহ্ন নিয়ম ব্যৱহাৰ কৰিবলৈ পৰামৰ্শ দিয়া সত্ত্বেও, পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ কিতাপসমূহত এতিয়াও ইয়াক অনুসৰণ কৰা হয়।

(গ) সাধাৰণ ক্ষেত্ৰ

আহক আমি সাধাৰণ ক্ষেত্ৰটো বিবেচনা কৰো য’ত কাম কৰি আৰু তাপ স্থানান্তৰ কৰি দুয়োটাই অৱস্থা পৰিৱৰ্তন আনিব পাৰি। আমি এই ক্ষেত্ৰত অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন এনেদৰে লিখো:

$$ \begin{equation*} \Delta U=q+\mathrm{w} \tag{6.1} \end{equation*} $$

অৱস্থাৰ এটা নিৰ্দিষ্ট পৰিৱৰ্তনৰ বাবে, $q$ আৰু $\mathrm{w}$ পৰিৱৰ্তন কেনেদৰে সম্পাদন কৰা হয় তাৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰি ভিন্ন হ’ব পাৰে। অৱশ্যে, $q+\mathrm{w}=\Delta U$ কেৱল আৰম্ভণি আৰু অন্তিম অৱস্থাৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰিব। ই পৰিৱৰ্তন কেনেদৰে সম্পাদন কৰা হয় তাৰ ওপৰত নিৰ্ভৰশীল নহয়। যদি তাপ বা কাম হিচাপে শক্তি স্থানান্তৰ নহয় (বিচ্ছিন্ন ব্যৱস্থা) অৰ্থাৎ, যদি $\mathrm{w}=0$ আৰু $q=0$, তেন্তে $\Delta U=0$।

সমীকৰণ ৫.১ অৰ্থাৎ, $\Delta U=q+\mathrm{w}$ হৈছে তাপগতিবিজ্ঞানৰ প্ৰথম সূত্ৰৰ গাণিতিক বিৱৰণ, যিয়ে কয় যে “বিচ্ছিন্ন ব্যৱস্থাৰ শক্তি স্থিৰ"।

ইয়াক সাধাৰণতে শক্তি সংৰক্ষণৰ সূত্ৰ হিচাপে বৰ্ণনা কৰা হয় অৰ্থাৎ শক্তি সৃষ্টি বা ধ্বংস কৰিব নোৱাৰি।

মন কৰক: তাপগতিবিজ্ঞানৰ ধৰ্ম শক্তি আৰু যান্ত্ৰিক ধৰ্ম যেনে আয়তনৰ মাজত যথেষ্ট পাৰ্থক্য আছে। আমি এটা নিৰ্দিষ্ট অৱস্থাত ব্যৱস্থাৰ আয়তনৰ বাবে এটা স্পষ্ট (নিৰপেক্ষ) মান নিৰ্দিষ্ট কৰিব পাৰো, কিন্তু অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ নিৰপেক্ষ মান নহয়। অৱশ্যে, আমি কেৱল ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন, $\Delta U$ জোখিব পাৰো।

সমস্যা ৬.১

ব্যৱস্থাৰ অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন প্ৰকাশ কৰা যেতিয়া

(i) পৰিবেশৰ পৰা ব্যৱস্থাই কোনো তাপ শোষণ নকৰে, কিন্তু ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কাম (w) কৰা হয়। ব্যৱস্থাটোৰ কি ধৰণৰ দেৱাল আছে?

(ii) ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কোনো কাম কৰা নহয়, কিন্তু $q$ পৰিমাণৰ তাপ ব্যৱস্থাৰ পৰা উলিয়াই পৰিবেশলৈ দিয়া হয়। ব্যৱস্থাটোৰ কি ধৰণৰ দেৱাল আছে?

(iii) $\mathrm{w}$ পৰিমাণৰ কাম ব্যৱস্থাৰ দ্বাৰা কৰা হয় আৰু $q$ পৰিমাণৰ তাপ ব্যৱস্থালৈ যোগান ধৰা হয়। ই কি ধৰণৰ ব্যৱস্থা হ’ব?

সমাধান

(i) $\Delta U=\mathrm{w_\text {ad }}$, দেৱাল এডিয়াবেটিক

(ii) $\Delta U=-q$, তাপীয়ভাৱে পৰিবাহী দেৱাল

(iii) $\Delta U=q-\mathrm{w}$, বন্ধ ব্যৱস্থা।

৬.২ প্ৰয়োগ

বহুতো ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়াই যান্ত্ৰিক কাম কৰিব পৰা বা তাপ উৎপন্ন কৰিব পৰা গেছৰ সৃষ্টি জড়িত কৰে। এই পৰিৱৰ্তনসমূহ পৰিমাণগতভাৱে নিৰ্ধাৰণ কৰি অন্তৰ্নিহিত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তনৰ সৈতে সম্পৰ্কিত কৰাটো আমাৰ বাবে গুৰুত্বপূৰ্ণ। আহক চাওঁ কেনেকৈ!

৬.২.১ কাম

প্ৰথমতে, ব্যৱস্থাই কৰিব পৰা কামৰ প্ৰকৃতিত মনোনিৱেশ কৰো। আমি কেৱল যান্ত্ৰিক কাম অৰ্থাৎ চাপ-আয়তন কাম বিবেচনা কৰিম।

চাপ-আয়তন কাম বুজিবলৈ, আহক আমি চিলিণ্ডাৰ এটা বিবেচনা কৰো য’ত এটা ঘৰ্ষণহীন পিষ্টনৰ সৈতে এটা আদৰ্শ গেছৰ এটা ম’ল আছে। গেছৰ মুঠ আয়তন $V_{i}$ আৰু ভিতৰত গেছৰ চাপ $p$। যদি বাহ্যিক চাপ $p_{\text {ex }}$ যি $p$তকৈ ডাঙৰ, পিষ্টনটো ভিতৰলৈ লৰচৰ কৰা হয় যেতিয়ালৈকে ভিতৰৰ চাপ $p_{\text {ex }}$ৰ সৈতে সমান নহয়। এই পৰিৱৰ্তনটো এটা পদক্ষেপত সিদ্ধি হ’বলৈ দিয়ক আৰু অন্তিম আয়তন $V_{f}$ হ’ব। এই সংকোচনৰ সময়ত, ধৰি লওক পিষ্টনটো এটা দূৰত্ব, $l$ লৰচৰ কৰে আৰু পিষ্টনটোৰ ক্ৰছ-বিভাগীয় ক্ষেত্ৰফল A [চিত্ৰ ৬.৫(ক)]।

চিত্ৰ ৬.৫ (ক) এটা আদৰ্শ গেছৰ ওপৰত চিলিণ্ডাৰত কৰা কাম যেতিয়া ই স্থিৰ বাহ্যিক চাপ, pexৰ দ্বাৰা সংকোচিত হয় (একক পদক্ষেপত) ছায়াযুক্ত ক্ষেত্ৰফলৰ সৈতে সমান।

তেন্তে, আয়তন পৰিৱৰ্তন $=l \times \mathrm{A}=\Delta V=\left(V_{f}-V_{i}\right)$

আমি জানো, চাপ $=\frac{\text { force }}{\text { area }}$

সেয়েহে, পিষ্টনটোৰ ওপৰত বল $=p_{\text {ex }}$. A

যদি $\mathrm{w}$ পিষ্টনৰ চলাচলৰ দ্বাৰা ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কৰা কাম হয় তেন্তে

$$ \begin{align*} & \mathrm{w}=\text { force } \times \text { distance }=p_{e x} \cdot \text { A } \cdot l \\ & \quad=p_{e x} \cdot(-\Delta V)=-p_{\text {ex }} \Delta V=-p_{\text {ex }}\left(V_{f}-V_{i}\right) \tag{6.2} \end{align*} $$

এই অভিব্যক্তিৰ ঋণাত্মক চিহ্ন $\mathrm{w}$ৰ বাবে পৰম্পৰাগত চিহ্ন পাবলৈ প্ৰয়োজনীয়। ই সূচায় যে সংকোচনৰ ক্ষেত্ৰত ব্যৱস্থাৰ ওপৰত কাম কৰা হয়। ইয়াত $\left(V_{f}-V_{i}\right)$ ঋণাত্মক হ’ব আৰু ঋণাত্মকৰ দ্বাৰা পূৰণ কৰা ঋণাত্মক ধনাত্মক হ’ব। সেয়েহে কামৰ বাবে পোৱা চিহ্ন ধনাত্মক হ’ব।

যদি সংকোচনৰ প্ৰতিটো স্তৰত চাপ স্থিৰ নহয়, কিন্তু সীমিত সংখ্যক পদক্ষেপত সলনি হয়, গেছৰ ওপৰত কৰা কাম সকলো পদক্ষেপত যোগ কৰা হ’ব আৰু $-\Sigma p \Delta V$ৰ সৈতে সমান হ’ব [চিত্ৰ ৬.৫ (খ)]

চিত্ৰ ৬.৫ (খ) pV-প্লট যেতিয়া চাপ স্থিৰ নহয় আৰু আৰম্ভণিৰ আয়তন, Viৰ পৰা অন্তিম আয়তন, Vfলৈ সংকোচনৰ সময়ত সীমিত পদক্ষেপত সলনি হয়। গেছৰ ওপৰত কৰা কাম ছায়াযুক্ত ক্ষেত্ৰফলেৰে প্ৰতিনিধিত্ব কৰা হয়।

যদি চাপ স্থিৰ নহয় কিন্তু প্ৰক্ৰিয়াৰ সময়ত সলনি হয় যাতে ই সদায় গেছৰ চাপতকৈ অসীমভাৱে ডাঙৰ হয়, তেন্তে, সংকোচনৰ প্ৰতিটো স্তৰত, আয়তন এটা অসীম পৰিমাণে হ্ৰাস পায়, $d V$। এনে ক্ষেত্ৰত আমি সম্বন্ধৰ দ্বাৰা গেছৰ ওপৰত কৰা কাম গণনা কৰিব পাৰো

$$ \begin{equation*} \mathrm{w}=-\int_{V_{i}}^{V_{f}} p_{e x} d V \tag{6.3} \end{equation*} $$

ইয়াত, $p_{e x}$ প্ৰতিটো স্তৰত সংকোচনৰ ক্ষেত্ৰত $\left(p_{i n}+d p\right)$ৰ সৈতে সমান [চিত্ৰ ৬.৫(গ)]। একে অৱস্থাত সম্প্ৰসাৰণ প্ৰক্ৰিয়াত, বাহ্যিক চাপ সদায় ব্যৱস্থাৰ চাপতকৈ কম অৰ্থাৎ, $p_{e x}=\left(p_{i n}-d p\right)$। সাধাৰণ ক্ষেত্ৰত আমি লিখিব পাৰো, $p_{e x}=\left(p_{i n} \pm d p\right)$। এনে প্ৰক্ৰিয়াসমূহক বিপৰীতযোগ্য প্ৰক্ৰিয়া বুলি কোৱা হয়।

এটা প্ৰক্ৰিয়া বা পৰিৱৰ্তনক বিপৰীতযোগ্য বুলি কোৱা হয়, যদি পৰিৱৰ্তন এনেদৰে আনি দিয়া হয় যে প্ৰক্ৰিয়াটো যিকোনো মুহূৰ্তত, এটা অসীম পৰিৱৰ্তনৰ দ্বাৰা বিপৰীত কৰিব পাৰি। বিপৰীতযোগ্য প্ৰক্ৰিয়া এটা অসীমভাৱে লাহে লাহে সমতা অৱস্থাৰ এটা শৃংখলাৰ দ্বাৰে আগবাঢ়ে যাতে ব্যৱস্থা আৰু পৰিবেশ সদায় পৰস্পৰৰ সৈতে প্ৰায় সমতাত থাকে।

চিত্ৰ ৫.৫ (গ) pV-প্লট যেতিয়া চাপ স্থিৰ নহয় আৰু আৰম্ভণিৰ আয়তন, Viৰ পৰা অন্তিম আয়তন, Vfলৈ সংকোচনৰ সময়ত অসীম পদক্ষেপত (বিপৰীতযোগ্য অৱস্থাত) সলনি হয়। গেছৰ ওপৰত কৰা কাম ছায়াযুক্ত ক্ষেত্ৰফলেৰে প্ৰতিনিধিত্ব কৰা হয়।

বিপৰীতযোগ্য প্ৰক্ৰিয়াৰ বাহিৰৰ প্ৰক্ৰিয়াসমূহক অপৰিবৰ্তনীয় প্ৰক্ৰিয়া বুলি জনা যায়