তাপীয় ভারসাম্য: সমীকরণ, প্রয়োগ, অনুশীলন - শারীরিক - 2025

তাপীয় সংস্পর্শে থাকা দুটি সংস্থার তাপ ভারসাম্য হল এমন একটি রাষ্ট্র যা উভয় দেহের তাপমাত্রা সমান করতে দীর্ঘ সময় পরে পৌঁছায়।

থার্মোডায়নামিকসে, দুটি সংস্থার তাপীয় যোগাযোগ (বা দুটি থার্মোডাইনামিক সিস্টেম) বোঝা যায় এমন একটি পরিস্থিতি যেখানে মৃতদেহের যান্ত্রিক যোগাযোগ থাকে বা পৃথক হয় তবে এমন একটি পৃষ্ঠের সংস্পর্শে যা এক দেহ থেকে অন্য দেহে কেবল তাপকেই স্থানান্তর করতে দেয় (ডায়াথেরমিক পৃষ্ঠ))।

চিত্র 1. কিছুক্ষণ পরে বরফ এবং পানীয় তাদের তাপীয় ভারসাম্যকে পৌঁছে দেবে। সূত্র: পিক্সাবে

তাপীয় সংস্পর্শে যোগাযোগের ব্যবস্থাগুলির মধ্যে কোনও রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া হওয়া উচিত নয়। কেবল তাপ এক্সচেঞ্জ হওয়া উচিত।

প্রতিদিনের পরিস্থিতিতে যে পরিস্থিতিতে তাপ বিনিময় হয় তা হ'ল কোল্ড ড্রিংক এবং গ্লাস, হট কফি এবং চা-চামচ, বা শরীর এবং থার্মোমিটারের মতো অন্যান্য উদাহরণগুলির সাথে উপস্থাপিত হয়।

যখন দুটি বা ততোধিক সিস্টেম তাপীয় ভারসাম্যহীন হয়?

থার্মোডিনামিকসের দ্বিতীয় আইনতে বলা হয় যে তাপ সর্বদা সর্বনিম্ন তাপমাত্রার সাথে দেহ থেকে সর্বোচ্চ তাপমাত্রায় শরীর থেকে যায়। তাপমাত্রা সমান হয়ে যাওয়ার সাথে সাথে তাপের ভারসাম্য বজায় রাখার সাথে সাথে তাপ স্থানান্তর বন্ধ হয়ে যায়।

তাপীয় ভারসাম্যের ব্যবহারিক প্রয়োগ হ'ল থার্মোমিটার। থার্মোমিটার এমন একটি ডিভাইস যা তার নিজস্ব তাপমাত্রা পরিমাপ করে তবে তাপীয় ভারসাম্যের জন্য আমরা অন্যান্য দেহের তাপমাত্রা যেমন একজন ব্যক্তি বা প্রাণীর তাপমাত্রা জানতে পারি।

পারদ কলাম থার্মোমিটারটি শরীরের সাথে তাপীয় যোগাযোগে স্থাপন করা হয়, উদাহরণস্বরূপ জিহ্বার নীচে এবং শরীর এবং থার্মোমিটারের মধ্যে তাপীয় ভারসাম্যটি পৌঁছানোর জন্য এবং তার পাঠ্য আরও আলাদা না হওয়ার জন্য পর্যাপ্ত সময় অপেক্ষা করা হয়।

যখন এই বিন্দুতে পৌঁছে যায় তখন থার্মোমিটারের তাপমাত্রা শরীরের সমান হয়।

থার্মোডিনামিক্সের শূন্য আইনতে বলা হয়েছে যে কোনও দেহ A যদি একটি দেহ সি এর সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকে এবং সেই একই শরীর সি বি এর সাথে তাপীয় ভারসাম্য বজায় থাকে তবে A এবং B তাপীয় ভারসাম্যহীন অবস্থায় থাকে এমনকি A এবং B এর মধ্যে তাপীয় যোগাযোগ না থাকলেও ।

সুতরাং, আমরা উপসংহারে পৌঁছেছি যে দুটি বা ততোধিক সিস্টেম তাপমাত্রা ভারসাম্যহীন অবস্থায় থাকে যখন তাদের তাপমাত্রা একই থাকে।

তাপীয় ভারসাম্য সমীকরণ

প্রাথমিক তাপমাত্রা টিবি সহ অন্য একটি শরীরের বিয়ের সাথে তাপমাত্রার যোগাযোগের ক্ষেত্রে আমরা প্রাথমিক তাপমাত্রা তা সহ একটি শরীরে A ধরে নিই। আমরা ধরে নিই যে টা> টিবি, তারপরে দ্বিতীয় আইন অনুসারে তাপটি এ থেকে বিতে স্থানান্তরিত হয়

কিছুক্ষণ পরে, তাপ ভারসাম্য পৌঁছে যাবে এবং উভয় সংস্থার একই চূড়ান্ত তাপমাত্রা Tf হবে। তা এবং টিবিতে এটির মধ্যবর্তী মান থাকবে, তা হল, টি> টিফ> টিবি।

এ থেকে বি তে স্থানান্তরিত তাপের পরিমাণ হবে ক্যু = মা সিএ (টিএফ - টা), যেখানে মা শরীরের ভর, Ca এ এর ​​ইউনিট ভর এবং তাপমাত্রার পার্থক্য (টিএফ - টা) এর তাপ ক্ষমতা । যদি টিএফ টা এর চেয়ে কম হয় তবে ক Qaণাত্মক, এটি ইঙ্গিত দেয় যে শরীরের এ তাপ ছেড়ে দেয়।

একইভাবে শরীরের বিয়ের জন্য আমাদের সেই কিউবি = এমবি সিবি (টিফ - টিবি) রয়েছে; এবং যদি টিএফ টিবি-র চেয়ে বেশি হয় তবে কিউবি ধনাত্মক, এটি নির্দেশ করে যে শরীরের বি তাপ গ্রহণ করে। যেহেতু দেহ এ এবং দেহ বি একে অপরের সাথে তাপীয় যোগাযোগে রয়েছে, তবে পরিবেশ থেকে বিচ্ছিন্ন, তাপের বিনিময়ের মোট পরিমাণ অবশ্যই শূন্য হতে হবে: Qa + Qb = 0

তারপরে মা Ca (টিএফ - টা) + এমবি সিবি (টিএফ - টিবি) = 0

সাম্য তাপমাত্রা

এই অভিব্যক্তিটি বিকাশ করা এবং তাপমাত্রা টিএফের সমাধানের জন্য, তাপ ভারসাম্যের চূড়ান্ত তাপমাত্রা পাওয়া যায়।

চিত্র 2. চূড়ান্ত সামঞ্জস্য তাপমাত্রা। সূত্র: স্বনির্মিত

টিএফ = (মা Ca টা + এমবি সিবি টিবি) / (মা সিএ + এমবি সিবি)।

একটি নির্দিষ্ট কেস হিসাবে, বিবেচনা করুন যে পদার্থ A এবং B ভর এবং তাপের ক্ষমতার ক্ষেত্রে অভিন্ন, এক্ষেত্রে সাম্যাবস্থার তাপমাত্রা হবে:

টিএফ = (টা + টিবি) / 2 ↔ যদি মা = এমবি এবং সিএ = সিবি হয়।

পর্যায় পরিবর্তনের সাথে তাপীয় যোগাযোগ

কিছু পরিস্থিতিতে এটি ঘটে যে যখন দুটি সংস্থার তাপীয় সংস্পর্শে রাখা হয়, তখন তাপ এক্সচেঞ্জ তাদের মধ্যে একটির অবস্থার পরিবর্তন বা ধাপের কারণ ঘটায়। যদি এটি ঘটে থাকে তবে এটি অবশ্যই বিবেচনায় নেওয়া উচিত যে পর্যায় পরিবর্তনের সময় শরীরের তাপমাত্রায় কোনও পরিবর্তন হয় না যা তার অবস্থা পরিবর্তন করে।

তাপীয় সংস্পর্শে মৃতদেহের যে কোনও একটির ধাপের পরিবর্তন ঘটে থাকলে সুপ্ত তাপ এল এর ধারণাটি প্রয়োগ করা হয়, যা রাষ্ট্রের পরিবর্তনের জন্য প্রয়োজনীয় প্রতি ইউনিট ভর শক্তি:

প্রশ্ন = এল ∙ এম

উদাহরণস্বরূপ, 0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 1 কেজি বরফ গলানোর জন্য, 333.5 কেজে / কেজি প্রয়োজন এবং এই মানটি বরফের ফিউশনটির সুপ্ত তাপ এল L

গলে যাওয়ার সময় এটি শক্ত জল থেকে তরল পানিতে পরিবর্তিত হয়, তবে সেই জল গলে যাওয়ার সময় বরফের মতো একই তাপমাত্রা বজায় রাখে।

অ্যাপ্লিকেশন

তাপীয় ভারসাম্য দৈনন্দিন জীবনের একটি অংশ। উদাহরণস্বরূপ, আসুন এই পরিস্থিতিটি বিশদভাবে পরীক্ষা করা যাক:

-অনুশীলনী 1

একজন ব্যক্তি 25 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় জলে স্নান করতে চান একটি বালতিতে, 3 ডিগ্রি ঠান্ডা জল 15 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে এবং রান্নাঘরের উত্তাপ জলে 95 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড পর্যন্ত রাখুন liters

কাঙ্ক্ষিত চূড়ান্ত তাপমাত্রার জন্য তাকে ঠান্ডা জলের বালতিতে কত লিটার গরম জল যোগ করতে হবে?

সমাধান

ধরুন এ হ'ল ঠান্ডা জল এবং বি গরম জল:

চিত্র 3. অনুশীলনের সমাধান 3. উত্স: নিজস্ব প্রবৃদ্ধি।

আমরা থার্মাল ভারসাম্য সমীকরণের প্রস্তাব রাখি, যেমন চিত্র 3 এর ব্ল্যাকবোর্ডে নির্দেশিত এবং সেখান থেকে আমরা পানির এমবি ভরয়ের জন্য সমাধান করি।

আমরা শীতল জলের প্রাথমিক ভর পেতে পারি কারণ পানির ঘনত্বটি জানা যায় যা প্রতিটি লিটারের জন্য 1 কেজি। অর্থাত, আমাদের কাছে 3 কেজি ঠান্ডা জল রয়েছে।

মা = 3 কেজি

সুতরাং

এমবি = - 3 কেজি * (25 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড - 15 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) / (25 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড - 95 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) = 0.43 কেজি

তারপরে 0.43 লিটার গরম জল 25 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড অবশেষে 3.43 লিটার উষ্ণ জল পেতে যথেষ্ট

সমাধান ব্যায়াম

অনুশীলন 2

১৫০ ডিগ্রি সেলসিয়াস ওজনের তাপমাত্রার সাথে ধাতবগুলির একটি টুকরোটি 18 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রায় অর্ধ লিটার জলযুক্ত পাত্রে প্রবর্তিত হয় কিছুক্ষণ পরে তাপ ভারসাম্যটি পৌঁছে যায় এবং জল এবং ধাতুটির তাপমাত্রা 25 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড হয়

মনে করুন যে জল এবং ধাতব টুকরা সহ ধারক একটি বদ্ধ থার্মাস যা পরিবেশের সাথে তাপ বিনিময় করতে দেয় না।

ধাতব নির্দিষ্ট তাপ পান।

সমাধান

প্রথমে আমরা পানিতে শুষে নেওয়া তাপটি গণনা করব:

কৌ = মা সিএ (টিএফ - টা)

Qa = 500g 1cal / (g ° C) (25 ° C - 18 ° C) = 3500 ক্যালোরি।

ধাতু দ্বারা প্রদত্ত একই তাপ:

কিউএম = 150 গ্রাম সেমি (25 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড - 95 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) = -3500 ক্যালোরি।

সুতরাং আমরা ধাতব তাপের ক্ষমতা পেতে পারি:

সেন্টিমিটার = 3500 ক্যালোরি / (150 গ্রাম 70 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) = ⅓ কিল / (গ্রাম ° সে)।

অনুশীলন 3

আপনার 30 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে 250 সিসি জল রয়েছে উত্তাপিত থার্মোসে থাকা সেই জলটিতে, ঠান্ডা করার লক্ষ্যে 25 গ্রাম বরফ কিউব 0 0 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে যুক্ত করা হয়।

ভারসাম্য তাপমাত্রা নির্ধারণ; এটি হ'ল তাপমাত্রা যা একবারে সমস্ত বরফ গলে যাবে এবং বরফের জল প্রথমে গ্লাসের জলের সমান হয়ে উঠেছে।

সমাধান 3

এই অনুশীলনটি তিনটি পর্যায়ে সমাধান করা যেতে পারে:

1. প্রথমটি হ'ল বরফ গলানো যা প্রাথমিক জল থেকে গলিত হয়ে জল হয়ে ওঠায় তাপ শোষণ করে।
2. তারপরে প্রাথমিক পানিতে তাপমাত্রা হ্রাস গণনা করা হয়, কারণ এটি বরফ গলে তাপ (Qced <0) দিয়েছে to
3. অবশেষে, গলিত জল (বরফ থেকে আগত) অবশ্যই প্রাথমিকভাবে বিদ্যমান পানির সাথে তাপীয়ভাবে ভারসাম্যপূর্ণ হওয়া উচিত।

চিত্র 4. ব্যায়ামের সমাধান 3. উত্স: নিজস্ব বিস্তৃতি।

আসুন বরফ গলে যাওয়ার জন্য প্রয়োজনীয় তাপ গণনা করা যাক:

কিউএফ = এল * এমএইচ = 333.5 কেজে / কেজি * 0.025 কেজি = 8.338 কেজে

তারপরে, বরফ গলানোর জন্য জলের দ্বারা প্রদত্ত তাপটি Qced = -Qf হয়

জলের দ্বারা প্রদত্ত এই তাপ তার তাপমাত্রাকে একটি টি টিতে কমিয়ে দেয় যা আমরা নিম্নলিখিত হিসাবে গণনা করতে পারি:

টি '= টি0 - কিউএফ / (মা * সিএ) = 22.02 ° সে

যেখানে Ca হ'ল পানির তাপ ক্ষমতা: 4.18 কেজে / (কেজি ° সে)।

অবশেষে জলের আসল ভর যা এখন ২২.০২ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় 0 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রা থেকে বরফ থেকে গলিত পানির ভরকে তাপ ছেড়ে দেবে Finally

পরিশেষে, সাম্যাবস্থার তাপমাত্রা তে পর্যাপ্ত সময়ের পরে পৌঁছে যাবে:

তে = (মা * টি '+ এমএইচ * 0 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) / (মা + এমএইচ) = (0.25 কেজি * 22.02 ডিগ্রি সেলসিয়াস + 0.025 কেজি * 0 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) / (0.25 কেজি + 0.025 কেজি)।

অবশেষে ভারসাম্য তাপমাত্রা প্রাপ্ত:

তে = 20.02 ডিগ্রি সে।

অনুশীলন 4

0.5 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় একটি 0.5 কেজি সিসার চুল্লি থেকে বেরিয়ে আসে, যা এর গলানোর স্থানের নীচে রয়েছে। এই টুকরোটি 20 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের ঘরের তাপমাত্রায় 3 লিটার জল দিয়ে একটি পাত্রে রাখা হয় piece চূড়ান্ত সাম্যাবস্থার তাপমাত্রা নির্ধারণ করুন।

গণনা করুন:

- জলের নেতৃত্বে তাপ সরবরাহের পরিমাণ।

- জল দ্বারা শোষণ তাপ পরিমাণ।

ডেটা:

সীসা নির্দিষ্ট তাপ: সিপি = 0.03 ক্যালি / (g ° C); জলের নির্দিষ্ট তাপ: সিএ = 1 কিল / (গ্রা ° সেঃ)।

সমাধান

প্রথমে আমরা চূড়ান্ত ভারসাম্য তাপমাত্রা নির্ধারণ করি:

তে = (মা Ca টা + এমপি সিপি টিপি) / (মা সিএ + এমপি সিপি)

তে = 20.65 ° সে

তারপরে সীসা দ্বারা নির্গত তাপের পরিমাণটি হ'ল:

কিউপি = এমপি সিপি (তে - টিপি) = -1.94 x 10³ ক্যালরি।

জলের দ্বারা শুষে নেওয়া পরিমাণের পরিমাণ হ'ল:

কৌ = মা সিএ (তে - টা) = + 1.94x 10³ ক্যালরি।

তথ্যসূত্র

1. অ্যাটকিনস, পি। 1999. শারীরিক রসায়ন। ওমেগা সংস্করণ।
2. বাউয়ার, ডাব্লু। 2011. প্রকৌশল ও বিজ্ঞানের জন্য পদার্থবিদ্যা। খণ্ড 1. ম্যাক গ্রু হিল।
3. জিয়ানকোলি, ডি। 2006. পদার্থবিদ্যা: অ্যাপ্লিকেশন সহ নীতিমালা। 6th ষ্ঠ.. এড প্রেন্টাইস হল।
4. হুইট, পল 2012. ধারণামূলক শারীরিক বিজ্ঞান। 5 ম। অ্যাড। পিয়ারসন
5. রেজনিক, আর। (1999)। শারীর। ভলিউম 1. স্পেনীয় ভাষায় তৃতীয় এড। Compañía সম্পাদকীয় কন্টিনেন্টাল এসএ ডি সিভি
6. রেক্স, এ। 2011. পদার্থবিজ্ঞানের মৌলিক বিষয়গুলি। পিয়ারসন।
7. সিয়ারস, জেমেনস্কি 2016. আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সাথে বিশ্ববিদ্যালয় পদার্থবিজ্ঞান। 14 তম। সম্পাদনা খণ্ড ১।
8. সার্ওয়ে, আর।, জুয়েট, জে। (২০০৮)। বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল জন্য পদার্থবিদ্যা। খণ্ড 1. সপ্তম। এড। সেন্টেজ লার্নিং।