একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া কী? (উদাহরণ, অনুশীলন) - শারীরিক - 2025

সমতাপক বা সমতাপক প্রক্রিয়া একটি উলটাকর তাপগতীয় প্রক্রিয়া যার তাপমাত্রা ধ্রুবক থাকে। একটি গ্যাসে, এমন পরিস্থিতি রয়েছে যেখানে সিস্টেমে পরিবর্তনগুলি তাপমাত্রার বিভিন্নতা আনতে পারে না, তবে শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলিতে করে।

এই পরিবর্তনগুলি পর্যায় পরিবর্তনগুলি হয়, যখন পদার্থটি কঠিন থেকে তরলে পরিবর্তিত হয়, তরল থেকে গ্যাসে বা তদ্বিপরীত হয়। এই জাতীয় ক্ষেত্রে, পদার্থের অণুগুলি তাদের শক্তি পুনর্বিন্যাস করে, তাপীয় শক্তি যোগ করে বা আহরণ করে।

চিত্র 1. দ্রবীভূত আইকনগুলি একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়ার একটি উদাহরণ। সূত্র: পিক্সাবে।

কোনও পদার্থে পর্যায় পরিবর্তনের জন্য যে তাপীয় তাপ প্রয়োজন হয় তাকে সুপ্ত তাপ বা রূপান্তরিত তাপ বলা হয়।

প্রক্রিয়াটি আইসোথার্মাল করার একটি উপায় হ'ল যে পদার্থটি যে বাহ্যিক তাপ জলাধারের সংস্পর্শে সিস্টেমটি অধ্যয়নের অধীনে থাকবে, এটি উচ্চ ক্যালোরির ক্ষমতা সহ অন্য একটি সিস্টেম। এইভাবে, এই ধীরে ধীরে তাপ এক্সচেঞ্জ হয় যে তাপমাত্রা স্থির থাকে।

এই ধরণের প্রক্রিয়াটি প্রকৃতিতে ঘন ঘন ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, মানুষের মধ্যে যখন দেহের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় বা পড়ে যায় তখন আমরা অসুস্থ বোধ করি কারণ আমাদের দেহে জীবনকে বজায় রাখে এমন অনেক রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া স্থির তাপমাত্রায় ঘটে। সাধারণভাবে উষ্ণ রক্তযুক্ত প্রাণীদের ক্ষেত্রে এটি সত্য।

অন্যান্য উদাহরণগুলি হ'ল বরফ যা উত্তাপে গলে যায় বসন্তের আগমন এবং আইস কিউব যা পানীয়কে শীতল করে।

- উষ্ণ রক্তযুক্ত প্রাণীর বিপাক ক্রমাগত তাপমাত্রায় সঞ্চালিত হয়।

চিত্র ২. উষ্ণ রক্তাক্ত প্রাণীদের তাপমাত্রা স্থির রাখার ব্যবস্থা রয়েছে। সূত্র: উইকিমিডিয়া কমন্স।

-জলটি ফুটে উঠলে তরল থেকে গ্যাসে একটি পর্যায় পরিবর্তন হয় এবং তাপমাত্রা প্রায় 100 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড অবধি স্থিতিশীল থাকে, যেহেতু অন্যান্য কারণগুলি মানকে প্রভাবিত করতে পারে।

আইস কিউবগুলি তৈরির জন্য ফ্রিজে জল রাখার ফলে বরফ তৈরি করা আরেকটি সাধারণ আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া।

-আটোমোটিভ ইঞ্জিন, রেফ্রিজারেটর পাশাপাশি আরও অনেক ধরণের যন্ত্রপাতি নির্দিষ্ট তাপমাত্রার পরিসরে সঠিকভাবে পরিচালিত হয়। তাপমাত্রা নামক ডিভাইসগুলি সঠিক তাপমাত্রা বজায় রাখতে ব্যবহৃত হয়। বিভিন্ন নকশা এর অপারেটিং নীতি ব্যবহার করা হয়।

কার্নোট চক্র

একটি কার্নোট ইঞ্জিন একটি আদর্শ মেশিন যা থেকে সম্পূর্ণ বিপরীত প্রক্রিয়াগুলির জন্য ধন্যবাদ প্রাপ্ত করা হয়। এটি একটি আদর্শ মেশিন কারণ এটি শক্তি বিচ্ছিন্নকারী প্রক্রিয়াগুলিকে বিবেচনা করে না যেমন কাজ করে এমন পদার্থের সান্দ্রতা এবং ঘর্ষণ হিসাবে।

কার্নোট চক্রটি চারটি পর্যায় নিয়ে গঠিত, যার দুটি অবিকল আইসোথার্মাল এবং অন্য দুটি অ্যাডিয়াব্যাটিক। আইসোথার্মাল স্টেজগুলি হ'ল একটি গ্যাসের সংকোচনের ও সম্প্রসারণ যা দরকারী কাজের জন্য উত্পাদনশীল।

একটি গাড়ী ইঞ্জিন অনুরূপ নীতিগুলির উপর পরিচালিত হয়। সিলিন্ডারের অভ্যন্তরে একটি পিস্টনের চলাচল গাড়ির অন্যান্য অংশে সঞ্চারিত হয় এবং চলাচল উত্পাদন করে। কার্নোট ইঞ্জিনের মতো এটি একটি আদর্শ সিস্টেমের আচরণ করে না তবে থার্মোডাইনামিক নীতিগুলি সাধারণ।

একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়াতে করা কাজের গণনা

যখন তাপমাত্রা স্থিতিশীল থাকে তখন কোনও সিস্টেমের দ্বারা করা কাজ গণনা করতে, আমাদের অবশ্যই থার্মোডাইনামিক্সের প্রথম আইনটি ব্যবহার করতে হবে, যা উল্লেখ করেছে:

এটি সিস্টেমে শক্তি সংরক্ষণের প্রকাশের অন্য উপায় যা ΔU বা শক্তির পরিবর্তনের মাধ্যমে উপস্থাপিত হয়, Q সরবরাহিত তাপ হিসাবে সরবরাহ করে এবং পরিশেষে ডব্লিউ, যা সিস্টেম দ্বারা কাজ করা হয়েছিল।

ধরুন যে প্রশ্নে থাকা সিস্টেমটি হ'ল এ-এর চলন্ত পিস্টনের সিলিন্ডারে থাকা একটি আদর্শ গ্যাস, যখন এর ভলিউম ভি ₁ থেকে ভি _2-এ পরিবর্তিত হবে তখন কাজ করছেন _।

চিত্র ৩. একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়াতে, তাপমাত্রা পরিবর্তন না করেই পিস্টনে গ্যাস প্রসারিত হয়। সূত্র: ইউটিউব

রাজ্যের আদর্শ গ্যাস সমীকরণ হ'ল পিভি = এনআরটি, যা চাপ পি এবং তাপমাত্রার টি এর সাথে ভলিউমের সাথে সম্পর্কিত which N এবং R এর মান ধ্রুবক: n হ'ল গ্যাসের মোল সংখ্যা এবং আর গ্যাসগুলির ধ্রুবক। আইসোথার্মাল প্রক্রিয়ার ক্ষেত্রে পিভি পণ্য ধ্রুবক হয়।

ঠিক আছে, কাজটি একটি ছোট ডিফারেনশিয়াল কাজকে সংহত করে গণনা করা হয়, যাতে একটি শক্তি এফ একটি ছোট ডিসপ্লেসমেন্ট dx উত্পাদন করে:

যেহেতু অ্যাডেক্স হ'ল ভলিউম তারতম্য ডিভি, তারপরে:

একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়াতে মোট কাজটি পেতে, আমরা dW এর জন্য এক্সপ্রেশনটি সংহত করি:

প্রেসার পি এবং ভলিউম ভি চিত্রটি চিত্রের মতো একটি পিভি ডায়াগ্রামে প্লট করা হয়েছে এবং করা কাজটি বক্ররেখার নীচের অংশের সমান:

চিত্র 4. একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়ার পিভি ডায়াগ্রাম। সূত্র: উইকিমিডিয়া কমন্স।

ΔU = 0 যেহেতু তাপমাত্রা স্থির থাকে, তাই আমাদের কাছে একটি প্রচলিত প্রক্রিয়াতে থাকে:

- অনুশীলনী 1

চলন্ত পিস্টন লাগানো একটি সিলিন্ডারে 127 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড এ একটি আদর্শ গ্যাস থাকে। যদি পিস্টন তাপমাত্রা স্থির রেখে 10 বার প্রাথমিক ভলিউম হ্রাস করতে যায় তবে সিলিন্ডারে থাকা গ্যাসের মলের সংখ্যাটি সন্ধান করুন, যদি গ্যাসের কাজটি 38,180 জে হয় if

ডেটা: আর = 8.3 জে / মোল। কে

সমাধান

বিবৃতিতে উল্লেখ করা হয়েছে যে তাপমাত্রা স্থির থাকে, সুতরাং আমরা একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়ার উপস্থিতিতে রয়েছি। গ্যাসে করা কাজের জন্য আমাদের পূর্বে নির্ধারিত সমীকরণ রয়েছে:

127 º C = 127 + 273 কে = 400 কে

এন এর জন্য সমাধান করুন, মলের সংখ্যা:

এন = ওয়াট / আরটি LN (থেকে V2 / V1 থেকে) = -38180 জে / 8.3 জে / Mol। কে এক্স 400 কে এক্স LN (ভী ₂ / 10V ₂) = 5 মাপ

কাজ একটি নেতিবাচক চিহ্ন দ্বারা আগে ছিল। মনোযোগী পাঠক পূর্ববর্তী অংশে লক্ষ্য করবে যে ডাব্লু "সিস্টেম দ্বারা কাজ করা" হিসাবে সংজ্ঞায়িত হয়েছিল এবং এতে একটি + চিহ্ন রয়েছে। সুতরাং "সিস্টেমে কাজ করা" এর নেতিবাচক চিহ্ন রয়েছে।

- অনুশীলন 2

আপনার একটি স্লিন্ডারে বাতাস লাগানো হয়েছে কোনও প্লাঞ্জার লাগানো। প্রাথমিকভাবে 100 কেপিএ চাপ এবং 80º সি তাপমাত্রায় 0.4 মি ³ গ্যাস রয়েছে। বায়ুটি 0.1 মি ³ এ সংকুচিত হয় তা নিশ্চিত করে যে সিলিন্ডারের অভ্যন্তরের তাপমাত্রা প্রক্রিয়া চলাকালীন স্থিতিশীল থাকে।

এই প্রক্রিয়া চলাকালীন কত কাজ হয় তা নির্ধারণ করুন।

সমাধান

আমরা পূর্বে প্রাপ্ত কাজের জন্য সমীকরণটি ব্যবহার করি, তবে মোলের সংখ্যা অজানা, যা আদর্শ গ্যাস সমীকরণ দিয়ে গণনা করা যায়:

80 º C = 80 + 273 কে = 353 কে।

পি ₁ ভি ₁ = এনআরটি → n = পি ₁ ভি ₁ / আরটি = 100000 পা x 0.4 মি ³ /8.3 জে / মোল। কে x 353 কে = 13.65 মোল

ডাব্লু = এনআরটি এলএন (ভি ₂ / ভি ₁) = 13.65 মোল x 8.3 জে / মোল। কে এক্স 353 কে এক্স এলএন (0.1 /0.4) = -55.442.26 জে

আবার নেতিবাচক চিহ্নটি ইঙ্গিত দেয় যে সিস্টেমে কাজ করা হয়েছিল, যা গ্যাস সংকোচনের সময় সর্বদা ঘটে।

তথ্যসূত্র

1. বাউয়ার, ডাব্লু। 2011. প্রকৌশল ও বিজ্ঞানের জন্য পদার্থবিদ্যা। খণ্ড 1. ম্যাক গ্রু হিল।
2. কেঞ্জেল, ওয়াই। 2012. থার্মোডাইনামিক্স। 7 ^মা সংস্করণ। ম্যাকগ্রা হিল
3. ফিগুয়েরো, ডি (2005)। সিরিজ: বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল জন্য পদার্থবিদ্যা। আয়তন 4. তরল এবং থার্মোডিনামিক্স। ডগলাস ফিগুয়েরো (ইউএসবি) সম্পাদিত।
4. নাইট, আর। 2017. বিজ্ঞানীদের জন্য প্রকৌশল এবং প্রকৌশল: একটি কৌশল পদ্ধতির।
5. সার্ওয়ে, আর।, ভুলি, সি। 2011. পদার্থবিজ্ঞানের ফান্ডামেন্টাল। 9 ^না কেনেজিং লার্নিং।
6. উইকিপিডিয়া। আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া। পুনরুদ্ধার: en.wikedia.org থেকে।