কীভাবে নির্দিষ্ট তাপ গণনা করবেন

নির্দিষ্ট তাপ (C e ) হল তাপের পরিমাণ যা একটি উপাদানের একক ভরের তাপমাত্রা এক ইউনিট দ্বারা বাড়াতে প্রয়োগ করতে হবে । এটি পদার্থের একটি নিবিড় তাপীয় সম্পত্তি, অর্থাৎ, এটি উপাদানের পরিমাণ বা তার পরিমাণের উপর নির্ভর করে না, তবে শুধুমাত্র তার গঠনের উপর নির্ভর করে। এই অর্থে, এটি একটি বৈশিষ্ট্যযুক্ত বৈশিষ্ট্য যা প্রতিটি উপাদানের সম্ভাব্য প্রয়োগগুলি নির্ধারণের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ এবং এটি বিভিন্ন তাপমাত্রায় থাকা পদার্থ বা মিডিয়ার সংস্পর্শে আসার সময় পদার্থের তাপীয় আচরণের অংশ নির্ধারণ করতে সহায়তা করে।

একটি নির্দিষ্ট দৃষ্টিকোণ থেকে আমরা বলতে পারি যে নির্দিষ্ট তাপ তাপ ক্ষমতার (C) নিবিড় সংস্করণের সাথে মিলে যায়, এটিকে তাপের পরিমাণ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করে যা একটি সিস্টেমে তার তাপমাত্রা এক ইউনিট বৃদ্ধি করতে সরবরাহ করতে হবে। এটি একটি সিস্টেমের তাপ ক্ষমতা (একটি শরীর, একটি পদার্থ, ইত্যাদি) এবং এর ভরের মধ্যে সমানুপাতিকতার ধ্রুবক হিসাবেও বোঝা যায়।

একটি পদার্থের নির্দিষ্ট তাপের মান নির্ভর করে উত্তাপ (বা শীতলকরণ) ধ্রুব চাপে বা স্থির আয়তনে সঞ্চালিত হয় কিনা তার উপর। এটি প্রতিটি পদার্থের জন্য দুটি নির্দিষ্ট তাপের জন্ম দেয়, যথা ধ্রুব চাপে নির্দিষ্ট তাপ (C P ) এবং ধ্রুব আয়তনে নির্দিষ্ট তাপ (C V )। যাইহোক, পার্থক্য শুধুমাত্র গ্যাসের মধ্যে দেখা যায়, তাই তরল এবং কঠিন পদার্থের জন্য আমরা সাধারণত শুধুমাত্র শুষ্ক নির্দিষ্ট তাপ সম্পর্কে কথা বলি।

নির্দিষ্ট তাপ সূত্র

আমরা অভিজ্ঞতা থেকে জানি যে একটি শরীরের তাপ ক্ষমতা তার ভরের সমানুপাতিক, অর্থাৎ

যেমনটি আমরা পূর্ববর্তী বিভাগে উল্লেখ করেছি, নির্দিষ্ট তাপ এই দুটি ভেরিয়েবলের মধ্যে সমানুপাতিক ধ্রুবককে প্রতিনিধিত্ব করে, তাই উপরের আনুপাতিকতার সম্পর্কটি নিম্নলিখিত সমীকরণের আকারে লেখা যেতে পারে:

নির্দিষ্ট তাপের জন্য একটি অভিব্যক্তি পেতে আমরা এই সমীকরণটি সমাধান করতে পারি:

অন্যদিকে, আমরা জানি যে তাপ ক্ষমতা হল তাপ (q) এর মধ্যে সমানুপাতিকতার ধ্রুবক যা একটি সিস্টেমের তাপমাত্রা ΔT দ্বারা বাড়ানোর জন্য প্রয়োজন এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধি বলে। অন্য কথায়, আমরা জানি যে q = C * ΔT. উপরে দেখানো তাপ ক্ষমতা সমীকরণের সাথে এই সমীকরণটি একত্রিত করে, আমরা পাই:

নির্দিষ্ট তাপ খুঁজে পেতে এই সমীকরণটি সমাধান করে, আমরা এটির জন্য একটি দ্বিতীয় সমীকরণ পাই:

নির্দিষ্ট তাপ ইউনিট

নির্দিষ্ট তাপের জন্য প্রাপ্ত শেষ সমীকরণটি দেখায় যে এই চলকের একক হল [q][m] -1 [ΔT] -1 , অর্থাৎ ভর এবং তাপমাত্রার এককের উপর তাপের একক। আপনি যে ইউনিটগুলিতে কাজ করছেন তার সিস্টেমের উপর নির্ভর করে, এই ইউনিটগুলি হতে পারে:

ইউনিট সিস্টেম নির্দিষ্ট তাপ ইউনিট আন্তর্জাতিক ব্যবস্থা J.kg -1 .K -1 যা am 2 ⋅K − 1 ⋅s −2 এর সমতুল্য সাম্রাজ্য ব্যবস্থা BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 ক্যালোরি cal.g -1 .°C -1 যা Cal.kg -1 . °C -1 এর সমতুল্য অন্যান্য ইউনিট kJ.kg -1 .K -1

দ্রষ্টব্য: এই ইউনিটগুলি ব্যবহার করার সময় ক্যাল এবং ক্যালের মধ্যে পার্থক্য করা গুরুত্বপূর্ণ। প্রথমটি হল সাধারণ ক্যালোরি (কখনও কখনও ছোট ক্যালোরি বা গ্রাম-ক্যালোরি বলা হয়), 1 গ্রাম জলের তাপমাত্রা বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যখন ক্যাল (ক্যাপিটাল লেটার সহ) হল 1,000 cal এর সমতুল্য একটি ইউনিট, বা, একই, 1 kcal। তাপের এই শেষ এককটি প্রতিদিন স্বাস্থ্য বিজ্ঞানে, বিশেষ করে পুষ্টির ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়। এই প্রসঙ্গে, এটি খাদ্যে উপস্থিত শক্তির পরিমাণের প্রতিনিধিত্ব করার জন্য ব্যবহৃত একক সমান উৎকর্ষ (যখন আমরা খাদ্যের প্রসঙ্গে ক্যালোরি সম্পর্কে কথা বলি, আমরা প্রায় সবসময়ই ক্যাল বোঝাই এবং চুন নয়)।

নির্দিষ্ট তাপ গণনা সমস্যার উদাহরণ

নীচে দুটি সমাধান করা সমস্যা রয়েছে যা একটি বিশুদ্ধ পদার্থের জন্য নির্দিষ্ট তাপ গণনা করার প্রক্রিয়া এবং বিশুদ্ধ পদার্থের মিশ্রণের জন্য যেখানে আমরা নির্দিষ্ট তাপ জানি।

সমস্যা 1: একটি বিশুদ্ধ পদার্থের নির্দিষ্ট তাপের গণনা

বিবৃতি: আপনি একটি অজানা রৌপ্য ধাতুর একটি নমুনার গঠন নির্ধারণ করতে চান। এটি রূপালী, অ্যালুমিনিয়াম বা প্ল্যাটিনাম হতে পারে বলে সন্দেহ করা হচ্ছে। এটি কী তা নির্ধারণ করতে, 25.0 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা থেকে জলের স্বাভাবিক স্ফুটনাঙ্ক অর্থাৎ 100.0 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ধাতুর একটি 10.0-গ্রাম নমুনা গরম করার জন্য প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ পরিমাপ করা হয়। 41.92 ক্যালরি রৌপ্য, অ্যালুমিনিয়াম এবং প্ল্যাটিনামের নির্দিষ্ট তাপগুলি যথাক্রমে 0.234 kJ.kg -1 .K -1 , 0.897 kJ.kg -1 .K -1 এবং 0.129 kJ.kg -1 .K -1 , যথাক্রমে, কোন ধাতু নির্ধারণ করুন নমুনা তৈরি করা হয়।

সমাধান

সমস্যাটি যা জিজ্ঞাসা করে তা হল যে উপাদানটি থেকে বস্তুটি তৈরি করা হয়েছে তা সনাক্ত করা। যেহেতু নির্দিষ্ট তাপ একটি নিবিড় সম্পত্তি, এটি প্রতিটি উপাদানের বৈশিষ্ট্য, তাই এটি সনাক্ত করার জন্য, এটির নির্দিষ্ট তাপ নির্ধারণ করা এবং তারপর সন্দেহজনক ধাতুগুলির পরিচিত মানগুলির সাথে তুলনা করা যথেষ্ট।

এই ক্ষেত্রে নির্দিষ্ট তাপ নির্ধারণ তিনটি সহজ পদক্ষেপের মাধ্যমে বাহিত হয়:

ধাপ #1: বিবৃতি থেকে সমস্ত ডেটা বের করুন এবং প্রাসঙ্গিক ইউনিট রূপান্তরগুলি সম্পাদন করুন

যেকোনো সমস্যার মতো, আমাদের প্রথম জিনিসটি প্রয়োজনের সময় হাতে থাকা ডেটা সংগঠিত করা। উপরন্তু, শুরু থেকে ইউনিট ট্রান্সফরমেশন করা আমাদের পরবর্তীতে ভুলে যাওয়া থেকে বিরত রাখবে এবং নিম্নলিখিত ধাপে গণনাকে আরও সহজ করে তুলবে।

এই ক্ষেত্রে, বিবৃতিটি নমুনার ভর, একটি গরম করার প্রক্রিয়ার পরে প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত তাপমাত্রা এবং নমুনা গরম করার জন্য প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ দেয়। এটি তিনটি প্রার্থী ধাতুর নির্দিষ্ট তাপও দেয়। এককের পরিপ্রেক্ষিতে, আমরা লক্ষ্য করতে পারি যে নির্দিষ্ট তাপগুলি kJ.kg -1 .K .1 তে , কিন্তু ভর, তাপমাত্রা এবং তাপ যথাক্রমে g, °C এবং cal এ রয়েছে। আমাদের অবশ্যই ইউনিটগুলিকে রূপান্তর করতে হবে যাতে সবকিছু একই সিস্টেমে থাকে। নির্দিষ্ট তাপের যৌগিক একককে তিনবার রূপান্তর করার চেয়ে ভর, তাপমাত্রা এবং তাপকে আলাদাভাবে রূপান্তর করা সহজ, তাই আমরা যে পথটি অনুসরণ করব তা হবে:

ধাপ #2: নির্দিষ্ট তাপ গণনা করতে সমীকরণ ব্যবহার করুন

এখন যেহেতু আমাদের প্রয়োজনীয় সমস্ত ডেটা রয়েছে, আমাদের যা করতে হবে তা হল নির্দিষ্ট তাপ গণনা করার জন্য উপযুক্ত সমীকরণ ব্যবহার করা। আমাদের কাছে যে ডেটা আছে, আমরা উপরে উপস্থাপিত Ce-এর জন্য দ্বিতীয় সমীকরণটি ব্যবহার করব।

ধাপ #3: উপাদান সনাক্ত করতে নমুনার নির্দিষ্ট তাপের সাথে পরিচিত নির্দিষ্ট তাপের তুলনা করুন

তিনটি প্রার্থী ধাতুর সাথে আমাদের নমুনার জন্য প্রাপ্ত নির্দিষ্ট তাপকে তুলনা করার সময়, আমরা লক্ষ্য করি যে এটির সাথে সবচেয়ে বেশি সাদৃশ্য রয়েছে রূপা। এই কারণে, যদি শুধুমাত্র প্রার্থীরা ধাতু রূপা, অ্যালুমিনিয়াম এবং প্ল্যাটিনাম হয়, আমরা উপসংহারে পৌঁছেছি যে নমুনাটি রূপালী দ্বারা গঠিত।

সমস্যা 2: বিশুদ্ধ পদার্থের মিশ্রণের নির্দিষ্ট তাপের গণনা

বিবৃতি: 85% তামা, 5% দস্তা, 5% টিন এবং 5% সীসা ধারণকারী একটি সংকর ধাতুর গড় নির্দিষ্ট তাপ কত হবে? প্রতিটি ধাতুর নির্দিষ্ট তাপ হল, C e, Cu = 385 J.kg -1 .K -1 ; C e, Zn =381 J.kg -1 .K -1 ; C e, Sn = 230 J.kg -1 .K -1 ; C e, Pb = 130 J.kg -1 .K -1 ।

সমাধান

এটি একটি সামান্য ভিন্ন সমস্যা যার জন্য একটু বেশি সৃজনশীলতা প্রয়োজন। যখন আমাদের কাছে বিভিন্ন উপাদানের মিশ্রণ থাকে, তখন তাপীয় বৈশিষ্ট্য এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্যগুলি নির্দিষ্ট রচনার উপর নির্ভর করে এবং সাধারণভাবে, বিশুদ্ধ উপাদানগুলির বৈশিষ্ট্য থেকে আলাদা হবে।

যেহেতু নির্দিষ্ট তাপ একটি নিবিড় সম্পত্তি, এটি একটি সংযোজক পরিমাণ নয়, যার মানে আমরা একটি মিশ্রণের জন্য মোট নির্দিষ্ট তাপ পেতে নির্দিষ্ট তাপ যোগ করতে পারি না। যাইহোক, যা সংযোজন তা হল মোট তাপ ক্ষমতা, যেহেতু এটি একটি বিস্তৃত সম্পত্তি।

এই কারণে আমরা বলতে পারি যে, উপস্থাপিত সংকর ধাতুর ক্ষেত্রে, খাদটির মোট তাপ ক্ষমতা তামা, দস্তা, টিন এবং সীসার অংশগুলির তাপ ক্ষমতার সমষ্টি হবে, অর্থাৎ:

যাইহোক, প্রতিটি ক্ষেত্রে তাপ ক্ষমতা ভর এবং নির্দিষ্ট তাপের মধ্যে পণ্যের সাথে মিলে যায়, তাই এই সমীকরণটি এভাবে পুনরায় লেখা যেতে পারে:

যেখানে C e al ধাতুর গড় নির্দিষ্ট তাপকে প্রতিনিধিত্ব করে (উল্লেখ্য যে মোট নির্দিষ্ট তাপ বলা সঠিক নয়), অর্থাৎ, অজানা যা আমরা খুঁজে পেতে চাই। যেহেতু এই সম্পত্তিটি নিবিড়, তাই এর গণনা আমাদের কাছে থাকা নমুনার পরিমাণের উপর নির্ভর করবে না। এই বিবেচনায়, আমরা ধরে নিতে পারি যে আমাদের কাছে 100 গ্রাম সংকর ধাতু রয়েছে, এই ক্ষেত্রে প্রতিটি উপাদানের ভর তাদের নিজ নিজ শতাংশের সমান হবে। এটি অনুমান করে, আমরা গড় নির্দিষ্ট তাপের গণনার জন্য প্রয়োজনীয় সমস্ত ডেটা পাই।

এখন আমরা পরিচিত মানগুলি প্রতিস্থাপন করি এবং গণনাটি চালাই। সরলতার জন্য, মান প্রতিস্থাপন করার সময় ইউনিটগুলি উপেক্ষা করা হবে। আমরা কেবল এটি করতে পারি কারণ সমস্ত নির্দিষ্ট তাপ একই ইউনিটের সিস্টেমে থাকে, যেমন সমস্ত ভর। ভরগুলিকে কিলোগ্রামে রূপান্তর করার প্রয়োজন নেই, যেহেতু লবের গ্রামগুলি শেষ পর্যন্ত হরগুলির সাথে বাতিল হয়ে যাবে৷

তথ্যসূত্র

ব্রনসেভাল এসএল। (2019, ডিসেম্বর 20)। B5 | ব্রোঞ্জ কপার খাদ টিনের দস্তা । ব্রোঞ্জভাল https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

চ্যাং, আর. (2002)। ভৌত রসায়ন ( ১ম সংস্করণ)। MCGRAW হিল এডুকেশন।

চ্যাং, আর. (2021)। রসায়ন ( 11 তম সংস্করণ)। MCGRAW হিল এডুকেশন।

ফ্রাঙ্কো জি., এ. (2011)। একটি কঠিন 3 এর নির্দিষ্ট তাপের 3 n নির্ধারণ । কম্পিউটার সহ পদার্থবিদ্যা। http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

ধাতু নির্দিষ্ট তাপ . (2020, অক্টোবর 29)। সাইন্সালফা https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/