offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ৬

কামারের লাল লোহা পানিতে: শেষ তাপমাত্রা কত?

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

কামারশালায় ২০০ °C তাপমাত্রার ১ kg লোহার দা ২৫ °C তাপমাত্রার ১ kg পানিতে ডোবানো হলো। শিহাব বলল, দুটোর তাপমাত্রার গড় ১১২.৫ °C, তাই পানি নিশ্চয়ই ফুটে উঠবে। তাপ বাইরে না হারালে শেষ পর্যন্ত পানি আর লোহা কোন তাপমাত্রায় থামবে?

১ kg পানিতে (২৫ °C) ২০০ °C-এর ১ kg লোহা দিলে শেষ তাপমাত্রা প্রায় কত?

  1. প্রায় ৪২ °C, কারণ পানির আপেক্ষিক তাপ লোহার প্রায় নয় গুণ, তাই লোহা অনেক ঠান্ডা হয় আর পানি অল্প গরম হয়
  2. দুটোর গড়, ১১২.৫ °C; পানি ফুটবে
  3. পানি লোহার সমান, ২০০ °C-এ উঠবে
  4. লোহা ঠান্ডা হবে, কিন্তু পানি ২৫ °C-ই থাকবে

যা বদলাতে পারবে

  • পাত্রের পানির ভর: ০.৫ থেকে ৫ kg
  • ডোবানো বস্তু: লোহা, তামা, অ্যালুমিনিয়াম, পানি
  • ডোবানো বস্তুর ভর: ০.৫ থেকে ৫ kg
  • ডোবানো বস্তুর তাপমাত্রা: ৩০ থেকে ৪০০ °C

যা মেপে দেখাবে

  • শেষ তাপমাত্রা (°C)
  • গরম বস্তুর হারানো তাপ (kJ)
  • ঠান্ডা বস্তুর পাওয়া তাপ (kJ)

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • ডোবানো বস্তু বদলে ৮০ °C-এর পানি দাও। এবার শেষ তাপমাত্রা কি গড়ের সমান?
  • হারানো তাপ আর পাওয়া তাপ সবসময় কী সম্পর্কে থাকে?

নিজে করে দেখো

  1. ১ kg পানির (২৫ °C) সঙ্গে ১ kg গরম পানি মিশিয়ে শেষ তাপমাত্রা ঠিক ৬০ °C করো।
    ইঙ্গিত

    সমান ভরের পানি হলে শেষ তাপমাত্রা দুটোর গড়।

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

ক্যালরিমিতির মূলনীতি

m1c1(T1−T)=m2c2(T−T2)  ⇒  T=m1c1T1+m2c2T2m1c1+m2c2m_1c_1(T_1 - T) = m_2c_2(T - T_2) \;\Rightarrow\; T = \frac{m_1c_1T_1 + m_2c_2T_2}{m_1c_1 + m_2c_2}

ভিন্ন তাপমাত্রার দুটি বস্তু একসঙ্গে রাখলে গরম বস্তু থেকে ঠান্ডা বস্তুতে তাপ যায়, যতক্ষণ না দুটির তাপমাত্রা সমান হয়। বাইরে তাপ না হারালে গরম বস্তুর হারানো তাপ ঠান্ডা বস্তুর পাওয়া তাপের সমান; এটি ক্যালরিমিতির মূলনীতি। শেষ তাপমাত্রা সরল গড় নয়, প্রতিটি বস্তুর তাপধারকত্ব (mc) দিয়ে ভারিত গড়। পানির তাপধারকত্ব ৪২০০ J/K আর ১ kg লোহার মাত্র ৪৬০ J/K, তাই শেষ তাপমাত্রা পানির দিকে টেনে প্রায় ৪২ °C হয়। সমান ভরের পানি মেশালে তাপধারকত্ব সমান, তখন শেষ তাপমাত্রা ঠিক গড় হয়। ক্যালরিমিটারকে অন্তরক দিয়ে ঢাকা হয় যাতে বাইরে তাপ না যায়।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

সরল গড় শুধু সমান তাপধারকত্বের বস্তুর জন্য খাটে। পানি একই তাপে লোহার চেয়ে অনেক কম গরম হয়, তাই শেষ তাপমাত্রা পানির কাছাকাছি থাকে।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • দুটি বস্তু মেশালে শেষ তাপমাত্রা সবসময় দুটোর গড়
  • গরম বস্তু ঠান্ডা বস্তুকে নিজের তাপমাত্রায় তুলে আনে
  • গরম বস্তুর হারানো তাপ হারিয়ে যায়, অন্য কোথাও যায় না

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • কামারেরা গরম লোহা পানিতে ডুবিয়ে দ্রুত ঠান্ডা করে (পানি দেওয়া) যাতে দা-বঁটির ধার শক্ত হয়।

পাঠ্যবইয়ের টপিক