বরফ থেকে বাষ্প: তাপমাত্রা ও সুপ্ততাপ
মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।
একটি পাত্রে −১০ °C তাপমাত্রার ০.৫ kg বরফ নিয়ে ১০০০ W ক্ষমতার একটি বৈদ্যুতিক হিটার দিয়ে তাপ দেওয়া হচ্ছে। ৩৯০ s পর বরফ সম্পূর্ণ গলে পানি হয়ে ১০০ °C তাপমাত্রায় ফুটতে শুরু করল। এবার হিটারটি বন্ধ না করে একই ক্ষমতায় আরও কয়েক মিনিট (যেমন ৮০০ s পর্যন্ত) অবিরাম তাপ দিলে ফুটন্ত পানির তাপমাত্রা কত হবে?
পানি ফোটার সময় অবিরাম তাপ দিতে থাকলে তাপমাত্রা কেমন হবে?
- ১০০ °C ছাড়িয়ে ক্রমাগত বাড়তে থাকবে — অবিরাম তাপ দিলে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাবেই
- ১০০ °C থেকে কমে যাবে — বাষ্প দ্রুত তাপ বের করে নেওয়ায় পানি ঠান্ডা হতে থাকবে
- ঠিক ১০০ °C-এ স্থির থাকবে — যতক্ষণ না পুরো পানি বাষ্পে পরিণত হয়
যা বদলাতে পারবে
- হিটারের ক্ষমতা: ৫০০ থেকে ২,৫০০ W
- তাপ দেওয়ার সময়: ১০০ থেকে ১,৬০০ s
যা মেপে দেখাবে
- বর্তমান তাপমাত্রা (°C)
- পদার্থের অবস্থা
- প্রযুক্ত মোট তাপ (J)
- বাষ্পীভূত অংশ
চালানোর সময় খেয়াল করো
- তাপ দেওয়ার সময় বাড়িয়ে ৬০০ s বা ৮০০ s করে দেখো। পানি ফোটার সময় তাপমাত্রা কি ১০০ °C-এর উপরে উঠছে, নাকি লেখচিত্রটি আনুভূমিক সোজা রেখা হয়ে আছে?
নিজে করে দেখো
- ৫ মিনিটে (৩০০ s) বরফ গলে পানি সবে ফুটতে শুরু করবে, কিন্তু প্রায় কিছুই বাষ্প হবে না — এমন হিটারের ক্ষমতা বেছে নাও।
ইঙ্গিত
ফুটতে শুরু করার আগে লাগে বরফ গরম + গলন + পানি ১০০ °C পর্যন্ত গরম করার তাপ। Q = Pt।
- মা তরকারির ঝোল অর্ধেক শুকাতে চান। এমন ক্ষমতা আর সময় বেছে নাও যাতে পানির ৪৫–৫৫% বাষ্প হয়ে যায়।
ইঙ্গিত
ফুটন্ত অবস্থায় তাপমাত্রা বাড়ে না — বাড়তি তাপ যায় বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপে।
ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।
স্ফুটন ও বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ
স্বাভাবিক চাপে পানির স্ফুটনাংক ১০০ °C। পানি যখন ফুটতে থাকে, তখন বাইরে থেকে অবিরাম তাপ দেওয়া হলেও তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় না, ঠিক ১০০ °C-এই স্থির থাকে। এই অতিরিক্ত তাপ তরল পানির অণুগুলোর মধ্যকার আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বন্ধন ভেঙে বাষ্পে রূপান্তর করতে ব্যয় হয়। একে বাষ্পীভবনের আপেক্ষিক সুপ্ততাপ (L_v) বলে। প্রতি কেজি পানিকে ১০০ °C তাপমাত্রার বাষ্পে রূপান্তর করতে ২.২৬ × ১০⁶ J সুপ্ততাপ লাগে। যতক্ষণ না পুরো পানি বাষ্পে পরিণত হয়, ততক্ষণ তাপমাত্রা ১০০ °C ছাড়ায় না।
অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল
অনেকে মনে করে চুলায় অনবরত তাপ দিলে বা চুলার আঁচ বাড়ালে ফুটন্ত পানির তাপমাত্রা ১০০ °C-এর বেশি বাড়বে। কিন্তু অবস্থা পরিবর্তনের সময় প্রযুক্ত তাপ তাপমাত্রা না বাড়িয়ে কেবল তরলকে বাষ্পে রূপান্তর করতে ব্যয় হয় (সুপ্ততাপ)। তাই আঁচ বাড়ালে শুধু পানি দ্রুত বাষ্প হয়, পানি ১০০ °C-এর চেয়ে বেশি গরম হয় না। আবার বাষ্প উড়ে গেলেও অবশিষ্ট ফুটন্ত পানির তাপমাত্রা কমে না, ঠিক ১০০ °C-এই থাকে।
যেসব ভুল ধারণা হয়
- তাপ প্রয়োগ করলে বস্তুর তাপমাত্রা সবসময় বৃদ্ধি পায়
- পানি ফুটলে বাষ্প তাপ কেড়ে নিয়ে তরলের তাপমাত্রা কমিয়ে দেয়
বাস্তবে কোথায় দেখা যায়
- রান্নায় গ্যাস সাশ্রয়: ভাত বা ডাল রান্নার সময় পানি ফুটতে শুরু করার পর চুলার আঁচ বাড়ালে রান্না দ্রুত হয় না, কারণ পানির তাপমাত্রা ১০০ °C-এর বেশি বাড়ে না; তাই আঁচ কমিয়ে রেখে রান্নার গ্যাস সাশ্রয় করা যায়
- গার্মেন্টস ও টেক্সটাইল কারখানায় স্টিম বয়লার: বাষ্পের বিপুল সুপ্ততাপ (২.২৬ × ১০⁶ J/kg) কাজে লাগিয়ে বাংলাদেশের পোশাক শিল্পে কাপড় ইস্ত্রি, ডাইং ও তাপীয় প্রক্রিয়াজাতকরণ কার্যকরভাবে সম্পন্ন করা হয়