offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ৬

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?

  1. ১০০ °C ছাড়িয়ে ক্রমাগত বাড়তে থাকবে — অবিরাম তাপ দিলে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাবেই
  2. ১০০ °C থেকে কমে যাবে — বাষ্প দ্রুত তাপ বের করে নেওয়ায় পানি ঠান্ডা হতে থাকবে
  3. 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

  1. 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।

  2. 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

Q=mLvQ = m L_v

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

পাঠ্যবইয়ের টপিক