তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র (ইংরেজি: First Law of Thermodynamics) প্রকৃতপক্ষে শক্তির নিত্যতা সূত্রের একটি বিশেষ রূপ। ^[1] বিজ্ঞানী জেমস প্রেসকট জুল সর্বপ্রথম কাজ ও তাপের মধ্যে একটি সঠিক সম্পর্ক নির্ণয় করেন এবং একে সূত্র আকারে প্রকাশ করেন। তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রটিকে সাধারণত বিবৃত করা হয় এভাবে যে, কোনো বদ্ধ সিস্টেম বা ব্যবস্থায় তাপশক্তি প্রদান করা হলে তার কিছু অংশ অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধিতে আর কিছু অংশ কাজ সম্পাদনে ব্যবহৃত হয়। ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র প্রদানকৃত তাপ dQ, অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি dU এবং সম্পাদিত কাজ dW হলে, গাণিতিক বিবৃতিটি হবে:

${\displaystyle dQ=dU+dW}$^[2]

ইতিহাস

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রটি প্রায় অর্ধ শতাব্দীর গবেষণার ফল। এই সূত্রের প্রথম পূর্ণাঙ্গ বিবৃতিটি পাওয়া যায় ১৮৫০ সালে রুডলফ ক্লসিয়াস ও উইলিয়াম রানকিন এর কাছে। রানকিনের বিবৃতিটি ক্লসিয়াসের মতো স্পষ্ট ছিল না। ^[3]জুলিয়াস রবার্ট ভন মেয়ার ১৮৪১ সালে একটি বিবৃতি দেন যে, স্থির চাপে কোনো বস্তুর প্রসারণের জন্য ব্যবহৃত তাপ কাজের সাথে আন্তঃপরিবর্তনশীল। কিন্তু এটি প্রথম সূত্রের সাধারণ বিবৃতি নয়।^[4][5]

প্রকৃত বিবৃতি: "তাপগতীয় পদ্ধতি"

চাক্রিক তাপগতীয় প্রক্রিয়া বিবেচনা করে তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের সর্বপ্রথম পরিষ্কার বিবৃতি দেন ক্লসিয়াস ১৮৫০ সালে।

"সকল ক্ষেত্রে যেখানে তাপের মাধ্যমে কাজ সম্পাদন করা হয় সেখানে, গৃহীত তাপ কৃত কাজের সমানুপাতিক; বিপরীতভাবে, সমান পরিমাণের কাজ সমান শক্তি উৎপন্ন করে” ^[6]

ক্লসিয়াস অভ্যন্তরীণ শক্তি ধারণা ব্যবহার করে আরো একভাবে সূত্রটি বিবৃত করেছেন

"তাপগতীয় প্রক্রিয়ায় কোনো বদ্ধ ব্যবস্থার অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন ঐ ব্যবস্থায় গৃহীত তাপ ও ব্যবস্থা কর্তৃক কৃত কাজের বিয়োগ ফলের সমান।".^[7]

বিবৃতি

কোনো বদ্ধ সিস্টেম বা ব্যবস্থায় তাপশক্তি প্রদান করা হলে তার কিছু অংশ অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধিতে আর কিছু অংশ কাজ সম্পাদনে ব্যবহৃত হয়।

সূত্র

সমীকরণ	প্রতীক পরিচিতি ও একক
1.∆U = ∆Q-∆W ⇨ dQ = dU+dW =dU+pdV 2.∆W = P(V2 –V1) 3.PVγ = ধ্রুবক; P1V1γ = P2V2γ 4.TVγ-1 = ধ্রুবক 5. 6.PV = ধ্রুবক 7. 8.Cp –Cv =R 9.C = Sp × M 10.C = Sv × M 11.γ = Cp / Cv 12.T1V1γ-1 = T2V2γ-1 13.1/2 mv2 = m.s.∆T 14.W  = JQ	dQ = গৃহীত তাপ শক্তি (J) dU = অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন (J) dW = কৃতকাজ (J) T = তাপমাত্রা (K) V = আয়তন (m3) M = আণবিক ভর (kg) Sv = স্থির আয়তনে গ্যাসের আঃ তাপ (Jkg-1K-1) Cv = স্থির আয়তনে গ্যাসের মোলার আঃ তাপ (Jkg-1K-1) Sp = স্থির চাপে গ্যাসের আপেক্ষিক তাপ(Jkg-1K-1) Cp = স্থির চাপে গ্যাসের মোলার আঃ তাপ (Jkg-1K-1) R = সর্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক J = জুল তুল্যাঙ্ক (Jcal-1) Q = উৎপন্ন তাপ (cal)

তথ্যসূত্র

1. ESSENTIALS OF PHYSICAL CHEMISTRY by- B.S. Bahl, G.D. Tuli, Arun Bahl
2. খান, ড. আমির হোসেন ও ইসহাক, প্রফেসর মোহাম্মদ এবং ইসলাম, ড. মো. নজরুল ২০১৯. পদার্থবিজ্ঞান দ্বিতীয় পত্র: একাদশ ও দ্বাদশ শ্রেণি. (ষষ্ঠ সংস্করণ). আইডিয়াল বুকস, ঢাকা.
3. Truesdell, C. A. (1980)
4. Truesdell, C. A. (1980), pp. 157–158.
5. Mayer, Robert (1841). Paper: 'Remarks on the Forces of Nature"; as quoted in: Lehninger, A. (1971). Bioenergetics – the Molecular Basis of Biological Energy Transformations, 2nd. Ed. London: The Benjamin/Cummings Publishing Company.
6. Clausius, R. (1850), page 373, translation here taken from Truesdell, C. A. (1980), pp. 188–189.
7. Clausius, R. (1850), page 384, equation (IIa.).