জুলের সূত্র । Basic Electricity Bangla
জুলের সূত্র । Basic Electricity Bangla
আজ আমরা আলোচনা করবো বিদ্যুৎ প্রবাহের সময় উৎপন্ন তাপ সম্পর্কিত জুলের সূত্র নিয়ে। আলোচনা শেষে আমরা জানতে পারবো,
  • বিদ্যুৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়া কি
  • ইলেকট্রন মতবাদ অনুসারে, বিদ্যুৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়া
  • জুলের সূত্র
  • তাপের যান্ত্রিক সমতা কি
  • তাপের এককসমূহ
  • B.T.U কি
  • C.H.U কি
  • তাপীয় দক্ষতা কি
  • তাপীয় ক্যাপাসিটি কি
বিদ্যুৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়া
কোন পরিবাহীর মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহের সময় পরিবাহী পদার্থের রােধ প্রবাহ পথে কিছুটা বাধা সৃষ্টি করে। এই বাধা বা রােধ অতিক্রম করতে যে বিদ্যুৎ শক্তি ব্যয় হয়, তা প্রকারান্তরে তাপ শক্তিতে পরিণত হয়। ফলে পরিবাহীটি উত্তপ্ত হয়। তাপ উৎপাদনের এই প্রক্রিয়াকে বিদ্যুৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়া বলে।

ইলেকট্রন মতবাদ অনুসারে, বিদ্যুৎ প্রবাহের তাপীয় ক্রিয়া ː ইলেকট্রন মতবাদ অনুসারে, পরিবাহীতে প্রচুর পরিমাণ মুক্ত ইলেকট্রন থাকে। পরিবাহীর দুই বিন্দুর মধ্যে বিভব পার্থক্য সৃষ্টি হলে এ সমস্ত মুক্ত ইলেকট্রন পরিবাহীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়। এই ইলেকট্রনের অবিচ্ছিন্ন প্রবাহকে ইলেকট্রিক কারেন্ট বলে। মুক্ত ইলেকট্রনগুলাে পরিবাহীর ভিতর দিয়ে প্রবাহিত হওয়ার সময় পরিবাহীর অণু তথা পরমাণুর অন্যান্য স্থির ইলেকট্রনের সাথে সংঘর্ষ বা ঘর্ষণ হয়। এই ঘর্ষণজনিত কারণে পরিবাহীতে তাপ সৃষ্টি হয়। অন্য কথায় আমরা বলে থাকি বৈদ্যুতিক শক্তি তাপ শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। বিদ্যুৎ প্রবাহজনিত কারণে কোনাে পরিবাহিতে তাপ উৎপন্ন হওয়ার প্রক্রিয়াকে বিদ্যুৎ প্রবাহে তাপীয় ক্রিয়া বলে।

বিদ্যুৎ প্রবাহে তাপ উৎপন্ন হওয়ার এই প্রক্রিয়া ইংরেজ পদার্থবিদ জেমস প্রেসকট জুল (1818-1889) উদ্ভাবন করেন। তাই তারই নামানুসারে একে জুলের তাপীয় ক্রিয়া-ও বলে। কোনাে পরিবাহীতে ইলেকট্রিক কারেন্ট প্রবাহের ফলে এতে কতটুকু তাপ উৎপন্ন হবে তা জুলের সূত্রের সাহায্যে নির্ণয় করা হয়। জুলের সূত্র ব্যবহার করে বৈদ্যুতিক বাতি, বৈদ্যুতিক হিটার, বৈদ্যুতিক কেতলি, বৈদ্যুতিক চুল্লি, বৈদ্যুতিক ইস্ত্রি, জেনারেটর, ট্রান্সফরমার, মোটর ইত্যাদিতে কারেন্ট প্রবাহের ফলে যে তাপ উৎপন্ন হয়, তা নির্ণয় করা হয়।

জুলের সূত্র । Basic Electricity Bangla

জুলের সূত্র
কোন লােড বা পরিবাহীর মধ্য দিয়ে কারেন্ট প্রবাহের ফলে সৃষ্ট তাপ পরিবাহীর রােধ, পরিবাহীতে প্রবাহিত কারেন্ট এবং প্রবাহিত কারেন্টের সময়ের ওপর নির্ভর করে।

(১) পরিবাহী বা লােডের রোধ ও সময় স্থির থাকলে পরিবাহীতে উৎপন্ন তাপ, পরিবাহীর ভিতর দিয়ে প্রবাহিত কারেন্টের বর্গের সাথে সমানুপাতিক। অর্থাৎ কারেন্ট I, রােধ R ও সময় t হলে, পরিবাহীতে উৎপন্ন তাপ,
H ∝ I² , এখানে R ও t স্থির।

(২) পরিবাহীতে প্রবাহিত কারেন্ট ও সময় স্থির থাকলে পরিবাহীতে উৎপন্ন তাপ, পরিবাহীর রােধের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। অর্থাৎ, H ∝ R, এখানে I ও t স্থির।

(৩) পরিবাহীর কারেন্ট ও রােধ স্থির থাকলে পরিবাহীতে উৎপন্ন তাপ, পরিবাহীতে যত সময় ধরে কারেন্ট প্রবাহিত হয়, তার সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। অর্থাৎ H ∝ t, এখানে I ও R স্থির।

উপরােক্ত সমীকরণ তিনটি সমন্বয় করে পাওয়া যায়,
    H ∝ I² x R x t
    বা, H ∝ I²Rt
    বা, H = I²Rt/J …………………………(1)

এখানে J একটি সমানুপাতিক ধ্রুবক, যা তাপের যান্ত্রিক সম নামে পরিচিত। M.K.S বা S.I. ইউনিটে এর মান J = 4.2 জুল/ক্যালরি।

J এর মান (1) নং সমীকরণে বসিয়ে পাওয়া যায়,
    H = I²Rt/4.2
    ⸫ H = 0.24I²Rt (ক্যালরি), এটিই কোনো পরিবাহীতে উৎপন্ন তাপের সমীকরণ।

আবার কোনাে বৈদ্যুতিক বর্তনীতে V ভােল্টেজ প্রয়ােগের ফলে যদি I কারেন্ট t সময় ধরে প্রবাহিত হয়, তবে যে পরিমাণ কাজ করা হয়, তা তাপ শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। সুতরাং উক্ত বৈদ্যুতিক বর্তনীতে কৃতকাজ বা তাপ শক্তি (Heat Energy),
    H = W = VIt জুল।

তাপের যান্ত্রিক সমতা
(1) নং সমীকরণ থেকে পাওয়া যায়,
    J = I²Rt/H জুল/ক্যালরি।
অর্থাৎ, কোনাে বৈদ্যুতিক বর্তনীতে এক ক্যালরি তাপ উৎপন্ন হতে যে পরিমাণ কাজ সম্পন্ন হয়, তাকে তাপের যান্ত্রিক সম বলে। একে J দ্বারা প্রকাশ করা হয়। J এর মান 4.2 জুল/ক্যালরি।

J = 4.2 জুল/ক্যালরি = 4.2 x 10⁷ আর্গ/ক্যালরি = 4200 জুল/K cal.

জুলের সূত্র । Basic Electricity Bangla

তাপের এককসমূহ
(ক) ক্যালরি (Calorie): 1 gm বিশুদ্ধ পানির তাপমাত্রা 1°C বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়ােজন হয়, তাকে 1 Calorie তাপ বলে। একে "gm degree-centigrade" এককও বলা হয়।

(খ) বৃটিশ তাপীয় একক (British Thermal Unit : B. T. U): 1lb (1 Pound) বিশুদ্ধ পানির তাপমাত্রা 1°F বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়ােজন হয়, তাকে 1 B.T.U তাপ বলে।

যেহেতু 1lb = 453.6 gm , 1°F = 5/9°C,
 ⸫ 1 B.T.U = 453.6 x 5/9 = 252 Calories.

(গ) সেন্টিগ্রেড তাপ একক (Centrigrade Heat Unit : C.H.U): 1lb (1 Pound) বিশুদ্ধ পানির তাপমাত্রা 1°C বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়ােজন হয়, তাকে 1 C.H.U তাপ বলে।

যেহেতু 1lb = 453.6 gm ,
 ⸫ 1 C.H.U = 453.6 x 1 = 453.6 Calories.
⸫ 1 C.H.U = 453.6/252 = 1.8 B.T.U.

তাপীয় দক্ষতা (Thermal Efficiency)
ব্যবহৃত তাপ ও বৈদ্যুতিক কারেন্ট প্রবাহের ফলে উৎপন্ন মোট তাপের অনুপাতকে তাপীয় দক্ষতা বলা হয়। একে গ্রিক অক্ষর η (eta) দ্বারা প্রকাশ করা হয়। ব্যবহৃত তাপ = Q এবং মােট উৎপন্ন তাপ, H = 0.24I²Rt হলে,

তাপীয় দক্ষতা, η = ব্যবহৃত তাপ/মোট উৎপন্ন তাপ
    = Q/0.24I²Rt.

জুলের সূত্র । Basic Electricity Bangla

তাপীয় ক্যাপাসিটি (Thermal Capacity)
কোনাে বস্তুর তাপমাত্রা 0°C থেকে 1°C পর্যন্ত বর্ধিত করতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়ােজন হয়, তাকে তাপীয় ক্যাপাসিটি বা থারমাল ক্যাপাসিটি বলা হয়।

সংজ্ঞানুসারে,
তাপীয় ক্যাপাসিটি, Q = ms (θ₂ - θ₁).
এখানে, θ₂ = 1°C , θ₁ = 0°C.
⸫ তাপীয় ক্যাপাসিটি, Q = ms (1 - 0)
    = ms
    = ভর x আপেক্ষিক তাপ।

অর্থাৎ, বস্তুর ভর ও আপেক্ষিক তাপের গুণফলকে তাপীয় ক্যাপাসিটি বলে।

আজ এপর্যন্তই, ভালো থাকুন। ধন্যবাদ।
সহযোগিতায় : বেসিক ইলেকট্রিসিটি ( টেকনিক্যাল এবং হক প্রকাশনী), ওয়েবসাইট

Post a Comment

অপেক্ষাকৃত নতুন পুরনো