তরলের প্রসারণ (Expansion of liquid)

ভৌতবিজ্ঞান – দশম শ্রেনি – অধ্যায়: তাপের ঘটনাসমূহ(দ্বিতীয় পর্ব)

তাপ অধ্যায়ের দ্বিতীয় পর্বে আমরা তরলের প্রসারণ নিয়ে বিস্তারিত আলোচনা করবো।

তরল পদার্থের প্রসারণ আলোচনার ক্ষেত্রে প্রথমেই বলা প্রয়োজন যে তরলের ক্ষেত্রে একমাত্রিক বা দ্বি-মাত্রিক অর্থাৎ দৈর্ঘ্য বা ক্ষেত্রফল প্রসারণ সম্ভব নয়। কারন তরলের নিজস্ব কোন আকার নেই এবং একে সর্বদাই কোন পাত্রে রেখে প্রসারণ বা সঙ্কোচন নির্ধারণ করা হয়।

Expansion of liquids — তাপের প্রভাবে তরলের প্রসারণ [সৌজন্যে – mesoatomic.com]

এই কারনে তরলের কেবল আয়তন প্রসারণই সম্ভব।

এছাড়াও, তরল যেহেতু সর্বদাই পাত্রের সঙ্গে সমন্বিত অবস্থায় থাকে তাই উষ্ণতার হ্রাস বৃদ্ধিতে তরল সঙ্কোচন বা প্রসারণের সাথে সাথে পাত্রাটিও সঙ্কুচিত প্রসারিত হয়।

আমরা যেহেতু, পাত্র সহ তরলকে দেখি তাই তরলের প্রকৃত প্রসারণ বা সঙ্কোচন আমাদের নজরে আসে না। আমরা পাত্র সহ তরলের যে সঙ্কোচন বা প্রসারণ দেখি তা হল তরলের আপাত প্রসারণ।

এই কারনে, তরলের প্রকৃত প্রসারণ = তরলের আপাত প্রসারণ + পাত্রের প্রসারণ

একই ভাবে তরলের প্রসারণ গুনাঙ্কের ক্ষেত্রেও; তরলের প্রকৃত প্রসারণ গুনাঙ্ক = তরলের আপাত প্রসারণ গুনাঙ্ক + পাত্রের প্রসারণ গুনাঙ্ক

এখন তরলের আপাত বা প্রকৃত প্রসারণ বা গুনাঙ্ক সবই আয়তন প্রসারণ বা আয়তন প্রসারণ গুনাঙ্ক, তাই এগুলি আগের পর্বে আলোচিত হয়েছে। তবে অন্যান্য পদার্থ, বিশেষত তরল পদার্থ গুলির মধ্যে জলের প্রসারণ বা সঙ্কোচন একটু আলাদা।

দশম শ্রেণির অন্য বিভাগগুলি – গণিত | জীবন বিজ্ঞান | ভৌতবিজ্ঞান

জলের ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ

সকল পদার্থকেই 0°C থেকে যত বেশি উষ্ণতায় নিয়ে যাওয়া হয় ততই তার আয়তন বৃদ্ধি পেতে থাকে। কিন্তু 0°C থেকে 4°C পর জলের আয়তন হ্রাস পায় এবং 4°C এর পর জলের আয়তন বৃদ্ধি পেতে থাকে। এই ঘটনাই জলের ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ নামে পরিচিত। আসলে 4°C উষ্ণতায় জলের ঘনত্ব সর্বাধিক হওয়াই এই ঘটনার জন্য দায়ী।

উষ্ণতার সঙ্গে জলের আয়তনের এই প্রসারণ নিচের লেখচিত্রে প্রদর্শিত হল।

graph showing volume against the temperature of water — তাপমাত্রার বৃদ্ধির সাথে জলের আয়তনের পরিবর্তন [সৌজন্যে physicslab.org]

জলের ব্যতিক্রান্ত প্রসারণের সুবিধা

প্রকৃতিতে জলের এই ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ বেশ কিছু সুবিধার সৃষ্টি করে।

এর কারণ লেখচিত্র অনুসারে আমরা দেখতে পাচ্ছি যে 4°C উষ্ণতায় জলের আয়তন সবচেয়ে কম অর্থাৎ এই উষ্ণতাতেই জলের ঘনত্ব সর্বাধিক। ফলে 4°C উষ্ণতায় পৌঁছালে জলের নিচের অংশের ঘনত্ব সর্বাধিক হওয়ার তা নিচেই থেকে যায়। এখন পারিপার্শ্বিকের সংস্পর্শে থাকা জলের উপরের অংশের তাপমাত্রা আরও কমে গেলে তার ঘনত্ব কম হওয়ার তা আর কখনই নিচে নামতে পারে না। ফলে এক সময় জলের উপরের অংশের তাপমাত্রা কমে 0°C এর নিচে নেমে গেলে তা বরফে পরিনত হয় এবং তা নিচের ভারী এবং বেশী ঘনত্ব বিশিষ্ট জলের উপর ভেসে থাকে।

তাছাড়া বরফ তাপের কুপরিবাহী হওয়ায় পারিপার্শ্বিকের তাপমাত্রা 0°C এর অনেক নিচে থাকলেও জলের নিচের অংশের তাপমাত্রা বরফ ভেদ করে বাইরে আসতে পারে না। ফলে নিচের অংশ জলই থেকে যায়।