Science Expert

- ঘনত্ব বলতে কোনো বস্তুর একক আয়তনের মধ্যে কতটুকু ভর আছে তা বোঝায়।
- গাণিতিকভাবে বলা যায়, ঘনত্ব (ρ) = ভর (m) ÷ আয়তন (V) অর্থাৎ, ρ = m / V.

SI পদ্ধতিতে:
- ভরের একক = কিলোগ্রাম (kg), আয়তনের একক = ঘনমিটার (m³). সুতরাং, ঘনত্বের একক = kg ÷ m³ = kg/m³ (কিলোগ্রাম প্রতি ঘনমিটার)।

- ভরের মাত্রাকে আয়তনের মাত্রা দিয়ে ভাগ করলে ঘনত্বের মাত্রা পাওয়া যায়।
- ঘনত্বের মাত্রা, [ρ] = ML^-3.
- তাপমাত্রার পরিবর্তন হলে একই বস্তুর আয়তন পরিবর্তন হয়, তাই ঘনত্বেরও পরিবর্তন হয়।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, এসএসসি প্রোগ্রাম, বাংলাদেশ উন্মুক্ত বিশ্ববিদ্যালয়।

• প্যাসকেল:
- যদি কোনো পৃষ্ঠের একক ক্ষেত্রফলের ওপর লম্বভাবে ১ নিউটন বল প্রয়োগ করা হয়, তবে ঐ পৃষ্ঠে যে চাপের সৃষ্টি হয় তাকে ১ প্যাসকেল বলে।
- একক ক্ষেত্রফল মানে = 1 বর্গমিটার (1 m²).
সুতরাং,
1 প্যাসকেল (Pa) = 1 নিউটন (N) ÷ 1 বর্গমিটার (m²)
অর্থাৎ, 1 Pa = 1 N m^-2.
- 1 নিউটন বল যদি 1 বর্গমিটার ক্ষেত্রফলের উপর প্রয়োগ করা হয়, তবে চাপ হবে ১ প্যাসকেল।

মাত্রা (Dimensional Formula):
[P] = [F]/[A] = [MLT^-2]/[L²] = ML^-1T^-2.

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি।

• আর্কিমিডিসের নীতি:
- কোনো বস্তু তরলে নিমজ্জিত করলে সেটি যে পরিমাণ তরল অপসারণ করে সেইটুকু তরলের সমান ওজন বস্তুটির ওজন থেকে কমে যায়।
- কোনো বস্তু তরলে নিমজ্জিত থাকলে তার ওপর যে উর্ধ্বমুখী প্লবতা বল ক্রিয়া করে, তার মান বস্তুটি কর্তৃক বিতাড়িত তরলের ওজনের ঠিক সমান।

• প্রথম অবস্থা:
- যখন কোনো বস্তু কর্তৃক অপসারিত তরলের ওজন বস্তুর ওজনের চেয়ে বেশি হয়, তখন প্লবতা বল বস্তুর ওজনের চেয়ে বেশি হয়।
- ফলে বস্তুর ওপর ক্রিয়ারত নেট বল উর্ধ্বমুখী হয় এবং বস্তুটি তরলের উপরিভাগে ভেসে থাকে।
- উদাহরণ: কাঠ, কর্ক, প্লাস্টিকের বল, জাহাজ, হাওয়াই জুতা ইত্যাদি।

• দ্বিতীয় অবস্থা:
- যখন অপসারিত তরলের ওজন বস্তুর ওজনের সমান হয়, তখন প্লবতা বল এবং বস্তুর ওজন পরস্পর সমান ও বিপরীতমুখী হয়ে একে অপরকে নিঃশেষ করে ফেলে।
- ফলে বস্তুর ওপর কোনো নেট বল ক্রিয়া করে না এবং বস্তুটি তরলের যেকোনো গভীরতায় নিমজ্জিত অবস্থায় ভেসে থাকে।
উদাহরণ: পানিতে সাঁতার কাটা মাছ, ব্যালাস্ট ট্যাঙ্ক সামঞ্জস্য করা সাবমেরিন, ঘন লবণপানিতে ডিম ইত্যাদি।

• তৃতীয় অবস্থা:
- যখন অপসারিত তরলের ওজন বস্তুর ওজনের চেয়ে কম হয়, তখন প্লবতা বল বস্তুর ওজনের চেয়ে কম হয়।
- ফলে বস্তুর ওপর ক্রিয়ারত নেট বল নিম্নমুখী হয় এবং বস্তুটি তরলের তলদেশে ডুবে যায়।
- উদাহরণ: লোহা, পাথর, ইট, সোনা, তামা, কাচের গোলক ইত্যাদি।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি।

- পানির গভীরতায় নামলে চাপ বৃদ্ধি পায়।
- এই চাপ বৃদ্ধি হয় মূলত হাইড্রোস্ট্যাটিক প্রেসার কারণে, যা তরলের ঘনত্ব, গভীরতা ও মহাকর্ষজ ত্বরণের উপর নির্ভর করে।
চাপের সূত্র, P = ρgh. 
যেখানে,
ρ = ১০০০ কেজি/মি^৩।
g = ৯.৮ মি/সে^২।
h = ১০ মিটার।
P = ১০০০ × ৯.৮ × ১০ = ৯৮০০০ প্যাস্কেল।
আর ১ atm = ১০১৩২৫ প্যাস্কেল।
∴ P = ৯৮০০০ ÷ ১০১৩২৫ = ০.৯৭ atm ≈ ১ atm (আনুমানিক)।

∴ ১০ মিটার পানির গভীরতায় চাপ আনুমানিক ১ atm বেড়ে যায়।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি।

- বলবৃদ্ধিকরণ নীতি প্যাসকেলের সূত্র থেকে এসেছে।

• প্যাসকেলের সূত্র:
- একটা আবদ্ধ পাত্রে তরল বা বায়বীয় পদার্থে বাইরে থেকে চাপ দেওয়া হলে সেই চাপ চারদিকে সমানভাবে সঞ্চালিত হয়ে পাত্রের সংলগ্ন গায়ে লম্বভাবে কাজ করবে।

- তরলে সৃষ্ট চাপ সবদিকে সমানভাবে বিস্তার লাভ করে।
এই নীতি ব্যবহার করে:
- হাইড্রোলিক প্রেস,
- হাইড্রোলিক ব্রেক,
- লিফট,
- কার জ্যাক,
ইত্যাদিতে কম বল প্রয়োগ করে বড় বল উৎপন্ন করা সম্ভব হয়।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি।

• সংরক্ষণশীল বল:
- কোনো বস্তু বা কণার উপর যে বল দ্বারা কৃত মোট কাজের পরিমাণ শূন্য হয় তাকে সংরক্ষণশীল বল বলা হয়।
- বস্তু বা কণার উপর সংরক্ষণশীল বল ক্রিয়াশীল হলে বস্তুটিকে বিভিন্ন পথে ঘুরিয়ে একটি পূর্ণচক্র সমাপ্ত করে এবং আগের অবস্থানে ফিরিয়ে আনে।
- উদাহরণ: অভিকর্ষজ বল, বৈদ্যুতিক বল, চৌম্বক বল, আদর্শ স্প্রিং-এর বিকৃতি প্রতিরোধী বল ইত্যাদি।

• অসংরক্ষণশীল বল:
- কোনো বস্তু বা কণার উপর যে বল দ্বারা কৃত মোট কাজের পরিমাণ শূন্য হয় না তাকে অসংরক্ষণশীল বল বলা
হয়।
- বস্তু বা কণার উপর অসংরক্ষণশীল বল ক্রিয়াশীল হলে বস্তুটিকে বিভিন্ন পথে ঘুরিয়ে একটি পূর্ণচক্র সমাপ্ত করে এবং আগের অবস্থানে ফিরিয়ে আনলেও মোট কাজ শূন্য হয় না ।
- উদাহরণ: ঘর্ষণ বল, সান্দ্র বল ইত্যাদি।

উৎস: পদার্থ প্রথম পত্র, এইচএসসি প্রোগ্রাম, বাংলাদেশ উন্মুক্ত বিশ্ববিদ্যালয়।

- পৃষ্ঠটান (Surface Tension) হলো তরলের পৃষ্ঠের অণুগুলোর মধ্যে সংযোজক বলের কারণে তৈরি হওয়া এক ধরনের “ইলাস্টিক ঝিল্লি”র মতো বৈশিষ্ট্য।
- এর ফলে তরল নিজের পৃষ্ঠীয় ক্ষেত্রফল যতটা সম্ভব কমাতে চায়।

পানির ফোঁটা পাতার উপর গোলাকার থাকা → এটাই পৃষ্ঠটানের  উদাহরণ।
- পানির অণুগুলো নিজেদের মধ্যে আকর্ষণের কারণে ফোঁটাকে গোলাকার (সবচেয়ে কম পৃষ্ঠীয় ক্ষেত্রফল) আকৃতি দেয়। 

অন্যান্য অপশন:
- পুকুরে পাথর ফেললে পানি ছিটকে ওঠা → এটা মূলত গতিশক্তি ও মাধ্যাকর্ষণের ঘটনা। পাথরের আঘাতে পানি স্থানচ্যুত হয় এবং উপরে ছিটকে ওঠে।
- কাগজের নৌকা সাধারণত পৃষ্ঠটানের জন্যই ভাসে। পৃষ্ঠটান পানির পৃষ্ঠকে “শক্ত” করে, তাই হালকা কাগজের নৌকা ভাসতে পারে।ডুবে যাওয়া পৃষ্ঠটানের উদাহরণ নয়, বরং পৃষ্ঠটানের অভাব বা কমে যাওয়ার ফল।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি।

কৈশিক ক্রিয়া অনুযায়ী তরল যে উচ্চতায় উঠে, সেটির সমীকরণ
h = (2T cosθ) / (ρ g r)

যেখানে,
T = পৃষ্ঠটান ।
θ = সংস্পর্শ কোণ। 
ρ = পানির ঘনত্ব।
g = মধ্যাকর্ষণ বল।
r = কৈশিক নলের ব্যাসার্ধ।
অর্থাৎ, h ∝ 1/r
ধরি,
প্রথম নলের ব্যাস = 2r.
ব্যাসার্ধ = r, উচ্চতা = h
দ্বিতীয় নলের ব্যাস = (2r)/2 = r
ব্যাসার্ধ = r/2 
ব্যাসার্ধ অর্ধেক হলে উচ্চতা দ্বিগুণ হবে।
∴ দ্বিতীয় নলে পানি উঠবে = 2h.

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান প্রথম পত্র, একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণি।

- মরুভূমিতে বাতাস খুবই শুষ্ক থাকে, জলীয় বাষ্প প্রায় থাকে না, মেঘও থাকে না।
- দিনের বেলা সূর্যের তাপ সরাসরি বালুতে পড়ে, বালি খুব তাড়াতাড়ি গরম হয়ে যায়, ফলে তাপমাত্রা ৪৫-৫০° সে. বা তার বেশিও হয়ে যায়।
- সূর্য ডুবে গেলে আকাশ থেকে তাপ বিকিরণে দ্রুত হারিয়ে যায় এবং রাতের মধ্যেই তাপমাত্রা ৫-১৫° সে. পর্যন্ত নেমে আসে।
- এই কারণে দিন-রাতের তাপমাত্রার তারতম্য মরুভূমিতে সবচেয়ে বেশি (৩০-৫০° সে. পর্যন্ত হতে পারে)।

অন্যান্য অপশন:
উপকূলীয় এলাকা: সমুদ্রের পানি তাপ ধরে রাখে, তাই তারতম্য খুব কম।
দ্বীপ: চারদিকে সমুদ্র থাকায় আবহাওয়া আরও মৃদু, তারতম্য খুবই কম।
উপদ্বীপ: কিছুটা সমুদ্রের প্রভাব থাকে, তাই মরুভূমির মতো এত বেশি তারতম্য হয় না।

উৎস: বিজ্ঞান, সপ্তম শ্রেণি।

- সেলসিয়াস স্কেল ও ফারেনহাইট স্কেলের মধ্যে সম্পর্ক হলো-
• C/5 = (F - 32)/9 [C = সেলসিয়াস তাপমাত্রা, F = ফারেনহাইট তাপমাত্রা]।
এখন,
সেলসিয়াস স্কেল ও ফারেনহাইট স্কেলের তাপমাত্রা সমান (x) হলে,
x/5 = (x - 32)/9
⇒ 9x = 5x - 160
⇒ 9x - 5x = - 160
⇒ 4x = - 160
⇒ x = - 40 
অতএব, - 40 ডিগ্রী তাপমাত্রায় ফারেনহাইট ও সেলসিয়াস স্কেলে সমান তাপমাত্রা নির্দেশ করে।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি।

• তাপ সঞ্চালন:
- উচ্চ তাপমাত্রার স্থান থেকে নিম্ন তাপমাত্রার স্থানে তাপের প্রবাহকে তাপ সঞ্চালন বলা হয় ।

• তাপ সাধারনত ৩ টি উপায়ে সঞ্চালিত হয়। যথা-
- পরিবহন
- পরিচলন
- বিকিরন

• বিকিরন:
- যে প্রক্রিয়ায় তাপ কোনো জড় মাধ্যম ছাড়াই অপেক্ষাকৃত উষ্ণতর স্থান থেকে শীতলতর স্থানে সঞ্চালিত হয় সেই প্রক্রিয়াকে তাপের বিকিরণ বলে।
- বিকিরণ পদ্ধতিতে যে তাপ এক স্থান থেকে অন্য স্থানে সঞ্চালিত হয় তাকে বিকীর্ণ তাপ বলা হয় ।
- বিকীর্ণ তাপের শক্তি সঞ্চালনের জন্য জড় মাধ্যম প্রয়োজন হয় না, বা জড় মাধ্যম থাকলেও তাকে উত্তপ্ত করে না।
- অর্থাৎ তাপ সঞ্চালনের জন্য সবচেয়ে দ্রুততম পদ্ধতি হলো বিকিরন।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান ১ম পত্র, এইচ.এস.সি. প্রোগ্রাম; বাংলাদেশ উন্মুক্ত বিশ্ববিদ্যালয়।

• তরল পদার্থের প্রসারণ:
- তাপ প্রয়োগে কঠিন পদার্থের মতো তরল পদার্থেরও প্রসারণ ঘটে।
- কঠিন পদার্থের সুনির্দিষ্ট আকার থাকায় এর বিভিন্ন প্রসারণ স্পষ্টভাবে প্রতিভাত হয়। এর দৈর্ঘ্য, ক্ষেত্রফল এবং আয়তনের প্রসারণ সম্পর্কে সুস্পষ্ট ধারণা সহজ হয় ৷
- কিন্তু তরল পদার্থের নির্দিষ্ট আয়তন থাকলেও আকার বা দৈৰ্ঘ্য নেই ।
- যে পাত্রে রাখা হয় সেই পাত্রের আকার ধারণ করে।
- তাপের প্রভাবে তরল পদার্থের আয়তনের পরিবর্তনই কেবল প্রতীয়মান হয়, তাই তরল পদার্থের প্রসারণ বলতে এর আয়তনের প্রসারণকেই বুঝায় ।
- পরীক্ষা করে দেখা গেছে, একই পরিমাণ তাপ প্রয়োগে সম আয়তনের কঠিন পদার্থের তুলনায় তরল পদার্থের আয়তনের প্রসারণ বেশি হয়।
- আবার একই পরিমাণ তাপে বিভিন্ন প্রকার তরলের প্রসারণের পরিমাণও সমান হয় না।
- তাপে পদার্থের প্রসারণ পর্যবেক্ষণের জন্য ঐ পদার্থকে তাপ দিতে হয়।

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান, এসএসসি প্রোগ্রাম, বাংলাদেশ উন্মুক্ত বিশ্ববিদ্যালয় ।

- প্রতিটি গ্যাসের ক্ষেত্রেই একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা আছে যে তাপমাত্রার নিচে গ্যাস কে চাপ প্রয়োগে তরলে পরিণত করা যায়।
- এই তাপমাত্রা কে বলা হয় গ্যাসের সংকট বা ক্রান্তি তাপমাত্রা (Critical Temperature)।
- যেমন: কারবন-ডাই-অক্সাইড (CO₂) এর ক্রান্তি তাপমাত্রা 31.1°C।

- ক্রান্তি তাপমাত্রার নিচে থাকলে গ্যাসকে যথেষ্ট চাপ প্রয়োগ করে সহজেই তরলে পরিণত করা যায়।
- ক্রান্তি তাপমাত্রার উপরে পদার্থের বায়বীয় অবস্থাকে গ্যাস বলে।

উৎস: Britannica. [লিংক]।

- বয়েল, চার্লস ও অ্যাভোগেড্রোর সূত্রের সমন্বয়ে আদর্শ গ্যাসের অবস্থার সমীকরণ PV = nRT পাওয়া যায়।
- এখানে, R = মোলার গ্যাস ধ্রুবক।
- প্রমাণ তাপমাত্রা ও চাপে S.I এককে R এর মান 8.314 JK^{- 1}mol^{- 1} .

- যেসকল গ্যাস যেকোনো তাপমাত্রা ও চাপে গ্যাসের সূত্রসমূহ মেনে চলে তাদের আদর্শ গ্যাস বলে।
- কিন্তু বাস্তবে কোনো গ্যাসই সকল তাপমাত্রা ও চাপে এসব সূত্র মেনে চলে না।
- কেবলমাত্র “অতি উচ্চ তাপমাত্রা ও নিম্ন চাপে” বাস্তব গ্যাস সমূহ আদর্শ আচরণ করে অর্থাৎ, গ্যাসের সূত্রগুলো মেনে চলে।

- প্রমাণ তাপমাত্রা ও চাপ (STP = Standard Temperature & Pressure) ⇒ 0° C বা 273k ও 1atm বা 76cm(Hg)

উৎস: পদার্থবিজ্ঞান প্রথম পত্র, একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণি।

• পানি:
- বিশুদ্ধ পানি স্বাদহীন, গন্ধহীন আর বর্ণহীন।
- পানির ঘনত্ব তাপমাত্রার ওপরে নির্ভর করে।
- পানির ঘনত্ব সবচেয়ে বেশি ৪° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় ৷
- আর সেটি হচ্ছে ১ গ্রাম/ সি.সি বা ১০০০ কেজি/মিটার কিউব।
অর্থাৎ, ১ সি.স. পানির ভর হলো ১ গ্রাম বা ১ কিউবিক মিটার পানির ভর হলো ১০০০ কেজি।

- যে তাপমাত্রায় বরফ গলে যায়, সেটিই হচ্ছে বরফের গলনাংক।
- বরফের গলনাংক ০° সেলসিয়াস।
- অন্যদিকে বায়ুমণ্ডলীয় চাপে যে তাপমাত্রায় তরল পদার্থ বাষ্পে পরিণত হয়, তাকে স্ফুটনাংক বলে।
- আর পানির স্ফুটনাংক ১০০° সেলসিয়াস।

উৎস: বিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি ।

- একটি তাপ ইঞ্জিন উচ্চ তাপমাত্রা থেকে তাপ গ্রহণ করে কাজ সম্পাদন করে, কিন্তু তাপীয় পাম্প তার বিপরীত কাজ করে। এটি বিদ্যুৎ বা অন্য কোনো শক্তির সাহায্যে কাজ সম্পাদন করে তাপকে নিম্ন তাপমাত্রা থেকে উচ্চ তাপমাত্রার দিকে স্থানান্তর করে ৷
- রেফ্রিজারেটর এবং এয়ার কন্ডিশনারও একই মূলনীতিতে কাজ করে।

• তাপীয় ইঞ্জিন:
- যে যন্ত্র দ্বারা তাপশক্তিকে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তর করা যায় তাকে তাপীয় ইঞ্জিন বলে। যথা:
১. বাষ্পীয় ইঞ্জিন,
২. পেট্রোল ইঞ্জিন,
৩. ডিজেল ইঞ্জিন ইত্যাদি।
- তাপ ইঞ্জিনে তাপ উৎস এবং তাপগ্রাহক থাকে ।
- ইঞ্জিন কোনো উৎস থেকে তাপ গ্রহণ করে তার খানিকটা কাজে রূপান্তরিত করে।
- তাপের যে অংশ কাজে রূপান্তরিত হয় না তা পরিবেশে বিলিয়ে দেবে এবং পুনরায় তাপ উৎস থেকে তাপ গ্রহণ
করবে।
- উৎসের তাপমাত্রা যে পরিবেশ বা সিস্টেমে তাপ গ্রহণ করবে তার তাপমাত্রার চেয়ে বেশি হবে।
- অর্থাৎ, ইঞ্জিন উচ্চতর তাপমাত্রার তাপ উৎস থেকে তাপ গ্রহণ করে তার খানিকটা কাজে রূপান্তরিত করে এবং বাকি অংশ নিম্নতর তাপমাত্রার তাপগ্রাহক বা শীতল বস্তুতে ছেড়ে দিয়ে ইঞ্জিনটি আদি অবস্থায় ফিরে আসে।
- ইঞ্জিনটি এভাবে একটি চক্র সম্পন্ন করে ।

অন্যদিকে,
• তাপীয় পাম্প:
- তাপীয় পাম্প (Heat Pump) হলো এমন একটি যন্ত্র যা তাপগতিবিদ্যার নীতির ওপর ভিত্তি করে তাপকে এক স্থান থেকে অন্য স্থানে স্থানান্তর করে। এটি রেফ্রিজারেটর বা এয়ার কন্ডিশনারের মতোই কাজ করে।
- একটি তাপীয় পাম্প যান্ত্রিক কাজ (বিদ্যুৎ) ব্যবহার করে তাপকে এক স্থান থেকে অন্য স্থানে স্থানান্তর করে, যা তাপ ইঞ্জিনের কাজের সম্পূর্ণ বিপরীত।
- অর্থাৎ, তাপ ইঞ্জিন তাপকে কাজে পরিণত করে, আর তাপীয় পাম্প কাজকে তাপ স্থানান্তরে পরিণত করে।

উল্লেখ্য,
- জেনারেটর কোনো তাপীয় যন্ত্র নয়, বরং এটি যান্ত্রিক শক্তিকে বিদ্যুৎ শক্তিতে রূপান্তরিত করে।
- সৌর প্যানেল আলোক শক্তিকে বিদ্যুৎ শক্তিতে রূপান্তরিত করে। এটি তাপ ইঞ্জিনের বিপরীত নয় ।
- থার্মোস্ট্যাট হলো একটি নিয়ন্ত্রণ যন্ত্র, যা তাপমাত্ৰা নিয়ন্ত্রণ করে কিন্তু নিজে তাপ স্থানান্তর করে না ।

উৎস: পদার্থ প্রথম পত্র, এইচএসসি প্রোগ্রাম, বাংলাদেশ উন্মুক্ত বিশ্ববিদ্যালয়।