পদার্থের অবস্থা এবং চাপ (Pressure & States of Matter)

For Class:9-10

Lesson:5

Pressure & States of Matter

                       [There is nothing more than the original book option]

অবশ্যই জানতে হবে -                                                                                                      

-      চাপ ও ক্ষেত্রফল ঘনত্ব ।

-      বায়ুমণ্ডলের চাপ বা টরিসেলির পরীক্ষা ।

-      বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিবর্তন ও আবহাওয়া ।

-      স্থির তরলের মধ্যে কোনো বিন্দুতে চাপ ।

-      প্রবাহীর চাপ ও প্লবতা ।

-      বস্তুর ভাসন ও নিমজ্জন ।

-      আর্কিমিডিসের সূত্র ।

-      প্যাসকেলের সূত্র ।

-      স্থিতিস্থাপকতাঃ পীড়ন ও বিকৃতি ।

-      পদার্থের আণবিক গতিতত্ত্ব ।

-      পদার্থের প্লাজমা অবস্থা ।

আলোচনাঃ

Ø  বায়ুর চাপ পরিমাপ করার যন্ত্রকে ব্যারোমিটার বলে ।

গুরুত্বপূর্ণ সংজ্ঞাঃ

চাপঃ কোনো বস্তুর প্রতি একক ক্ষেত্রফলের উপর লম্বভাবে প্রযুক্ত বলকে চাপ বলে ।

[চাপের একক Nm^-2 একে প্যাসকেল (Pa) বলে । অর্থাৎ 1 Pa = 1 Nm^-2 ।]
1 প্যাসকেলঃ 1m² ক্ষেত্রফলের উপর 1 N বল লম্বভাবে ক্রিয়া করলে যে চাপ হয় তাকে 1 Pa বলে ।

আয়তনঃ কোনো বস্তু যে জায়গা জুড়ে থাকে তাকে এর আয়তন বলে ।

ঘনত্বঃ কোনো বস্তুর একক আয়তনের ভরকে তার উপাদানের ঘনত্ব বলে ।

[ঘনত্ব বস্তুর উপাদান ও তাপমাত্রার উপর নির্ভরশীল । মৃত সাগর (Dead Sea) জর্ডানে অবস্থিত । লবণ ও অন্যান্য অপদ্রব্য মিশ্রিত থাকার জন্য এই সাগরের পানির ঘনত্ব এত বেশি যে মানুষ সেখানে ডুবে না ।]

বায়ুমণ্ডলীয় চাপঃ বায়ুমণ্ডল তার ওজনের জন্য ভূপৃষ্ঠে প্রতি একক ক্ষেত্রফলে লম্বভাবে যে পরিমান বল প্রয়োগ করে তাকে ঐ স্থানের বায়ুমণ্ডলীয় চাপ বলে ।

টরিসেলির শূন্যস্থানঃ কাঁচনলে পারদ স্তম্ভের উচ্চতা ব্যবহার করে বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিমাপ করা যায় । কাচনলে যে পারদস্তম্ভ দাঁড়িয়ে থাকে (76 cm) তার উপর নলের বদ্ধ প্রান্ত পর্যন্ত স্থান শূন্য । এই শুন্য স্থানকে টরিসেলির শূন্যস্থান বলে । [এখানে সামান্য পারদ বাষ্প থাকে ।]

প্রবাহীঃ যে পদার্থ প্রবাহিত হয় বা হতে পারে তাকে প্রবাহী (fluid)বলে ।

[তরল ও বায়বীয় এ দুই শ্রেণির পদার্থ প্রবাহীর অন্তর্ভুক্ত ।]
প্রবাহীর চাপঃ কোনো তলে স্থির অবস্থায় থেকে প্রবাহী তার প্রতি একক ক্ষেত্রফলে লম্বভাবে যে বল প্রয়োগ করে তার মানকে প্রবাহীর চাপ বলে ।
প্লবতাঃ তরল বা বায়বীয় পদার্থে আংশিক বা সম্পূর্ণভাবে নিমজ্জিত কোনো বস্তুর উপর তরল বা বায়বীয় পদার্থ লম্বভাবে যে উর্ধ্বমুখী বল ক্রিয়া করে তাকে প্লবতা বলে ।

[প্লবতার মান বস্তুর নিমজ্জিত অংশ কর্তৃক অপসারিত তরল বা বায়বীয় পদার্থের ওজনের সমান হয় ।
অর্থাৎ উর্ধ্বমুখী বল বা প্লবতা = বস্তু কর্তৃক অপসারিত প্রবাহীর ওজন ।
এই ঊর্ধ্বমুখী বলের জন্যই তরলে নিমজ্জিত বস্তু ওজন হারায় বলে মনে হয় ।]

বল বৃদ্ধিকরণ নীতিঃ আবদ্ধতরল পদার্থের ক্ষুদ্রতম অংশের উপর পিস্টন দ্বারা কোনো বল প্রয়োগ করলে এর বৃহত্তম পিস্টন সেই বলের বহুগুন বেশি বল প্রযুক্ত হতে পারে । একে বল বৃদ্ধিকরণ নীতি বলে ।
স্থিতিস্থাপকতাঃ বাহ্যিক বল প্রয়োগ করে কোনো বস্তুর আকার বা আয়তন বা উভয়ের পরিবর্তনের চেষ্টা করলে, যে ধর্মের জন্য বস্তুটি এই প্রচেষ্টাকে বাধা দেয় এবং বল অপসারিত হলে বস্তু তার পূর্বের আকার বা আয়তন ফিরে পায় সেই ধর্ম কে স্থিতিস্থাপকতা বলে । যে সকল পদার্থের এই ধর্ম আছে তাদেরকে স্থিতিস্থাপক পদার্থ বলে ।

স্থিতিস্থাপক সীমাঃ যার বেশি বল প্রয়োগ করলে স্থিতিস্থাপক  বস্তু আর পূর্বের আকার ফিরে পায় না । এই সীমাকে স্থিতিস্থাপক সীমা বলে।
বিকৃতিঃ যখন স্থিতিস্থাপক বস্তুর উপর বাহ্যিক বল প্রয়োগ করা হয় তখন বস্তুর অণুগুলো পরস্পর থেকে সরে যায় । তার ফলে বস্তুর দৈর্ঘ্য, আয়তন বা আকৃতির পরিবর্তন ঘটে । একক দৈর্ঘ্যের বা একক আয়তনের এই পরিবর্তনকে বিকৃতি বলে ।

পীড়নঃ বাহ্যিক বলের প্রভাব কোনো বস্তুর মধ্যে বিকৃতির সৃষ্টি হলে স্থিতিস্থাপকতার জন্য বস্তুর ভিতরে একটি প্রতিরোধ বলের উদ্ভব হয় । এই প্রতিরোধ বল বাহ্যিক বলকে বাধাদানের চেষ্টা করে । বস্তুর ভিতর একক ক্ষেত্রফলে লম্বভাবে উদ্ভুত এ প্রতিরোধকারী বলকে পীড়ন বলে ।

কিছু প্রশ্নঃ

v  হাইড্রোজেন গ্যাস ভর্তি বেলুন সহজে উপরের দিকে ওঠে কেন ?

উত্তরঃ হাইড্রোজেন গ্যাসের ঘনত্ব বায়ুর ঘনত্বের চেয়ে বেশ কম । তাই এই গ্যাসভর্তি হালকা বেলুন সহজে উপরের দিকে উঠে যায় ।

v  সঞ্চয়ী কোষে মাঝে মাঝে পানি দিতে হয় কেন ?

উত্তরঃ কোষে ব্যবহৃত সালফিউরিক এসিডের ঘনত্ব 1.5 × 10 হাইড্রোমিটার দিয়ে মাঝে মাঝে ঘনত্ব মেপে দেখতে হয় । ঘনত্ব বেশি হলে কোষটা নষ্ট হয়ে যায় । এ জন্য মাঝে মধ্যে প্রয়োজনীয় পানি দিয়ে ঘনত্ব ঠিক রাখতে হয় ।

v  ভালো ডিম পানিতে ডুবে গেলেও পচা ডিম পানিতে ভাসে কেন ?

উত্তরঃ ভালো ডিম পানিতে ডুবে যায় কিন্তু পচা ডিম পানিতে ভাসে । কারণ পচা ডিমের ঘনত্ব পানির চেয়ে কম কিন্তু ভাল ডিমের ঘনত্ব পানির চেয়ে বেশি ।

v  মানুষ বায়ুর চাপ অনুভব করে না কেন ?

উত্তরঃ মানুষের শরীরের ভিতরে রক্তের চাপ বাইরের এই চাপ অপেক্ষা সামান্য বেশি বলে মানুষ বায়ুর এই চাপ  অনুভব করে না ।

উচ্চতা ও বায়ুমণ্ডলীয় চাপঃ

বায়ুমণ্ডলীয় চাপ নির্ভর করে বায়ুমণ্ডলের উচ্চতা এবং বায়ুর ঘনত্বের উপর । ভূপৃষ্ঠে অর্থাৎ সমুদ্র সমতলে বায়ুর সাধারণ চাপ হলো 76cm পারদস্তম্ভের চাপের সমান । উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ কমতে থাকে । যেমনঃ এভারেষ্ট পর্বতশৃঙ্গের উপরে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ সমুদ্র সমতলের চাপের প্রায় 30% । সেজন্য বেশি উচ্চতায় উঠলে শ্বাস-প্রশ্বাস নেওয়া কষ্টকর হয় । আবার বেশি উচ্চতায় বায়ুমণ্ডলীয় চাপের চেয়ে মানুষের রক্তচাপ বেশি থাকে বলে নাক দিয়ে রক্ত পড়তে পারে । সেজন্যই বিমান যখন বেশি উচ্চতার নিম্নচাপ অঞ্চল দিয়ে উড়ে যায় তখন এর অভ্যন্তরে যাত্রীদের সুবিধার্থে স্বাভাবিক চাপ বজায় রাখার ব্যবস্থা করা হয় ।

বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিবর্তন ও আবহাওয়াঃ

কোনো স্থানে সময়ের সঙ্গে সঙ্গে বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিবর্তন ঘটে । কারণ বায়ুতে উপস্থিত জলীয় বাষ্পের পরিমাণের হ্রাস বৃদ্ধি তথা বায়ুর ঘনত্বের পরিবর্তন হয় । বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিবর্তন ব্যারোমিটারের পারদস্তম্ভের উচ্চতার পরিবর্তন দেখে বোঝা যায় । এর সাহায্যে আবহাওয়ার পূর্বাভাস ও দেয়া যেতে পারে । অর্থাৎ -
১। ব্যারোমিটারের পারদ স্তম্ভের উচ্চতা ধীরে ধীরে কমতে থাকলে বোঝা যাবে বায়ুতে জলীয় বাষ্পের পরিমাণ ধীরে ধীরে বাড়ছে । কারণ জলীয় বাষ্প বায়ুর চেয়ে হালকা । এক্ষেত্রে বৃষ্টিপাতের সম্ভাবনা আছে ।
২। হঠাৎ যদি পারদস্তম্ভের উচ্চতা খুব কমে যায় তবে বুঝতে হবে চারদিকে বায়ুমণ্ডলের চাপ কমে গেছে এবং ঐ স্থানে নিম্নচাপের সৃষ্টি হয়েছে । পার্শ্ববর্তী উচ্চচাপের স্থান থেকে প্রবল বেগে বায়ু ঐ নিম্নচাপের অঞ্চলে ছুটে আসবে । সুতরাং ঝড়ের সম্ভাবনা আছে ।
৩। ব্যারোমিটারের পারদস্তম্ভের উচ্চতা ধীরে ধীরে বাড়লে বুঝতে হবে বায়ুমণ্ডল থেকে জলীয় বাষ্প অপসারিত হচ্ছে এবং শুষ্ক বাতাস সেই স্থান অধিকার করছে । সুতরাং আবহাওয়া শুষ্ক ও পরিস্কার থাকবে ।

এভাবে বায়ুর চাপের পরিবর্তন ব্যারোমিটার দ্বারা নির্ণয় করে আবহাওয়ার পূর্বাভাস দেওয়া যায় ।

বস্তুর ভাসন ও নিমজ্জনঃ

স্থির তরলে কোনো বস্তুকে ছেড়ে দিলে বস্তুটির উপর একই সঙ্গে দুটি বল ক্রিয়া করে-
                      ১। বস্তুর ওজন  খাড়া নিচের দিকে বস্তুর ওজন ক্রিয়া করে ।

                      ২। নিমজ্জিত বস্তুর উপর তরলের প্লবতা  উলম্বভাবে ওপরের দিকে ক্রিয়া করে ।

বস্তুর ভাসন ও নিমজ্জনের ক্ষেত্রে তিনটি অবস্থার সৃষ্টি হতে পারে-
ক। যদি F হয়, অর্থাৎ যদি বস্তুর ওজন তরলের প্লবতার চেয়ে বেশি হয় তাহলে বস্তু তরলে ডুবে যাবে ।
এক্ষেত্রে বস্তুর ওজন বস্তু কর্তৃক অপসারিত তরলের ওজন অপেক্ষা বেশি ।
খ। যদি  F হয়, অর্থাৎ বস্তুর ওজন তরলের প্লবতার সমান হয় তাহলে বস্তুটি তরলে সম্পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসবে । এক্ষেত্রে বস্তুর ওজন, বস্তু কর্তৃক অপসারিত তরলের ওজনের সমান ।
গ। যদি F  হয়, অর্থাৎ যদি বস্তুর ওজন তরলের প্লবতার চেয়ে কম হয় তাহলে বস্তুটি তরলে আংশিক নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসবে । এক্ষেত্রে বস্তুর ওজন বস্তু কর্তৃক অপসারিত তরলের ওজনের চেয়ে কম ।

আর্কিমিডিসের সূত্রঃ

খ্রিষ্টপূর্ব তৃতীয় শতাব্দীতে গ্রিক দার্শনিক আর্কিমিডিস আবিষ্কার করেন যে, কোনো বস্তুকে স্থির তরল অথবা বায়বীয় পদার্থে আংশিক বা সম্পূর্ণ ডুবালে বস্তুটি কিছু ওজন হারায় বলে মনে হয় । এই হারানো ওজন বস্তুটির দ্বারা অপসারিত তরল বা বায়বীয় পদার্থের ওজনের সমান ।

প্যাসকেলের সূত্রঃ 

আবদ্ধপাত্রে তরল বা বায়বীয় পদার্থের কোনো অংশের উপর বাইরে থেকে চাপ প্রয়োগ করলে সেই চাপ কিছু মাত্র না কমে তরল বা বায়বীয় পদার্থের সবদিকে সমানভাবে সঞ্চালিত হয় এবং তরল বা বায়বীয় পদার্থের সংলগ্ন পাত্রের গায়ে লম্বভাবে ক্রিয়াকরে ।

হুকের সূত্রঃ

বিজ্ঞানী রবার্ট হুক স্থিতিস্থাপকতার সূত্র আবিস্কার করেন । এই সূত্রানুসারে- স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে পীড়ন বিকৃতির সমানুপাতিক ।
পীড়ন  বিকৃতি
 পীড়ন = ধ্রুবক × বিকৃতি
এই ধ্রুবকটিকে বস্তুর উপাদানের স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক বলে। উল্লেখ্য যে বিকৃতির কোনো একক নেই । পীড়নের একক Nm^-2  । স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্কের এককও Nm^-2 ।

পদার্থের আণবিক গতিতত্ত্বঃ

পদার্থের অণুগুলো গতিশীল অবস্থায় আছে, এই ধারণা ধরে নেওয়াই পদার্থের আণবিক গতিতত্ত্বের মূল বিষয় । নিম্নবর্ণিত স্বীকার্যগুলোর উপর পদার্থের আণবিক গতিতত্ত্ব বিষয় ।
১। যে কোনো পদার্থ অসংখ্য ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র কণার সমন্বয়ে গঠিত । এই কণাগুলোকে পদার্থের অণু বলে ।
২। অণুগুলো এতো ক্ষুদ্র যে তাদেরকে বিন্দুবৎ বিবেচনা করা হয় ।
৩। পদার্থের কণাগুলো সর্বদা গতিশীল ।
৪। গ্যাসের ক্ষেত্রে অণুগুলো বেশ দূরে দূরে থাকে, এ জন্য তাদের মধ্যে কোনো আকর্ষণ বা বিকর্ষণ বল কাজ করে না বললেই চলে । তরলের ক্ষেত্রে অণু গুলো কিছুটা দূরে দূরে থাকলেও তাদের মধ্যে আকর্ষণ বল কাজ করে এবং তরলকে পাত্রের আকারে ধারণ করতে বাধ্য করে । কঠিন পদার্থের ক্ষেত্রে কণাগুলো খুব কাছাকাছি থাকে এবং তাদের মাঝে তীব্র আকর্ষণ বল কাজ করে বিধায় কঠিন পদার্থের নিজস্ব আকার ও আয়তন থাকে ।
৫। গ্যাস ও তরলের ক্ষেত্রে কণাগুলো এলোমেলো ছুটাছুটি করে এজন্য এরা পরস্পরের সাথে এবং পাত্রের দেয়ালের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয় ।

পদার্থের প্লাজমা অবস্থাঃ

পদার্থের চতুর্থ অবস্থার নাম প্লাজমা । এই প্লাজমা হলো অতি উচ্চ তাপমাত্রায় আয়নিত গ্যাস । প্লাজমার বড় উৎস হচ্ছে সূর্য । তাছাড়া অন্যান্য নক্ষত্রগুলোও প্লাজমার উৎস । প্রায় কয়েক হাজার ডিগ্রি সেন্টিগ্রেট তাপমাত্রায় প্লাজমা অবস্থার উৎপত্তি হয় । গ্যাসের ন্যায় প্লাজমার কোনো নির্দিষ্ট আকার বা আয়তন নেই । প্লাজমা কণাগুলো তড়িৎ আধান বহন করে তাই প্লাজমা তড়িৎ পরিবাহী হিসেবে কাজ করে । শিল্প কারখানার প্লাজমা টর্চ দিয়ে ধাতব পদার্থ কাটা হয় ।

গাণিতিক সমস্যাঃ

১। জুতা পায়ে কোনো মহিলার ভর 50 kg । তার জুতার তলার ক্ষেত্রফল 200 Cm² হলে চাপ বের কর ।

২।  2m³ আয়তনের তরলের ভর 2000 kg হলে তরলের ঘনত্ব কত ।

Edited By

Jeion Ahmed

EEE CUET