পদার্থ বিজ্ঞান প্রথম পত্র
অধ্যায় : 10
আদর্শ গ্যাস ও গ্যাসের গতিতত্ত্ব
Ideal Gas and Kinetic Theory Of Gases
আদর্শ গ্যাস এবং গ্যাসের সূত্রাবলী
✅ আদর্শ গ্যাস: যে সকল গ্যাস গ্যাসের গতিতত্ত্বের মৌলিক স্বিকার্য সমূহ মেনে চলে এবং সকল তাপমাত্রায় ও চাপে বয়েলের ও চার্লসের সূত্র যুগ্মভাবে মেনে চলে তাকে আদর্শ গ্যাস বলে।
✅ বাস্তবে আদর্শ গ্যাসের সমীকরণ কোন গ্যাসই সঠিকভাবে মেনে চলেনা আদর্শ গ্যাস একটি কাল্পনিক ধারণা মাত্র তবে উচ্চ তাপমাত্রা ও নিম্নচাপে বাস্তব গ্যাস সমূহ আদর্শ গ্যাসের ন্যায় আচরণ করে।
গ্যাসের সূত্রবলি:
1. বয়েলের সূত্র: `P_1V_1=P_2V_2`
2. চার্লসের সূত্র: `\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}`
3. চাপীয় সূত্র: `\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}`
4. আদর্শ গ্যাসের সূত্র: PV = nRT
5. বয়েল ও চার্লসের সমন্বয় সূত্র: `\frac{P_1\V_1}{T_1}=\frac{P_2\V_2}{T_2}`
আদর্শ গ্যাসের বৈশিষ্ট্য সূচক মানদন্ড
✅ আদর্শ গ্যাস সকল তাপমাত্রা ও চাপে PV = nRT সমীকরণ মেনে চলে।
✅ স্থির তাপমাত্রায় আদর্শ গ্যাসের আয়তনের উপর নির্ভরশীল নয়।
✅ আদর্শ গ্যাসের অনুসমূহের মধ্যে কোন আকর্ষণ বা আকর্ষণ নেই।
✅ আদর্শ গ্যাসের অনুসমূহের মোট আয়তন গ্যাস দ্বারা দখলকৃত আয়তনের তুলনায় নগণ্য।
গ্যাসের চলরাশি: গ্যাসের আয়তন, তাপমাত্রা ও চাপ এই তিনটিকে চলরাশি বলে।
গ্যাস : সাধারণ তাপমাত্রা ও চাপে যে সকল পদার্থ বায়বীয় অবস্থায় থাকে তাদেরকে গ্যাস বলে।
যেমন:- হাইড্রোজেন, অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেন ইত্যাদি।
বর্তমানে প্রচলিত ধারণা অনুসারে সংকট তাপমাত্রার উপরে কোন পদার্থের বায়বীয় অবস্থাকে গ্যাস বলে।
গ্যাসীয় সূত্র: গ্যাসের তিনটি সূত্র রয়েছে যথা-
✔ বয়েলের সূত্র।
✔ চার্লসের সূত্র।✔ গে লুসাকের চাপীয় সূত্র/ রেনোর সূত্র।
✅অ্যাভোগেড্রোর সূত্র একই তাপমাত্রা ও চাপে সকল গ্যাসে সমানসংখ্যক থাকে
✅গ্যাস ও বাষ্পের মধ্যে পার্থক্য এই যে গ্যাসকে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রার নিচে রেখে চাপ প্রয়োগ করতে হয় কিন্তু বাষ্পকে চাপ প্রয়োগ করলেই তরলে পরিণত হয়ে যায়
✅কোন পদার্থ এর ক্রান্তি তাপমাত্রা অপেক্ষা অধিক তাপমাত্রায় থাকলে তাকে বলা হয় গ্যাস
✅পরমশূন্য তাপমাত্রা: -273.15 K তাপমাত্রাকে পরমশূণ্য তাপমাত্রা বলে।
✅বয়েলের সূত্র: গ্যাসের গতিতত্ত্বের সাহায্যে বয়েলের সূত্র প্রতিপাদন করা যায়।
সূত্র: তাপমাত্রার স্থির থাকলে কোন নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের আয়তন এর চাপের ব্যস্তানুপাতিক।
আবিষ্কারক বিজ্ঞানী রবার্ট বয়েল।
আবিষ্কার সাল 1662
সম্পর্ক স্থাপন করে চাপ ও আয়তনের মধ্যে কিন্তু তাপমাত্রা ধ্রুবক থাকে।
লেখচিত্র বয়েলের সূত্র অনুসারে লেখচিত্রের প্রকৃতি আয়তাকার পরাবৃত্ত।
পরমশূন্য তাপমাত্রায় গ্যাসের-
✅আয়তন শুন্য।
✅ চাপ শুন্য।
✅গতিশক্তি শুন্য হয়।
✅ চার্লসের সূত্র: নির্দিষ্ট চাপে নির্দিষ্ট ভরের কোন গ্যাসের আয়তন তার পরম তাপমাত্রার সমানুপাতিক।
একই তাপমাত্রা ও চাপে সমান আয়তনের সকল গ্যাসে সমানসংখ্যা অনু থাকে।
✅গ্যাসের গতিতত্ত্ব সম্পর্কে কিছু তথ্য-
✔ তাপমাত্রা হ্রাস পেলে কোন স্থানের জলীয় বাষ্পের ধারণক্ষমতা হ্রাস পায়।
✔ গ্যাসের অনুর গড় বর্গবেগ গ্যাসের পরম তাপমাত্রার বর্গমূলের সমানুপাতিক।
✔ আয়তন স্থির থাকলে চাপীয় সূত্র অনুসারে তাপমাত্রা বাড়লে সমানুপাতিক হারে চাপ বাড়বে।
✔ একক চাপে কোন গ্যাসের এক মোলার আয়তন ও গ্যাসটির পরম তাপমাত্রার অনুপাত সার্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক।
✔ তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে অনুগুলোর গড় বর্গ বেগ বৃদ্ধি পায়।
✔ 1 ক্যালরি তাপকে সম্পূর্ণ কাজে রূপান্তরিত করলে 4.2 জুল কাজ সম্পন্ন হয়।
✔ পরম শূন্য তাপমাত্রায় কোন গ্যাসের আয়তন তাত্ত্বিকভাবে শূন্য হয়। পরম শূন্য তাপমাত্রায় কোন গ্যাসের
গতিশক্তি থাকে না অর্থাৎ অনুগুলো স্থির থাকে কোন গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি শুধু তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে।
✔ একটি নির্দিষ্ট চাপে যে তাপমাত্রায় কোন পদার্থ কঠিন তরল ও বায়বীয় রূপে সাম্যবস্থায় থাকে তাকে বলে পদার্থের ত্রৈধ বিন্দু।
✔ গ্যাসের অনুর গড় গতিশক্তি উহার তাপমাত্রার সমানুপাতিক।
✔ যদি কোন গ্যাসের চাপ বৃদ্ধি পায় তাহলে উহার স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি পাবে। যে কোন আদর্শ গ্যাসের স্থিতিশক্তি শূন্য।
✔ পানির ত্রৈধ বিন্দুতে চাপ 4.58mm (Hg)
✔ পানির ত্রৈধ বিন্দুর তাপমাত্রা 273.16 K.
✔ 100 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় পানির বাষ্পের চাপ 760 mm Hg.
✔ STP তে সকল গ্যাসের মোলার আয়তন 22.4 L.
✔ স্থির আয়তনে শূন্য ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় কোন গ্যাসের চাপ দ্বিগুণ করলে এর চূড়ান্ত তাপমাত্রা হবে 273 ডিগ্রি সেলসিয়াস।
✔কোন গ্যাসের মূল গড় বর্গ বেগ এর পরম তাপমাত্রার বর্গমূলের সমানুপাতিক।
✔ বয়েলের সূত্র রুদ্ধ তাপীয় প্রক্রিয়া মেনে চলে।
✅গ্যাসের গতি তত্ত্বের মৌলিক স্বীকার্য সমূহ
গ্যাসের গতিতত্ত্ব ১৭৩০ সালে বার্নোলি সর্বপ্রথম গতি তত্ত্বের সাহায্যে গ্যাসের সূত্রাবলী ব্যাখ্যা করেন।
এজন্য বার্নোলিকে গ্যাসের গতি তত্ত্বের জনক বলা হয়।
১৮৬০ খ্রিস্টাব্দে ক্লোসিয়াস, ম্যাক্সওয়েল, বোলজম্যান, জিন , ভ্যানডার ওয়ালস গতি তত্ত্বের প্রভূত
উন্নতি সাধন করেন এবং তত্ত্বের সাহায্যে গ্যাসের নানারূপ আচরণের ব্যাখ্যা প্রদান করেন।
স্বীকার্য সমূহ-
১৮৫৭ সালের গ্যাসের এই স্বীকার্য গুলো বর্ণনা করা হয়। স্বীকার্য গুলি হল-
✔ একই গ্যাসের অণুগুলো একই রকম এবং বিভিন্ন গ্যাসের অণুগুলো বিভিন্ন।
✔ অণুগুলো বিন্দু ভর বা ভর যার আয়তন গ্যাস পাত্রের তুলনায় কম।
✔ গ্যাসের অণুগুলো সম্পূর্ণ দৃঢ় স্থিতিস্থাপক গোলক এবং পরস্পরের সাথে কোন আকর্ষণ বা বিকর্ষণ নাই।
✔ অনুগুলো পরস্পরের সাথে এবং পাত্রের দেয়ালের সাথে ধাক্কা খায় অণুগুলো সমবেগে চলে।
✔ সংঘর্ষ কাল অতি অল্প উক্ত সময় অতিক্রান্ত দূরত্বই হলো মুক্ত পথ।
✔ অণুগুলো সম্পূর্ণ স্থিতিস্থাপকগুলো তাই সংঘর্ষের পূর্বে ও পরে এদের ভরবেগ ও গতিশক্তি সংরক্ষিত থাকে।
✔ অণুগুলো বিভিন্ন গতিতে এলোমেলো ভাবে ইতস্তত ছোটাছুটি করে এবং নিউটনের গতিসূত্র মেনে চলে।
✔ আদর্শ গ্যাস স্বীকার্য সমূহ সর্বতোভাবে মেনে চলে কিন্তু বাস্তবে সকল স্বীকার্য মেনে চলেনা।
✔ গ্যাস অনুগুলির উপর অভিকর্ষজ বলের কোন প্রভাব নেই।
✔ গ্যাসের অনু গুলো অনাবরত ধাক্কায় লিপ্ত থাকলেও একক ঘন আয়তনে অনুর সংখ্যা স্থির থাকে অর্থাৎ আদর্শ গ্যাসের আণবিক ঘনত্ব স্থির থাকে।
✔ একটি সংঘর্ষে যে সময় ব্যয় হয় তা দুটি সংঘর্ষের মধ্যবর্তী সময়ের তুলনায় নগণ্য অর্থাৎ ধাক্কা গুলো তাৎক্ষণিক।
✅গ্যাসের গতি তত্ত্বের প্রয়োগ:
গ্যাসের গতি তত্ত্ব প্রয়োগ করে নিম্নোক্ত সূত্র ও সমীকরণ
প্রমাণ/ প্রতিপাদন করা যায়-
✔ বয়েলের সূত্র
✔ আদর্শ গ্যাসের সমীকরণ✔ চার্লসের সূত্র
✔ চাপের সূত্র
✔ অ্যাভোগেড্রোর সূত্র
✅গড়বেগ : দুই বা ততধিক বেগের গড় মানকে গড়বেগ বলে।
✅গড় বর্গবেগ: দুই বা ততধিক বেগের বর্গের গড় মানকে গড়বর্গবেগ বলে।
✅ বয়েলের সূত্র, চার্লসের সূত্র, চাপের সূত্র ও অ্যাভোগেড্রোর সূত্র- আদর্শ গ্যাসের সমীকরণ মেনে চলে