পদার্থবিজ্ঞান দ্বিতীয় পত্র · একাদশ-দ্বাদশ · অধ্যায় ১ · ১.৮

প্রত্যাবর্তী ও অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া।

পানিভরা কাচের গ্লাস মেঝেতে পড়ে ভাঙল। ভিডিওটা উল্টো চালালে টুকরোগুলো লাফিয়ে জোড়া লেগে আবার তোমার হাতে ফিরে আসে। দেখেই হাসি পায়, কারণ প্রকৃতিতে এমন হয় না। তাপগতিবিদ্যা এই “ফেরা যায়, ফেরা যায় না” ব্যাপারটাকেই দুই ভাগ করেছে।

১. যে প্রক্রিয়া ফিরতে পারে

কোনো ব্যবস্থা এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থায় যায় দুই রকম প্রক্রিয়ায়: প্রত্যাবর্তী আর অপ্রত্যাবর্তী। যে প্রক্রিয়া বিপরীতমুখী হয়ে ফিরে আসে, আর যার সম্মুখবর্তী ও বিপরীতমুখী প্রতি স্তরে তাপ ও কাজের ফলাফল সমান ও বিপরীত, তাকে প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া বলে। একে প্রত্যাগামী প্রক্রিয়াও বলে।

০°C-এ বরফে তাপ দিলে পানি হয়, একই তাপ বের করে নিলে আবার বরফ হয়। এটা প্রত্যাবর্তী। কিন্তু সামান্য তাপ সবসময় প্রকৃতিতে ক্ষয় হয়ে যায়, তাই বইয়ের কথা: প্রকৃতিতে পুরোপুরি প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ার অস্তিত্ব নেই।

স্বাভাবিক চাপে ২৭৩ K-এ বরফ গলতে যে তাপ শোষণ করে, সমপরিমাণ পানি জমে বরফ হতে ঠিক সেই তাপই বর্জন করে। প্রতি গ্রামে এই তাপ ৮০ cal বা ৩৩৬ J। তাহলে ৫ g বরফ গলতে লাগে ৫ × ৩৩৬ = ১৬৮০ J, আর ৫ g পানি জমে বরফ হতে ওই ১৬৮০ J-ই ছেড়ে দেয়।

২. ফিরতে হলে কী লাগে

প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায় পরিবর্তন ঘটে খুব ধীরে, অতি ক্ষুদ্র ধাপে। তাই প্রতি ধাপে ব্যবস্থা তাপগতীয় সাম্যাবস্থা বজায় রাখে; এই কারণে প্রক্রিয়াটি স্থৈতিক (quasi-static)। এতে অস্থিতিস্থাপকতা, সান্দ্রতা, ঘর্ষণ, বৈদ্যুতিক রোধ বা চুম্বকীয় হিস্টেরেসিসের মতো অবক্ষয়ী ফলও থাকে না, তাই একে অনবক্ষয়ী (non-dissipative) বলা হয়।

শেষে ব্যবস্থা আর তার পরিপার্শ্ব দুটোই কোনো নিট পরিবর্তন ছাড়া নিজ নিজ প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে যেতে পারে।

তাহলে প্রত্যাবর্তী হওয়ার শর্ত দুটো: (ক) প্রক্রিয়া অবশ্যই খুব ধীরে ঘটবে, আর (খ) কোনো অপচয়ী শক্তি সৃষ্টি হবে না। ঘর্ষণ, সান্দ্রতা বা রোধের বিরুদ্ধে ঘটা প্রক্রিয়া তাই প্রত্যাবর্তী নয়।

একটা বল ইস্পাতের পাতে ফেলো, তারপর ছবিটা উল্টো চালাও। ঘর্ষণ না থাকলে কী হয়, থাকলে কী হয়?

বইয়ে আপাতভাবে প্রত্যাবর্তী বলা হয়েছে এগুলোকে: খুব ধীরে করা সমোষ্ণ ও রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তন, ০°C-এ বরফ-পানি, উঁচু থেকে স্থিতিস্থাপক ইস্পাত পাতে ফেলা স্থিতিস্থাপক বল (আবার প্রাথমিক উচ্চতায় ওঠে), আর স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে খুব ধীরে টানা স্প্রিং।

৩. যা আর ফেরে না

যে প্রক্রিয়া সম্মুখগামী হওয়ার পর বিপরীতমুখী হয়ে ফিরতে পারে না, তাকে অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া বলে। একে অপ্রত্যাগামী বা অনপনেয় প্রক্রিয়াও বলে।

ভাঙা গ্লাস আর জোড়া লাগে না। আরেকটা উদাহরণ বইয়ের: একটা পূর্ণ আর একটা খালি পাত্র নল দিয়ে জুড়লে গ্যাস শূন্য পাত্রে ছড়িয়ে যায়, বাইরের কোনো কাজ করে না, আর নিজে থেকে কখনো ফিরে আসে না। ট্যাপ খুলে দেখো।

অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া হঠাৎ আর স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। প্রকৃতির সব প্রক্রিয়াই স্বতঃস্ফূর্ত, তাই প্রাকৃতিক প্রক্রিয়া মাত্রই অপ্রত্যাবর্তী। এতে ব্যবস্থা প্রাথমিক অবস্থায় ফেরার কোনো প্রবণতা দেখায় না। এটা দ্রুত প্রক্রিয়া, আর তাপগতীয় সাম্যাবস্থাও বজায় রাখে না।

বইয়ের উদাহরণগুলো: রোধের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ গেলে তাপ সৃষ্টি, ঘর্ষণে তাপ সৃষ্টি, উষ্ণ বস্তু থেকে শীতল বস্তুতে তাপ প্রবাহ, আর বন্দুকের বারুদের বিস্ফোরণ।

৪. ভাগ করো, তারপর তুলনা করো

উদাহরণ মেলানোর প্রশ্ন প্রায় প্রতি পরীক্ষায় আসে, আর অনেকে আন্দাজে লেখে। প্রতিটা ঘটনায় দুটো প্রশ্ন করো: খুব ধীর কি না, আর ঘর্ষণ বা রোধের মতো অপচয় আছে কি না।

বইয়ের তুলনা চার দফায়: গতি, স্বতঃস্ফূর্ততা, প্রাথমিক অবস্থায় ফেরা, আর সাম্যাবস্থা। প্রতিটা সারিতে আগে নিজে বলো, তারপর হাতল টেনে মিলিয়ে নাও।

৫. মিলিয়ে দেখো

প্রথম প্রশ্নটা পরীক্ষার ধাঁচে।

এবার দ্বিতীয়টা, শর্ত আর উদাহরণ মাথায় রেখে।

তৃতীয়টা শেষ পরীক্ষা।

পুরো নোটটা সাতটা কার্ডে।

সূত্র: পদার্থবিজ্ঞান দ্বিতীয় পত্র, একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণি (এনসিটিবি), অধ্যায় ১ “তাপগতিবিদ্যা”, অনুচ্ছেদ ১.৮।