রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধক

তাপগতিবিদ্যায়, রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধক () বলতে এমন একটি প্রতিবন্ধক বা প্রাচীরকে বোঝায়, যা তাপের স্থানান্তর সম্পূর্ণরূপে প্রতিরোধ করে, অর্থাৎ এর মাধ্যমে কোনো তাপ শক্তি এক পাশ থেকে অন্য পাশে যেতে পারে না। এটি তাপগতিবিদ্যায় একটি গুরুত্বপূর্ণ ধারণা, যা তাপীয় সাম্যাবস্থা ও শক্তির সংরক্ষণশীল নীতির বিশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়।

তাত্ত্বিক বিশ্লেষণে অনেক সময় ধরে নেওয়া হয় যে দুটি সিস্টেমের মধ্যে একটি অপরটির আশেপাশের পরিবেশ হিসেবে কাজ করে। এই ক্ষেত্রে, এটি অনুমান করা হয় যে পরিবেশের মধ্যে কাজের স্থানান্তর বিপরীতযোগ্য, তবে তাপগতিবিদ্যায় এটি ধরা হয় না যে সিস্টেমের ভেতর কাজের স্থানান্তরও বিপরীতযোগ্য। আশেপাশের পরিবেশের বিপরীতযোগ্যতার এই অনুমানের ফলে, স্থানান্তরিত কাজের পরিমাণ পরিবেশের বৃহদাকার চলক দ্বারা সুনির্দিষ্টভাবে নির্ধারিত হয়। তাই, অনেক সময় বলা হয় যে আশেপাশের পরিবেশ একটি বিপরীতযোগ্য কাজের ​আধার হিসেবে কাজ করে।

রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধকের ধারণার সাথে সম্পর্কিত আরেকটি ধারণা হলো রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টন। এটা সহজেই সম্ভব যে একটি সিস্টেমের কিছু সীমানা প্রাচীর রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধক এবং অন্যগুলি নয়। যদি কোনো সিস্টেমের কোনো প্রাচীর "রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধক" না হয় তখন সিস্টেমটি আর রুদ্ধতাপীয়ভাবে আবদ্ধ থাকে না, যদিও রুদ্ধতাপীয়ভাবে শক্তির স্থানান্তর রুদ্ধতাপীয় দেয়াল জুড়ে ঘটতে পারে।

রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টন গুরুত্বপূর্ণ কারণ, বহুল উদ্ধৃত তাপগতিবিদ হারবার্ট ক্যালেন-এর মতে, "শক্তির পরিমাপযোগ্যতার একটি অপরিহার্য পূর্বশর্ত হলো এমন প্রাচীরের অস্তিত্ব, যা তাপ আকারে শক্তি স্থানান্তর করতে দেয় না।" তাপগতিবিদ্যায়, সাধারণত রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টনের বাস্তব অস্তিত্বকে পূর্বানুমান হিসেবে ধরা হয়, যদিও এই অনুমানকে আলাদাভাবে কোনো স্বতঃসিদ্ধ বা নির্দিষ্ট নিয়ম হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয় না।

রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টনের ধারণা নির্মাণ

তাপ স্থানান্তরের সংজ্ঞা 
তাত্ত্বিক তাপগতিবিদ্যায়, সম্মানিত লেখকদের মধ্যে তাপ স্থানান্তরের পরিমাণ সংজ্ঞায়িত করার পদ্ধতিতে পার্থক্য রয়েছে। মূলত দুটি প্রধান চিন্তাধারা রয়েছে, যথা:

 একটি হল প্রধানত বাস্তবভিত্তিক দৃষ্টিভঙ্গি (এখানে একে তাপগতীয় ধারা বলা হবে), যেখানে নির্দিষ্ট সামষ্টিক প্রক্রিয়াগুলোর মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর সংঘটিত হয় বলে সংজ্ঞায়িত করা হয়; সহজভাবে বললে এই পদ্ধতির ইতিহাস অপেক্ষাকৃত পুরনো।
 অন্যটি হল প্রধানত তাত্ত্বিক দৃষ্টিভঙ্গি (এখানে একে "যান্ত্রিক ধারা" বলা হবে), যেখানে এটি এমন একটি অবশিষ্ট পরিমাণ হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, যা দুটি বস্তু বা বন্ধ সিস্টেমের মধ্যে শক্তি স্থানান্তর হিসেবে সামষ্টিক কাজ নির্ধারণের পর গণনা করা হয়। এতে শক্তির সংরক্ষণশীল নীতি বা তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের সাথে সামঞ্জস্য বজায় রাখা হয়। এই পদ্ধতি বিশ শতকে জনপ্রিয় হয়, যদিও এর কিছু উপাদান উনিশ শতকেও বিদ্যমান ছিল।

তাপগতীয় ধারার চিন্তাধারা 
তাপগতীয় ধারার চিন্তাধারায়, তাপ স্থানান্তরের নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া হল পরিবহন, প্রবাহন এবং বিকিরণ। এই প্রক্রিয়াগুলো তাপমাত্রার স্বীকৃতিকে পূর্বানুমান করে; এই উদ্দেশ্যে প্রায়োগিক তাপমাত্রা যথেষ্ট, তবে পরম তাপমাত্রাও ব্যবহার করা যেতে পারে। এই চিন্তাধারায়, তাপের পরিমাণ মূলত ক্যালরিমিতি মাধ্যমে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

যদিও তাপের সংজ্ঞার ক্ষেত্রে এটি যান্ত্রিক ধারার চিন্তাধারার তুলনায় আলাদা, তবুও প্রায়োগিক ধারার চিন্তাধারা রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টনের অস্তিত্বকে পূর্বানুমান করে। এটি তাপ ও তাপমাত্রার ধারণার মাধ্যমে রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টনকে সংজ্ঞায়িত করে। এই দুটি ধারণা (তাপ ও তাপমাত্রা) সমন্বিতভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ, কারণ তাপের আকারে শক্তি স্থানান্তরের পরীক্ষাগুলোর বর্ণনায় এগুলো একসাথে উদ্ভূত হয়।

যান্ত্রিক ধারার চিন্তাধারা 
যান্ত্রিক ধারার চিন্তাধারায়, দুটি বস্তু বা বন্ধ সিস্টেমের মধ্যে শক্তি স্থানান্তরের একটি প্রক্রিয়া বিবেচনা করা হয়। এখানে তাপ স্থানান্তরকে এমন একটি অবশিষ্ট শক্তি স্থানান্তর হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, যা "কাজের" আকারে শক্তি স্থানান্তর করার পর গণনা করা হয়। এই গণনার জন্য শক্তির সংরক্ষণশীল নীতি ব্যবহৃত হয়, তবে এতে তাপমাত্রার ধারণার কোনো উল্লেখ থাকে না। এই চিন্তাধারার মৌলিক ভিত্তিগুলো হচ্ছে, যথা:

 তাপগতীয় সাম্যাবস্থার অস্তিত্ব এমনভাবে নির্ধারিত হয়, যেখানে স্বতন্ত্র কাজের চলকের সংখ্যার চেয়ে ঠিক একটি অতিরিক্ত অবস্থাগত চলক প্রয়োজন হয়।
 একটি বস্তুর অভ্যন্তরীণ তাপগতীয় সাম্যাবস্থা এমন একটি অবস্থা যেখানে এর অভ্যন্তরীণ শক্তি সুস্পষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত থাকে, যা তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র দ্বারা প্রতিপাদিত।
 শক্তি সংরক্ষণ নীতির সার্বজনীনতা।
 কাজকে শক্তি স্থানান্তরের একটি রূপ হিসেবে স্বীকৃতি।
 প্রকৃতির সকল প্রক্রিয়ার সার্বজনীন অপরিবর্তনীয়তা।
 রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টনের অস্তিত্ব।
 এমন প্রাচীরের অস্তিত্ব, যা কেবল তাপের জন্য প্রবেশযোগ্য।

এই চিন্তাধারার স্বতঃসিদ্ধ উপস্থাপনাগুলোতে কিছুটা পার্থক্য থাকতে পারে, তবে এতে তাপ ও তাপমাত্রার ধারণাকে এড়িয়ে যাওয়ার চেষ্টা করা হয়। এই দৃষ্টিভঙ্গির জন্য এটি গুরুত্বপূর্ণ যে, তাপকে ক্যালরিমিতি মাধ্যমে পরিমাপযোগ্য বলে পূর্বধারণা করা যাবে না। এছাড়াও, একটি বন্ধ সিস্টেমের তাপগতিবিদ্যার অবস্থা নির্দিষ্ট করার জন্য, কাজ-সম্পর্কিত চলকগুলোর পাশাপাশি ঠিক একটি অতিরিক্ত বাস্তব-সংখ্যা ভিত্তিক চলক থাকতে হবে, তবে এটিকে স্বতঃসিদ্ধভাবে পরীক্ষণযোগ্য তাপমাত্রা হিসেবে গণ্য করা যাবে না, যদিও এটি তাপমাত্রার মানদণ্ড পূরণ করে।

রুদ্ধতাপীয় প্রাচীরের বিবরণ =
লেখক বুখডাল, ক্যালেন এবং হ্যাসে তাদের "রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধকের" সংজ্ঞায় সুসঙ্গত বিকিরণ স্থানান্তরের বিষয় উল্লেখ করেননি। কারাতেওদোরি তাপীয় বিকিরণ সম্পর্কিত সমস্যাগুলি স্পষ্টভাবে আলোচনা করেন, যা অসঙ্গত, এবং তিনি সম্ভবত লেজার আলোর ব্যবহারিক সম্ভাবনা সম্পর্কে অবগত ছিলেন না, যা সুসঙ্গত। ১৯০৯ সালে কারাতেওদোরি বলেন যে তিনি এই ধরনের প্রশ্নগুলির উত্তরহীন রেখে গেছেন।

তাপগতীয় ধারার চিন্তাধারার জন্য, রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধকের সংজ্ঞায় তাপ স্থানান্তরের ধারণার মধ্যে প্রায়োগিক তাপমাত্রার ধারণা পূর্বানুমান করা হয়।

যান্ত্রিক ধারার চিন্তাধারার জন্য, রুদ্ধতাপীয় প্রাচীর কীভাবে সংজ্ঞায়িত হয়, সেটি খুব গুরুত্বপূর্ণ।

কারাতেওদোরির উপস্থাপনায়, এটি অপরিহার্য যে অ্যাডিয়াব্যাটিক প্রাচীরের সংজ্ঞা কোনো ভাবেই তাপ বা তাপমাত্রার ধারণার উপর নির্ভর করবে না। এটি একটি সুচিন্তিত শব্দচয়ন যা শক্তি স্থানান্তরকে শুধুমাত্র কাজ হিসেবে উল্লেখ করার মাধ্যমে অর্জিত হয়। বুখডালও একই রকম সতর্কতা অবলম্বন করেন।  তবুও কারাতেওদোরি স্পষ্টভাবে এমন প্রতিবন্ধকের অস্তিত্ব অনুমান করেন, যা কেবলমাত্র তাপের জন্য প্রবেশযোগ্য কিন্তু কাজ এবং পদার্থের জন্য অপ্রবেশযোগ্য। এটি থেকে অনুমান করা যেতে পারে যে, তাপ হল এমন একটি শক্তি, যা শুধুমাত্র তাপের জন্য প্রবেশযোগ্য প্রাচীরের মধ্য দিয়ে স্থানান্তরিত হয়, এবং এই ধারণাটিকে তিনি একটি অপরিবর্তনীয় মৌলিক অনুমান হিসেবে গ্রহণ করেছেন।

ক্যালেনের, বহুলভাবে উদ্ধৃত উপস্থাপনায়, রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধকের ধারণাটি এমন একটি প্রাচীরের সীমা হিসেবে উপস্থাপিত হয়েছে, যা তাপ পরিবাহিতায় খুবই অক্ষম। যদিও ক্যালেন এখানে স্পষ্টভাবে তাপমাত্রার উল্লেখ করেননি, তিনি গ্রীষ্মের দিনে বরফ গলানোর একটি পরীক্ষার উদাহরণ দেন, যেখানে পর্যবেক্ষক অনুমান করতে পারেন যে আশেপাশের তাপমাত্রা বেশি থাকবে। তবে, মূল সংজ্ঞার ক্ষেত্রে, ক্যালেন এই প্রাথমিক বিবরণটি ব্যবহার করেননি। পরিশেষে, তিনি কারাতেওদোরির মতোই একটি রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টনের সংজ্ঞা দেন, যেখানে শক্তি কেবল কাজের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হয় এবং পদার্থ স্থানান্তর হয় না। ফলে, তিনি তাপকে সংজ্ঞায়িত করেন এমন শক্তি হিসেবে, যা একটি বন্ধ সিস্টেমের সীমানা অতিক্রম করে, কাজের মাধ্যমে।

কারাতেওদোরি ও ক্যালেনের মতো গবেষকদের পরামর্শ অনুযায়ী, রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধকের একটি আদর্শ উদাহরণ হলো ডিউয়ার ফ্লাস্ক। ডিউয়ার ফ্লাস্কের প্রাচীর কঠোর। তবে কারাতেওদোরি এমন একটি রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধকের কল্পনা করেন, যা নমনীয় এবং এর ওপর চাপ বাহ্যিকভাবে নিয়ন্ত্রিত করা যাবে, যাতে প্রাচীর বিকৃত না হয়, যদি না কাজের মাধ্যমে শক্তি স্থানান্তরের কোনো প্রক্রিয়া সম্পাদিত হয়। কারাথেওডরি যে কাজের কথা বলেছেন, তা হল চাপ-আয়তন সম্পর্কিত কাজ। অন্য একটি পাঠ্যপুস্তক অ্যাসবেস্টস এবং ফাইবারগ্লাস কে ব্যবহারিক রুদ্ধতাপীয় প্রতিবন্ধক গঠনের জন্য উপযুক্ত উপাদান হিসেবে উল্লেখ করেছে।

যান্ত্রিক চিন্তার ধারা অনুসারে, রুদ্ধতাপীয় পরিবেষ্টনের তাপ স্থানান্তর না করার বৈশিষ্ট্যটি তাপগতিবিদ্যার কারাথেওডোরি স্বীকার্য থেকে প্রাপ্ত একটি সিদ্ধান্ত হিসেবে বিবেচিত হয়।

তথ্যসূত্র

গ্রন্থপঞ্জি 

Bailyn, M. (1994). A Survey of Thermodynamics, American Institute of Physics Press, New York, .
Beattie, J.A., Oppenheim, I. (1979). Principles of Thermodynamics, Elsevier, Amsterdam, .
Born, M. (1921). Kritische Betrachtungen zur traditionellen Darstellung der Thermodynamik, Physik. Zeitschr. 22: 218–224.
Bryan, G.H. (1907). Thermodynamics. An Introductory Treatise dealing mainly with First Principles and their Direct Applications, B.G. Teubner, Leipzig.
Buchdahl, H.A. (1957/1966). The Concepts of Classical Thermodynamics, Cambridge University Press, London.
Callen, H.B. (1960/1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, second edition, John Wiley & Sons, New York, .
 A translation may be found here . A partly reliable translation is to be found at Kestin, J. (1976). The Second Law of Thermodynamics, Dowden, Hutchinson & Ross, Stroudsburg PA.

Haase, R. (1971). Survey of Fundamental Laws, chapter 1 of Thermodynamics, pages 1–97 of volume 1, ed. W. Jost, of Physical Chemistry. An Advanced Treatise, ed. H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, Academic Press, New York, lcn 73–117081.
Kirkwood, J.G., Oppenheim, I. (1961). Chemical Thermodynamics, McGraw–Hill, New York.

*

তাপগতিবিজ্ঞান