বিষয়ের ভূমিকা
আমাদের দৈনন্দিন জীবনে আমরা বহু ধরনের বস্তুর সংস্পর্শে আসি। এদের মধ্যে কিছু বস্তু অত্যন্ত গরম এবং কিছু বস্তু বেশ ঠান্ডা হয়। যেমন—সকালের গরম এক কাপ চা আমাদের কাছে গরম মনে হয়, আবার ফ্রিজ থেকে বের করা বরফের টুকরো অত্যন্ত ঠান্ডা লাগে। কিন্তু কোনো বস্তু কতটা গরম বা কতটা ঠান্ডা, তা আমরা কীভাবে নিশ্চিতভাবে বুঝতে পারি? শুধুমাত্র স্পর্শ করার অনুভূতি কি সবসময় আমাদের সঠিক ধারণা দেয়? বিজ্ঞান বলে, স্পর্শের অনুভূতি সবসময় নির্ভরযোগ্য নয়। কোনো বস্তুর উষ্ণতার সঠিক পরিমাপ করার জন্য আমাদের প্রয়োজন বিজ্ঞানসম্মত পদ্ধতি ও যন্ত্রের।
এনসিইআরটি (NCERT) সপ্তম শ্রেণির বিজ্ঞান পাঠ্যসূচির চতুর্থ অধ্যায় অর্থাৎ 'তাপ' (Heat) আমাদের এই সমস্ত প্রশ্নের উত্তর দেয়। এই অধ্যায়ে আমরা শিখব তাপ আসলে কী, কীভাবে আমরা তাপমাত্রা পরিমাপ করতে পারি, থার্মোমিটারের প্রকারভেদ এবং কীভাবে তাপ এক স্থান থেকে অন্য স্থানে সঞ্চালিত হয়। এই অধ্যায়টি কেবল পরীক্ষার জন্যই গুরুত্বপূর্ণ নয়, আমাদের বাস্তব জীবনের অনেক সাধারণ ঘটনার বৈজ্ঞানিক কারণ বুঝতেও এটি সাহায্য করে।
মূল ধারণাগুলির বিস্তারিত ব্যাখ্যা
১. গরম এবং ঠান্ডা ও স্পর্শের সীমাবদ্ধতা (Hot and Cold & Limitation of Touch)
কোনো বস্তু গরম না ঠান্ডা তা বোঝার জন্য আমরা সাধারণত স্পর্শ করি। কিন্তু আমাদের স্পর্শ করার অনুভূতি কি সর্বদা সঠিক তথ্য দেয়? এটি বোঝার জন্য এনসিইআরটি বইয়ে একটি চমৎকার পরীক্ষার উল্লেখ রয়েছে:
- পরীক্ষা: তিনটি বড় পাত্র নিন। পাত্র 'ক'-তে ঠান্ডা জল, পাত্র 'খ'-তে গরম জল (যা হাত সহ্য করতে পারে) এবং পাত্র 'গ'-তে ঠান্ডা ও গরম জলের মিশ্রণ বা ঈষদুষ্ণ জল রাখুন।
- এবার আপনার বাঁ হাতটি পাত্র 'ক'-তে (ঠান্ডা জল) এবং ডান হাতটি পাত্র 'খ'-তে (গরম জল) ২-৩ মিনিট ডুবিয়ে রাখুন।
- এরপর একই সঙ্গে দুটি হাতই পাত্র 'গ'-এর মিশ্রিত জলে ডুবিয়ে দিন।
- পর্যবেক্ষণ: আপনি অবাক হয়ে লক্ষ্য করবেন যে, আপনার বাঁ হাত (যা ঠান্ডা জলে ছিল) অনুভব করবে পাত্র 'গ'-এর জল গরম। অপরদিকে, আপনার ডান হাত (যা গরম জলে ছিল) অনুভব করবে একই পাত্র 'গ'-এর জল ঠান্ডা!
এই পরীক্ষাটি প্রমাণ করে যে, স্পর্শের অনুভূতি দিয়ে কোনো বস্তুর উষ্ণতার সঠিক বা আপেক্ষিক পরিমাপ করা সম্ভব নয়। তাই আমাদের একটি নির্ভরযোগ্য পরিমাপক প্রয়োজন, যাকে বলা হয় তাপমাত্রা (Temperature)।
২. তাপমাত্রা এবং থার্মোমিটার (Temperature and Thermometer)
কোনো বস্তু কতটা গরম বা ঠান্ডা, তার নির্ভরযোগ্য পরিমাপকে বলা হয় তার তাপমাত্রা (Temperature)। আর তাপমাত্রা পরিমাপ করার জন্য যে যন্ত্র ব্যবহার করা হয়, তাকে বলা হয় থার্মোমিটার (Thermometer)।
থার্মোমিটার মূলত দুই ধরণের হয়:
- ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটার (Clinical Thermometer)
- ল্যাবরেটরি থার্মোমিটার (Laboratory Thermometer)
৩. ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটার (Clinical Thermometer)
মানুষের শরীরের তাপমাত্রা পরিমাপ করার জন্য যে থার্মোমিটার ব্যবহার করা হয়, তাকে ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটার বা ডাক্তারি থার্মোমিটার বলা হয়।
গঠন ও বৈশিষ্ট্য:
- এটি একটি সরু, সুষম কাচের নল দিয়ে তৈরি, যার একপ্রান্তে পারদভর্তি একটি বাল্ব থাকে।
- কাচনলের গায়ে তাপমাত্রা নির্দেশক স্কেল বা দাগ কাটা থাকে। ভারতে সাধারণত সেলসিয়াস স্কেল (°C) ব্যবহার করা হয়। এছাড়া ফারেনহাইট স্কেলও (°F) থার্মোমিটারে দেখা যায়।
- ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটারের পরিমাপের সীমা ৩৫° সেলসিয়াস থেকে ৪২° সেলসিয়াস (অথবা ৯৪° ফারেনহাইট থেকে ১০৮° ফারেনহাইট) পর্যন্ত হয়ে থাকে। মানুষের শরীরের তাপমাত্রা সাধারণত এই সীমার নিচে বা উপরে যায় না।
- কৈশিক নালী বা বাঁক (Kink): এই থার্মোমিটারের বাল্বের ঠিক উপরে নলের মধ্যে একটি ছোট বাঁক বা খাঁজ থাকে। এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। যখন থার্মোমিটারটি মুখ থেকে বের করা হয়, তখন এই বাঁকটি পারদস্তম্ভকে নিজে থেকে নিচে নেমে যেতে বাধা দেয়। এর ফলে শরীরের তাপমাত্রা নিখুঁতভাবে রিডিং নেওয়া সম্ভব হয়।
ব্যবহারের নিয়ম ও সতর্কতা:
- ব্যবহারের আগে থার্মোমিটারটি কোনো অ্যান্টিসেপটিক তরল দিয়ে ভালো করে ধুয়ে নিতে হবে।
- ব্যবহারের পূর্বে ঝাকুনি দিয়ে পারদস্তম্ভকে ৩৫° সেলসিয়াসের নিচে নামিয়ে আনতে হবে।
- থার্মোমিটারের রিডিং নেওয়ার সময় চোখকে পারদস্তম্ভের সমান্তরালে রাখতে হবে।
- মানুষের শরীরের স্বাভাবিক তাপমাত্রা হলো ৩৭° সেলসিয়াস (৩৭°C) বা ৯৮.৬° ফারেনহাইট। তবে এটি ব্যক্তিভেদে সামান্য কম-বেশি হতে পারে।
৪. ল্যাবরেটরি থার্মোমিটার (Laboratory Thermometer)
মানবদেহ ব্যতীত অন্যান্য বস্তুর তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য ল্যাবরেটরি বা পরীক্ষাগারের থার্মোমিটার ব্যবহার করা হয়। যেমন—ফুটন্ত জল, রাসায়নিক দ্রবণ বা বরফের তাপমাত্রা মাপতে এটি ব্যবহৃত হয়।
গঠন ও বৈশিষ্ট্য:
- এর পরিমাপের সীমা সাধারণত -১০° সেলসিয়াস থেকে ১১০° সেলসিয়াস (-10°C to 110°C) পর্যন্ত হয়ে থাকে।
- ল্যাবরেটরি থার্মোমিটারে কোনো বাঁক বা কিঙ্ক (Kink) থাকে না। তাই পাত্র থেকে থার্মোমিটার বের করলেই পারদস্তম্ভ দ্রুত নিচে নামতে শুরু করে।
- এ কারণে, ল্যাবরেটরি থার্মোমিটার দিয়ে তাপমাত্রা মাপার সময় বস্তুটির সংস্পর্শে থাকা অবস্থাতেই রিডিং নিতে হয়।
ডিজিটাল থার্মোমিটার (Digital Thermometer): আজকাল পারদযুক্ত থার্মোমিটারের বদলে ডিজিটাল থার্মোমিটারের ব্যবহার বাড়ছে। পারদ একটি অত্যন্ত বিষাক্ত পদার্থ এবং কাচের থার্মোমিটার ভেঙে গেলে পারদ অপসারিত করা কঠিন। ডিজিটাল থার্মোমিটারে পারদ ব্যবহার করা হয় না, এটি ইলেকট্রনিক সেন্সরের সাহায্যে সরাসরি স্ক্রিনে তাপমাত্রা প্রদর্শন করে।
৫. তাপের সঞ্চালন (Transfer of Heat)
তাপ সর্বদা অপেক্ষাকৃত গরম বস্তু থেকে অপেক্ষাকৃত ঠান্ডা বস্তুর দিকে প্রবাহিত হয়। এই প্রক্রিয়াকে তাপের সঞ্চালন বলা হয়। তাপ সঞ্চালনের প্রধান তিনটি পদ্ধতি রয়েছে:
ক) পরিবহন (Conduction)
যে পদ্ধতিতে তাপ কোনো পদার্থের উত্তপ্ত কণাগুলি দ্বারা স্থানান্তরিত হয় কিন্তু কণাগুলির নিজস্ব স্থান পরিবর্তন ঘটে না, তাকে পরিবহন বলে। কঠিন পদার্থের মধ্যে সাধারণত এই পদ্ধতিতে তাপ সঞ্চালিত হয়।
- সুপরিবাহী পদার্থ (Conductors): যে সমস্ত পদার্থের মধ্য দিয়ে তাপ সহজে চলাচল করতে পারে, তাদের তাপের সুপরিবাহী বলে। যেমন—লোহা, তামা, অ্যালুমিনিয়াম ইত্যাদি ধাতু। রান্নার বাসনপত্র সাধারণত ধাতুর তৈরি হয় যাতে তাপ দ্রুত খাবারে পৌঁছাতে পারে।
- কুপরিবাহী বা অপরিবাহী পদার্থ (Insulators): যে সমস্ত পদার্থের মধ্য দিয়ে তাপ সহজে চলাচল করতে পারে না, তাদের তাপের কুপরিবাহী বলে। যেমন—কাঠ, প্লাস্টিক, কাচ, বাতাস এবং জল। রান্নার প্যানের হাতল প্লাস্টিক বা কাঠের তৈরি হয় যাতে হাত পুড়ে না যায়।
খ) পরিচলন (Convection)
তরল এবং গ্যাসীয় পদার্থের মধ্য দিয়ে তাপ সঞ্চালনের পদ্ধতিকে পরিচলন বলে। এই পদ্ধতিতে তাপীভবনের সময় পদার্থের উত্তপ্ত কণাগুলি নিজেই স্থান পরিবর্তন করে ওপরের দিকে উঠে যায় এবং ওপরের ঠান্ডা কণাগুলি নিচে নেমে আসে।
বাস্তব উদাহরণ ও প্রাকৃতিক হাওয়া (Sea Breeze and Land Breeze): coastal বা উপকূলবর্তী অঞ্চলে পরিচলন স্রোতের কারণে একটি সুন্দর প্রাকৃতিক ঘটনা ঘটে:
- সমুদ্র বায়ু (Sea Breeze): দিনের বেলা স্থলভাগ জলের চেয়ে দ্রুত উত্তপ্ত হয়। স্থলভাগের ওপরের বাতাস গরম হয়ে উপরে উঠে যায়। এই শূন্যস্থান পূরণ করতে সমুদ্রের ওপরের ঠান্ডা বাতাস স্থলভাগের দিকে ছুটে আসে। একে সমুদ্র বায়ু বলে। উপকূলের বাড়িগুলির জানালা সাধারণত সমুদ্রের দিকে মুখ করে তৈরি করা হয় এই ঠান্ডা হাওয়া পাওয়ার জন্য।
- স্থল বায়ু (Land Breeze): রাতের বেলা স্থলভাগ জলের তুলনায় দ্রুত ঠান্ডা হয়ে যায়। ফলে সমুদ্রের জল তখন স্থলভাগের চেয়ে বেশি গরম থাকে। সমুদ্রের ওপরের গরম বাতাস উপরে উঠে গেলে স্থলভাগ থেকে ঠান্ডা বাতাস সমুদ্রের দিকে প্রবাহিত হয়। একে স্থল বায়ু বলে।
গ) বিকিরণ (Radiation)
যে পদ্ধতিতে তাপ কোনো জড় মাধ্যমের সাহায্য ছাড়াই বা মাধ্যম থাকলেও তাকে উত্তপ্ত না করে সরাসরি এক স্থান থেকে অন্য স্থানে সঞ্চালিত হতে পারে, তাকে বিকিরণ বলে।
- মহাশূন্যে কোনো বাতাস বা মাধ্যম নেই, তবুও সূর্য থেকে তাপ বিকিরণ পদ্ধতিতে পৃথিবীতে এসে পৌঁছায়।
- রুমে হিটার জ্বালালে বা আগুনের পাশে বসলে আমরা যে গরম অনুভব করি, তা বিকিরণ পদ্ধতির ফলেই হয়।
- গরম পাত্র উনুন থেকে নামিয়ে রাখলে তা বিকিরণ পদ্ধতিতে চারপাশের পরিবেশে তাপ বর্জন করে ঠান্ডা হয়।
৬. গ্রীষ্মকাল ও শীতকালে আমাদের পোশাকের ধরন
তাপ শোষণ এবং বর্জনের ক্ষমতার ওপর ভিত্তি করে আমরা বিভিন্ন ঋতুতে ভিন্ন ধরনের পোশাক পরিধান করি:
- গ্রীষ্মকালে হালকা রঙের সুতির পোশাক: গাঢ় রঙের বস্তু হালকা রঙের বস্তুর চেয়ে বেশি তাপ শোষণ করে। তাই গ্রীষ্মকালে আমরা হালকা রঙের কাপড় পরি, যা রোদের তাপকে প্রতিফলিত করে আমাদের শরীরকে ঠান্ডা রাখে।
- শীতকালে উলের বা গাঢ় রঙের পোশাক: উল হলো তাপের কুপরিবাহী। এছাড়া উলের তন্তুগুলির মাঝে বাতাস আটকে থাকে। বাতাসও তাপের কুপরিবাহী হওয়ায় এটি আমাদের শরীরের তাপকে বাইরে যেতে দেয় না এবং বাইরের ঠান্ডাকেও ভেতরে ঢুকতে বাধা দেয়। ফলে আমাদের শরীর গরম থাকে।
প্রশ্নোত্তর (Q&A)
প্রশ্ন ১: উলের পোশাক কীভাবে শীতকালে আমাদের শরীরকে গরম রাখে?
উত্তর: উল হলো তাপের একটি কুপরিবাহী পদার্থ। এছাড়া উলের তন্তু বা আঁশগুলির মাঝে প্রচুর বাতাস আটকে থাকে। বাতাসও তাপের কুপরিবাহী। এই আটকে থাকা বাতাস আমাদের শরীরের স্বাভাবিক তাপকে বাইরে বের হয়ে যেতে বাধা দেয়। ফলে বাইরের ঠান্ডা পরিবেশেও আমাদের শরীর গরম অনুভূত হয়।
প্রশ্ন ২: ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটারে পারদস্তম্ভের নিচে থাকা বাঁক বা কিঙ্কের কাজ কী?
উত্তর: ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটারে বাল্বের ঠিক উপরে একটি বাঁক (Kink) থাকে। এর প্রধান কাজ হলো, যখন থার্মোমিটারটি রোগীর মুখ বা বগল থেকে বের করা হয়, তখন পারদস্তম্ভ যাতে হঠাৎ করে নিজে থেকেই নিচে নেমে না যায় তা নিশ্চিত করা। এর ফলে ডাক্তার বা ব্যবহারকারী নিখুঁতভাবে শরীরের তাপমাত্রা দেখতে পারেন।
প্রশ্ন ৩: সমুদ্র বায়ু এবং স্থল বায়ুর মধ্যে প্রধান পার্থক্য কী?
উত্তর: সমুদ্র বায়ু এবং স্থল বায়ুর মূল পার্থক্য নিম্নরূপ:
- সমুদ্র বায়ু: এটি দিনের বেলা প্রবাহিত হয়। ঠান্ডা বাতাস সমুদ্র থেকে স্থলভাগের দিকে বয়ে আসে।
- স্থল বায়ু: এটি রাতের বেলা প্রবাহিত হয়। ঠান্ডা বাতাস স্থলভাগ থেকে সমুদ্রের দিকে বয়ে যায়।
প্রশ্ন ৪: একটি কাঠের চামচ ফুটন্ত গরম কাপের দুধে ডুবিয়ে রাখলে কি তার অন্য প্রান্ত গরম হবে? কেন?
উত্তর: না, কাঠের চামচের অন্য প্রান্তটি গরম হবে না। কারণ কাঠ হলো তাপের একটি অত্যন্ত কুপরিবাহী বা অপরিবাহী (Insulator) পদার্থ। এর মধ্য দিয়ে পরিবহন পদ্ধতিতে তাপ সঞ্চালিত হতে পারে না।
সারসংক্ষেপ
- কোনো বস্তুর উষ্ণতা বা শীতলতার নির্ভরযোগ্য পরিমাপ হলো তার তাপমাত্রা।
- তাপমাত্রা পরিমাপের যন্ত্র হলো থার্মোমিটার। মানবদেহের তাপমাত্রা মাপতে ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটার (সীমা ৩৫°C থেকে ৪২°C) এবং অন্যান্য কাজের জন্য ল্যাবরেটরি থার্মোমিটার (সীমা -১০°C থেকে ১১০°C) ব্যবহৃত হয়।
- মানুষের শরীরের স্বাভাবিক গড় তাপমাত্রা হলো ৩৭°C।
- তাপ সঞ্চালনের তিনটি মাধ্যম হলো—পরিবহন (কঠিন পদার্থে), পরিচলন (তরল ও গ্যাসে) এবং বিকিরণ (কোনো মাধ্যমের প্রয়োজন হয় না)।
- ধাতুসমূহ তাপের সুপরিবাহী এবং কাঠ, প্লাস্টিক, বাতাস, জল তাপের কুপরিবাহী।
- গাঢ় রঙের বস্তু হালকা রঙের বস্তুর চেয়ে বেশি তাপ শোষণ করে, তাই শীতকালে গাঢ় রঙের এবং গ্রীষ্মকালে হালকা রঙের সুতির কাপড় পরা আরামদায়ক।
