বৈদ্যুতিক পদ্ধতিতে তাপের যান্ত্রিক সমতুল J-এর মান নির্ণয়

চলে এসেছে এইচএসিস পরীক্ষার সর্বোচ্চ প্রস্তুতি নিশ্চিত করতে HSC 25 অনলাইন ব্যাচতত্ত্বঃ যদি কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে । A বিদ্যুৎ t s ধরে প্রবাহিত হয় এবং পরিবাহীর দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য V volt হয়, তাহলে বিদ্যুৎ দ্বারা সম্পাদিত কাজের পরিমাণ W = V it Joule ...... (1)

কিন্তু সম্পাদিত কাজের পরিমাণ উৎপন্ন তাপের সমানুপাতিক। অর্থাৎ

বা, W = JH

বা, J = W/H = V it/H Joule/cal... ... ... (2) 

এখানে J হচ্ছে সমানুপাতিক ধ্রুবক। একে তাপের যান্ত্রিক সমতুল বলে।

ধরি,

সুতরাং মোট গৃহীত তাপ, 

H = ক্যালরিমিটার কর্তৃক গৃহীত তাপ + তরল কর্তৃক গৃহীত তাপ

    = m1S1 (𝝧2 - 𝝧1) + m2S2 (𝝧2 - 𝝧1) = (m1S1 + m2S2) (𝝧2 - 𝝧1)

সমীকরণ (2) থেকে, 

ক্যালরিমিটারের উপাদানের আপেক্ষিক তাপ, S₁ = cal/gm °C

তরলের আপেক্ষিক তাপ, S₂ = cal/gm. °C

নাড়ানিসহ ক্যালরিমিটারের ভর, m₁ = g

তরলস ক্যালরিমিটারের ভর m' = g

তরলের ভর, m₂ = (m'1 - m₁) = g

তাপের যান্ত্রিক সমতুল J = joule/cal

তাপের যান্ত্রিক সমতা J নির্ণয় পরীক্ষায় বিকিরণ সংশোধন করা পুরোপুরি সম্ভব না হওয়ায় J এর সঠিক মানের কাছাকাছি মান পাওয়া গিয়েছে। এ পরীক্ষায় নিম্নলিখিত সতর্কতা অবলম্বন করা হয়েছিল।

উঃ একক পরিমাণ তাপ উৎপন্ন করতে যে পরিমাণ কাজ সম্পাদন করতে হয় তাকে তাপের যান্ত্রিক সমতা বলে।

উঃ এর অর্থ 1 cal তাপ উৎপন্ন করতে 4.2 joule কাজ সম্পাদন করতে হয়।

উঃ তড়িৎ প্রবাহ চলা কালে পরিবাহীর রোধ প্রবাহে বাধা সৃষ্টি করে। এই বাধার বিরুদ্ধে প্রবাহকে কাজ করতে হয়। এই কাজ রোধ-কুণ্ডলীতে তাপশক্তিতে রূপান্তরিত হয়।

উঃ হ্যাঁ, যায়। বর্তনীতে DC ভোল্টমিটার ও অ্যামিটারের পরিবর্তে উত্তপ্ত তার (hot wire) ভোল্টমিটার ও অ্যামিটার ব্যবহার করা যায়।

তত্ত্বঃ কোনো সমতল দর্পণের উপর কয়েক ফোঁটা তরল ফেলে তরলের উপর f₁ ফোকাস দূরত্বের একটি উত্তল লেন্সা রাখলে লেন্স ও দর্পণের মধ্যবর্তী তরল f₂ ফোকাস দূরত্বের সমাবতল লেন্সে পরিণত হয়। ফলে তরল লেন্সের বক্রতলের বক্রতার ব্যাসার্ধ উত্তল লেন্সের নীচের তলের বক্রতার ব্যাসার্ধ r -এর সমান হয়। উত্তল লেন্স এবং তরল লেন্সের সমবায়ে গঠিত তুল্য লেন্স উত্তল লেন্সের ন্যায় ক্রিয়া করে। তুল্য ফোকাস দূরত্ব F হলে, 

               1/F = 1/f1 + 1/f2 ......(1)

কিন্তু f2 ঋণাত্মক, অতএব সমীকরণ (1)-কে লেখা যায়, 

              1/f2 = 1/f1 - 1/F

পরীক্ষার সাহায্যে f₁ ও F নির্ণয় করে সমীকরণ (2) থেকে তরলের সমাবতল লেন্সের ফোকাস দূরত্ব f2 বের করা হয়। বায়ু সাপেক্ষে তরলের প্রতিসরাঙ্ক 𝜇 হলে, 

এখানে, r' = সমতলের বক্রতার ব্যাসার্ধ = ∞। সমীকরণ (3)-কে লেখা যায়, 

            1/f2 = μ-1/r 

           𝜇 = 1 + r/f2…….(4)

স্লাইড ক্যালিপার্সের সাহায্যে উত্তল লেন্সের পুরুত্ব t নির্ণয়ঃ 

t = মূল স্কেল পাঠ + ভার্নিয়ার স্কেল পাঠ  ×  ভার্নিয়ার ধ্রুবক = 0.5 + 8 × 0.005 = 0.54 cm

ফেরোমিটারের যেকোনো দুই পায়ের মধ্যবর্তী গড় দূরত্ব, d = d₁+d₂+d₃ /3 = 4+4+4 /3 = 4 cm

ছক ১: h নির্ণয়

পরীক্ষণীয় তরলের (পানি) প্রতিসরাঙ্ক 𝜇 = 1.33।

এ পরীক্ষায় পিনের বিম্ব দেখে উত্তল লেন্সের ফোকাস দূরত্ব নির্ণয়ের সময় উত্তল লেন্সের পৃষ্ঠ থেকে পিনের দূরত্ব d₁ ও d₂ মিটার স্কেলের সাহায্যে মেপে, তার সাথে উত্তল লেন্সের পুরুত্ব (t)-এর অর্ধেক যোগ করতে হয়। তাই t নির্ণয়ের জন্য স্লাইড ক্যালিপার্সের একটি পাঠই যথেষ্ট। আবার উত্তল লেন্সের বক্রতার ব্যাসার্ধ r = d2/6h + h/2 সমীকরণের সাহায্যে নির্ণয় করা হয়। এক্ষেত্রে d মাপা হয় মিটার স্কেলের সাহায্যে। তাই h নির্ণয়ের জন্য একটি করে পাঠ নেওয়াই যথেষ্ট। পরীক্ষায় ব্যবহৃত যন্ত্রপাতি নিয়মমাফিক ব্যবহার করে প্রদত্ত তরলের প্রতিসরাঙ্কের সঠিক মান আশা করা যায়। এক্ষেত্রে নিচের বিষয়গুলো খেয়াল করেছিলাম।