সৃজনশীলঃ ‘চিত্রে একটি ইঞ্জিনের…’ ঢাকা বোর্ড ২০২১ – তাপগতিবিদ্যা, পদার্থবিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্র (এইচএসসি)

কার্নো ইঞ্জিনের বিভিন্ন অংশ চোঙ বা সিলিণ্ডার (Cylinder)-

এর তিনদিকের দেয়াল সম্পূর্ণ তাপ অন্তরক পদার্থের তৈরি; কিন্তু তলদেশ সম্পূর্ণ তাপ পরিবাহী পদার্থ দ্বারা তৈরি। চোঙের অভ্যন্তরে কার্যকরী পদার্থ (working substance) আবদ্ধ থাকে। চোঙটির অভ্যন্তরে চাপ অন্তরক পদার্থের তৈরি একটি পিস্টন P ঘর্ষণহীনভাবে চলাচল করতে পারে। ইঞ্জিনে কার্যকরী পদার্থ হিসেবে কোনো আদর্শ গ্যাস ব্যবহার করা হয়।

তাপ আধার বা তাপ উৎস (Heat source)-পরম তাপমাত্রায় রাখা অতি উচ্চ তাপগ্রাহিতাযুক্ত একটি উত্তপ্ত বস্তু। এটি তাপ আধার বা উৎস হিসেবে কাজ করে। এর তাপমাত্রা সর্বদা স্থির থাকে।

তাপ গামলা বা তাপ গ্রাহক (Heat sink): পরম তাপমাত্রায় রাখা অনুরূপ একটি শীতল বস্তু বা সিংক যা তাপ গ্রাহক হিসেবে কাজ করে। এর তাপগ্রাহিতা অতি উচ্চ। এর তাপামাত্রাও সর্বদা স্থির থাকে।

আসন: S সম্পূর্ণ তাপ নিরোধক বা অন্তরক একটি পাটাতন বা আসন। এর ওপর চোঙকে বসানো যায়। তাপ আধার এবং তাপ গ্রহক উভয়ই উচ্চ তাপগ্রাহিতাযুক্ত হঔয়ায় তাদের সাথে চোঙে তাপ আদান-প্রদান হলে তাদের তাপমাত্রা অপরিবর্তিত থাকে। চোঙ, তাপ আধার, তাপ গামলা তাপ অন্তরক আসনের ওপর বসানো যেতে পারে এবং ঘর্ষণবিহীনভাবে সরানো যেতে পারে।

এখানে,

$\begin{array}{cc}& T_1={110}^{\circ }C=383K\\ & T_2=0^{\circ }C=273K\end{array}$

রেফ্রিজারেটরের ক্ষেত্রে আমরা জানি,

বাএর$\begin{array}{cc}\frac{Q_2}{W}& =\frac{Q_2}{Q_1-Q_2}=\frac{T_2}{T_1-T_2}=\frac{T_2}{T_1-T_2}=\frac{273K}{383K-273K}=2.48\\ \text{ বা, }W& =\frac{1}{2.48}\times Q_2=0.4\times Q_2\\ \therefore W& =Q_2\text{ এর }40\%\end{array}$

অতেব,উদ্দিপকের ইঞ্জিনের সম্পাদিত কাজের পরিমাণ নিম্ন তাপমাত্রায় তাপাধার হতে গৃহীত তাপের 40%।

লেখচিত্র হতে দেখা যায় কার্নো ইঞ্জিন PAAR উচ্চতাপমাত্রার তাপ উৎস থেকে Q₁ তাপ গ্রহণ করে নিম্ন তাপমাত্রার তাপগ্রাহকে Q₂ তাপ বর্জন করে ABCDA বরাবর কাজ সম্পাদন করে।

অপরদিকে উদ্দীপকের ইঞ্জিনটির P–V লেখচিত্রটি নিম্নরূপ—

লেখচিত্র হতে দেখা যাচ্ছে ইঞ্জিনটি নিম্ন

তাপমাত্রার বস্তু হতে Q₂ তাপগ্রহণ করে  উচ্চ তাপমাত্রার বস্তুতে তাপ বর্জন করে ADCBA বরাবর কাজ সম্পাদন করে। অর্থাৎ উদ্দীপকের ইঞ্জিনটি কার্নো চক্রের বিপরীত দিকে কর্মসম্পাদন করে। অতএব বলা যায় কার্নো ইঞ্জিন বিপরীতভাবে পরিচালিত হলে তা উদ্দীপকের ইঞ্জিনের মতো কাজ করবে। সুতরাং উদ্দীপকের ইঞ্জিনটি সাধারণ কার্নো ইঞ্জিনের বিপরীত।