ভৌত পরিবেশ

তাপ (Heat): তাপ হলো এক প্রকার শক্তি যা গ্রহণ করলে বস্তু উত্তপ্ত হয় এবং বর্জন করলে শীতল হয়। এর সিজিএস একক ক্যালরি (cal) এবং এসআই একক জুল (J)।
তাপমাত্রা (Temperature): তাপমাত্রা হলো বস্তুর নিজস্ব তাপীয় অবস্থা, যা নির্দেশ করে বস্তুটি অন্য কোনো বস্তুর সংস্পর্শে এলে তাপ দেবে না নেবে। এর একক হলো $^\circ\text{C}$, $^\circ\text{F}$ বা $\text{K}$।

সেলসিয়াস স্কেলের নিম্ন স্থিরাঙ্ক $0^\circ\text{C}$ ও ঊর্ধ্ব স্থিরাঙ্ক $100^\circ\text{C}$ (১০০ ভাগ)। ফারেনহাইট স্কেলের নিম্ন স্থিরাঙ্ক $32^\circ\text{F}$ ও ঊর্ধ্ব স্থিরাঙ্ক $212^\circ\text{F}$ (১৮০ ভাগ)।
গাণিতিক রূপান্তর সমীকরণ: $$\frac{C}{5} = \frac{F - 32}{9}$$
মানবদেহের স্বাভাবিক তাপমাত্রা প্রায় $98.4^\circ\text{F}$ বা $36.9^\circ\text{C}$। ডাক্তারি থার্মোমিটারে সূক্ষ্ম খাঁজ (kink) থাকে যাতে মুখ থেকে বের করলেও পারদ নিচে নেমে না যায়।

কোনো রোগীর দেহের তাপমাত্রা $104^\circ\text{F}$ হলে সেলসিয়াস স্কেলে তা কত?
$\frac{C}{5} = \frac{104 - 32}{9} = \frac{72}{9} = 8 \implies C = 8 \times 5 = 40^\circ\text{C}$।

ডাক্তারি থার্মোমিটারকে কখনোই ফুটন্ত জলে জীবাণুমুক্ত করা উচিত নয়! ফুটন্ত জলের তাপমাত্রা $100^\circ\text{C}$ ($212^\circ\text{F}$), যা ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটারের সর্বোচ্চ দাগ ($110^\circ\text{F}$)-এর চেয়ে অনেক বেশি; এতে পারদের অতিরিক্ত প্রসারণে থার্মোমিটার ফেটে যাবে।

আবহাওয়ার পূর্বাভাসে দৈনিক সর্বোচ্চ ও সর্বনিম্ন তাপমাত্রা পরিমাপে "সিক্সের সর্বোচ্চ-সর্বনিম্ন থার্মোমিটার" ব্যবহৃত হয়।

উষ্ণতার পরিবর্তন না ঘটিয়ে শুধুমাত্র পদার্থের অবস্থার পরিবর্তনের জন্য একক ভরের বস্তুতে যে পরিমাণ তাপ প্রয়োগ বা নিষ্কাশন করতে হয়, তাকে ওই পদার্থের ওই অবস্থার পরিবর্তনের লীন তাপ (Latent Heat) বলে। থার্মোমিটারে এই তাপের কোনো পাঠ ধরা পড়ে না।

• বরফ গলনের লীন তাপ: $80\text{ cal/g}$ (বা $3.36 \times 10^5\text{ J/kg}$)। অর্থাৎ $0^\circ\text{C}$-এর ১ গ্রাম বরফ ৮০ ক্যালরি তাপ গ্রহণ করে $0^\circ\text{C}$-এর ১ গ্রাম জলে পরিণত হয়।
• জলের বাষ্পীভবনের লীন তাপ: $537\text{ cal/g}$ (বা $2.26 \times 10^6\text{ J/kg}$)।
এই কারণে $100^\circ\text{C}$-এর ফুটন্ত জলের চেয়ে $100^\circ\text{C}$-এর জলীয় বাষ্পে হাত দিলে বেশি মারাত্মকভাবে পুড়ে যায়, কারণ বাষ্পে প্রতি গ্রামে অতিরিক্ত ৫৩৭ ক্যালরি লীন তাপ লুক্কায়িত থাকে!

বাষ্পায়নের সময় তরলের পৃষ্ঠতলের অণুগুলো প্রয়োজনীয় লীন তাপ তরলের অভ্যন্তর এবং ধারক পাত্র থেকে গ্রহণ করে বাষ্পীভূত হয়। ফলে পাত্রের তাপমাত্রা কমে গিয়ে ঠান্ডা হয়।
বাস্তব উদাহরণ:
১. হাতে স্পিরিট বা ইথার ঢাললে হাত অত্যন্ত ঠান্ডা লাগে।
২. মাটির কলসির জল বাষ্পায়নের লীন তাপের দরুন বরফতুল্য শীতল থাকে।
৩. স্নানের পর বা ঘাম শুকানোর সময় পাখার নিচে দাঁড়ালে শীতল অনুভূতি হয়।

বাষ্পায়ন (Evaporation) এবং স্ফুটন (Boiling)-এর পার্থক্য গুলিয়ে ফেলবেন না। বাষ্পায়ন যেকোনো তাপমাত্রায় কেবল তরলের উপরিপৃষ্ঠ থেকে ঘটে এবং অত্যন্ত ধীর প্রক্রিয়া। স্ফুটন একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় (জলের ক্ষেত্রে ১০০°C) তরলের সমগ্র অংশ জুড়ে দ্রুত ঘটে।

"০°C উষ্ণতার জল অপেক্ষা ০°C উষ্ণতার বরফ বেশি ঠান্ডা মনে হয় কেন?"—কারণ ১ গ্রাম বরফ ১ গ্রাম জল অপেক্ষা ৮০ ক্যালরি কম তাপ ধারণ করে।

আলোক রশ্মি কোনো সমসত্ত্ব মাধ্যমে চলতে চলতে দ্বিতীয় কোনো মাধ্যমের তলে বাধা পেয়ে পুনরায় প্রথম মাধ্যমে ফিরে আসাকে আলোর প্রতিফলন বলে।
• নিয়মিত প্রতিফলন: মসৃণ তলে (যেমন সমতল দর্পণ) সমান্তরাল আলোকরশ্মিগুচ্ছ প্রতিফলিত হয়ে সমান্তরালভাবেই ফিরে যায়।
• বিক্ষিপ্ত প্রতিফলন: অমসৃণ তলে (যেমন দেয়াল, বইয়ের পাতা) সমান্তরাল আলোকরশ্মি বিভিন্ন দিকে ইতস্তত ছড়িয়ে পড়ে। তাই সিনেমা হলের পর্দা বা ঘরের দেয়াল অমসৃণ করা হয় যাতে যেকোনো কোণ থেকে দৃশ্য দেখা যায়।

১. প্রথম সূত্র: আপতিত রশ্মি, প্রতিফলিত রশ্মি এবং আপতন বিন্দুতে প্রতিফলকের ওপর অঙ্কিত অভিলম্ব সর্বদা একই সমতলে অবস্থান করে।
২. দ্বিতীয় সূত্র: আপতন কোণের মান সর্বদা প্রতিফলন কোণের মানের সমান হয় ($\angle i = \angle r$)।
বিশেষ ক্ষেত্রে: যদি আলোকরশ্মি দর্পণের ওপর লম্বভাবে আপতিত হয় ($i = 0^\circ$), তবে তা একই পথে উল্টো দিকে ফিরে আসে ($r = 0^\circ$), অর্থাৎ বিচ্যুতি কোণ $\delta = 180^\circ$ হয়।

১. প্রতিবিম্বটি অসদ (Virtual) এবং সমশীর্ষ (Erect) হয় (পর্দায় ফেলা যায় না)।
২. প্রতিবিম্বের আকার বস্তুর আকারের সমান হয়।
৩. দর্পণ থেকে বস্তুর দূরত্ব ($u$) = দর্পণ থেকে প্রতিবিম্বের দূরত্ব ($v$)।
৪. পার্শ্বীয় পরিবর্তন (Lateral Inversion): বস্তুর ডানদিক প্রতিবিম্বে বাঁদিক এবং বাঁদিক প্রতিবিম্বে ডানদিক দেখায়। এই বৈজ্ঞানিক কারণে অ্যাম্বুলেন্স (AMBULANCE) গাড়ির সামনে উল্টো হরফে লেখা থাকে যাতে সামনের গাড়ির রিয়ার ভিউ মিররে সোজা দেখা যায়!

সূচিছিদ্র ক্যামেরায় আলোর সরলরৈখিক গতির দরুন অবশীর্ষ (উল্টো) প্রতিকৃতি গঠিত হয়। ছিদ্র বড় করলে প্রতিকৃতি অস্পষ্ট বা ঝাপসা হয়ে যায় কারণ বড় ছিদ্রটি অসংখ্য ক্ষুদ্র ছিদ্রের সমাহার হিসেবে কাজ করে।

প্রতিফলনের সূত্র নিয়মিত ও বিক্ষিপ্ত উভয় প্রতিফলনের ক্ষেত্রেই সমানভাবে প্রযোজ্য। বিক্ষিপ্ত প্রতিফলনে তল অমসৃণ হওয়ার দরুন বিভিন্ন বিন্দুতে অভিলম্ব বিভিন্নমুখী হয়, ফলে রশ্মিগুলো ভিন্ন ভিন্ন দিকে চলে যায়।

চুম্বক হলো এমন বস্তু যা লোহা, নিকেল, কোবাল্ট প্রভৃতি চৌম্বক পদার্থকে আকর্ষণ করে এবং অবাধে ঝুলিয়ে দিলে সর্বদা উত্তর-দক্ষিণ মুখ করে স্থির থাকে।
১. আকর্ষণ ধর্ম: চুম্বকের দুই প্রান্তে আকর্ষণ ক্ষমতা সর্বাধিক (মেরু) এবং ঠিক মাঝখানে আকর্ষণ ক্ষমতা শূন্য (উদাসীন অঞ্চল)।
২. দিকনির্দেশক ধর্ম: উত্তর সন্ধানী মেরু (N) উত্তর দিকে এবং দক্ষিণ সন্ধানী মেরু (S) দক্ষিণ দিকে মুখ করে থাকে।
৩. সমমেরু পরস্পরকে বিকর্ষণ করে এবং বিপরীত মেরু পরস্পরকে আকর্ষণ করে।

একটি শক্তিশালী চুম্বকের কাছে কোনো কাঁচা লোহার টুকরো আনলে স্পর্শ করার আগেই লোহাটি সাময়িকভাবে চুম্বকে পরিণত হয়—একে চৌম্বক আবেশ (Magnetic Induction) বলে। নিকবর্তী প্রান্তে বিপরীত মেরু এবং দূরবর্তী প্রান্তে সমমেরু আবিষ্ট হয়। তাই "আবেশ আকর্ষণের পূর্বে ঘটে"।
চুম্বকের একটি একক মেরু (Monopole) কখনো আলাদা করা যায় না। একটি চুম্বককে ভেঙে যত ছোট টুকরোই করা হোক না কেন, প্রতিটি খণ্ডই একটি পূর্ণাঙ্গ চুম্বক (N ও S যুক্ত) হিসেবে আত্মপ্রকাশ করে।

পৃথিবী নিজেই একটি বিশাল প্রাকৃতিক চুম্বকের মতো আচরণ করে। পৃথিবীর ভৌগোলিক উত্তর মেরুর কাছে পৃথিবীর অভ্যন্তরীণ কাল্পনিক চুম্বকের চৌম্বক দক্ষিণ মেরু এবং ভৌগোলিক দক্ষিণ মেরুর কাছে চৌম্বক উত্তর মেরু অবস্থান করে। এই কারণেই একটি চুম্বক শলাকা উত্তর-দক্ষিণ মুখ করে স্থির থাকে। মেরু অঞ্চলের নাবিকরা কম্পাসের সাহায্যে দিক নির্ণয় করেন।

উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করলে, হাতুড়ি দিয়ে পিটলে বা বারবার উপর থেকে ফেললে আণবিক চুম্বকের সজ্জা বিশৃঙ্খল হয়ে চুম্বকত্ব পুরোপুরি নষ্ট হয়ে যায়। চুম্বককে রক্ষা করতে বিপরীত মেরুদ্বয়কে নরম লোহার রক্ষক (Keepers) দিয়ে সংরক্ষণ করা হয়।

পরীক্ষায় প্রশ্ন আসে: "বিকর্ষণই চুম্বকত্বের নিশ্চিত প্রমাণ কেন?"—উত্তর: আকর্ষণ চৌম্বক পদার্থ ও চুম্বক উভয়ের মধ্যেই সম্ভব, কিন্তু বিকর্ষণ শুধুমাত্র দুটি চুম্বকের সমমেরুর মধ্যেই ঘটে।

একটি কার্যকর তড়িৎ বর্তনীতে তড়িৎ কোষ (Cell), পরিবাহী তার, সুইচ ও বাল্ব থাকে। সুইচ বন্ধ থাকলে বর্তনী পূর্ণ হয় এবং তড়িৎ প্রবাহিত হয় (বদ্ধ বর্তনী বা Closed Circuit)। সুইচ খোলা থাকলে তড়িৎ প্রবাহ বন্ধ থাকে (মুক্ত বর্তনী বা Open Circuit)।
• সুপরিবাহী (Conductors): যাদের মধ্য দিয়ে সহজে তড়িৎ প্রবাহিত হয় (তামা, রূপা, অ্যালুমিনিয়াম, গ্রাফাইট, নোনা জল)।
• কুপরিবাহী (Insulators): যাদের মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহিত হতে পারে না (কাচ, রবার, প্লাস্টিক, চিনামাটি, বিশুদ্ধ জল)।

যেকোনো উচ্চ রোধযুক্ত পরিবাহীর মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হলে পরিবাহীটি অত্যন্ত উত্তপ্ত হয়ে ওঠে (জুলীয় তাপ)। যেমন: ইলেকট্রিক ইস্ত্রি, হিটার, গিজারে উচ্চ গলনাঙ্ক ও উচ্চ রোধের নাইক্রোম তার (লোহা, নিকেল ও ক্রোমিয়ামের সংকর ধাতু) ব্যবহৃত হয়।
ফিউজ তার (Electric Fuse): এটি সীসা (৭৫%) ও টিনের (২৫%) তৈরি সংকর ধাতু। এর বিশেষ গুণ হলো উচ্চ রোধ এবং নিম্ন গলনাঙ্ক। বর্তনীতে মাত্রাতিরিক্ত বিদ্যুৎ প্রবাহিত হলে এটি অতিরিক্ত তাপে গলে গিয়ে সংযোগ বিচ্ছিন্ন করে দিয়ে গৃহস্থালির মূল্যবান যন্ত্রপাতিকে রক্ষা করে।

১৮২০ সালে বিজ্ঞানী ওয়েরস্টেড প্রমাণ করেন যে, পরিবাহী তারের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হলে তার চারপাশে চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয় এবং কাছে থাকা চুম্বক শলাকা বিক্ষিপ্ত হয়।
তড়িৎচুম্বক (Electromagnet): একটি কাঁচা লোহার মজ্জার (Soft iron core) ওপর অন্তরিত তামার তার জড়িয়ে তাতে ডিসি বিদ্যুৎ পাঠালে কাঁচা লোহাটি শক্তিশালী অস্থায়ী চুম্বকে পরিণত হয়। বিদ্যুৎ প্রবাহ বন্ধ করলেই এর চুম্বকত্ব নষ্ট হয়।
ব্যবহার: বৈদ্যুতিক কলিং বেল, টেলিফোন ইয়ারপিস, কারখানায় ক্রেনের সাহায্যে ভারী লোহা তুলতে এবং হাসপাতালে চোখের ভেতর থেকে লোহার কণা বের করতে।

এলইডি (Light Emitting Diode) সামান্য ভোল্টেজেই জ্বলে এবং কোনো ফিলামেন্ট না থাকায় নষ্ট হয় না। সাধারণ ফিলামেন্ট বাল্ব বেশিরভাগ তড়িৎ শক্তি তাপে নষ্ট করে, কিন্তু এলইডি প্রায় সম্পূর্ণ তড়িৎ শক্তিকে আলোতে রূপান্তরিত করে বিদ্যুৎ সাশ্রয় করে।

ফিউজ তারের পরিবর্তে কখনো সাধারণ তামার তার ব্যবহার করা মারাত্মক অপরাধ! কারণ তামার উচ্চ গলনাঙ্কের ফলে অতিরিক্ত কারেন্টেও তার গলবে না, ফলে বাড়িতে অগ্নিকাণ্ড ঘটতে পারে।