তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূএ(First law of thermodynamics)

তাপগতিবিদ্যার ১ম সূএ জানতে হলে প্রথমেই জানতে হবে নিচের কয়েকটি বিষয়। যেমন:

সিস্টেম ও পরিবেশ :

পদার্থের যে নিদিষ্ট অংশকে আলাদা করে নিয়ে পরীক্ষা -নিরীক্ষা চালানো হয় তাকে সিস্টেম বলে। আর সিস্টেমের চারপাশের স্থানকে বলা হয় পরিবেশ। 

তাপ :

তাপ হচ্ছে এক প্রকার শক্তি যা ঠাণ্ডা বা গরমের অনুভুতি জাগায়। আর শক্তির বিনিময়ে কাজ করা যায়। সুতরাং তাপের বিনিময়ে কাজ করা যায়। 

তাপমাত্রা :

তাপমাত্রা হচ্ছে কোন বস্তুুর তাপীয় অবস্থা যা নির্ধারণ করে ঐ বস্তুুর সংস্পর্শে অন্য কোন বস্তুু আনলে তাপ গ্রহন করবে না তাপ বর্জন করবে। সুতরাং তাপমাত্রা ও তাপ সমান নয়।কোন বস্তুুতে তাপ ও তাপমাত্রা ভিন্ন তবে এরা সমানুপাতিক।

অভ্যন্তরীণ শক্তি বা অন্তঃস্থ শক্তি ( Internal energy):

শক্তির বিনিময়ে কাজ সাধিত হয়। কোন বস্তুু বা সিস্টেমের সামগ্রিকভাবে যে গতিশক্তি ও বিভবশক্তি থাকে তাকে ঐ বস্তুু বা সিস্টেমের বহিঃস্থ শক্তি বলে। কিন্তু আমরা জানি, প্রত্যেকটি বস্তুুই কনা দ্বারা গঠিত এই কনা গুলো প্রত্যেকই নিজ অবস্থানে কম্পমান। তাই কনাগুলো যেহেতু কম্পমান তাই এদের বিভবশক্তি ও গতিশক্তি আছে। এই বিভবশক্তি ও গতিশক্তির সমষ্টিকে অভ্যন্তরীণ শক্তি বলে। আদর্শ গ্যাসের ক্ষেএে অনুগুলোর কোন আকর্ষণ বল থাকে না, তাই সেক্ষেএে সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি অনুগুলোর মোট গতিশক্তির সমান।তাই আয়তন বাড়লে অনুসমূহের আকর্ষণ কমে যায় তাই তাপমাত্রাও কমে যায়। আয়তন বাড়লে আকর্ষণ বৃদ্ধি পায় তাই তাপমাত্রাও বৃদ্ধি পায়। গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি শুধু গ্যাসের তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, চাপ ও আয়তনের উপর নির্ভর করে না।

শক্তির নিত্যতা সূএ হতে আমরা জানি,

শক্তি রুপান্তরের সময় মোট শক্তির কোন পরিবর্তন হয় না। তাপ গতিবিদ্যার প্রথম সূএ মুলত শক্তির নিত্যতা সূএের একটি বিশেষ রুপ।

1847 সালে বিজ্ঞানী জুল কাজ ও তাপের মাঝে একটি সম্পর্ক স্থাপন করেন। সম্পর্কটি হচ্ছে,

যদি তাপকে সম্পূর্ণরুপে কাজে বা কাজকে সম্পূর্ণরুপে তাপে পরিনত করা যায়,তবে কাজ তাপের সমানুপাতিক।

এটি তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূএ। গাণিতিকভাবে নিচে দেওয়া হলো, কোন সিস্টেমের উপর W পরিমাণ কাজ করলে যদি Q পরিমান তাপ উৎপন্ন হয়। তবে জুলের সূএানুসারে,

      Q ~W

বা, Q = JW

এখানে, J একটি সমানুপাতিক ধ্রুবক। একে তাপের যান্ত্রিক সমতা বলে।।পরীক্ষার মাধ্যমে দেখা যায়, কাজকে জুল ও তাপকে ক্যালোরি এককে ধরলে,  J =4.2 J/Cal কিন্তুু  উভয়কে জুল এককে ধরলে J =1 হয়।

কিন্তুু বিজ্ঞানী ক্লসিয়াসের মতে কোন সিস্টেমে তাপ প্রদান করা হলে তার সম্পূর্ণটাই কাজে পরিণত হয় না, কিছু পরিমান কাজ কাজে পরিনত হয় ও বাকীটা কাজে পরিনত হয়। তাই তার মতে সূএটি এরকম, সিস্টেমের উপর  Q পরিমান তাপ প্রদান করা হলে তার অভ্যন্তরীন শক্তি U পরিমান বৃদ্ধি হলে কৃতকাজ W হলে,

Q = U + W

এখানে একটি বিষয় লক্ষণীয় যে, সিস্টেম পরিবেশের উপর কাজ করলে কাজ ধনাত্মক কিন্তুু পরিবেশ সিস্টেমের উপর কাজ করলে কাজ ঋণাত্মক হবে।