প্রেক্ষাপট
- সাম্প্রতিককালে, পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা (Atomic Physics) এবং আল্ট্রা-কোল্ড অ্যাটম বা অতি-শীতল পরমাণু গবেষণার অগ্রগতি তাপমাত্রার পরিমাপকে আরও নিখুঁত করে তুলেছে। এটি বিজ্ঞানীদের অত্যন্ত কম তাপমাত্রায় পদার্থের আচরণ আরও ভালোভাবে বুঝতে সাহায্য করছে। থার্মোমিটার, যা অন্যতম সাধারণ বৈজ্ঞানিক যন্ত্রপাতি, তা তাপ সঞ্চালন (Heat Transfer) এবং পারমাণবিক গতির মৌলিক নীতির ওপর ভিত্তি করে কাজ করে।
১. তাপমাত্রা কী?
- তাপমাত্রা হলো কোনো পদার্থের কণাগুলির গড় গতিশক্তির (Kinetic Energy) পরিমাপ।
- যখন কণাগুলি দ্রুত চলাচল করে, তখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়; যখন তারা ধীর গতিতে চলে, তখন তাপমাত্রা হ্রাস পায়।
- এটি তাপ প্রবাহের দিক নির্ধারণ করে—তাপ সবসময় গরম বস্তু থেকে অপেক্ষাকৃত ঠান্ডা বস্তুর দিকে প্রবাহিত হয়।
২. থার্মোমিটার কীভাবে কাজ করে?
একটি থার্মোমিটার এমন কিছু পদার্থ ব্যবহার করে তাপমাত্রা পরিমাপ করে যা তাপের সাথে অনুমানযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়। থার্মোমিটার মূলত তাপীয় প্রসারণের (Thermal Expansion) নীতির ওপর ভিত্তি করে কাজ করে।
I. তরল থার্মোমিটার
- ঐতিহ্যবাহী থার্মোমিটারে পারদ (Mercury) বা অ্যালকোহলের মতো তরল ব্যবহার করা হয়। (পারদ হলো লোহা বা অ্যালুমিনিয়ামের মতো একটি ধাতু, অর্থাৎ যা বিদ্যুৎ পরিবহন করে এবং চকচক করে, কিন্তু আমাদের ধাতব তৈজসপত্র বা চামচের মতো নয়, এটি তরল অবস্থায় থাকে)।
- যখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন তরলটি প্রসারিত হয় এবং একটি সরু নলের মধ্য দিয়ে ওপরের দিকে উঠে যায়।
- যখন তাপমাত্রা হ্রাস পায়, তখন তরলটি সংকুচিত হয় এবং নিচের দিকে নেমে যায়।
II. সেমিকন্ডাক্টর / রেজিস্ট্যান্স থার্মোমিটার
- সেমিকন্ডাক্টর রেজিস্ট্যান্স থার্মোমিটার, যা সাধারণত থার্মিস্টর (Thermistors) নামে পরিচিত, হলো এমন এক ধরনের তাপমাত্রা সেন্সর যা অর্ধপরিবাহী বা সেমিকন্ডাক্টর পদার্থের ওপর নির্ভর করে। (সেমিকন্ডাক্টর হলো এমন পদার্থ যা আংশিকভাবে বিদ্যুৎ পরিবহন করে এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এদের পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়)। এদের বৈদ্যুতিক রোধ (Electrical Resistance) তাপমাত্রার সাথে সাথে তীব্রভাবে পরিবর্তিত হয়।
- ব্যবহার: স্মার্টফোন, ডিজিটাল থার্মোমিটার, ফিভার স্ট্রিপ — এগুলি আকারে ছোট এবং অত্যন্ত নিখুঁত হয়।
III. ইনফ্রারেড বা স্পর্শহীন থার্মোমিটার
- প্রতিটি বস্তু তার তাপমাত্রার অনুপাতে ইনফ্রারেড বিকিরণ (Infrared Radiation) নির্গমন করে।
- এই থার্মোমিটারগুলি বস্তুটিকে স্পর্শ না করেই সেই বিকিরণ সনাক্ত করতে পারে।
- কোভিড-১৯ (COVID-19) স্ক্রীনিং, শিল্পক্ষেত্রের পর্যবেক্ষণ এবং জ্যোতির্বিদ্যায় এটি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
৩. পরম শূন্য তাপমাত্রার ধারণা
- সম্ভাব্য সর্বনিম্ন তাপমাত্রাকে পরম শূন্য তাপমাত্রা (Absolute Zero) বলা হয়।
- এটি কেলভিন স্কেলে 0 K এবং সেলসিয়াস স্কেলে -273.15 C-এর সমান।
- এই তাপমাত্রায় তাত্ত্বিকভাবে সমস্ত পারমাণবিক গতি স্তব্ধ হয়ে যায় (গতিশক্তি শূন্য হয়ে যায়)।
৪. শীতল পরমাণু এবং বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবন
I. শীতল পরমাণু কী? (What are Cold Atoms?)
- শীতল পরমাণু হলো এমন কিছু পরমাণু যাদের পরম শূন্য তাপমাত্রার অত্যন্ত কাছাকাছি শীতল করা হয়েছে।
- এই তাপমাত্রায় তারা সাধারণ পদার্থের মতো আচরণ করা বন্ধ করে দেয়।
- বিজ্ঞানীরা পরমাণুর গতি ধীর করতে লেজার এবং চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করেন।
- এই অতি-শীতল পরমাণুগুলি গবেষকদের অত্যন্ত নিখুঁতভাবে কোয়ান্টাম মেকানিক্স (Quantum Mechanics) বা কোয়ান্টাম বলবিদ্যা অধ্যয়নে সাহায্য করে।
- প্রয়োগ (Application):
- অত্যন্ত নিখুঁত সময় গণনার জন্য অ্যাটমিক ক্লক বা পারমাণবিক ঘড়ি তৈরিতে
- GPS এবং স্যাটেলাইট নেভিগেশন সিস্টেমে
- কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং কোয়ান্টাম যোগাযোগ ব্যবস্থায়
- উন্নত সেন্সর এবং বৈজ্ঞানিক পরীক্ষা-নিরীক্ষায়
II. বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবন (Bose-Einstein Condensate – BEC)
- পদার্থের পঞ্চম অবস্থা: কঠিন, তরল, গ্যাস এবং প্লাজমার পাশাপাশি BEC হলো পদার্থের পঞ্চম মৌলিক অবস্থা।
- ঐতিহাসিক সূচনা: 1924 সালে ভারতীয় পদার্থবিজ্ঞানী সত্যেন্দ্রনাথ বসু আলোক কণা বা ফোটনের (Photons) জন্য পরিসংখ্যানগত বলবিদ্যা (Statistical Mechanics) উদ্ভাবন করেন। এই যুগান্তকারী আবিষ্কারটি তিনি আলবার্ট আইনস্টাইনের সাথে শেয়ার করেছিলেন, যিনি পরবর্তীতে এই তত্ত্বটিকে ভরযুক্ত আদর্শ গ্যাস পরমাণুর ক্ষেত্রে সম্প্রসারিত করেন।
থার্মোমিটার এবং তাপমাত্রা সম্পর্কে নিম্নলিখিত বিবৃতিগুলি বিবেচনা করুন:
1. থার্মিস্টর হলো এমন সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস বা অর্ধপরিবাহী যন্ত্র যার বৈদ্যুতিক রোধ তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়।
2. পরম শূন্য তাপমাত্রায় কণাগুলির গতিশক্তি সর্বাধিক হয়।
ওপরে দেওয়া বিবৃতিগুলির মধ্যে কোনটি/কোনগুলি সঠিক?
(a) 1 only
(b) 2 only
(c) Both 1 and 2
(d) Neither 1 nor 2
উত্তর: (a) 1 only
ব্যাখ্যা:
• বিবৃতি 1 সঠিক কারণ থার্মিস্টর তৈরিতে অর্ধপরিবাহী বা সেমিকন্ডাক্টর পদার্থ ব্যবহার করা হয়, যার রোধ তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে সাথে তীব্রভাবে পরিবর্তিত হয়।
• বিবৃতি 2 ভুল কারণ পরম শূন্য তাপমাত্রায়, পারমাণবিক গতি তাত্ত্বিকভাবে সম্পূর্ণ স্তব্ধ হয়ে যায় এবং গতিশক্তি সর্বনিম্ন (শূন্য) হয়ে যায়।
