এনট্রপি কি

এনট্রপি কি এটা নিয়ে আমরা এখন জানবো। আমরা জানি কোনো গ্যাসকে রুদ্ধতাপ প্রক্রিয়ায় সঙ্কুচিত করার সময় কিছু কাজ করা হয়। ফলে গ্যাসের তাপশক্তি এবং সেই সঙ্গে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। পুনরায় গ্যাসকে রুদ্ধতাপ প্রক্রিয়ায় প্রসারিত হতে দিলে গ্যাসকে কিছু কাজ করতে হয়। অন্তর্নিহিত শক্তির বিনিময়ে গ্যাস এই কাজ করে থাকে। ফলে গ্যাসের তাপশক্তি ও তাপমাত্রা এই দুটির একটিও স্থির থাকে না। উভয়েই একই সঙ্গে বৃদ্ধি পায় বা হ্রাস পায়।

বিজ্ঞানী ক্লসিয়াস তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র প্রয়োগ করতে গিয়ে উপলব্ধি করেন যে, সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় যেমন বস্তুর তাপমাত্রা স্থির থাকে, তেমন রুদ্ধতাপ প্রক্রিয়ায় বস্তুর ‘কোনো কিছু’ স্থির থাকে। রূদ্ধতাপ প্রক্রিয়ায় বস্তুর সঙ্গে যখন পরিপার্শ্বের কোনো তাপ আদান-প্রদান হয় না, তখন বস্তুর যে তাপীয় ধর্ম অপরিবর্তিত থাকে ক্লসিয়াস তার নাম দেন এনট্রপি। অতএব এনট্রপির নিম্নলিখিত সংজ্ঞা দেওয়া যেতে পারে-

তাহলে এনট্রপি কি এর উত্তর হচ্ছে রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় বস্তুর যে তাপীয় ধর্ম স্থির থাকে, তাকে এনট্রপি বলে।

অন্যভাবে বলা হয়- এনট্রপি হলো বস্তুর এমন একটি ভৌত ধর্ম যা রুদ্ধতাপ প্রক্রিয়ায় স্থির থাকে। এনট্রপি বস্তুর একটি ভৌত ধর্ম। তাপগতিবিজ্ঞানে এর গুরুত্ব অপরিসীম। এটি তাপগতীয় রাশিসমূহের এমন একটি অপেক্ষক যা তাপ প্রবাহের দিক বা তাপ সঞ্চালনের দিক নির্দেশ করে এবং তাপগতীয় অবস্থা নির্ধারণে সহায়তা করে।

তাপমাত্রা, আয়তন ও চাপের ন্যায় বস্তুর এনট্রপিও একটি রাশি। এর মান বস্তুর বর্তমান অবস্থার উপর নির্ভর করে। তবে কোন পথে বস্তু ঐ অবস্থায় পৌঁছাল তার উপর নির্ভর করে না। অর্থাৎ কোনো নির্দিষ্ট অবস্থায় বস্তুর এনট্রপি বস্তুর পূর্ব ইতিহাসের উপর নির্ভর করে না। তাপ গ্রহণে বা বর্জনে বস্তুর এনট্রপি পরিবর্তিত হয়।

এনট্রপির একক

কোনো একটি সিস্টেম বা চক্রের তাপমাত্রা সাপেক্ষে গৃহীত বা বর্জিত তাপের পরিবর্তনের হার দ্বারা এনট্রপি পরিমাপ করা যায়। মনে করি কোনো একটি ব্যবস্থা বা সিস্টেম T পরম তাপমাত্রায় dQ পরিমাণ তাপ গ্রহণ বা বর্জন করে। অতএব এনট্রপি কি সেটার ক্ষেত্রে লিখা যায়-

dS = dQ / T

T-এর একক কেলভিন এবং dQ এর একক জুল। অতএব এনট্রপির এস.আই. একক জুল / কেলভিন (JK-1)

এনট্রপি কি ও এনট্রপির তাৎপর্য

তাপগতিবিদ্যায় এনট্রপির গুরুত্ব অপরিসীম। এর নিম্নলিখিত তাৎপর্য রয়েছে-
এনট্রপি একটি প্রাকৃতিক রাশি যার মান তাপ ও পরম তাপমাত্রার অনুপাতের সমান।
এটি বস্তুর একটি তাপীয় ধর্ম যা তাপ সঞ্চালনের দিক নির্দেশ করে।
এনট্রপি একটি বস্তুর তাপগতীয় অবস্থা নির্ধারণে সহায়তা করে।
এনট্রপিকে বস্তুর তাপীয় জড়তা হিসেবে বিবেচনা করা হয়।
এটি তাপ, চাপ, আয়তন, অভ্যন্তরীণ শক্তি, চুম্বকীয় অবস্থার ন্যায় কোনো বস্তুর অবস্থা প্রকাশ করে।
এটিকে কোনো ভৌত রাশি দ্বারা প্রকাশ করা যায় না।
এনট্রপি বৃদ্ধি পেলে বস্তু শৃঙ্খল অবস্থা হতে বিশৃঙ্খল অবস্থায় পরিণত হয়।
তাপমাত্রা ও চাপের ন্যায় একে অনুভব করা যায় না।
একে ক্যালরি/ডিগ্রি এককে প্রকাশ করা যায়।
পরমশূন্য তাপমাত্রায় এনট্রপির মান শূন্যের দিকে অগ্রসর হয়।

প্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন

মনে করি abcd একটি পূর্ণ প্রত্যাগামী কার্নো চক্র। উক্ত চক্রে ab ও cd দুটি সমোষ্ণ লেখ এবং bc ও da দুটো রুদ্ধতাপ লেখ।

মনে করি ab সমোষ্ণ লেখ বরাবর a বিন্দু হতে b বিন্দুতে আসতে কার্যরত পদার্থ T1 তাপমাত্রায় তাপ উৎস হতে Q1 পরিমাণ তাপ গ্রহণ করে এবং cd সমোষ্ণ লেখ বরাবর c বিন্দু হতে d বিন্দুতে আসতে কার্যরত পদার্থ T2 তাপমাত্রায় তাপ গ্রাহকে Q2 পরিমাণ তাপ বর্জন করে। কিন্তু bc ও da রুদ্ধতাপ লেখ হওয়ায় লেখ দুটি বরাবর কোনো তাপ গ্রহণ বা বর্জন হবে না বলে এনট্রপির কোনো পরিবর্তন হবে না।

ab সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় এনট্রপি বৃদ্ধি = Q1/T1

এবং cd সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় এনট্রপি হ্রাস = Q2/T2

সমগ্র চক্রে কার্যরত বস্তুর এনট্রপির মোট পরিবর্তন = Q1/T1 – Q2/T2

কিন্তু চক্রটি প্রত্যাগামী হওয়ায় Q1/T1 = Q2/T2

সুতরাং এনট্রপির মোট পরিবর্তন delS = Q1/T1 – Q2/T2 = 0

or, ΔS = Σ Q/T = 0

অতএব সিদ্ধান্ত এই যে প্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় যে কোনো সিস্টেমের এনট্রপি স্থির থাকেনা।

অপ্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন

মনে করি কোনো অপ্রত্যাগামী ইঞ্জিন T1 তাপমাত্রায় Q1 পরিমাণ তাপ গ্রহণ করে এবং T2 তাপমাত্রায় Q2 পরিমাণ তাপ বর্জন করে। এক্ষেত্রে কর্মদক্ষতা

n’ = (Q1 – Q2) / Q1

কিন্তু তাপমাত্রার একই সীমার মধ্যে কোনো প্রত্যাগামী চক্রের (কার্নোর চক্রের) কর্মদক্ষতা

n = (T1 – T2) / T1

এখন কার্নোর উপপাদ্য অনুসারে n > n’

(T1 – T2) / T1 > (Q1 – Q2) / Q1

or, 1 – T2/T1 = 1 – Q2/Q1

or, Q2/T2 – Q1/T1 > 0

অতএব কার্যনির্বাহক সংস্থাটিকে সামগ্রিকভাবে বিবেচনা করলে আমরা দেখি যে তাপ উৎসটি Q1/T1 পরিমাণ এনট্রপি হারায় এবং তাপ গ্রাহকটি Q2/T2 পরিমাণ এনট্রপি গ্রহণ করে। সুতরাং সমগ্র প্রক্রিয়াটিতে মোট লাভ = Q2/T2 – Q1/T1, যার মান ধনাত্মক।

অতএব অপ্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। অপরপক্ষে বলা যায় তাপের আয়ুষ্কাল হ্রাস পাচ্ছে অর্থাৎ তাপ মৃত্যুর দিকে ধাবিত হচ্ছে।

যেকোনো দুটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রার মধ্যে ক্রিয়ারত কার্নোর প্রত্যাগামী ইঞ্জিনের কর্ম দক্ষতা অপেক্ষা অন্য কোনো ইঞ্জিনের কর্মদক্ষতা বেশি হতে পারে না। একে কার্নোর উপপাদ্য বলে।

অপ্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় এনট্রপি বৃদ্ধির উদাহরণ

আমরা জানি অপ্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। বিশ্ব জগতের অধিকাংশ প্রক্রিয়াই অপ্রত্যাগামী প্রক্রিয়া। সুতরাং বলা যায় বিশ্বজগতের এনট্রপি ক্রমাগত বৃদ্ধি পাচ্ছে।

এভাবে এনট্রপি বৃদ্ধি পেতে পেতে যখন সর্বোচ্চ মানে পৌঁছাবে তখন বিশ্বের সকল ব্যবস্থা তাপীয় সাম্যাবস্থায় উপনীত হবে। তাপীয় সাম্যাবস্থায় পৌঁছলে তাপশক্তিকে ফলপ্রসূ কাজে পরিণত করা সম্ভব হবে না। ফলে কার্যকরী শক্তির দুষ্প্রাপ্যতা সৃষ্টি হবে।

এমনিভাবে যদি চলতে থাকে, তবে পৃথিবী এমন একটি ভয়াবহ অবস্থায় পৌঁছাবে যে সে তাপ শক্তি সরবরাহে অক্ষম হয়ে পড়বে। এ অবস্থায় পৃথিবীর তাপীয় মৃত্যু (Thermal Death of the Earthi) হয়েছে বলা হবে।

এনট্রপির মাধ্যমে তাপগতিবিজ্ঞানের দ্বিতীয় সূত্রের প্রকাশ

ক্লসিয়াসের মতে তাপগতিবিজ্ঞানের প্রথম সূত্র নিম্নরূপ-

বিশ্বের মোট শক্তি স্থির। একে শক্তির নিত্যতার সূত্রও বলা যায়। ক্লসিয়াস তাপগতিবিজ্ঞানের দ্বিতীয় সূত্রকে নিম্নলিখিতভাবে সংজ্ঞায়িত করেন-

বিশ্বের এনট্রপি ক্রমাগত বৃদ্ধির দিকে যাচ্ছে। একে এনট্রপির বৃদ্ধির সূত্রও বলা যায়। আমরা এনট্রপির মাধ্যমে তাপগতিবিজ্ঞানের দ্বিতীয় সূত্রকে নিম্নলিখিতভাবে সংজ্ঞায়িত করতে পারি-

প্রকৃতির সকল ভৌত অথবা রাসায়নিক ক্রিয়া এমনভাবে সংঘটিত হয় যে, যার ফলে সার্বিক ব্যবস্থার এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। সীমায়িত ক্ষেত্রে একটি প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ার এনট্রপি অপরিবর্তিত থাকে। তাপগতিবিজ্ঞানের দ্বিতীয় সূত্রকে গাণিতিকভাবে সংজ্ঞায়িত করার জন্য ধরা যাক একটি ব্যবস্থার প্রাথমিক ও চূড়ান্ত অবস্থা A ও B-তে এনট্রপির মান যথাক্রমে SA এবং SB । সুতরাং ব্যবস্থাটির এনট্রপির পরিবর্তন,