তাপ ইঞ্জিন এবং রেফ্রিজারেটর কোন সূত্রের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়? (Which theory is the basis of the heat engine and refrigerator?)

তাপ ইঞ্জিন এবং রেফ্রিজারেটর উভয়ের কার্যপ্রণালীর মূল ভিত্তি হলো তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র (2nd law of thermodynamics)।

    
•         

  তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র: এই সূত্রটি তাপ প্রবাহের দিক এবং শক্তি রূপান্তরের সীমাবদ্ধতা ব্যাখ্যা করে। এর মূল বক্তব্য হলো, তাপ স্বতঃস্ফূর্তভাবে শীতল বস্তু থেকে উষ্ণ বস্তুতে প্রবাহিত হতে পারে না, এবং কোনো তাপ ইঞ্জিন ১০০% কর্মদক্ষতা অর্জন করতে পারে না। অর্থাৎ, ইঞ্জিন তাপশক্তিকে কাজে রূপান্তর করার সময় কিছুটা তাপ অবশ্যই পরিবেশে বর্জন করবে। রেফ্রিজারেটরের ক্ষেত্রে, এটি বাহ্যিক কাজ (work) ব্যয় করে নিম্ন তাপমাত্রার স্থান থেকে উচ্চ তাপমাত্রার স্থানে তাপ স্থানান্তরিত করে, যা দ্বিতীয় সূত্রের একটি প্রত্যক্ষ প্রয়োগ। এটি তাপ ইঞ্জিনের সর্বোচ্চ কর্মদক্ষতা এবং রেফ্রিজারেটরের কর্মক্ষমতা সহগ (Coefficient of Performance) নির্ধারণ করে।

      
    
•         

  তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র: এটি শক্তি সংরক্ষণশীলতার নীতি নিয়ে কাজ করে। এটি বলে যে শক্তি সৃষ্টি বা ধ্বংস করা যায় না, কেবল এক রূপ থেকে অন্য রূপে রূপান্তরিত করা যায়। তাপ ইঞ্জিন এবং রেফ্রিজারেটরের ক্ষেত্রে এটি গৃহীত তাপ, কৃত কাজ এবং বর্জিত তাপের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে (\(Q_H = W + Q_L\))। তবে, এটি তাপের প্রবাহের দিক বা ইঞ্জিনের সর্বোচ্চ কর্মদক্ষতা সম্পর্কে কোনো তথ্য দেয় না।

      
    
•         

  তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র: এই সূত্রটি তাপীয় সাম্যাবস্থা এবং তাপমাত্রার ধারণা দেয়। এটি বলে যে যদি দুটি বস্তু তৃতীয় একটি বস্তুর সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকে, তাহলে তারা নিজেরাও একে অপরের সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকবে। এটি তাপ ইঞ্জিন বা রেফ্রিজারেটরের কার্যপ্রণালীর প্রত্যক্ষ ভিত্তি নয়, বরং তাপমাত্রার পরিমাপের একটি মৌলিক ধারণা প্রদান করে।

      
    
•         

  তাপগতিবিদ্যার তৃতীয় সূত্র: এই সূত্রটি পরম শূন্য তাপমাত্রায় এনট্রপির আচরণ নিয়ে কাজ করে। এটি বলে যে পরম শূন্য তাপমাত্রায় একটি নিখুঁত স্ফটিকের এনট্রপি শূন্য হয়। এটি তাপ ইঞ্জিন বা রেফ্রিজারেটরের দৈনন্দিন কার্যপ্রণালীর সাথে সরাসরি সম্পর্কিত নয়, তবে অতি নিম্ন তাপমাত্রায় এদের আচরণ ব্যাখ্যায় ব্যবহৃত হতে পারে।

      

সুতরাং, তাপ ইঞ্জিন ও রেফ্রিজারেটরের পরিচালনা এবং কর্মক্ষমতার সীমাবদ্ধতা তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়।