তাপগতিবিজ্ঞান

তাপগতিবিজ্ঞান (ইংরেজি: Thermodynamics) পদার্থবিজ্ঞানের একটি শাখা যেখানে তাপশক্তি ও তাপমাত্রা এবং এরসাথে শক্তি ও কাজের সম্পর্ক নিয়ে আলোচনা করা হয়। তাপগতিবিজ্ঞানের মূলনীতিগুলি বিজ্ঞান ও প্রকৌশলের সমস্ত শাখায় মৌলিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ। তাপগতিবিজ্ঞানের কেন্দ্রীয় ধারণা হল বৃহৎ সিস্টেম (macroscopic system)। জ্যামিতিকভাবে আলাদা করা যায় এমন একটি পদার্থ-অংশকে বৃহৎ সিস্টেম নামে সংজ্ঞায়িত করা হয়। সেই জ্যামিতিক গণ্ডির বাইরে বিশ্বের (universe) যে অংশ, তাকে পরিবেশ বলে। যদি সিস্টেমটি কোন অসীম, অনুত্তেজিত পরিবেশের সহাবস্থানে থাকে, তাহলে সেই পরিবেশকে রিজার্ভয়ার (reservoir) বলে।

ভারসাম্যাবস্থায় সিস্টেমটি তাপমাত্রা, চাপ ও আয়তন-এর মত কিছু পরিমাপযোগ্য বৈশিষ্ট্যের সাহায্যে বর্ণনা করা যায়। এগুলি তাপগতিবৈজ্ঞানিক চলক হিসেবে পরিচিত। এগুলি ছাড়াও আরও অনেক চলক, যেমন – ঘনত্ব, আপেক্ষিক তাপ, সংকোচনীয়তা, তাপীয় প্রসারাংক, ইত্যাদি চিহ্নিত ও তুলনা করে কোন বস্তু ও পরিবশের সাথে বস্তুটির সম্পর্ক আরও পূর্ণাঙ্গভাবে প্রকাশ করা যায়।

সিস্টেমটির ভারসাম্যাবস্থাকে নির্দেশ করার যে চলক সেটি হল এনট্রপি। খুব সহজভাবে বলতে গেলে, এনট্রপি সিস্টেমটির মধ্যে বিশৃঙ্খলার একটি পরিমাপ। যখন একটি সিস্টেমের এনট্রপি সর্বাধিক হয়, তখন সেটি ভারসাম্যাবস্থায় চলে আসে। আর ভারসাম্যাবস্থার সবথেকে গুরুত্ত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হল, এই অবস্থায় যে কোন বৃহৎ সিস্টেমের চলকগুলি বিগত পরিবর্তনের অনপেক্ষ হয়ে যায়, আর সময়ের সাথে তারা আর পাল্টায় না।

যখন কোন বৃহৎ সিস্টেম একটি ভারসাম্যাবস্থা থেকে আরেকটি ভারসাম্যাবস্থায় রূপান্তরিত হয়, তখন বলা হয় একটি তাপগতিবৈজ্ঞানিক প্রক্রিয়া নিষ্পন্ন হয়েছে। কিছু কিছু তাপগতিবৈজ্ঞানিক প্রক্রিয়া বিপরীতকরণযোগ্য, আর অন্যগুলির বিপরীতকরণ সম্ভব নয়। ১৯শ শতাব্দীতে অত্যন্ত কষ্টসাধ্য পরীক্ষণের মাধ্যমে আবিষ্কৃত তাপগতিবৈজ্ঞানিক সূত্রগুলি সমস্ত তাপগতিবৈজ্ঞানিক প্রক্রিয়ার আচরণ নিয়ন্ত্রণ করে এবং এগুলির সীমা নির্ধারণ করে।