বয়েলের সূত্র সপ্তদশ শতকে রবার্ট বয়েল আবিষ্কার করেন এবং এটি গ্যাসের চাপ ও আয়তনের মধ্যকার সম্পর্ক ব্যাখ্যা করার ভিত্তি স্থাপন করে। একাধিক পরীক্ষার মাধ্যমে তিনি দেখান যে, তাপমাত্রা স্থির থাকলে, চাপ বাড়ালে গ্যাসের আয়তন কমে যায় এবং চাপ কমালে এর আয়তন বেড়ে যায়।
এই প্রবন্ধে, আমরা আপনাকে বয়েলের সূত্র, এর বৈশিষ্ট্য এবং এর গুরুত্ব সম্পর্কে আপনার যা জানা দরকার তা বলব।
প্রধান বৈশিষ্ট্য
১৬৬২ সালে রবার্ট বয়েল আবিষ্কার করেন যে, স্থির তাপমাত্রায় কোনো গ্যাসের উপর প্রযুক্ত চাপ তার আয়তন ও মোল সংখ্যার ব্যস্তানুপাতিক। অন্য কথায়, কোনো গ্যাসের উপর প্রযুক্ত চাপ দ্বিগুণ করা হলে গ্যাসটি সংকুচিত হবে এবং এর আয়তন অর্ধেক হয়ে যাবে। এই আবিষ্কারটি আধুনিক রসায়ন বোঝার জন্য মৌলিক ।
গ্যাস ধারণকারী পাত্রের আয়তন বাড়ার সাথে সাথে পাত্রের দেয়ালের সাথে সংঘর্ষের আগে কণাগুলিকে যে দূরত্ব অতিক্রম করতে হবে তাও বৃদ্ধি পায়। দূরত্বের এই বৃদ্ধি শকগুলির ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস করতে দেয়, তাই প্রাচীরের চাপ আগের তুলনায় কম হয় যখন ভলিউম ছোট ছিল।
বয়েলের সূত্র সর্বপ্রথম ১৬৬২ সালে রবার্ট বয়েল আবিষ্কার করেন। এডমে মারিওট ছিলেন আরেকজন বিজ্ঞানী যিনি বয়েলের মতোই একই সিদ্ধান্তে উপনীত হয়েছিলেন ; তবে, মারিওট ১৬৭৬ সালের আগে তাঁর কাজ প্রকাশ করেননি। এই কারণেই অনেক বইতে এই সূত্রটিকে বয়েল-মারিওট সূত্র হিসাবে উল্লেখ করা হয়, যা ব্রিটিশ পদার্থবিজ্ঞানী ও রসায়নবিদ রবার্ট বয়েল কর্তৃক বিকশিত ম্যাটুর সূত্র নামেও পরিচিত। এটি বয়েল এবং ফরাসি পদার্থবিজ্ঞানী ও উদ্ভিদবিজ্ঞানী এডমে ম্যাটুট স্বাধীনভাবে প্রণয়ন করেছিলেন।
এটি এমন একটি সূত্র যা একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ গ্যাসকে স্থির তাপমাত্রায় রাখলে তার আয়তন ও চাপের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে। বয়েলের সূত্রটি হলো: কোনো বল দ্বারা প্রযুক্ত চাপ গ্যাসের আয়তনের ব্যস্তানুপাতিক, যদি এর তাপমাত্রা স্থির থাকে। অথবা আরও সহজভাবে, আমরা এটিকে এভাবে ব্যাখ্যা করতে পারি: একটি উচ্চতর স্থির তাপমাত্রায়, একটি নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের আয়তন তার দ্বারা প্রযুক্ত স্থির চাপের ব্যস্তানুপাতিক।
বয়েলের আইনের পরীক্ষা এবং প্রয়োগ
বয়েলের সূত্র পরীক্ষা করার জন্য, ম্যারিয়ট একটি পিস্টনযুক্ত সিলিন্ডারে গ্যাস প্রবেশ করান এবং পিস্টনটি নিচে নামার সময় সৃষ্ট বিভিন্ন চাপ পর্যবেক্ষণ করেন। এই পরীক্ষাটি প্রমাণ করে যে আয়তন বাড়লে চাপ কমে যায়।
আধুনিক জীবনে বয়েলের সূত্রের অনেক প্রয়োগ রয়েছে, উদাহরণস্বরূপ, ডাইভিং সহ। এর কারণ হল ডুবুরিদের আরোহণের সময় তার ফুসফুস থেকে বাতাস বের করে দিতে হয় কারণ চাপ কমে গেলে এটি প্রসারিত হয়। এটি না করলে টিস্যুর ক্ষতি হতে পারে। গ্যাস সূত্রগুলি কীভাবে কাজ করে এবং ডাইভিংয়ে তাদের প্রয়োগ কীভাবে হয় তা বোঝার জন্য এই নীতিটি মৌলিক।
এটি এমন সমস্ত যন্ত্রপাতিতে পাওয়া যায় যা বায়ুশক্তি ব্যবহার করে বা তাতে চলে, যেমন রোবোটিক আর্ম যা নিউম্যাটিক পিস্টন, অ্যাকচুয়েটর, প্রেশার রেগুলেটর এবং প্রেশার রিলিফ ভালভের মতো উপাদান ব্যবহার করে। অধিকন্তু, এই প্রয়োগগুলো রবার্ট হুকের মতো অন্যান্য বিজ্ঞানীদের আবিষ্কারের সাথে গভীরভাবে সংযুক্ত ।
পেট্রোল, গ্যাস এবং ডিজেল ইঞ্জিনও অভ্যন্তরীণ দহনের সময় বয়েলের সূত্র ব্যবহার করে। প্রথমবার যখন একটি নির্দিষ্ট আয়তন ও চাপে বায়ু সিলিন্ডারে প্রবেশ করে, তখন দ্বিতীয়বার চাপ বাড়ার সাথে সাথে আয়তন কমে যায়। এই ঘটনাটি ব্যাখ্যা করে যে ইঞ্জিনের কার্যকারিতার জন্য গ্যাসের বৈশিষ্ট্যগুলো কতটা গুরুত্বপূর্ণ, যা গ্যাসের ভৌত আচরণ বিষয়ে ক্যাভেন্ডিশের গবেষণার সাথে সম্পর্কিত।
গাড়িতে যে এয়ারব্যাগ সিস্টেম থাকে, তা একটি চেম্বার থেকে নির্দিষ্ট পরিমাণ বাতাস বা গ্যাস নির্গত করে বাইরের এয়ারব্যাগে পৌঁছানোর মাধ্যমে কাজ করে, যেখানে চাপ কমে যায় ও আয়তন বেড়ে যায় এবং তাপমাত্রা স্থির থাকে।
বয়েলের আইন আজ খুবই গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি সেই আইন যা আমাদের সাথে কথা বলে এবং গ্যাসের আচরণ ব্যাখ্যা করে। এটি স্পষ্টভাবে ব্যাখ্যা করে যে একটি গ্যাসের চাপ এবং আয়তন একে অপরের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক। অতএব, যখন একটি গ্যাসের উপর চাপ প্রয়োগ করা হয়, তখন এর আয়তন হ্রাস পায় এবং চাপ বৃদ্ধি পায়।
আদর্শ গ্যাস মডেল
বয়েল-ম্যারিওট আইন তথাকথিত আদর্শ গ্যাসের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য, একটি তাত্ত্বিক মডেল যা যে কোনো গ্যাসের আচরণকে ব্যাপকভাবে সরল করে, অনুমান করে:
- গ্যাসের অণু তারা এত ছোট যে তাদের আকার সম্পর্কে চিন্তা করার প্রয়োজন নেই, বিশেষ করে বিবেচনা করে যে এটি তাদের ভ্রমণের দূরত্বের তুলনায় অনেক ছোট।
- উপরন্তু, অণু সবেমাত্র মিথস্ক্রিয়া, ব্যতীত যখন তারা খুব সংক্ষিপ্তভাবে সংঘর্ষ করে, এবং যখন তারা করে, সংঘর্ষটি স্থিতিস্থাপক হয়, তাই ভরবেগ এবং গতিশক্তি উভয়ই সংরক্ষিত হয়।
- অবশেষে, ধরুন যে এই গতিশক্তি বায়বীয় নমুনার তাপমাত্রার সমানুপাতিক, অর্থাৎ, কণা যত বেশি উত্তেজিত হবে, তাপমাত্রা তত বেশি হবে।
হালকা গ্যাসগুলি, তাদের পরিচয় নির্বিশেষে, তাপমাত্রা এবং চাপের আদর্শ অবস্থার (যেমন: 0ºC এবং বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (1 বায়ুমণ্ডল) এর অধীনে এই নির্দেশিকাগুলি অত্যন্ত কঠোরভাবে অনুসরণ করে। এই গ্যাসগুলির জন্য, বয়েল-মেরিওট আইন তাদের আচরণকে খুব সুনির্দিষ্টভাবে বর্ণনা করে।
যেহেতু P∙V একটি প্রদত্ত তাপমাত্রায় ধ্রুবক থাকে, যদি গ্যাসের চাপ পরিবর্তিত হয়, আয়তনের পরিবর্তন হয় যাতে গুণফল একই থাকে, তাই দুটি ভিন্ন অবস্থা 1 এবং 2-এ, সমতা নিম্নরূপ প্রকাশ করা যেতে পারে:
P1∙V1 = P2∙V2
তারপরে একটি রাজ্য এবং অন্য রাজ্য থেকে একটি চলক জেনে, আপনি বয়েল-ম্যারিয়ট আইন থেকে এটি সরিয়ে অনুপস্থিত চলকটি জানতে পারেন।
বয়েলের আইনের ইতিহাস
ব্রিটিশ রসায়নবিদ। রসায়নের ক্ষেত্রে বিশেষ করে গ্যাসের বৈশিষ্ট্যে পরীক্ষা-নিরীক্ষার পথপ্রদর্শক,
কণা স্তরে পদার্থের আচরণের উপর রবার্ট বয়েলের থিসিস ছিল রাসায়নিক উপাদানের আধুনিক তত্ত্বের অগ্রদূত। তিনি লন্ডনের রয়্যাল সোসাইটির একজন প্রতিষ্ঠাতা সদস্যও ছিলেন।
রবার্ট বয়েল আয়ারল্যান্ডের একটি সম্ভ্রান্ত পরিবারে জন্মগ্রহণ করেন এবং সেরা ইংরেজি ও ইউরোপীয় স্কুলে পড়াশোনা করেন। 1656 থেকে 1668 সাল পর্যন্ত তিনি অক্সফোর্ড ইউনিভার্সিটিতে রবার্ট হুকের সহকারী হিসাবে কাজ করেছিলেন, তার সাথে একাধিক পরীক্ষায় সহযোগিতা করেছিলেন যা বায়ুর ভৌত বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে এবং এটি কীভাবে জ্বলে, শ্বাস নেয় এবং শব্দ প্রেরণ করে।
এই গবেষণাগুলোর ফলাফল তাঁর "বায়ুর স্থিতিস্থাপকতা এবং এর প্রভাব বিষয়ে নতুন ভৌত-যান্ত্রিক পরীক্ষা " (১৬৬০) গ্রন্থে সংকলিত হয়েছিল। এই গ্রন্থের দ্বিতীয় সংস্করণে (১৬৬২) তিনি গ্যাসের বিখ্যাত ধর্ম, বয়েলের সূত্র প্রকাশ করেন, যা অনুসারে স্থির তাপমাত্রায় কোনো গ্যাসের আয়তন তার চাপের ব্যস্তানুপাতিক। বর্তমানে জানা যায় যে, এই সূত্রটি কেবল তখনই সত্য হয় যখন গ্যাসের তাত্ত্বিক আদর্শ আচরণকে মেনে নেওয়া হয়।