ক্যালোরিমিটার: কীভাবে ক্যালোরি গণনা একটি বিজ্ঞানে পরিণত হলো এবং স্টিম জেনারেটরকে প্রভাবিত করলো

প্রযুক্তির ইতিহাস বিষয়টি সত্যিই বিস্ময়কর। বিজ্ঞান যখন বর্তমানে এক ‘বিভ্রান্তিকর’ সময়ের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে, তখন প্রযুক্তিগত বিজ্ঞানের ব্যাপক উন্নতি ঘটছে। পেছনে ফিরে তাকালে এটা সত্যিই আশ্চর্যজনক যে, আজ যে ধারণাগুলো সাধারণ, সেগুলোর উৎপত্তি কীভাবে হয়েছিল, অথচ কিছুদিন আগেও সেগুলো ছিল বৈপ্লবিক।

« ধারণাটির ক্ষেত্রেও বিষয়টি এমনই।ক্যালোরি গণনাআমরা যে খাবার খাই তা থেকে, কারণ আমরা জানতে পারি একটি খাবারে কত ক্যালোরি আছে, আমাদের দৈনিক কত ক্যালোরি প্রয়োজন, এবং সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণভাবে... যার পরিমাণ ঠিক এক ক্যালোরি।

এই সবকিছু এবং আরও অনেক কিছু আমরা এখানে পর্যালোচনা করব। ক্যালোরিমিটারের উৎপত্তির ঐতিহাসিক প্রতিবেদনচলুন শুরু করা যাক! আসুন এর বিবর্তন এবং যেকোনো ধরনের খাবারে ক্যালোরির পরিমাণ জানার (যা কোনো সহজ কাজ নয়) বাইরেও এর যে প্রয়োগগুলো রয়েছে, তা অন্বেষণ করি!

'ক্যালোরি গণনা' ধারণার সূচনা

নতুন বছরের শুরু মানেই হলো আমরা কী খাচ্ছি সেদিকে আরও বেশি মনোযোগ দেওয়ার আরেকটি প্রচেষ্টা, যার মূল উদ্দেশ্য থাকে কোমর চিকন করা, শরীরকে সুগঠিত করা এবং স্বাস্থ্যের উন্নতি ঘটানো। স্বাভাবিকভাবেই, আদর্শ সমাধান হিসেবে আমাদের চিন্তাভাবনা ক্যালোরি গণনার দিকে ধাবিত হয়। উইলবার ও. অ্যাটওয়াটার যিনি আমেরিকান জনগণের কাছে খাদ্যের শক্তির একক হিসেবে ক্যালোরি প্রবর্তন করেছিলেন।

অ্যাটওয়াটার রসায়নের একজন অধ্যাপক ছিলেন ওয়েসলিয়ান বিশ্ববিদ্যালয়, কানেকটিকাট, ১৮৭৩ থেকে ১৯০৭ সাল পর্যন্তসময়ের সাথে সাথে পুষ্টি ও বিপাক ক্রিয়ার প্রতি তার আগ্রহ গড়ে ওঠে, বিশেষ করে মিউনিখ ভ্রমণকালে এবং খাদ্যের পুষ্টি উপাদান বিশ্লেষণের জার্মান কৌশল সম্পর্কে জানার পর। তিনি খাদ্যের রাসায়নিক শক্তি এবং কায়িক শ্রমের মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক নিয়ে গবেষণা করেছিলেন।কারণ তিনি শ্রমিকদের সঠিক খাদ্যাভ্যাস নিশ্চিত করতে চেয়েছিলেন।

1887 তেঅ্যাটওয়াটার « শিরোনামে একটি প্রবন্ধ প্রকাশ করেছিলেনখাদ্যের স্থিতিশক্তি«, যেখানে তিনি ক্যালোরিকে সংজ্ঞায়িত করেছেন এভাবে যে পরিমাণ তাপ এক কিলোগ্রাম পানির তাপমাত্রা এক ডিগ্রি সেলসিয়াস বাড়িয়ে দেবে (অথবা ৪ ডিগ্রি ফারেনহাইট তাপমাত্রার এক পাউন্ড পানি)। তিনি দেখাতে চেয়েছিলেন যে তাপের একটি একক যান্ত্রিক শক্তিরও একটি একক হতে পারে, তাই তিনি ক্যালরিকে ১.৫৩ ফুট-টন হিসাবেও সংজ্ঞায়িত করেছিলেন, অর্থাৎ, এক টন ওজনকে এক ফুট (৩০.৪৮ সেমি) উপরে তুলতে যে বলের প্রয়োজন হয়।

ক্যালোরিমিটার আসলে কীভাবে কাজ করে?

তার প্রবন্ধে অ্যাটওয়াটার বিভিন্ন খাবারের প্রতি পাউন্ড (০.৪৫ কেজি) ক্যালোরির একটি তালিকা দিয়েছিলেন। তার এই পরিসংখ্যানগুলো ছিল তার নিজস্ব অনুমানের উপর ভিত্তি করে। প্রতিটি খাবারে পুষ্টি উপাদান, প্রোটিন, চর্বি এবং কার্বোহাইড্রেটের পরিমাণকিছু পরীক্ষা-নিরীক্ষার পাশাপাশি। যদিও এই খাবারগুলোর আধুনিক ক্যালোরির পরিমাণ অ্যাটওয়াটারের হিসাব থেকে কিছুটা ভিন্ন, আমরা এখনও তাঁর সেই হিসাবই ব্যবহার করি যেখানে এক গ্রাম প্রোটিনে ৪.১ ক্যালোরি এবং এক গ্রাম লিপিডে ৯.৩ ক্যালোরি থাকে।

অ্যাটওয়াটার তাঁর পরীক্ষায় যে যন্ত্রগুলো ব্যবহার করতেন তার মধ্যে একটি ছিল একটি বোমা ক্যালোরিমিটারএই যন্ত্রটি, যা সেই সময়ে ইতিমধ্যেই ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হত, এটি একটি বিক্রিয়ার সময় নির্গত তাপ পরিমাপ করে।একটি নমুনাকে বোম নামক একটি ইস্পাতের বিক্রিয়া পাত্রে রাখা হয়, যা জলে নিমজ্জিত থাকে। একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ নমুনাটিকে প্রজ্বলিত করে এবং জলপাত্রটি এর ফলে সৃষ্ট তাপ শোষণ করে। নির্দিষ্ট বিরতিতে জলের তাপমাত্রা লিপিবদ্ধ করা হয়।

অ্যাটওয়াটার, পদার্থবিজ্ঞানীর সাথে ওয়েসলিয়ান এডওয়ার্ড রোজ এবং রসায়নবিদ ফ্রান্সিস বেনেডিক্টতিনি একটি শ্বসন ক্যালোরিমিটারও তৈরি করেছিলেন। এর মাধ্যমে বিজ্ঞানীরা কোনো ব্যক্তির অক্সিজেন গ্রহণ, কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গমন এবং এর ফলে উৎপন্ন তাপের পরিমাণ পরিমাপ করে তার দ্বারা গৃহীত ক্যালোরির পরিমাণ অনুমান করতে পারতেন।

ক্যালোরিমিটারটি ছিল একটি তামার বাক্স, যার পরিমাপ ছিল ১.৮ x ১.৪ x ২.১ মিটার উচ্চতা, ১.৪ মিটার প্রস্থ এবং ১.২ মিটার গভীরতা। এর ভেতরের আস্তরণটি কাঠ ও দস্তা দিয়ে তৈরি ছিল, যা একটি স্থির তাপমাত্রা বজায় রাখত। পরীক্ষাধীন ব্যক্তিটি ১২ দিন পর্যন্ত বাক্সটির ভেতরে থাকতেন এবং বিশ্রাম থেকে শুরু করে ব্যায়াম পর্যন্ত বিভিন্ন নির্ধারিত কাজ সম্পাদন করতেন। এই গবেষণাগুলোই বিপাকীয় হার বোঝার ভিত্তি স্থাপন করেছিল।

আর এভাবেই আমরা ক্যালোরি গণনা শুরু করি… তবে ব্যাপারটা ঠিক তেমন নয়…

ক্যালোরির সংজ্ঞা নির্ধারণ করতে কয়েক দশক লেগেছিল, আর তারপর এলো জুলাই।

অ্যাটওয়াটার 'ক্যালোরি' শব্দটি উদ্ভাবন করেননি। এই পার্থক্যটি সাধারণত আরোপিত হয় নিকোলাস ক্লেমেন্টরসায়নের অধ্যাপক প্যারিসের চারু ও কারুকলার সংরক্ষণাগার১৮১৯ সালে, ক্লেমেন্ট শিল্প রসায়নের উপর একটি পাঠদান করছিলেন এবং বাষ্পীয় ইঞ্জিন কীভাবে তাপকে কাজে রূপান্তরিত করে তা ব্যাখ্যা করার জন্য তাঁর তাপের একটি এককের প্রয়োজন ছিল।

তিনি ক্যালরির ধারণায় উপনীত হন, যাকে তিনি ১ কেজি পানির তাপমাত্রা ১ °C বৃদ্ধি করতে প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ হিসেবে সংজ্ঞায়িত করেন; পরবর্তীতে অ্যাটওয়াটারও একই সংজ্ঞা ব্যবহার করেছিলেন। তবে, ক্লেমেন্ট আরও সুনির্দিষ্টভাবে উল্লেখ করেছিলেন যে পরিমাপটি ০ থেকে ১ ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে নেওয়া হয়েছিল।বিজ্ঞানীরা ক্লেমেন্টের সংজ্ঞাটি গ্রহণ করেন এবং ক্যালোরি ফরাসি পদার্থবিজ্ঞানের পাঠ্যপুস্তকে অন্তর্ভুক্ত হয়।

সেই লেখাগুলোর মধ্যে দুটি ছিল একজন ফরাসি পদার্থবিজ্ঞানীর লেখা। অ্যাডলফ গ্যানোট যেগুলো বিভিন্ন ভাষায় অনূদিত হয়েছিল। ইউরোপ ও যুক্তরাষ্ট্রের বিশ্ববিদ্যালয়গুলো বিংশ শতাব্দীর শুরু পর্যন্ত এই জনপ্রিয় পাঠ্যপুস্তকগুলো ব্যবহার করত। আর এভাবেই ক্লেমেন্টের ক্যালোরি ইংরেজি ভাষায় প্রবেশ করে।

তবে এরই মধ্যে ক্যালোরির আরেকটি সংজ্ঞা প্রচলিত ছিল। 1852 তেফরাসি রসায়নবিদ পিয়ের ফাভ্রে এবং ফরাসি পদার্থবিজ্ঞানী জোহান সিলবারম্যান তারা ক্যালোরিকে এভাবে সংজ্ঞায়িত করেছেন:

এক গ্রাম পানির তাপমাত্রা এক ডিগ্রি সেলসিয়াস বাড়াতে প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণ।

মাত্রার পার্থক্য ১,০০০! ফ্যাভরে ও সিলবারম্যান ব্যাপকভাবে প্রকাশনা করেন এবং জার্মান বিজ্ঞানীরা তাঁদের সংজ্ঞাটি গ্রহণ করেন।

ক্যালোরি পরিমাপের একক বিষয়ে ঐকমত্যের সন্ধানে

১৮৭০-এর দশকেক্যালোরির পরস্পরবিরোধী সংজ্ঞা ফরাসি রসায়নবিদকে প্ররোচিত করেছিল মার্সেলিনো বারথেলট পার্থক্য করার জন্য। তিনি ফাভ্রে এবং সিলবারম্যানের মতো ক্যালোরিকে (ছোট হাতের 'c' দিয়ে) গ্রাম-ক্যালোরি হিসেবে এবং ক্লেমেন্টের মতো ক্যালোরিকে (বড় হাতের 'c' দিয়ে) কিলোগ্রাম-ক্যালোরি হিসেবে সংজ্ঞায়িত করেছিলেন।

এর ফলে, ছোট হাতের calorie শব্দটি "ছোট ক্যালোরি" নামে পরিচিতি লাভ করে, অন্যদিকে বড় হাতের Calorie শব্দটি "বড় ক্যালোরি" নামে পরিচিতি লাভ করে। ১৮৯৪ সালে, আমেরিকান চিকিৎসক জোসেফ রেমন্ডতার ক্লাসিক পাঠ্যপুস্তকে «মানব শারীরবিদ্যার একটি ম্যানুয়ালতিনি প্রস্তাব করেছিলেন বেশি ক্যালোরিকে কিলোক্যালোরি বলাকিন্তু এই পরিভাষাটি প্রচলিত হতে আরও বেশ কয়েক বছর সময় লেগেছিল।

এদিকে, «ব্রিটিশ বিজ্ঞান উন্নয়ন সমিতি আমি সম্পূর্ণ ভিন্ন একটি শক্তি বিভাগে কাজ করতাম: জুলাই। 1882- তে, উইলিয়াম সিমেন্স তিনি জুলাই মাসে BAAS-এর সভাপতি হিসেবে তাঁর উদ্বোধনী ভাষণে এটি প্রস্তাব করেছিলেন।

ক্যালোরি নিয়ে বিভ্রান্ত হয়ে সিমেন্স যুক্তি দিয়েছিল:

এই ধরনের একটি যথেচ্ছ এককের অসুবিধা এতটাই সুস্পষ্ট যে, তড়িৎচুম্বকীয় পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে একটি একক প্রবর্তন করা যুক্তিযুক্ত।

তিনি জুলাই মাসকে এভাবে সংজ্ঞায়িত করেছেন: এক সেকেন্ডের জন্য এক ওহম রোধের মধ্য দিয়ে এক অ্যাম্পিয়ার তড়িৎ প্রবাহ যাওয়ার ফলে যে শক্তি তাপ আকারে অপচয় হয়।

সুতরাং, অ্যাটওয়াটার যখন খাদ্যের উপর তাঁর পুষ্টি গবেষণা পরিচালনা করেছিলেন, তখন তিনি তাপশক্তির এককগুলো বেছে নিতে পারতেন:

• আমি গ্যানোটের অনূদিত পাঠ্যবইগুলোতে ক্লেমেন্টের ক্যালোরি সম্পর্কে পড়ে থাকতাম।
• জার্মানিতে পোস্টডক্টরাল প্রশিক্ষণকালে তিনি ফাভরে ও সিলবারম্যান ক্যালোরি সম্পর্কে জেনে থাকবেন।
• এবং, একজন বিজ্ঞানী হিসেবে তিনি সম্ভবত প্রস্তাবিত জুল-এর কথা শুনে থাকবেন, যদিও সিমেন্সের সংজ্ঞাটি ১৮৮৯ সালে দ্বিতীয় আন্তর্জাতিক বিদ্যুৎ কংগ্রেসে গৃহীত হওয়ার আগে পর্যন্ত গৃহীত হয়নি।

জেমস এল. হারগ্রোভজর্জিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন গবেষক ক্যালোরির ইতিহাস নিয়ে অনুসন্ধান করেছেন এবং অ্যাটওয়াটার কেন ক্যালোরি (বড় হাতের C দিয়ে) শব্দটি বেছে নিয়েছিলেন, সে সম্পর্কে কিছু ধারণা দিয়েছেন। প্রথমত, আমেরিকান অভিধানগুলোতে শক্তির একমাত্র তালিকাভুক্ত একক ছিল এটি। এবং আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, ক্যালোরির একটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য পরিমাপ ছিল, যার উপর ভিত্তি করে অ্যাটওয়াটার একটি মডেল তৈরি করতে পারতেন। দৈনিক প্রস্তাবিত গ্রহণমাত্রা ২,০০০ ক্যালোরিঅপরদিকে, দৈনিক ২০ লক্ষ ক্যালোরি গ্রহণ করাটা অতিরিক্ত বলে মনে হতো।

আমেরিকান পুষ্টিবিদরা অ্যাটওয়াটারের উদাহরণ অনুসরণ করেছিলেন, যা দ্বারা আরও শক্তিশালী হয়েছিল টেবিলগুলো যে অ্যাটওয়াটার এবং এর কর্মীরা প্রস্তুত করেছিল মার্কিন কৃষি বিভাগ৫০০টিরও বেশি খাবারের ক্যালোরির পরিমাণ সহ। অ্যাটওয়াটারের কন্যা, হেলেনতিনি এক দশক ধরে তাঁর গবেষণাগারে কাজ করেছিলেন। ১৯০৭ সালে তাঁর পিতার মৃত্যুর পর, তিনি কাজে চলে যান। ইউএসডিএ অফিস অফ ডোমেস্টিক ইকোনমি.

১৯৪৮ সালে ক্যালোরি এবং ক্যালোরি উভয়ই আনুষ্ঠানিকভাবে অপ্রচলিত হয়ে গিয়েছিল। যখন আন্তর্জাতিক বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায় শক্তির প্রমাণ একক হিসেবে জুলকে গ্রহণ করা হয়েছেসিমেন্স যেমনটা উল্লেখ করেছিল, শুধুমাত্র বড় হাতের অক্ষর এবং মাত্রার ক্রম দ্বারা পৃথক করা দুটি ভিন্ন সংজ্ঞা থাকাটা খুবই বিভ্রান্তিকর ছিল। তবে, আজও মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে পুষ্টি লেবেলে ক্যালোরি উল্লেখ করা থাকে, যেখানে অন্যান্য দেশে মান কিলোক্যালরি এবং জুল উভয় এককেই দেওয়া হয়।

ক্যালোরিমিটার স্টিম জেনারেটরের নকশায় দিকনির্দেশনা দিয়েছিল

শুধু পুষ্টিবিদরাই ক্যালোরি নিয়ে আগ্রহী ছিলেন না। বিংশ শতাব্দীর শুরুতে বিদ্যুতের চাহিদা ব্যাপক হারে বাড়ছিল এবং অনেক দেশের পৌরসভাগুলো নতুন বিদ্যুৎ কেন্দ্র নির্মাণ করছিল। স্টিম টারবাইন আবিষ্কারের সাথেজেনারেটরগুলো আরও জটিল হয়ে উঠল এবং বয়লারগুলো উচ্চতর তাপমাত্রা ও চাপে পরিচালিত হতে লাগল।

প্রকৌশলীদের অত্যন্ত প্রয়োজন ছিল আপনার স্টিম সরঞ্জাম সম্পর্কিত তথ্যতবে, জল ও বাষ্পের বৈশিষ্ট্যের জন্য তাদের কাছে আন্তর্জাতিকভাবে প্রমিত মান ছিল না। তাই তারা ক্যালোরিমিটারের দিকে ঝুঁকেছিল, যা ক্লেমেন্টের মূল উদ্দেশ্যের দিকেই ফিরে গিয়েছিল: বাষ্প দ্বারা কৃত কাজ পরিমাপ করতে.

এক্সএনএমএক্স থেকে এবং প্রায় দুই দশক ধরে, নাথান অসবোর্ন, হ্যারল্ড স্টিমসন এবং ডেফো গিনিংস তারা কাজ করত মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জাতীয় মান ব্যুরো (বর্তমানে ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি) ঠিক এই বিষয়েই কাজ করেছিল। দলটি ১০০ °C পর্যন্ত তাপমাত্রায় পানির তাপ ধারণ ক্ষমতা এবং বাষ্পীভবনের তাপ অধ্যয়নের জন্য নীচে চিত্রিত চমৎকার ক্যালোরিমিটারটি তৈরি করেছিল।

যন্ত্রটি (যার ভেতরের অংশ দেখানোর জন্য এটি কেটে ফেলা হয়েছে) অ্যাটওয়াটারের ব্যবহৃত বোম ক্যালোরিমিটারগুলোর মতোই কাজ করত। গোলাকার অভ্যন্তরীণ আবরণটিতে পানির নমুনা ছিল।বৈদ্যুতিক প্রবাহের মাধ্যমে শক্তি যোগ করা হয়েছিল এবং বিজ্ঞানীরা অবস্থার পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করেছিলেন। তাঁদের প্রাপ্ত তথ্য বাষ্প শক্তি যন্ত্রপাতির নকশা ও মূল্যায়নে পথনির্দেশনা দিয়েছিল। ১৯৬০-এর দশক পর্যন্ত.

অসবোর্ন তাঁর ১৯২৫ সালের প্রতিবেদনে যেমন উল্লেখ করেছিলেন «একটি তরলের ক্যালোরিমেট্রিএর গ্রহণ এবং উন্নতি বৈদ্যুতিক হিটার, রোধ থার্মোমিটার এবং থার্মোকাপল এগুলোর ফলে তাপীয় গবেষণায় ক্যালোরিমিটার পরিমাপের একটি নির্ভরযোগ্য ও নির্ভুল মাধ্যম হয়ে উঠতে পেরেছিল।

সুতরাং, খাদ্যের শক্তি গণনা করা হোক বা পানির তাপ ধারণ ক্ষমতা গণনা করা হোক, দুই শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে রসায়নবিদ, পদার্থবিদ এবং প্রকৌশলীদের জন্য ক্যালোরিমিটার একটি মূল্যবান যন্ত্র হিসেবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে।নতুন বছরে পদার্পণের সাথে সাথে আমাদের মধ্যে অনেকেই যখন ক্যালোরি নিয়ে আবারও আগ্রহী হয়ে উঠছি, তখন যে যন্ত্রগুলো ক্যালোরি গণনা করে, সেগুলোকে শ্রদ্ধা জানানোই সমীচীন বলে মনে হয়।