বরিশাল বোর্ড ২০২৫ — তাপগতিবিদ্যা সৃজনশীল প্রশ্ন ও সমাধান

যে প্রক্রিয়া সম্মুখ ও বিপরীত উভয় দিকে এমনভাবে সংঘটিত হতে পারে যে বিপরীত দিকে চলার সময় সম্মুখ প্রক্রিয়ার প্রতিটি ধাপের ঠিক বিপরীত অবস্থা ঘটে এবং শেষে সিস্টেম ও পরিবেশ উভয়ই প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে, তাকে প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া বলে।

স্থির আয়তনে গ্যাসকে তাপ দিলে গ্যাস কোনো বাহ্যিক কাজ করে না; সরবরাহকৃত সম্পূর্ণ তাপ অন্তঃস্থ শক্তি বৃদ্ধিতে অর্থাৎ তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে ব্যয় হয়।

কিন্তু স্থির চাপে গ্যাসকে তাপ দিলে তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে গ্যাস প্রসারিত হয়ে বাহ্যিক চাপের বিরুদ্ধে কাজ করে। ফলে একই পরিমাণ তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য অন্তঃস্থ শক্তি বৃদ্ধির তাপের অতিরিক্ত বাহ্যিক কাজের সমতুল্য তাপও প্রয়োজন হয়।

এক মোল আদর্শ গ্যাসের তাপমাত্রা 1 K বাড়াতে এই অতিরিক্ত কাজ PΔV=R, তাই

C_P−C_V=R

এজন্য C_P>C_V।

রোধ থার্মোমিটারে তাপমাত্রা রোধের পরিবর্তনের সমানুপাতিক ধরে গ্যাসের চূড়ান্ত তাপমাত্রা নির্ণয় করি।

আমরা জানি,

θ=R_θ−R₀R₁₀₀−R₀×100^∘C

বা, θ=36−1224−12×100^∘C

বা, θ=2412×100^∘C

∴ θ=200^∘C=473 K

অতএব, গ্যাসের চূড়ান্ত তাপমাত্রা 200^∘C বা 473 K।

স্থির চাপে গ্যাস প্রসারিত হওয়ায় গ্যাস বাহ্যিক কাজ করে। তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র dQ=dU+dW প্রয়োগ করে অন্তঃস্থ শক্তির পরিবর্তন নির্ণয় করি।

গ্যাস কর্তৃক কৃতকাজ,

W=P(V₂−V₁)

বা, W=5×10⁵×(3.2×10⁻³−1.6×10⁻³)

∴ W=800 J

আমরা জানি,

Q=ΔU+W

বা, ΔU=Q−W=2400−800

∴ ΔU=1600 J=1.6×10³ J

দেখা যায়, সরবরাহকৃত 2400 J তাপের মধ্যে 800 J বাহ্যিক কাজে ব্যয় হয় এবং বাকি 1.6×10³ J গ্যাসের অন্তঃস্থ শক্তি বৃদ্ধি করে।

অতএব, শিক্ষার্থীর প্রাপ্ত অন্তঃস্থ শক্তির পরিবর্তন 1.6×10³ J সঠিক ছিল।