রাজশাহী বোর্ড ২০২১ — তাপগতিবিদ্যা সৃজনশীল প্রশ্ন ও সমাধান

কোনো সিস্টেমের অভ্যন্তরে অণু-পরমাণুগুলোর গতিশক্তি ও স্থিতিশক্তির সমষ্টি তথা সিস্টেমের অভ্যন্তরে সঞ্চিত মোট শক্তিকে অন্তঃস্থ শক্তি বলে।

একক ভরের কোনো পদার্থের তাপমাত্রা 1 K বৃদ্ধি করতে প্রয়োজনীয় তাপকে আপেক্ষিক তাপ বলে, অর্থাৎ s=dQm dT।

সমোষ্ণ পরিবর্তনে গ্যাসের তাপমাত্রা স্থির থাকে, অর্থাৎ dT=0। কিন্তু এ প্রক্রিয়ায় গ্যাস তাপ গ্রহণ বা বর্জন করে, তাই dQ≠0।

ফলে সমোষ্ণ পরিবর্তনে আপেক্ষিক তাপ,

s=dQm×0=∞

অর্থাৎ সমোষ্ণ পরিবর্তনের ক্ষেত্রে গ্যাসের আপেক্ষিক তাপ অসীম।

রেফ্রিজারেটরটি ন্যূনতম কাজ সম্পাদন করে বলে এটি আদর্শ (কার্নো) রেফ্রিজারেটর।

আমরা জানি,

K=T₂T₁−T₂

বা, K=273303−273

বা, K=27330

∴ K=9.1

অতএব, রেফ্রিজারেটরটির কার্যসম্পাদন সহগ 9.1।

তাপ ইঞ্জিনটি রেফ্রিজারেটরের ঠিক বিপরীত আচরণ করে, অর্থাৎ এটি 30^∘C তাপমাত্রার উৎস থেকে Q₁ তাপ গ্রহণ করে এবং 0^∘C তাপমাত্রার গ্রাহকে Q₂ তাপ বর্জন করে। 0^∘C এর 1 g পানিকে বরফে পরিণত করতে অপসারিত তাপই Q₂।

Q₂=mL_f=0.001×336000=336 J

আমরা জানি,

Q₁Q₂=T₁T₂

বা, Q₁=336×303273=372.92 J

উৎসের এনট্রপির পরিবর্তন,

ΔS₁=−Q₁T₁=−372.92303=−1.231 J K⁻¹

গ্রাহকের এনট্রপির পরিবর্তন,

ΔS₂=+Q₂T₂=336273=+1.231 J K⁻¹

∴ ΔS=ΔS₁+ΔS₂=−1.231+1.231=0

দেখা যায়, উৎস থেকে যে পরিমাণ এনট্রপি হ্রাস পায়, গ্রাহকে ঠিক সেই পরিমাণ এনট্রপি বৃদ্ধি পায়; ফলে পুরো চক্রে সিস্টেম ও পরিবেশের মোট এনট্রপির কোনো পরিবর্তন হয় না। প্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় মোট এনট্রপি অপরিবর্তিত থাকে, আর অপ্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় তা বৃদ্ধি পায়।

অতএব, তাপ ইঞ্জিনটি প্রত্যাগামী হবে।