ইসহাক স্যার — পদার্থবিজ্ঞান প্রশ্ন ও সমাধান
ইসহাক স্যার ভর্তি পরীক্ষার পদার্থবিজ্ঞান অংশ থেকে ৩৬০০টি প্রশ্ন, প্রতিটির সঠিক উত্তর আর পূর্ণ ব্যাখ্যাসহ।
-
১৪১
87.23°C এর কোনো নির্দিষ্ট পরিমাণ গ্যাসকে হঠাৎ প্রসারিত করে এর আয়তন দ্বিগুণ করা হলো। চূড়ান্ত তাপমাত্রা হবে---
- ক 0°C
- খ 45°C
- গ 10°C
- ঘ 25°C
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 0°C
গ্যাসের হঠাৎ প্রসারণ মানে তাপ বিনিময়ের সময় না পাওয়া, অর্থাৎ প্রক্রিয়াটি রুদ্ধতাপীয়। এখানে প্রাথমিক তাপমাত্রা T1 = 87 + 273 = 360K এবং আয়তন দ্বিগুণ হওয়ায় V2 = 2V1। গ্যাসের জন্য γ = 1.4 ধরে, রুদ্ধতাপীয় সম্পর্ক T2 = T1×(V1V2)γ-1 = 360×(12)0.4 = 360×0.758 ≈ 272.8K। °C-এ রূপান্তর করলে, T2 ≈ 272.8 - 273 ≈ -0.2°C ≈ 0°C। সুতরাং উত্তর: 0°C (ক)। -
১৪২
কোনটি তাপগতিবিদ্যার ২য় সূত্রের সমীকরণ?
- ক dS = dQT
- খ η = (T1 − T2)T1
- গ dQ = dU + dW
- ঘ η = (1 − Q1Q2) × 100%
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) dS = dQT
তাপগতিবিদ্যার ২য় সূত্রের গাণিতিক রূপ এনট্রপির মাধ্যমে প্রকাশ করা হয়: dS = dQT (প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায় এনট্রপি পরিবর্তন = গৃহীত তাপ ÷ পরম তাপমাত্রা)। বিকল্প (গ) dQ=dU+dW হলো ১ম সূত্রের সমীকরণ, আর (খ) ও (ঘ) কার্যক্ষমতার সূত্র — মূল ২য় সূত্র নয় (এছাড়া ঘ-এর সূত্রটিও ভুলভাবে লেখা)। সুতরাং ২য় সূত্রের প্রকৃত সমীকরণ dS=dQT → উত্তর ক। -
১৪৩
নিম্নের কোনটি প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য?
- ক কার্য নির্বাহক বস্তু প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে
- খ সিস্টেমের তাপগতীয় সাম্যাবস্থা বজায় থাকে
- গ সমতাপূর্ণ ও একমুখী
- ঘ অতি ধীর প্রক্রিয়া
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) কার্য নির্বাহক বস্তু প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে
প্রত্যাবর্তী (reversible) প্রক্রিয়ার সংজ্ঞা অনুযায়ী, প্রক্রিয়াটি এমনভাবে সংঘটিত হয় যাতে কার্য নির্বাহক বস্তু (working substance) ও পারিপার্শ্বিক উভয়েই কোনো অতিরিক্ত পরিবর্তন না রেখে আবার নিজ নিজ প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসতে পারে। এটিই প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ার মূল ও সংজ্ঞামূলক বৈশিষ্ট্য। সুতরাং উত্তর ক। -
১৪৪
কোনো গ্যাসের আপেক্ষিক তাপদ্বয়ের অনুপাত γ = 1.41 হলে গ্যাসটির অণু হবে—
- ক এক পারমাণবিক
- খ দ্বিপারমাণবিক
- গ ত্রিপারমাণবিক
- ঘ বহু পারমাণবিক
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) দ্বিপারমাণবিক
γ = 1.41 (≈1.4) মান দ্বিপারমাণবিক গ্যাসের (যেমন N2, O2, H2) বৈশিষ্ট্যসূচক মান (f=5, γ=1+25=1.4)। সুতরাং উত্তর: দ্বিপারমাণবিক (খ)। -
১৪৫
স্বতঃস্ফূর্ত পরিবর্তনে—
- ক এনট্রপি ও বিশৃঙ্খলা হ্রাস পায়
- খ এনট্রপি ও শৃঙ্খলা বৃদ্ধি পায়
- গ এনট্রপি ও শৃঙ্খলা হ্রাস পায়
- ঘ এনট্রপি ও বিশৃঙ্খলা বৃদ্ধি পায়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) এনট্রপি ও বিশৃঙ্খলা বৃদ্ধি পায়
স্বতঃস্ফূর্ত (অপ্রত্যাবর্তী) পরিবর্তনে সিস্টেম ও পরিবেশের মোট এনট্রপি সর্বদা বৃদ্ধি পায়। এনট্রপি হলো বিশৃঙ্খলার পরিমাপ, তাই এনট্রপি বাড়লে বিশৃঙ্খলাও বৃদ্ধি পায় (শৃঙ্খলা কমে)। সুতরাং উত্তর ঘ। -
১৪৬
রুদ্ধতাপ প্রক্রিয়ায় (γ = 1.4) দ্বি-পরমাণু গ্যাসের চাপ 0.5% বৃদ্ধি করা হলে, গ্যাসের আয়তন কমবে—
- ক 0.5%
- খ 0.70%
- গ 1.0%
- ঘ 0.36%
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 0.36%
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় সঠিক (এক্স্যাক্ট) সম্পর্ক: PVγ = ধ্রুবক ⇒ V2V1 = (P1P2)1/γ। এখানে চাপ 0.5% বৃদ্ধি পাওয়ায় P2 = 1.005P1 এবং γ=1.4। V2V1 = (11.005)1/1.4 = (0.995025)0.7143 ≈ 0.99644। অর্থাৎ আয়তন হ্রাস পায় (1-0.99644)×100% ≈ 0.356% ≈ 0.36%। সুতরাং উত্তর ঘ (0.36%)। -
১৪৭
একটি তাপ ইঞ্জিনের কার্যকর বস্তু 600K তাপমাত্রায় উৎস হতে 1200 J তাপ গ্রহণ করে শীতল আধারে 300 J তাপ বর্জন করে।
ইঞ্জিনটির দক্ষতা কত?- ক 44%
- খ 75%
- গ 60%
- ঘ 50%
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 75%
তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা η = 1 - Q2Q1, যেখানে Q1 = গৃহীত তাপ = 1200 J, Q2 = বর্জিত তাপ = 300 J। η = 1 - 3001200 = 1 - 0.25 = 0.75 = 75%। সুতরাং উত্তর খ (75%)। -
১৪৮
একটি তাপ ইঞ্জিনের কার্যকর বস্তু 600K তাপমাত্রায় উৎস হতে 1200 J তাপ গ্রহণ করে শীতল আধারে 300 J তাপ বর্জন করে।
শীতল আধারের তাপমাত্রা কত?- ক 150 K
- খ 300 K
- গ 600 K
- ঘ 2400 K
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 150 K
কার্নো সম্পর্ক অনুযায়ী Q2Q1 = T2T1 ⇒ T2 = T1×(Q2Q1)। এখানে T1=600K, Q1=1200J, Q2=300J। T2 = 600×(3001200) = 600×0.25 = 150K। সুতরাং শীতল আধারের তাপমাত্রা 150K → উত্তর ক। -
১৪৯
তাপগতিবিদ্যার প্রথম ও দ্বিতীয় সূত্রের সমন্বিত রূপ হলো—
(i) dW = TdS − dU
(ii) dU = TdS − PdV
(iii) dW = TdS − CvdT
নিচের কোনটি সঠিক?- ক i ও ii
- খ ii ও iii
- গ i ও iii
- ঘ i, ii ও iii
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) i, ii ও iii
তাপগতিবিদ্যার ১ম ও ২য় সূত্রের সমন্বিত রূপ: dU = TdS - PdV (ii) — যেহেতু প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায় dQ=TdS এবং dU=dQ-dW=TdS-PdV। এখান থেকে dW(=PdV) = TdS-dU (i) সরাসরি পাওয়া যায়। আবার আদর্শ গ্যাসের ক্ষেত্রে dU=CvdT বসালে dW = TdS - CvdT (iii)। তিনটি রাশিমালাই একই মৌলিক সম্পর্কের সমতুল্য বীজগাণিতিক রূপান্তর, তাই তিনটিই সঠিক → উত্তর ঘ। -
১৫০
কোন সূত্রকে কাজে লাগিয়ে তাপীয় ইঞ্জিন ও রেফ্রিজারেটর তৈরি করা হয়?
- ক তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র
- খ তাপগতিবিদ্যার ১ম সূত্র
- গ তাপগতিবিদ্যার ২য় সূত্র
- ঘ তাপগতিবিদ্যার ৩য় সূত্র
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) তাপগতিবিদ্যার ২য় সূত্র
তাপ ইঞ্জিন ও রেফ্রিজারেটরের কার্যপ্রণালী — তাপের স্বতঃস্ফূর্ত প্রবাহের দিক, সর্বোচ্চ সম্ভাব্য দক্ষতা এবং কার্যকৃত সহগ — এসবই তাপগতিবিদ্যার ২য় সূত্র (বিশেষত কার্নোর উপপাদ্য) থেকে নির্ধারিত হয়। সুতরাং উত্তর গ। -
১৫১
একটি তাপ ইঞ্জিন সম্পর্কে ধারণা পাই—
(i) এর দক্ষতা উৎস ও তাপগ্রাহকের তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে
(ii) এর দক্ষতা কখনও 100% হতে পারে না
(iii) এটি শীতল উৎস থেকে তাপ উষ্ণ পরিবেশে স্থানান্তর করে
নিচের কোনটি সঠিক?- ক i
- খ i ও ii
- গ i ও iii
- ঘ i, ii ও iii
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) i ও ii
(i) তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা η=1-T2T1 সূত্র অনুযায়ী উৎস ও তাপগ্রাহকের তাপমাত্রার উপর নির্ভরশীল — সত্য। (ii) তাপগতিবিদ্যার ২য় সূত্র অনুযায়ী কোনো ইঞ্জিনের দক্ষতা কখনও 100% হতে পারে না — সত্য। (iii) তাপ ইঞ্জিন প্রকৃতপক্ষে উষ্ণ উৎস থেকে তাপ গ্রহণ করে কাজে রূপান্তরিত করে এবং অবশিষ্ট তাপ শীতল আধারে বর্জন করে; এখানে শীতল উৎস থেকে তাপ গ্রহণ করার বর্ণনা উল্টো (এটি বরং রেফ্রিজারেটরের কাজ), তাই মিথ্যা। সুতরাং সঠিক উক্তি i ও ii → উত্তর খ। -
১৫২
একটি রেফ্রিজারেটরের কার্যকৃত সহগ K = 2.5। এটি ঠান্ডা প্রকোষ্ঠ হতে প্রতি চক্রে 500 J তাপ অপসারণ করলে, প্রতি চক্রে সরবরাহকৃত কাজ কত হবে?
- ক 1250 J
- খ 502.5 J
- গ 500 J
- ঘ 200 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 200 J
এখানে,
কার্যকৃত সহগ, K = 2.5
অপসারিত তাপ, Q2 = 500 J
আমরা জানি,
K = Q2W
বা, W = Q2K = 5002.5
∴ W = 200 J -
১৫৩
পানির ত্রৈধ বিন্দুতে চাপ কত?
- ক 64.59 mm water
- খ 64.58 cm water
- গ 4.58 cm Hg
- ঘ 4.58 mm Hg
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 4.58 mm Hg
পানির ত্রৈবিন্দুর (triple point) মানসম্মত চাপ 4.58 mm Hg (≈611.73 Pa, T=273.16K)। সুতরাং উত্তর ঘ। -
১৫৪
0.01 kg পানিকে 0°C থেকে 10°C-এ উত্তপ্ত করা হলো। এনট্রপি পরিবর্তন হলো---
- ক 3.5 J K−1
- খ 4.5 J K−1
- গ 2.5 J K−1
- ঘ 1.5 J K−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 1.5 J K−1
এনট্রপি পরিবর্তন ΔS = mc·ln(T2T1), যেখানে m=0.01kg, c(পানি)=4200 J(kg·K), T1=0+273=273K, T2=10+273=283K। ΔS = 0.01×4200×ln(283273) = 42×ln(1.0366) ≈ 42×0.0360 ≈ 1.51 J/K ≈ 1.5 J/K। সুতরাং উত্তর ঘ। -
১৫৫
কার্নো চক্রের ১ম ধাপের ক্ষেত্রে নিচের কোনটি সঠিক?
- ক তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়
- খ তাপমাত্রা স্থির থাকে
- গ অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি পায়
- ঘ তাপ বর্জিত হয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) তাপমাত্রা স্থির থাকে
কার্নো চক্রের ১ম ধাপ হলো সমোষ্ণ প্রসারণ, যেখানে গ্যাস উচ্চ তাপমাত্রার (T1) উৎস থেকে তাপ গ্রহণ করে ধীরে ধীরে প্রসারিত হয়। এই ধাপে যেহেতু প্রক্রিয়াটি সমোষ্ণ, তাই তাপমাত্রা স্থির থাকে। সুতরাং উত্তর খ। -
১৫৬
একটি তাপ ইঞ্জিন 327°C তাপমাত্রায় 500 J তাপ গ্রহণ করে এবং 27°C তাপমাত্রায় তাপ বর্জন করে। কিছু সময় পর তাপগ্রাহকের তাপমাত্রা 177°C-এ উন্নীত হয়।
ইঞ্জিন কর্তৃক সম্পাদিত কাজের পরিমাণ কত?- ক 1500 J
- খ 1000 J
- গ 500 J
- ঘ 250 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 250 J
এখানে,
T1 = 327 + 273 = 600 K
T2 = 27 + 273 = 300 K
Q1 = 500 J
আমরা জানি,
η = 1 − T2T1 = 1 − 300600 = 0.5
বা, W = ηQ1 = 0.5 × 500
∴ W = 250 J -
১৫৭
একটি তাপ ইঞ্জিন 327°C তাপমাত্রায় 500 J তাপ গ্রহণ করে এবং 27°C তাপমাত্রায় তাপ বর্জন করে। কিছু সময় পর তাপগ্রাহকের তাপমাত্রা 177°C-এ উন্নীত হয়।
দুই অবস্থায় ইঞ্জিনের কর্ম দক্ষতার অনুপাত কত?- ক 3 : 4
- খ 1 : 1
- গ 2 : 3
- ঘ 2 : 1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 2 : 1
এখানে,
T1 = 600 K, প্রথমে T2 = 300 K, পরে T2′ = 177 + 273 = 450 K
আমরা জানি,
η = 1 − T2T1
∴ η1 = 1 − 300600 = 0.5
এবং η2 = 1 − 450600 = 0.25
∴ η1 : η2 = 0.5 : 0.25 = 2 : 1 -
১৫৮
20°C তাপমাত্রায় 20 kg পানিকে 100°C তাপমাত্রায় বাষ্পে পরিণত করতে এনট্রপির পরিবর্তন কত হবে? বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপ = 2.26 × 106 Jkg−1K−1।
- ক 1.41 × 105 Jkg−1
- খ 1.26 × 106 JK−1
- গ 141.46 JK−1
- ঘ 1.7 × 106 ergK−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 1.41 × 105 Jkg−1
পানিকে 20°C থেকে 100°C-এ উত্তপ্ত করে সম্পূর্ণ বাষ্পে পরিণত করার প্রক্রিয়ায় (যেহেতু বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ দেওয়া হয়েছে, তাই ধরে নেওয়া হচ্ছে পানি শেষপর্যন্ত বাষ্পে রূপান্তরিত হয়) মোট এনট্রপি পরিবর্তন দুটি ধাপের সমষ্টি। প্রথম ধাপ (উত্তপ্ত করা): ΔS1 = mc·ln(T2T1) = 20×4200×ln(373293) ≈ 84000×0.2415 ≈ 20,260 J/K। দ্বিতীয় ধাপ (100°C-এ সম্পূর্ণ বাষ্পীভবন): ΔS2 = mLT2 = 20×2.26×106373 ≈ 121,180 J/K। মোট ΔS = ΔS1+ΔS2 ≈ 20,260+121,180 ≈ 141,440 J/K ≈ 1.41×105 J/K, যা বিকল্প (ক)-এর মানের সাথে হুবহু মিলে যায় (অপশনের এককে সম্ভবত মুদ্রণ-ত্রুটিবশত J kg−1 লেখা হয়েছে, প্রকৃতপক্ষে J K−1 হওয়ার কথা)। সুতরাং উত্তর ক। -
১৫৯
একটি কার্নো ইঞ্জিন 500K তাপমাত্রার তাপ উৎস থেকে 300 cal গ্রহণ করে এবং তাপ গ্রাহকে 225 cal তাপ বর্জন করে। তাপ গ্রাহকের তাপমাত্রা কত?
- ক 666.67K
- খ 135K
- গ 300K
- ঘ 375K
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 375K
কার্নো ইঞ্জিনে T2T1 = Q2Q1 ⇒ T2 = T1×(Q2Q1)। এখানে T1=500K, Q1=300cal, Q2=225cal। T2 = 500×(225300) = 500×0.75 = 375K। সুতরাং তাপগ্রাহকের তাপমাত্রা 375K → উত্তর ঘ। -
১৬০
100°C তাপমাত্রার 1 kg পানিকে 0°C তাপমাত্রার বরফে পরিণত করতে এনট্রপির পরিবর্তন কত হবে? বরফ গলনের আপেক্ষিক সুপ্ততাপ = 336000 Jkg−1 এবং পানির আপেক্ষিক তাপ = 4200 Jkg−1K−1
- ক −2541.6 JK−1
- খ −1310.85 JK−1
- গ −1230.77 JK−1
- ঘ 1230.77 JK−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) −2541.6 JK−1
100°C পানিকে 0°C বরফে পরিণত করার সময় দুটি ধাপে তাপ বর্জিত হয়। প্রথম ধাপ, শীতলীকরণ (100°C→0°C): ΔS1 = mc·ln(T2T1) = 1×4200×ln(273373) ≈ 4200×(-0.312) ≈ -1310.2 J/K। দ্বিতীয় ধাপ, 0°C-এ জমাট বাঁধা: ΔS2 = -mLT = -(1×336000)273 ≈ -1230.77 J/K। মোট এনট্রপি পরিবর্তন ΔS = ΔS1+ΔS2 ≈ -1310.2-1230.77 ≈ -2541 J/K ≈ -2541.6 J/K (ঋণাত্মক, কারণ তাপ বর্জিত হয়ে ব্যবস্থার এনট্রপি হ্রাস পায়)। সুতরাং উত্তর ক।
ইসহাক স্যার ধাঁচে পরীক্ষা দাও
এই প্রতিষ্ঠানের প্রশ্ন দিয়েই এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।