তাপগতিবিদ্যা — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্রের ১ম অধ্যায়। এখানে ৭৪৭টি প্রশ্ন আছে — বোর্ড, ঢাবি, বুয়েট আর মেডিকেল ভর্তি পরীক্ষা থেকে বাছাই করা, প্রতিটার নিচে পূর্ণ ব্যাখ্যা দেওয়া। উত্তর দেখার আগে নিজে একবার চেষ্টা করে নিও।
৭৪৭ প্রশ্ন
২য় পত্র
অধ্যায় ১
পাতা ১৩/৩৮
-
২৪১
একটি কার্নো ইঞ্জিন 400 K ও 300 K-এর মধ্যে চলে। উৎসের তাপমাত্রা 100 K বাড়ালে দক্ষতা কত থেকে কত হবে?
- ক 25 % থেকে 33 %
- খ 25 % থেকে 40 %
- গ 33 % থেকে 40 %
- ঘ 25 % থেকে 50 %
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 25 % থেকে 40 %
আগে: η = 1 − 300400 = 25 %
পরে: η = 1 − 300500 = 40 %
বৃদ্ধি 15 শতাংশ বিন্দু।
তুলনার জন্য — সিংক 100 K কমিয়ে 200 K করলে η হতো 1 − 200400 = 50 %, আরও বেশি। সিংক কমানোই সবসময় বেশি কার্যকর। -
২৪২
একটি কার্নো ইঞ্জিন প্রতি চক্রে 500 J কাজ করে এবং তার দক্ষতা 25 %। ইঞ্জিনটি প্রতি চক্রে সিংকে কত তাপ বর্জন করে?
- ক 2000 J
- খ 1500 J
- গ 500 J
- ঘ 125 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 1500 J
Q1 = Wη = 5000.25 = 2000 J
Q2 = 2000 − 500 = 1500 J
দক্ষতা 25 % মানে শোষিত তাপের তিন-চতুর্থাংশই ফেলে দিতে হচ্ছে — এবং কার্নো ইঞ্জিনেও এর ব্যতিক্রম নেই।
এই ইঞ্জিনের আধার দুইটির তাপমাত্রার অনুপাত T2T1 = 0.75। -
২৪৩
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের কেলভিন-প্ল্যাঙ্ক ও ক্লসিয়াস বিবৃতির মূল বক্তব্য কী?
- ক দুইটিই শক্তির নিত্যতা প্রকাশ করে
- খ কেলভিন-প্ল্যাঙ্ক তাপমাত্রা সংজ্ঞায়িত করে; ক্লসিয়াস এনট্রপি সংজ্ঞায়িত করে
- গ দুইটিই বলে যে তাপ কেবল পরিবহনে চলে
- ঘ কেলভিন-প্ল্যাঙ্ক — একটিমাত্র আধার থেকে তাপ নিয়ে পুরোটা কাজে রূপান্তর অসম্ভব; ক্লসিয়াস — তাপ নিজে থেকে ঠান্ডা থেকে গরমে যায় না
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) কেলভিন-প্ল্যাঙ্ক — একটিমাত্র আধার থেকে তাপ নিয়ে পুরোটা কাজে রূপান্তর অসম্ভব; ক্লসিয়াস — তাপ নিজে থেকে ঠান্ডা থেকে গরমে যায় না
কেলভিন-প্ল্যাঙ্ক — ইঞ্জিনের দিক থেকে: Q2 = 0 এমন ইঞ্জিন অসম্ভব ⟹ η < 100 %
ক্লসিয়াস — রেফ্রিজারেটরের দিক থেকে: বাইরে থেকে কাজ না দিলে তাপ ঠান্ডা থেকে গরমে যাবে না
দুইটি বিবৃতি দেখতে আলাদা হলেও সম্পূর্ণ সমতুল্য — একটি ভাঙলে অন্যটিও ভাঙে।
শক্তির নিত্যতা প্রথম সূত্রের বিষয়; দ্বিতীয় সূত্র বলে শক্তি রূপান্তরের দিক কোনটি। -
২৪৪
একটি রেফ্রিজারেটর ভেতর থেকে প্রতি চক্রে 300 J তাপ তুলে নেয় এবং বাইরে 400 J তাপ ফেলে। রেফ্রিজারেটরটির কর্মদক্ষতা সহগ (COP) কত?
- ক 3
- খ 4
- গ 0.75
- ঘ 1.33
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 3
কৃত কাজ W = Q1 − Q2 = 400 − 300 = 100 J
COP = Q2W = 300100 = 3
অর্থাৎ 1 J বৈদ্যুতিক কাজ খরচ করে 3 J তাপ সরানো যাচ্ছে — এ কারণেই COP প্রায়ই 1-এর বেশি হয়, কিন্তু একে "দক্ষতা" বলা যায় না। -
২৪৫
একটি আদর্শ (কার্নো) রেফ্রিজারেটর 250 K-এর ভেতর থেকে তাপ তুলে 300 K-এর ঘরে ফেলে। এর COP কত?
- ক 6
- খ 0.83
- গ 5
- ঘ 1.2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 5
COP = T2T1 − T2 = 250300 − 250 = 25050 = 5
হিট পাম্প হিসেবে ব্যবহার করলে COP হতো 30050 = 6, ঠিক 1 বেশি।
দুই তাপমাত্রার পার্থক্য যত কম, COP তত বেশি — এ কারণেই ডিপ ফ্রিজ চালাতে সাধারণ ফ্রিজের চেয়ে অনেক বেশি বিদ্যুৎ লাগে। -
২৪৬
একটি রেফ্রিজারেটরের COP 5। ফ্রিজের ভেতর থেকে 1000 J তাপ সরাতে কত বৈদ্যুতিক কাজ লাগবে?
- ক 5000 J
- খ 1000 J
- গ 833 J
- ঘ 200 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 200 J
COP = Q2W ⟹ W = Q2COP = 10005 = 200 J
বাইরে ফেলা মোট তাপ = 1000 + 200 = 1200 J
অর্থাৎ ফ্রিজ ঘরে যত তাপ ফেলে, তা ভেতর থেকে তোলা তাপের চেয়ে সবসময় বেশি — কারণ মোটরের কাজটুকুও শেষমেশ তাপ হয়েই বেরোয়। -
২৪৭
একটি হিট পাম্প ঘর গরম করতে প্রতি চক্রে 1200 J তাপ সরবরাহ করে এবং তার COP 4। প্রতি চক্রে কত বৈদ্যুতিক কাজ লাগে?
- ক 4800 J
- খ 900 J
- গ 300 J
- ঘ 240 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 300 J
হিট পাম্পের COP = Q1W (এখানে কাজে লাগে দেওয়া তাপ)
W = 12004 = 300 J
বাইরের ঠান্ডা বাতাস থেকে তোলা হয়েছে 1200 − 300 = 900 J
300 J বিদ্যুৎ খরচ করে 1200 J তাপ পাওয়া যাচ্ছে — সরাসরি হিটারে 300 J বিদ্যুৎ দিলে মিলত মাত্র 300 J তাপ। এ কারণেই ঠান্ডা দেশে হিট পাম্প এত জনপ্রিয়। -
২৪৮
একটি রেফ্রিজারেটরের COP ও একই তাপমাত্রার মধ্যে চলা কার্নো ইঞ্জিনের দক্ষতা η-এর সম্পর্ক কোনটি?
- ক COP = 1 − ηη
- খ COP = η1 − η
- গ COP = 1 − η
- ঘ COP = 1η
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) COP = 1 − ηη
η = 1 − T2T1 ⟹ T2T1 = 1 − η
COP = T2T1 − T2 = T2/T11 − T2/T1 = 1 − ηη
যাচাই: η = 0.4 ⟹ COP = 0.60.4 = 1.5 ✔
দক্ষতা যত কম, COP তত বেশি — কারণ দুই তাপমাত্রা কাছাকাছি থাকলে ইঞ্জিন খারাপ চলে কিন্তু ফ্রিজ ভালো চলে। -
২৪৯
গরমের দিনে একটি ঘর বন্ধ করে রেফ্রিজারেটরের দরজা খুলে রাখলে ঘরের তাপমাত্রার কী হবে?
- ক ঘর ঠান্ডা হয়ে যাবে
- খ ঘরের তাপমাত্রা ধীরে ধীরে বেড়ে যাবে
- গ তাপমাত্রা অপরিবর্তিত থাকবে
- ঘ প্রথমে ঠান্ডা হয়ে পরে স্থির হবে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ঘরের তাপমাত্রা ধীরে ধীরে বেড়ে যাবে
ঘরটিকে একটি বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থা ধরো। ফ্রিজ ভেতর থেকে Q2 তাপ তুলে কনডেন্সারে (Q2 + W) তাপ ফেলে — দুইটিই একই ঘরের ভেতরে।
নিট পরিবর্তন = (Q2 + W) − Q2 = +W
অর্থাৎ ঘরে প্রতি সেকেন্ডে বিদ্যুতের সমান পরিমাণ তাপ যোগ হচ্ছে ⟹ ঘর গরম হবে।
ফ্রিজ তাপ ধ্বংস করে না, কেবল এক জায়গা থেকে আরেক জায়গায় সরায়। ঠান্ডা পেতে হলে গরম প্রান্তটি ঘরের বাইরে থাকতেই হবে — এ কারণেই এসির কনডেন্সার ইউনিট জানালার বাইরে বসানো হয়। -
২৫০
"দ্বিতীয় শ্রেণির চিরস্থায়ী যন্ত্র" (perpetual motion machine of the second kind) বলতে কী বোঝায় এবং তা সম্ভব কি না?
- ক শক্তি ছাড়াই চিরকাল চলা যন্ত্র — প্রথম সূত্র অনুযায়ী অসম্ভব
- খ ঘর্ষণহীন যন্ত্র — বাস্তবে সম্ভব
- গ একটিমাত্র আধার থেকে তাপ নিয়ে 100 % কাজে রূপান্তরকারী যন্ত্র — দ্বিতীয় সূত্র অনুযায়ী অসম্ভব
- ঘ এমন যন্ত্র ইতিমধ্যেই তৈরি হয়েছে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) একটিমাত্র আধার থেকে তাপ নিয়ে 100 % কাজে রূপান্তরকারী যন্ত্র — দ্বিতীয় সূত্র অনুযায়ী অসম্ভব
প্রথম শ্রেণি: কোনো শক্তি ইনপুট ছাড়াই কাজ করে ⟹ প্রথম সূত্রের লঙ্ঘন
দ্বিতীয় শ্রেণি: শক্তির হিসাব ঠিকই আছে, কিন্তু একটিমাত্র আধার থেকে তাপ নিয়ে পুরোটা কাজে বদলায় ⟹ দ্বিতীয় সূত্রের লঙ্ঘন
উদাহরণ: সমুদ্রের বিপুল তাপশক্তি থেকে জাহাজ চালানো — শক্তির অভাব নেই, কিন্তু তাপ ফেলার মতো আরেকটি ঠান্ডা আধার নেই বলে অসম্ভব।
এ কারণেই বলা হয় — শক্তির পরিমাণ নয়, শক্তির মান (কাজে রূপান্তরযোগ্যতা) ক্রমেই কমতে থাকে। -
২৫১
একটি রেফ্রিজারেটর 100 W ক্ষমতায় চলে এবং তার COP 4। প্রতি সেকেন্ডে ফ্রিজের ভেতর থেকে কত তাপ সরানো হয় এবং বাইরে কত তাপ ফেলা হয়?
- ক 400 J ও 400 J
- খ 25 J ও 125 J
- গ 400 J ও 500 J
- ঘ 500 J ও 400 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 400 J ও 500 J
W = 100 J s−1
Q2 = COP × W = 4 × 100 = 400 J
Q1 = Q2 + W = 400 + 100 = 500 J
বাইরে ফেলা তাপ সবসময় ভেতর থেকে তোলা তাপের চেয়ে বেশি — পার্থক্যটুকুই মোটরের কাজ। এ কারণেই ফ্রিজের পেছনের কয়েল স্পর্শ করলে গরম লাগে। -
২৫২
একটি কার্নো রেফ্রিজারেটর −13 °C-এর ভেতর থেকে তাপ তুলে 27 °C-এর ঘরে ফেলে। এর COP কত?
- ক 5.5
- খ 7.5
- গ 0.15
- ঘ 6.5
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 6.5
T2 = −13 + 273 = 260 K, T1 = 27 + 273 = 300 K
COP = 260300 − 260 = 26040 = 6.5
সেলসিয়াস মান বসালে আসত −1340 — ঋণাত্মক ও অর্থহীন। তাপমাত্রার অনুপাত সবসময় কেলভিনে।
ঘর ও ফ্রিজের পার্থক্য মাত্র 40 K বলেই COP এত ভালো। -
২৫৩
তাপ কি কখনো ঠান্ডা বস্তু থেকে গরম বস্তুতে যেতে পারে?
- ক কখনোই পারে না, কোনো অবস্থাতেই
- খ পারে, তবে কেবল বাইরে থেকে কাজ দিলে — নিজে থেকে নয়
- গ নিজে থেকেই পারে, শুধু ধীরে
- ঘ কেবল বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থায় পারে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) পারে, তবে কেবল বাইরে থেকে কাজ দিলে — নিজে থেকে নয়
ক্লসিয়াস বিবৃতির মূল শব্দ "নিজে থেকে" (spontaneously) — এটিই সব পার্থক্য গড়ে দেয়।
রেফ্রিজারেটর ও এসি ঠিক এই কাজটাই করে — ঠান্ডা ভেতর থেকে তাপ তুলে গরম বাইরে ফেলে। কিন্তু তার জন্য বিদ্যুৎ (কাজ) খরচ হয়।
অর্থাৎ প্রক্রিয়াটি নিষিদ্ধ নয়, কেবল বিনামূল্যে হয় না।
বিদ্যুৎ বন্ধ করে দিলে ফ্রিজের ভেতরটা আবার ঘরের তাপমাত্রায় ফিরে আসে — প্রকৃতির স্বাভাবিক দিক সেটাই। -
২৫৪
একটি কার্নো ইঞ্জিনকে উল্টো চালিয়ে হিট পাম্প বানানো হলো। ইঞ্জিন হিসেবে দক্ষতা 20 % হলে হিট পাম্প হিসেবে COP কত?
- ক 4
- খ 5
- গ 0.25
- ঘ 1.25
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 5
হিট পাম্পের COP = Q1W = 1η (কারণ η = WQ1)
= 10.20 = 5
রেফ্রিজারেটর হিসেবে হতো COP = 1 − ηη = 4 — ঠিক 1 কম।
দুইটি COP গুলিয়ে ফেলা সবচেয়ে সাধারণ ভুল: হিট পাম্পে কাজে লাগে দেওয়া তাপ Q1, ফ্রিজে তোলা তাপ Q2। -
২৫৫
300 K তাপমাত্রায় একটি ব্যবস্থাকে প্রত্যাবর্তীভাবে 600 J তাপ দেওয়া হলো। ব্যবস্থাটির এনট্রপির পরিবর্তন কত?
- ক 0.5 J K−1
- খ 180000 J K−1
- গ 300 J K−1
- ঘ 2 J K−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 2 J K−1
ΔS = Qপ্রত্যাবর্তীT = 600300 = 2 J K−1
এনট্রপির একক J K−1 — তাপকে পরম তাপমাত্রা দিয়ে ভাগ করতে হয়।
একই 600 J তাপ 600 K-এ দিলে এনট্রপি বাড়ত মাত্র 1 J K−1 — উচ্চ তাপমাত্রায় একই তাপ কম বিশৃঙ্খলা তৈরি করে। -
২৫৬
400 K-এর একটি বস্তু থেকে 1200 J তাপ 300 K-এর আরেকটি বস্তুতে সরাসরি প্রবাহিত হলো (দুইটির তাপমাত্রা প্রায় অপরিবর্তিত)। মহাবিশ্বের এনট্রপির নিট পরিবর্তন কত?
- ক 1 J K−1 হ্রাস
- খ 1 J K−1 বৃদ্ধি
- গ শূন্য
- ঘ 7 J K−1 বৃদ্ধি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 1 J K−1 বৃদ্ধি
গরম বস্তু তাপ হারায়: ΔS1 = −1200400 = −3 J K−1
ঠান্ডা বস্তু তাপ পায়: ΔS2 = +1200300 = +4 J K−1
নিট: ΔS = −3 + 4 = +1 J K−1
ধনাত্মক ⟹ প্রক্রিয়াটি অপ্রত্যাবর্তী ✔ — বাস্তবে তাপ সবসময় গরম থেকে ঠান্ডার দিকেই যায়।
উল্টোটা ঘটলে (ঠান্ডা থেকে গরমে) ΔS হতো −1, অর্থাৎ ঋণাত্মক — দ্বিতীয় সূত্র ঠিক এ কারণেই সেটি নিষিদ্ধ করে।
দুই তাপমাত্রার পার্থক্য যত বেশি, এনট্রপি বৃদ্ধিও তত বেশি — অপচয়ও তত বড়। -
২৫৭
একটি প্রত্যাবর্তী চক্রীয় প্রক্রিয়ায় ব্যবস্থার এনট্রপির নিট পরিবর্তন কত?
- ক সবসময় ধনাত্মক
- খ সবসময় ঋণাত্মক
- গ তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে
- ঘ শূন্য
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) শূন্য
এনট্রপি একটি অবস্থা রাশি ⟹ চক্র শেষে ব্যবস্থা আগের অবস্থায় ফেরে ⟹ ΔS = 0
কার্নো চক্রে যাচাই: ΔS = Q1T1 − Q2T2 = 0, কারণ Q1Q2 = T1T2 ✔
খেয়াল করো: এটি ব্যবস্থার এনট্রপি। প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায় মহাবিশ্বেরও এনট্রপি অপরিবর্তিত; কিন্তু অপ্রত্যাবর্তী চক্রে ব্যবস্থার ΔS = 0 হলেও মহাবিশ্বের এনট্রপি বেড়ে যায়। -
২৫৮
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রকে এনট্রপির ভাষায় কীভাবে বলা যায়?
- ক যেকোনো প্রক্রিয়ায় ব্যবস্থার এনট্রপি অবশ্যই বাড়ে
- খ যেকোনো স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়ায় মহাবিশ্বের মোট এনট্রপি বাড়ে বা অপরিবর্তিত থাকে, কখনো কমে না
- গ এনট্রপি সবসময় ধ্রুব থাকে
- ঘ বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থায় এনট্রপি কমে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) যেকোনো স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়ায় মহাবিশ্বের মোট এনট্রপি বাড়ে বা অপরিবর্তিত থাকে, কখনো কমে না
ΔSমহাবিশ্ব ≥ 0
"=" চিহ্নটি কেবল প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায়, যা একটি আদর্শ সীমা।
সতর্কতা: ব্যবস্থার এনট্রপি কমতেই পারে — ফ্রিজে পানি জমে বরফ হলে পানির এনট্রপি কমে। কিন্তু তখন পরিবেশের এনট্রপি আরও বেশি বাড়ে, তাই মোট যোগফল ধনাত্মকই থাকে।
এ কারণেই এনট্রপিকে বলা হয় "সময়ের তীর" — যে দিকে এনট্রপি বাড়ে, সেটিই ভবিষ্যতের দিক। -
২৫৯
একটি কার্নো ইঞ্জিন 500 K থেকে 1000 J তাপ নিয়ে 400 K সিংকে 800 J তাপ বর্জন করে। উৎস ও সিংকের এনট্রপি পরিবর্তনের যোগফল কত?
- ক শূন্য
- খ 2 J K−1 বৃদ্ধি
- গ 2 J K−1 হ্রাস
- ঘ 0.5 J K−1 বৃদ্ধি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) শূন্য
উৎস: ΔS1 = −1000500 = −2 J K−1
সিংক: ΔS2 = +800400 = +2 J K−1
যোগফল = 0 ⟹ প্রক্রিয়াটি প্রত্যাবর্তী ✔
যাচাই: Q2Q1 = 8001000 = 0.8 এবং T2T1 = 400500 = 0.8 ✔ — কার্নো শর্ত মিলে গেছে।
বর্জিত তাপ 800-এর বদলে 900 হলে যোগফল ধনাত্মক হতো, অর্থাৎ ইঞ্জিনটি অপ্রত্যাবর্তী। -
২৬০
এনট্রপি রাশিটি ভৌতভাবে কী নির্দেশ করে?
- ক ব্যবস্থায় জমা থাকা মোট তাপ
- খ ব্যবস্থার তাপমাত্রা
- গ ব্যবস্থার কাজ করার সরাসরি ক্ষমতা
- ঘ ব্যবস্থার বিশৃঙ্খলা বা অণুবিন্যাসের সম্ভাব্য সংখ্যার পরিমাপ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) ব্যবস্থার বিশৃঙ্খলা বা অণুবিন্যাসের সম্ভাব্য সংখ্যার পরিমাপ
এনট্রপি বেশি মানে ব্যবস্থাটি যত রকমভাবে সাজানো থাকতে পারে, সেই সংখ্যা বেশি — অর্থাৎ বেশি বিশৃঙ্খল।
কঠিন < তরল < গ্যাস — এই ক্রমেই এনট্রপি বাড়ে, কারণ অণুর স্বাধীনতা বাড়ে।
গ্যাস প্রসারিত হলে, বরফ গললে, দুই গ্যাস মিশলে — সব ক্ষেত্রেই এনট্রপি বাড়ে।
ফাঁদ: এনট্রপি "জমা তাপ" নয়। বরং এটি বলে ঐ তাপের কতটুকু আর কাজে লাগানো যাবে না — এনট্রপি বাড়া মানে শক্তির মান কমে যাওয়া।
তাপগতিবিদ্যা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।