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 ২৩/৩৮
-
৪৪১
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। -
৪৪২
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 -
৪৪৩
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 -
৪৪৪
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। -
৪৪৫
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। -
৪৪৬
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। -
৪৪৭
একটি ইঞ্জিন 4500 J তাপ শোষণ এবং 2500 J তাপ বর্জন করে। কাজের পরিমাণ কত?
- ক 1000 J
- খ 48 J
- গ 50 J
- ঘ 54 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 1000 J
এখানে,
শোষিত তাপ, Q1 = 4500 J
বর্জিত তাপ, Q2 = 2500 J
আমরা জানি,
W = Q1 − Q2
∴ W = 4500 − 2500 = 2000 J
বিঃদ্রঃ প্রদত্ত কোনো অপশনেই সঠিক মান (2000 J) নেই; বইয়ের অপশনে ছাপার ভুল রয়েছে। -
৪৪৮
127°C এবং 27°C তাপমাত্রার মধ্যে কর্মরত একটি কার্নো ইঞ্জিনের কর্মদক্ষতা—
- ক 15%
- খ 25%
- গ 35%
- ঘ 50%
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 25%
এখানে,
T1 = 127°C = 400 K
T2 = 27°C = 300 K
আমরা জানি,
η = 1 − T2T1 = 1 − 300400
∴ η = 0.25 = 25% -
৪৪৯
0°C তাপমাত্রার 1 kg বরফকে 0°C তাপমাত্রায় 1 kg পানিতে পরিণত করতে এনট্রপির কী পরিবর্তন হবে?
- ক 1.20 × 103 JK−1
- খ 1.24 × 103 JK−1
- গ 1.23 × 103 JK−1
- ঘ 1.25 × 103 JK−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 1.23 × 103 JK−1
এখানে,
m = 1 kg
বরফ গলনের সুপ্ততাপ, L = 336000 Jkg−1
T = 0 + 273 = 273 K
আমরা জানি,
ΔS = mLT
বা, ΔS = 1 × 336000273 = 1230.77 JK−1
∴ ΔS ≈ 1.23 × 103 JK−1 -
৪৫০
এনট্রপি—
(i) একটি প্রাকৃতিক রাশি
(ii) বস্তুর তাপীয় ধর্ম বা তাপ সঞ্চালনের দিক নির্দেশ করে
(iii) রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় এর পরিবর্তন শূন্য
নিচের কোনটি সঠিক?- ক i ও ii
- খ i ও iii
- গ ii ও iii
- ঘ i, ii ও iii
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) i, ii ও iii
এনট্রপি একটি অবস্থা রাশি বা প্রাকৃতিক রাশি (i সঠিক), যা বস্তুর তাপীয় অবস্থা ও তাপ সঞ্চালনের স্বাভাবিক দিক নির্দেশ করে - তাপ সবসময় বেশি তাপমাত্রা থেকে কম তাপমাত্রায় প্রবাহিত হয়, যা এনট্রপি বৃদ্ধির দিক (ii সঠিক)। আর ধীরে ধীরে সংঘটিত (প্রত্যাবর্তী) রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় dQ = 0 হওয়ায় ΔS = ∫dQT = 0, অর্থাৎ এনট্রপির পরিবর্তন শূন্য হয় (iii সঠিক)। তাই i, ii ও iii — তিনটিই সঠিক। -
৪৫১
এনট্রপির S.I. একক কোনটি?
- ক kJ−1
- খ JK−1
- গ J K
- ঘ J2K
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) JK−1
এনট্রপি S = QT (তাপ ÷ পরম তাপমাত্রা), তাই এর SI একক জুল/কেলভিন অর্থাৎ JK−1। -
৪৫২
নিচের কোন প্রক্রিয়ায় এনট্রপি অপরিবর্তিত থাকে?
- ক সমোষ্ণ
- খ রুদ্ধতাপীয়
- গ সম আয়তন
- ঘ সম চাপ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) রুদ্ধতাপীয়
রুদ্ধতাপীয় (adiabatic) প্রক্রিয়ায় সিস্টেম ও পরিপার্শ্বের মধ্যে কোনো তাপ আদান-প্রদান হয় না (dQ = 0)। যেহেতু dS = dQT, তাই প্রত্যাবর্তীভাবে সংঘটিত রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় এনট্রপি অপরিবর্তিত (ধ্রুব) থাকে। -
৪৫৩
এনট্রপি হলো---
- ক শৃঙ্খলার পরিমাপ
- খ শক্তির রূপান্তর ক্ষমতার পরিমাপ
- গ রূপান্তরের জন্য শক্তি পাওয়ার পরিমাপ
- ঘ তাপীয় মৃত্যুর সম্ভাবনার পরিমাপ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) তাপীয় মৃত্যুর সম্ভাবনার পরিমাপ
এনট্রপি হলো সিস্টেমের বিশৃঙ্খলার পরিমাপ। কোনো স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়ায় মহাবিশ্বের এনট্রপি ক্রমাগত বাড়ছে; এনট্রপি সর্বোচ্চ হলে সব বস্তুর তাপমাত্রা সমান হয়ে যাবে, তখন তাপ প্রবাহ ও তাপকে কাজে রূপান্তর আর সম্ভব হবে না — একে মহাবিশ্বের "তাপীয় মৃত্যু" বলে। তাই এনট্রপিকে তাপীয় মৃত্যুর সম্ভাবনার পরিমাপ বলা হয়। এনট্রপি শৃঙ্খলার নয়, বিশৃঙ্খলার পরিমাপ; আর এনট্রপি বাড়লে শক্তির রূপান্তর ক্ষমতা কমে, তাই এটি রূপান্তর ক্ষমতার নয় বরং অপ্রাপ্য শক্তির পরিমাপ। -
৪৫৪
যদি বায়ুপূর্ণ একটি বেলুন ফেটে যায়, প্রক্রিয়াটিতে—
(i) কাজ সম্পন্ন হয়েছে
(ii) অভ্যন্তরীণ শক্তি ও তাপমাত্রা কমে গেছে
(iii) এনট্রপির পরিবর্তন হয়েছে
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
বেলুন হঠাৎ ফেটে গেলে ভেতরের বায়ু বায়ুমণ্ডলের চাপের বিরুদ্ধে দ্রুত প্রসারিত হয়, ফলে কাজ সম্পন্ন হয় (i সঠিক)। প্রক্রিয়াটি এত দ্রুত যে তাপ বিনিময় হয় না (রুদ্ধতাপীয়, dQ = 0), তাই dU = −dW — অভ্যন্তরীণ শক্তি ও তাপমাত্রা কমে যায় (ii সঠিক)। এটি একটি অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া, তাই এনট্রপির পরিবর্তন (বৃদ্ধি) ঘটে (iii সঠিক)। সুতরাং i, ii ও iii সঠিক। -
৪৫৫
এনট্রপির পরিমাপ করে সিস্টেমের---
- ক তাপমাত্রা
- খ অন্তস্থ শক্তি
- গ শৃঙ্খলা
- ঘ বিশৃঙ্খলা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) বিশৃঙ্খলা
এনট্রপি হলো সিস্টেমের আণবিক বিশৃঙ্খলার (disorder বা randomness) পরিমাপ — সিস্টেমে অণুগুলোর বিন্যাস যত বেশি বিশৃঙ্খল হয়, এনট্রপি তত বেশি হয়। -
৪৫৬
অপ্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন নিম্নের কোনটি?
- ক বৃদ্ধি পায়
- খ হ্রাস পায়
- গ শূন্য হয়
- ঘ অপরিবর্তিত থাকে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) বৃদ্ধি পায়
তাপগতিবিদ্যার ২য় সূত্র অনুযায়ী, কোনো বিচ্ছিন্ন সিস্টেমে অপ্রত্যাবর্তী (irreversible) প্রক্রিয়ায় মোট এনট্রপি সবসময় বৃদ্ধি পায় (ΔS > 0); প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়াতেই কেবল ΔS = 0 হয়। -
৪৫৭
এনট্রপি কমে এরকম উদাহরণ কোনটি?
- ক কাঠ পোড়ালে
- খ বরফকে পানিতে পরিণত করলে
- গ রেফ্রিজারেটরের ভিতরের বাতাসে
- ঘ পানিতে লবণ গোলালে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) রেফ্রিজারেটরের ভিতরের বাতাসে
রেফ্রিজারেটরের ভিতরের বাতাস থেকে ক্রমাগত তাপ শোষণ করে বাইরে বর্জন করা হয়, ফলে ভিতরের বাতাসের তাপমাত্রা কমতে থাকে এবং এর অণুগুলোর বিশৃঙ্খলা কমে যায় - অর্থাৎ ভিতরের বাতাসের এনট্রপি হ্রাস পায় (যদিও সামগ্রিকভাবে সিস্টেম+পরিপার্শ্বের এনট্রপি বৃদ্ধি পায়)। কাঠ পোড়া, বরফ গলা, লবণ দ্রবীভূত হওয়া - এসবেই এনট্রপি বাড়ে। -
৪৫৮
কোনো তাপগতীয় প্রক্রিয়ায় একটি সিস্টেমের আয়তন বৃদ্ধি পায় কিন্তু পরিপার্শ্বের সঙ্গে তাপের আদান-প্রদান হয় না। এক্ষেত্রে নিচের কোনটি সত্য?
- ক সিস্টেমের অন্তঃশক্তি বাড়বে
- খ সিস্টেমের অন্তঃশক্তি পূর্ব অবস্থায় থাকবে
- গ সিস্টেমটি শীতল হবে
- ঘ সিস্টেমের উষ্ণতা বৃদ্ধি পাবে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) সিস্টেমটি শীতল হবে
পরিপার্শ্বের সঙ্গে তাপ বিনিময় নেই মানে এটি রুদ্ধতাপীয় (Q = 0) প্রক্রিয়া। আয়তন বৃদ্ধি পাওয়ায় সিস্টেম বহির্মুখী কাজ করে (W > 0)। প্রথম সূত্র অনুযায়ী ΔU = Q − W = −W (ঋণাত্মক), অর্থাৎ অন্তঃস্থ শক্তি কমে যায়, ফলে তাপমাত্রাও কমে যায় - সিস্টেমটি শীতল হয়। -
৪৫৯
কোন অবস্থায় এনট্রপি বেশি হয়?
- ক তরল
- খ কঠিন
- গ গ্যাস
- ঘ সবগুলো
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) গ্যাস
গ্যাসীয় অবস্থায় অণুগুলো সম্পূর্ণ মুক্তভাবে ও এলোমেলোভাবে চলাচল করে, ফলে বিশৃঙ্খলা (এবং এনট্রপি) সর্বোচ্চ থাকে - কঠিন < তরল < গ্যাস। -
৪৬০
0°C তাপমাত্রার 600gm বরফকে শুধুমাত্র গলানোতে এনট্রপির পরিবর্তন—
- ক ধনাত্মক
- খ ঋণাত্মক
- গ সমান
- ঘ এই তথ্য থেকে বলা সম্ভব নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) ধনাত্মক
0°C-এ বরফ গলার সময় বরফ পরিপার্শ্ব থেকে সুপ্ততাপ শোষণ করে (Q ধনাত্মক)। এনট্রপির পরিবর্তন ΔS = QT, যেহেতু Q ধনাত্মক ও T ধনাত্মক (কেলভিন স্কেলে), তাই ΔS ধনাত্মক হবে।
তাপগতিবিদ্যা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।