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।
-
৫৪১
গ্যাসের রুদ্ধতাপীয় প্রসারণে শক্তির উৎস হলো -
- ক বাহ্যিক কার্য
- খ অভ্যন্তরীণ শক্তি
- গ তাপ গ্রহণ
- ঘ তাপ বর্জন
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) অভ্যন্তরীণ শক্তি
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় পরিবেশের সাথে তাপ বিনিময় হয় না, dQ = 0।
প্রথম সূত্র থেকে dQ = dU + dW ⇒ dW = −dU, অর্থাৎ প্রসারণে গ্যাস যে বাহ্যিক কাজ করে
তার শক্তি আসে নিজের অভ্যন্তরীণ শক্তি থেকে, ফলে U কমে এবং গ্যাস ঠান্ডা হয়।
রুদ্ধতাপীয় সমীকরণ: PVγ = ধ্রুবক, TVγ−1 = ধ্রুবক, যেখানে γ = CpCv। -
৫৪২
এক কেজি বরফকে পানিতে পরিণত করতে প্রয়োজনীয় তাপ কত?
- ক 3.36 × 105 J
- খ 33.6 × 105 J
- গ 33.6 × 106 J
- ঘ 3.36 × 106 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 3.36 × 105 J
এখানে, m = 1 kg, বরফের গলনের সুপ্ত তাপ L = 336000 Jkg−1 (= 80 cal g−1)
Q = mL = 1 × 336000 = 3.36 × 105 J
গলনের সময় তাপমাত্রা 0°C-এ অপরিবর্তিত থাকে। -
৫৪৩
তাপগতিবিদ্যার কোন সূত্রকে ভিত্তি করে থার্মোমিটার তৈরি করা হয়?
- ক দ্বিতীয় সূত্র
- খ শূন্যতম সূত্র (zeroth)
- গ প্রথম সূত্র
- ঘ তৃতীয় সূত্র
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) শূন্যতম সূত্র (zeroth)
তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র: দুটি বস্তু পৃথকভাবে তৃতীয় একটি বস্তুর সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকলে তারা পরস্পরের সাথেও তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকে।
এ সূত্রই তাপমাত্রা রাশিটিকে সংজ্ঞায়িত করে, তাই থার্মোমিটার বস্তুর সংস্পর্শে এসে সাম্যাবস্থায় পৌঁছালে তার পাঠই বস্তুর তাপমাত্রা।
প্রথম সূত্র শক্তির নিত্যতা (dQ = dU + dW), দ্বিতীয় সূত্র তাপের প্রবাহের অভিমুখ ও এনট্রপি, তৃতীয় সূত্র পরম শূন্য তাপমাত্রা সংক্রান্ত। -
৫৪৪
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় এনট্রপি পরিবর্তন কোনটি?
- ক বৃদ্ধি পায়
- খ হ্রাস পায়
- গ শূন্য
- ঘ দ্বিগুণ হয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) শূন্য
রুদ্ধতাপীয় (adiabatic) প্রক্রিয়ায় সিস্টেম ও পরিবেশের মধ্যে তাপ বিনিময় হয় না, dQ = 0।
প্রত্যাবর্তী রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় এনট্রপি পরিবর্তন dS = dQT = 0T = 0, তাই একে
সমএনট্রপিক (isentropic) প্রক্রিয়াও বলে।
এ প্রক্রিয়ায় PVγ = ধ্রুবক, TVγ−1 = ধ্রুবক এবং dW = −dU = nCv(T1 − T2)।
এনট্রপির একক JK−1; অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায় মহাবিশ্বের মোট এনট্রপি সর্বদা বাড়ে (দ্বিতীয় সূত্র)। -
৫৪৫
তাপমাত্রা মাপা যায় কোনটি দিয়ে?
- ক থার্মোমিটার
- খ ব্যারোমিটার
- গ স্ফিগমোমিটার
- ঘ হাইড্রোমিটার
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) থার্মোমিটার
তাপমাত্রা মাপা হয় থার্মোমিটার দিয়ে; পারদ থার্মোমিটার, প্ল্যাটিনাম রোধ থার্মোমিটার, থার্মোকাপল, পাইরোমিটার ইত্যাদি।
তাপমাত্রা বস্তুর তাপীয় অবস্থা নির্দেশ করে, তাপ প্রবাহের দিক ঠিক করে দেয়; SI একক কেলভিন (K)।
সম্পর্ক: C5 = F − 329 = K − 2735
ব্যারোমিটার, চাপ, হাইড্রোমিটার, আপেক্ষিক ঘনত্ব, স্ফিগমোম্যানোমিটার, রক্তচাপ। -
৫৪৬
বস্তুর কোন বৈশিষ্ট্যটি পাইরোমিটারে ব্যবহৃত হয়?
- ক অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য
- খ দৈর্ঘ্য সম্প্রসারণ বৈশিষ্ট্য
- গ বিকিরণ বৈশিষ্ট্য
- ঘ বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) বিকিরণ বৈশিষ্ট্য
পাইরোমিটার উত্তপ্ত বস্তুর বিকিরণ ধর্ম কাজে লাগিয়ে উচ্চ তাপমাত্রা (প্রায় 800°C এর উপরে) মাপে;
বস্তুকে স্পর্শ না করেই মাপা যায় বলে চুল্লি বা গলিত ধাতুর তাপমাত্রা নির্ণয়ে এটি ব্যবহৃত হয়।
এর ভিত্তি স্টেফান-বোলজম্যানের সূত্র E = σT4 এবং ভিনের সরণ সূত্র λm T = ধ্রুবক।
পারদ থার্মোমিটার আয়তন প্রসারণ, রোধ থার্মোমিটার তড়িৎ রোধের পরিবর্তন এবং থার্মোকাপল তাপ-তড়িৎ ধর্ম ব্যবহার করে। -
৫৪৭
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র প্রদান করেন কে?
- ক সাদি কার্নো
- খ বিজ্ঞানী ক্লসিয়াস
- গ বিজ্ঞানী কেলভিন
- ঘ মায়ার
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) বিজ্ঞানী ক্লসিয়াস
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র প্রদান করেন বিজ্ঞানী রুডলফ ক্লসিয়াস (1850)।
ক্লসিয়াসের বিবৃতি: বাইরের সাহায্য ছাড়া তাপ নিম্ন তাপমাত্রার বস্তু থেকে উচ্চ তাপমাত্রার
বস্তুতে স্বতঃস্ফূর্তভাবে যেতে পারে না।
কেলভিন-প্ল্যাঙ্কের বিবৃতি: একটিমাত্র তাপাধার থেকে তাপ নিয়ে তার পুরোটা কাজে রূপান্তর করে
এমন ইঞ্জিন তৈরি সম্ভব নয়।
সাদি কার্নো (1824) আদর্শ তাপ ইঞ্জিন ও কার্নো চক্র দিয়ে এ সূত্রের ভিত্তি গড়ে দেন। -
৫৪৮
মহাবিশ্বের এনট্রপি দিন দিন-
- ক প্রথমে বাড়ছে এরপর কমছে
- খ প্রতিনিয়ত বাড়ছে
- গ প্রতিনিয়ত কমছে
- ঘ কোনটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) প্রতিনিয়ত বাড়ছে
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র অনুসারে সকল স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়ায় এনট্রপি বাড়ে, তাই মহাবিশ্বের মোট এনট্রপি প্রতিনিয়ত বাড়ছে।
এনট্রপি S বিশৃঙ্খলার পরিমাপ; dS = dQT, একক J K−1।
প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায় ΔS = 0, অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ায় ΔS > 0; প্রকৃতির সব বাস্তব প্রক্রিয়াই অপ্রত্যাবর্তী।
এনট্রপি সর্বোচ্চ হলে মহাবিশ্বে আর কোনো কাজ সম্ভব হবে না, এ অবস্থাকে তাপীয় মৃত্যু বলে। -
৫৪৯
মানবদেহের স্বাভাবিক তাপমাত্রা-
- ক 36.6°C
- খ 90°F
- গ 40°C
- ঘ 41°C
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 36.6°C
মানবদেহের স্বাভাবিক তাপমাত্রা প্রায় 36.6°C থেকে 37°C, ফারেনহাইটে প্রায় 98.4°F।
স্কেল রূপান্তর: C5 = F − 329 = K − 2735
36.6°C = 36.6 × 95 + 32 ≈ 98°F; 90°F ≈ 32.2°C, আর 40°C ও 41°C জ্বরের মাত্রা।
ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটারের পাল্লা 35°C থেকে 42°C বা 95°F থেকে 110°F। -
৫৫০
নিচের কোনটি পরম শূন্য তাপমাত্রা?
- ক 33°C
- খ −273°C
- গ 40°C
- ঘ 0°C
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) −273°C
পরম শূন্য তাপমাত্রা = 0 K = −273°C (সঠিকভাবে −273.15°C)।
সম্পর্ক: K = C + 273
এ তাপমাত্রায় আদর্শ গ্যাসের অণুর গতিশক্তি শূন্য ও আয়তন তাত্ত্বিকভাবে শূন্য ধরা হয়।
চার্লসের সূত্র V ∝ T এবং চাপের সূত্র P ∝ T থেকে লেখচিত্র বর্ধিত করে এ তাপমাত্রা পাওয়া যায়;
তাপগতিবিদ্যার তৃতীয় সূত্র অনুযায়ী পরম শূন্য তাপমাত্রা বাস্তবে অর্জন করা সম্ভব নয়। -
৫৫১
সেন্টিগ্রেড স্কেলে 98.50°F তাপমাত্রার মান কত?
- ক 35.944°C
- খ 45.456°C
- গ 36.544°C
- ঘ 36.944°C
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 36.944°C
এখানে, F = 98.50°F
C = (F − 32) × 59 = (98.5 − 32) × 59 = 66.5 × 59 = 36.944°C -
৫৫২
পরম শূন্য তাপমাত্রা হচ্ছে ঋণাত্মক-
- ক 273.15°C
- খ 273.25°C
- গ 273.45°C
- ঘ 273.35°C
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 273.15°C
পরম শূন্য তাপমাত্রা = 0 K = −273.15°C = −459.67°F; এর নিচে তাপমাত্রা সম্ভব নয়, এখানে আদর্শ গ্যাসের আয়তন ও চাপ তাত্ত্বিকভাবে শূন্য, অণুর গতিশক্তি সর্বনিম্ন।
চার্লসের সূত্র থেকে: Vt = V0(1 + t273.15); t = −273.15°C হলে V = 0, এখান থেকেই পরম শূন্যের ধারণা।
T(K) = t(°C) + 273.15; হিসাবের সুবিধায় প্রায়ই 273 ধরা হয়। কেলভিন স্কেলে ঋণাত্মক তাপমাত্রা নেই। -
৫৫৩
রোধ থার্মোমিটারে কোনটি ব্যবহার করা হয়?
- ক Pt
- খ Al
- গ Cu
- ঘ Ag
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) Pt
রোধ থার্মোমিটারে প্লাটিনাম (Pt) তার ব্যবহৃত হয়; তাপমাত্রার সাথে এর রোধ প্রায় সুষমভাবে বাড়ে (Rt = R0(1 + αt)), গলনাঙ্ক উঁচু (1768°C), রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় ও উচ্চ তাপমাত্রায় জারিত হয় না।
পরিসর প্রায় −200°C থেকে 1200°C, নির্ভুলতা 0.01°C পর্যন্ত; রোধ মাপা হয় হুইটস্টোন ব্রিজ দিয়ে।
Al, Cu, Ag-এর গলনাঙ্ক কম ও জারণ হয় বলে থার্মোমেট্রিক পদার্থ হিসেবে ব্যবহার হয় না।
অন্য থার্মোমেট্রিক ধর্ম: গ্যাসের চাপ (স্থির আয়তন গ্যাস থার্মোমিটার), তাপ-তড়িচ্চালক বল (থার্মোকাপল), পারদের প্রসারণ। -
৫৫৪
সেলসিয়াস ও ফারেনহাইট স্কেলে কোন মানটি একই?
- ক −20°C
- খ 35.5°C
- গ −40°C
- ঘ 0°C
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) −40°C
এখানে, C = F ধরলে
F = 95C + 32 ⇒ C = 95C + 32 ⇒ −45C = 32 ⇒ C = −40
∴ −40°C = −40°F -
৫৫৫
নির্দিষ্ট গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি শুধু নির্ভরশীল-
- ক চাপের উপর
- খ আয়তনের উপর
- গ তাপমাত্রার উপর
- ঘ ঘনত্বের উপর
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) তাপমাত্রার উপর
আদর্শ গ্যাসের অণুগুলোর মধ্যে আন্তঃআণবিক বল নেই, তাই স্থিতিশক্তি শূন্য; অভ্যন্তরীণ শক্তি শুধু অণুগুলোর গতিশক্তির যোগফল, যা কেবল পরম তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে: U = f2 nRT।
তাই সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় dU = 0, আর প্রথম সূত্র dQ = dU + dW থেকে dQ = dW।
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় dQ = 0 ⇒ dU = −dW; স্থির আয়তনে dW = 0 ⇒ dU = nCvdT।
জুলের পরীক্ষা (মুক্ত প্রসারণ): আয়তন ও চাপ বদলালেও আদর্শ গ্যাসের তাপমাত্রা বদলায় না, অর্থাৎ U আয়তন বা চাপ-নিরপেক্ষ। -
৫৫৬
1 J = ?
- ক 0.24 cal
- খ 0.024 cal
- গ 0.12 cal
- ঘ 1.2 cal
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 0.24 cal
এখানে, J = 4.2 Jcal
1 J = 14.2 cal = 0.238 cal ≈ 0.24 cal
(1 cal = 4.2 J, 1 kcal = 4200 J) -
৫৫৭
কার্নো ইঞ্জিনের দক্ষতা-
- ক 80%
- খ 50%
- গ 100%
- ঘ 97%
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 100%
উত্তর-কী অনুযায়ী 100%: আদর্শ কার্নো ইঞ্জিনকে ঘর্ষণহীন, শক্তি অপচয়হীন প্রত্যাগামী ইঞ্জিন ধরে এ উত্তর দেওয়া হয়েছে।
প্রকৃতপক্ষে কার্নো ইঞ্জিনের দক্ষতা η = 1 − T2T1 = 1 − Q2Q1 (T1 = উৎসের, T2 = তাপগ্রাহকের পরম তাপমাত্রা), যা T2 = 0 K না হলে 100% হয় না।
η শুধু দুই তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, কার্যনির্বাহী পদার্থের উপর নয়; দুই নির্দিষ্ট তাপমাত্রার মধ্যে কার্নো ইঞ্জিনই সর্বাধিক দক্ষ।
চক্র: সমোষ্ণ প্রসারণ → রুদ্ধতাপীয় প্রসারণ → সমোষ্ণ সংকোচন → রুদ্ধতাপীয় সংকোচন। -
৫৫৮
একক ভরের তাপমাত্রা 1 ডিগ্রি বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়োজন হয় তাকে কী বলে?
- ক সুপ্ত তাপ
- খ গলন তাপ
- গ আপেক্ষিক তাপ
- ঘ মোলার তাপ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) আপেক্ষিক তাপ
একক ভরের বস্তুর তাপমাত্রা 1 K (বা 1°C) বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপই আপেক্ষিক তাপ: s = QmΔθ, একক J kg−1 K−1, মাত্রা L2T−2Θ−1।
পানির s = 4200 J kg−1 K−1 (সবচেয়ে বেশি); তাপধারণ ক্ষমতা C = ms J/K।
মোলার তাপ: 1 mol পদার্থের তাপমাত্রা 1 K বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপ (J mol−1 K−1); গ্যাসের Cp − Cv = R।
সুপ্ত তাপ: তাপমাত্রা না বদলে অবস্থা বদলাতে একক ভরে প্রয়োজনীয় তাপ J/kg; বরফের গলন তাপ 3.36 × 105 J/kg, পানির বাষ্পীভবন তাপ 2.26 × 106 J/kg। -
৫৫৯
নিচের কোনটি প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য নয়?
- ক এটি একটি ধীর প্রক্রিয়া
- খ এই প্রক্রিয়া চলাকালীন সময় অপচয় শক্তির সৃষ্টি হয় না
- গ কার্যনির্বাহক বস্তু প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে
- ঘ এটি একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) এটি একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া
প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া একটি আদর্শ, অতি ধীর প্রক্রিয়া; স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া সবসময় অপ্রত্যাবর্তী, তাই ঘ প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য নয়।
সংজ্ঞা: যে প্রক্রিয়া বিপরীত দিকে চালালে কার্যনির্বাহক বস্তু ও পরিপার্শ্ব উভয়ই ঠিক আগের অবস্থায় ফিরে আসে।
বৈশিষ্ট্য: প্রতি ধাপে সাম্যাবস্থা, ঘর্ষণ/সান্দ্রতা/তাপ পরিবহনে শক্তি অপচয় নেই, প্রতিটি ধাপ বিপরীতমুখী করা যায়, মোট এনট্রপি অপরিবর্তিত।
স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া (তাপ গরম থেকে ঠান্ডায় প্রবাহ, গ্যাসের মুক্ত প্রসারণ, ঘর্ষণ) অপ্রত্যাবর্তী, এতে মহাবিশ্বের এনট্রপি বাড়ে।
প্রত্যাবর্তীর উদাহরণ: অতি ধীর সমোষ্ণ/রুদ্ধতাপীয় প্রসারণ, কার্নো চক্র, বরফ 0°C-এ ধীরে গলা। -
৫৬০
নির্দিষ্ট ভরের একটি আদর্শ গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি কোন বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে?
- ক ঘনত্ব
- খ আয়তন
- গ চাপ
- ঘ তাপমাত্রা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) তাপমাত্রা
নির্দিষ্ট ভরের আদর্শ গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি কেবল অণুর গতিশক্তি (আন্তঃআণবিক বল নেই বলে বিভবশক্তি শূন্য); U = f2 nRT, তাই এটি কেবল তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, চাপ বা আয়তনের উপর নয়।
তাই আদর্শ গ্যাসের সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় dU = 0, প্রদত্ত তাপ পুরোটাই কাজে রূপান্তরিত হয়: dQ = dW।
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় dQ = 0, তাই dU = −dW; প্রসারণে গ্যাস ঠান্ডা হয়, সংকোচনে গরম হয়।
একপরমাণুক গ্যাসের U = 32 nRT, দ্বিপরমাণুকের U = 52 nRT; dU = nCvdT।
তাপগতিবিদ্যা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।