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 ৩৫/৩৮
-
৬৮১
তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র কোন ধারণার ভিত্তি?
- ক তাপমাত্রা
- খ এনট্রপি
- গ অভ্যন্তরীণ শক্তি
- ঘ ক্ষমতা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) তাপমাত্রা
দুটি বস্তু পৃথকভাবে তৃতীয় একটির সাথে তাপীয় সাম্যে থাকলে তারা পরস্পরের সাথেও সাম্যে থাকে — এ থেকেই তাপমাত্রা রাশিটির সংজ্ঞা আসে।
প্রথম সূত্র অভ্যন্তরীণ শক্তির, দ্বিতীয় সূত্র এনট্রপির ধারণা দেয়।
ফাঁদ: সূত্রগুলোর ক্রম ও বিষয়বস্তু গুলিয়ে ফেলা। -
৬৮২
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় PVγ = ধ্রুব, এখানে γ কী?
- ক CpCv
- খ CvCp
- গ Cp − Cv
- ঘ CpCv
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) CpCv
γ = CpCv — একে আপেক্ষিক তাপের অনুপাত বলে।
এক-পরমাণুক গ্যাসে γ = 1.67, দ্বি-পরমাণুকে 1.40।
ফাঁদ: লব-হর উল্টে ফেলা; γ সর্বদা 1-এর বেশি। -
৬৮৩
কোন প্রক্রিয়ায় সিস্টেম ও পরিবেশের মধ্যে তাপ বিনিময় হয় না?
- ক সমোষ্ণ
- খ রুদ্ধতাপীয়
- গ সমচাপ
- ঘ সমআয়তন
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) রুদ্ধতাপীয়
রুদ্ধতাপীয় (adiabatic) প্রক্রিয়ায় dQ = 0 — তাপ ঢোকেও না, বেরোয়ও না।
এজন্য প্রক্রিয়াটি দ্রুত হতে হয়, বা পাত্রকে তাপ-অন্তরক হতে হয়।
ফাঁদ: সমোষ্ণে তাপমাত্রা স্থির থাকে, কিন্তু তাপ বিনিময় হয়। -
৬৮৪
একটি তাপ ইঞ্জিনে উৎস থেকে 1000 J তাপ নিয়ে 300 J কাজ পাওয়া গেল। দক্ষতা কত?
- ক 30%
- খ 70%
- গ 33%
- ঘ 3%
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 30%
η = WQ1 = 3001000 = 0.3 = 30%
বাকি 700 J সিংকে বর্জিত হয়।
ফাঁদ: W/Q2 = 300/700 ≈ 43% নেওয়া — হরে উৎস থেকে নেওয়া তাপই বসবে। -
৬৮৫
যদি তিন অবস্থায় সিস্টেমটির অন্তস্থ শক্তি যথাক্রমে UA, UB, UC হয় তবে কোনটি সঠিক?- ক UA = UB = UC
- খ UC = UB > UA
- গ UB < UC = UA
- ঘ UA < UC < UB
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) UC = UB > UA
আদর্শ গ্যাসের অন্তস্থ শক্তি কেবল তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে।
চিত্রে B ও C উভয় অবস্থার তাপমাত্রা 80°C, তাই UB = UC।
A থেকে B-তে তাপমাত্রা 20°C থেকে 80°C-এ বাড়ে, তাই UB > UA।
∴ UC = UB > UA -
৬৮৬
প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া একটি —
- ক স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া
- খ দ্রুত প্রক্রিয়া
- গ একমুখী প্রক্রিয়া
- ঘ ধীর প্রক্রিয়া
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) ধীর প্রক্রিয়া
প্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া অত্যন্ত ধীরে ধীরে সংঘটিত হয়, যাতে প্রতিটি মুহূর্তে সিস্টেম পরিবেশের সাথে তাপীয় ও যান্ত্রিক সাম্যাবস্থায় থাকে এবং প্রক্রিয়াটিকে বিপরীত দিকে চালিয়ে সিস্টেম ও পরিবেশকে প্রাথমিক অবস্থায় ফিরিয়ে আনা যায়। স্বতঃস্ফূর্ত, দ্রুত ও একমুখী হওয়া অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য। -
৬৮৭
কার্নো চক্রের চতুর্থ ধাপে কী ঘটে?
- ক সমোষ্ণ প্রসারণ
- খ সমোষ্ণ সংকোচন
- গ রুদ্ধতাপীয় সংকোচন
- ঘ রুদ্ধতাপীয় প্রসারণ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) রুদ্ধতাপীয় সংকোচন
কার্নো চক্রের চারটি ধাপ হলো:
১ম ধাপ — সমোষ্ণ প্রসারণ (উৎস থেকে তাপ গ্রহণ)
২য় ধাপ — রুদ্ধতাপীয় প্রসারণ
৩য় ধাপ — সমোষ্ণ সংকোচন (তাপগ্রাহকে তাপ বর্জন)
৪র্থ ধাপ — রুদ্ধতাপীয় সংকোচন (কার্যনির্বাহক বস্তু প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে)
∴ চতুর্থ ধাপে রুদ্ধতাপীয় সংকোচন ঘটে। -
৬৮৮
তিনটি সিস্টেম তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকলে তাদের নিচের কোন রাশিটি একই হবে?
- ক বিভবশক্তি
- খ অন্তঃস্থ শক্তি
- গ ভর
- ঘ তাপমাত্রা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) তাপমাত্রা
তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র অনুযায়ী তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকা সিস্টেমগুলোর তাপমাত্রা পরস্পর সমান হয়। ভর, অন্তঃস্থ শক্তি বা বিভবশক্তি ভিন্ন ভিন্ন হতে পারে, কিন্তু তাপমাত্রা একই থাকে। -
৬৮৯
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ার ক্ষেত্রে কোনটি সঠিক?
- ক dS = 0
- খ dV = 0
- গ dQ ≠ 0
- ঘ dW = dU
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) dS = 0
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় সিস্টেম ও পরিবেশের মধ্যে তাপের আদান-প্রদান হয় না, অর্থাৎ dQ = 0।
আমরা জানি,
dS = dQT = 0
∴ (প্রত্যাবর্তী) রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন শূন্য।
আবার প্রথম সূত্র dQ = dU + dW থেকে dW = −dU (dW = dU নয়), এবং রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় আয়তন পরিবর্তিত হয় (dV ≠ 0)। -
৬৯০
নিচের কোন প্রক্রিয়ার ক্ষেত্রে dQ = dW হবে?
- ক সমচাপ
- খ সমোষ্ণ
- গ রুদ্ধতাপীয়
- ঘ সমআয়তন
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) সমোষ্ণ
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র: dQ = dU + dW।
সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রা স্থির থাকে বলে আদর্শ গ্যাসের অন্তস্থ শক্তির পরিবর্তন dU = 0।
∴ dQ = dW -
৬৯১
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র কোন দুটির মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে?
- ক তাপ ও কাজ
- খ কাজ ও ক্ষমতা
- গ তাপ ও বল
- ঘ বল ও শক্তি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) তাপ ও কাজ
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র (dQ = dU + dW) সিস্টেমে সরবরাহকৃত তাপ ও সিস্টেম কর্তৃক সম্পাদিত কাজের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে; এটি শক্তির নিত্যতা সূত্রের তাপগতীয় রূপ। -
৬৯২
তাপগতিবদ্যার প্রথম সূত্র কোন দুটির মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে?
- ক তাপ ও কাজ
- খ কাজ ও ক্ষমতা
- গ তাপ ও বল
- ঘ বল ও শক্তি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) তাপ ও কাজ
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র (∆Q=∆U+∆W) মূলত তাপ ও কাজের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে। -
৬৯৩
তাপগতীয় চলক হলো- i. চাপ ii. আয়তন iii. অভ্যন্তরীণ শক্তি 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
চাপ (p), আয়তন (V) ও অভ্যন্তরীণ শক্তি (U) — এই তিনটিই তাপগতীয় অবস্থা-নির্ধারক চলক (state variables)। -
৬৯৪
−10°C তাপমাত্রায় 10 kg বরফকে 0°C তাপমাত্রায় পানিতে পরিণত করতে এনট্রপির পরিবর্তন কত হবে? বরফ গলনের আপেক্ষিক সুপ্ততাপ 80,000 calkg, বরফের আপেক্ষিক তাপ 0.55 Jkg−1K−1, পানির আপেক্ষিক তাপ 4200 Jkg−1K−1
- ক 3.12 kcal K−1
- খ 2.93 kcal K−1
- গ 312 J K−1
- ঘ 0.187 kcal K−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 3.12 kcal K−1
বরফকে −10°C (263 K) থেকে 0°C (273 K)-এ উত্তপ্ত করার এনট্রপি পরিবর্তন: ΔS1 = mc×ln(T2T1)। m=10 kg, c≈0.55 cal g−1K−1 = 550 cal kg−1K−1 ধরে, ΔS1 = 10×550×ln(273263) ≈ 5500×0.0373 ≈ 205.3 calK। 0°C তাপমাত্রায় (273 K) বরফ গলনের এনট্রপি পরিবর্তন: ΔS2 = mLT = (10×80000)273 ≈ 2930.4 calK। মোট এনট্রপি পরিবর্তন, ΔS = ΔS1+ΔS2 ≈ 205.3+2930.4 ≈ 3135.7 calK ≈ 3.14 kcal K−1, যা নিকটতম বিকল্প 3.12 kcal K−1-এর সাথে মিলে যায় (সামান্য গোলনার পার্থক্য)। -
৬৯৫
একটি কার্নো ইঞ্জিন 237°C এবং 139°C তাপমাত্রায় কার্যরত। উচ্চ তাপমাত্রায় এটি 2.54 × 105 J তাপ শোষণ করে, প্রতি সাইকেলে ইঞ্জিনটি কী পরিমাণ কাজ করে?
- ক 50.4 × 104 J
- খ 450 J
- গ 4.8 × 104 J
- ঘ 488 kJ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 4.8 × 104 J
T1 = 237+273 = 510 K, T2 = 139+273 = 412 K। কার্নো দক্ষতা, η = 1 − T2T1 = 1 − 412510 = 98510 ≈ 0.1922 (≈19.22%)। প্রতি সাইকেলে কৃত কাজ, W = η×Q1 = 0.1922 × 2.54×105 J ≈ 4.88×104 J ≈ 4.8×104 J। -
৬৯৬
একটি রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় পরিবেশের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে সিস্টেমের অণুর গতিশক্তি---
- ক বৃদ্ধি পায়
- খ হ্রাস পায়
- গ সমান থাকে
- ঘ বর্গের সমানুপাত বৃদ্ধি পায়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) সমান থাকে
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ার সংজ্ঞা অনুযায়ী সিস্টেমটি তাপীয়ভাবে সম্পূর্ণ বিচ্ছিন্ন থাকে, অর্থাৎ পরিবেশের সাথে কোনো তাপ বিনিময় ঘটে না (dQ = 0)। তাই পরিবেশের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলেও তা সিস্টেমের ভেতরে কোনো প্রভাব ফেলতে পারে না — সিস্টেমের অণুর গতিশক্তি অপরিবর্তিত অর্থাৎ সমান থাকে। -
৬৯৭
রেফ্রিজারেটরের কম্প্রেসারের মধ্যে যে তরল গ্যাস থাকে তার নাম কী?
- ক জিংকেট
- খ ফ্রেয়ন
- গ অক্সিজেন
- ঘ নিয়ন
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ফ্রেয়ন
রেফ্রিজারেটরের কম্প্রেসার ও কুণ্ডলীতে সাধারণত রেফ্রিজারেন্ট হিসেবে ফ্রেয়ন (Freon) গ্যাস ব্যবহৃত হয়, যা সংকোচন-প্রসারণ চক্রের মাধ্যমে তাপ শোষণ ও বর্জন করে শীতলীকরণ ঘটায়। -
৬৯৮
Entropy কীভাবে পরিমাপ নির্দেশ করে?
- ক মোট তাপ
- খ তাপমাত্রা
- গ উভয়ই
- ঘ কোনোটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) উভয়ই
এনট্রপির পরিবর্তন dS = dQT সম্পর্ক দ্বারা সংজ্ঞায়িত হয়, যা একই সাথে বিনিময়কৃত তাপ (dQ) এবং তাপমাত্রা (T) — উভয় রাশির উপরই নির্ভরশীল। অর্থাৎ এনট্রপি এককভাবে শুধু মোট তাপ বা শুধু তাপমাত্রার নয়, বরং তাপ ও তাপমাত্রা উভয়ের অনুপাতের মাধ্যমে পরিমাপ নির্দেশ করে। -
৬৯৯
একটি গাড়ি চলতে চলতে এর টায়ারের ভিতর কোন তাপগতীয় প্রক্রিয়া চলে?
- ক সমোষ্ণ
- খ রুদ্ধতাপীয়
- গ সমআয়তন
- ঘ সমচাপ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) রুদ্ধতাপীয়
গাড়ি চলার সময় টায়ারের ভেতরের বাতাস খুব দ্রুত সংকুচিত ও প্রসারিত হতে থাকে — এই দ্রুততার কারণে পরিবেশের সাথে উল্লেখযোগ্য তাপ বিনিময়ের পর্যাপ্ত সময় পাওয়া যায় না। ফলে প্রক্রিয়াটিকে কার্যত রুদ্ধতাপীয় (adiabatic) ধরা হয়। -
৭০০
নিচের কোন লেখটি একটি আদর্শ গ্যাসের রুদ্ধতাপীয় সম্প্রসারণকে প্রকাশ করে?
- ক ln T বনাম ln P --- ঊর্ধ্বমুখী বক্ররেখা
- খ ln T বনাম ln P --- ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা
- গ ln T বনাম ln P --- মূলবিন্দু দিয়ে ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা
- ঘ ln T বনাম ln P --- নিম্নমুখী সরলরেখা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ln T বনাম ln P --- ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ার সম্পর্ক TP(1−γ)/γ = ধ্রুবক। উভয়পাশে ln নিলে: ln T = ((γ−1)γ) × ln P + ধ্রুবক। যেহেতু γ > 1, তাই ঢাল (γ−1)γ ধনাত্মক — অর্থাৎ ln T বনাম ln P লেখচিত্র একটি ঊর্ধ্বমুখী (ধনাত্মক ঢালবিশিষ্ট) সরলরেখা। তবে সমীকরণে একটি অশূন্য ধ্রুবক পদ থাকায় রেখাটি মূলবিন্দু দিয়ে যাবে — এমন কোনো নিশ্চয়তা নেই। সুতরাং সঠিক বর্ণনা হলো 'ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা' (মূলবিন্দুগামী না হয়েও)।
তাপগতিবিদ্যা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।