.png)
তাপগতিবিদ্যার (Thermodynamics) সম্ভাব্য অনুধাবনমূলক প্রশ্ন ও নমুনা উত্তর।
তাপগতিবিদ্যার (Thermodynamics) সম্ভাব্য অনুধাবনমূলক প্রশ্ন ও নমুনা উত্তর।
তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র হতে কীভাবে তাপমাত্রার ধারণা পাওয়া যায়- ব্যাখ্যা কর।
চলে এসেছে এইচএসিস পরীক্ষার সর্বোচ্চ প্রস্তুতি নিশ্চিত করতে HSC 25 অনলাইন ব্যাচউত্তরঃ তাপগতিবিদ্যার শূন্যতম সূত্র অনুযায়ী দুটি বস্তু যদি তৃতীয় কোনো বস্তুর সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকে তবে প্রথমোক্ত বস্তুদ্বয় পরস্পরের সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকবে। এখানে তাপীয় সাম্যাবস্থা বলতে এমন একটি অবস্থাকে বুঝানো হয়েছে যখন এদের মধ্যে কোনো তাপীয় আদান প্রদান হয় না। এর থেকে ধারণা করা যায় বস্তুসমূহের মধ্যে কোনো একটি ভৌত পরিমাপ বিদ্যমান, যা সমান হলে বস্তুসমূহ তাপীয় আদান-প্রদান করে না। এই ভৌত পরিমাপটিই হলো তাপমাত্রা, যার ধারণা শূন্যতম সূত্র হতে এসেছে।
প্রকৃতিতে স্বাভাবিক নিয়মে সংঘটিত সকল তাপগতীয় প্রক্রিয়াই অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া- ব্যাখ্যা কর।
উত্তরঃ যে প্রক্রিয়ায় সম্মুখবর্তী-বিপরীতমুখী প্রতি স্তরে তাপ ও কাজের ফলাফল সমান ও বিপরীত হয় না তাকে অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া বলে। স্বতঃস্ফূর্ত পরিবর্তনগুলো সর্বদা একটি নির্দিষ্ট দিকে পরিচালিত হয়। যেমন, তাপ উচ্চ তাপমাত্রা থেকে নিম্ন তাপমাত্রার দিকে সঞ্চালিত হয়। এ ঘটনাটি স্বাভাবিকভাবে বিপরীত দিকে প্রত্যাবর্তন করে আদি অবস্থায় যায় না। তাই স্বাভাবিক নিয়মে সকল তাপগতীয় প্রক্রিয়া অপ্রত্যাবর্তী।
রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় পাত্রের দেওয়াল অপরিবাহী রাখা হয় কেন?
উত্তরঃ যে প্রক্রিয়ায় সিস্টেম তাপ গ্রহণ অথবা তাপ বর্জন করে না তাকে রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়া বলে অর্থাৎ রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় কোনো তাপ বাহির হতে সরবরাহ করা হয় না বা অপসারণ করা হয় না। রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তনে পাত্রের দেওয়াল অপরিবাহী রাখা হয় যাতে বাইরের সাথে তাপ আদান-প্রদানের কোনো সুযোগ না থাকে।
কীভাবে ইঞ্জিনের দক্ষতা বৃদ্ধি করা যায়? ব্যাখ্যা কর।
উত্তরঃ আমরা জানি, ইঞ্জিনের দক্ষতা, η = (1-T₂/T₁) × 100%
যেখানে, T₂ = নিম্ন তাপধারের তাপমাত্রা
T₁ = উচ্চ তাপধারের তাপমাত্রা
এখন T₂/T₁ এর অনুপাত 1 থেকে যত ছোট হবে η অর্থাৎ দক্ষতা তত বেশি হবে বা T₂/T₁<1 = T₂ <T₁
অর্থাৎ নিম্ন তাপধারের তাপমাত্রা কমিয়ে বা উচ্চ তাপধারের তাপমাত্রা বাড়িয়ে অথবা উভয় প্রয়োগ করে দক্ষতা বাড়ানো যায়।
সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় dW = dQ কেন? ব্যাখ্যা কর।
উত্তরঃ সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রা স্থির থাকে। ফলে অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন (du) শূন্য।
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র হতে, dQdU+ dW; সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় dU = 0 dQ = dW
P-V লেখচিত্রে রুদ্ধতাপীয় রেখাকে সম-এনট্রপি রেখা বলা হয় কেন?
উত্তরঃ আমরা জানি, এনট্রপি পরিবর্তন dS = dQ/T যেখানে, dQ হচ্ছে তাপের পরিবর্তন এবং T হচ্ছে তাপমাত্রা। রুদ্ধতাপী প্রক্রিয়ায় তাপের আদান-প্রদান শূন্য, তাই dQ = 0। তাই এনট্রপির পরিবর্তনও শূন্য অর্থাৎ এ প্রক্রিয়ায় এনট্রপি ধ্রুবক থাকে। তা P-V লেখচিত্রে রুদ্ধতাপীয় রেখাকে সম-এনট্রপি রেখা বলা হয়।
রুদ্ধতাপীয় প্রসারণে সিস্টেম শীতল হয়-ব্যাখ্যা কর।
উত্তরঃ তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র হতে, dQ = dU+ dW; রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায়, dQ = 0
রুদ্ধতাপীয় প্রসারণের ক্ষেত্রে সিস্টেম কাজ করায় dW ধনাত্মক। সুতরাং, dU = -dW; du ঋণাত্মক। অভ্যন্তরীণ শক্তির হ্রাস মূলত তাপমাত্রা হ্রাস পেলে ঘটে। অর্থাৎ রুদ্ধতাপীয় প্রসারণে সিস্টেম শীতল হয়।
কার্নো ইঞ্জিনকে প্রত্যাগামী ইঞ্জিন বলা হয় কেন?
উত্তরঃ প্রত্যাগামী প্রক্রিয়া বিপরীতমুখী হয়ে প্রত্যাবর্তন করে আদি অবস্থায় ফেরত আসতে পারে। প্রত্যাগামী প্রক্রিয়া সম্পন্ন কা পূর্বশর্ত হচ্ছে কোনো তাপশক্তি অপচয় বা ক্ষয় হওয়া যাবে না। কার্নো চক্রে ঘর্ষণহীন পিস্টন ও সিলিন্ডার ব্যবহৃত হয়। কার্যা পদার্থের উপর প্রযুক্ত প্রক্রিয়াগুলো খুব ধীরে সংঘটিত হয় এবং পিস্টন ও সিলিন্ডারে আদর্শ তাপ সুপরিবাহী ও তাপ অল ব্যবহৃত হয়।
আরো পড়ুনঃ তাপগতিবিদ্যা অনুধাবনমূলক প্রশ্ন সমূহ
তাপ উৎস ও তাপগ্রাহকের উপাদান এমন অতি উচ্চ তাপগ্রাহিতাযুক্ত করা হয় যে, সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় প্রকৃতপা তাপমাত্রা স্থির থাকে। তাই একটি চক্র শেষে সিস্টেম ও পরিপার্শ্বের কোনোরূপ নিট পরিবর্তন না করেই উভয়েই প্রাথমিক অ ফিরে যেতে পারে। তাই কার্নো ইঞ্জিনকে প্রত্যাগামী ইঞ্জিন বলা হয়।
বডি-স্প্রে ব্যবহারের সময় ঠান্ডা অনুভূত হয় কেন? ব্যাখ্যা কর।
উত্তরঃ বডি-স্প্রের নল দিয়ে স্প্রে বের হওয়ার সময় খুব কম সময়ে এর স্প্রের উপর প্রযুক্ত চাপের মান খুব দ্রুত কমে যায়। এ প্রক্রিয়াটি মূলত রুদ্ধতাপীয় প্রসারণ প্রক্রিয়ার ন্যায়। এর ফলে স্প্রের আয়তন সম্প্রসারণজনিত শক্তি স্প্রের অন্তঃস্থ শক্তি হতে আসে। ফলে স্প্রের অন্তঃস্থ শক্তি কমে যায়, ফলে তাপমাত্রাও কমে যায়। এ কারণে বডি-স্প্রে ব্যবহারে সময় ঠান্ডা অনুভূত হয়।
তাপের পরিবহন অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া কেন? ব্যাখ্যা কর।
উত্তরঃ যে প্রক্রিয়া সম্মুখগামী হয়ে প্রত্যাবর্তন করে না তাকে অপ্রত্যাবর্তী প্রক্রিয়া বলে। তাপ সর্বদা উচ্চ তাপমাত্রার বস্তু হতে নিম্ন তাপমাত্রার বস্তুর দিকে গমন করলেও কখনো নিম্ন তাপমাত্রার বস্তু হতে উচ্চ তাপমাত্রার বস্তুর দিকে গমন করে না। ফলে তাপ পরিবহন সর্বদা অপ্রত্যাবর্তী।
রূদ্ধতাপীয় সংকোচনে সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি পায় কেন?
উত্তরঃ রুদ্ধতাপীয় প্রসারণের সময় সিস্টেম কর্তৃক সম্পাদিত কাজ সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি দ্বারা সম্পাদিত হয় বলে সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি তথা তাপমাত্রা হ্রাস পায়। কিন্তু রুদ্ধতাপীয় সংকোচনের সময় বাইরে থেকে শক্তি সরবরাহ করে সিস্টেমের ওপর কাজ সম্পাদিত হয় বলে সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি পায়। ফলে সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রাও বৃদ্ধি পায়।
গ্যাসের মোলার আপেক্ষিক তাপ 20.8 J mole-1K-¹ বলতে কী বোঝায়?
উত্তরঃ গ্যাসের মোলার আপেক্ষিক তাপ 20.8 Jmole-¹K-¹ বলতে বোঝায় এক মোল গ্যাসের তাপমাত্রা এক কেলভিন বৃদ্ধি করতে 20.8J তাপের প্রয়োজন।
ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটারের 0°F থেকে দাগ কাটা থাকে না কেন? ব্যাখ্যা কর।
উত্তরঃ ক্লিনিক্যাল বা ডাক্তারি থার্মোমিটার যা মানবদেহের তাপমাত্রা বা জ্বর পরিমাপের জন্য ব্যবহার করা হয়। এটি সাধারণত ফারেনহাইট স্কেলে দাগাঙ্কিত থাকে। মানবদেহের তাপমাত্রা 95°F থেকে 110°F এর মধ্যে থাকে বলে, এই থার্মোমিটারের গায়ে সাধারণত 95°F থেকে 110°F দাগ কাটা থাকে। O°F থেকে দাগ কাটা থাকে না।
কার্নো ইঞ্জিনের দক্ষতা 100% হওয়া সম্ভব নয় কেন?
উত্তরঃ কার্নো ইঞ্জিনের দক্ষতা, η = 1- T₂/T₁ = (T₁-T₂) / T₁। এই সমীকরণে T₁ > (T₁ - T₂) থেকে দেখা যায় কার্নো ইঞ্জিনের দক্ষতা শুধুমাত্র উৎস ও তাপগ্রাহকের তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। উৎস ও তাপগ্রাহকের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য যত বেশি হবো দক্ষতাও তত বৃদ্ধি পাবে। এখন η = 100% হতে পারে যদি T₂ = 0 হয়। অর্থাৎ পরম শূন্য তাপমাত্রায় এটি সম্ভব। কিন্তু কোনো বস্তুর তাপমাত্রাকে কখনই 0 K-এ নামানো যায় না। ফলে কার্নো ইঞ্জিনও 100% দক্ষ হতে পারে না।
প্রত্যাগামী প্রক্রিয়ায় এনট্রপি স্থির থাকে কেন?
উত্তরঃ কার্নো চক্র থেকে দেখা যায় যে, AB ও CD দুটি সমোফ সম্প্রসারণ ও সংকোচন রেখা। অন্যদিকে BC ও DA দুটি রুদ্ধতাপীয় সম্প্রসারণ ও সংকোচন রেখা বলে তাপের কোনো পরিবর্তন হয় না।
AB সমোষ্ণ রেখা বরাবর এনট্রপির পরিবর্তন, = Q/T₁
CD সমোষ্ণ রেখা বরাবর এনট্রপির পরিবর্তন, =
কার্যনির্বাহক বস্তুর মোট এনট্রপির পরিবর্তন =
কিন্তু কার্নো চক্রে == মোট এনট্রপির পরিবর্তন, ds=-=0
তাই প্রত্যাগামী বা প্রত্যাবর্তী চক্রে এনট্রপি স্থির থাকে।
গ্যাস প্রসারণে সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় কৃতকাজ সমচাপ প্রক্রিয়ায় কৃতকাজ অপেক্ষা বৃহত্তর কেন?
উত্তরঃ সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় সিস্টেমের তাপমাত্রা স্থির থাকে বলে অন্তঃস্থ শক্তির কোনো পরিবর্তন হয় না।সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় du = 0; সুতরাং তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রানুযায়ী dQ = 0 + dW = dW। অর্থাৎ সরবরাহকৃত তাপশ সম্পূর্ণরূপে কাজ সম্পাদনে ব্যয় হয়। অন্যদিকে, সমচাপ প্রক্রিয়ায় কিছু তাপশক্তি অন্তঃস্থ শক্তি বৃদ্ধি করতে ব্যয় হয়। ফ কৃতকাজের পরিমাণ কম হয়।