তাপগতিবিদ্যা নোট অনুধাবন মূলক গুরুত্বপূর্ন প্রশ্নোত্তর এইচএসসি পদার্থবিজ্ঞান পর্ব ২

তাপগতিবিদ্যা (hermodynamies) অনুধাবন মূলক প্রশ্নোত্তর: 
এইচএসসি তাপগতিবিদ্যা গুরুত্বপূর্ন অনুধাবন মূলক প্রশ্নোত্তর তাপগতিবিদ্যার নোট পর্ব ১

« Previous
প্রশ্ন : দেখাও যে, সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় সিস্টেম দ্বারা সম্পাদিত কাজ সিস্টেমে সরবরাহকৃত তাপশক্তির সমান। 
উত্তর : তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র মতে, dQ = dU + dW, সমোষ্ণ প্রক্রিয়ার সিস্টেমে তাপমাত্রার কোন পরিবর্তন ঘটে না। তাই সিস্টেমের অন্তঃস্ত শক্তির কোন পরিবর্তন হয়না। অর্থাৎ dU = 0 হয়। সুতরাং, dQ = dw । 

প্রশ্ন : স্থির চাপে হিনিয়ামের মোলার আপেক্ষিক তাপ 20.9JK^{- 1}mole^-1 বলতে কী বুঝায়? 
উত্তর : স্থির চাপে হিলিয়ামের মোলার আপেক্ষিক তাপ 20.9JK^-1mole^-1  বলতে বুঝায় চাপ স্থির রেখে এক মোল হিলিয়াম গ্যাসের তাপমাত্রা এক কেলভিন বৃদ্ধি করতে 20.9J তাপের প্রয়োজন হয়। 

প্রশ্ন : তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের সীমাবদ্ধতা আলোচনা কর। 
উত্তর : তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের প্রধান সীমাবদ্ধতা হচ্ছে এ সূত্রের সাহায্যে বলা যায়না যে, প্রযুক্ত তাপের শতকরা কত ভাগ কাজে বা কৃত কাজের শতকরা কতভাগ তাপে রূপান্তরিত হতে পারে। 

প্রশ্ন : রূদ্ধতাপীয় সংকোচনে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় কেন? 
উত্তর : রূদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় তাপের কোন আদান প্রদান ঘটেনা কিন্তু গ্যাসের অন্তঃস্থ শক্তির পরিবর্তন ঘটে। রূদ্ধতাপীয় সংকোচনের ক্ষেত্রে গ্যাসের উপর কাজ সম্পাদিত হয়। ফলে গ্যাসের অন্তস্থ শক্তি বৃদ্ধি পায় এবং গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়। ফলে গ্যাসের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। সুতরাং রূদ্ধতাপীয় সংকোচনে গ্যাস গরম হয়। 

প্রশ্ন : রূদ্ধতাপীয় প্রসারণে গ্যাস শীতল হয়—ব্যাখ্যা কর। 
উত্তর : রূদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় তাপের কোন আদান প্রদান ঘটেনা কিন্তু গ্যাসের অন্তঃস্থ শক্তির পরিবর্তন ঘটে। রূদ্ধতাপীয় প্রসারণের ক্ষেত্রে গ্যাসের দ্বারা কাজ সম্পাদিত হয়। ফলে গ্যাসের অন্তস্থ শক্তি হ্রাস পায় এবং গতিশক্তি হ্রাস পায়। ফলে গ্যাসের তাপমাত্রা হ্রাস পায়। সুতরাং রূদ্ধতাপীয় প্রসারণে গ্যাস শীতল হয়। 

প্রশ্ন : রূদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রা কখনো স্থির থাকে না কেন? ব্যাখ্যা কর। 
উত্তর : রূদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় গ্যাসকে হঠাৎ চাপ দিয়ে সংকুচিত করলে কিছু তাপ উৎপন্ন হয়। এই তাপ তাপসারণ না হওয়ায় গ্যাসের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। আবার গ্যাসকে হঠাৎ প্রসারিত হতে দিলে গ্যাস কিছু পরিমাণ কাজ সম্পাদিত হওয়ায় এবং বাইরে থেকে তাপ ভিতরে না আসায় গ্যাসের তাপমাত্রা হ্রাস পায়। সুতরাং বলা যায়, রূদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রা কখনো বৃদ্ধি পায় আবার কখনো হ্রাস পায় অর্থাৎ তাপমাত্রা কখনো স্থির থাকে না। অথবা, তাপ গতিবিদ্যার প্রথম সূত্র হতে আমরা জানি, dQ = du + dW । আবার রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় সিস্টেমে তাপের লেনদেন হয়না বলে dQ = 0 হয়। অতএব,
du + dw = 0
বা, du= -dw 
বা, dU = -PdV। 
কিন্তু আমরা জানি রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় আয়তন স্থির থাকেনা। অর্থাৎ dV ≠ 01 সুতরাং dU ≠ 0 অর্থাৎ সিস্টেমের অন্তস্থ শক্তি স্থির থাকেনা। যেহেতু অন্তস্থ শক্তি স্থির থাকেনা সেহেতু সিস্টেমের তাপমাত্রা স্থির থাকেনা। 

প্রশ্নঃ C_V অপেক্ষা C_P বৃহত্তর কেন? 
উত্তর : আয়তন স্থির রেখে কোন গ্যাসে তাপ প্রয়োগ করা হলে প্রয়োগকৃত তাপের সম্পূর্ণ তাংশই গ্যাসের তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে ব্যয় হয়। কিন্তু চাপ স্থির রেখে কোন গ্যাসে তাপ প্রয়োগ করা হলে প্রয়োগ কৃত তাদের একটা অংশ তাপমাত্রা বৃদ্ধি করে এবং অবশিষ্ট অংশ বাহ্যিক কাজ সম্পাদনে ব্যয় হয়। ফলে সমপরিমান তাপ প্রয়োগে উভয় ক্ষেত্রে তাপমাত্রা সমপরিমান বৃদ্ধি পায়না। তাই স্থির চাপে এক মোল গ্যাসের তাপমাত্রা এক কেলভিন বৃদ্ধি করতে যে পরিমান তাদের প্রয়োজন হয়, স্থির আয়তনে এক মোল গ্যাসের তাপমাত্রা এক কেলভিন বৃদ্ধি করতে সে পরিমান তাদের প্রয়োজন হয়না। তাই C_V অপেক্ষা C_P বৃহত্তর। 

প্রশ্ন : জলপ্রপাতের পাদ বিন্দুর তাপমাত্রা বেশি হয় কেন-ব্যাখ্যা কর। 
উত্তর : জল প্রপাতের পানি উপর হতে নিচে নেমে এলে পানির বিভবশক্তি সম্পূর্ণরূপে তাপশক্তিতে পরিণত হয়। এই উৎপন্ন তাপ সম্পূর্ণরূপে পানি দ্বারা শোষিত হয় ফলে পানির তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। সুতরাং বলা যায় যে, পানি উপর থেকে যতই নিচে পতিত হবে এর তাপমাত্রা ততই বৃদ্ধি পাবে।  

প্রশ্ন: স্থির আয়তনে হিলিয়ামের মোলার আপেক্ষিক তাপ 12.59JK^-1mole^-1 বলতে কী বুঝায়? 
উত্তর : স্থির আয়তনে হিলিয়ামের মোলার আপেক্ষিক তাপ 12.59JK^-1mole^-1 বলতে বুঝায় আয়তন স্থির রেখে এক মোল হিলিয়াম গ্যাসের তাপমাত্রা এক কেলভিন বৃদ্ধি করতে 12.59J তাপের প্রয়োজন হয়।  

প্রশ্নঃ γ - এর গুরুত্ব বর্ণনা কর। 
উত্তর : স্থির চাপে মোলার আপেক্ষিক তাপ ও স্থির অয়িতনে মৌলরি তাপের অনুপাতকে γ দ্বারা সূচিত করা হয়। 
 অর্থাৎ  γ=cp/cv
বিভিন্ন গ্যাসের জন্য γ এর মান বিভিন্ন রকম হয়। যেমন: 
একপারমানবিক গ্যাসের ক্ষেত্রে, γ = 1.67
দ্বি-পারমানবিক গ্যাসের ক্ষেত্রে, γ = 1.40
বহুপারমানবিক গ্যাসের ক্ষেত্রে, γ = 1.33
বিভিন্ন কারনে y বেশ গুরুত্বপূর্ণ। নিম্নে এর কয়েকটি উল্লেখ করা হল।
১.γ -এর মান থেকে গ্যাসের আনবিক গঠন সম্পর্কে জানা যায়। যেমন γ = 1.40 হলে আমরা বুঝতে পারি গ্যাসটি দ্বি-পারমানবিক।
২. গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ γ − এর উপর নির্ভর করে।  যেমন কোন গ্যাসীর মাধ্যমে শব্দের বেগ,
৩. রুদ্ধতাপীয় পরিবর্তনের ক্ষেত্রে চাপ, আয়তন ও তাপমাত্রার সম্পর্ক γ এর উপর নির্ভর করে। যেমন, PV^γ = ধ্রুবক।

প্রশ্নঃ গ্যাস প্রসারণে সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় কৃত কাজ সমচাপ প্রক্রিয়ায় কৃত কাজ অপেক্ষা বৃহত্তর-ব্যাখ্যা কর।
উত্তর : তাপ গতিবিদ্যার প্রথম সূত্রানুসারে আমরা জানি, dQ = dU + dW বা, dQ = C_VdT + dW । কিন্তু সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় dT = 0 অতএব, dQ = dW অর্থাৎ সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় সিস্টেমে সরবরাহকৃত তাপের পুরোটাই কাজে রূপান্তরিত হয়। সরবরাহকৃত তাপের কোনো অংশই তাপমাত্রা বৃদ্ধি বা অন্তস্থ শক্তি বৃদ্ধিতে ব্যয় হয়না। পক্ষান্তরে সাচাপ প্রক্রিয়ায় dT≠ 0। অর্থাৎ সরবরাহকৃত তাপের একটা অংশ তাপমাত্রা বৃদ্ধি বা তন্তস্থ শক্তি বৃদ্ধিতে ব্যয় হয়। যার কারণে কৃত কাজের পরিমাণ সরবরাহকৃত তাপের থেকে কম হয়। অতএব, গ্যাস প্রসারণে সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় কৃত কাজ সমচাপ পক্রিয়ায় কৃত কাজ তাপেক্ষা বৃহত্তর হয়।

প্রশ্ন : গ্যাসের দুটি আপেক্ষিক তাপ থাকে কেন—ব্যাখ্যা কর। 
উত্তর: কঠিন ও তরল পদার্থের ক্ষেত্রে তাপ প্রয়োগ করলে ঢাপ ও আয়তনের পরিবর্তন অতি নগণ্য হয়। অপরদিকে গ্যাসীয় পদার্থের ক্ষেত্রে তাপ প্রয়োগ করলে চাপ ও অগ্নিতনের পরিবর্তন খুব বেশি হয়। তাই গ্যাসীয় পদার্থের ক্ষেত্রে চাপ ও আয়তনের যে কোন একটিকে স্থির রেখে অপরটির পরিবর্তন বিবেচনায় এনে আপেক্ষিক তাপ নির্ণয় করতে হয়। এই জন্য গ্যাসের ক্ষেত্রে দুটি আপেক্ষিক তাপ থাকে।


Next »