পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র • Rajshahi Board • রাজশাহী বোর্ড ২০২১
পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন
200V ও 1000W নিমজ্জক একটি হিটার 15 মিনিটে 2.5 2.57kg পানির তাপমাত্রা 20°C হতে 95°C বৃদ্ধি করতে পারে।
- ক)(1)
তাপ উৎপন্ন সম্পর্কিত জুলের ১ম সূত্রটি বিবৃত করো।
- খ)(2)
শান্টের রোধ শূন্য বা অসীম হয় কিনা? ব্যাখ্যা করো।
- গ)(3)
হিটারটির বৈদ্যুতিক রোধ কত ? নির্ণয় করো।
- ঘ)(4)
গাণিতিক বিশ্লেষণের মাধ্যমে হিটারটির দক্ষতা সম্পর্কে মন্তব্য কর।
উত্তর ও ব্যাখ্যা
- ক)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
জুলের ১ম সূত্র (প্রবাহের সূত্র): পরিবাহীর রোধ (R) এবং প্রবাহকাল (t) অপরিবর্তিত থাকলে পরিবাহীতে উৎপন্ন তাপ (H) তড়িৎ প্রবাহমাত্রার (I) বর্গের সমানুপাতিক। অর্থাৎ, H ∝ I² (যখন R এবং t স্থির)।
- খ)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
শান্টের রোধ শূন্য বা অসীম হতে পারে না। গ্যালভানোমিটারকে উচ্চ তড়িৎ প্রবাহের ক্ষতি থেকে রক্ষা করার জন্য এবং বর্তনীর মূল প্রবাহ পরিমাপের সুবিধার্থে এর সাথে সমান্তরালে একটি স্বল্প মানের রোধ যুক্ত করা হয়, যা শান্ট নামে পরিচিত।
শান্টের রোধ যদি শূন্য হয়, তবে বর্তনীর সমস্ত বিদ্যুৎ শান্টের মধ্য দিয়েই প্রবাহিত হবে এবং গ্যালভানোমিটারের মধ্য দিয়ে কোনো প্রবাহ যাবে না, ফলে গ্যালভানোমিটার কোনো বিক্ষেপ প্রদর্শন করবে না।
আবার, শান্টের রোধ অসীম হলে শান্টের মধ্য দিয়ে কোনো প্রবাহ যাবে না এবং সম্পূর্ণ বিদ্যুৎ গ্যালভানোমিটারের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়ে সেটি নষ্ট হয়ে যেতে পারে। তাই শান্টের রোধ শূন্য বা অসীম না হয়ে একটি নির্দিষ্ট ক্ষুদ্র মানের হতে হয়। - গ)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
এখানে,
হিটারটির বিভব পার্থক্য, V = 200 V
হিটারটির ক্ষমতা, P = 1000 W
হিটারটির বৈদ্যুতিক রোধ, R = ?আমরা জানি,
P = V² / R
বা, R = V² / P
বা, R = (200)² / 1000
বা, R = 40000 / 1000
∴ R = 40 Ωঅতএব, হিটারটির বৈদ্যুতিক রোধ 40 Ω।
- ঘ)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
উদ্দীপক হতে পাই,
হিটারটির ক্ষমতা, P = 1000 W
সময়, t = 15 মিনিট = (15 × 60) s = 900 s
পানির ভর, m = 2.57 kg
তাপমাত্রার পরিবর্তন, Δθ = (95 - 20)°C = 75°C = 75 K
পানির আপেক্ষিক তাপ, s = 4200 J kg⁻¹ K⁻¹হিটার কর্তৃক প্রদত্ত মোট শক্তি (প্রদত্ত কাজ):
W = P × t = 1000 W × 900 s = 9 × 10⁵ Jপানি কর্তৃক শোষিত বা গৃহীত তাপশক্তি (কার্যকর শক্তি):
Q = m × s × Δθ
বা, Q = 2.57 kg × 4200 J kg⁻¹ K⁻¹ × 75 K
বা, Q = 8,09,550 Jহিটারটির কর্মদক্ষতা (η) হবে:
η = (কার্যকর শক্তি / প্রদত্ত মোট শক্তি) × 100%
বা, η = (Q / W) × 100%
বা, η = (8,09,550 / 9,00,000) × 100%
∴ η = 89.95%মন্তব্য: হিটারটির কর্মদক্ষতা 89.95%। অর্থাৎ হিটারটি দ্বারা সরবরাহকৃত মোট বৈদ্যুতিক শক্তির প্রায় 89.95% পানি গরম করার কাজে ব্যবহৃত হয় এবং অবশিষ্ট 10.05% শক্তি তাপ ও অন্যান্য রূপে পরিবেশে অপচয় হয়। হিটারটির কর্মদক্ষতা যথেষ্ট সন্তোষজনক।
আরও প্রশ্ন অনুশীলন করতে অ্যাপে যাও