পদার্থ বিজ্ঞান ১ম পত্র • Dinajpur Board • দিনাজপুর বোর্ড ২০১৭

পদার্থ বিজ্ঞান ১ম পত্র প্রশ্ন

একটি গ্যাস সিলিন্ডারের আয়তন 1.5 m3 1.5 \mathrm{~m}^{3} । সিলিন্ডারটিতে 27∘C 27^{\circ} \mathrm{C} তাপমাত্রায় কোনো গ্যাসের 30×1025 30 \times 10^{25} টি অণু আবদ্ধ আছে।গ্যাসের অণুর ব্যাস 25×10−10 m 25 \times 10^{-10} \mathrm{~m} । পরবর্তীতে উক্ত গ্যাসপূর্ণ সিলিন্ডারটি সমআয়তনের অপর একটি খালি সিলিন্ডারের সাথে যুক্ত করা হল।

  1. ক)

    আদর্শ গ্যাস কী?

    (1)
  2. খ)

    গ্যাসের গতিতত্ত্ব বয়েলের সূত্রকে সমর্থন করে- ব্যাখ্যা কর।

    (2)
  3. গ)

    সিলিন্ডারে আবদ্ধ গ্যাসের গতিশক্তি নির্ণয় কর।

    (3)
  4. ঘ)

    খালি সিলিন্ডার যুক্ত করায় গ্যাসের অণুর গড় মুক্ত পথের পরিবর্তন হবে কিনা-গাণিতিক বিশ্লেষণপূর্বক মতামত দাও।

    (4)

উত্তর ও ব্যাখ্যা

  1. ক)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    যেসব গ্যাস সকল তাপমাত্রা ও চাপে গ্যাস সম্পর্কিত মৌলিক সূত্রসমূহ (বয়েলের সূত্র, চার্লসের সূত্র ও অ্যাভোগাড্রোর সূত্র) এবং অবস্থার সমীকরণ (PV = nRT) পুরোপুরি মেনে চলে, সেগুলোকে আদর্শ গ্যাস বলে।

  2. খ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    গ্যাসের গতিতত্ত্ব অনুসারে চাপের সমীকরণ হলো:
    P=13mNc2VP = \frac{1}{3} \frac{m N c^2}{V}
    বা, PV=23(12mNc2)=23EkPV = \frac{2}{3} \left( \frac{1}{2} m N c^2 \right) = \frac{2}{3} E_k
    যেখানে, EkE_k হলো গ্যাসের মোট গতিশক্তি।
    আবার গতিতত্ত্বের স্বীকার্যানুযায়ী, গ্যাসের অণুগুলোর মোট গতিশক্তি তার পরম তাপমাত্রার (TT) সমানুপাতিক।
    অতএব, স্থির তাপমাত্রায় মোট গতিশক্তি EkE_k ধ্রুব থাকে। ফলে সমীকরণের ডানপক্ষ 23Ek\frac{2}{3} E_k একটি ধ্রুবক হয়।
    সুতরাং, স্থির তাপমাত্রায় PV=ধ্রুবকPV = \text{ধ্রুবক}, যা বয়েলের সূত্র নির্দেশ করে।
    অতএব, গ্যাসের গতিতত্ত্ব বয়েলের সূত্রকে সমর্থন করে।

  3. গ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    এখানে,
    মোট অণুর সংখ্যা, N=30×1025N = 30 \times 10^{25}
    তাপমাত্রা, T=27∘C=(27+273) K=300 KT = 27^\circ\text{C} = (27 + 273)\text{ K} = 300\text{ K}
    বোল্টজম্যান ধ্রুবক, kB=1.38×10−23 J/Kk_B = 1.38 \times 10^{-23}\text{ J/K}

    আমরা জানি, একটি অণুর গড় গতিশক্তি =32kBT= \frac{3}{2} k_B T
    সুতরাং, সিলিন্ডারে আবদ্ধ গ্যাসের মোট গতিশক্তি,
    Ek=N×32kBTE_k = N \times \frac{3}{2} k_B T
    Ek=30×1025×32×1.38×10−23×300E_k = 30 \times 10^{25} \times \frac{3}{2} \times 1.38 \times 10^{-23} \times 300
    Ek=1.863×106 JE_k = 1.863 \times 10^6\text{ J}

    উত্তর: সিলিন্ডারে আবদ্ধ গ্যাসের গতিশক্তি 1.863×106 J1.863 \times 10^6\text{ J}।

  4. ঘ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    উদ্দীপক অনুসারে,
    প্রথম ক্ষেত্রে আয়তন, V1=1.5 m3V_1 = 1.5\text{ m}^3
    অণুর সংখ্যা, N=30×1025N = 30 \times 10^{25}
    অণুর ব্যাস, σ=25×10−10 m\sigma = 25 \times 10^{-10}\text{ m}

    প্রতি একক আয়তনে অণুর সংখ্যা, n1=NV1=30×10251.5=2×1026 m−3n_1 = \frac{N}{V_1} = \frac{30 \times 10^{25}}{1.5} = 2 \times 10^{26}\text{ m}^{-3}

    ক্লসিয়াসের সমীকরণ অনুসারে গড় মুক্ত পথ,
    λ1=1πσ2n1\lambda_1 = \frac{1}{\pi \sigma^2 n_1}
    λ1=1π×(25×10−10)2×2×1026\lambda_1 = \frac{1}{\pi \times (25 \times 10^{-10})^2 \times 2 \times 10^{26}}
    λ1=13.1416×6.25×10−17×2×1026≈2.546×10−11 m\lambda_1 = \frac{1}{3.1416 \times 6.25 \times 10^{-17} \times 2 \times 10^{26}} \approx 2.546 \times 10^{-11}\text{ m}
    (অথবা ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণ λ=12πσ2n\lambda = \frac{1}{\sqrt{2} \pi \sigma^2 n} ব্যবহার করলে, λ1≈1.80×10−11 m\lambda_1 \approx 1.80 \times 10^{-11}\text{ m})

    সমআয়তনের খালি সিলিন্ডার যুক্ত করায় মোট আয়তন হয়,
    V2=V1+V1=1.5+1.5=3.0 m3V_2 = V_1 + V_1 = 1.5 + 1.5 = 3.0\text{ m}^3

    দ্বিতীয় ক্ষেত্রে প্রতি একক আয়তনে অণুর সংখ্যা,
    n2=NV2=30×10253.0=1×1026 m−3n_2 = \frac{N}{V_2} = \frac{30 \times 10^{25}}{3.0} = 1 \times 10^{26}\text{ m}^{-3}
    যেহেতু n2=n12n_2 = \frac{n_1}{2},
    তাই নতুন গড় মুক্ত পথ,
    λ2=1πσ2n2=1πσ2(n1/2)=2λ1\lambda_2 = \frac{1}{\pi \sigma^2 n_2} = \frac{1}{\pi \sigma^2 (n_1/2)} = 2 \lambda_1
    λ2=2×2.546×10−11 m=5.092×10−11 m\lambda_2 = 2 \times 2.546 \times 10^{-11}\text{ m} = 5.092 \times 10^{-11}\text{ m}

    অতএব, খালি সিলিন্ডার যুক্ত করায় আয়তন দ্বিগুণ হওয়ায় অণুর ঘনত্ব অর্ধেকে নেমে আসে, ফলে গ্যাসের অণুর গড় মুক্ত পথ বৃদ্ধি পেয়ে পূর্বের দ্বিগুণ হবে।

আরও প্রশ্ন অনুশীলন করতে অ্যাপে যাও

সম্পর্কিত প্রশ্ন