পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র • Dhaka Board • ঢাকা বোর্ড ২০২২

পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন

0∘C 0^{\circ} \mathrm{C} তাপমাত্রার 0.07 kg 0.07 \mathrm{~kg} বরফকে একটি নিদিষ্ট উচ্চতা থেকে ফেলে দেয়া হলো। এতে বিভব শক্তির 55% 55 % তাপে রূপান্তরিত হলো এবং এই তাপ 5∘C 5^{\circ} \mathrm{C} এ উন্নীত হলো। দেয়া আছে, বরফ গলনের আপেক্ষিক সুপ্ততাপ 3.36×105 J kg−13.36 \times 10^{5} \mathrm{~J} \mathrm{~kg}^{-1} এবং পানির আপেক্ষিক তাপ 4200Jkg−1 K−1 4200 \mathrm{Jkg}^{-1} \mathrm{~K}^{-1} ।

  1. ক)

    তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি বিবৃত করো।

    (1)
  2. খ)

    সম আয়তন প্রক্রিয়ায় কাজ শূন্য কেন? ব্যাখ্যা করো।

    (2)
  3. গ)

    বরফ খণ্ডটি কত উচ্চতা থেকে ফেলা হয়েছিল?

    (3)
  4. ঘ)

    বরফ গলন এবং বরফগলা পানির তাপমাত্রা বৃদ্ধি কোন ক্ষেত্রে পরিবেশের উপর অধিক প্রভাব পড়বে? এনট্রপির আলোকে ব্যাখ্যা কর।

    (4)

উত্তর ও ব্যাখ্যা

  1. ক)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    ক্লাসিয়াসের বিবৃতি অনুসারে: "বাইরের কোনো শক্তির সাহায্য ছাড়া কোনো স্বয়ংক্রিয় যন্ত্রের পক্ষে নিম্ন তাপমাত্রার কোনো বস্তু হতে উচ্চ তাপমাত্রার কোনো বস্তুতে তাপ স্থানান্তর করা সম্ভব নয়।"
    (অথবা, কেলভিনের বিবৃতি: কোনো বস্তুকে তার চারপাশের শীতলতম অংশ হতে অধিকতর শীতল করে অবিরাম শক্তির যোগান পাওয়া সম্ভব নয়।)

  2. খ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    তাপগতিবিদ্যায় কৃতকাজ হলো আয়তনের পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত, যা সমীকরণ dW=P⋅dVdW = P \cdot dV দ্বারা প্রকাশিত হয় (যেখানে PP হলো চাপ এবং dVdV হলো আয়তনের পরিবর্তন)।

    সম-আয়তন প্রক্রিয়ায় সিস্টেমের আয়তন সর্বদা ধ্রুব থাকে, অর্থাৎ আয়তনের পরিবর্তন dV=0dV = 0। ফলে কৃতকাজের মান হয় W=∫P dV=0W = \int P \, dV = 0। সুতরাং, আয়তনের কোনো পরিবর্তন না হওয়ায় সম-আয়তন প্রক্রিয়ায় কৃতকাজ শূন্য হয়।

  3. গ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    এখানে,
    বরফের ভর, m=0.07 kgm = 0.07\text{ kg}
    প্রাথমিক তাপমাত্রা, T1=0∘CT_1 = 0^\circ\text{C}
    চূড়ান্ত তাপমাত্রা, T2=5∘CT_2 = 5^\circ\text{C}
    তাপমাত্রার পরিবর্তন, ΔT=5∘C=5 K\Delta T = 5^\circ\text{C} = 5\text{ K}
    বরফ গলনের আপেক্ষিক সুপ্ততাপ, Lf=3.36×105 J kg−1L_f = 3.36 \times 10^5\text{ J kg}^{-1}
    পানির আপেক্ষিক তাপ, s=4200 J kg−1 K−1s = 4200\text{ J kg}^{-1}\text{ K}^{-1}
    অভিকর্ষজ ত্বরণ, g=9.8 ms−2g = 9.8\text{ ms}^{-2}

    0∘C0^\circ\text{C} এর বরফ গলে 5∘C5^\circ\text{C} এর পানিতে পরিণত হতে প্রয়োজনীয় মোট তাপ:
    Q=Q1+Q2Q = Q_1 + Q_2
    এখানে,
    0∘C0^\circ\text{C} এর বরফ গলতে প্রয়োজনীয় তাপ, Q1=mLf=0.07×3.36×105=23520 JQ_1 = m L_f = 0.07 \times 3.36 \times 10^5 = 23520\text{ J}
    0∘C0^\circ\text{C} এর পানিকে 5∘C5^\circ\text{C} এ উন্নীত করতে তাপ, Q2=msΔT=0.07×4200×5=1470 JQ_2 = m s \Delta T = 0.07 \times 4200 \times 5 = 1470\text{ J}
    মোট তাপ, Q=23520+1470=24990 JQ = 23520 + 1470 = 24990\text{ J}

    ধরি, বরফখণ্ডটি hh উচ্চতা থেকে ফেলা হয়েছিল।
    উচ্চতা hh এ বরফের বিভব শক্তি, Ep=mghE_p = mgh
    শর্তমতে, বিভব শক্তির 55%55\% তাপে রূপান্তরিত হয়:
    55%×Ep=Q55\% \times E_p = Q
    ⇒0.55×mgh=24990\Rightarrow 0.55 \times mgh = 24990
    ⇒0.55×0.07×9.8×h=24990\Rightarrow 0.55 \times 0.07 \times 9.8 \times h = 24990
    ⇒0.3773×h=24990\Rightarrow 0.3773 \times h = 24990
    ⇒h=249900.3773≈66233.77 m\Rightarrow h = \frac{24990}{0.3773} \approx 66233.77\text{ m}

    অতএব, বরফখণ্ডটি প্রায় 66233.77 m66233.77\text{ m} (বা 66.23 km66.23\text{ km}) উচ্চতা থেকে ফেলা হয়েছিল।

  4. ঘ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    যে প্রক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন বেশি ঘটে, সে প্রক্রিয়ায় পরিবেশের উপর প্রভাব অধিক পড়ে।

    ১. বরফ গলনের ক্ষেত্রে এনট্রপির পরিবর্তন:
    বরফ গলন প্রক্রিয়াটি স্থির তাপমাত্রা T1=0∘C=273.15 KT_1 = 0^\circ\text{C} = 273.15\text{ K} (বা 273 K273\text{ K}) এ ঘটে।
    বরফ গলতে প্রয়োজনীয় তাপ, Q1=mLf=0.07×3.36×105=23520 JQ_1 = m L_f = 0.07 \times 3.36 \times 10^5 = 23520\text{ J}
    অতএব, বরফ গলনের ক্ষেত্রে এনট্রপির পরিবর্তন:
    ΔS1=Q1T1=23520273≈86.15 J K−1\Delta S_1 = \frac{Q_1}{T_1} = \frac{23520}{273} \approx 86.15\text{ J K}^{-1}

    ২. বরফগলা পানির তাপমাত্রা 0∘C0^\circ\text{C} (T1=273 KT_1 = 273\text{ K}) হতে 5∘C5^\circ\text{C} (T2=278 KT_2 = 278\text{ K}) এ বৃদ্ধির ক্ষেত্রে এনট্রপির পরিবর্তন:
    ΔS2=msln⁡(T2T1)=0.07×4200×ln⁡(278273)\Delta S_2 = m s \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right) = 0.07 \times 4200 \times \ln\left(\frac{278}{273}\right)
    ⇒ΔS2=294×ln⁡(1.018315)=294×0.01815≈5.34 J K−1\Rightarrow \Delta S_2 = 294 \times \ln(1.018315) = 294 \times 0.01815 \approx 5.34\text{ J K}^{-1}

    তুলনা করে দেখা যায় যে, ΔS1>ΔS2\Delta S_1 > \Delta S_2, অর্থাৎ বরফ গলনের ক্ষেত্রে এনট্রপির বৃদ্ধি বরফগলা পানির তাপমাত্রা বৃদ্ধির তুলনায় অনেক বেশি (86.15 J K−1>5.34 J K−186.15\text{ J K}^{-1} > 5.34\text{ J K}^{-1})।

    যেহেতু বরফ গলন প্রক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন বহুগুণ বেশি, সেহেতু পরিবেশের বিশৃঙ্খলা বা পরিবর্তনের মাত্রা এ ক্ষেত্রেই সর্বাধিক। অতএব, এনট্রপির পরিবর্তনের আলোকে বরফ গলনের ক্ষেত্রে পরিবেশের উপর অধিক প্রভাব পড়বে।

আরও প্রশ্ন অনুশীলন করতে অ্যাপে যাও

অ্যাপ ডাউনলোড করোওয়েবে খুলো

সম্পর্কিত প্রশ্ন