পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র • Jashore Board • যশোর বোর্ড ২০২১
পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন
ইঞ্জিন | তাপ উৎসের তাপমাত্রা | তাপগ্রাহকের তাপমাত্রা | কার্যকর বস্তুর ভর | জ্বালানির আপেক্ষিক তাপ
A | 327°C | -13°C | 0.8 kg | 1980 J kg−1K−11980\ J\ kg^{-1}K^{-1}
B | 627°C | 127°C | 1.2 kg | 1230 J kg−1K−11230\ J\ kg^{-1}K^{-1}
- ক)(1)
তাপীয় সমতা কী?
- খ)(2)
সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় গ্যাস দ্বারা সম্পাদিত কাজ সরবরাহকৃত তাপশক্তির সমান হয়, ব্যাখ্যা করো।
- গ)(3)
B ইঞ্জিনের দক্ষতা নির্ণয় করো।
- ঘ)(4)
উদ্দীপকের আলোকে কোন ইঞ্জিনটি বেশি পরিবেশবান্ধব হবে গাণিতিকভাবে বিশ্লেষণ করে মতামাত দাও।
উত্তর ও ব্যাখ্যা
- ক)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
ভিন্ন তাপমাত্রার দুটি বস্তুকে পরস্পরের সংস্পর্শে রাখলে তাদের মধ্যে তাপের আদান-প্রদান ঘটে এবং একপর্যায়ে উভয়ের তাপমাত্রা সমান হয়। তাপমাত্রার এই সমাবস্থাকে তাপীয় সমতা (Thermal Equilibrium) বলে।
- খ)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রানুসারে, dQ = dU + dW; যেখানে dQ সরবরাহকৃত তাপ, dU অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন এবং dW সম্পাদিত কাজ। সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় সিস্টেমের তাপমাত্রা স্থির থাকে। আদর্শ গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি কেবল তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করায়, তাপমাত্রা স্থির থাকলে অভ্যন্তরীণ শক্তির কোনো পরিবর্তন হয় না, অর্থাৎ dU = 0। সুতরাং, dQ = 0 + dW বা dQ = dW। অর্থাৎ, সমোষ্ণ প্রক্রিয়ায় গ্যাস দ্বারা সম্পাদিত কাজ সম্পূর্ণরূপে সরবরাহকৃত তাপশক্তির সমান হয়।
- গ)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
B ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে:
উৎস বা উচ্চ তাপমাত্রা, T₁ = 627°C = (627 + 273) K = 900 K
গ্রাহক বা নিম্ন তাপমাত্রা, T₂ = 127°C = (127 + 273) K = 400 Kআমরা জানি, কার্নো/আদর্শ ইঞ্জিনের কর্মদক্ষতা,
η = (1 - T₂ / T₁) × 100%
η = (1 - 400 / 900) × 100%
η = (500 / 900) × 100% ≈ 55.56%সুতরাং, B ইঞ্জিনের দক্ষতা 55.56%।
- ঘ)
AI-তৈরি নমুনা উত্তর
যে ইঞ্জিন পরিবেশে অপেক্ষাকৃত কম তাপ বর্জন করে বা যার এন্ট্রপির বৃদ্ধি তুলনামূলকভাবে কম এবং কর্মদক্ষতা বেশি, সেটি বেশি পরিবেশবান্ধব।
A ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে:
উৎস তাপমাত্রা, T₁ = 327°C = 600 K
গ্রাহক তাপমাত্রা, T₂ = -13°C = 260 K
কর্মদক্ষতা, η_A = (1 - T₂ / T₁) × 100% = (1 - 260 / 600) × 100% ≈ 56.67%
গৃহীত তাপ, Q₁_A = m₁ × s₁ × T₁ = 0.8 × 1980 × 600 = 950400 J
বর্জিত তাপ, Q₂_A = Q₁_A × (T₂ / T₁) = 950400 × (260 / 600) = 411840 J
পরিবেশে বর্জিত তাপ প্রতি চক্রে প্রায় 411.84 kJ।B ইঞ্জিনের ক্ষেত্রে:
উৎস তাপমাত্রা, T₁ = 627°C = 900 K
গ্রাহক তাপমাত্রা, T₂ = 127°C = 400 K
কর্মদক্ষতা, η_B = (1 - 400 / 900) × 100% ≈ 55.56%
গৃহীত তাপ, Q₁_B = m₂ × s₂ × T₁ = 1.2 × 1230 × 900 = 1328400 J
বর্জিত তাপ, Q₂_B = Q₁_B × (T₂ / T₁) = 1328400 × (400 / 900) = 590400 J
পরিবেশে বর্জিত তাপ প্রতি চক্রে 590.4 kJ।দেখা যাচ্ছে যে, A ইঞ্জিনের কর্মদক্ষতা B ইঞ্জিনের চেয়ে বেশি (η_A > η_B) এবং A ইঞ্জিন পরিবেশে অপেক্ষাকৃত কম তাপশক্তি (411.84 kJ < 590.4 kJ) বর্জন করে তাপীয় দূষণ কম ঘটায়। অতএব, A ইঞ্জিনটি B ইঞ্জিন অপেক্ষা অধিক পরিবেশবান্ধব।
আরও প্রশ্ন অনুশীলন করতে অ্যাপে যাও