পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   যে তাপগতীয় প্রক্রিয়ায় সিস্টেমের তাপমাত্রা স্থির থাকে কিন্তু চাপ ও আয়তনের পরিবর্তন ঘটে, তাকে সমোষ্ণ প্রক্রিয়া বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   পৃথিবী একটি সুবিশাল পরিবাহী এবং এর ধারকত্ব অত্যন্ত বেশি (তাত্ত্বিকভাবে অসীম)।

   সুবিশাল সমুদ্র থেকে কয়েক ফোঁটা বা এক বালতি পানি তুলে নিলে কিংবা তাতে কিছু পানি যোগ করলে যেমন সমুদ্রের সামগ্রিক পানির উচ্চতার কোনো পরিবর্তন হয় না, তেমনি পৃথিবী থেকে কিছু পরিমাণ ধনাত্মক বা ঋণাত্মক আধান অপসারণ করলে কিংবা এতে আধান যোগ করলে পৃথিবীর তড়িৎ বিভবের কোনো পরিমাপযোগ্য পরিবর্তন হয় না। এই কারণে যেকোনো পরিবাহীর বিভব পরিমাপের ক্ষেত্রে ব্যবহারিক সুবিধার্থে পৃথিবীর তড়িৎ বিভবকে প্রমাণ বা প্রসঙ্গ বিভব হিসেবে শূন্য (0 V) ধরা হয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপক অনুসারে,
   পানির ভর, $m = 5\text{ kg}$
   পানির আপেক্ষিক তাপ, $s = 4200\text{ J kg}^{-1}\text{ K}^{-1}$
   লিখনের সরবরাহকৃত তাপ, $Q = 84\text{ kJ} = 84 \times 10^3\text{ J} = 84000\text{ J}$
   [দ্রষ্টব্য: উদ্দীপকের '৪4 kJ' মূলত মুদ্রণজনিত '84 kJ']

   ধরি, তাপমাত্রা বৃদ্ধি = $\Delta T$

   আমরা জানি,
   $Q = ms\Delta T$
   $\therefore \Delta T = \frac{Q}{ms}$

   মান বসিয়ে পাই,
   $\Delta T = \frac{84000}{5 \times 4200}$
   $\Delta T = \frac{84000}{21000} = 4\text{ K}$

   তাপমাত্রার ব্যবধানের ক্ষেত্রে কেলভিন ও সেলসিয়াস স্কেলের মান সমান।

   সুতরাং, লিখন পানির তাপমাত্রা $4\text{ }^\circ\text{C}$ (বা $4\text{ K}$) বৃদ্ধি করেছিল।

   (যদি উদ্দীপকের মান সরাসরি $44\text{ kJ} = 44000\text{ J}$ হিসেবে বিবেচনা করা হয়, তবে $\Delta T = \frac{44000}{21000} \approx 2.10\text{ K}$ বা $2.10\text{ }^\circ\text{C}$)।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের প্রক্রিয়া দুটির মধ্যে লিখনের প্রক্রিয়াটি অধিক পরিবেশবান্ধব। নিচে এর সপক্ষে যুক্তি উপস্থাপন করা হলো:

   তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রানুসারে, যেকোনো স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়ায় এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। এনট্রপির বৃদ্ধি মূলত শক্তি রূপান্তরের অপচয় ও পরিবেশের বিশৃঙ্খলার পরিমাপক, যা পরিবেশের অবক্ষয় নির্দেশ করে। যে প্রক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন যত কম হয়, সেই প্রক্রিয়া পরিবেশের ওপর তত কম ক্ষতিকর প্রভাব ফেলে অর্থাৎ অধিক পরিবেশবান্ধব।

   ১. লিখনের ক্ষেত্রে এনট্রপির পরিবর্তন:
   পানির ভর, $m = 5\text{ kg}$
   পানির আদি তাপমাত্রা, $T_1 = 30^\circ\text{C} = (30 + 273)\text{ K} = 303\text{ K}$
   তাপমাত্রা বৃদ্ধি, $\Delta T = 4\text{ K}$
   চূড়ান্ত তাপমাত্রা, $T_2 = 303 + 4 = 307\text{ K}$
   পানির আপেক্ষিক তাপ, $s = 4200\text{ J kg}^{-1}\text{ K}^{-1}$

   লিখনের ক্ষেত্রে এনট্রপির পরিবর্তন,
   $\Delta S_1 = ms \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right)$
   $= 5 \times 4200 \times \ln\left(\frac{307}{303}\right)$
   $= 21000 \times \ln(1.0132)$
   $\approx 275.43\text{ J K}^{-1}$
   (যদি $\Delta T = 2.10\text{ K}$ ধরা হয়, তবে $T_2 = 305.10\text{ K}$ এবং $\Delta S_1 \approx 144.6\text{ J K}^{-1}$)

   ২. নিয়নের ক্ষেত্রে এনট্রপির পরিবর্তন:
   নিয়ন $100^\circ\text{C}$ তাপমাত্রার সমপরিমাণ ($5\text{ kg}$) পানিকে স্থির তাপমাত্রায় সম্পূর্ণ বাষ্পে পরিণত করে।
   পানির ভর, $m = 5\text{ kg}$
   স্থির তাপমাত্রা, $T = 100^\circ\text{C} = (100 + 273)\text{ K} = 373\text{ K}$
   বাষ্পীভবনের আপেক্ষিক সুপ্ততাপ, $L_v = 2.26 \times 10^6\text{ J kg}^{-1}$

   নিয়নের ক্ষেত্রে এনট্রপির পরিবর্তন,
   $\Delta S_2 = \frac{m L_v}{T}$
   $= \frac{5 \times 2.26 \times 10^6}{373}$
   $= \frac{1.13 \times 10^7}{373}$
   $\approx 30294.91\text{ J K}^{-1}$

   তুলনা ও সিদ্ধান্ত:
   গণনা থেকে দেখা যায়, $\Delta S_2 \gg \Delta S_1$। অর্থাৎ নিয়নের প্রক্রিয়ায় এনট্রপির বৃদ্ধি লিখনের প্রক্রিয়ার চেয়ে অনেক বেশি। এনট্রপি বৃদ্ধি পাওয়ার অর্থ হলো পরিবেশের তাপীয় বিশৃঙ্খলা ও অপ্রাপ্য শক্তির পরিমাণ ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পাওয়া। তদুপরি, নিয়নের প্রক্রিয়ায় বিপুল পরিমাণ জলীয় বাষ্প তৈরি হয়, যা অন্যতম গ্রিনহাউস গ্যাস হিসেবে বায়ুমণ্ডলে প্রভাব ফেলতে পারে।

   অতএব, কম এনট্রপি পরিবর্তন ও ন্যূনতম পরিবেশ দূষণের কারণে লিখনের প্রক্রিয়াটি অধিক পরিবেশবান্ধব।