তাপ (Heat)
নবম শ্রেণির ভৌতবিজ্ঞান ষষ্ঠ অধ্যায় | 50 MCQ | 40 SAQ | 10 Broad Questions
ক্যালোরিমিতি লীন তাপ পুনর্শিলীভবন গাণিতিক রূপ
♨️
তাপ ও তাপমাত্রা
আপেক্ষিক তাপ ($s$), তাপগ্রাহিতা ($ms$), এবং $H=mst$
🧊
লীন তাপ ও অবস্থা
গলন, স্ফুটন, বাষ্পায়ন এবং লীন তাপের গাণিতিক সমস্যা
Interactive MCQ - বহুবিকল্পভিত্তিক প্রশ্নোত্তর
50 টিসঠিক উত্তর জানতে যেকোনো একটি অপশনে ক্লিক করো।
1. তাপ (Heat) এক প্রকার—
ক) বল
খ) শক্তি
গ) ক্ষমতা
ঘ) ভরবেগ
ব্যাখ্যা: তাপ এক প্রকার শক্তি, যা গ্রহণ করলে বস্তু উত্তপ্ত হয় এবং বর্জন করলে বস্তু শীতল হয়।
2. তাপ পরিমাপক যন্ত্রের নাম কী?
ক) থার্মোমিটার
খ) ব্যারোমিটার
গ) ক্যালোরিমিটার
ঘ) ম্যানোমিটার
ব্যাখ্যা: কোনো বস্তু দ্বারা গৃহীত বা বর্জিত তাপ পরিমাপ করা হয় ক্যালোরিমিটার (Calorimeter) যন্ত্রের সাহায্যে। থার্মোমিটার দিয়ে উষ্ণতা বা তাপমাত্রা মাপা হয়।
3. CGS পদ্ধতিতে তাপের একক কী?
ক) জুল
খ) ক্যালোরি
গ) আর্গ
ঘ) ওয়াট
ব্যাখ্যা: CGS পদ্ধতিতে তাপের একক হলো ক্যালোরি (Calorie)। 1 গ্রাম বিশুদ্ধ জলের উষ্ণতা $1^\circ C$ বৃদ্ধি করতে 1 ক্যালোরি তাপ লাগে।
4. SI পদ্ধতিতে তাপের একক কী?
ক) জুল
খ) ক্যালোরি
গ) কেলভিন
ঘ) নিউটন
ব্যাখ্যা: তাপ যেহেতু একপ্রকার শক্তি, তাই শক্তির SI একক জুল (Joule)-ই হলো তাপের SI একক।
5. 1 ক্যালোরি সমান কত জুল?
ক) 4.2 J
খ) 2.4 J
গ) 10.5 J
ঘ) 80 J
ব্যাখ্যা: 1 ক্যালোরি তাপশক্তি প্রায় 4.2 জুল (সঠিক মান 4.184 J) যান্ত্রিক শক্তির সমতুল্য।
6. উষ্ণতা বা তাপমাত্রা পরিমাপক যন্ত্রের নাম কী?
ক) ক্যালোরিমিটার
খ) থার্মোমিটার
গ) ল্যাক্টোমিটার
ঘ) সিসমোগ্রাফ
ব্যাখ্যা: বস্তুর তাপীয় অবস্থা, যা নির্ধারণ করে বস্তুটি অন্য বস্তুকে তাপ দেবে না অন্য বস্তু থেকে তাপ নেবে, তাকে উষ্ণতা বলে। এটি থার্মোমিটার দিয়ে মাপা হয়।
7. ক্যালোরিমিতির মূল নীতিটি কখন প্রযোজ্য হয়?
ক) যখন তাপ অন্য শক্তিতে রূপান্তরিত হয়
খ) যখন রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে
গ) যখন বস্তুগুলির মধ্যে তাপীয় আদানপ্রদান ছাড়া অন্য কোনোভাবে তাপক্ষয় হয় না
ঘ) যখন বস্তুগুলি একই উষ্ণতায় থাকে
ব্যাখ্যা: ক্যালোরিমিতির মূল নীতি (গৃহীত তাপ = বর্জিত তাপ) তখনই প্রযোজ্য, যখন বস্তুগুলির মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া হয় না এবং বাইরের পরিবেশে কোনো তাপ নষ্ট হয় না।
8. কোনো বস্তুর আপেক্ষিক তাপ (Specific Heat) সবচেয়ে বেশি?
ক) বরফ
খ) লোহা
গ) জল
ঘ) পারদ
ব্যাখ্যা: প্রকৃতিতে জলের আপেক্ষিক তাপ সবচেয়ে বেশি। CGS পদ্ধতিতে জলের আপেক্ষিক তাপ 1 $cal\cdot g^{-1}\cdot^\circ C^{-1}$।
9. CGS পদ্ধতিতে আপেক্ষিক তাপের একক কী?
ক) $cal\cdot g^{-1}\cdot^\circ C^{-1}$
খ) $J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$
গ) $cal/g$
ঘ) $J/kg$
ব্যাখ্যা: আপেক্ষিক তাপ ($s$) = $H / (m \times t)$। তাই এর CGS একক হলো ক্যালোরি প্রতি গ্রাম প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস।
10. SI পদ্ধতিতে আপেক্ষিক তাপের একক কী?
ক) $J\cdot kg^{-1}\cdot^\circ C^{-1}$
খ) $J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$
গ) $cal\cdot g^{-1}\cdot^\circ C^{-1}$
ঘ) উভয় (ক) এবং (খ)
ব্যাখ্যা: SI পদ্ধতিতে আপেক্ষিক তাপের একক $J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$ বা $J\cdot kg^{-1}\cdot^\circ C^{-1}$ (কারণ সেলসিয়াস ও কেলভিন স্কেলে উষ্ণতার পার্থক্য একই)।
11. কোনো বস্তুর গৃহিত বা বর্জিত তাপ (H) নির্ণয়ের সূত্রটি কী?
ক) $H = m/st$
খ) $H = mst$
গ) $H = ms/t$
ঘ) $H = mt/s$
ব্যাখ্যা: গৃহীত বা বর্জিত তাপ ($H$) = বস্তুর ভর ($m$) $\times$ আপেক্ষিক তাপ ($s$) $\times$ উষ্ণতার পরিবর্তন ($t$)। অর্থাৎ $H = mst$।
12. তাপগ্রাহিতা (Thermal Capacity) কাকে বলে?
ক) 1 গ্রাম বস্তুর উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপ
খ) সমগ্র বস্তুর উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপ
গ) বস্তুর ভর ও আপেক্ষিক তাপের অনুপাত
ঘ) লীন তাপ
ব্যাখ্যা: কোনো বস্তুর সমগ্র ভরের উষ্ণতা $1^\circ C$ (বা 1 K) বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, তাকে ওই বস্তুর তাপগ্রাহিতা বলে। তাপগ্রাহিতা = $ms$।
13. CGS পদ্ধতিতে তাপগ্রাহিতার একক কী?
ক) $cal/g$
খ) $cal/^\circ C$
গ) $J/K$
ঘ) $cal\cdot g/\cdot^\circ C$
ব্যাখ্যা: তাপগ্রাহিতা = গৃহিত তাপ / উষ্ণতার বৃদ্ধি। তাই এর CGS একক $cal/^\circ C$।
14. জলসম (Water Equivalent) এর একক কী?
ক) ক্যালোরি
খ) গ্রাম (g) বা কিলোগ্রাম (kg)
গ) $cal/^\circ C$
ঘ) $J/K$
ব্যাখ্যা: জলসম হলো এক প্রকার ভর। কোনো বস্তুর উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়াতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, সেই তাপে যত পরিমাণ জলের উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়ে, তাকে জলসম বলে। এর একক ভরের একক (g বা kg)।
15. বস্তুর তাপগ্রাহিতা এবং জলসমের মান—
ক) আলাদা
খ) সমান
গ) তাপগ্রাহিতা বেশি
ঘ) জলসম বেশি
ব্যাখ্যা: CGS পদ্ধতিতে কোনো বস্তুর তাপগ্রাহিতা এবং জলসমের সাংখ্যমান (numerical value) সর্বদা সমান হয়, তবে এদের একক আলাদা।
16. অবস্থার পরিবর্তন (Change of state) এর সময় পদার্থের কী অপরিবর্তিত থাকে?
ক) আয়তন
খ) ঘনত্ব
গ) উষ্ণতা
ঘ) তাপ
ব্যাখ্যা: কঠিন থেকে তরল বা তরল থেকে গ্যাস হওয়ার সময় পদার্থ যে লীন তাপ গ্রহণ করে, তা কেবল অণুগুলির আকর্ষণ বল ভাঙতে ব্যবহৃত হয়, তাই উষ্ণতা অপরিবর্তিত থাকে।
17. লীন তাপ (Latent Heat) পদার্থের কীরূপ পরিবর্তন ঘটায়?
ক) উষ্ণতার পরিবর্তন
খ) অবস্থার পরিবর্তন
গ) উভয়ই
ঘ) কোনোটিই নয়
ব্যাখ্যা: লীন তাপ পদার্থের উষ্ণতার পরিবর্তন না ঘটিয়ে শুধুমাত্র ভৌত অবস্থার (কঠিন, তরল, গ্যাস) পরিবর্তন ঘটায়।
18. CGS পদ্ধতিতে লীন তাপের একক কী?
ক) $cal/^\circ C$
খ) $cal/g$
গ) $J/kg$
ঘ) $cal\cdot g$
ব্যাখ্যা: লীন তাপ ($L$) = তাপ / ভর = $H / m$। তাই এর CGS একক হলো ক্যালোরি/গ্রাম ($cal/g$)।
19. SI পদ্ধতিতে লীন তাপের একক কী?
ক) $J/g$
খ) $J/kg$
গ) $cal/kg$
ঘ) $J/^\circ C$
ব্যাখ্যা: লীন তাপের SI একক হলো জুল প্রতি কিলোগ্রাম ($J/kg$)।
20. বরফ গলনের লীন তাপ কত?
ক) 537 cal/g
খ) 80 cal/g
গ) 100 cal/g
ঘ) 1 cal/g
ব্যাখ্যা: $0^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম বরফকে $0^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম জলে পরিণত করতে 80 ক্যালোরি তাপ লাগে। তাই বরফ গলনের লীন তাপ 80 cal/g।
21. জলের বাষ্পীভবনের লীন তাপ কত?
ক) 80 cal/g
খ) 100 cal/g
গ) 537 cal/g
ঘ) 22.4 cal/g
ব্যাখ্যা: $100^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম জলকে $100^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম স্টিমে পরিণত করতে 537 ক্যালোরি (বা 540 cal) তাপ লাগে।
22. 100°C উষ্ণতার জলের চেয়ে 100°C উষ্ণতার স্টিমে (বাষ্পে) হাত পুড়লে বেশি কষ্ট হয় কেন?
ক) স্টিমের আয়তন বেশি
খ) স্টিমের লীন তাপ (537 cal/g) বেশি থাকে
গ) স্টিম হালকা বলে
ঘ) জলের ঘনত্ব বেশি বলে
ব্যাখ্যা: একই উষ্ণতা হলেও 1 গ্রাম স্টিমের মধ্যে 1 গ্রাম জলের চেয়ে 537 ক্যালোরি অতিরিক্ত লীন তাপ সঞ্চিত থাকে, যা ত্বকে লাগলে মারাত্মক পুড়ে যায়।
23. বরফ গলনের সময় আয়তন—
ক) বাড়ে
খ) কমে
গ) অপরিবর্তিত থাকে
ঘ) প্রথমে বাড়ে পরে কমে
ব্যাখ্যা: বরফ গলে জল হলে আয়তন কমে যায় (এবং ঘনত্ব বাড়ে)। 10 cc বরফ গলে প্রায় 9 cc জল হয়।
24. চাপ বাড়ালে বরফের গলনাঙ্ক (Melting point) কী হয়?
ক) বাড়ে
খ) কমে
গ) অপরিবর্তিত থাকে
ঘ) অসীম হয়
ব্যাখ্যা: যেসব পদার্থ গলার সময় আয়তনে কমে (যেমন বরফ, বিসমাথ, ঢালাই লোহা), তাদের ওপর চাপ প্রয়োগ করলে গলনাঙ্ক কমে যায়।
25. চাপ বাড়ালে জলের স্ফুটনাঙ্ক (Boiling point) কী হয়?
ক) বাড়ে
খ) কমে
গ) অপরিবর্তিত থাকে
ঘ) শূন্য হয়
ব্যাখ্যা: চাপ বাড়ালে তরলের স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি পায়। এই নীতি কাজে লাগিয়ে প্রেসার কুকার তৈরি হয়।
26. পুনর্শিলীভবন (Regelation) এর একটি উদাহরণ হলো—
ক) প্রেসার কুকার
খ) বরফের দুটি টুকরো চেপে ধরলে জোড়া লেগে যায়
গ) মাটির কলসির জল ঠান্ডা হওয়া
ঘ) হিমমিশ্র তৈরি করা
ব্যাখ্যা: চাপ প্রয়োগে বরফ গলে জল হওয়া এবং চাপ সরিয়ে নিলে সেই জল পুনরায় জমে বরফ হওয়ার ঘটনাকে পুনর্শিলীভবন বলে।
27. প্রেসার কুকারের ভেতরে জলের স্ফুটনাঙ্ক প্রায় কত হয়?
ক) $100^\circ C$
খ) $120^\circ C$
গ) $80^\circ C$
ঘ) $150^\circ C$
ব্যাখ্যা: প্রেসার কুকারের ভেতর বাষ্পের চাপ প্রায় 2 বায়ুমণ্ডলীয় চাপের সমান হয়, ফলে জলের স্ফুটনাঙ্ক বেড়ে প্রায় $120^\circ C$ (বা $121^\circ C$) হয়ে যায় এবং রান্না দ্রুত হয়।
28. উঁচু পাহাড়ের চূড়ায় রান্না করতে বেশি সময় লাগে কেন?
ক) ঠান্ডা বেশি বলে
খ) বায়ুর চাপ কম হওয়ায় জলের স্ফুটনাঙ্ক কমে যায়
গ) বায়ুর চাপ বেশি হওয়ায় স্ফুটনাঙ্ক বাড়ে
ঘ) জলের অভাব থাকে
ব্যাখ্যা: পাহাড়ের ওপর বায়ুর চাপ কম। চাপ কমলে জলের স্ফুটনাঙ্ক $100^\circ C$ এর নীচে নেমে যায়। ফলে জল কম উষ্ণতায় ফোটে এবং খাবারে পর্যাপ্ত তাপ না পৌঁছানোয় রান্না দেরিতে হয়।
29. কোনো তরলের বাষ্পায়ন (Evaporation) কোন্ উষ্ণতায় ঘটে?
ক) কেবল স্ফুটনাঙ্কে
খ) যেকোনো উষ্ণতায়
গ) গলনাঙ্কে
ঘ) $0^\circ C$ উষ্ণতায়
ব্যাখ্যা: বাষ্পায়ন তরলের একটি উপরিতলের ঘটনা, যা যেকোনো উষ্ণতায় ধীরে ধীরে স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে থাকে।
30. মাটির কলসির জল গ্রীষ্মকালে ঠান্ডা থাকে কেন?
ক) মাটি তাপের সুপরিবাহী
খ) মাটির ছিদ্র দিয়ে বেরিয়ে আসা জলের বাষ্পায়নের লীন তাপের জন্য
গ) মাটির আপেক্ষিক তাপ কম
ঘ) মাটি তাপ শোষণ করে
ব্যাখ্যা: মাটির কলসির গায়ে অসংখ্য ক্ষুদ্র ছিদ্র থাকে। সেই ছিদ্র দিয়ে জল চুঁইয়ে বাইরে আসে এবং বাষ্পীভূত হয়। এই বাষ্পায়নের জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ কলসি ও ভেতরের জল থেকে গৃহীত হয়, ফলে জল ঠান্ডা থাকে।
31. স্পিরিট বা ইথার হাতে ঢাললে ঠান্ডা বোধ হয় কেন?
ক) স্পিরিট অত্যন্ত ঠান্ডা তরল
খ) বাষ্পায়নের লীন তাপ হাত থেকে গ্রহণ করে বলে
গ) হাত তাপ শোষণ করে
ঘ) স্পিরিটের ঘনত্ব কম বলে
ব্যাখ্যা: স্পিরিট, ইথার, বা পেট্রোল অত্যন্ত উদ্বায়ী তরল। হাতে ঢাললে এরা দ্রুত বাষ্পীভূত হয় এবং বাষ্পায়নের প্রয়োজনীয় লীন তাপ হাত থেকে গ্রহণ করে। ফলে হাত ঠান্ডা বোধ হয়।
32. ঘর্মাক্ত শরীরে হাওয়ার সামনে দাঁড়ালে আরাম লাগে কেন?
ক) হাওয়া ঠান্ডা হয়
খ) হাওয়ার প্রভাবে ঘামের বাষ্পায়ন দ্রুত হয়
গ) ঘাম ত্বকের ভেতর ঢুকে যায়
ঘ) হাওয়া তাপ উৎপাদন করে
ব্যাখ্যা: বাতাস চলাচল করলে ঘামের বাষ্পায়নের হার বৃদ্ধি পায়। বাষ্পায়নের জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ শরীর থেকে সংগৃহীত হয়, ফলে শরীর দ্রুত ঠান্ডা হয় এবং আরাম বোধ হয়।
33. শীতকালে ভিজে কাপড় তাড়াতাড়ি শুকোয় কেন?
ক) শীতকালে তাপ বেশি থাকে
খ) শীতকালে বাতাসে জলীয় বাষ্প কম থাকে (শুষ্ক বাতাস)
গ) শীতকালে বাতাস দ্রুত বয়
ঘ) শীতকালে কাপড়ের ছিদ্র বড় হয়
ব্যাখ্যা: বাতাসে জলীয় বাষ্প কম থাকলে (যেমন শীতকালে) বাষ্পায়নের হার দ্রুত হয়। বর্ষাকালে বাতাসে জলীয় বাষ্প বেশি থাকায় বাষ্পায়ন ধীর হয় এবং কাপড় দেরিতে শুকোয়।
34. বরফ গলনের লীন তাপ $80 cal/g$ বলতে কী বোঝায়?
ক) 1 g বরফ গলাতে 80^\circ C উষ্ণতা লাগে
খ) 0^\circ C-এর 1 g বরফকে 0^\circ C-এর 1 g জলে পরিণত করতে 80 cal তাপ লাগে
গ) 80 g বরফ গলাতে 1 cal তাপ লাগে
ঘ) 1 g জল জমাতে 80 cal তাপ লাগে
ব্যাখ্যা: লীন তাপ কেবল অবস্থার পরিবর্তন ঘটায়। তাই 0°C এর 1g কঠিন বরফকে 0°C এর 1g তরল জলে পরিণত করতে 80 ক্যালোরি তাপ প্রয়োজন।
35. তাপ প্রয়োগে পদার্থের অবস্থার পরিবর্তনের সময় গ্রাফের (উষ্ণতা বনাম সময়) নতি (slope) কেমন হয়?
ক) খাড়া ওপরের দিকে
খ) খাড়া নীচের দিকে
গ) অনুভূমিক (উষ্ণতা স্থির থাকে)
ঘ) বক্ররেখা
ব্যাখ্যা: অবস্থার পরিবর্তনের সময় (যেমন গলন বা স্ফুটন) পদার্থ লীন তাপ গ্রহণ করে কিন্তু উষ্ণতা বৃদ্ধি পায় না। তাই গ্রাফটি সময় অক্ষের সমান্তরাল বা অনুভূমিক হয়।
36. হিমমিশ্র (Freezing mixture) তৈরি করতে বরফের সাথে কী মেশানো হয়?
ক) চিনি
খ) সাধারণ লবণ (NaCl)
গ) বালি
ঘ) অ্যালকোহল
ব্যাখ্যা: বরফ ও সাধারণ লবণের (3:1 অনুপাতে) মিশ্রণকে হিমমিশ্র বলে। লবণ মেশালে বরফের গলনাঙ্ক কমে যায় এবং মিশ্রণের উষ্ণতা প্রায় $-23^\circ C$ এ নেমে যায়।
37. কঠিন থেকে সরাসরি বাষ্পে পরিণত হওয়ার ঘটনাকে কী বলে?
ক) বাষ্পীভবন
খ) ঘনীভবন
গ) ঊর্ধ্বপাতন (Sublimation)
ঘ) গলন
ব্যাখ্যা: কর্পূর, নিশাদল, আয়োডিন প্রভৃতি কঠিন পদার্থকে তাপ দিলে এরা গলে তরল না হয়ে সরাসরি বাষ্পে পরিণত হয়। একে ঊর্ধ্বপাতন বলে।
38. বরফ গলে জল হওয়ার সময় যদি তাপ বাইরে থেকে দেওয়া না হয়, তবে বরফের উষ্ণতা কী হবে?
ক) বাড়বে
খ) কমবে
গ) একই থাকবে
ঘ) বরফ গলবেই না
ব্যাখ্যা: বরফ গলতে গেলে 80 cal/g লীন তাপ গ্রহণ করা আবশ্যক। বাইরে থেকে তাপ না পেলে বরফ গলতেই পারবে না।
39. বাষ্পায়নের হার কোন্ বিষয়ের ওপর নির্ভর করে না?
ক) তরলের উপরিতলের ক্ষেত্রফল
খ) বায়ু চলাচল
গ) তরলের মোট ভর
ঘ) তরলের প্রকৃতি
ব্যাখ্যা: বাষ্পায়নের হার তরলের উপরিতলের ক্ষেত্রফল, উষ্ণতা, বায়ু চলাচল এবং তরলের প্রকৃতির ওপর নির্ভর করে, কিন্তু পাত্রে কতটা তরল (মোট ভর) আছে তার ওপর নির্ভর করে না।
40. 50 g জলের উষ্ণতা $20^\circ C$ বৃদ্ধি করতে কত তাপ লাগবে?
ক) 1000 cal
খ) 50 cal
গ) 20 cal
ঘ) 100 cal
ব্যাখ্যা: প্রয়োজনীয় তাপ $H = mst$। এখানে m = 50 g, s = 1 $cal/g^\circ C$, t = 20। অতএব, $H = 50 \times 1 \times 20 = 1000$ cal।
41. 10 g বরফকে গলিয়ে সম্পূর্ণ জলে পরিণত করতে কত তাপ প্রয়োজন?
ক) 80 cal
খ) 800 cal
গ) 5370 cal
ঘ) 100 cal
ব্যাখ্যা: প্রয়োজনীয় তাপ $H = m \times L$। এখানে m = 10 g, বরফ গলনের লীন তাপ L = 80 cal/g। অতএব, $H = 10 \times 80 = 800$ cal।
42. দুটি বস্তুর তাপগ্রাহিতা সমান হলে, তাদের—
ক) ভর সর্বদা সমান হবে
খ) আপেক্ষিক তাপ সর্বদা সমান হবে
গ) উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়াতে সমপরিমাণ তাপ লাগবে
ঘ) লীন তাপ সমান হবে
ব্যাখ্যা: তাপগ্রাহিতা হলো সমগ্র বস্তুর উষ্ণতা 1 ডিগ্রি বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপ। তাই তাপগ্রাহিতা সমান হলে একই উষ্ণতা বৃদ্ধির জন্য সমপরিমাণ তাপ লাগবে। ভর বা আপেক্ষিক তাপ আলাদা হতেও পারে (যেমন $m_1s_1 = m_2s_2$)।
43. ক্যালোরিমিটার যন্ত্রটি সাধারণত কোন্ ধাতু দিয়ে তৈরি হয়?
ক) লোহা
খ) অ্যালুমিনিয়াম
গ) তামা (Copper)
ঘ) সীসা
ব্যাখ্যা: ক্যালোরিমিটার সাধারণত তামা দিয়ে তৈরি হয়। কারণ তামার আপেক্ষিক তাপ কম এবং এটি তাপের খুব ভালো পরিবাহী, ফলে এটি দ্রুত ভেতরের তরলের উষ্ণতা লাভ করে।
44. কঠিন তরলে পরিণত হলে পদার্থের অণুগুলির মধ্যে আকর্ষণ বল—
ক) বাড়ে
খ) কমে
গ) অপরিবর্তিত থাকে
ঘ) শূন্য হয়
ব্যাখ্যা: কঠিন থেকে তরলে পরিণত হওয়ার সময় অণুগুলি একে অপরের থেকে কিছুটা দূরে সরে যায়, ফলে তাদের মধ্যবর্তী আকর্ষণ বল কমে যায়। লীন তাপ এই আকর্ষণ বল কমাতেই ব্যয় হয়।
45. একটি হিটারের ক্ষমতা 100 W। এটি 1 সেকেন্ডে কত জুল তাপশক্তি উৎপন্ন করে?
ক) 100 J
খ) 1 J
গ) 1000 J
ঘ) 4.2 J
ব্যাখ্যা: ক্ষমতা 100 W মানেই হলো হিটারটি প্রতি সেকেন্ডে 100 জুল (J/s) শক্তি উৎপন্ন করে বা ব্যয় করে।
46. সমভরের জল ও $0^\circ C$ উষ্ণতার বরফ মিশিয়ে সমস্ত বরফ গলে গেলে জলের প্রাথমিক উষ্ণতা কত ছিল? (তাপক্ষয় নগণ্য)
ক) $40^\circ C$
খ) $80^\circ C$
গ) $100^\circ C$
ঘ) $0^\circ C$
ব্যাখ্যা: ধরি জলের প্রাথমিক উষ্ণতা $t^\circ C$ এবং ভর m। বরফ গলার জন্য প্রয়োজনীয় তাপ = $m \times 80$। জল দ্বারা বর্জিত তাপ = $m \times 1 \times (t - 0)$। শর্তানুসারে, $mt = 80m \implies t = 80^\circ C$।
47. নীচের কোন্ তরলটির বাষ্পায়নের হার সবচেয়ে বেশি?
ক) জল
খ) কেরোসিন
গ) ইথার
ঘ) সর্ষের তেল
ব্যাখ্যা: ইথারের স্ফুটনাঙ্ক জলের চেয়ে অনেক কম ($34.6^\circ C$), তাই এটি অত্যন্ত উদ্বায়ী (volatile) তরল এবং এর বাষ্পায়নের হার সবচেয়ে বেশি।
48. কোনো বস্তুর আপেক্ষিক তাপ $0.1 cal/g^\circ C$ এবং ভর 50 g হলে তার জলসম কত?
ক) 50 g
খ) 0.1 g
গ) 5 g
ঘ) 500 g
ব্যাখ্যা: CGS পদ্ধতিতে জলসমের সাংখ্যমান তাপগ্রাহিতার সমান। তাপগ্রাহিতা = $ms = 50 \times 0.1 = 5$। অতএব জলসম = 5 g।
49. কোনো বস্তুর আপেক্ষিক তাপ অসীম (Infinite) হলে তার অর্থ কী?
ক) বস্তুটি তাপ গ্রহণ করে না
খ) বস্তুটি তাপ গ্রহণ করলেও তার উষ্ণতা বাড়ে না
গ) বস্তুটি গলে যায়
ঘ) বস্তুটির ভর শূন্য
ব্যাখ্যা: অবস্থার পরিবর্তনের সময় (যেমন ফুটন্ত জল বা গলন্ত বরফ) বস্তু তাপ গ্রহণ করলেও উষ্ণতা বাড়ে না ($t=0$)। $s = H/(m \times t) = H/0 = \infty$। তাই ওই অবস্থায় আপেক্ষিক তাপ অসীম ধরা হয়।
50. পাহাড়ের চূড়ায় জলের স্ফুটনাঙ্ক কমে যায়, কারণ—
ক) উচ্চতা বেশি
খ) মাধ্যাকর্ষণ কম
গ) বায়ুমণ্ডলীয় চাপ কম
ঘ) তাপমাত্রা কম
ব্যাখ্যা: উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ কমে যায়। চাপ কমলে তরলের স্ফুটনাঙ্কও কমে যায়।
SAQ - সংক্ষিপ্ত প্রশ্নোত্তর (১ ও ২ নম্বর)
40 টি1. তাপ (Heat) কাকে বলে?
তাপ হলো এক প্রকার শক্তি যা গ্রহণ করলে বস্তু উত্তপ্ত হয় এবং বর্জন করলে বস্তু শীতল হয়। এটি উষ্ণতর বস্তু থেকে শীতলতর বস্তুর দিকে প্রবাহিত হয়।
2. উষ্ণতা বা তাপমাত্রা (Temperature) কাকে বলে?
উষ্ণতা বা তাপমাত্রা হলো বস্তুর এমন এক তাপীয় অবস্থা, যা নির্ধারণ করে বস্তুটি অন্য কোনো বস্তুর সংস্পর্শে এলে তাপ গ্রহণ করবে না বর্জন করবে। (তাপ হলো কারণ, উষ্ণতা হলো তার ফল)।
3. তাপ পরিমাপ করা হয় কোন্ যন্ত্রের সাহায্যে?
কোনো বস্তু দ্বারা গৃহীত বা বর্জিত তাপ পরিমাপ করা হয় ক্যালোরিমিটার (Calorimeter) যন্ত্রের সাহায্যে।
4. উষ্ণতা পরিমাপ করা হয় কোন্ যন্ত্রের সাহায্যে?
বস্তুর উষ্ণতা বা তাপমাত্রা পরিমাপ করা হয় থার্মোমিটার (Thermometer) যন্ত্রের সাহায্যে।
5. CGS এবং SI পদ্ধতিতে তাপের একক কী?
CGS পদ্ধতিতে তাপের একক হলো ক্যালোরি (Calorie) এবং SI পদ্ধতিতে তাপের একক হলো জুল (Joule)।
6. ক্যালোরি ও জুলের মধ্যে সম্পর্ক কী?
1 ক্যালোরি = 4.184 জুল বা প্রায় 4.2 জুল।
7. আপেক্ষিক তাপ (Specific Heat) কাকে বলে?
একক ভরের কোনো পদার্থের উষ্ণতা 1 ডিগ্রি ($1^\circ C$ বা 1 K) বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়োজন হয়, তাকে ওই পদার্থের আপেক্ষিক তাপ বলে।
8. CGS এবং SI পদ্ধতিতে আপেক্ষিক তাপের একক কী?
CGS পদ্ধতিতে আপেক্ষিক তাপের একক $cal\cdot g^{-1}\cdot^\circ C^{-1}$ এবং SI পদ্ধতিতে $J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$।
9. জলের আপেক্ষিক তাপ কত?
জলের আপেক্ষিক তাপ CGS পদ্ধতিতে 1 $cal/g^\circ C$ এবং SI পদ্ধতিতে 4200 $J/kg \cdot K$।
10. গৃহীত বা বর্জিত তাপের সমীকরণটি লেখো।
গৃহীত বা বর্জিত তাপ ($H$) = বস্তুর ভর ($m$) $\times$ আপেক্ষিক তাপ ($s$) $\times$ উষ্ণতার পরিবর্তন ($t$)। অর্থাৎ, $H = mst$।
11. তাপগ্রাহিতা (Thermal Capacity) কাকে বলে?
কোনো বস্তুর সমগ্র ভরের উষ্ণতা 1 ডিগ্রি ($1^\circ C$ বা 1 K) বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, তাকে ওই বস্তুর তাপগ্রাহিতা বলে। (তাপগ্রাহিতা = $ms$)।
12. জলসম (Water Equivalent) কাকে বলে?
কোনো বস্তুর উষ্ণতা 1 ডিগ্রি বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, ঠিক সেই পরিমাণ তাপ দিয়ে যত ভরের জলের উষ্ণতা 1 ডিগ্রি বৃদ্ধি করা যায়, সেই জলের ভরকেই ওই বস্তুর জলসম বলে।
13. তাপগ্রাহিতা ও জলসমের মধ্যে পার্থক্য কী?
তাপগ্রাহিতা হলো এক প্রকার তাপশক্তি, এর একক $cal/^\circ C$ বা $J/K$। অন্যদিকে, জলসম হলো এক প্রকার ভর, এর একক গ্রাম (g) বা কিলোগ্রাম (kg)। (CGS পদ্ধতিতে এদের সাংখ্যমান সমান হয়)।
14. ক্যালোরিমিতির মূল নীতিটি বিবৃত করো।
ভিন্ন উষ্ণতার একাধিক বস্তুকে পরস্পরের সংস্পর্শে রাখলে বস্তুগুলির মধ্যে তাপের আদানপ্রদান হয়। যদি অন্য কোনোভাবে তাপক্ষয় না হয়, তবে উষ্ণ বস্তুগুলি দ্বারা বর্জিত মোট তাপ = শীতল বস্তুগুলি দ্বারা গৃহীত মোট তাপ।
15. ক্যালোরিমিতির নীতি কখন প্রযোজ্য হয় না?
বস্তুগুলির মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটলে, অথবা তারা পরস্পরের মধ্যে দ্রবীভূত হলে, অথবা পরিবেশে তাপ বিকিরিত হলে ক্যালোরিমিতির নীতি (গৃহীত তাপ = বর্জিত তাপ) প্রযোজ্য হয় না।
16. লীন তাপ (Latent Heat) কাকে বলে?
উষ্ণতার পরিবর্তন না ঘটিয়ে শুধুমাত্র পদার্থের ভৌত অবস্থার (কঠিন, তরল বা গ্যাস) পরিবর্তন করতে একক ভরের কোনো পদার্থ যে পরিমাণ তাপ গ্রহণ বা বর্জন করে, তাকে লীন তাপ বলে।
17. লীন তাপের CGS ও SI একক কী?
লীন তাপের CGS একক হলো ক্যালোরি/গ্রাম ($cal/g$) এবং SI একক হলো জুল/কিলোগ্রাম ($J/kg$)।
18. অবস্থার পরিবর্তনের সময় বস্তুর উষ্ণতা বাড়ে না কেন?
অবস্থার পরিবর্তনের সময় প্রদত্ত লীন তাপ কেবল পদার্থের অণুগুলির মধ্যবর্তী আন্তরাণবিক আকর্ষণ বল ভাঙতে বা কমাতে ব্যবহৃত হয় (স্থিতিশক্তি বাড়ে), অণুগুলির গতিশক্তি বাড়ায় না। তাই উষ্ণতা অপরিবর্তিত থাকে।
19. বরফ গলনের লীন তাপ 80 cal/g বলতে কী বোঝো?
এর অর্থ হলো, $0^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম কঠিন বরফকে $0^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম তরল জলে পরিণত করতে বাইরে থেকে 80 ক্যালোরি তাপ সরবরাহ করতে হবে।
20. জলের বাষ্পীভবনের লীন তাপ 537 cal/g বলতে কী বোঝো?
এর অর্থ হলো, $100^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম জলকে $100^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম বাষ্প বা স্টিমে পরিণত করতে 537 ক্যালোরি তাপ প্রয়োজন।
21. 100°C উষ্ণতার জলের চেয়ে 100°C উষ্ণতার স্টিমে পুড়লে বেশি কষ্ট হয় কেন?
একই উষ্ণতা হলেও 1 গ্রাম স্টিমের মধ্যে 1 গ্রাম জলের চেয়ে 537 ক্যালোরি অতিরিক্ত লীন তাপ সঞ্চিত থাকে। এই অতিরিক্ত তাপ ত্বকে প্রবেশ করায় স্টিমে বেশি মারাত্মক পোড়া ঘা হয়।
22. পুনর্শিলীভবন (Regelation) কাকে বলে?
চাপ প্রয়োগ করে কঠিন বরফকে গলিয়ে জলে পরিণত করা এবং চাপ সরিয়ে নিলে সেই জল পুনরায় জমে বরফে পরিণত হওয়ার ঘটনাকে পুনর্শিলীভবন বলে।
23. চাপ বাড়ালে গলনাঙ্কের (Melting point) কী পরিবর্তন হয়?
যেসব পদার্থ গললে আয়তনে কমে (যেমন- বরফ, ঢালাই লোহা, বিসমাথ) তাদের ওপর চাপ বাড়ালে গলনাঙ্ক কমে যায়। আর যেসব পদার্থ গললে আয়তনে বাড়ে (যেমন- মোম, তামা) তাদের ওপর চাপ বাড়ালে গলনাঙ্ক বেড়ে যায়।
24. চাপ বাড়ালে স্ফুটনাঙ্কের (Boiling point) কী পরিবর্তন হয়?
যেকোনো তরলের ওপর চাপ বৃদ্ধি করলে তার স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি পায় এবং চাপ কমালে স্ফুটনাঙ্ক হ্রাস পায়।
25. প্রেসার কুকার কীভাবে কাজ করে?
প্রেসার কুকারের ভেতর বাষ্প আবদ্ধ থাকায় তরলের ওপর বাষ্পের চাপ বেড়ে প্রায় 2 বায়ুমণ্ডলীয় চাপের সমান হয়। ফলে জলের স্ফুটনাঙ্ক বেড়ে প্রায় $120^\circ C$ হয়ে যায়। এই উচ্চ উষ্ণতায় জল ফোটায় খাবার খুব দ্রুত সিদ্ধ হয়।
26. পাহাড়ের চূড়ায় রান্না করতে বেশি সময় লাগে কেন?
পাহাড়ের ওপরে বায়ুর চাপ কম থাকে। বায়ুর চাপ কম হওয়ায় জলের স্ফুটনাঙ্ক $100^\circ C$ এর নীচে নেমে যায়। ফলে জল কম উষ্ণতায় ফুটতে শুরু করে এবং খাবারে পর্যাপ্ত তাপ না পৌঁছানোয় রান্না হতে বেশি সময় লাগে।
27. বাষ্পায়ন (Evaporation) কাকে বলে?
যেকোনো উষ্ণতায় তরলের শুধুমাত্র উপরিতল থেকে ধীরে ধীরে এবং স্বতঃস্ফূর্তভাবে তরলের বাষ্পে পরিণত হওয়ার ঘটনাকে বাষ্পায়ন বলে।
28. স্ফুটন (Boiling) কাকে বলে?
একটি নির্দিষ্ট উষ্ণতায় (স্ফুটনাঙ্কে) তরলের সমগ্র অংশ থেকে দ্রুত ও সশব্দে তরলের বাষ্পে পরিণত হওয়ার ঘটনাকে স্ফুটন বলে।
29. বাষ্পায়ন ও স্ফুটনের একটি পার্থক্য লেখো।
বাষ্পায়ন যেকোনো উষ্ণতায় ঘটে এবং এটি কেবল তরলের উপরিতলের ঘটনা। অন্যদিকে, স্ফুটন একটি নির্দিষ্ট উষ্ণতায় ঘটে এবং এটি তরলের সমগ্র অংশের ঘটনা।
30. বাষ্পায়নের হার কোন্ কোন্ বিষয়ের ওপর নির্ভর করে?
বাষ্পায়নের হার প্রধানত তরলের উপরিতলের ক্ষেত্রফল, উষ্ণতা, বায়ু চলাচল, বায়ুর আর্দ্রতা এবং তরলের প্রকৃতির (উদ্বায়িতা) ওপর নির্ভর করে।
31. মাটির কলসির জল গ্রীষ্মকালে ঠান্ডা থাকে কেন?
মাটির কলসির গায়ে অসংখ্য ক্ষুদ্র ছিদ্র থাকে। সেই ছিদ্র দিয়ে জল চুঁইয়ে বাইরে আসে এবং বাষ্পীভূত হয়। এই বাষ্পায়নের জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ কলসি ও তার ভেতরের জল থেকে গৃহীত হয়, ফলে জল ঠান্ডা থাকে।
32. স্পিরিট বা ইথার হাতে ঢাললে ঠান্ডা বোধ হয় কেন?
স্পিরিট বা ইথার অত্যন্ত উদ্বায়ী তরল। হাতে ঢাললে এরা দ্রুত বাষ্পীভূত হয় এবং বাষ্পায়নের প্রয়োজনীয় লীন তাপ হাত থেকে গ্রহণ করে। ফলে হাতের ওই অংশ তাপ হারিয়ে ঠান্ডা বোধ হয়।
33. ঘর্মাক্ত শরীরে হাওয়ার সামনে দাঁড়ালে আরাম লাগে কেন?
বাতাস চলাচল করলে শরীর থেকে ঘামের বাষ্পায়নের হার বৃদ্ধি পায়। এই বাষ্পায়নের জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ শরীর থেকে সংগৃহীত হয়, ফলে শরীর দ্রুত ঠান্ডা হয় এবং আমরা আরাম বোধ করি।
34. শীতকালে ভিজে কাপড় তাড়াতাড়ি শুকোয় কেন?
শীতকালে বাতাসে জলীয় বাষ্পের পরিমাণ খুব কম থাকে (বাতাস শুষ্ক থাকে)। বায়ুর আর্দ্রতা কম থাকলে বাষ্পায়নের হার বৃদ্ধি পায়, তাই ভিজে কাপড়ের জল দ্রুত বাষ্পীভূত হয়ে কাপড় তাড়াতাড়ি শুকিয়ে যায়।
35. কুকুর গরমকালে জিভ বের করে হাঁপায় কেন?
কুকুরের শরীরে ঘর্মগ্রন্থি থাকে না। জিভ বের করে শ্বাস নিলে জিভের লালা দ্রুত বাষ্পীভূত হয়। বাষ্পায়নের লীন তাপ কুকুরের শরীর থেকে গৃহীত হওয়ায় কুকুর শরীরকে ঠান্ডা রাখার জন্য গরমকালে জিভ বের করে হাঁপায়।
36. হিমমিশ্র (Freezing mixture) কী? এটি কী কাজে লাগে?
বরফ এবং সাধারণ লবণের (NaCl) 3:1 অনুপাতের মিশ্রণকে হিমমিশ্র বলে, যার উষ্ণতা প্রায় $-23^\circ C$। এটি আইসক্রিম বা কুলপি তৈরি করতে এবং মাছ ও মাংস সংরক্ষণে ব্যবহার করা হয়।
37. উদ্বায়ী তরল (Volatile liquid) কাকে বলে? উদাহরণ দাও।
যেসব তরলের স্ফুটনাঙ্ক খুব কম এবং যারা সাধারণ উষ্ণতাতেই খুব দ্রুত বাষ্পীভূত হয়, তাদের উদ্বায়ী তরল বলে। যেমন- স্পিরিট, ইথার, পেট্রোল, ক্লোরোফর্ম।
38. বরফে নুন মেশালে কী হয়?
বরফে নুন মেশালে বরফের গলনাঙ্ক কমে যায় এবং বরফ গলতে শুরু করে। এই বরফ গলার লীন তাপ মিশ্রণ থেকেই সংগৃহীত হওয়ায় মিশ্রণের উষ্ণতা অনেক কমে যায় (হিমমিশ্র তৈরি হয়)।
39. ক্যালোরিমিটার যন্ত্রটি তামা দিয়ে তৈরি হয় কেন?
তামার আপেক্ষিক তাপ কম এবং এটি তাপের খুব ভালো সুপরিবাহী। ফলে তামা খুব দ্রুত ভেতরের তরলের উষ্ণতা লাভ করে এবং ক্যালোরিমিটার কর্তৃক গৃহীত তাপ নগণ্য হয়, যা পরীক্ষার ত্রুটি কমায়।
40. বরফের ওপর দিয়ে স্কেটিং করা সম্ভব হয় কেন?
স্কেটের সরু ব্লেডের ওপর শরীরের সমস্ত ভর চাপলে বরফের ওপর প্রবল চাপ পড়ে, ফলে বরফের গলনাঙ্ক কমে গিয়ে ব্লেডের নীচের বরফ গলে জলে পরিণত হয়। এই জল পিচ্ছিলকারক হিসেবে কাজ করায় স্কেটিং করা সহজ হয়। (পুনর্শিলীভবনের নীতি)।
Broad Questions - দীর্ঘ উত্তরধর্মী ও গাণিতিক প্রশ্ন
10 টি1. ক্যালোরিমিতির মূল নীতিটি বিবৃত করো। এই নীতিটি গাণিতিকভাবে প্রতিষ্ঠা করো এবং এটি কোন্ কোন্ শর্তে প্রযোজ্য তা লেখো।
ক্যালোরিমিতির মূল নীতি:
ভিন্ন উষ্ণতার একাধিক বস্তুকে পরস্পরের সংস্পর্শে রাখা হলে বস্তুগুলির মধ্যে তাপের আদানপ্রদান হয়। যদি অন্য কোনোভাবে তাপক্ষয় না হয় (পরিবেশে তাপ বিকিরিত না হয়), তবে উষ্ণ বস্তুগুলি দ্বারা বর্জিত মোট তাপ = শীতল বস্তুগুলি দ্বারা গৃহীত মোট তাপ। এটি শক্তির সংরক্ষণ সূত্রের একটি রূপ।
গাণিতিক প্রমাণ:
ধরি, $m_1$ ভরের একটি উষ্ণ বস্তুর উষ্ণতা $t_1$ এবং আপেক্ষিক তাপ $s_1$।
এবং $m_2$ ভরের একটি শীতল বস্তুর উষ্ণতা $t_2$ এবং আপেক্ষিক তাপ $s_2$। (যেখানে $t_1 > t_2$)।
বস্তু দুটিকে পরস্পরের সংস্পর্শে রাখলে তারা তাপীয় সাম্যাবস্থায় পৌঁছায়। ধরি, মিশ্রণের চূড়ান্ত উষ্ণতা হলো $t$। (সুতরাং $t_1 > t > t_2$)।
উষ্ণ বস্তু দ্বারা বর্জিত তাপ ($H_1$) = ভর $\times$ আপেক্ষিক তাপ $\times$ উষ্ণতা হ্রাস
$H_1 = m_1 \times s_1 \times (t_1 - t)$
শীতল বস্তু দ্বারা গৃহীত তাপ ($H_2$) = ভর $\times$ আপেক্ষিক তাপ $\times$ উষ্ণতা বৃদ্ধি
$H_2 = m_2 \times s_2 \times (t - t_2)$
ক্যালোরিমিতির মূল নীতি অনুসারে, বর্জিত তাপ = গৃহীত তাপ।
$m_1 s_1 (t_1 - t) = m_2 s_2 (t - t_2)$
প্রযোজ্য হওয়ার শর্ত:
- বস্তুগুলির মধ্যে কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়া হওয়া চলবে না।
- বস্তুগুলি একে অপরের মধ্যে দ্রবীভূত হওয়া চলবে না।
- বাইরের পরিবেশে কোনো তাপ বিকিরণ বা পরিবহন দ্বারা নষ্ট হওয়া চলবে না।
2. লীন তাপ (Latent Heat) কাকে বলে? "বরফ গলনের লীন তাপ 80 cal/g" - কথাটির অর্থ কী? অবস্থার পরিবর্তনের সময় বস্তুর উষ্ণতা বৃদ্ধি পায় না কেন?
লীন তাপ:
উষ্ণতার পরিবর্তন না ঘটিয়ে শুধুমাত্র পদার্থের ভৌত অবস্থার (কঠিন থেকে তরল বা তরল থেকে গ্যাস) পরিবর্তন করতে একক ভরের কোনো পদার্থ যে পরিমাণ তাপ গ্রহণ বা বর্জন করে, তাকে ওই পদার্থের লীন তাপ বলে। এর CGS একক $cal/g$ এবং SI একক $J/kg$।
"বরফ গলনের লীন তাপ 80 cal/g" এর অর্থ:
এই কথাটির অর্থ হলো, প্রমাণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে $0^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম কঠিন বরফকে সম্পূর্ণ গলিয়ে $0^\circ C$ উষ্ণতার 1 গ্রাম তরল জলে পরিণত করতে বাইরে থেকে ঠিক 80 ক্যালোরি তাপশক্তি সরবরাহ করতে হবে।
উষ্ণতা অপরিবর্তিত থাকার কারণ:
আমরা যখন কোনো কঠিন বস্তুকে তাপ দিই, তখন অণুগুলির গতিশক্তি বাড়ে বলে উষ্ণতা বাড়ে। কিন্তু গলনাঙ্কে পৌঁছানোর পর পদার্থ যে লীন তাপ গ্রহণ করে, তা অণুগুলির গতিশক্তি বাড়াতে পারে না। এই তাপটি কঠিন পদার্থের অণুগুলির মধ্যবর্তী তীব্র আন্তরাণবিক আকর্ষণ বলকে দুর্বল করতে বা ভাঙতে ব্যবহৃত হয় (অর্থাৎ অণুগুলির স্থিতিশক্তি বাড়াতে ব্যয় হয়), যাতে পদার্থটি তরলে পরিণত হতে পারে। যেহেতু গতিশক্তি বাড়ে না, তাই অবস্থার সম্পূর্ণ পরিবর্তন না হওয়া পর্যন্ত উষ্ণতা স্থির থাকে।
3. আপেক্ষিক তাপ, তাপগ্রাহিতা এবং জলসম কাকে বলে? এদের মধ্যে সম্পর্ক নির্ণয় করো।
সংজ্ঞা:
- আপেক্ষিক তাপ ($s$): একক ভরের কোনো বস্তুর উষ্ণতা 1 ডিগ্রি ($1^\circ C$ বা 1 K) বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়োজন হয়, তাকে ওই বস্তুর আপেক্ষিক তাপ বলে।
- তাপগ্রাহিতা: কোনো বস্তুর সমগ্র ভরের উষ্ণতা 1 ডিগ্রি বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, তাকে ওই বস্তুর তাপগ্রাহিতা বলে।
- জলসম ($W$): কোনো বস্তুর উষ্ণতা 1 ডিগ্রি বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, ঠিক সেই পরিমাণ তাপ দিয়ে যত ভরের জলের উষ্ণতা 1 ডিগ্রি বৃদ্ধি করা যায়, সেই জলের ভরকেই ওই বস্তুর জলসম বলে।
সম্পর্ক নির্ণয়:
ধরি, একটি বস্তুর ভর = $m$ এবং আপেক্ষিক তাপ = $s$।
সংজ্ঞা অনুযায়ী, 1 গ্রাম ভরের বস্তুর উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়াতে তাপ লাগে = $s$।
তাহলে, $m$ গ্রাম ভরের বস্তুর উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়াতে তাপ লাগবে = $ms$।
সুতরাং, বস্তুর তাপগ্রাহিতা = $ms$।
এবার, আমরা জানি জলের আপেক্ষিক তাপ = 1 $cal/g^\circ C$।
বস্তুর তাপগ্রাহিতার সমান তাপ অর্থাৎ $ms$ ক্যালোরি তাপ দিয়ে জলের উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়ানো হলে, সেই জলের ভর হবে:
জলের ভর $\times 1 \times 1 = ms$ $\implies$ জলের ভর = $ms$ গ্রাম।
সংজ্ঞা অনুযায়ী এই জলের ভরই হলো জলসম ($W$)।
অতএব, জলসম ($W$) = $ms$
সিদ্ধান্ত: CGS পদ্ধতিতে কোনো বস্তুর তাপগ্রাহিতা এবং জলসমের সাংখ্যমান (Numerical value, $ms$) সর্বদা সমান হয়। তবে তাপগ্রাহিতার একক $cal/^\circ C$ এবং জলসমের একক গ্রাম (g)।
4. প্রেসার কুকার (Pressure Cooker) কীভাবে কাজ করে তা বৈজ্ঞানিক কারণসহ বিস্তারিত ব্যাখ্যা করো।
প্রেসার কুকারের কার্যনীতি (Working Principle):
প্রেসার কুকার মূলত তরলের ওপর চাপ বৃদ্ধি করে স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি করার বৈজ্ঞানিক নীতির ওপর ভিত্তি করে কাজ করে।
বৈজ্ঞানিক ব্যাখ্যা:
- চাপ বৃদ্ধি ও স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি: আমরা জানি, তরলের মুক্তপৃষ্ঠের ওপর চাপ বৃদ্ধি করলে তরলের স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি পায়। সাধারণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে (খোলা পাত্রে) জল $100^\circ C$ উষ্ণতায় ফোটে। কিন্তু প্রেসার কুকার হলো একটি বায়ুরোধী (Airtight) মজবুত পাত্র।
- বাষ্পের আবদ্ধতা: প্রেসার কুকারে জল ও খাবার দিয়ে ঢাকা আটকে তাপ দিলে জল ফুটে বাষ্প তৈরি হতে শুরু করে। এই বাষ্প কুকারের বাইরে বেরোতে পারে না, ফলে কুকারের ভেতরে বাষ্প জমতে থাকে।
- ভিতরের চাপ বৃদ্ধি: জমে থাকা এই বাষ্প জলের উপরিতলে প্রচণ্ড চাপ সৃষ্টি করে। কুকারের ভেতরের চাপ সাধারণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপের প্রায় 2 গুণ হয়ে যায়।
- উচ্চ উষ্ণতায় স্ফুটন: উচ্চ চাপের কারণে কুকারের ভেতরের জলের স্ফুটনাঙ্ক $100^\circ C$ থেকে বেড়ে প্রায় $120^\circ C$ (বা $121^\circ C$) হয়ে যায়।
- দ্রুত রান্না: জল $120^\circ C$ উষ্ণতায় ফোটার ফলে খাবার অনেক বেশি তাপ গ্রহণ করতে পারে। উচ্চ তাপমাত্রার কারণে চাল, ডাল, মাংস বা অন্যান্য খাবার সাধারণ পাত্রের তুলনায় অনেক দ্রুত সেদ্ধ হয়ে যায়। এতে সময় ও জ্বালানি উভয়েরই সাশ্রয় হয়।
5. পুনর্শিলীভবন (Regelation) কাকে বলে? একটি উদাহরণের সাহায্যে ব্যাপারটি বুঝিয়ে দাও এবং এর কারণ ব্যাখ্যা করো।
পুনর্শিলীভবন:
চাপ প্রয়োগ করে কঠিন বরফকে গলিয়ে জলে পরিণত করা এবং চাপ সরিয়ে নিলে সেই জল পুনরায় জমে কঠিন বরফে পরিণত হওয়ার ঘটনাকে পুনর্শিলীভবন (Regelation) বলে।
উদাহরণ (বরফের চাঁই ও তারের পরীক্ষা):
একটি বড় বরফের চাঁইকে দুটি স্ট্যান্ডের ওপর রাখা হলো। একটি সরু ধাতব তারের দুই প্রান্তে দুটি ভারী বাটখারা বেঁধে তারটিকে বরফের চাঁইয়ের ওপর ঝুলিয়ে দেওয়া হলো। কিছুক্ষণ পর দেখা যাবে, তারটি বরফ কেটে সম্পূর্ণ নীচে পড়ে গেছে, কিন্তু বরফের চাঁইটি আগের মতোই অখণ্ড বা জোড়া লেগে আছে, এটি দু-টুকরো হয়নি।
কারণ বা বৈজ্ঞানিক ব্যাখ্যা:
- চাপ বৃদ্ধি: তারের প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল খুব কম হওয়ায় ভারী বাটখারার কারণে তারের ঠিক নীচের বরফের ওপর প্রচণ্ড চাপ পড়ে।
- গলনাঙ্ক হ্রাস: বরফ এমন একটি পদার্থ যা গললে আয়তনে কমে। এই ধরনের পদার্থের ওপর চাপ বাড়ালে গলনাঙ্ক কমে যায়। ফলে তারের নীচের অংশের বরফের গলনাঙ্ক $0^\circ C$ এর নীচে নেমে যায়। কিন্তু চারপাশের উষ্ণতা $0^\circ C$ থাকায় ওই অংশের বরফ গলে জলে পরিণত হয়।
- তারের নীচে নামা: বরফ গলে জল হওয়ায় তারটি সামান্য নীচে নেমে আসে এবং জলটি তারের ওপরে উঠে যায়।
- চাপ হ্রাস ও পুনরায় বরফ হওয়া: জল ওপরে ওঠার ফলে ওই জলের ওপর থেকে অতিরিক্ত চাপ সরে যায়। চাপ কমায় গলনাঙ্ক আবার $0^\circ C$ হয়ে যায়। ফলে জলটি পুনরায় জমে বরফে (পুনর্শিলীভবন) পরিণত হয়।
এইভাবে তারটি বরফ কেটে নীচে নেমে যায় এবং ওপরের জল জমে আবার বরফ হয়ে যায় বলে বরফটি জোড়া লেগে থাকে।
6. বাষ্পায়ন (Evaporation) ও স্ফুটনের (Boiling) মধ্যে তিনটি প্রধান পার্থক্য লেখো। ঘর্মাক্ত শরীরে হাওয়ার সামনে দাঁড়ালে আরাম বোধ হয় কেন?
বাষ্পায়ন ও স্ফুটনের পার্থক্য:
| বৈশিষ্ট্য | বাষ্পায়ন (Evaporation) | স্ফুটন (Boiling) |
|---|
| উষ্ণতা | যেকোনো উষ্ণতায় ধীরে ধীরে স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। | একটি নির্দিষ্ট উষ্ণতায় (স্ফুটনাঙ্কে) দ্রুত ঘটে। |
| ঘটার স্থান | এটি কেবল তরলের উপরিতল (Surface) থেকে ঘটে। | এটি তরলের সমগ্র অংশ থেকে ঘটে। |
| শব্দ ও বুদ্বুদ | বাষ্পায়নে কোনো শব্দ বা বুদ্বুদ সৃষ্টি হয় না। | স্ফুটনে বুদ্বুদ সৃষ্টি হয় এবং সশব্দে ঘটে। |
| উষ্ণতার পরিবর্তন | বাষ্পায়নের ফলে তরল ঠান্ডা হয় (উষ্ণতা কমে)। | স্ফুটন চলাকালীন তরলের উষ্ণতা স্থির থাকে। |
ঘর্মাক্ত শরীরে হাওয়ায় আরাম লাগার কারণ:
গ্রীষ্মকালে আমাদের শরীর থেকে ঘাম বের হয়। ঘর্মাক্ত শরীরে ফ্যানের বা বাতাসের সামনে দাঁড়ালে হাওয়ার প্রভাবে শরীরের ওপর থেকে ঘামের বাষ্পায়নের হার দ্রুত বৃদ্ধি পায়। বাষ্পায়ন প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ ঘাম আমাদের ত্বক ও শরীর থেকে সংগ্রহ করে। এর ফলে শরীর প্রচুর তাপ হারায় এবং দ্রুত ঠান্ডা হয়ে যায়। শরীর ঠান্ডা হওয়ার কারণেই আমরা তখন আরাম বোধ করি।
7. 100 g ভরের একটি তামার বাটখারার উষ্ণতা 100°C। বাটখারাটিকে 10°C উষ্ণতার 200 g জলে নিমজ্জিত করলে মিশ্রণের অন্তিম উষ্ণতা কত হবে? (তামার আপেক্ষিক তাপ = 0.09 $cal/g^\circ C$, তাপক্ষয় নগণ্য ধরো)।
সমাধান:
ক্যালোরিমিতির মূল নীতি অনুযায়ী, গৃহিত তাপ = বর্জিত তাপ।
ধরি, মিশ্রণের অন্তিম উষ্ণতা = $t^\circ C$।
উষ্ণ বস্তু (তামার বাটখারা) দ্বারা বর্জিত তাপ:
তামার ভর ($m_1$) = 100 g
আপেক্ষিক তাপ ($s_1$) = 0.09 $cal/g^\circ C$
উষ্ণতা হ্রাস = $(100 - t)^\circ C$
বর্জিত তাপ ($H_1$) = $m_1 s_1 (100 - t)$
$H_1 = 100 \times 0.09 \times (100 - t)$
$H_1 = 9 \times (100 - t)$
শীতল বস্তু (জল) দ্বারা গৃহিত তাপ:
জলের ভর ($m_2$) = 200 g
জলের আপেক্ষিক তাপ ($s_2$) = 1 $cal/g^\circ C$
উষ্ণতা বৃদ্ধি = $(t - 10)^\circ C$
গৃহিত তাপ ($H_2$) = $m_2 s_2 (t - 10)$
$H_2 = 200 \times 1 \times (t - 10)$
$H_2 = 200(t - 10)$
শর্তানুসারে:
$H_1 = H_2$
$9(100 - t) = 200(t - 10)$
$900 - 9t = 200t - 2000$
$900 + 2000 = 200t + 9t$
$2900 = 209t$
$t = \frac{2900}{209} \approx 13.87$
উত্তর: মিশ্রণের অন্তিম উষ্ণতা হবে প্রায় $13.87^\circ C$।
8. সমভরের জল ও 0°C উষ্ণতার বরফ মিশিয়ে সমস্ত বরফ গলে গেলে জলের প্রাথমিক উষ্ণতা কত ছিল? (বরফ গলনের লীন তাপ 80 cal/g, তাপক্ষয় নগণ্য)।
সমাধান:
ধরি, জল এবং বরফ উভয়ের ভর = $m$ গ্রাম।
জলের প্রাথমিক উষ্ণতা ছিল = $t^\circ C$।
সমস্ত বরফ গলে জল হওয়ার পর মিশ্রণের চূড়ান্ত উষ্ণতা হলো $0^\circ C$।
শীতল বস্তু (বরফ) দ্বারা গৃহিত তাপ:
$m$ গ্রাম বরফকে $0^\circ C$ উষ্ণতার জলে পরিণত করতে প্রয়োজনীয় লীন তাপ:
গৃহিত তাপ ($H_1$) = $m \times L$ (যেখানে L = 80 cal/g)
$H_1 = m \times 80 = 80m$ ক্যালোরি।
উষ্ণ বস্তু (জল) দ্বারা বর্জিত তাপ:
$m$ গ্রাম জলের উষ্ণতা $t^\circ C$ থেকে কমে $0^\circ C$ হওয়ায় বর্জিত তাপ:
বর্জিত তাপ ($H_2$) = $m \times s \times (t - 0)$ (জলের আপেক্ষিক তাপ s = 1)
$H_2 = m \times 1 \times t = mt$ ক্যালোরি।
ক্যালোরিমিতির নীতি অনুযায়ী:
গৃহিত তাপ = বর্জিত তাপ
$80m = mt$
উভয় দিক থেকে $m$ বাতিল করে পাই,
$t = 80$
উত্তর: জলের প্রাথমিক উষ্ণতা ছিল $80^\circ C$।
9. 100 W-এর উত্তাপন কুণ্ডলীকে (Heater) 5 মিনিট চালু রাখার ফলে দেখা গেল যে বিকারে 90 g বরফ গলা জল জমা হয়েছে। $P \times t = mL$ সমীকরণটি ব্যবহার করে বরফ গলনের লীন তাপ (J/g এককে) নির্ণয় করো এবং স্বীকৃত মানের সাথে তুলনা করো।
সমাধান:
প্রদত্ত সমীকরণ: $P \times t = m \times L$
এখানে, উত্তাপন কুণ্ডলীর ক্ষমতা ($P$) = 100 W (বা 100 J/s)
সময় ($t$) = 5 মিনিট = $5 \times 60$ সেকেন্ড = 300 s
গলে যাওয়া বরফের ভর ($m$) = 90 g
লীন তাপ = $L$
লীন তাপ নির্ণয়:
সমীকরণে মান বসিয়ে পাই,
$100 \times 300 = 90 \times L$
$30000 = 90L$
$L = \frac{30000}{90}$
$L = \frac{1000}{3} \approx 333.33 \text{ J/g}$
স্বীকৃত মানের সাথে তুলনা:
আমরা জানি, বরফ গলনের লীন তাপের স্বীকৃত মান হলো 80 cal/g।
জুল এককে এর মান: $80 \times 4.2 \text{ J/g} = 336 \text{ J/g}$।
আমাদের প্রাপ্ত মান (333.33 J/g) স্বীকৃত মানের (336 J/g) খুব কাছাকাছি। সামান্য পার্থক্যের কারণ হলো পরীক্ষায় পরিবেশে সামান্য তাপ নষ্ট হয়েছে বা হিটারের সম্পূর্ণ কার্যকারিতা পাওয়া যায়নি।
10. মাটির কলসির জল গ্রীষ্মকালে ঠান্ডা থাকে কেন? শীতকালে ভিজে কাপড় বর্ষাকালের চেয়ে তাড়াতাড়ি শুকোয় কেন?
১. মাটির কলসির জল ঠান্ডা থাকার কারণ:
মাটি দিয়ে তৈরি কলসির গায়ে অসংখ্য সূক্ষ্ম সূক্ষ্ম ছিদ্র (Pores) থাকে। কলসিতে জল রাখলে, সেই ছিদ্র দিয়ে সামান্য পরিমাণ জল চুঁইয়ে সর্বদা কলসির বাইরের দেওয়ালে বেরিয়ে আসে। এই জল বাইরের বাতাসে অত্যন্ত দ্রুত বাষ্পীভূত (Evaporation) হতে থাকে।
আমরা জানি, বাষ্পায়নের জন্য লীন তাপের প্রয়োজন। এই বেরিয়ে আসা জল বাষ্পীভূত হওয়ার জন্য প্রয়োজনীয় লীন তাপ কলসি এবং কলসির ভেতরে থাকা জলের কাছ থেকে সংগ্রহ করে। ফলে কলসি এবং ভেতরের জল অনবরত তাপ হারিয়ে শীতল হয়ে যায়। তাই গ্রীষ্মকালেও মাটির কলসির জল ঠান্ডা থাকে।
২. শীতকালে ভিজে কাপড় তাড়াতাড়ি শুকোনোর কারণ:
ভিজে কাপড় শুকানো নির্ভর করে জল বাষ্পীভূত হওয়ার হারের ওপর। বাষ্পায়নের হার বায়ুর আর্দ্রতার (Humidity) ওপর বিশেষভাবে নির্ভরশীল। বাতাসে জলীয় বাষ্প কম থাকলে বাষ্পায়নের হার বাড়ে।
বর্ষাকালে বাতাসে প্রচুর পরিমাণে জলীয় বাষ্প উপস্থিত থাকে (আর্দ্রতা বেশি), তাই ভিজে কাপড় থেকে জল সহজে বাষ্পীভূত হতে পারে না। কিন্তু শীতকালে বাতাস অত্যন্ত শুষ্ক থাকে এবং বাতাসে জলীয় বাষ্পের পরিমাণ খুব কম থাকে। শুষ্ক বাতাস কাপড় থেকে দ্রুত জলীয় বাষ্প শোষণ করে নেয়, ফলে বাষ্পায়নের হার অনেক বেড়ে যায়। এই কারণেই বর্ষাকালের চেয়ে শীতকালে ভিজে কাপড় অনেক তাড়াতাড়ি শুকিয়ে যায়।
মাস্টার টিপস!
অংক করার সহজ সূত্র: ক্যালোরিমিতির অংকে "গৃহিত তাপ = বর্জিত তাপ" অর্থাৎ $m_1 s_1 t_1 = m_2 s_2 t_2$ সূত্র ব্যবহার করবে। অবস্থার পরিবর্তন হলে লীন তাপের সূত্র $H = m \times L$ (যেমন গলনের জন্য 80 cal/g) ব্যবহার করতে হবে।
