তাপ ও অবস্থার পরিবর্তন – সমস্যা ও সমাধান
১. গ্রাফ অনুসারে, সিডি প্রক্রিয়ার সময় ৫ কেজি পানি কী পরিমাণ তাপ শোষণ করে? পানির আপেক্ষিক তাপ = ৪,২০০ জুল/কেজি ° সে।
জ্ঞাত :
ভর (m) = ১ কেজি
পানির আপেক্ষিক তাপ (c) = 4200 J/kg ° C
প্রাথমিক তাপমাত্রা (T 1 ) = 0 ° C
চূড়ান্ত তাপমাত্রা (T 2 ) = ১০ ° C
তাপমাত্রার পরিবর্তন (ΔT) = ১০ ° C – ০ ° C = ১০ ° C
প্রয়োজন: তাপ (Q)
সমাধান:
Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg o C)(10 o C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210,000 জুল
২. এসি প্রক্রিয়ার সময় ২০ গ্রাম বরফ কী পরিমাণ তাপ শোষণ করে, যদি বরফের আপেক্ষিক তাপ ২১০০ জুল/কেজি ° C এবং বরফের গলনাঙ্কের তাপ ৩৩৬,০০০ জুল/কেজি হয়?
জ্ঞাত :
বরফের ভর (m) = ২০০ গ্রাম = ২০০/১০০০ কিলোগ্রাম = ০.২ কিলোগ্রাম
আপেক্ষিক তাপ (c) = 2100 J/kg ° C
বরফের গলনাঙ্কের তাপ (L F ) = ৩৩৬,০০০ জুল/কেজি
প্রয়োজনীয়: এসি প্রক্রিয়ার সময় বরফ দ্বারা শোষিত তাপ।
সমাধান:
AB প্রক্রিয়া চলাকালীন, বরফ তাপ শোষণ করে তার তাপমাত্রা -১০ ° সেলসিয়াস থেকে ০ ° সেলসিয়াসে পরিবর্তন করে।
Q = mc ΔT
Q = তাপ, m = বরফের ভর, c = বরফের আপেক্ষিক তাপ, ΔT = তাপমাত্রার পরিবর্তন
Q 1 = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 জুল
জৈব-বিয়োজন প্রক্রিয়ার সময়, সমস্ত বরফ গলিয়ে জলে পরিণত করার জন্য তাপ শোষিত হয়। এই প্রক্রিয়ায় শুধুমাত্র দশার পরিবর্তন ঘটে এবং তাপমাত্রার কোনো পরিবর্তন হয় না। বরফ ও জলের তাপমাত্রা ০ ° সেলসিয়াস থাকে।
প্রক্রিয়া BC চলাকালীন শোষিত তাপ:
Q 2 = m L F = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 জুল
এসি প্রক্রিয়া চলাকালীন শোষিত তাপ:
Q = Q 1 + Q 2 = ৪২০০ জুল + ৬৭২০০ জুল = ৭১৪০০ জুল
৩. ২ কেজি পানিকে উত্তপ্ত করা হলে, পানির বাষ্পীভবন তাপ = ২.২৭ x ১০⁶ জুল /কেজি, পানির আপেক্ষিক তাপ = ৪,২০০ জুল/কেজি ° C এবং বায়ুমণ্ডলীয় চাপ ১ atm হলে, BC প্রক্রিয়ার সময় পানি কী পরিমাণ তাপ শোষণ করবে?
জ্ঞাত :
ভর (m) = ১ কেজি
পানির বাষ্পীভবনের তাপ (L V ) = 2.27 x 10 6 জুল/কেজি
পানির আপেক্ষিক তাপ (c) = ৪,২০০ জুল/কেজি ° সে
প্রয়োজন : বিসি (BC) প্রক্রিয়ার সময় শোষিত তাপ।
সমাধান:
AB প্রক্রিয়ায়, পানির তাপমাত্রা ৬০ ° সেলসিয়াস থেকে ১০০ ° সেলসিয়াস পর্যন্ত বৃদ্ধি করার জন্য তাপ শোষণ করা হয়।
Q = m L V = (2 kg)(2.27 x 10 6 J/kg) = 4.54 x 10 6 জুল = 4540 x 10 3 জুল = 4540 কিলো জুল
৪. নিচের চিত্র অনুসারে, যদি বরফের ভর ৫০০ গ্রাম, আপেক্ষিক তাপ ২১০০ জুল/কেজি ° C এবং গলনের সুপ্ত তাপ ৩৩৬,০০০ জুল/কেজি হয়, তবে P–Q–R প্রক্রিয়ায় প্রয়োজনীয় তাপ নির্ণয় করুন।
জ্ঞাত :
বরফের ভর (m) = ৫০০ গ্রাম = ৫০০/১০০০ কেজি = ০.৫ কেজি
বরফের আপেক্ষিক তাপ (c) = 2100 J/kg ° C
গলনের সুপ্ত তাপ (L F ) = ৩৩৬,০০০ জুল/কেজি
প্রয়োজন: উত্তাপ
সমাধান:
প্রক্রিয়া PQ = বরফের তাপমাত্রা -৪ ° C থেকে ০ ° C পর্যন্ত বাড়াতে শোষিত তাপ
প্রক্রিয়া QR = সমস্ত বরফ গলিয়ে জলে পরিণত করার জন্য বরফ দ্বারা শোষিত তাপ
প্রক্রিয়া চলাকালীন শোষিত তাপ PQ নিম্নলিখিত সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা হয়:
Q = mc ΔT
Q = তাপ, m = ভর, c = বরফের আপেক্ষিক তাপ, ΔT = তাপমাত্রার পরিবর্তন
প্রক্রিয়া চলাকালীন বরফ দ্বারা শোষিত তাপ PQ এই সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা হয়:
Q = (0.5 কেজি)(2100 জে/কেজি o C)(0 o C-(-4 o C))
Q = (0.5 কেজি)(2100 জে/কেজি o সি)(0 o C + 4 o C)
Q = (0.5 কেজি) (2100 জে/কেজি o C) (4 o C)
Q = (0.5)(2100 J)(4)
Q = ৪২০০ জুল
প্রক্রিয়া চলাকালীন শোষিত তাপ QR এই সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা হয়:
Q = m L F
Q = (0.5 kg)(336,000 J/kg)
Q = (0.5)(336,000 J)
Q = ৪২০০ জুল
মোট তাপ:
Q = ৪২০০ জুল + ১৬৮,০০০ জুল
Q = ৪২০০ জুল
Q = ১৭২.২ কিলো জুল
Q = ১৭২.২ কিলোজুল
৫. ৫০ গ্রাম ভরের বরফকে -৫ ° C থেকে ৬০ ° C তাপমাত্রার পানিতে উত্তপ্ত করা হলো । যদি বরফের গলনাঙ্কের তাপ ৮০ ক্যালরি/গ্রাম, আপেক্ষিক তাপ ০.৫ ক্যালরি/গ্রাম ° C এবং পানির আপেক্ষিক তাপ ১ ক্যালরি/গ্রাম ° C হয়, তবে CD প্রক্রিয়ায় প্রয়োজনীয় তাপ নির্ণয় করুন।
জ্ঞাত :
বরফের ভর = পানির ভর (m) = ৫০ গ্রাম 
বরফের গলনের সুপ্ত তাপ (L F ) = ৮০ ক্যালরি/গ্রাম
বরফের আপেক্ষিক তাপ (c ice) = ০.৫ ক্যালরি/গ্রাম ° C
পানির আপেক্ষিক তাপ (°C) = ১ ক্যালরি/গ্রাম ° C
প্রয়োজন: প্রসেস সিডি-তে প্রয়োজনীয় তাপ।
সমাধান:
A থেকে B প্রক্রিয়ায়, বরফের তাপমাত্রা -5 ° C থেকে 0 ° C পর্যন্ত বাড়াতে তাপ ব্যবহার করা হয়। এই সমীকরণটি ব্যবহার করে তাপ গণনা করা হয়: Q = mc ΔT, যেখানে Q = তাপ, m = বরফের ভর, c = বরফের আপেক্ষিক তাপ, ΔT = -5 ° C থেকে 0 ° C পর্যন্ত তাপমাত্রার পরিবর্তন।
B থেকে C প্রক্রিয়ায়, সমস্ত বরফ গলিয়ে জল তৈরি করতে তাপ ব্যবহার করা হয়। এই প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রার কোনো পরিবর্তন হয় না। তাপ নিম্নলিখিত সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা হয়: Q = m L F , যেখানে Q = তাপ, m = বরফের ভর, L F = বরফের গলনাঙ্কের সুপ্ত তাপ।
C থেকে D প্রক্রিয়ায়, পানির তাপমাত্রা 0 ° C থেকে 60 ° C পর্যন্ত বাড়াতে তাপ ব্যবহার করা হয়। এই সমীকরণটি ব্যবহার করে তাপ গণনা করা হয়: Q = mc ΔT, যেখানে Q = তাপ, m = পানির ভর, c = পানির আপেক্ষিক তাপ, ΔT = 0 ° C থেকে 60 ° C পর্যন্ত তাপমাত্রার পরিবর্তন।
প্রক্রিয়া C থেকে D তে প্রয়োজনীয় তাপ :
Q = mc ΔT = (50 গ্রাম)(1 ক্যালরি/গ্রাম ° C)(60 ° C-0 ° C) = (50)(1)(60) ক্যালরি = 3000 ক্যালরি
৬. যদি বরফের ভর ১ কেজি, বরফের আপেক্ষিক তাপ ২১০০ জুল/কেজি ° C, বরফের গলনের সুপ্ত তাপ ৩৩৬,০০০ জুল/কেজি এবং পানির আপেক্ষিক তাপ ৪২০০ জুল/কেজি ° C হয়, তবে PQR প্রক্রিয়ায় প্রয়োজনীয় তাপ নির্ণয় করুন।
জ্ঞাত :
বরফের ভর = ১ কেজি
বরফের গলনের সুপ্ত তাপ (L F ) = ৩৩৬,০০০ জুল/কেজি
বরফের আপেক্ষিক তাপ (c ice) = ২,১০০ জুল/কেজি ° C
পানির আপেক্ষিক তাপ (c water) = ৪,২০০ জুল/কেজি ° C
প্রয়োজন: PQR প্রক্রিয়ায় প্রয়োজনীয় তাপ।
সমাধান:
P থেকে Q প্রক্রিয়ায়, বরফের তাপমাত্রা -5 ° C থেকে 0 ° C পর্যন্ত বাড়াতে তাপ ব্যবহার করা হয়। এই সমীকরণটি ব্যবহার করে তাপ গণনা করা হয়: Q = mcΔT, যেখানে Q = তাপ , m = বরফের ভর , c = বরফের আপেক্ষিক তাপ, ΔT = -5 ° C থেকে 0 ° C পর্যন্ত তাপমাত্রার পরিবর্তন।
P থেকে Q প্রক্রিয়ায় প্রয়োজনীয় তাপ :
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 জুল
Q থেকে R প্রক্রিয়ায়, সমস্ত বরফ গলিয়ে জলে পরিণত করতে যে তাপের প্রয়োজন হয়। এই প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রা অপরিবর্তিত থাকে। তাপ নিম্নলিখিত সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা হয়: Q = m L F , যেখানে Q = তাপ , m = বরফের ভর , L F = বরফের গলনাঙ্কের সুপ্ত তাপ ।
Q থেকে R প্রক্রিয়ায় প্রয়োজনীয় তাপ :
Q = m L F = (1) (336,000) = 336,000 জুল
মোট তাপ:
১০,৫০০ + ৩৩৬,০০০ = ৩৪৬,৫০০ জুল
- সুপ্ত তাপ কী?
- উত্তরসুপ্ত তাপ হলো সেই তাপশক্তি যা কোনো পদার্থের তাপমাত্রা পরিবর্তন না করে তার দশা পরিবর্তন করতে প্রয়োজন হয়। দশা পরিবর্তনের সময় আন্তঃআণবিক বন্ধন ভাঙতে বা গড়তে যে শক্তি লাগে, এটি তাকেই বোঝায়।
- দশা পরিবর্তনের সময় তাপমাত্রা কেন স্থির থাকে?
- উত্তরদশা পরিবর্তনের সময়, সরবরাহকৃত বা অপসারিত সমস্ত তাপশক্তি পদার্থটির দশা পরিবর্তনে ব্যবহৃত হয়। এই শক্তি আন্তঃআণবিক বন্ধন ভাঙতে বা গড়তে ব্যবহৃত হয়, পদার্থটির গতিশক্তি বা তাপমাত্রা বাড়াতে নয়।
- গলনের সুপ্ত তাপ এবং বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপের মধ্যে পার্থক্য কী?
- উত্তরগলনের সুপ্ত তাপ বলতে বোঝায় কোনো পদার্থকে তার গলনাঙ্কে কঠিন থেকে তরলে (বা এর বিপরীতক্রমে) পরিবর্তন করতে প্রয়োজনীয় তাপশক্তি। বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপ বলতে বোঝায় কোনো পদার্থকে তার স্ফুটনাঙ্কে তরল থেকে গ্যাসে (বা এর বিপরীতক্রমে) পরিবর্তন করতে প্রয়োজনীয় তাপশক্তি।
- বাতাসের তাপমাত্রা উষ্ণ থাকা সত্ত্বেও, ঝোড়ো দিনে সুইমিং পুল থেকে বের হলে আমাদের কেন ঠান্ডা লাগে?
- উত্তরআমাদের ত্বক থেকে জল বাষ্পীভূত হওয়ার সময়, এটি তরল থেকে বাষ্পে রূপান্তরিত হয়। এই প্রক্রিয়ার জন্য শক্তির প্রয়োজন হয়, যা আমাদের ত্বক থেকে তাপের আকারে গৃহীত হয়, ফলে আমাদের ত্বক শীতল অনুভূত হয়।
- কেন ১০০° সেলসিয়াস তাপমাত্রার ফুটন্ত পানির চেয়ে ১০০° সেলসিয়াস তাপমাত্রার বাষ্প বেশি বিপজ্জনক?
- উত্তরফুটন্ত জলের চেয়ে বাষ্পে বেশি শক্তি থাকে, কারণ জল থেকে বাষ্পে রূপান্তরের সময় এটি বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপ শোষণ করে। যখন বাষ্প ত্বকের উপর ঘনীভূত হয়, তখন এটি এই অতিরিক্ত শক্তি নির্গত করে, যার ফলে ফুটন্ত জলের চেয়েও গুরুতর পোড়া সৃষ্টি হয়।
- কীভাবে বরফে লবণ যোগ করলে এর গলনাঙ্ক কমে যায়?
- উত্তরলবণ যোগ করলে বরফ-জলের মিশ্রণের গলন ও জমাট বাঁধার সাম্যাবস্থা বিঘ্নিত হয়। এর ফলে স্বাভাবিকের চেয়ে কম তাপমাত্রায় বেশি বরফ গলে যায়, যা কার্যকরভাবে মিশ্রণটির হিমাঙ্ক কমিয়ে দেয়।
- গরমের দিনে ঘাম শরীরকে ঠান্ডা রাখতে কেন সাহায্য করে?
- উত্তরত্বক থেকে ঘাম বাষ্পীভূত হওয়ার সময় তরল থেকে গ্যাসীয় অবস্থায় রূপান্তরিত হয়। এই বাষ্পীভবন প্রক্রিয়ার জন্য শক্তির প্রয়োজন হয়, যা ত্বক থেকে গৃহীত হয় এবং এর ফলে ত্বক শীতল হয়।
- দশা পরিবর্তনের প্রেক্ষাপটে ঊর্ধ্বপাতন বলতে কী বোঝায়?
- উত্তরঊর্ধ্বপাতন হলো তরল দশা অতিক্রম না করে সরাসরি কঠিন থেকে গ্যাসীয় দশায় রূপান্তর। এর একটি সাধারণ উদাহরণ হলো শুষ্ক বরফ (কঠিন কার্বন ডাইঅক্সাইড) থেকে সরাসরি কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্যাসে রূপান্তর।
- তাপমাত্রা 0°C থাকা সত্ত্বেও বরফ গলাতে তাপশক্তির প্রয়োজন হয় কেন?
- উত্তরতাপশক্তি বরফকে কঠিন অবস্থায় ধরে রাখা আন্তঃআণবিক বন্ধনগুলো ভাঙতে ব্যবহৃত হয়। এই বন্ধনগুলো ভেঙে গেলে, তাপমাত্রার কোনো পরিবর্তন না হলেও বরফ তরল অবস্থায় রূপান্তরিত হয়।
- চাপ কীভাবে তরলের স্ফুটনাঙ্ককে প্রভাবিত করে?
- উত্তরসাধারণত, বাহ্যিক চাপ বাড়ালে তরলের স্ফুটনাঙ্ক বাড়ে, আর চাপ কমালে স্ফুটনাঙ্ক কমে। এই কারণেই উচ্চভূমিতে, যেখানে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ কম থাকে, সেখানে জল ১০০° সেলসিয়াসের চেয়ে কম তাপমাত্রায় ফোটে।
