দশম শ্রেণী: ভৌত বিজ্ঞান – অধ্যায় 4: তাপের ঘটনা সমূহ
অধ্যায়ের ভূমিকা: তাপের ঘটনাসমূহ (Thermal Phenomena)
কখনও ভেবে দেখেছ, রেললাইনের জোড়ার মুখে কেন একটু ফাঁক রাখা হয়? কিংবা কাচের গ্লাসে গরম চা ঢাললে গ্লাসটি ফেটে যায় কেন? বা শীতকালে কেন সোয়েটার পরলে গরম লাগে?
এই সবকিছুর মূলে রয়েছে তাপের প্রভাব। তাপ প্রয়োগে পদার্থের প্রসারণ এবং এক স্থান থেকে অন্য স্থানে তাপের পরিবহন—এগুলোই এই অধ্যায়ের আলোচনার বিষয়।
এই অধ্যায়ে আমরা জানব:
- কঠিন, তরল ও গ্যাসীয় পদার্থের প্রসারণ এবং তাদের গুণাঙ্ক।
- কেন তরল পদার্থের প্রসারণ দু’রকম হয় (আপাত ও প্রকৃত)।
- তাপের পরিবহন (Thermal Conductivity) এবং দৈনন্দিন জীবনে তার ব্যবহার।
📊 মাধ্যমিক নম্বর বিভাজন (Tentative):
- MCQ (বিভাগ-ক): ১টি প্রশ্ন × ১ = ১ নম্বর
- অতি সংক্ষিপ্ত (বিভাগ-খ): ১টি প্রশ্ন × ১ = ১ নম্বর
- দীর্ঘ উত্তরধর্মী (বিভাগ-ঘ): ১টি প্রশ্ন × ৩ = ৩ নম্বর
- মোট: ৫ নম্বর (প্রায়)
*দ্রষ্টব্য: ৩ নম্বরের প্রশ্নটিতে সাধারণত ২+১ বা সম্পূর্ণ ৩ নম্বরের অঙ্ক/তত্ত্ব আসতে পারে।
বিভাগ-ক: বহু বিকল্প ভিত্তিক প্রশ্ন (MCQ) – ৩০টি
১. কঠিনের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্কের এস.আই (SI) একক কী? [মাধ্যমিক ২০১৮, ২০২৩]
- $m$
- $m^{-1}$
- $K^{-1}$
- $^\circ C$
✅ সঠিক উত্তর: (C) $K^{-1}$
২. নিচের কোনটির ওপর ধাতুর তাপ পরিবাহিতাঙ্ক নির্ভর করে? [মাধ্যমিক ২০১৯]
- উষ্ণতা
- দৈর্ঘ্য
- প্রস্থচ্ছেদ
- উপাদানের প্রকৃতি
✅ সঠিক উত্তর: (D) উপাদানের প্রকৃতি
৩. কঠিনের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\alpha$), ক্ষেত্র প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\beta$) ও আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma$)-এর মধ্যে সম্পর্কটি হলো— [মাধ্যমিক ২০১৭, ২০২২]
- $\alpha = \beta = \gamma$
- $6\alpha = 3\beta = 2\gamma$
- $\alpha = 2\beta = 3\gamma$
- $\alpha = \beta/3 = \gamma/2$
✅ সঠিক উত্তর: (B) $6\alpha = 3\beta = 2\gamma$ (কারণ $\alpha = \beta/2 = \gamma/3$)
৪. কোন ধাতুটির তাপ পরিবাহিতা সর্বাধিক? [মাধ্যমিক ২০১৬]
- তামা (Cu)
- সোনা (Au)
- অ্যালুমিনিয়াম (Al)
- রুপো (Ag)
✅ সঠিক উত্তর: (D) রুপো (Ag)
৫. তাপীয় রোধের (Thermal Resistance) রাশিমালাটি হলো—
- $d/KA$
- $KA/d$
- $K/dA$
- $A/Kd$
✅ সঠিক উত্তর: (A) $d/KA$ (যেখানে d=বেধ, K=পরিবাহিতাঙ্ক, A=ক্ষেত্রফল)
৬. তাপ পরিবাহিতাঙ্কের (K) এস.আই (SI) একক হলো— [মাধ্যমিক ২০২০]
- $W \cdot m \cdot K^{-1}$
- $W \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$
- $W \cdot m^{-2} \cdot K^{-1}$
- $J \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$
✅ সঠিক উত্তর: (B) $W \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$ (ওয়াট প্রতি মিটার প্রতি কেলভিন)
৭. ইনভার (Invar)-এর প্রধান উপাদান কী এবং এর প্রসারণ গুণাঙ্ক কেমন?
- লোহা ও নিকেল; খুব কম
- তামা ও দস্তা; খুব বেশি
- লোহা ও কার্বন; খুব বেশি
- তামা ও টিন; মাঝারি
✅ সঠিক উত্তর: (A) লোহা ও নিকেল; খুব কম (প্রায় শূন্য)
৮. দ্বি-ধাতব পাতের (Bimetallic Strip) ব্যবহার দেখা যায়—
- থার্মোমিটারে
- থার্মোস্ট্যাটে (যেমন ইস্ত্রিতে)
- ব্যারোমিটারে
- ক্যালোরিমিটারে
✅ সঠিক উত্তর: (B) থার্মোস্ট্যাটে (অটোমেটিক কাট-আউট সুইচ হিসেবে)
৯. পিতলের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক $19 \times 10^{-6} /^\circ C$ বলতে বোঝায়—
- $1m$ দণ্ডের উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়লে দৈর্ঘ্য বাড়ে $19m$
- $1m$ দণ্ডের উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়লে দৈর্ঘ্য বাড়ে $19 \times 10^{-6} m$
- যে কোনো দৈর্ঘ্যের দণ্ডের উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়লে দৈর্ঘ্য বাড়ে $19cm$
- কোনোটিই নয়
✅ সঠিক উত্তর: (B) $1m$ দণ্ডের উষ্ণতা $1^\circ C$ বাড়লে দৈর্ঘ্য বাড়ে $19 \times 10^{-6} m$
১০. তরলের ক্ষেত্রে কয়টি প্রসারণ গুণাঙ্ক বিবেচনা করা হয়?
- ১টি
- ২টি
- ৩টি
- ৪টি
✅ সঠিক উত্তর: (B) ২টি (আপাত ও প্রকৃত প্রসারণ গুণাঙ্ক)
১১. তরলের আপাত প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma_a$) ও প্রকৃত প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma_r$)-এর মধ্যে সম্পর্কটি হলো— [মাধ্যমিক ২০১৭]
- $\gamma_r = \gamma_a$
- $\gamma_r > \gamma_a$
- $\gamma_r < \gamma_a$
- কোনো সম্পর্ক নেই
✅ সঠিক উত্তর: (B) $\gamma_r > \gamma_a$ (কারণ $\gamma_r = \gamma_a + \gamma_g$)
১২. চালর্সের সূত্র অনুযায়ী গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্কের মান কত? [মাধ্যমিক ২০১৮]
- $1/273 \text{ } ^\circ C^{-1}$
- $273 \text{ } ^\circ C^{-1}$
- $1/100 \text{ } ^\circ C^{-1}$
- $0$
✅ সঠিক উত্তর: (A) $1/273 \text{ } ^\circ C^{-1}$
১৩. গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্কের মান—
- গ্যাসের প্রকৃতির ওপর নির্ভর করে
- গ্যাসের ভরের ওপর নির্ভর করে
- সব গ্যাসের ক্ষেত্রে একই হয়
- চাপের ওপর নির্ভর করে না
✅ সঠিক উত্তর: (C) সব গ্যাসের ক্ষেত্রে একই হয় ($1/273$)
১৪. তরলের প্রকৃত প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma_r$) এবং পাত্রের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma_g$)-এর সম্পর্ক হলো—
- $\gamma_r = \gamma_a – \gamma_g$
- $\gamma_a = \gamma_r + \gamma_g$
- $\gamma_r = \gamma_a + \gamma_g$
- $\gamma_g = \gamma_r + \gamma_a$
✅ সঠিক উত্তর: (C) $\gamma_r = \gamma_a + \gamma_g$
১৫. আদর্শ পরিবাহীর ক্ষেত্রে তাপ পরিবাহিতাঙ্কের ($K$) মান কত?
- শূন্য
- ১
- অসীম ($\infty$)
- ১০০
✅ সঠিক উত্তর: (C) অসীম ($\infty$)
১৬. আদর্শ অন্তরক বা কুপরিবাহীর তাপ পরিবাহিতাঙ্কের মান কত?
- শূন্য ($0$)
- ১
- অসীম
- ঋণাত্মক
✅ সঠিক উত্তর: (A) শূন্য ($0$)
১৭. তাপীয় রোধাঙ্ক (Thermal Resistivity)-এর একক কী?
- $m \cdot K \cdot W^{-1}$
- $W \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$
- $K \cdot W^{-1}$
- $m \cdot K$
✅ সঠিক উত্তর: (A) $m \cdot K \cdot W^{-1}$ (তাপ পরিবাহিতাঙ্কের বিপরীত)
১৮. সেলসিয়াস স্কেলে কোনো কঠিনের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক $\alpha$ হলে, ফারেনহাইট স্কেলে এর মান হবে—
- $5/9 \alpha$
- $9/5 \alpha$
- $\alpha$
- $32 \alpha$
✅ সঠিক উত্তর: (A) $5/9 \alpha$
১৯. তরলের নিজস্ব আকৃতি নেই, তাই তরলের—
- কেবল দৈর্ঘ্য প্রসারণ আছে
- কেবল ক্ষেত্র প্রসারণ আছে
- কেবল আয়তন প্রসারণ আছে
- কোনো প্রসারণ নেই
✅ সঠিক উত্তর: (C) কেবল আয়তন প্রসারণ আছে
২০. নিচের কোন পদার্থটির তাপ পরিবাহিতা সবচেয়ে কম? (সাধারণত)
- লোহা
- হীরা
- কাঁচ
- পারদ
✅ সঠিক উত্তর: (C) কাঁচ (অধাতব কুপরিবাহী)
২১. হীরা (Diamond) তড়িৎ পরিবহনে অক্ষম হলেও তাপ পরিবহনে—
- অক্ষম
- খুবই পটু
- মাঝারি মানের
- কুপরিবাহী
✅ সঠিক উত্তর: (B) খুবই পটু (হীরার তাপ পরিবাহিতা তামা বা রুপোর চেয়েও বেশি)
২২. ইঞ্জেন-হাউস (Ingen-Hausz) পরীক্ষার সাহায্যে তুলনা করা হয়—
- বিভিন্ন তরলের ঘনত্ব
- বিভিন্ন কঠিনের তাপ পরিবাহিতা
- গ্যাসের চাপ
- আপেক্ষিক তাপ
✅ সঠিক উত্তর: (B) বিভিন্ন কঠিনের তাপ পরিবাহিতা
২৩. তাপীয় রোধ ($R_{th}$) ও তড়িৎ রোধ ($R$)-এর মধ্যে সাদৃশ্য অনুযায়ী তাপমাত্রার পার্থক্য ($\theta_2 – \theta_1$)-এর সমতুল্য রাশি কোনটি?
- তড়িৎ প্রবাহমাত্রা ($I$)
- বিভব প্রভেদ ($V$)
- আধান ($Q$)
- সময় ($t$)
✅ সঠিক উত্তর: (B) বিভব প্রভেদ ($V$)
২৪. লোহার আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক $36 \times 10^{-6} /^\circ C$ হলে, এর দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক কত?
- $12 \times 10^{-6} /^\circ C$
- $18 \times 10^{-6} /^\circ C$
- $108 \times 10^{-6} /^\circ C$
- $36 \times 10^{-6} /^\circ C$
✅ সঠিক উত্তর: (A) $12 \times 10^{-6} /^\circ C$ (কারণ $\alpha = \gamma/3$)
২৫. নিচের কোনটির গুণাঙ্ক তিন প্রকার (দৈর্ঘ্য, ক্ষেত্র, আয়তন) দেখা যায়?
- তরল
- গ্যাস
- কঠিন
- প্লাজমা
✅ সঠিক উত্তর: (C) কঠিন
২৬. তরলের আপাত প্রসারণ গুণাঙ্ক নির্ভর করে—
- কেবল তরলের প্রকৃতির ওপর
- কেবল পাত্রের উপাদানের ওপর
- তরল ও পাত্র উভয়ের প্রকৃতির ওপর
- তরলের ভরের ওপর
✅ সঠিক উত্তর: (C) তরল ও পাত্র উভয়ের প্রকৃতির ওপর (কারণ পাত্রের প্রসারণ বাদ দিলে আপাত প্রসারণ পাওয়া যায়)
২৭. তাপ পরিবহনের সময় পদার্থের কণাগুলি—
- স্থান পরিবর্তন করে
- স্থান পরিবর্তন করে না, কেবল কম্পিত হয়
- স্থির থাকে
- বিয়োজিত হয়
✅ সঠিক উত্তর: (B) স্থান পরিবর্তন করে না, কেবল কম্পিত হয়
২৮. ডেভিডের নিরাপত্তা বাতিতে (Davy’s Safety Lamp) কোন নীতি কাজ করে?
- তাপের পরিচলন
- তাপের বিকিরণ
- তামার তারজালির উচ্চ তাপ পরিবাহিতা
- গ্যাসের প্রসারণ
✅ সঠিক উত্তর: (C) তামার তারজালির উচ্চ তাপ পরিবাহিতা (তাপ দ্রুত ছড়িয়ে দিয়ে জ্বলন বিন্দুতে পৌঁছাতে দেয় না)
২৯. $0^\circ C$ থেকে $4^\circ C$ পর্যন্ত জলের প্রসারণকে কী বলে?
- সাধারণ প্রসারণ
- ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ (Anomalous Expansion)
- আপাত প্রসারণ
- কোনোটিই নয়
✅ সঠিক উত্তর: (B) ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ (এই পাল্লায় জল সংকুচিত হয়)
৩০. তাপ পরিবাহিতা ($K$) এবং তাপীয় রোধ ($R$)-এর সম্পর্ক কী? (একক আয়তনের ক্ষেত্রে)
- $R \propto K$
- $R \propto 1/K$
- $R = K^2$
- $R = K$
✅ সঠিক উত্তর: (B) $R \propto 1/K$ (পরিবাহিতা বেশি হলে রোধ কম হবে)
বিভাগ-খ: অতি সংক্ষিপ্ত প্রশ্ন ও উত্তর (প্রতিটি প্রশ্নের মান – ১)
বিষয়: ভৌতবিজ্ঞান | অধ্যায়: তাপের ঘটনাসমূহ | মোট প্রশ্ন: ৪৫
১. তাপ পরিবাহিতাঙ্ক ($K$)-এর এস.আই (SI) একক কী? [মাধ্যমিক ২০২০]
✅ উত্তর: $W \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$ (ওয়াট প্রতি মিটার প্রতি কেলভিন)।
২. কঠিনের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্কের একক কী? [মাধ্যমিক ২০১৮]
✅ উত্তর: $K^{-1}$ (প্রতি কেলভিন) বা $^\circ C^{-1}$ (প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস)।
৩. কোনটির প্রসারণ গুণাঙ্ক সবচেয়ে বেশি—কঠিন, তরল না গ্যাস?
✅ উত্তর: গ্যাসের প্রসারণ গুণাঙ্ক সবচেয়ে বেশি।
৪. তরলের ক্ষেত্রে কয়প্রকার প্রসারণ গুণাঙ্ক দেখা যায়? [মাধ্যমিক ২০১৭]
✅ উত্তর: দুই প্রকার—১) আপাত প্রসারণ গুণাঙ্ক ও ২) প্রকৃত প্রসারণ গুণাঙ্ক।
৫. চার্লসের সূত্র থেকে গ্যাসের কোন গুণাঙ্কের মান পাওয়া যায়?
✅ উত্তর: আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma_p$)।
৬. গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্কের মান কত? [মাধ্যমিক ২০১৯]
✅ উত্তর: $\frac{1}{273} \text{ } ^\circ C^{-1}$ বা $0.00366 \text{ } ^\circ C^{-1}$।
৭. তাপীয় রোধের ($R_{th}$) রাশিমালাটি লেখো।
✅ উত্তর: $R_{th} = \frac{d}{KA}$ (যেখানে $d$=বেধ, $A$=ক্ষেত্রফল, $K$=পরিবাহিতাঙ্ক)।
৮. হীরা ও গ্রাফাইটের মধ্যে তাপ পরিবাহিতা কার বেশি?
✅ উত্তর: হীরার (Diamond) তাপ পরিবাহিতা অনেক বেশি।
৯. তরলের আপাত ও প্রকৃত প্রসারণ গুণাঙ্কের মধ্যে কোনটি তরলের নিজস্ব ধর্ম?
✅ উত্তর: প্রকৃত প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma_r$)।
১০. তাপ পরিবাহিতাঙ্কের মাত্রা সংকেত (Dimension) কী?
✅ উত্তর: $[MLT^{-3}\Theta^{-1}]$।
১১. তাপীয় রোধের এস.আই (SI) একক কী?
✅ উত্তর: কেলভিন প্রতি ওয়াট ($K/W$)।
১২. ইনভার (Invar) কী তৈরিতে ব্যবহৃত হয়?
✅ উত্তর: মিটার স্কেল, ঘড়ির পেন্ডুলাম বা নির্ভুল পরিমাপক যন্ত্র তৈরিতে।
১৩. তাপ পরিবহনের জন্য কীসের পার্থক্য থাকা আবশ্যক?
✅ উত্তর: তাপমাত্রার বা উষ্ণতার পার্থক্য।
১৪. কঠিনের তিন প্রকার প্রসারণ গুণাঙ্কের মধ্যে সম্পর্কটি লেখো।
✅ উত্তর: $\alpha = \frac{\beta}{2} = \frac{\gamma}{3}$।
১৫. তরলের প্রকৃত প্রসারণ ($\gamma_r$) ও আপাত প্রসারণ ($\gamma_a$)-এর সম্পর্কটি কী?
✅ উত্তর: $\gamma_r = \gamma_a + \gamma_g$ (যেখানে $\gamma_g$ হলো পাত্রের প্রসারণ গুণাঙ্ক)।
১৬. কোন ধাতুর তাপ পরিবাহিতা সবচেয়ে বেশি? [মাধ্যমিক ২০১৬]
✅ উত্তর: রুপো বা সিলভার ($Ag$)।
১৭. আদর্শ অন্তরকের তাপ পরিবাহিতাঙ্কের মান কত?
✅ উত্তর: শূন্য ($0$)।
১৮. আদর্শ পরিবাহীর তাপ পরিবাহিতাঙ্কের মান কত?
✅ উত্তর: অসীম ($\infty$)।
১৯. একটি অধাতুর নাম লেখো যা তাপের সুপরিবাহী।
✅ উত্তর: হীরা (Diamond) বা গ্রাফাইট।
২০. পিতল ও লোহা দিয়ে তৈরি দ্বি-ধাতব পাত উত্তপ্ত করলে কোনটি বাইরের দিকে থাকবে?
✅ উত্তর: পিতল (কারণ পিতলের প্রসারণ গুণাঙ্ক লোহার চেয়ে বেশি)।
২১. তাপীয় রোধাঙ্ক (Thermal Resistivity) কাকে বলে?
✅ উত্তর: তাপ পরিবাহিতাঙ্কের অন্যোনক বা বিপরীত রাশিকে ($1/K$) তাপীয় রোধাঙ্ক বলে।
২২. স্থির চাপে গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্কের মান কি গ্যাসের প্রকৃতির ওপর নির্ভর করে?
✅ উত্তর: না, সব গ্যাসের ক্ষেত্রে এর মান সমান ($1/273 \text{ } ^\circ C^{-1}$)।
২৩. সেলসিয়াস স্কেলে তাপমাত্রার পার্থক্য $10^\circ C$ হলে কেলভিন স্কেলে ওই পার্থক্য কত?
✅ উত্তর: $10 \text{ K}$ (তাপমাত্রার পার্থক্য উভয় স্কেলে সমান থাকে)।
২৪. কঠিনের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্কের মাত্রীয় সংকেত কী?
✅ উত্তর: $[\Theta^{-1}]$ বা $[M^0L^0T^0\Theta^{-1}]$।
২৫. বরফ ও জলের মধ্যে কোনটি তাপের কুপরিবাহী?
✅ উত্তর: জল তাপের কুপরিবাহী (বরফও কুপরিবাহী, তবে জল বেশি উল্লেখযোগ্য)।
২৬. শীতকালে কাঠের দরজার চেয়ে লোহার হাতল বেশি ঠান্ডা মনে হয় কেন?
✅ উত্তর: লোহা সুপরিবাহী হওয়ায় হাত থেকে তাপ দ্রুত শোষণ করে, কিন্তু কাঠ কুপরিবাহী তাই তাপ শোষণ করে না।
২৭. এস.আই (SI) পদ্ধতিতে তাপের যান্ত্রিক তুল্যাঙ্ক ($J$)-এর মান কত?
✅ উত্তর: $1$ (কারণ SI-তে তাপ ও কার্য উভয়ের একক জুল)।
২৮. CGS পদ্ধতিতে তামার তাপ পরিবাহিতাঙ্ক $0.92$ হলে SI-তে কত?
✅ উত্তর: $0.92 \times 420 = 386.4 \text{ W m}^{-1} \text{K}^{-1}$। (প্রায় $420$ গুণ হয়)।
২৯. ফারেনহাইট স্কেলে লোহার দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক $\alpha_F$ এবং সেলসিয়াস স্কেলে $\alpha_C$ হলে সম্পর্ক কী?
✅ উত্তর: $\alpha_F = \frac{5}{9} \alpha_C$।
৩০. কোন তাপমাত্রায় জলের ঘনত্ব সর্বাধিক হয়?
✅ উত্তর: $4^\circ C$ বা $277 \text{ K}$।
৩১. রেললাইনের জোড়ামুখে ফাঁক রাখা হয় কেন?
✅ উত্তর: গরমকালে বা ঘর্ষণের ফলে তাপ উৎপন্ন হলে লাইনের দৈর্ঘ্য বাড়ে। ফাঁক থাকলে লাইনটি বেকে যায় না।
৩২. শূন্যস্থানে তাপ পরিবাহিতাঙ্কের মান কত?
✅ উত্তর: শূন্য (কারণ পরিবহনের জন্য জড় মাধ্যমের প্রয়োজন)।
৩৩. তাপ ও তড়িতের প্রবাহের মধ্যে একটি সাদৃশ্য লেখো।
✅ উত্তর: তাপ উচ্চ তাপমাত্রা থেকে নিম্ন তাপমাত্রায় প্রবাহিত হয়, ঠিক যেমন তড়িৎ উচ্চ বিভব থেকে নিম্ন বিভবে প্রবাহিত হয়।
৩৪. গ্যাসের প্রসারণের সময় পাত্রের প্রসারণ নগণ্য ধরা হয় কেন?
✅ উত্তর: কারণ কঠিন পাত্রের প্রসারণের তুলনায় গ্যাসের প্রসারণ অনেক গুণ বেশি হয়।
৩৫. পারদের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক কাঁচের তুলনায় কেমন?
✅ উত্তর: অনেক বেশি (প্রায় ৭ গুণ)।
৩৬. তাপীয় রোধ কোন কোন বিষয়ের ওপর নির্ভর করে?
✅ উত্তর: পরিবাহীর দৈর্ঘ্য ($l$), প্রস্থচ্ছেদ ($A$) এবং উপাদানের ($K$) ওপর।
৩৭. দ্বি-ধাতব পাতের একটি ব্যবহার লেখো।
✅ উত্তর: ফায়ার অ্যালার্ম বা ইস্ত্রি মেশিনের থার্মোস্ট্যাট সুইচে।
৩৮. তাপ পরিবহন করে কিন্তু তড়িৎ পরিবহন করে না—এমন একটি পদার্থের নাম লেখো।
✅ উত্তর: অভ্র (Mica)।
৩৯. ডেভিডের নিরাপত্তা বাতিতে তামার তারজালি ব্যবহার করা হয় কেন?
✅ উত্তর: তামা তাপের সুপরিবাহী, তাই এটি শিখার তাপ দ্রুত ছড়িয়ে দিয়ে জ্বলন বিন্দুতে পৌঁছাতে দেয় না।
৪০. তরলের প্রসারণ গুণাঙ্ক নির্ণয়ে পাত্রের প্রসারণকে কি উপেক্ষা করা যায়?
✅ উত্তর: না, পাত্রের প্রসারণ উপেক্ষা করলে কেবল ‘আপাত প্রসারণ’ পাওয়া যাবে, ‘প্রকৃত প্রসারণ’ নয়।
৪১. কোন স্কেলে তাপ পরিবাহিতাঙ্কের মান ঋণাত্মক হতে পারে কি?
✅ উত্তর: না, তাপ পরিবাহিতাঙ্ক সর্বদা ধনাত্মক রাশি।
৪২. কঠিন পদার্থের তাপ পরিবহন কিসের ওপর নির্ভর করে না?
✅ উত্তর: বায়ুমণ্ডলীয় চাপের ওপর।
৪৩. সুপার ইনসুলেটর (Super Insulator) বা উত্তম তাপ নিরোধক কী?
✅ উত্তর: অ্যারোজেল (Aerogel)।
৪৪. তাপ সঞ্চালনের কোন পদ্ধতিতে মাধ্যমের কণাগুলির স্থানচ্যুতি ঘটে না?
✅ উত্তর: পরিবহন (Conduction) পদ্ধতিতে।
৪৫. $1 \text{ cal} \cdot \text{cm}^{-1} \cdot ^\circ C^{-1} \cdot s^{-1}$ সমান কত ওয়াট?
✅ উত্তর: $420 \text{ W} \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$।
বিভাগ-চ: দীর্ঘ উত্তরধর্মী প্রশ্ন (পার্ট-১)
বিষয়: ভৌতবিজ্ঞান | অধ্যায়: তাপের ঘটনাসমূহ | প্রশ্ন সংখ্যা: ১-২২
১. কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক কাকে বলে? এর গাণিতিক রূপটি লেখো এবং এস.আই একক উল্লেখ করো। [মাধ্যমিক ২০১৭]
✅ উত্তর:
প্রতি $1^\circ$ উষ্ণতা বৃদ্ধির জন্য কোনো কঠিন পদার্থের প্রতি একক দৈর্ঘ্যে যে পরিমাণ দৈর্ঘ্য প্রসারণ হয়, তাকে ওই পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\alpha$) বলে。
গাণিতিক রূপ: যদি $t_1$ উষ্ণতায় দৈর্ঘ্য $L_1$ এবং $t_2$ উষ্ণতায় দৈর্ঘ্য $L_2$ হয়, তবে
$$ \alpha = \frac{L_2 – L_1}{L_1 (t_2 – t_1)} $$
SI একক: কেলভিন ইনভার্স ($K^{-1}$)।
২. কঠিনের দৈর্ঘ্য ($\alpha$), ক্ষেত্র ($\beta$) ও আয়তন ($\gamma$) প্রসারণ গুণাঙ্কের মধ্যে সম্পর্কটি প্রতিষ্ঠা করো (বা লেখো)। এদের অনুপাত কত?
✅ উত্তর:
কঠিন পদার্থের তিন প্রকার প্রসারণ গুণাঙ্কের মধ্যে সম্পর্কটি হলো:
$$ \alpha = \frac{\beta}{2} = \frac{\gamma}{3} $$
বা, $6\alpha = 3\beta = 2\gamma$。
অনুপাত: $\alpha : \beta : \gamma = 1 : 2 : 3$।
৩. দ্বি-ধাতব পাত (Bimetallic Strip) কী? এর একটি ব্যবহারিক প্রয়োগ লেখো।
✅ উত্তর:
দুটি ভিন্ন ধাতুর (যেমন- লোহা ও পিতল) সমান দৈর্ঘ্য, প্রস্থ ও বেধের পাতকে সাধারণ উষ্ণতায় রিভেট করে বা ঝালাই করে যে যুগ্ম পাত তৈরি করা হয়, তাকে দ্বি-ধাতব পাত বলে।
নীতি: উত্তপ্ত করলে যার প্রসারণ গুণাঙ্ক বেশি (পিতল), সেটি বেশি প্রসারিত হয়, ফলে পাতটি বেঁকে যায়।
ব্যবহার: অগ্নি সংকেত যন্ত্রে (Fire alarm) বা ইস্ত্রি ও রেফ্রিজারেটরের থার্মোস্ট্যাট সুইচে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণে ব্যবহৃত হয়।
৪. তরলের দুই প্রকার প্রসারণ গুণাঙ্ক থাকার কারণ কী? এদের মধ্যে সম্পর্কটি লেখো। [মাধ্যমিক ২০১৮]
✅ উত্তর:
তরলকে উত্তপ্ত করার জন্য কোনো পাত্রে রাখা আবশ্যক। তাপ দিলে তরলের সাথে পাত্রটিও প্রসারিত হয়।
১) পাত্রের প্রসারণ উপেক্ষা করে তরলের যে প্রসারণ দেখা যায়, তা হলো আপাত প্রসারণ।
২) পাত্রের প্রসারণকে হিসেব করে তরলের যে মোট প্রসারণ পাওয়া যায়, তা হলো প্রকৃত প্রসারণ।
সম্পর্ক: $\gamma_r = \gamma_a + \gamma_g$ (যেখানে $\gamma_r$=প্রকৃত, $\gamma_a$=আপাত, $\gamma_g$=পাত্রের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক)।
৫. গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক কাকে বলে? এর মান কত? [মাধ্যমিক ২০১৯]
✅ উত্তর:
চাপ স্থির রেখে নির্দিষ্ট ভরের কোনো গ্যাসের উষ্ণতা $0^\circ C$ থেকে $1^\circ C$ বৃদ্ধি করলে, $0^\circ C$ উষ্ণতায় গ্যাসটির যে আয়তন থাকে, তার যে ভগ্নাংশ পরিমাণ আয়তন বৃদ্ধি পায়, তাকে ওই গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma_p$) বলে।
মান: চার্লসের সূত্রানুসারে এর মান সকল গ্যাসের ক্ষেত্রে সমান, যা হলো $\frac{1}{273} ^\circ C^{-1}$ বা $0.00366 ^\circ C^{-1}$।
৬. রেললাইনে দুটি পাতের জোড়ার মুখে ফাঁক রাখা হয় কেন?
✅ উত্তর:
রেললাইন ইস্পাত বা লোহা দিয়ে তৈরি। গ্রীষ্মকালে সূর্যের তাপে বা চাকার ঘর্ষণে তাপ উৎপন্ন হলে লাইনের দৈর্ঘ্য প্রসারণ ঘটে। যদি জোড়ামুখে ফাঁক না রাখা হয়, তবে প্রসারণের জন্য স্থান না পেয়ে লাইনটি বেঁকে যেতে পারে এবং ট্রেন দুর্ঘটনার সম্ভাবনা থাকে। ফাঁকটি এই বর্ধিত দৈর্ঘ্যকে জায়গা দেয়।
৭. গাণিতিক সমস্যা: একটি লোহার দণ্ডের $0^\circ C$-এ দৈর্ঘ্য $100 \text{ cm}$। $100^\circ C$-এ এর দৈর্ঘ্য কত হবে? (লোহার $\alpha = 12 \times 10^{-6} /^\circ C$)
✅ সমাধান:
দেওয়া আছে, $L_1 = 100 \text{ cm}$, $\Delta t = 100 – 0 = 100^\circ C$, $\alpha = 12 \times 10^{-6}$
আমরা জানি, $L_2 = L_1 (1 + \alpha \Delta t)$
$= 100 [1 + (12 \times 10^{-6} \times 100)]$
$= 100 [1 + 0.0012]$
$= 100 \times 1.0012 = 100.12 \text{ cm}$।
উত্তর: অন্তিম দৈর্ঘ্য হবে $100.12 \text{ cm}$।
৮. ইনভার (Invar) কী? এর প্রসারণ গুণাঙ্কের বৈশিষ্ট্য ও ব্যবহার লেখো।
✅ উত্তর:
সংজ্ঞা: লোহা ($64\%$) ও নিকেল ($36\%$)-এর একটি সংকর ধাতুকে ইনভার বলে।
বৈশিষ্ট্য: সাধারণ উষ্ণতার পরিবর্তনে ইনভারের দৈর্ঘ্য প্রসারণ বা সংকোচন অত্যন্ত নগণ্য (প্রায় শূন্য)।
ব্যবহার: মিটার স্কেল, জ্যামিতিক যন্ত্রপাতি এবং নির্ভুল ঘড়ির পেন্ডুলাম তৈরিতে ব্যবহৃত হয়।
৯. তরলের প্রকৃত প্রসারণ গুণাঙ্ক কি পাত্রের উপাদানের ওপর নির্ভর করে? ব্যাখ্যা করো।
✅ উত্তর:
না, নির্ভর করে না।
তরলের প্রকৃত প্রসারণ হলো তরলের নিজস্ব ধর্ম। এটি পাত্রের প্রসারণের ওপর নির্ভরশীল নয়।
সূত্রানুসারে, $\text{প্রকৃত প্রসারণ} = \text{আপাত প্রসারণ} + \text{পাত্রের প্রসারণ}$।
পাত্রের উপাদান পাল্টালে পাত্রের প্রসারণ ($\gamma_g$) এবং আপাত প্রসারণ ($\gamma_a$) পরিবর্তিত হবে, কিন্তু তাদের যোগফল অর্থাৎ প্রকৃত প্রসারণ ($\gamma_r$) সর্বদা ধ্রুবক থাকবে।
১০. জলের ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ (Anomalous Expansion) কী? শীতপ্রধান দেশে এর সুবিধা কী?
✅ উত্তর:
সাধারণত তরল ঠান্ডা করলে সংকুচিত হয়। কিন্তু জলকে $4^\circ C$ থেকে $0^\circ C$ পর্যন্ত ঠান্ডা করলে তা সংকুচিত না হয়ে প্রসারিত হয় (আয়তন বাড়ে, ঘনত্ব কমে)। একে জলের ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ বলে।
সুবিধা: এর ফলে শীতপ্রধান দেশে হ্রদের ওপরের জল বরফ ($0^\circ C$) হয়ে গেলেও নিচে জল $4^\circ C$-এ তরল থাকে, যা জলজ প্রাণীদের বেঁচে থাকতে সাহায্য করে।
১১. কাঁচের শিশির ছিপি আটকে গেলে গরম করলে খুলে যায় কেন?
✅ উত্তর:
কাঁচের শিশির মুখে ধাতব ছিপি আঁটসাঁট হয়ে লাগলে, ছিপিটিকে সামান্য গরম করলে ধাতুর প্রসারণ গুণাঙ্ক কাঁচের চেয়ে বেশি হওয়ায় ধাতব ছিপিটি কাঁচের তুলনায় বেশি প্রসারিত হয়। ফলে ছিপিটি আলগা হয়ে যায় এবং সহজেই খোলা সম্ভব হয়।
১২. গাণিতিক সমস্যা: কোনো ধাতব দণ্ডের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক $1.2 \times 10^{-5} /^\circ C$ হলে ফারেনহাইট স্কেলে এর মান কত?
✅ সমাধান:
সেলসিয়াস স্কেলে গুণাঙ্ক $\alpha_C = 1.2 \times 10^{-5} /^\circ C$।
আমরা জানি, $\alpha_F = \frac{5}{9} \alpha_C$
$= \frac{5}{9} \times 1.2 \times 10^{-5}$
$= \frac{6}{9} \times 10^{-5} = 0.66 \times 10^{-5} /^\circ F$।
উত্তর: ফারেনহাইট স্কেলে মান $6.67 \times 10^{-6} /^\circ F$।
১৩. গরুর গাড়ির চাকায় লোহার বেড় বা টায়ার কীভাবে পরানো হয়? (প্রসারণের প্রয়োগ)
✅ উত্তর:
লোহার বেড়টির ব্যাস কাঠের চাকার ব্যাসের চেয়ে সামান্য ছোট করা হয়। বেড়টিকে আগুনে উত্তপ্ত করলে তা প্রসারিত হয়ে বড় হয় এবং সহজেই চাকার ওপর পরানো যায়। এরপর ঠান্ডা জল ঢাললে বেড়টি সংকুচিত হয় এবং কাঠের চাকার ওপর খুব শক্তভাবে আটকে যায়।
১৪. পুরু কাঁচের গ্লাসে গরম জল ঢাললে তা ফেটে যায় কেন? পাতলা গ্লাসে ফাটে না কেন?
✅ উত্তর:
কাঁচ তাপের কুপরিবাহী। পুরু গ্লাসে গরম জল ঢাললে ভেতরের তল দ্রুত গরম হয়ে প্রসারিত হয়, কিন্তু বাইরের তল তখনও ঠান্ডা থাকে। এই অসম প্রসারণের ফলে গ্লাসের ভেতরে পীড়ন সৃষ্টি হয় এবং গ্লাস ফেটে যায়।
পাতলা গ্লাসের ক্ষেত্রে ভেতর ও বাইরের তলের মধ্যে তাপ দ্রুত পরিবাহিত হয় এবং উভয় তল প্রায় সমানভাবে প্রসারিত হয়, তাই ফাটে না।
১৫. পেন্ডুলাম ঘড়ি শীতকালে দ্রুত এবং গ্রীষ্মকালে ধীরে চলে কেন?
✅ উত্তর:
পেন্ডুলাম ঘড়ির দোলনকাল ($T$) তার কার্যকর দৈর্ঘ্যের ($L$) বর্গমূলের সমানুপাতিক ($T \propto \sqrt{L}$)।
গ্রীষ্মকালে উষ্ণতা বাড়ায় পেন্ডুলামের দৈর্ঘ্য বাড়ে, ফলে দোলনকাল বাড়ে এবং ঘড়ি ‘ধীরে’ চলে (Time loss)।
শীতকালে দৈর্ঘ্য সংকুচিত হয় বা কমে, ফলে দোলনকাল কমে এবং ঘড়ি ‘দ্রুত’ চলে (Time gain)।
১৬. গাণিতিক সমস্যা: একটি তামার পাতের ক্ষেত্রফল $100 \text{ cm}^2$। উষ্ণতা $50^\circ C$ বৃদ্ধি করলে ক্ষেত্রফল কত বাড়বে? ($\beta = 34 \times 10^{-6} /^\circ C$)
✅ সমাধান:
দেওয়া আছে, প্রাথমিক ক্ষেত্রফল $A_1 = 100$, উষ্ণতা বৃদ্ধি $\Delta t = 50$, গুণাঙ্ক $\beta = 34 \times 10^{-6}$।
ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি $\Delta A = A_1 \beta \Delta t$
$= 100 \times 34 \times 10^{-6} \times 50$
$= 170000 \times 10^{-6}$
$= 0.17 \text{ cm}^2$।
উত্তর: ক্ষেত্রফল বাড়বে $0.17 \text{ cm}^2$।
১৭. “তামার আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক $51 \times 10^{-6} /^\circ C$”—কথাটির অর্থ কী?
✅ উত্তর:
এর অর্থ হলো, $1 \text{ cm}^3$ বা একক আয়তন বিশিষ্ট কোনো তামার খণ্ডের উষ্ণতা $1^\circ C$ বৃদ্ধি করলে তার আয়তন $51 \times 10^{-6} \text{ cm}^3$ পরিমাণ বৃদ্ধি পাবে।
১৮. তাপ প্রয়োগে পদার্থের প্রসারণের কারণ কী? (আণবিক তত্ত্ব)
✅ উত্তর:
পদার্থকে তাপ দিলে তার অণু বা পরমাণুগুলির কম্পন শক্তি বৃদ্ধি পায়। ফলে কণাগুলি তাদের সাম্যাবস্থান থেকে অধিক বিস্তারে কাঁপতে থাকে। এর ফলে দুটি অণুর মধ্যে গড় দূরত্ব (Intermolecular distance) বৃদ্ধি পায়। অণুগুলির গড় দূরত্ব বাড়ার ফলেই সামগ্রিকভাবে পদার্থের আয়তন বা আকার প্রসারিত হয়।
১৯. গাণিতিক সমস্যা: তামার দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক $17 \times 10^{-6} /^\circ C$ হলে, আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক কত?
✅ সমাধান:
দেওয়া আছে, $\alpha = 17 \times 10^{-6} /^\circ C$。
আমরা জানি, $\gamma = 3\alpha$
$\therefore \gamma = 3 \times 17 \times 10^{-6}$
$= 51 \times 10^{-6} /^\circ C$।
উত্তর: আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক $51 \times 10^{-6} /^\circ C$।
২০. গ্যাসের প্রসারণের ক্ষেত্রে ‘পাত্রের প্রসারণ’ বিবেচনা করা হয় না কেন?
✅ উত্তর:
একই পরিমাণ উষ্ণতা বৃদ্ধির জন্য কঠিন পাত্রের আয়তন প্রসারণের তুলনায় গ্যাসের আয়তন প্রসারণ অনেক গুণ (প্রায় ১০০ গুণ) বেশি হয়। গ্যাসের বিপুল প্রসারণের সাপেক্ষে পাত্রের নগণ্য প্রসারণকে উপেক্ষা করা হয়। তাই গ্যাসের ক্ষেত্রে কেবল আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্কই বিবেচনা করা হয়।
২১. আদর্শ গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক ও চাপ গুণাঙ্কের মান সমান—ব্যাখ্যা করো।
✅ উত্তর:
চার্লসের সূত্র থেকে পাওয়া যায়, স্থির চাপে নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক $\gamma_p = 1/273 ^\circ C^{-1}$।
রেণোর চাপীয় সূত্র থেকে পাওয়া যায়, স্থির আয়তনে নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের চাপ গুণাঙ্ক $\gamma_v = 1/273 ^\circ C^{-1}$।
উভয় ক্ষেত্রেই মান সমান ($1/273$)। এটি আদর্শ গ্যাসের একটি বৈশিষ্ট্য।
২২. গাণিতিক সমস্যা: একটি কাঁচের ফ্লাস্কের আয়তন $500 \text{ cc}$। এতে কানায় কানায় পারদ ভরা আছে। উষ্ণতা $50^\circ C$ বাড়ালে কতটুকু পারদ উপচে পড়বে? ($\gamma_{\text{Hg}} = 18 \times 10^{-5}, \alpha_{\text{glass}} = 9 \times 10^{-6}$)
✅ সমাধান:
কাঁচের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক $\gamma_g = 3 \alpha = 3 \times 9 \times 10^{-6} = 27 \times 10^{-6}$।
পারদের আপাত প্রসারণ গুণাঙ্ক $\gamma_a = \gamma_r – \gamma_g$
$= 180 \times 10^{-6} – 27 \times 10^{-6}$ (দশমিক সরিয়ে)
$= 153 \times 10^{-6} /^\circ C$।
উপচে পড়া পারদের আয়তন = $V \times \gamma_a \times \Delta t$
$= 500 \times 153 \times 10^{-6} \times 50$
$= 3825000 \times 10^{-6} = 3.825 \text{ cc}$।
উত্তর: $3.825 \text{ cc}$ পারদ উপচে পড়বে।
বিভাগ-চ: দীর্ঘ উত্তরধর্মী প্রশ্ন (পার্ট-২)
বিষয়: ভৌতবিজ্ঞান | অধ্যায়: তাপের ঘটনাসমূহ | প্রশ্ন সংখ্যা: ২৩-৪৪
২৩. তাপ পরিবাহিতা বা তাপ পরিবাহিতাঙ্ক ($K$) কাকে বলে? এর এস.আই এককটি লেখো। [মাধ্যমিক ২০২০]
✅ উত্তর:
সংজ্ঞা: একক বেধ ও একক প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল বিশিষ্ট কোনো পদার্থের পাতের দুই বিপরীত পৃষ্ঠের উষ্ণতার পার্থক্য $1^\circ$ (বা একক) হলে, স্থিতাবস্থায় পাতের এক পৃষ্ঠ থেকে অপর পৃষ্ঠে লম্বভাবে প্রতি সেকেন্ডে যে পরিমাণ তাপ পরিবাহিত হয়, তাকে ওই পদার্থের তাপ পরিবাহিতাঙ্ক ($K$) বলে。
একক: $W \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$ (ওয়াট পার মিটার পার কেলভিন)।
২৪. কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে পরিবাহিত তাপের পরিমাণ ($Q$) কোন কোন বিষয়ের ওপর নির্ভর করে? (গাণিতিক রূপসহ)
✅ উত্তর:
পরিবাহিত তাপ $Q$:
১) প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল ($A$)-এর সমানুপাতিক ($Q \propto A$)।
২) দুই পৃষ্ঠের তাপমাত্রার পার্থক্য ($\theta_2 – \theta_1$)-এর সমানুপাতিক।
৩) সময়ের ($t$) সমানুপাতিক।
৪) বেধ বা দুরুত্ব ($d$)-এর ব্যস্তানুপাতিক ($Q \propto 1/d$)।
যৌগিক ভেদের সূত্রানুসারে: $$ Q = \frac{K \cdot A \cdot (\theta_2 – \theta_1) \cdot t}{d} $$
২৫. তাপীয় রোধ ($R_{th}$) কাকে বলে? এর সাথে তড়িৎ রোধের সাদৃশ্য আলোচনা করো।
✅ উত্তর:
কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে তাপ পরিবহনে যে বাধার সৃষ্টি হয়, তাকে তাপীয় রোধ বলে। রাশিমালা: $R_{th} = d/KA$。
সাদৃশ্য:
তড়িৎ প্রবাহে যেমন ওহমের সূত্র $I = V/R$ (বিভব প্রভেদ / রোধ) প্রযোজ্য, তাপ পরিবহনের ক্ষেত্রেও তাপীয় প্রবাহমাত্রা $H = Q/t = \frac{\theta_2 – \theta_1}{R_{th}}$ (তাপমাত্রার পার্থক্য / তাপীয় রোধ) প্রযোজ্য। এখানে বিভব প্রভেদের সমতুল্য হলো তাপমাত্রার পার্থক্য।
২৬. ইঞ্জেন-হাউসের পরীক্ষার (Ingen-Hausz Experiment) নীতি ও সিদ্ধান্ত লেখো।
✅ উত্তর:
নীতি: বিভিন্ন উপাদানের (তামা, লোহা, কাঁচ ইত্যাদি) সমদৈর্ঘ্য ও সমবেধের দণ্ডে মোমের প্রলেপ দিয়ে একটি পাত্রে গরম জল বা তেল রাখলে, যার তাপ পরিবাহিতা বেশি, তাতে মোম বেশি দৈর্ঘ্য পর্যন্ত গলে যায়।
সিদ্ধান্ত: ১) বিভিন্ন পদার্থের তাপ পরিবাহিতা ভিন্ন ভিন্ন। ২) ধাতুগুলির মধ্যে রৌপ্য ও তামার পরিবাহিতা লোহার চেয়ে বেশি।
২৭. ডেভিডের নিরাপত্তা বাতির (Davy’s Safety Lamp) কার্যনীতি ব্যাখ্যা করো।
✅ উত্তর:
নিরাপত্তা বাতির শিখাটি একটি তামার তারজালি দিয়ে ঘেরা থাকে। তামা তাপের সুপরিবাহী হওয়ায়, ভেতরে মিথেন গ্যাস জ্বললেও উৎপন্ন তাপ জালির মাধ্যমে দ্রুত চারিদিকে ছড়িয়ে পড়ে। ফলে বাইরের তাপমাত্রা মিথেন গ্যাসের জ্বলন বিন্দুতে পৌঁছাতে পারে না এবং খনির গ্যাসে বিস্ফোরণ ঘটে না।
২৮. তাপের সুপরিবাহী ও কুপরিবাহী পদার্থের দুটি করে ব্যবহারিক প্রয়োগ লেখো।
✅ উত্তর:
সুপরিবাহী (ধাতু): রান্নার বাসনপত্র (অ্যালুমিনিয়াম), সোল্ডারিং আয়রনের বিট (তামা) তৈরিতে ব্যবহৃত হয়।
কুপরিবাহী (অ্যাসবেস্টস, কাঠ): প্রেসার কুকার বা ইস্ত্রির হাতল (বেকেলাইট), বরফ সংরক্ষণে কাঠের গুঁড়ো বা কম্বল ব্যবহার করা হয়।
২৯. গাণিতিক সমস্যা: একটি তামার পাতের বেধ $0.5 \text{ cm}$ এবং ক্ষেত্রফল $100 \text{ cm}^2$। দুই পৃষ্ঠের তাপমাত্রার পার্থক্য $100^\circ C$। প্রতি সেকেন্ডে কত তাপ পরিবাহিত হবে? ($K_{Cu} = 0.9 \text{ CGS unit}$)
✅ সমাধান:
দেওয়া আছে, $d = 0.5$, $A = 100$, $\Delta \theta = 100$, $t = 1$, $K = 0.9$。
সূত্র: $Q = \frac{K A (\Delta \theta) t}{d}$
$= \frac{0.9 \times 100 \times 100 \times 1}{0.5}$
$= \frac{9000}{0.5} = 18000 \text{ cal}$।
উত্তর: প্রতি সেকেন্ডে $18000 \text{ cal}$ তাপ পরিবাহিত হবে।
৩০. গাণিতিক সমস্যা: $1 \text{ m}$ দীর্ঘ ও $0.2 \text{ m}^2$ প্রস্থচ্ছেদ বিশিষ্ট একটি দণ্ডের তাপ পরিবাহিতাঙ্ক $50 \text{ SI unit}$। দণ্ডটির তাপীয় রোধ কত?
✅ সমাধান:
দেওয়া আছে, $d = 1 \text{ m}$, $A = 0.2 \text{ m}^2$, $K = 50 \text{ W/mK}$。
তাপীয় রোধ $R_{th} = \frac{d}{KA}$
$= \frac{1}{50 \times 0.2}$
$= \frac{1}{10} = 0.1 \text{ K/W}$।
উত্তর: তাপীয় রোধ $0.1 \text{ K/W}$।
৩১. বরফকে কাঠের গুঁড়ো বা কম্বল দিয়ে ঢেকে রাখা হয় কেন?
✅ উত্তর:
কাঠের গুঁড়ো বা কম্বল তাপের কুপরিবাহী। তাছাড়া এদের আঁশের ফাঁকে ফাঁকে বাতাস আটকে থাকে, যা তাপের অত্যন্ত কুপরিবাহী। ফলে বাইরের পরিবেশের তাপ বরফে পৌঁছাতে পারে না এবং বরফ সহজে গলে না।
৩২. শীতকালে পাখিরা পালক ফুলিয়ে বসে থাকে কেন?
✅ উত্তর:
পাখিরা পালক ফুলিয়ে বসলে পালকের ফাঁকে ফাঁকে বায়ু আটকে থাকে। বায়ু তাপের কুপরিবাহী হওয়ায় পাখির দেহের তাপ বাইরে বেরিয়ে যেতে পারে না। ফলে পাখির শরীর গরম থাকে এবং শীত কম লাগে।
৩৩. শীতকালে নতুন লেপ পুরনো লেপের চেয়ে বেশি গরম লাগে কেন?
✅ উত্তর:
নতুন লেপের তুলো পেঁজা থাকে, ফলে তার ফাঁকে প্রচুর বায়ু আটকে থাকে। বায়ু তাপের কুপরিবাহী হওয়ায় শরীরের তাপ বাইরে যেতে বাধা দেয়। কিন্তু পুরনো লেপের তুলো জমাট বেঁধে যাওয়ায় বাতাস কম থাকে, তাই তা কম গরম হয়।
৩৪. তাপীয় রোধাঙ্ক কী? এর একক লেখো।
✅ উত্তর:
তাপ পরিবাহিতাঙ্কের ($K$) অন্যোনক বা বিপরীত রাশিকে তাপীয় রোধাঙ্ক ($\rho_{th}$) বলা হয়।
অর্থাৎ, $\rho_{th} = 1/K$。
একক: $m \cdot K \cdot W^{-1}$ (মিটার-কেলভিন প্রতি ওয়াট)।
৩৫. তাপ পরিবহনের সাথে তড়িৎ পরিবহনের সাদৃশ্য একটি তালিকার সাহায্যে দেখাও।
✅ উত্তর:
| রাশি | তাপ পরিবহন | তড়িৎ পরিবহন |
|---|---|---|
| প্রবাহের কারণ | তাপমাত্রার পার্থক্য ($\theta_2 – \theta_1$) | বিভব পার্থক্য ($V_2 – V_1$) |
| প্রবাহ মাত্রা | তাপ প্রবাহ ($H = Q/t$) | তড়িৎ প্রবাহ ($I = Q/t$) |
| রোধ | তাপীয় রোধ ($R_{th} = d/KA$) | তড়িৎ রোধ ($R = \rho l/A$) |
| সূত্র | $H = \Delta\theta / R_{th}$ | $I = V / R$ (ওহমের সূত্র) |
৩৬. গাণিতিক সমস্যা: দুটি দণ্ডের দৈর্ঘ্য ও প্রস্থচ্ছেদ সমান, কিন্তু তাপ পরিবাহিতাঙ্ক $K_1$ ও $K_2$। তাদের তাপীয় রোধের অনুপাত কত?
✅ সমাধান:
যেহেতু দৈর্ঘ্য ($d$) ও প্রস্থচ্ছেদ ($A$) সমান, তাই $R \propto 1/K$।
$\therefore R_1 = \frac{d}{K_1 A}$ এবং $R_2 = \frac{d}{K_2 A}$
অনুপাত $\frac{R_1}{R_2} = \frac{d/K_1 A}{d/K_2 A} = \frac{K_2}{K_1}$।
উত্তর: তাপীয় রোধের অনুপাত $K_2 : K_1$।
৩৭. গ্যাসের আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক সংজ্ঞায় ‘চাপ স্থির’ রাখা হয় কেন?
✅ উত্তর:
গ্যাসের আয়তন তার উষ্ণতা এবং চাপ—উভয়ের ওপরই গভীরভাবে নির্ভরশীল (বয়েল ও চার্লসের সূত্র)। যদি চাপ স্থির না রাখা হয়, তবে উষ্ণতা বৃদ্ধির সাথে সাথে চাপও পরিবর্তিত হতে পারে, যার ফলে আয়তনের পরিবর্তন কেবল উষ্ণতার জন্য হবে না। সঠিক গুণাঙ্ক নির্ণয়ের জন্য চাপ স্থির রাখা আবশ্যিক।
৩৮. গ্যাসের কেবল আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক থাকে, কিন্তু কঠিনের তিন প্রকার গুণাঙ্ক থাকে কেন?
✅ উত্তর:
কঠিন পদার্থের নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন আছে, তাই তার দৈর্ঘ্য, ক্ষেত্রফল ও আয়তন—তিনটিরই প্রসারণ সম্ভব। কিন্তু গ্যাসের নির্দিষ্ট কোনো আকার নেই, কেবল আয়তন আছে (পাত্রের আয়তন দখল করে)। তাই গ্যাসের ক্ষেত্রে কেবল আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্কই বিবেচনা করা হয়।
৩৯. গাণিতিক সমস্যা: একটি দণ্ডের দৈর্ঘ্য $0^\circ C$ এবং $100^\circ C$-এ যথাক্রমে $100 \text{ cm}$ এবং $100.2 \text{ cm}$। দণ্ডটির উপাদানের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক নির্ণয় করো।
✅ সমাধান:
$L_1 = 100$, $L_2 = 100.2$, $\Delta t = 100$。
$\alpha = \frac{L_2 – L_1}{L_1 \times \Delta t}$
$= \frac{100.2 – 100}{100 \times 100}$
$= \frac{0.2}{10000} = 2 \times 10^{-5} /^\circ C$。
উত্তর: গুণাঙ্ক $2 \times 10^{-5} /^\circ C$।
৪০. স্টেইনলেস স্টিলের বাটিতে তামা বা কপারের তলা লাগানো হয় কেন?
✅ উত্তর:
স্টেইনলেস স্টিলের তাপ পরিবাহিতা কম, তাই এতে রান্না করলে তাপ সব জায়গায় সমানভাবে ছড়ায় না এবং খাবার পুড়ে যেতে পারে। কিন্তু তামা তাপের সুপরিবাহী। তাই তলায় তামা থাকলে তাপ দ্রুত এবং সুষমভাবে পাত্রে ছড়িয়ে পড়ে, ফলে রান্না ভালো হয় এবং জ্বালানি সাশ্রয় হয়।
৪১. গাণিতিক সমস্যা: দুটি ধাতুর তাপ পরিবাহিতাঙ্কের অনুপাত ২:৩। সমবেধ ও সমক্ষেত্রফল বিশিষ্ট দুটি পাতের মধ্য দিয়ে একই হারে তাপ পরিবাহিত হলে, তাদের দুই পৃষ্ঠের উষ্ণতার পার্থক্যের অনুপাত কত?
✅ সমাধান:
এখানে $Q, A, t, d$ সব সমান।
সূত্র: $Q = \frac{K A \Delta \theta t}{d} \Rightarrow \Delta \theta \propto \frac{1}{K}$ (বাকি সব ধ্রুবক)।
$\therefore \frac{\Delta \theta_1}{\Delta \theta_2} = \frac{K_2}{K_1}$
দেওয়া আছে $K_1 : K_2 = 2 : 3$, তাই $\frac{K_2}{K_1} = \frac{3}{2}$。
উত্তর: উষ্ণতার পার্থক্যের অনুপাত ৩:২।
৪২. দেখাও যে ফারেনহাইট স্কেলে দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\alpha_F$), সেলসিয়াস স্কেলে গুণাঙ্ক ($\alpha_C$)-এর $\frac{5}{9}$ গুণ।
✅ উত্তর:
আমরা জানি, সেলসিয়াস স্কেলের $1^\circ$ পরিবর্তন = ফারেনহাইট স্কেলের $1.8^\circ$ বা $9/5^\circ$ পরিবর্তন।
$\alpha = \frac{\Delta L}{L \times \Delta t}$।
যেহেতু $\Delta t_F = \frac{9}{5} \Delta t_C$
$\therefore \alpha_F = \frac{\Delta L}{L \times \frac{9}{5} \Delta t_C} = \frac{5}{9} \left( \frac{\Delta L}{L \times \Delta t_C} \right)$
$\therefore \alpha_F = \frac{5}{9} \alpha_C$। (প্রমাণিত)
৪৩. গাড়ির রেডিয়েটরে জল ব্যবহার করা হয় কেন?
✅ উত্তর:
জলের আপেক্ষিক তাপ সবচেয়ে বেশি ($4200 \text{ J/kg}^\circ\text{C}$)। তাই জল ইঞ্জিন থেকে প্রচুর পরিমাণ তাপ শোষণ করলেও তার নিজের তাপমাত্রা খুব বেশি বাড়ে না। এছাড়া জল সহজলভ্য এবং তাপের পরিচলন স্রোত সহজে তৈরি করতে পারে। তাই কুল্যান্ট (Coolant) হিসেবে জল ব্যবহৃত হয়।
৪৪. গাণিতিক সমস্যা: $30^\circ C$ উষ্ণতায় একটি পিতলের দণ্ডের দৈর্ঘ্য $100 \text{ cm}$। $100^\circ C$ উষ্ণতায় দণ্ডটির দৈর্ঘ্য কত হবে? ($\alpha = 19 \times 10^{-6} /^\circ C$)
✅ সমাধান:
$\Delta t = 100 – 30 = 70^\circ C$。
বৃদ্ধি $\Delta L = L_1 \alpha \Delta t$
$= 100 \times 19 \times 10^{-6} \times 70$
$= 133000 \times 10^{-6} = 0.133 \text{ cm}$。
অন্তিম দৈর্ঘ্য $L_2 = 100 + 0.133 = 100.133 \text{ cm}$。
উত্তর: $100.133 \text{ cm}$।
সচরাচর জিজ্ঞাসিত প্রশ্ন (FAQ) – তাপের ঘটনাসমূহ
প্রশ্ন: রেললাইনের জোড়ামুখে ফাঁক রাখা হয় কেন?
✅ উত্তর: রেললাইন ইস্পাত বা লোহা দিয়ে তৈরি। গ্রীষ্মকালে সূর্যের তাপে বা চাকার ঘর্ষণে তাপ উৎপন্ন হলে লাইনের দৈর্ঘ্য প্রসারণ ঘটে। যদি জোড়ামুখে ফাঁক না রাখা হয়, তবে প্রসারণের জন্য স্থান না পেয়ে লাইনটি বেঁকে যেতে পারে এবং ট্রেন দুর্ঘটনার সম্ভাবনা থাকে। এই ফাঁকটি বর্ধিত দৈর্ঘ্যকে জায়গা দেয়।
প্রশ্ন: জলের ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ (Anomalous Expansion) কী?
✅ উত্তর: সাধারণত তরল ঠান্ডা করলে সংকুচিত হয়। কিন্তু জলকে $4^\circ C$ থেকে $0^\circ C$ পর্যন্ত ঠান্ডা করলে তা সংকুচিত না হয়ে উল্টে প্রসারিত হয় (আয়তন বাড়ে, ঘনত্ব কমে)। জলের এই অস্বাভাবিক আচরণকে ব্যতিক্রান্ত প্রসারণ বলে।
প্রশ্ন: কঠিন পদার্থের তিন প্রকার প্রসারণ গুণাঙ্কের মধ্যে সম্পর্কটি কী?
✅ উত্তর: কঠিন পদার্থের দৈর্ঘ্য প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\alpha$), ক্ষেত্র প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\beta$) এবং আয়তন প্রসারণ গুণাঙ্ক ($\gamma$)-এর মধ্যে সম্পর্কটি হলো: $\alpha = \beta/2 = \gamma/3$। অর্থাৎ এদের অনুপাত $1:2:3$।
প্রশ্ন: পুরু কাঁচের গ্লাসে গরম জল ঢাললে তা ফেটে যায় কেন?
✅ উত্তর: কাঁচ তাপের কুপরিবাহী। পুরু গ্লাসে গরম জল ঢাললে গ্লাসের ভেতরের তল দ্রুত গরম হয়ে প্রসারিত হয়, কিন্তু বাইরের তল তখনও ঠান্ডা থাকে। এই অসম প্রসারণের ফলে গ্লাসের ভেতরে পীড়ন সৃষ্টি হয় এবং গ্লাসটি ফেটে যায়।
প্রশ্ন: তাপ পরিবাহিতাঙ্কের এস.আই (SI) একক কী?
✅ উত্তর: তাপ পরিবাহিতাঙ্কের এস.আই একক হলো ওয়াট প্রতি মিটার প্রতি কেলভিন ($W \cdot m^{-1} \cdot K^{-1}$)।
প্রশ্ন: ইনভার (Invar) কী এবং এটি কেন ব্যবহৃত হয়?
✅ উত্তর: ইনভার হলো লোহা ও নিকেলের একটি সংকর ধাতু। সাধারণ উষ্ণতার পরিবর্তনে এর দৈর্ঘ্য প্রসারণ বা সংকোচন প্রায় হয় না বললেই চলে। তাই মিটার স্কেল, ঘড়ির পেন্ডুলাম এবং নির্ভুল পরিমাপক যন্ত্র তৈরিতে এটি ব্যবহৃত হয়।