চিরকুট। English

পদার্থবিজ্ঞান দ্বিতীয় পত্র · একাদশ-দ্বাদশ · অধ্যায় ১ · ১.৪

মোলার আপেক্ষিক তাপ।

একই গ্যাস, একই ১ K তাপমাত্রা বাড়ানো, অথচ তাপ লাগে দুই রকম: বদ্ধ বাক্সে কম, মুক্ত পিস্টনের নিচে বেশি। বাড়তি তাপটা যায় কোথায়? যায় কাজে, কারণ গ্যাস ফুলতে পারলে কিছু তাপ কাজ হয়ে বেরিয়ে যায়।

১. মোলার আপেক্ষিক তাপ

১ মোল গ্যাসের তাপমাত্রা ১ ডিগ্রি বাড়াতে যে পরিমাণ তাপ লাগে, তাকে মোলার তাপধারণ ক্ষমতা বা মোলার আপেক্ষিক তাপ বলে। প্রতীক C।

n মোল গ্যাসের তাপমাত্রা ΔT বাড়াতে ΔQ তাপ লাগলে C = ΔQ/(nΔT) (১.১১)।

ΔQ জুলে, n মোলে আর ΔT কেলভিনে মাপলে C এর একক J mol⁻¹ K⁻¹।

গ্যাসের আপেক্ষিক তাপ দুটো, তাই মোলার আপেক্ষিক তাপও দুটো: স্থির চাপে CP আর স্থির আয়তনে CV।

২. CP কেন CV এর চেয়ে বড়

CP: স্থির চাপে ১ mole গ্যাসের তাপমাত্রা ১ K বাড়াতে যে তাপ লাগে। সংজ্ঞানুসারে CP = ΔQ/(nΔT) (১.১২)।

CV: স্থির আয়তনে ১ mole গ্যাসের তাপমাত্রা ১ K বাড়াতে যে তাপ লাগে। সংজ্ঞানুসারে CV = ΔQ/(nΔT) (১.১৩)।

পরীক্ষায় দেখা গেছে, CP এর মান CV এর চেয়ে বেশি। কারণ কী? স্থির আয়তনে গ্যাস বাহ্যিক কাজ করে না, তাই সমস্ত তাপ চাপ ও তাপমাত্রা বাড়ায়। স্থির চাপে তাপ একদিকে তাপমাত্রা বাড়ায়, অন্যদিকে গ্যাস বাহ্যিক চাপের বিরুদ্ধে আয়তন বাড়িয়ে কাজ করে।

তাই CP = CV + (বাহ্যিক চাপের বিরুদ্ধে কাজের সমতুল্য তাপ), অর্থাৎ CP > CV। দুই অবস্থায় ১ K গরম করে তাপের ভাগটা মিলিয়ে দেখো।

তাপ কোথায় যায় দুই ক্ষেত্রে তাপের ভাগ দেখো

বাড়তি তাপ কেন

১ mole গ্যাসকে দুবার ১ K গরম করবে। আগে কোনটা? বদ্ধ বাক্স, যেখানে আয়তন বদলায় না।

ছবিটা হাতে আঁকা, তাপের ভাগ সূত্র থেকে পাওয়া, তোমার মাপ না।

৩. CP − CV = R

প্রমাণটা ছোট। ১ mole গ্যাসে চাপ P স্থির রেখে তাপমাত্রা dT বাড়ালে (dT = ১ K ধরো) তাপের CV dT অংশ তাপমাত্রা বাড়ায়। পিস্টন x সরলে কাজ হয় P × A × x = P dV। সুতরাং CP = CV + P dV (১.১৪)।

PV = RT (১.১৫) কে স্থির চাপে অন্তরীকরণ করলে P dV = R dT = R, কারণ dT = ১ K। এটা (১.১৪) এ বসালে CP = CV + R।

অর্থাৎ আদর্শ গ্যাসের দুই মোলার আপেক্ষিক তাপের পার্থক্য গ্যাস ধ্রুবকের সমান: CP − CV = R (১.১৬)।

R ধনাত্মক, তাই CP > CV। R = ৮.৩১৪ J K⁻¹ mol⁻¹ বসালে CP − CV = ৮.৩১৪ J K⁻¹ mol⁻¹।

এখন γ: স্থির চাপে আপেক্ষিক তাপ আর স্থির আয়তনে আপেক্ষিক তাপের অনুপাতই γ = CP/CV। (১.১৬) কে CV দিয়ে ভাগ করলে CP/CV − ১ = R/CV, অর্থাৎ γ − ১ = R/CV। তাই CV = R/(γ − ১) [১.১৬(ক)]।

৪. গ্যাসের ধরন আর γ

এক পরমাণুক গ্যাসে CV = (৩/২)R, CP = (৫/২)R এবং γ = ৫/৩ = ১.৬৭।

দ্বিপরমাণবিক গ্যাসে CV = (৫/২)R, CP = (৭/২)R এবং γ = ৭/৫ = ১.৪০।

বহুপরমাণবিক গ্যাসে CV = ৩R, CP = ৪R এবং γ = ৪/৩ = ১.৩৩। প্রতিটা সারিতে CP − CV = R মিলে যায়, দেখে নাও।

γ এর সারণি প্রতিটি সারিতে C_V বাছো

গ্যাস ধরে γ

কোন গ্যাস কোন দলে? এক পরমাণুক: He, Ne, Ar (γ = ১.৬৭)। দ্বিপরমাণুক: H₂, O₂, N₂, Cl₂ (γ = ১.৪০)। ত্রিপরমাণুক বা বহুপরমাণুক: CO₂, C₂H₆, NH₃ (γ = ১.৩৩)। বইয়ে এই শেষ দলের শিরোনামে বহুপরমাণুক, তালিকায় ত্রিপরমাণুক লেখা, দুটো একই দল। গ্যাস আর γ এর মান বাক্সে বসিয়ে দেখো।

ভাগ করো γ দেখে ধরন চেনো

গ্যাস বাছাই

একটা গ্যাস বা γ এর মান ধরো, তারপর বাক্সে ছাড়ো।

একই আণবিক গঠনের গ্যাসের জন্য γ নির্দিষ্ট, ভিন্ন গঠনের গ্যাসের জন্য γ ভিন্ন।

γ কেন গুরুত্বপূর্ণ? (ক) γ জানা থাকলে গ্যাসের অণুতে কয়টি পরমাণু আছে তা জানা যায়। (খ) গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ γ এর ওপর নির্ভর করে। (গ) গ্যাসের রুদ্ধতাপ প্রক্রিয়া পর্যালোচনায় γ জানা দরকার।

৫. γ থেকে হিসাব

উদাহরণ ১.৫: বহুপরমাণবিক গ্যাসে γ = ১.৩৩, R = ৮.৩১ হলে CV = R/(γ − ১) = ৮.৩১/০.৩৩ = ২৫.১৮ J mol⁻¹ K⁻¹ এবং CP = CV + R = ২৫.১৮ + ৮.৩১ = ৩৩.৪৯ J mol⁻¹ K⁻¹। নিচের যন্ত্রে নিজের γ বসিয়েও দেখো।

হিসাব যন্ত্র γ লেখো

γ থেকে মোলার তাপ

R = ৮.৩১ ধরা হয়েছে; সংখ্যা অনুশীলনের জন্য, তোমার মাপ না।

উল্টো দিকেও কাজ করে। γ = ৫/৩ হলে CV = R/(γ − ১) = R/(২/৩) = (৩/২)R এবং CP = (৫/২)R। এটা এক পরমাণুক গ্যাসের মান।

এভাবে γ থেকে গ্যাসের ধরন চেনা যায়: γ = ১.৬৭ হলে এক পরমাণুক, ১.৪১ বা ১.৪০ হলে দ্বিপরমাণুক, ১.৩৩ হলে ত্রিপরমাণুক বা বহুপরমাণুক।

রুদ্ধতাপীয় লেখের ঢাল −γP/V, তাই γ যত বেশি লেখ তত খাড়া। এক পরমাণুক গ্যাসের (হিলিয়াম) γ সবচেয়ে বেশি (১.৬৭), তাই তার রুদ্ধতাপীয় লেখ সবচেয়ে খাড়া।

তাপের হিসাবও একই সূত্র থেকে। ধ্রুব আয়তনে n মোল গ্যাসকে ΔT গরম করতে তাপ Q = n CV ΔT, ধ্রুব চাপে Q = n CP ΔT। যেমন ২ mol দ্বিপরমাণুক গ্যাসে ΔT = ১০ K হলে স্থির আয়তনে Q = ২ × (৫/২)(৮.৩১) × ১০ ≈ ৪১৬ J।

হিসাব যন্ত্র গ্যাস বেছে সংখ্যা বদলাও

গরম করতে কত তাপ

R = ৮.৩১ ধরা হয়েছে; সংখ্যা অনুশীলনের জন্য, তোমার মাপ না।

৬. মিলিয়ে দেখো

তিনটা প্রশ্ন, পরীক্ষার ধাঁচে।

মিলিয়ে দেখো একটা উত্তর বেছে নাও

প্রশ্ন ১

কোনো গ্যাসের দুটি মোলার আপেক্ষিক তাপের অনুপাত একটি ধ্রুব রাশি। এই ধ্রুব রাশিকে যে প্রতীক দ্বারা প্রকাশ করা হয় তা হলো,

দ্বিতীয়টায় সূত্রগুলো কাজে লাগাও।

মিলিয়ে দেখো একটা উত্তর বেছে নাও

প্রশ্ন ২

রুদ্ধতাপীয় প্রক্রিয়ায় কোনো একটি গ্যাসের জন্য PV^1.33 = ধ্রুবক পাওয়া গেল। গ্যাসটির জন্য প্রযোজ্য হবে,

i. C_P = 1.33 C_V
ii. সমোষ্ণ রেখা রুদ্ধতাপ রেখা অপেক্ষা 1.33 গুণ খাড়া
iii. গ্যাসটি ত্রি বা বহু পরমাণু দ্বারা গঠিত

শেষটায় γ আর গ্যাসের ধরন মেলাও।

মিলিয়ে দেখো একটা উত্তর বেছে নাও

প্রশ্ন ৩

CO₂গ্যাসের জন্য γএর মান কত?

পুরো নোটটা আটটা কার্ডে।

নোট থেকে কাটা উল্টে দেখো

আটটা কার্ড

প্রশ্নC_P > C_V কেন, ভৌত ব্যাখ্যা দাও।
উত্তরস্থির আয়তনে কাজ হয় না, সব তাপ তাপমাত্রা বাড়ায়; স্থির চাপে আয়তন বেড়ে বাহ্যিক চাপের বিরুদ্ধে কাজ হয়, তাই বাড়তি তাপ লাগে।
প্রশ্নআদর্শ গ্যাসে C_P ও C_V এর পার্থক্য কত?
উত্তরগ্যাস ধ্রুবক R এর সমান।
প্রশ্নC_V কে γ ও R দিয়ে প্রকাশ করো।
উত্তরC_V = R/(γ − ১)।
প্রশ্নএক পারমাণবিক গ্যাসের C_V, C_P ও γ কত?
উত্তরC_V = (3/2)R, C_P = (5/2)R, γ = ১.৬৭।
প্রশ্নদ্বিপরমাণবিক গ্যাসের C_V, C_P ও γ কত?
উত্তরC_V = (5/2)R, C_P = (7/2)R, γ = ৭/৫ = ১.৪০।
প্রশ্নবহুপরমাণবিক গ্যাসের C_V, C_P ও γ কত?
উত্তরC_V = ৩R, C_P = ৪R, γ = ৪/৩ = ১.৩৩।
প্রশ্নγ জানলে গ্যাসের কোন তথ্য জানা যায়?
উত্তরপ্রতিটি অণুতে কয়টি পরমাণু আছে।
প্রশ্নγ = ১.৬৭ ও γ = ১.৪১ হলে গ্যাস কত পরমাণুক?
উত্তর১.৬৭ হলে এক পরমাণুক; ১.৪১ হলে দ্বিপরমাণুক।

সূত্র: পদার্থবিজ্ঞান দ্বিতীয় পত্র, একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণি (এনসিটিবি), অধ্যায় ১ “তাপগতিবিদ্যা”, অনুচ্ছেদ ১.৪।