আদর্শ গ্যাস ও গ্যাসের গতিতত্ত্ব অনুধাবনমূলক ম্যারাথন

পদার্থবিজ্ঞান বিষয়ে এ প্লাস পাওয়ার জন্য গ ঘ প্রশ্নের পাশাপাশি জ্ঞান এবং অনুধাবনামূলক প্রশ্ন ভালো করা খুবই জরুরী । তোমরা অনেকেই আছো যারা ম্যাথ নিয়ে খুবই এক্সপার্ট হয়ে যাও কিন্তু শেষে দেখা যায় যে তুমি ক খ প্রশ্নের উত্তর করতে পারো না। তোমাদের এই ক খ প্রশ্নের উত্তর করাক সহজ করার জন্য আমাদের আজকের এই পোস্টে পদার্থবিজ্ঞান প্রথম পত্রের গুরুত্বপূর্ণ চ্যাপ্টার আদর্শ গ্যাস ও গ্যাসের গতিতত্ত্ব এর কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন দেওয়া আছে যা বিগত বছরগুলোতে বোর্ড পরীক্ষাতে এসেছে। প্রশ্ন 01: পরম আর্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে অণুর গড় বর্গবেগও বৃদ্ধি পায়-ব্যাখ্যা কর।[DB’22; RB’16] উত্তর: জলীয়বাষ্পের ঘনত্ব বায়ুর ঘনত্বের তুলনায় কম। তাই বায়ুর পরম আর্দ্রতা বৃদ্ধি পেলে, অর্থাৎ বায়ুতে জলীয়বাষ্পের পরিমাণ বৃদ্ধি পেলে, বায়ুর ঘনত্ব হ্রাস পায়।আমরা জানি, গ্যাস অণুর গড় বর্গবেগ $$( c^2 = \frac{3P}{\rho} )$$এই সমীকরণ থেকে দেখা যায় যে, চাপ স্থির থাকলে গ্যাস অণুর গড় বর্গবেগ ঘনত্বের ব্যস্তানুপাতিক। তাই পরম আর্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে গ্যাস অণুর গড় বর্গবেগ বৃদ্ধি পায়।[RB’22] প্রশ্ন 02: একই তাপমাত্রায় ঢাকা অপেক্ষা কক্সবাজারে অস্বস্তিকর অনুভূত হয় কেন? উত্তর: কক্সবাজার সমুদ্রতীরবর্তী এলাকা, তাই সেখানে আপেক্ষিক আর্দ্রতা বেশি। ঢাকার আপেক্ষিক আর্দ্রতা কম, কারণ ঢাকা সমুদ্র থেকে দূরে। আপেক্ষিক আর্দ্রতা বৃদ্ধি পেলে বাষ্পায়নের হার কমে যায়। ঢাকায় ঘাম দ্রুত শুকিয়ে যায়, ফলে শরীর তাড়াতাড়ি সুপ্ত তাপ গ্রহণ করে এবং শীতল অনুভব হয়। কক্সবাজারে ঘাম শুকাতে সময় বেশি লাগে, তাই অস্বস্তিকর অনুভূত হয়। প্রশ্ন 03: গ্যাসের তাপমাত্রার সাথে ঘনত্বের পরিবর্তন ব্যাখ্যা কর।[Ctg.B’22] উত্তর: গ্যাসের ঘনত্ব তাপমাত্রার ব্যস্তানুপাতিক। তাপমাত্রা বাড়লে গ্যাসের আয়তন বৃদ্ধি পায়, কিন্তু ভর স্থির থাকায় ঘনত্ব কমে যায়। তাই তাপমাত্রা বাড়ালে গ্যাসের ঘনত্ব কমে এবং তাপমাত্রা কমালে ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়।[SB’22] প্রশ্ন 04: গ্যাসের গতিতত্ত্ব বয়েলের সূত্রকে সমর্থন করে কি? ব্যাখ্যা কর। উত্তর: হ্যাঁ, গ্যাসের গতিতত্ত্ব বয়েলের সূত্রকে সমর্থন করে। গ্যাসের আদর্শ গতীয় সমীকরণ $$( PV = \frac{mc^2}{3} )$$। এখানে ( mc^2 ) অণুগুলোর গড় গতিশক্তি। বয়েলের সূত্র অনুযায়ী, স্থির তাপমাত্রায় ( PV = ধ্রুবক )। তাই, গ্যাসের গতিতত্ত্ব বয়েলের সূত্র মেনে চলে।[BB’22] প্রশ্ন 05: ঠাণ্ডা পানির জন্য পিতলের কলসী এবং মাটির কলসীর মধ্যে কোনটি বেশি উপযোগী? ব্যাখ্যা কর। উত্তর: ঠাণ্ডা পানির জন্য মাটির কলসী পিতলের কলসীর তুলনায় বেশি উপযোগী। মাটির কলসীতে অসংখ্য ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র ছিদ্র থাকে, যা দিয়ে পানি বাষ্পায়নের সময় সুপ্ততাপ শোষণ করে। ফলে মাটির কলসী দীর্ঘ সময় ঠাণ্ডা থাকে। প্রশ্ন 06: আকাশ মেঘলা থাকলে শিশির পড়ে না কেন?[JB’22] উত্তর: আকাশ মেঘলা থাকলে মেঘ তাপরোধী পদার্থ হিসেবে কাজ করে, যা তাপ বিকিরণকে বাধা দেয়। এর ফলে পরিবেশের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় এবং জলীয়বাষ্পের ধারণক্ষমতাও বৃদ্ধি পায়। তাই শিশির জমে না। প্রশ্ন 07: পরমশূন্য তাপমাত্রায় গ্যাসের গতিশক্তি শূন্য হয়-ব্যাখ্যা কর।[CB’22] উত্তর: গ্যাসের অণুগুলোর গড় গতিশক্তি তাপমাত্রার সমানুপাতিক। গড় গতিশক্তি কমে গেলে তাপমাত্রা কমে এবং পরমশূন্য তাপমাত্রায় অণুর গতিশক্তি শূন্য হয়ে যায়। প্রশ্ন 08: বায়ুতে জলীয়বাষ্পের পরিমাণ বেড়ে গেলে বায়ুমণ্ডলীয় চাপের কীরূপ পরিবর্তন হয়? ব্যাখ্যা কর।[Din.B’22] উত্তর: বায়ুতে জলীয়বাষ্প বৃদ্ধি পেলে বায়ুর ঘনত্ব কমে যায়, কারণ জলীয়বাষ্প শুষ্ক বায়ুর তুলনায় হালকা। $$( P = \rho R T )$$ সূত্র অনুযায়ী, তাপমাত্রা স্থির থাকলে ঘনত্বের সাথে বায়ুমণ্ডলীয় চাপও কমে যায়। প্রশ্ন 09: আবদ্ধ স্থানে তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে শিশিরাঙ্ক কমে না বাড়ে? ব্যাখ্যা কর।[DB’ 21] উত্তর: আবদ্ধ স্থানে তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে শিশিরাঙ্কের কোনো পরিবর্তন হয় না, তা অপরিবর্তিত থাকে। কারণ শিশিরাঙ্ক হলো সেই তাপমাত্রা, যখন নির্দিষ্ট পরিমাণ বায়ু তার মধ্যে থাকা জলীয়বাষ্প দ্বারা সম্পৃক্ত হয়। যেহেতু স্থানটি আবদ্ধ এবং জলীয়বাষ্পের ভরের পরিবর্তন হয় না, তাই শিশিরাঙ্কও অপরিবর্তিত থাকে। প্রশ্ন 10: গ্যাসের বেগ নির্ণয়ে rms বেগ নেওয়া হয় কেন? ব্যাখ্যা কর। উত্তর: গ্যাসের অণুগুলির বেগ বিভিন্ন দিকে চলে, ফলে গড়বেগ শূন্য হতে পারে। কিন্তু বেগের বর্গমূল-মাধ্যম বেগ (rms বেগ) শূন্য হয় না এবং এটি গ্যাস অণুর গতিশক্তির সাথে সরাসরি সম্পর্কিত। তাই গ্যাসের বেগ নির্ণয়ে rms বেগ নেওয়া হয়, যা অণুগুলির গতিশক্তির যথাযথ মান প্রদান করে। প্রশ্ন 11: “কোনো স্থানের আপেক্ষিক আর্দ্রতা 60%”-এর অর্থ কী?[RB’ 21; Ctg.B’21; BB’21; DB’16] উত্তর: “কোনো স্থানের আপেক্ষিক আর্দ্রতা 60%” বোঝায় যে:(i) ঐ তাপমাত্রায় বায়ুকে সম্পৃক্ত করতে যে পরিমাণ জলীয়বাষ্প প্রয়োজন, তার 60% জলীয়বাষ্প বায়ুতে উপস্থিত আছে।(ii) ঐ তাপমাত্রায় উপস্থিত জলীয়বাষ্পের চাপ, সম্পৃক্ত জলীয়বাষ্প চাপের 60%।(iii) শিশিরাঙ্কে জলীয়বাষ্প চাপও বায়ুর তাপমাত্রায় সম্পৃক্ত জলীয়বাষ্প চাপের 60%। প্রশ্ন 12: “আদর্শ গ্যাস একটি কল্পনামাত্র”-ব্যাখ্যা কর।[RB’ 21] উত্তর: “আদর্শ গ্যাস একটি কল্পনামাত্র”-এই উক্তি সঠিক। আদর্শ গ্যাস সমীকরণ প্রতিপাদনের সময় গ্যাসের অণুগুলিকে বিন্দুভর হিসেবে ধরা হয় এবং তাদের আকর্ষণ বল বিবেচনা করা হয় না। কিন্তু বাস্তবে গ্যাস অণুগুলির নির্দিষ্ট আয়তন থাকে এবং তাদের মধ্যে আকর্ষণ বলও ক্রিয়াশীল থাকে। তাই আদর্শ গ্যাস একটি কল্পনামাত্র। প্রশ্ন 13: গ্রীষ্মকালে বাতাসে জলীয়বাষ্পের পরিমাণ অধিক হলেও শিশির পড়ে না কেন?[Ctg.B 21] উত্তর: গ্রীষ্মকালে তাপমাত্রা শিশিরাঙ্কের চেয়ে বেশি থাকে, ফলে শিশির পড়ে না। যদিও বায়ুতে বেশি জলীয়বাষ্প থাকে, তাপমাত্রা বেশি হওয়ায় বায়ু অসম্পৃক্ত থাকে এবং জলীয়বাষ্প ঘনীভূত হয়ে শিশির জমে না। প্রশ্ন 14: এক মোল গ্যাসের ক্ষেত্রে গ্যাস ধ্রুবককে সর্বজনীন বলা হয় কেন?[SB’ 21] উত্তর: এক মোল গ্যাসের তাপমাত্রা 1K বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ কাজ করতে হয়, তাকে মোলার গ্যাস ধ্রুবক বলা হয়। এর মান 8.314 Jmol⁻¹K⁻¹। যেকোনো গ্যাসের ক্ষেত্রে 1 মোল পরিমাণের তাপমাত্রা 1K বাড়াতে একই পরিমাণ কাজ করতে হয়। এজন্য গ্যাস ধ্রুবককে সর্বজনীন বলা হয়। প্রশ্ন 15: মোলার গ্যাস ধ্রুবক 8.31 Jmol⁻¹K⁻¹ বলতে কী বোঝায়?[BB’ 21] উত্তর: মোলার গ্যাস ধ্রুবক 8.31 Jmol⁻¹K⁻¹ বলতে বোঝায় যে, 1 মোল আদর্শ গ্যাসের তাপমাত্রা 1K বাড়াতে যে কাজ করতে হয়, তা 8.31 J। প্রশ্ন 16: কোনো একদিনের শিশিরাঙ্ক 19.4°C বলতে কী বোঝায়?[JB’ 21; DB’19] উত্তর: শিশিরাঙ্ক 19.4°C বলতে বোঝায়, 19.4°C তাপমাত্রায় ঐ স্থানের বায়ু তার মধ্যে থাকা জলীয়বাষ্প দ্বারা সম্পৃক্ত হয়। অর্থাৎ, এই তাপমাত্রায় শিশির জমা বা অদৃশ্য হতে শুরু করে। প্রশ্ন 17: শীতের সকালে শিশির দেখা যায় কেন?[CB’ 21] উত্তর: শীতের রাতে ভূপৃষ্ঠ তাপ বিকিরণ করে ঠান্ডা হয়ে যায় এবং তাপমাত্রা শিশিরাঙ্কের নিচে নেমে আসে। ফলে জলীয়বাষ্প ঘনীভূত হয়ে শিশির জমা শুরু করে। তাই শীতের সকালে শিশির দেখা যায়। প্রশ্ন 18: মেঘলা রাত অপেক্ষা মেঘহীন রাতে বেশি শিশির জমে কেন?[Din.B’ 21] উত্তর: মেঘহীন রাতে ভূ-পৃষ্ঠ তাপ বিকিরণ করে এবং ঠাণ্ডা হয়ে যায়, যার ফলে তাপমাত্রা শিশিরাঙ্কে পৌঁছায়। তখন বাতাসে থাকা জলীয়বাষ্প ঘনীভূত হয়ে শিশির জমে। কিন্তু মেঘলা রাতে মেঘ তাপ বিকিরণ বাধা দেয়, ফলে ভূ-পৃষ্ঠ ঠাণ্ডা হতে পারে না এবং তাপমাত্রা শিশিরাঙ্কের নিচে নামে না। এজন্য মেঘলা রাতের তুলনায় মেঘহীন রাতে বেশি শিশির জমে। প্রশ্ন 19: চার্লসের সূত্রের আলোকে পরমশূন্য তাপমাত্রা ব্যাখ্যা কর।[MB’ 21] উত্তর: চার্লসের সূত্র অনুসারে, স্থির চাপে নির্দিষ্ট পরিমাণ গ্যাসের আয়তন প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে পরিবর্তিত হয়। সূত্রটি থেকে জানা যায় যে, গ্যাসের আয়তন তাপমাত্রা -273°C (বা 0