তাপগতিবিদ্যার সমাধানকৃত অনুশীলনী

দুই ভরের জলের মিশ্রণ

অনুশীলনী 3 · পাঠ 2তাপগতিবিদ্যা ও ক্যালোরিমিতির ইতিহাস

  • ক্যালরিমিতি
  • মিশ্রণ
  • তাপধারণ ক্ষমতা
  • বিশিষ্ট তাপ
  • জোসেফ ব্ল্যাক
  • সাম্য তাপমাত্রা

প্রশ্ন

T1=80CT_1=80\,{}^\circ\text{C} তাপমাত্রার m1=0,200kgm_1=0{,}200\,\text{kg} জল এমন একটি পাত্রে ঢালা হলো যাতে আগে থেকেই T2=15CT_2=15\,{}^\circ\text{C} তাপমাত্রার m2=0,300kgm_2=0{,}300\,\text{kg} জল আছে। পাত্রটি আদর্শ ক্যালরিমিটার: বাইরের দিকে তাপক্ষয় এবং পাত্রের নিজস্ব তাপধারণ ক্ষমতা উপেক্ষা করা হয়। সম্পর্কটি হলো

Q=mcΔT,Q=mc\Delta T,

যেখানে তরল জলের ভর-নির্দিষ্ট তাপধারণ ক্ষমতা c=4,18×103J ⁣ ⁣kg1 ⁣ ⁣K1c=4{,}18\times10^3\,\text{J}\!\cdot\!\text{kg}^{-1}\!\cdot\!\text{K}^{-1}

  1. গরম জল যে তাপ ছাড়ে ঠান্ডা জল তা সম্পূর্ণ গ্রহণ করে—এটি ব্যাখ্যা করে m1m_1, m2m_2, cc, T1T_1, T2T_2 ও সাম্য তাপমাত্রা TeqT_{eq}-সহ সংরক্ষণ সমীকরণ লিখুন।
  2. TeqT_{eq}-এর বীজগাণিতিক রাশি ও সাংখ্যিক মান নির্ণয় করুন।
  3. মিশ্রণের সময় গরম জল যে তাপ QQ ছাড়ে তা নির্ণয় করুন।
  4. একই পদার্থের এমন মিশ্রণ দিয়ে কি cc নির্ণয় করা যায়? যুক্তি দিন।

ইঙ্গিত

ইঙ্গিত
ক্যালরিমিটারটি অন্তরিত ও অনমনীয় হওয়ায় মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি U1+U2U_1+U_2 সংরক্ষিত: একটি অংশ যে তাপ ছাড়ে, অন্যটি চিহ্নের বিপরীতে সেই তাপ গ্রহণ করে।

বিস্তারিত সমাধান

সমাধান
1. অন্তরিত ক্যালরিমিটারে গরম জল ও ঠান্ডা জলের তন্ত্রের মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি সংরক্ষিত। প্রতিটি জলভরের প্রাথমিক অবস্থা থেকে সাম্য পর্যন্ত Q=mcΔTQ=mc\Delta T প্রয়োগ করলে

m1c(TeqT1)+m2c(TeqT2)=0.m_1c(T_{eq}-T_1)+m_2c(T_{eq}-T_2)=0.

2. একই পদার্থ হওয়ায় cc কেটে যায়:

Teq=m1T1+m2T2m1+m2=0,200×80+0,300×150,200+0,300=41C.T_{eq}=\frac{m_1T_1+m_2T_2}{m_1+m_2} =\frac{0{,}200\times80+0{,}300\times15}{0{,}200+0{,}300} =41\,{}^\circ\text{C}.

3. গরম জল যে তাপ ছাড়ে

Q=m1c(T1Teq)=0,200×4,18×103×(8041)3,26×104J.Q=m_1c(T_1-T_{eq}) =0{,}200\times4{,}18\times10^3\times(80-41) \approx3{,}26\times10^4\,\text{J}.

ঠান্ডা জলের গ্রহণ করা তাপও একই:

m2c(TeqT2)=0,300×4,18×103×263,26×104J.m_2c(T_{eq}-T_2)=0{,}300\times4{,}18\times10^3\times26\approx3{,}26\times10^4\,\text{J}.

4. না। একই পদার্থের দুই ভরের জন্য শক্তির হিসাবে একই cc দুই পদেই গুণক হয়ে কেটে যায়। তাই মাপা সাম্য তাপমাত্রা cc-এর উপর নির্ভর করে না; এটি শুধু ভর-দ্বারা ভারিত প্রাথমিক তাপমাত্রার গড়। মিশ্রণ পদ্ধতিতে ভর-নির্দিষ্ট তাপধারণ ক্ষমতা মাপতে পরের অনুশীলনের মতো পরিচিত তাপধারণ ক্ষমতার একটি পদার্থ দরকার।