বরফ গলা, পানি, বাষ্প, সুপ্ততাপ

পদার্থের অবস্থার পরিবর্তনে তাপের প্রভাব (Effect of heat on change of state)

গলনের সুপ্ততাপ ও বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ (Latent heat of fusion and Latent heat of vaporization)

পদার্থ তিনটি অবস্থায় থাকতে পারে। যেমন- কঠিন, তরল ও বায়বীয়। পানির তিনটি অবস্থা আমরা সবাই জানি - বরফ, পানি ও জলীয়বাষ্প। পানির এই অবস্থাগুলো নির্ভর করে বায়ুচাপ ও তাপমাত্রার ওপর।

সংজ্ঞা:

• সুপ্ত তাপ: তাপমাত্রা পরিবর্তন না করে কোনো পদার্থকে এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থায় পরিণত করতে যে তাপের প্রয়োজন হয় তাকে সুপ্ত তাপ বলে।
• গলনের সুপ্ততাপ: স্থির তাপমাত্রায় কঠিন পদার্থকে তরলে পরিণত করতে প্রয়োজনীয় তাপকে গলনের সুপ্ততাপ বলে।
• বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ: স্থির তাপমাত্রায় স্ফুটনাঙ্ক স্থির রেখে যে পরিমাণ তাপ তরল পদার্থকে বাষ্পে রূপান্তরিত করতে তাকে বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ বলে।

প্রশ্ন: -20°C তাপমাত্রার বরফকে 120°C তাপমাত্রার বাষ্পে পরিণত করতে কত তাপ দিতে হবে?

সমাধান:

বরফের আপেক্ষিক তাপ, $S=2100Jk{g}^{-1}{K}^{-1}$

• 1ম ধাপ: −20∘C বরফ → 0∘C বরফে পরিণত হতে প্রয়োজনীয় তাপ, Q=mSΔθ

বরফ গলনের সুপ্ততাপ, $L_f=334000Jk{g}^{-1}$

• 2য় ধাপ: 0∘C বরফ → 0∘C পানিতে পরিণত হতে প্রয়োজনীয় তাপ, $Q=m{L}_f$

পানির আপেক্ষিক তাপ, $S=4200Jk{g}^{-1}{K}^{-1}$

• 3য় ধাপ: 0∘C পানি → 100∘C পানিতে পরিণত হতে প্রয়োজনীয় তাপ, $Q=mS\Delta \theta$

বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ, $L_v=2268000Jk{g}^{-1}$

• 4র্থ ধাপ: 100∘C পানি → 100∘C বাষ্পে পরিণত হতে প্রয়োজনীয় তাপ, $Q=m{L}_v$

জলীয়বাষ্পের আপেক্ষিক তাপ, $S=2000Jk{g}^{-1}{K}^{-1}$

• 5ম ধাপ: 100∘C বাষ্প → 120∘C বাষ্পে পরিণত হতে প্রয়োজনীয় তাপ, $Q=mS\Delta \theta$

উপরের রেখাচিত্রে তাপের বিভিন্ন ধাপগুলি দেখানো হয়েছে, যেখানে x-অক্ষ বরাবর সময় এবং y-অক্ষ বরাবর তাপমাত্রা (°C) আছে। এই রেখাচিত্রে বিভিন্ন ধাপগুলি চিহ্নিত করা হয়েছে:

• A-B: −20∘C থেকে 0∘C তাপমাত্রায় বরফের তাপমাত্রা বৃদ্ধি। ($Q=mS\Delta \theta$)
• B-C: 0∘C তাপমাত্রায় বরফ গলে পানিতে পরিণত হওয়া। ($Q=m{L}_f$)
• C-D: 0∘C থেকে 100∘C তাপমাত্রায় পানির তাপমাত্রা বৃদ্ধি। ($Q=mS\Delta \theta$)
• D-E: 100∘C তাপমাত্রায় পানি বাষ্পে পরিণত হওয়া। ($Q=m{L}_v$)

Questions to Solve

৪৫। 0℃ তাপমাত্রার 3kg বরফকে বাষ্পে পরিণিত করতে কত তাপের প্রয়োজন হবে? (9072000J)

৪৭। -5℃ তাপমাত্রার 100g বরফকে সম্পূর্ণরূপে তরলে পরিণত করতে কি পরিমাণ তাপের প্রয়োজন তা নির্ণয় কর। (34650J)

৪৫। 0℃ তাপমাত্রার 3kg বরফকে বাষ্পে পরিণিত করতে কত তাপের প্রয়োজন হবে? (9072000J)

৪৬। 100g বরফ (0℃ তাপমাত্রার) সম্পূর্ণ গলায়ে বাষ্পে পরিণিত করতে কতটুকু তাপ লাগবে? (Ans: 302400J)

[📌 Hint: ৪৫ নাম্বার যেভাবে করে দিয়েছি হুবহু সেভাবে]

৪৭। -5℃ তাপমাত্রার 100g বরফকে সম্পূর্ণরূপে তরলে পরিণত করতে কি পরিমাণ তাপের প্রয়োজন তা নির্ণয় কর। (34650J)

৪৯। 5kg বরফ (0℃ তাপমাত্রার) গলিয়ে 50℃ তাপমাত্রার পানিতে পরিণিত করতে প্রয়োজনীয় তাপ নির্ণয় কর। বরফ গলার আঃ সুপ্ততাপ 336000Jkg⁻¹। (Ans: 2730000J)

[📌 Hint: ২ ধাপে করবা; $Q=Q₁+Q₂$; $Q₁=m{l}_f$ & $Q₂=mS∆\theta$, এখানে, $∆\theta =(50-0)k$]

💔 সৃজনশীলঃ

৩৯। নিম্নের লেখে -20℃ তাপমাত্রার বরফকে তাপ দেওয়ার ফলে সময় বনাম তাপমাত্রার যে পরিবর্তন দেখানো হল। বরফের ভর 100g; বরফের আঃ তাপ 2100Jkg⁻¹K⁻¹ এবং বরফ গলনের আঃ সুপ্ততাপ 336000Jkg⁻¹।

(গ) -20℃ তাপমাত্রার বরফ 0℃ তাপমাত্রার পরিণত হতে কী পরিমাণ তাপ গ্রহণ করে তা হিসাব কর। (Ans: 4200 J)

[📌 Hint: ৪৭ নাম্বারের মত; কিন্তু Just এক ধাপ]

(ঘ) শুরু থেকে শেষ পর্যন্ত বরফের অবস্থার পরিবর্তন ও তাপমাত্রার পরিবর্তন উদ্দীপকের লেখের আলোকে ব্যাখ্যা কর। (Ans: Q₁ = 4200J, Q₂ = 33600J, Q₃ = 42000J]

[📌 Hint: শুধুমাত্র ৩ টা ধাপ করতে হবে; মান বসাবা] [💡 তবুও না পারলে, বাকিগুলা শেষ করে তারপর এটা ধরবা, আমাকে নক দিবা]

৪০। 1.5 kg ভরের একটি বরফকে তাপ দেওয়া হলো এবং নিচের গ্রাফ অনুযায়ী এর অবস্থান পরিবর্তন হয়।

(গ) ৫ম ধাপে মোট কত তাপ প্রয়োজন হবে? (Ans: 60000J)

[📌 Hint: Q বের করবা, সূত্রঃ Q = mS∆θ; m= 1.5kg, S = 2000 Jkg⁻¹K⁻¹; ∆θ = (120 - 100)K]

(ঘ) দেখাও যে, ২য় ও ৪র্থ ধাপে তাপমাত্রা ধ্রুব থাকলেও প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ ভিন্ন। (Ans: 504000J; 3402000J)

[📌 Hint: ২য় ধাপে, $Q=m{l}_f$; ৪র্থ ধাপে, $Q=m{l}_v$]