গ্যাসের আচরণ | মাধ্যমিক ভৌত বিজ্ঞান

গ্যাসের আচরণ

প্রিয় শিক্ষার্থী বন্ধুরা, ডিজিট্যাল পড়াশোনা'র অনলাইন প্লাটফর্মে তোমাদের সবাইকে স্বাগত। আজকে আমি পোষ্টে পশ্চিমবঙ্গ মধ্য শিক্ষা পর্ষদের ভৌত বিজ্ঞানের গ্যাসের আচরণ অধ্যায় সম্পর্কে বিস্তারে আলোচনা করব। আশা করি এই পোষ্টটি পড়ে তোমরা খুবই উপকৃত হবে। পোষ্টটি সম্পূর্ণ পড়ার আবেদন রইল।

{tocify} $title={Table of Contents}

মুখ্য ধারণা গ্যাসের চাপ ও আয়তন

$ads={1}

গ্যাসের চাপ কাকে বলে? গাণিতিক প্রতিরূপ দাও।

উত্তরঃ নির্দিষ্ট উষ্ণতায় কোনো আবদ্ধ পাত্রে অবস্থিত গ্যাস ঐ পাত্রের ভিতরের দেওয়ালের একক ক্ষেত্রফলযুক্ত তলের উপর লম্বভাবে যে বল প্রয়োগ করে, তাকে ঐ গ্যাসের চাপ বলে। কোনো আবদ্ধ পাত্রের ভিতরের দেওয়ালের ক্ষেত্রফল A (Area), প্রযুক্ত বল F (Force) এবং চাপ P (Pressure) হলে,

`P=\frac {F}{A}`

চাপের CGS ও S.I এককগুলি কী কী? ইহাদের মধ্যে সম্পর্কগুলি কী?

উত্তরঃ চাপের C.G.S একক = ডাইন সেমি^-2

চাপের S.I একক নিউটন মিটার^-2

সম্পর্ক :

1 নিউটন মিটার^-2 = 10 ডাইন সেমি^-2

চাপের অন্যান্য এককগুলি কী কী? ইহাদের মধ্য সম্পর্কগুলি কী?

উত্তরঃ চাপের অন্যান্য এককগুলি হল- পাস্কাল (Pa), atm, টর (torr), বার (bar) এবং পাউন্ড প্রতি বর্গ ইঞ্চি (PSi)

1 Pa = 1 Nm^-2

1 bar = 10⁵ Pa = 0.9869 atm = 750.062 torr

1 atm = 1.013 x 10⁵ Pa = 1.013 bar = 14.7 PSi

প্রমাণ বায়ুমন্ডলীয় চাপ বলতে কী বোঝ? ইহার মান নির্ণয় করো।

উত্তরঃ 0°C উষ্ণতায় গড় সমুদ্রপৃষ্ঠে 45˚ অক্ষাংশে সঠিক 76 সেমি (বা 760মিলিমি.) দীর্ঘ পারদস্তম্ভ যে চাপ প্রয়োগ করে তাকে প্রমাণ বা স্বাভাবিক বায়ুমন্ডলীয় চাপ বলা হয়।

প্রমাণ চাপ বা 1 atm =  1.013 x 10⁶ ডাইন সেমি^-2 = 1.013 x 10⁵ নিউটন মিটার^-2

আবদ্ধ স্থানে গ্যাসের চাপ মাপার যন্ত্রের নাম লেখো?

উত্তরঃ ম্যানোমিটার।

বায়ুমণ্ডলীয় চাপ মাপার যন্ত্রের নাম লেখ?

উত্তরঃ ব্যারোমিটার।

গ্যাসের আয়তন কাকে বলে?

উত্তরঃ নির্দিষ্ট চাপ ও উষ্ণতায় নির্দিষ্ট পরিমান কোনো গ্যাসের আয়তন, গ্যাসটিকে যে পাত্রে রাখা হয় তার আয়তনের সমান।

আয়তনের CGS ও S.I এককগুলি কী কী?

উত্তরঃ আয়তনের C.G.S একক সেমি³

আয়তনের S.I একক মিটার³

আয়তনের অন্যান্য এককগুলি কী কী?

উত্তরঃ আয়তনের অন্যান্য এককগুলি হল—লিটার (L), মিলিলিটার (mL), ঘনডেসিমি (cm³)।

ম্যানোমিটারকে চাপ-গেজ বলে কেন? ইহার প্রকারভেদ লেখো।

উত্তরঃ ম্যানোমিটার যন্ত্রের সাহায্যে কোনো পাত্রে আবদ্ধস্থানে রক্ষিত বায়ু বা, গ্যাসের চাপ নির্ণয় করা যায় তাই ম্যানোমিটারকে চাপ-গেজ বলে।

ম্যানোমিটার দুই প্রকার— খোলামুখ ম্যানোমিটার, বদ্ধমুখ ম্যানোমিটার।

$ads={2}

👉Also read: পশ্চিমবঙ্গ মধ্য শিক্ষা পর্ষদের ভৌত বিজ্ঞানের আলো অধ্যায়

বহুবিকল্পভিত্তিক প্রশ্ন (MCQ)

১। চাপের SI একক-

ক) পাস্কাল (Pa)

খ) Nm-1

গ) টর (torr)

ঘ) বার (bar)

উত্তরঃ ক) পাস্কাল (Pa)

২। পাস্কাল (Pa) =

ক) 1 ডাইন/সেমি^-2 (1 dyn/cm^-2)

খ) 1 ডাইন/সেমি³ (1 dyn/cm³)

গ) 1 নিউটন/মিটার² (1 N/m²)

ঘ) 1 নিউটন/মিটার³ (1 N/m³)                             

উত্তরঃ গ) 1 নিউটন/মিটার² (1 N/m²)

৩। প্রমাণ চাপের মান-

ক) 1013 x 10⁶ ডাইন/সেমি²

খ) 1.013 x 10⁶ ডাইন/সেমি²

গ) 10.13 x 10⁶ ডাইন/সেমি²

ঘ) 1.013 x 10⁵ ডাইন/সেমি²

উত্তরঃ খ) 1.013 x 10⁶ ডাইন/সেমি²

$ads={1}

৪। প্রমাণ চাপ মাপা হয়-

ক) 45°C উষ্ণতায় 0° অক্ষাংশে

খ) 0 K (কেলভিন) উষ্ণতায় 45° অক্ষাংশে

গ) 0°C উষ্ণতায় 45° অক্ষাংশে

ঘ) 0°C উষ্ণতায় 60° অক্ষাংশে

উত্তরঃ গ) 0°C উষ্ণতায় 45° অক্ষাংশে।

৫। 76cm পারদস্তম্ভের চাপ সমান-

ক) 1 atm

খ) 1 পাস্কাল (Pa)

গ) 1 টর (torr)

ঘ) 1 বার (bar)

উত্তরঃ ক) 1 atm

৬। গ্যাসের চাপ মাপা হয় যে যন্ত্রের সাহায্যে তা হল-

ক) ম্যানোমিটার

খ) ভোল্টামিটার

গ) ব্যারোমিটার

ঘ) অ্যামমিটার

উত্তরঃ ক) ম্যানোমিটার।

৭। বায়ুমণ্ডলীয় চাপ মাপা হয় যে যন্ত্রের সাহায্যে তা হল-

ক) ম্যানোমিটার

খ) ভোল্টামিটার

গ) ব্যারোমিটার

ঘ) অ্যামমিটার

উত্তরঃ গ) ব্যারোমিটার।

৮। কোন যন্ত্রটি চাপ-গেজ নামেও পরিচিত?

ক) স্ফিগমোম্যানোমিটার

খ) ব্যারোমিটার

গ) ম্যানোমিটার

ঘ) অ্যামমিটার

উত্তরঃ গ) ম্যানোমিটার।

$ads={2}

৯। আবদ্ধ গ্যাসের চাপ, বায়ুমণ্ডলীয় গ্যাসের চাপের চেয়ে কম হলে কোন যন্ত্র ঐ চাপ নির্ণয়ে ব্যবহৃত হয়—

 

ক) বদ্ধমুখ ম্যানোমিটার

খ) খোলামুখ ম্যানোমিটার

গ) ব্যারোমিটার

ঘ) কোনোটিই নয়।

উত্তরঃ ক) বদ্ধমুখ ম্যানোমিটার।

১০। মুক্তপ্রান্ত ম্যানোমিটারে বড় বাহুতে পারদস্তত্ত্বের উচ্চতা বেশি হলে, নীচের কোনটি সঠিক—

ক) বায়ুমণ্ডলীয় চাপ, আবদ্ধ গ্যাসের চাপের চেয়ে বেশি

খ) আবদ্ধ গ্যাসের চাপ, বায়ুমন্ডলীয় চাপের চেয়ে বেশি

গ) বায়ুমন্ডলীয় চাপ ও আবদ্ধ গ্যাসের চাপ সমান

ঘ) কোনোটিই নয়

উত্তরঃ খ) আবদ্ধ গ্যাসের চাপ, বায়ুমন্ডলীয় চাপের চেয়ে বেশি।

বয়েলের সূত্র

বয়েলের সুত্রটি লেখো। ইহার গাণিতিক রূপ প্রতিপাদন করো।

উত্তরঃ

বয়েলের সূত্রঃ স্থির উষ্ণতায় নির্দিষ্ট ভরের কোনো গ্যাসের আয়তন গ্যাসটির চাপের সঙ্গে ব্যস্তানুপাতে পরিবর্তিত হয়।

গাণিতিক রূপঃ স্থির উষ্ণতায়, কোনো নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের আয়তন V এবং চাপ P হলে,

বয়েলের সুত্রানুযায়ী, `V\propto\frac{1}{P}`, (যখন গ্যাসের ভর ও উষ্ণতা স্থির থাকে)

বা, `V=k.\frac{1}{P}`(যেখানে k হল একটি সমানুপাতিক ধ্রুবক)

বা, PV=k এখন, স্থির উচ্চতায় নির্দিষ্ট ভরের কোনো গ্যাসের P₁ চাপে আয়তন V₁ এবং P₂ চাপে আয়তন V₂ হলে, বয়েলের সূত্রানুযায়ী,

বা, P₁V₁=P₂V₂ = k(ধ্রুবক)

$ads={1}

বয়েলের সূত্রের ব্যাখ্যাঃ

বয়েলের সূত্রানুযায়ী নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের উষ্ণতা স্থির রেখে আয়তন বাড়ালে বা কমালে চাপ ব্যস্তানুপাতে পরিবর্তিত হয়।

যেমন— একটি পিস্টন লাগানো ধাতব পাত্রে নির্দিষ্ট ভরের কোনো গ্যাস নিয়ে পিষ্টনটির উপর P চাপ প্রয়োগ করা হলে যদি গ্যাসটির আয়তন V হয়, তবে উষ্ণতা স্থির রেখে ঐ গ্যাসের চাপ দ্বিগুণ করা হলে (2P) দেখা যাবে গ্যাসের আয়তন V থেকে কমে V/2 হল। অন্যদিকে, স্থির উষ্ণতায় যদি ওই সমভরের গ্যাসের চাপ P থেকে কমিয়ে P/2 করা হয়, তাহলে গ্যাসের 2V আয়তন হবে। আয়তন V থেকে বেড়ে দ্বিগুণ অর্থাৎ 2V হবে।

বয়েলের সূত্রে কী কী ধ্রুবক থাকে?

উত্তরঃ গ্যাসের উষ্ণতা এবং গ্যাসের ভর।

যে যন্ত্রের সাহায্যে রবার্ট বয়েল, বয়েল সূত্রের বিভিন্ন পরীক্ষাগুলি করেন সেটির কাজ কী?

উত্তরঃ রবার্ট বয়েলের সহকারী রবার্ট হল বায়ুনিরূদ্ধ একটি পাম্প তৈরী করেন। এই পাম্পের সাহায্যে বায়ুর চাপের পরিবর্তনে আয়তনের কীরূপ পরিবর্তন হয় তা নিয়ে পরীক্ষা করা হয়।

বয়েলের সুত্রের সীমাবদ্ধতাগুলি উল্লেখ করো।

উত্তরঃ সাধারণ অবস্থায় N₂, H₂ এবং হালকা নিষ্ক্রিয় গ্যাসগুলি (He) বয়েলের সূত্র মোটের উপর মেনে চললেও CO₂, NH₃ প্রভৃতি গ্যাস এই সূত্র মেনে চলে না।

উচ্চ উচ্চতা ও খুব নিম্নচাপে প্রায় প্রকৃত সব গ্যাসই মোটামুটি ভাবে বয়েলের সূত্র মেনে চলে।

বেলুনে ফুঁদিলে বেলুনের চাপ ও আয়তন উভয়ই বেড়ে যায়। এক্ষেত্রে কি বয়েলের সূত্র লঙ্ঘিত হচ্ছে?

উত্তরঃ নির্দিষ্টি উষ্ণতায় বেলুনে ফুঁদিলে বেলুনটির আয়তন বাড়ে এবং ফুঁ দেওয়ার সময় মুখের ভিতর থেকে যে বাড়তি বাতাস বেলুনে প্রবেশ করে সেই বাতাসের অনুগুলির জন্য বেলুনের পর্দার সঙ্গে বেলুনে আবদ্ধ গ্যাস বা বায়ুর অনুর সংঘর্ষের হার বেড়ে যায়। ফলে বেলুনের দেওয়ালে প্রযুক্ত চাপও বেড়ে যায়। এর ফলে বেলুনের মধ্যেকার বায়ুর ভরও স্থির না থেকে বৃদ্ধি পায়। তাই আয়তনের সঙ্গে সঙ্গে চাপ বৃদ্ধি পাওয়ার ঘটনা আপাতভাবে বয়েলের সুত্রের অমান্য হওয়ার দুষ্টান্ত বলে মনে হলেও আসলে এক্ষেত্রে বয়েলের সূত্র প্রযোজ্যই নয়। কারণ স্থির উষ্ণতায় নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের ক্ষেত্রেই কেবলমাত্র সূত্রটি প্রযোজ্য। তাই ঘটনাটিতে বয়েলের সূত্র লঙ্ঘিত হওয়ার কোনো প্রশ্নই ওঠে না।

গভীর জলের তলদেশ থেকে বায়ুর বুদবুদ যখন উপরের দিকে ওঠে তখন তার আয়তন বেড়ে যায় না কমে যায়?

উত্তরঃ গভীর জলের তলদেশে বায়ুর বুদবুদের আয়তনের পরিবর্তন পারিপার্শ্বিক চাপ ও উষ্ণতা এই দুই রাশির মানের পরিবর্তনের ওপর নির্ভলশীল। গভীর জলের তলদেশের বায়ুর বা গ্যাসের বুদবুদের উপর জলস্তম্ভ ও বায়ুস্তম্ভের চাপ মিলিতভাবে ক্রিয়া করে। আবার জলের উপরিতল ও তলদেশের উষ্ণতা প্রায় সমান বলে ধরে নিলে বয়েলের সূত্রানুযায়ী চাপ আয়তনের সঙ্গে ব্যাস্তানুপাতিক। অর্থাৎ বায়ু বা গ্যাসের বুদবুদের উপর চাপ কমলে আয়তন বেড়ে যায় ও চাপ বাড়লে আয়তন কমে যায়। এই কারণে গভীর জলের তলদেশ থেকে বায়ু বা গ্যাসের বুদবুদ উপরের দিকে উঠলে চাপ হ্রাসের জন্য বুদবুদের আয়তন বৃদ্ধি পায়।

একটি H₂ গ্যাসপূর্ণ বেলুনের আকার, উচ্চতা বৃদ্ধির সঙ্গে সঙ্গে বৃদ্ধিপ্রাপ্ত হয় কেন?

উত্তরঃ ভূ-পৃষ্ঠের থেকে যত উপরে ওঠা যায়, তত বায়ুচাপ কমতে থাকে। একটি বেলুন যত উঁচুতে উঠতে থাকে, উচ্চতা বৃদ্ধি পাওয়ার সঙ্গে সঙ্গে বেলুনের উপর বায়ু দ্বারা প্রযুক্ত চাপ ক্রমশ কমতে থাকবে। বয়েলের সূত্রানুযায়ী, স্থির ঊষ্ণতায় নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের ওপর প্রযুক্ত চাপ কমলে আয়তন বেড়ে যায়। ফলে বেলুনের আয়তন উচ্চতা বৃদ্ধির সঙ্গে সঙ্গে বৃদ্ধি পায়।

$ads={2}

বহুবিকল্পভিত্তিক প্রশ্ন (MCQ)

১। বয়েলের সূত্রের পরীক্ষার জন্য প্রয়োজনীয় ভ্যাকুলার পাম্প নির্মাণ করেন—

ক) রবার্ট হেনরি

খ) রবার্ট বয়েল

গ) রবার্ট স্পেনসার

ঘ) রবার্ট হুক

উত্তরঃ ঘ) রবার্ট হুক।

২। অপরিবর্তিত উষ্ণতায় নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের চাপ ও আয়তনের মধ্যে সম্পর্ক নির্ণয় করেন-

ক) চার্লস

খ) অ্যাভোগাড্রো

গ) রবার্ট বয়েল

ঘ) রবার্ট হুক

উত্তরঃ গ) রবার্ট বয়েল।

৩। স্থির উষ্ণতায় গ্যাসের চাপের সঙ্গে গ্যাসের আয়তনের সম্পর্কযুক্ত সুত্রটি হল-

ক) চার্লসের সূত্র

খ) নিউটনের সূত্র

গ) অ্যাভোগাড্রোর সূত্র

ঘ) বয়েলের সূত্র

উত্তরঃ ঘ) বয়েলের সূত্র।

৪। স্থির উষ্ণতায় নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের চাপ ও আয়তনের গুণফল ধ্রুবক। এটি হল-

ক) চাপের সূত্র

খ) গেলুসাকের সূত্র

গ) বয়েলের সূত্র

ঘ) চার্লসের সূত্র

উত্তরঃ গ) বয়েলের সূত্র।

৫। উষ্ণতা স্থির রেখে কোনো নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের চাপ বৃদ্ধি করলে এর আয়তন-

ক) হ্রাস পায়

খ) বৃদ্ধি পায়

গ) কখনও বৃদ্ধি পায় কখনও হ্রাস পায়

ঘ) একই থাকে

উত্তরঃ ক) হ্রাস পায়।

৬। বয়েলের সূত্রে ধ্রুবক হল গ্যাসের-

ক) শুধুমাত্র তাপমাত্র

খ) শুধুমাত্র ভর

গ) ভর ও চাপ

ঘ) ভর ও উষ্ণতা

উত্তরঃ ঘ) ভর ও উষ্ণতা।

$ads={1}

৭। বয়েলের সূত্রে পরিবর্তনশীল রাশিগুলি হল-

ক) গ্যাসের উষ্ণতা ও আয়তন

খ) গ্যাসের ভর ও চাপ

গ) গ্যাসের ভর ও আয়তন

ঘ) গ্যাসের চাপ ও আয়তন

উত্তরঃ ঘ) গ্যাসের চাপ ও আয়তন।

৮। স্থির উষ্ণতায় গ্যাসের চাপের সঙ্গে ঘনত্বের সম্পর্ক-

ক) সমানুপাতিক

খ) ব্যস্তানুপাতিক

গ) সমান

ঘ) দ্বিগুণ

উত্তরঃ ক) সমানুপাতিক।

৯। পুকুরের তলদেশ থেকে উৎপন্ন বুদবুদ জলের উপরিতলে আসলে সেটির-

ক) আয়তন কমে

খ) আয়তন বাড়ে

গ) কোনো ক্ষেত্রে আয়তন বাড়ে আবার কমে

ঘ) আয়তন একই থাকে।

উত্তরঃ খ) আয়তন বাড়ে।

১০। স্থির উষ্ণতায় নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের আয়তন দ্বিগুণ করলে চাপ হবে—

ক) দ্বিগুণ

খ) অর্ধেক

গ) একই থাকবে

ঘ) চারগুণ।

উত্তরঃ খ) অর্ধেক।

১১। স্থির উষ্ণতায় নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের চাপ অর্ধেক করলে আয়তন হবে পূর্বের-

ক) এক-তৃতীয়াংশ

খ) অর্ধেক

গ) দ্বিগুণ

ঘ) তিনগুণ

উত্তরঃ গ) দ্বিগুণ।

$ads={2}

১২। বয়েলের সূত্রে P বনাম V-এর লেখচিত্রের প্রকৃতি হল-

ক) বৃত্ত

খ) সরলরেখা

গ) অধিবৃত্ত

ঘ) সমপরাবৃত্ত

উত্তরঃ ঘ) সমপরাবৃত্ত।

১৩। বয়েলের সূত্রে PV বনাম P-এর লেখচিত্র অঙ্কন করা হলে লেখচিত্রের প্রকৃতি-

ক) P অক্ষের সমান্তরাল সরলরেখা

খ) মূলবিন্দুগামী সরলরেখা

গ) সমপরাবৃত্তাকার বক্ররেখা

ঘ) উপবৃত্তাকার বক্ররেখা

উত্তরঃ ক) P অক্ষের সমান্তরাল সরলরেখা।