পদার্থ বিজ্ঞান • কাজ, ক্ষমতা ও শক্তি

পদার্থ বিজ্ঞান প্রশ্ন

একটি নিউক্লিয়ার বিদ্যুৎকেন্দ্রের রিঅ্যাক্টরে প্রতি সেকেন্ডে 3×109 J3 \times 10^{9}\ \mathrm{J} তাপশক্তি উৎপন্ন হয়। এই তাপ দিয়ে বাষ্প তৈরি করে টারবাইন ও জেনারেটর ঘুরিয়ে প্রতি সেকেন্ডে 1×109 J1 \times 10^{9}\ \mathrm{J} বিদ্যুৎশক্তি পাওয়া যায়। রিঅ্যাক্টরে জ্বালানি হিসেবে ইউরেনিয়াম-২৩৫ ব্যবহৃত হয় এবং বিক্রিয়ায় হারানো ভরই শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। [আলোর বেগ, c=3×108 m s−1c = 3 \times 10^{8}\ \mathrm{m\,s^{-1}}]

  1. ক)

    চেইন রি-অ্যাকশন কাকে বলে?

    (1)
  2. খ)

    নিউক্লিয়ার রিঅ্যাক্টরে কন্ট্রোল রডের কাজ ব্যাখ্যা করো।

    (2)
  3. গ)

    উদ্দীপকের রিঅ্যাক্টরে প্রতি সেকেন্ডে কত ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয়? নির্ণয় করো।

    (3)
  4. ঘ)

    উদ্দীপকের বিদ্যুৎকেন্দ্রের কর্মদক্ষতা নির্ণয় করে এক দিনে অপচয়কৃত শক্তি ও রূপান্তরিত ভর হিসাব করো এবং অপচয়কৃত শক্তি শক্তির নিত্যতা সূত্রের পরিপন্থী কি না যুক্তিসহ বিশ্লেষণ করো।

    (4)

উত্তর ও ব্যাখ্যা

  1. ক)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর যে নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ায় একটি নিউক্লিয়াস ভেঙে যাওয়ার সময় নির্গত নিউট্রন অন্য নিউক্লিয়াসকে ভেঙে দেয় এবং নতুন নিউট্রন বের করে, ফলে বিক্রিয়াটি নিজে নিজেই ক্রমাগত চলতে থাকে, তাকে চেইন রি-অ্যাকশন বলে।

  2. খ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর ইউরেনিয়াম-২৩৫ বিভাজনে প্রতিবার তিনটি করে নিউট্রন বের হয় এবং ওই নিউট্রন অন্য নিউক্লিয়াসকে ভাঙে। নিয়ন্ত্রণ না করলে বিক্রিয়া ক্রমাগত বেড়ে বিস্ফোরণের মতো হতে পারে। কন্ট্রোল রড বিশেষ পদার্থ দিয়ে তৈরি, যা বাড়তি নিউট্রন শোষণ করে নেয়। ফলে বিক্রিয়ার হার নিয়ন্ত্রণে থাকে এবং প্রয়োজনে রডগুলো ঢুকিয়ে বিক্রিয়া বন্ধ করা যায়।

  3. গ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর দেওয়া আছে, প্রতি সেকেন্ডে উৎপন্ন শক্তি, E=3×109 JE = 3 \times 10^{9}\ \mathrm{J}
    আলোর বেগ, c=3×108 m s−1c = 3 \times 10^{8}\ \mathrm{m\,s^{-1}}
    আইনস্টাইনের সমীকরণ অনুযায়ী, E=mc2E = mc^{2}
    বা, m=Ec2=3×109(3×108)2=3×1099×1016m = \frac{E}{c^{2}} = \frac{3 \times 10^{9}}{(3 \times 10^{8})^{2}} = \frac{3 \times 10^{9}}{9 \times 10^{16}}
    =3.33×10−8 kg= 3.33 \times 10^{-8}\ \mathrm{kg}
    অতএব, প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 3.33×10−8 kg3.33 \times 10^{-8}\ \mathrm{kg} ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয়।

  4. ঘ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর কর্মদক্ষতা =কাজের পরিমাণ (প্রাপ্ত বিদ্যুৎশক্তি)প্রদত্ত শক্তি×100%=1×1093×109×100%=33.33%= \frac{\text{কাজের পরিমাণ (প্রাপ্ত বিদ্যুৎশক্তি)}}{\text{প্রদত্ত শক্তি}} \times 100\% = \frac{1 \times 10^{9}}{3 \times 10^{9}} \times 100\% = 33.33\%
    অর্থাৎ বিদ্যুৎকেন্দ্রের কর্মদক্ষতা প্রায় 33.3%33.3\%।

    প্রতি সেকেন্ডে অপচয়কৃত শক্তি =(3×109)−(1×109)=2×109 J= (3 \times 10^{9}) - (1 \times 10^{9}) = 2 \times 10^{9}\ \mathrm{J}
    এক দিনে সময় =24×60×60=86400 s= 24 \times 60 \times 60 = 86400\ \mathrm{s}
    এক দিনে অপচয়কৃত শক্তি =2×109×86400=1.728×1014 J= 2 \times 10^{9} \times 86400 = 1.728 \times 10^{14}\ \mathrm{J}

    এক দিনে শক্তিতে রূপান্তরিত ভর =3.33×10−8×86400≈2.88×10−3 kg=2.88 g= 3.33 \times 10^{-8} \times 86400 \approx 2.88 \times 10^{-3}\ \mathrm{kg} = 2.88\ \mathrm{g}

    যুক্তি: অপচয়কৃত 2×109 J/s2 \times 10^{9}\ \mathrm{J/s} শক্তি ধ্বংস হয়ে যায়নি। শক্তির এক রূপ থেকে অন্য রূপে রূপান্তরের সময় ঘর্ষণ, বাষ্পের তাপ, কুলিং টাওয়ার ইত্যাদির মাধ্যমে তা তাপশক্তি হিসেবে পরিবেশে ছড়িয়ে পড়ে, যা আমরা আর কাজে লাগাতে পারি না। মোট শক্তি (3×109 J3 \times 10^{9}\ \mathrm{J}) = বিদ্যুৎশক্তি (1×109 J1 \times 10^{9}\ \mathrm{J}) + অপচয়কৃত তাপশক্তি (2×109 J2 \times 10^{9}\ \mathrm{J})। সুতরাং মোট শক্তি অপরিবর্তিত থাকে। তাই অপচয় শক্তির নিত্যতা সূত্রের পরিপন্থী নয়; বরং এটি রূপান্তরের অনিবার্য সীমাবদ্ধতা।

আরও প্রশ্ন অনুশীলন করতে অ্যাপে যাও

অ্যাপ ডাউনলোড করোওয়েবে খুলো