৪৯তম বিসিএস ⎯ পদার্থবিদ্যা [৫১১]

Absolute zero is the temperature at which the thermal motion of particles theoretically stops, meaning the internal energy is at a minimum. On the Kelvin scale, it is 0 K, which equals −273.15°C on the Celsius scale.

0°C is the melting point of ice, not absolute zero.

−273.15 K is impossible, because the Kelvin scale cannot have negative values.

273.15 K equals 0°C.
পরম শূন্য হল সেই তাপমাত্রা, যেখানে কণার তাপীয় গতি তাত্ত্বিকভাবে বন্ধ হয়ে যায়, অর্থাৎ অভ্যন্তরীণ শক্তি সর্বনিম্ন। কেলভিন স্কেলে, এটি ০ K, যা সেলসিয়াস স্কেলে −২৭৩.১৫°C এর সমান।

* ০°C হল বরফের গলনাঙ্ক, পরম শূন্য নয়।

* −২৭৩.১৫ K অসম্ভব, কারণ কেলভিন স্কেলে ঋণাত্মক মান থাকতে পারে না।

* ২৭৩.১৫ K সমান ০°C।
[Source: HSC Physics, Part-II]

Specific heat of a substance is defined as the amount of heat required to raise the temperature of unit mass of the substance by 1°C (or 1K).
If a substance has high specific heat, it means that a large amount of heat is needed to change its temperature by even a small amount.

Example: Water has a very high specific heat (≈4200J/kg⋅K), so it heats up and cools down more slowly compared to many other substances.

[Specific heat হলো কোনো পদার্থের একক ভরকে 1°C (বা 1K) তাপমাত্রা বাড়াতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়োজন হয়।
যদি কোনো পদার্থের specific heat বেশি হয়, তবে তার তাপমাত্রা সামান্য পরিবর্তন করতেও তুলনামূলক অনেক বেশি তাপ দিতে বা নিতে হয়।

উদাহরণ: পানির specific heat খুব বেশি (প্রায় 4200J/kg⋅K), তাই পানি গরম বা ঠান্ডা হতে সময় বেশি নেয়।]

[Source: HSC Physics, Part-II]

[Source: HSC Physics, Part-II]

[Source: HSC Physics, Part-II]

​

[Source: HSC Physics, Part-II]

​[Source: HSC Physics, Part-II]

Copper, Aluminum, and Silver are metals and very good conductors of electricity. In fact, Silver is the best conductor.
Distilled Water, however, contains no free ions, so it is a poor conductor of electricity.
Ordinary water conducts electricity because it contains dissolved salts and minerals that produce ions, but pure distilled water does not.
​
[​Copper (তামা), Aluminum (অ্যালুমিনিয়াম) ও Silver (রূপা) — এগুলো সবই ধাতু এবং বিদ্যুতের খুব ভালো পরিবাহক। বিশেষ করে Silver সর্বোত্তম পরিবাহক।
কিন্তু Distilled Water (বিশুদ্ধ পানি)-তে কোনো আয়ন থাকে না, তাই এটি বিদ্যুতের খারাপ পরিবাহক।
বাস্তবে পানি বিদ্যুৎ পরিবাহিতা দেখায় কারণ এতে লবণ ও খনিজ মিশ্রিত থাকে, যা আয়ন উৎপন্ন করে।]
​​[Source: HSC Physics, Part-II]

[Source: HSC Physics, Part-II]

According to the Zeroth Law of Thermodynamics, if two bodies are each in thermal equilibrium with a third body, then they are in thermal equilibrium with each other, implying they all share the same temperature. This law forms the basis for temperature measurement.
​[তাপীয় সমতা সূত্র (Zeroth Law of Thermodynamics) অনুযায়ী: যদি A এবং C তাপীয় সমতা বজায় রাখে, এবং B এবং C তাপীয় সমতা বজায় রাখে, তাহলে A এবং B ও একে অপরের সাথে তাপীয় সমতা বজায় রাখবে।অর্থাৎ A, B, এবং C তিনটিই একই তাপমাত্রায় থাকবে। এটি সংস্পর্শে থাকা বা পদার্থের ধরনের উপর নির্ভর করে না; শুধুমাত্র তাপমাত্রা সমান থাকলেই সমতা বজায় থাকে।]

[Source: HSC Physics, Part-II]

In a conductor, as temperature increases, the vibrations of the metal atoms increase, causing more frequent collisions for the free electrons. This increased scattering of electrons reduces their mobility, thereby decreasing the electrical conductivity. So, conductivity decreases with rising temperature in conductors.

​[​ধাতু বা সাধারণ conductor-এ তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে ধাতুর আয়নের সঙ্গে ইলেকট্রনের সংঘর্ষ বাড়ে, যার ফলে বিদ্যুতের প্রবাহ কঠিন হয়ে যায়। অর্থাৎ, resistivity বৃদ্ধি পায়, এবং conductivity হ্রাস পায়। সাধারণত, পরিবাহিতা ধীরে হ্রাস পায়, তাই “দ্রুত হ্রাস” প্রায়শই ব্যবহার হয় না।
​
[Source: HSC Physics, Part-II]

In convection, fluid motion enhances heat transfer. Low viscosity allows easier flow, while high density increases the capacity to carry heat. Forced convection (fans, pumps) and natural convection (buoyancy) both benefit from these fluid properties. In gases, low viscosity means fewer resistance forces, while in liquids, higher density enhances heat transport. This principle explains why air circulation (low viscosity) or water cooling (high density) is effective.

​[পরিচলন (Convection) তরলের গতি তাপ স্থানান্তরকে বাড়ায়। কম সান্দ্রতা (low viscosity) তরলকে সহজে প্রবাহিত হতে দেয়, আর উচ্চ ঘনত্ব (high density) তরলের তাপ বহনের ক্ষমতা বৃদ্ধি করে।
Forced convection যেমন ফ্যান বা পাম্প ব্যবহার করে, এবং Natural convection যেমন buoyancy-র কারণে ঘটে, দুই ক্ষেত্রেই এই তরল বৈশিষ্ট্যগুলো উপকার দেয়।
গ্যাসের ক্ষেত্রে, কম সান্দ্রতা মানে কম প্রতিবন্ধকতা, ফলে গ্যাস সহজে প্রবাহিত হয়। তরলের ক্ষেত্রে, বেশি ঘনত্ব মানে তাপ বহন ক্ষমতা বেশি, তাই তাপ স্থানান্তর বেশি হয়।এ কারণেই, বায়ু সঞ্চালন (low viscosity) বা পানি দিয়ে শীতলকরণ (high density) কার্যকর হয়।]
​
[Source: HSC Physics Book, Part-II]

Silicon is a semiconductor whose conductivity increases with temperature. Unlike metals such as copper, aluminum, and silver, where conductivity decreases as temperature rises due to increased atomic vibrations scattering free electrons, silicon behaves differently. At low temperatures, silicon has few free charge carriers, so its conductivity is low. When the temperature increases, more electrons gain energy to jump from the valence band to the conduction band, creating more charge carriers. This increase in charge carriers causes the conductivity of silicon to rise with temperature. This unique property makes semiconductors essential in many electronic devices.
​
​[সিলিকন একটি সেমিকন্ডাক্টর, যার পরিবাহিতা তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়। ধাতু যেমন তামা, অ্যালুমিনিয়াম ও রূপায় তাপমাত্রা বাড়লে পরমাণুর কম্পন বৃদ্ধি পায় এবং এতে মুক্ত ইলেকট্রন ছিটকে পড়ে, ফলে পরিবাহিতা কমে যায়। কিন্তু সিলিকনে কম তাপমাত্রায় মুক্ত চার্জ বাহক (ইলেকট্রন) খুবই কম থাকে, তাই এর পরিবাহিতা কম। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে ইলেকট্রন পর্যাপ্ত শক্তি পায় এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে কন্ডাকশন ব্যান্ডে চলে যায়। এতে নতুন চার্জ বাহক তৈরি হয় এবং পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়। এই বিশেষ বৈশিষ্ট্যের কারণে সেমিকন্ডাক্টর ইলেকট্রনিক যন্ত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।]

[Source: HSC Physics Book, Part-II & Halliday, Resnick, and Walker, Fundamentals of Physics]

The mechanical equivalent of heat is the conversion factor between work (joules) and heat (calories).
(তাপের যান্ত্রিক সমতুল্য হলো কাজ (জুলে) এবং তাপ (ক্যালরিতে) এর মধ্যে রূপান্তর ধ্রুবক।)

1 calorie = 4.18 joules
(১ ক্যালরি = ৪.১৮ জুল)

Given the work done by the machine = 2500 J
(যন্ত্র কর্তৃক সম্পাদিত কাজ = ২৫০০ জুল)

To find heat produced in calories:
(ক্যালরিতে উৎপন্ন তাপ নির্ণয় করার জন্য:)
​
[Source: HSC Physics Book, Part-II]

If two metal rods have the same length and cross-sectional area but different thermal conductivities, the rod with the higher thermal conductivity will conduct heat faster. Thermal conductivity is a measure of a material's ability to transfer heat. A higher thermal conductivity means heat flows more efficiently through the material. Since both rods have the same size and length, these factors do not affect the rate of heat transfer differently. Therefore, the difference in heat conduction depends solely on their thermal conductivity. The rod with lower thermal conductivity will resist heat flow more, resulting in slower heat transfer. This principle is important in choosing materials for heat exchangers, cooking utensils, and insulation.
​
[​যদি দুটি ধাতব দণ্ডের দৈর্ঘ্য ও  প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল একই হয় কিন্তু তাদের তাপ পরিবাহিতা ভিন্ন হয়, তবে যার তাপ পরিবাহিতা বেশি সেই দণ্ড দ্রুত তাপ পরিবাহন করবে। 
​তাপ পরিবাহিতা হলো একটি পদার্থের তাপ পরিবাহন করার ক্ষমতার পরিমাপ। তাপ পরিবাহিতা বেশি হলে তাপ পদার্থের মধ্য দিয়ে আরও দক্ষতার সাথে প্রবাহিত হয়।
যেহেতু উভয় দণ্ডের দৈর্ঘ্য ও ক্ষেত্রফল সমান, তাই এই দুটি বিষয় তাপ পরিবাহনের হারে কোনো প্রভাব ফেলবে না। অতএব, তাপ পরিবাহনের পার্থক্য কেবল তাদের তাপ পরিবাহিতার উপর নির্ভর করে। যার তাপ পরিবাহিতা কম, সেই দণ্ড তাপ প্রবাহকে বেশি বাধা দেবে, ফলে তাপ পরিবাহন ধীর হবে। এই নীতি তাপ বিনিময়কারী যন্ত্র, রান্নার সরঞ্জাম এবং তাপ নিরোধক উপকরণ বেছে নেওয়ার ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ।]
​
[Source: HSC Physics Book, Part-II]

Pyrometer (পাইরোমিটার), Thermometer (থার্মোমিটার), এবং Thermistor (থার্মিস্টর) সবই তাপমাত্রা পরিমাপের যন্ত্র।

Calorimeter (ক্যালোরিমিটার) হলো তাপমাত্রা নয়, তাপের পরিমাণ পরিমাপ করার যন্ত্র।

তাই Calorimeter এই তালিকায় আলাদা।

​[Source: HSC Physics Book, Part-II]

​​[Source: HSC Physics Book, Part-II]

Conduction: Heat transfer occurs through the vibration or collision of particles without the actual movement of the particles themselves. For example, a metal rod getting hot at one end when the other end is heated.

Convection: Heat transfer occurs due to the actual motion of heated particles from one place to another. This happens in fluids (liquids and gases). For example, hot water rising and cold water sinking in a heated pot.

Radiation: Heat transfer occurs through electromagnetic waves, without requiring any medium or particle movement. For example, heat from the Sun reaching the Earth.

So, when the real movement of particles carries heat from one place to another, it is called Convection.
​
​[Conduction (পরিবহন): তাপ কেবল কণার কম্পনের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হয়; কণাগুলো নিজে সরেনা।
Convection (পরিচলন): উত্তপ্ত কণাগুলো বাস্তবভাবে স্থানান্তরিত হয়ে তাপ পরিবাহন করে। উদাহরণ: গরম পানি উপরের দিকে উঠে আসে, ঠান্ডা পানি নিচে নামে।
Radiation (বিকিরণ): তাপ কণার সরাসরি চলাফেরার ছাড়াই বিকিরণের মাধ্যমে পরিবাহিত হয়।]
​​​[Source: HSC Physics Book, Part-II]

In solids, atoms are fixed in their lattice positions but can vibrate around their equilibrium points. When one part of the solid is heated, these vibrations increase and pass energy to neighboring atoms through collisions. In metals, free electrons also carry heat energy efficiently by moving between atoms. This process of energy transfer through collisions and vibrations is called conduction of heat.
​[কঠিন পদার্থে , পারমাণবিক কণাগুলো তাদের নির্দিষ্ট ল্যাটিস অবস্থানে স্থির থাকে, তবে তারা তাদের সমতুল্য অবস্থানকে ঘিরে কম্পিত হতে পারে। যখন কঠিন পদার্থে  একটি অংশ উত্তপ্ত হয়, তখন এই কম্পন বৃদ্ধি পায় এবং প্রতিবেশী কণাগুলোকে সংঘর্ষের মাধ্যমে শক্তি প্রেরণ করে। ধাতুগুলিতে, মুক্ত ইলেকট্রনগুলোও পারমাণবিক কণাগুলোর মধ্যে চলাচল করে তাপ শক্তি কার্যকরভাবে বহন করে। সংঘর্ষ এবং কম্পনের মাধ্যমে শক্তি স্থানান্তরের এই প্রক্রিয়াটিকে তাপ পরিবাহন (Conduction) বলা হয়।]

[Source: HSC Physics Book, Part-II]

​
      = 8.5 × 10⁵ W

​[Source: HSC Physics Book, Part-II]

After a few hours, both blocks reach thermal equilibrium with the room, so their temperatures are the same (25 °C). Aluminium feels colder because it has much higher thermal conductivity and thermal effusivity. It pulls heat from your skin faster than wood, dropping the skin’s surface temperature more, so your nerves register “colder.” Wood, being a poor conductor, draws heat slowly, so it feels warmer.

​[কিছুক্ষণ পর দুটিই কক্ষের সাথে তাপীয় সাম্যাবস্থায় পৌঁছে—অতএব তাপমাত্রা একই (২৫ °C)। তবু অ্যালুমিনিয়াম ঠান্ডা লাগে, কারণ এর তাপ পরিবাহিতা ও থার্মাল ইফিউসিভিটি বেশি—এটি ত্বক থেকে দ্রুত তাপ টেনে নেয়, ফলে ত্বকের তাপমাত্রা দ্রুত কমে এবং ঠান্ডা অনুভূত হয়। কাঠ তাপ কম বহন করে, তাই তুলনামূলকভাবে “গরম” লাগে।]
​
[Source: HSC Physics Book, Part-II]

In a boiler, heat transfer occurs through all three mechanisms:
Conduction: Heat flows through the metal walls of the boiler.
Convection: Hot water or steam circulates inside the boiler, transferring heat through fluid motion.
Radiation: Heat from the furnace or flames is radiated to the boiler surfaces.
So, all these processes work together to heat water and generate steam efficiently.
​
​একটি বয়লারে, তাপ পরিবাহন সব তিনটি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ঘটে:
পরিবহন(Conduction): তাপ বয়লারের ধাতব দেয়ালের মাধ্যমে প্রবাহিত হয়।
পরিচলন(Convection): বয়লারের ভেতরে গরম পানি বা বাষ্প সঞ্চলিত হয়, এবং তরলের গতির মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরিত হয়।
বিকিরণ(Radiation): চুল্লি বা শিখার তাপ বয়লারের পৃষ্ঠে বিকিরণ মাধ্যমে পৌঁছায়।
এই সব প্রক্রিয়া একসাথে কাজ করে পানি গরম করতে এবং কার্যকরভাবে বাষ্প উৎপন্ন করতে সাহায্য করে।

[Source: HSC Physics Book, Part-II]

During a puncture, air rushes from the high-pressure region inside the tyre to the low-pressure region outside. In the process, the escaping air acquires kinetic energy, which comes at the expense of its internal energy. As a result, the internal heat of the compressed air decreases, leading to a drop in temperature. This cooling effect is known as the Joule–Thomson effect.

[​চাকার টিউবে ফুটো হলে ভেতরের উচ্চচাপের বাতাস দ্রুত বাইরের নিম্নচাপে বেরিয়ে যায়। এসময় বের হওয়া বাতাস গতিশক্তি অর্জন করে, যা মূলত তার অভ্যন্তরীণ শক্তি থেকে আসে। ফলে গ্যাসের অভ্যন্তরীণ তাপশক্তি কমে যায় এবং তাপমাত্রা হ্রাস পায়। এই ঘটনাকে বলা হয় জুল–থমসন প্রভাব (Joule–Thomson Effect)।]
​
[Source: HSC Physics (NCTB, Bangladesh), Part II and Fundamentals of Physics – Halliday, Resnick & Walker]

According to Kirchhoff’s law of thermal radiation, at the same temperature and under thermal equilibrium, a good absorber of heat is also a good emitter. A black surface is an ideal absorber (absorptivity ≈ 1) and therefore also the best emitter of thermal radiation. White or polished/reflective surfaces have low absorptivity and thus emit less radiation.

কির্শফের তাপীয় বিকিরণের সূত্র অনুযায়ী, একই তাপমাত্রায় এবং তাপীয় সমতা (thermal equilibrium) অবস্থায়, যে পৃষ্ঠটি ভালোভাবে তাপ শোষণ করে সেটিই ভালোভাবে তাপ বিকিরণও করে। একটি কালো পৃষ্ঠ একটি আদর্শ শোষক (absorptivity ≈ 1), তাই এটি তাপীয় বিকিরণের ক্ষেত্রেও সবচেয়ে কার্যকর। সাদা বা মসৃণ/প্রতিফলক পৃষ্ঠের শোষণ ক্ষমতা কম থাকে, তাই এগুলো কম বিকিরণ করে।

[Source: HSC Physics Book, Part-II]

The heat lost by the hotter water will be equal to the heat gained by the cooler water. [সিস্টেমটি পরিপূর্ণভাবে বিচ্ছিন্ন → কোনো তাপ বাইরে যায়নি। গরম পানি যে তাপ হারাচ্ছে = ঠান্ডা পানি যে তাপ পাচ্ছে]
T - 30 = 50 - T
⇒ ​T + T = 50 + 30
⇒ ​2T = 80
​⇒ T = 40​
​
​[Source: HSC Physics Book, Part-II]

A clinical thermometer is specifically designed to measure human body temperature. Normal body temperature is around 37 °C, and it may vary slightly between 35 °C and 42 °C (95 °F to 108 °F in Fahrenheit) during hypothermia or fever. 

​একটি ক্লিনিকাল থার্মোমিটার বিশেষভাবে মানুষের শরীরের তাপমাত্রা মাপার জন্য তৈরি করা হয়েছে। স্বাভাবিক শরীরের তাপমাত্রা প্রায় ৩৭ °C, এবং হাইপোথার্মিয়া বা জ্বরের সময় এটি সামান্য পরিবর্তিত হয়ে ৩৫ °C থেকে ৪২ °C (৯৫ °F থেকে ১০৮ °F) এর মধ্যে থাকতে পারে।

​​[Source: HSC Physics Book, Part-II]

In a long hollow cylinder with constant temperatures maintained on the inner and outer surfaces, heat transfer occurs from the hotter surface to the cooler surface. Since the cylinder is long, the temperature gradient along the axis (length) is negligible. Therefore, heat flows radially, i.e., perpendicular to the axis, from the inner surface to the outer surface (or vice versa if inner is cooler).

[​দীর্ঘ, খালি সিলিন্ডারের ভেতরের ও বাহিরের তাপমাত্রা ধ্রুব রাখা হলে, গরম থেকে ঠান্ডা দিকে তাপ প্রবাহ ঘটে। সিলিন্ডারের দৈর্ঘ্য অনুযায়ী তাপমাত্রার পার্থক্য negligible হওয়ায় তাপ axial (দৈর্ঘ্য বরাবর) খুব কম প্রবাহিত হয়। তাই তাপ radial direction-এ প্রবাহিত হয়, অর্থাৎ সিলিন্ডারের অক্ষের লম্বভাবে নয়, বরং ভেতর থেকে বাইরে বা বাইরে থেকে ভিতরে।]
​​​
[Source: HSC Physics Book, Part-II]

Q = h_r A (T₁ - T₂)
​
​The factor h_r is called the coefficient of radiant heat transfer from solid to solid and is expressed in W/m²-K. The coefficient of radiant heat transfer quantifies the rate of heat transfer through radiation per unit area and per unit temperature difference.  

​​[h_rকে কঠিন থেকে কঠিন তাপ বিকিরণ (radiant heat transfer) এর সহগ বলা হয় এবং এটি W/m²K ডিগ্রি এককে প্রকাশ করা হয়, তাপ বিকিরণ সহগ (coefficient of radiant heat transfer) প্রতিটি একক ক্ষেত্রফল এবং একক তাপমাত্রা পার্থক্যের জন্য বিকিরণ দ্বারা তাপ প্রবাহের হারকে পরিমাপ করে।]
​​​​
​[Source: HSC Physics Book, Part-II]

Heat transfer is an irreversible process in thermodynamics. Heat exchange requires a temperature gradient (except at thermal equilibrium).
​
​তাপপ্রবাহ সবসময় তাপমাত্রা পার্থক্যের উপর নির্ভর করে। তাপের স্থানান্তর (Heat transfer) থার্মোডাইনামিক্সে একটি অপরিবর্তনীয় (irreversible) প্রক্রিয়া। তাপ বিনিময়ের জন্য তাপমাত্রার পার্থক্য (temperature gradient) থাকা আবশ্যক (থার্মাল সমতায়ে হলে ব্যতিক্রম)।

​
​​​​​
[Source: HSC Physics Book, Part-II]

​
​
Source: ​Fundamentals of Heat and Mass Transfer – Incropera & DeWitt and HSC Physics Book, Part-II]

Comparison:

Celsius: 274.15 K

Kelvin: 1 K (smallest)

Fahrenheit: 255.93 K

Rømer: 260.77 K

[Source: HSC Physics Book, Part-II]

Air is a poor conductor of heat, so conduction from fire is negligible. Convection heats the air above the fire but does not effectively reach the person sitting nearby. The main heat transfer from fire to the body is radiation (infrared rays), which travels directly in straight lines and warms the body quickly without requiring a medium.

(বায়ু তাপের খারাপ পরিবাহক, তাই পরিবাহন দ্বারা আগুন থেকে তাপ পাওয়া যায় না। প্রবাহন কেবল আগুনের ওপরে ওঠা গরম বাতাসে ঘটে, যা পাশে বসা মানুষকে খুব বেশি উষ্ণ করতে পারে না। মানুষের শরীরে আগুন থেকে প্রধান তাপ পৌঁছায় বিকিরণ (ইনফ্রারেড রশ্মি) দ্বারা, যা সরাসরি সোজা পথে এসে দ্রুত শরীরকে উষ্ণ করে।)

[Source: NCTB SSC Physics Book]

A Romar thermometer (more commonly called a mercury thermometer) uses mercury as the primary liquid because:

Mercury has a high coefficient of expansion, making it very sensitive to temperature changes.
It remains liquid over a wide temperature range (−39 °C to 356 °C), so it can measure both very low and very high temperatures.
Mercury does not stick to glass and gives a clear, continuous column, which is ideal for precise readings.

রোমার থার্মোমিটার বা মার্কারি থার্মোমিটার-এ প্রধানত পদার্থ হিসেবে পারদ (Mercury) ব্যবহার করা হয়। কারণ: পারদের উষ্ণতা অনুযায়ী প্রসারণের হার (coefficient of expansion) বেশি, তাই তাপমাত্রার পরিবর্তন সহজে দেখা যায়।
এটি প্রচুর তাপমাত্রার মধ্যে তরল থাকে (−39 °C থেকে 356 °C), তাই খুব ঠান্ডা বা খুব গরম উভয়কেই মাপা যায়।
পারদ গ্লাসে আটকে থাকে না এবং স্পষ্ট কলাম তৈরি করে, ফলে সঠিক তাপমাত্রা পরিমাপ সম্ভব।

[Source: NCTB SSC Physics Book]

Feed water heaters have an overall heat transfer coefficient of 8500 W/m²K, whereas steam, alcohol condensers, and ammonia condensers have heat transfer coefficients of 5000 W/m² K, 630 W/m² K and 1400 W/m² K. 

ফিড ওয়াটার হিটারগুলোর মোট তাপ সঞ্চালন সহগ (overall heat transfer coefficient) হলো ৮৫০০ W/m²K, যেখানে

স্টিম কনডেন্সারের সহগ হলো ৫০০০ W/m²K,
অ্যালকোহল কনডেন্সারের সহগ হলো ৬৩০ W/m²K.

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

Platinum’s chemical stability ensures it does not corrode or react with the environment, and its resistance-temperature relationship remains consistent, providing reliable measurements.

[প্লাটিনামের রাসায়নিক স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে যে এটি ক্ষয় বা প্রতিক্রিয়া করে না, এবং এর প্রতিরোধ-তাপমাত্রা সম্পর্ক স্থিতিশীল থাকে, ফলে নির্ভরযোগ্য পরিমাপ সম্ভব।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

A thermistor is a special type of resistor whose resistance changes significantly with temperature. Unlike metals, which have a relatively small and linear resistance change, thermistors are made from semiconductor materials, usually metal oxides like manganese, cobalt, or nickel oxides. These materials are sintered to form a solid bead or disc. The reason semiconductors are used is that they show a large resistance variation with small changes in temperature, making them highly sensitive. This property makes thermistors useful in temperature sensing, control circuits, and electronic devices. However, their non-linear response limits accuracy over wide ranges.

[থার্মিস্টর হলো এক ধরনের বিশেষ রেজিস্টর, যার রোধ তাপমাত্রার সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়। ধাতুর রোধ পরিবর্তন তুলনামূলকভাবে খুব কম এবং প্রায় সরলরেখীয় হলেও, থার্মিস্টর তৈরি হয় সেমিকন্ডাক্টর পদার্থ দ্বারা। সাধারণত ম্যাঙ্গানিজ, কোবাল্ট বা নিকেল অক্সাইডের মতো ধাতব অক্সাইড ব্যবহার করে এটি প্রস্তুত করা হয় এবং গুঁড়া আকারে সিঙ্কার করে কঠিন বিড বা ডিস্ক বানানো হয়। সেমিকন্ডাক্টর ব্যবহার করার কারণ হলো, অল্প তাপমাত্রা পরিবর্তনেই এদের প্রতিরোধের বড় পরিবর্তন ঘটে, ফলে এটি অত্যন্ত সংবেদনশীল হয়। এজন্য থার্মিস্টর তাপমাত্রা সেন্সর, নিয়ন্ত্রণ সার্কিট এবং ইলেকট্রনিক যন্ত্রে ব্যবহৃত হয়। তবে এর অরৈখিক প্রতিক্রিয়া একটি সীমাবদ্ধতা।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

A pyrometer works on the principle of thermal radiation. Every hot body emits infrared radiation, and the intensity of this radiation depends on its temperature. The pyrometer detects and measures this radiation without physical contact. By analyzing the radiation, the device calculates the temperature accurately. This makes pyrometers especially useful for measuring very high temperatures, such as in furnaces, kilns, or molten metals, where normal thermometers cannot function effectively.

[পাইরোমিটার কাজ করে তাপ বিকিরণ (thermal radiation) নীতির উপর। প্রতিটি গরম বস্তুই অবলোহিত বিকিরণ নির্গত করে, যার তীব্রতা তার তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। পাইরোমিটার এই বিকিরণ শনাক্ত ও মাপতে পারে স্পর্শ ছাড়াই। বিকিরণের বিশ্লেষণ করে যন্ত্রটি বস্তুর সঠিক তাপমাত্রা নির্ণয় করে। এজন্য পাইরোমিটার বিশেষভাবে ব্যবহার করা হয় চুল্লি, ভাঁটি বা গলিত ধাতুর মতো অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রা পরিমাপে, যেখানে সাধারণ থার্মোমিটার কার্যকর নয়।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

If fluid motion occurs naturally due to density differences, it is natural convection.
(যদি তরলের গতি ঘনত্বের পার্থক্যের কারণে স্বাভাবিকভাবে ঘটে, তবে সেটি natural convection)

If fluid motion is caused by external devices like pumps or fans, it is forced convection.
(যদি তরলের গতি পাম্প বা ফ্যানের মতো বাহ্যিক যন্ত্র দ্বারা ঘটানো হয়, তবে সেটি forced convection)

In a condenser or heat exchanger, fluid is driven through tubes using a pump, hence heat transfer is by forced convection.
(কনডেন্সার বা হিট এক্সচেঞ্জারে তরলকে পাম্পের মাধ্যমে টিউব দিয়ে প্রবাহিত করা হয়, তাই এখানে তাপ সঞ্চালন হয় forced convection দ্বারা।)

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

বরফ গলাতে প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ: Q=mL_f​ 
যেখানে,
m = 200g,
L_f​ = 334 J/g
সুতরাং Q = 200×334 = 66,800J
অর্থাৎ, ২০০ গ্রাম বরফ গলাতে ৬৬,৮০০ জুল তাপ প্রয়োজন।

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

The caloric theory (18th–19th century) proposed that heat is an invisible, weightless fluid called “caloric” that flows from hot bodies to cold bodies. According to this theory, heat was conserved and could not be created or destroyed. It is now outdated; modern thermodynamics explains heat as energy transfer due to molecular motion, not as a substance.

[ক্যালরিক তত্ত্ব (১৮-১৯শ শতক) বলেছিল যে তাপ একটি অদৃশ্য, ওজনবিহীন তরল “ক্যালরিক” যা গরম বস্তু থেকে ঠান্ডা বস্তুর দিকে প্রবাহিত হয়। এই তত্ত্ব অনুযায়ী, তাপ সংরক্ষিত থাকে এবং সৃষ্টি বা ধ্বংস করা যায় না। এটি এখন পুরনো ধারণা; আধুনিক তাপগতিবিদ্যা বলে, তাপ হলো অণু গতির কারণে শক্তির স্থানান্তর, কোনো পদার্থ নয়।]

[Source: Halliday, Resnick, Walker – “Fundamentals of Physics” (10th Edition, 2013)]

The mechanical equivalent of heat is the amount of work required to produce a certain quantity of heat. It establishes the relationship between mechanical energy and heat energy. For example, James Joule experimentally showed that a specific amount of mechanical work can generate an equivalent amount of heat, proving that heat is a form of energy.

[যান্ত্রিক তাপসমতুল্য হলো একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ উৎপন্ন করতে প্রয়োজনীয় কাজের পরিমাণ। এটি যান্ত্রিক শক্তি এবং তাপ শক্তির মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে। উদাহরণস্বরূপ, জেমস জুল পরীক্ষামূলকভাবে দেখিয়েছিলেন যে নির্দিষ্ট পরিমাণ যান্ত্রিক কাজ একটি সমতুল্য পরিমাণ তাপ উৎপন্ন করতে পারে, যা প্রমাণ করে যে তাপও শক্তির একটি রূপ।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

When heat energy is added to a substance, the particles absorb that energy. This extra energy increases their speed of motion, which means their kinetic energy increases.

(যখন কোনো পদার্থে তাপ শক্তি যোগ করা হয়, তখন কণাগুলো সেই শক্তি শোষণ করে। অতিরিক্ত শক্তির ফলে কণাগুলোর গতি বেড়ে যায়, অর্থাৎ তাদের গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়।)

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

According to Stefan-Boltzmann law, the power radiated per unit area by a black body is proportional to the fourth power of its absolute temperature, P=σT⁴. If the temperature of a black body doubles, T→2T, then the radiated power becomes P ∝ (2T)⁴=16T⁴. Therefore, the power increases 16 times.

[স্টেফান-বল্টসম্যান আইন অনুযায়ী, একটি কালো বস্তুর প্রতি একক এলাকার বিকিরণ শক্তি এর পূর্ণ তাপমাত্রার চতুর্থ ঘাতের সমানুপাতিক, P=σT⁴। যদি তাপমাত্রা দ্বিগুণ হয়  T→2T, তবে বিকিরণ শক্তি হবে P ∝ (2T)⁴=16T⁴ । তাই শক্তি বৃদ্ধি পায় ১৬ গুণ।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

For a temperature difference (ΔT), the Celsius and Kelvin scales are equivalent. Only absolute temperatures require adding or subtracting 273 to convert between the scales.
[তাপমাত্রার পার্থক্য বা ΔT-এর ক্ষেত্রে সেলসিয়াস এবং কেলভিন স্কেল সমান। কেবলমাত্র মূল তাপমাত্রা রূপান্তরে 273 যোগ বা বিয়োগ করতে হয়।

 অর্থাৎ, পার্থক্য একই থাকবে, 29 K।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

যে কোন পদার্থের মধ্য দিয়ে তাপ প্রবাহের হার (rate of heat transfer) তাপমাত্রার ধনাত্মক পরিবর্তনের (temperature gradient) বিপরীত এবং পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের (area) সাথে সমানুপাতিক, তাকে ফুরিয়ার-এর তাপ সঞ্চালনের সূত্র (Fourier’s Law) বলা হয়।

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

In a liquid-in-glass thermometer, the space above the liquid column is usually an empty vacuum. This prevents the liquid from being compressed and allows it to expand freely with temperature changes. Using a vacuum reduces the risk of the liquid column breaking or rising inaccurately due to air pressure. Common liquids used are mercury or alcohol.

[তরল-কাচ থার্মোমিটারে, তরল কলামের উপরের স্থান সাধারণত শূন্য ভ্যাকুয়াম থাকে। এটি তরলকে সঙ্কুচিত হওয়া থেকে রক্ষা করে এবং তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে স্বাভাবিকভাবে প্রসারিত হতে দেয়। ভ্যাকুয়াম ব্যবহার করলে বায়ুর চাপের কারণে কলাম ভেঙে যাওয়া বা ভুলভাবে ওঠার ঝুঁকি কমে যায়। সাধারণত ব্যবহৃত তরলগুলো হলো পারদ বা অ্যালকোহল।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

The rate of heat transfer in a system increases as the temperature difference between the two bodies increases. This is because heat naturally flows from a higher temperature to a lower temperature, and a larger difference drives faster heat flow.

(একটি সিস্টেমে তাপ সঞ্চালনের হার তখন বৃদ্ধি পায় যখন দুই দেহের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য বেশি থাকে। কারণ তাপ স্বাভাবিকভাবে উচ্চ তাপমাত্রা থেকে নিম্ন তাপমাত্রার দিকে প্রবাহিত হয়, এবং বড় পার্থক্য দ্রুত তাপ সঞ্চালন ঘটায়।)

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

In Joule’s experiment, the main quantity measured was the change in temperature of water. Mechanical work done by falling weights turned a paddle inside the water, causing its temperature to rise. By comparing the mechanical work with the heat produced, Joule determined the mechanical equivalent of heat, proving that heat is a form of energy.

[জুলের পরীক্ষায় মূলত মাপা হয়েছিল পানির তাপমাত্রার পরিবর্তন। পড়ন্ত ওজন দ্বারা যান্ত্রিক কাজ একটি প্যাডলকে ঘুরিয়ে পানির তাপমাত্রা বাড়িয়েছিল। যান্ত্রিক কাজ এবং উৎপন্ন তাপ তুলনা করে জুল নির্ধারণ করেছিলেন যান্ত্রিক তাপসমতুল্য, যা প্রমাণ করে যে তাপও শক্তির একটি রূপ।]

[Source: NCTB HSC Physics 2nd paper Book]

আপেক্ষিক তাপ নির্ণয়ের সূত্র:

Q = mcΔT বা, c = Q/mΔT
যেখানে,
 Q = 418 J,  m = 200g = 0.2 kg, ΔT = 5 °C = 5 K, 
c = Q/mΔT = 418/0.2 x 5 = 418 J/g°C

Heat flows from a hotter object to a cooler one until thermal equilibrium is reached. In this case, both the iron ball and the water are at the same temperature: 40 °C. Since there is no temperature difference, there is no net heat transfer between them.

So, the correct option is: “No heat will flow between the iron ball and the water.”

উষ্ণতা সবসময় বেশি তাপমাত্রার স্থান থেকে কম তাপমাত্রার স্থানে প্রবাহিত হয় যতক্ষণ না উভয়ই সমান্তরাল তাপমাত্রায় পৌঁছায়। এখানে, লোহার বল এবং পানি উভয়ই 40 °C তাপমাত্রায় আছে। যেহেতু তাপমাত্রার কোনো পার্থক্য নেই, তাই উভয়ের মধ্যে কোনো তাপ প্রবাহ হবে না।

সঠিক উত্তর: লোহার বল এবং পানির মধ্যে তাপ প্রবাহ হবে না।