Bab 4 Haba Naskah Murid

8/19/2019 Bab 4 Haba Naskah Murid

1/29

112

BAB 4 HABA

4.1 Keseimbangan Terma (Thermal equilibrium)

SuhuTemperature

Suhu ialah darjah kepanasan suatu objek.

Unit SI ialah Kelvin, K.

Suatu objek panas mempunyai suhu yang lebih tinggidaripada objek sejuk.

Suhu suatu objek bergantung kepada purata tenaga kinetikmolekul-molekul dalam objek itu. Semakin tinggi tenagakinetik molekul-molekul dalam suatu objek, semakin tinggisuhunya.

HabaHeat

Haba ialah satu bentuk tenaga.

Unit ukurannya ialah Joule, J

Haba dipindahkan dari objek yang lebih panas kepada objekyang lebih sejuk.

Apabila satu objek dipanaskan, ia akan menyerap tenagahaba dan suhu objek akan meningkat.

Apabila objek disejukkan, ia akan membebaskan tenagahaba dan suhu objek akan berkurang.

Sentuhan termaThermal contact

Dua objek berada dalam keadaan sentuhan terma apabilatenaga haba boleh dipindahkan di antara mereka.

KeseimbangantermaThermalequilibrium

Sebelum keseimbangan terma dicapai

Apabila dua objek A dan B diletakkan berhampiran, tenaga habaakan mengalir daripada jasad A yang lebih tinggi suhunya keobjek B yang lebih rendah suhunya sehingga objek A dan Bmencapai suhu yang sama.

Apabila keseimbangan terma tercapai

Apabila objek A dan B mencapai suhu yang sama, kadarpemindahan tenaga haba dari objek A ke objek B dan dari objekB ke objek A adalah sama.Apabila keadaan ini berlaku, objek A dan B dikatakan beradadalam keadaan keseimbangan terma antara satu sama lain.

Apabila keseimbangan terma dicapai pada dua objek, maka tiadahaba bersih (0 J) yang mengalir antara keduanya iaitu kadar

penyerapan tenaga haba adalah sama dengan kadarpembebasan tenaga haba pada suhu yang sama.

Objek

A

Objek

B

Haba

Objek

A

Objek

BHaba

Haba


2/29

113

Contoh situasi yang melibatkan keseimbangan terma

Meletakkan tuala basah di atas dahi pesakit demam panas.Pada permulaan suhu tuala basah lebih rendah berbandingsuhu badan pesakit demam panas. Tenaga habadipindahkan dari dahi pesakit ke tuala basah sehingga

keseimbangan terma dicapai.

Dengan cara ini, tenaga haba mampu disingkirkan daripadapesakit dan dapat menurunkan suhu badan pesakit demampanas.

Minuman sejukMinuman yang panas boleh disejukkan denganmenambahkan beberapa ketul ais ke dalam minumantersebut. Haba dari minuman panas akan dipindahkankepada ais sehingga keseimbangan terma antara ais dan airdicapai. Suhu minuman dan ais adalah sama apabila

keseimbangan terma dicapai.

Mengukur suhu badan pesakitApabila termometer klinik digunakan untuk menyukat suhubadan pesakit, tenaga haba dipindahkan dari badan kececair alkohol dalam termometer menyebabkanpengembangan alkohol dalam tiub kapilari.Apabila alkohol dan badan pesakit mencapai keseimbanganterma, pengembangan cecair alkohol dalam tiub kapilariterhenti dan termometer memberikan bacaan suhu badan.

Termometer Cecair-Dalam-Kaca

Ciri-ciri cecair yangdigunakan dalam termometercecair-dalam-kaca

1. Mudah dilihat atau cecair berwarna legap2. Mengembang dengan seragam apabila dipanaskan3. Tidak melekat pada dinding kaca4. Konduktor haba yang baik5. Takat didih tinggi dan takat beku rendah.

Bagaimana termometercecair-dalam-kacaberfungsi?

Bebuli termometer mengandungi cecair merkuridengan jisim tetap. Isipadu merkuri bertambahapabila ia menyerap haba.

Cecair merkuri mengembang dan meningkat naikdi dalam tiub kapilari. Panjang turus merkuridalam tiub kapilari dapat menunjukkan nilai suhusesuatu objek.

Bebuli

cecair

Tiub kapilari


3/29

114

Termometer makmal

Bagaimana termometerditentuukur?

Skala suhu dan unit suhu diperoleh denga memilihdua suhu yang dikenali sebagai takat tetap atasdan takat tetap bawah.

Takat tetap bawah adalah suhu ais yang melebur

dan diambil sebagai 0C. Takat tetap atas adalah suhu stim di atas air yang

mendidih pada tekanan atmosfera 76 cm Hg dan

diambil sebagai 100C.

Untuk menentukan suhu sesuatu objek laindengan menggunakan termometer tanpasesenggat, rumus berikut digunakan:

= 100 LL

LL

0 100

0 θ

C

Di mana L adalah panjang turus merkuri padasuhu, tertentu yang belum diketahui.

Prinsip kerja termometer berdasarkan prinsip keseimbangan terma

Apabila termometer dimasukkan dalam air panas,

haba mengalir daripada air panas ke termometer.

Apabila berlaku keseimbangan terma kadar pemindahanhaba bersih adalah sifar.

Suhu termometer adalah sama dengan suhu air panas.

Oleh iu bacaan termometer ketika itu adalah merupakansuhu air panas.

Ciri-ciri merkuri yang sesuai digunakan sebagai cecair dalam termometer:

Konduktor haba yang baik.

Takat didih tinggi iaitu 357 C.

Mengembang secara seragam bila dipanaskan dan mengecut secara seragam biladisejukkan.

Warna legap (Tidak boleh ditembusi cahaya) dan mudah dilihat.

Takat beku rendah iaitu -39 C, oleh itu ia tidak sesuai digunakan di kawasanbersuhu kurang daripada ini seperti di kutub selatan.

Kepekaan termometer merkuri dapat ditingkatkan dengan cara:

Menggunakan tiub kapilari yang lebih kecil/halus.

Menggunakan bebuli kaca yang berdinding nipis Menggunakan bebuli kaca yang lebih besar daripada tiub kapilarinya.

Ais

melebur Airmendidih

L100

L0

100

C

0C

Takat

didih

Takat

didih

Bebuli

Tiub

kapilari

Merkuri


4/29

115

Latihan 4.1 Keseimbangan terma (Thermal equilibrium)

(1) Rajah menunjukkan sebuah termometermerkuri.(a) Nyatakan ciri P dan Q yang membantu

meningkatkan kepekaan termometer itu.

P :............................................................. Q : ........................................................

(b) Apakah prinsip yang digunakan dalam termometer ini semasa mengukur suhusuatu objek?

..................................................................................................................................................

(c) Semasa menentukurkan termometer ini didapati panjang turus merkuri apabiladimasukkan dalam ais lebur dan stim adalah 12 cm dan 20 cm masing-masing.Hitungkan;

(i) Suhu suatu bahan jika panjang turusmerkuri menjadi 7 cm apabilatermometer dimasukkan dalam bahanitu.

(ii) Panjang turus merkuri jikatermometer ini dimasukkan kedalam bahan yang bersuhu 20o C.

(2) Sebuah termometer merkuri yang belumditentukurkan mempunyai panjang merkuri5 cm dan 25 cm apabila dimasukkan dalamais lebur dan stim masing-masing. Apabiladimasukkan dalam suatu cecair didapatipanjangnya menjadi 12 cm. Berapakahsuhu cecair tersebut?

(3) Panjang turus merkuri sebuahtermometer adalah 20 cm dan 8 cmmasing-masing apabila dimasukkan dalamstim dan ais lebur. Berapakah panjangturus merkuri apabila dimasukkan dalamsuatu bahan bersuhu

-25oC?


5/29

116

4.2 Muatan Haba Tentu (Specific heat capacity)

Muatan haba Muatan haba suatu bahan ditakrifkan sebagai kuantiti habayang diperlukan untuk menaikkan suhu bahan itu sebanyak

1C atau 1 K.

Unit muatan haba ialah J

C-1 atau J K-1.

Menjana idea tentang muatan haba

Hubungan antara jenis bahan denganmuatan haba

Jika kedua-dua bikar itu dipanaskan selama 5 minit denganPenunu Bunsen yang sama, didapati kenaikan suhu parafinadalah lebih tinggi daripada kenaikan suhu air.

Kesimpulan:Eksperimen ini menunjukkan bahan-bahan yang berlainanmengalami kenaikan suhu yang berbeza jika kuantiti habayang sama dibekalkan dan jisim bahan-bahan itu adalahsama.

Hubungan antara jisimbahan dengan muatanhaba

Jika air dalam bikar A dan bikar B dipanaskan selama 5 minitdengan menggunakan Penunu Bunsen yang sama, kenaikansuhu air dalam bikar A lebih tinggi daripada kenaikan suhuair dalam bikar B.

Kesimpulan:Eksperimen ini menunjukkan bahawa kenaikan suhu suatubahan bergantung kepada jisim bahan itu jika kuantiti habayang dibekalkan adalah sama.

Hubungan antara

kuantiti haba denganmuatan haba

Jika air dalam bikar C dipanaskan selama 1 minit dan air

dalam bikar D dipanaskan selama 5 minit denganmenggunakan Penunu Bunsen yang sama, kenaikan suhu airdalam bikar C didapati lebih kecil daripada kenaikan suhu airdalam bikar D.

Eksperimen ini menunjukkan bahawa kenaikan suhu suatubahan bergantung kepada kuantiti haba yang dibekalkan, jika jisim bahan itu adalah sama.

Kesimpulan: Muatan haba suatu bahan bergantung kepada jenis bahan, jisim bahan dan kuantiti haba yang dibekalkan.

Muatan Haba Tentu

Simbol: c

Unit SI bagimuatan haba tentu, c

= J kg-1

C-1

Muatan Haba Tentu sesuatu bahan ialah kuantiti haba yang

diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan sebanyak 1

C.

Formula muatan haba tentu:

c =m

Q

Q = Haba diserap atau dibebaskan, unit Jm = Jisim bahan, unit kg

= Perbezaan suhu bahan awal dan akhir, unit

C.

Bikar A Bikar B

Bikar C Bikar D

Termometer

Termometer

1 kg

parafin

1 kg

air

Termometer


6/29

117

Kuantiti haba yangdiserap ataudibebaskan olehbahan, Q

Apakah maksud

muatan haba tentualuminium =

900 J kg-1

C-1

900 J tenaga haba diperlukan oleh 1 kg aluminium bagi

menghasilkan kenaikan suhu sebanyak 1

C.

Apakah maksudmuatan haba tentu air

=4200 J kg-1

C-1

..................................................................................................................

..................................................................................................................

Latihan 4.2 (Muatan Haba Tentu)

(1) Hitungkan jumlah tenaga haba yangdiperlukan untuk memanaskan 2 kg keluli

dari suhu 30 C kepada suhu 70 C.(muatan haba tentu keluli =

500 J kg-1C-1)

(2) Sebuah pemanas rendam berlabel 2kW, 240 V digunakan untuk memanaskan4 kg air. Berapakah suhu air apabila airitu dipanaskan selama 8 minit. Suhu awal

air ialah 28

C.(Muatan haba tentu air = 4200 J kg-1 C-1)

(3) 4 kg air membebaskan haba sebanyak8.4 x 105 J apabila disejukkan daripada

suhu 90 C kepada suhu 40 C. Hitungmuatan haba tentu air.

(4) 420 kJ haba dibebaskan apabila 2 kg

air disejukkan dari suhu 70 C. Berapakahsuhu akhir air?(muatan haba tentu air =

4.2 x 103 J kg-1 C-1

)

(5) Hitung jumlah tenaga haba yangdibebaskan apabila suatu logam X

berjisim 5.0 kg disejukkan dari suhu 30 C

ke 20 C.

(muatan haba tentu logam X =500 J kg

-1C-1)

Q = mc


7/29

118

(6) 0.2 kg air panas pada suhu 100 Cdicampurkan dengan 0.25 kg air sejuk

pada suhu 10 C. Berapakah suhu akhircampuran?

(7) 600 g air sejuk berada pada suhu

40C. Apabila air panas berjisim 400 gpada suhu 90 C dicampurkan kepada airsejuk, tentukan suhu akhir campuran.

(8) Cecair M berjisim 0.5 kg berada pada suhu 40 C dimasukkan dalam sebuah bikar

yang mengandungi 2 kg cecair N yang berada pada suhu 25 C. Hitung suhu akhircampuran cecair M dan cecair N.

( muatan haba tentu cecair, M = 8.4 x 103J kg-1C

-1)

( muatan haba tentu cecair, N = 4.2 x 103 J kg-1C-1)


8/29

119

Eksperimen: Menentukan muatan haba tentu suatu pepejal(Bongkah Aluminium)

Kuasa Pemanas, P = .................. Watt

Jisim bongkah Al, m = ................. kg

Suhu awal bongkah Al,1 = ............

C

Suhu akhir bongkah Al,2 = ............

C

Masa pemanasan, t = ................ s

Tenaga yang dibebaskan olehpemanas, Q = Pt

Q = ............................ J

Muatan haba tentu bongkahAluminium =

c =)12 θ m( θ

Pt

Catatkan kuasa pemanas rendam yangdigunakan = P Watt

Timbang jisim bongkah aluminium = m

Catatkan suhu awal bongkah aluminium =

1.

Hidupkan pemanas rendam dan serentakdengan itu mulakan jam randik.

Selepas masa, t , matikan pemanas rendamdan catatkan suhu maksimum bongkah

aluminium = 2

Hitung tenaga haba yang dibebaskan olehpemanas, Q = Pt.

Tenaga haba, Q yang diserap oleh bongkah

Q = mc( 2 -

1 )

Dengan menganggap tiada kehilangan habake persekitaran, tenaga haba yangdibebaskan oleh pemanas = tenaga habayang diserap oleh bongkap aluminium.

Pt = mc( 2 -

1 )

c =)12 θ m( θ

Pt

Langkah berjaga-jaga:

..................................................................................................................................................

12 V bekalan kuasa a.u

Termometer

Kapas

Minyak

Pemanas rendam

25W

Bongkah Aluminium

Asbestos


9/29

120

Eksperimen: Menentukan muatan haba tentu suatu cecair(air)

Kuasa Pemanas = .................. Watt

Jisim cawan kosong, m1 = ................. kg

Jisim cawan + air, m2 = ................ kg

Jisim air, mair = m2 – m1 = ................... kg

Suhu awal air, 1 = ............... C

Suhu akhir air, 2 = ............... C

Masa pemanasan, t = ..................s

Tenaga yang dibebaskan oleh pemanas,Q = Pt

Q = ............................ J

Muatan haba tentu air, cair =

c =

)θ ( θ m

Pt

12 air

Catatkan kuasa pemanas rendam yangdigunakan = P Watt

Timbang jisim cawan kosong = m1

Masukkan air dalam cawan polisterindan timbang jisimnya = m2

Catatkan suhu awal air = 1

Hidupkan pemanas rendam danserentak dengan itu mulakan jamrandik.

Selepas masa, t , matikan pemanas dan

catatkan suhu maksimum air = 2

Hitung tenaga yang dibebaskan olehpemanas, Q = Pt

Tenaga haba yang diserap oleh air, Q =

mair c ( 2 - 1 )

Dengan menganggap tiada kehilanganhaba ke persekitaran, tenaga haba yangdibebaskan oleh pemanas = tenagahaba yang diserap oleh air.

Pt = mair c( 2 - 1 )

c = )θ ( θ m

Pt

12 air

Langkah berjaga-jaga:

..................................................................................................................................................

12 V bekalan kuasa a.u

Termometer

Pemanas rendam 25 W

Cawan polisterin

Air

Penutup plastik


10/29

121

Perbandingan nilai muatan haba tentu, c yang didapati eksperimen dan nilai teori

Nilai muatan haba tentu, c yang diperolehi daripada eksperimen adalah lebihbesar daripada nilai teori.

Ini disebabkan kehilangan haba ke persekitaran menyebabkan kenaikan suhumenjadi lebih kecil.

Aplikasi muatan haba tentu dalam kehidupan seharian

Perbezaan sifat fizikalbahan-bahan yangmempunyai muatan habatentu yang berbeza.

Muatan habatentu

Apabiladipanaskan

Apabiladisejukkan

Kecil Suhu meningkatdengan cepat

Suhu menurundengan cepat

Besar Suhu meningkatdengan perlahan

Suhu menurundengan perlahan

Sifat bahan yang mempunyai muatan haba tentu yang kecil

1. Bahan ini merupakan penyerap haba yang ........................

Suhu bahan ......................... dalam masa yang ...................... apabila dipanaskan

dan ........................... dalam masa yang ........................ apabila disejukkan.

Contoh logam seperti ......................, ......................... dan ...................... digunakan

sebagai periuk dan kuali. Ini kerana logam ini boleh ............................ dengancepat.

2. Bahan ini ............................. terhadap perubahan suhu.

Contoh: Logam ....................... dalam termometer mempunyai muatan haba tentu

yang ....................... yang membolehkannya menyerap dan membebaskan habadengan cepat.

Sifat bahan yang mempunyai muatan haba tentu yang besar

1. Bahan ini merupakan penyerap haba yang ........................

Suhu bahan ............................... dalam masa yang ....................... apabila

dipanaskan dan ............................ dalam masa yang ............................. apabiladisejukkan.

2. Bahan ini .............................. tenaga haba dalam kuantiti yang ....................... tanpa

mengalami peningkatan suhu yang ..........................

Contoh:....................... digunakan sebagai ajen penyejuk dalam radiator kenderaan.


11/29

122

Contoh aplikasi dan situasi melibatkan muatan haba tentu dalam kehidupan harian

1. Periuk dan kuali diperbuat daripada logam sepertitembaga dan aluminium yang mempunyai muatan

haba tentu yang ...................

2. Ini membolehkan periuk dan kuali dipanaskandengan cepat bagi mengurangkan penggunaanbahan api.

3. Pemegang periuk dan kuali diperbuat daripadabahan bukan logam seperti plastik dan kayu yangmempunyai muatan haba tentu yang ......................

4. Ini memastikan pemegang periuk dan kuali tidakmudah menjadi panas dan mudah dikendalikan.

Fenomena bayu laut 1. Daratan mempunyai muatan haba tentu yang lebih....................... berbanding lautan. Maka suhu daratanmeningkat dengan lebih ................ berbanding suhulautan di waktu siang.

2. Udara di daratan menjadi .................. dan naik keatas.

3. Udara yang lebih ................ daripada lautan bergerakmenuju ke arah daratan sebagai bayu ..............

Fenomena bayu darat 1. Lautan mempunyai muatan haba tentu yang lebih............... berbanding daratan. Maka, suhu lautanmenurun lebih .................... berbanding suhu daratandi waktu malam.

2. Udara di atas permukaan lautan yang .............. akannaik ke atas.

3. Udara yang lebih .............. daripada daratan akanbergerak ke arah lautan sebagai bayu ................

Air sebagai agen penyejukdalam radiator kenderaan 1. Air mempunyai muatan haba tentu yang ..............

Oleh itu, ia digunakan sebagai agen penyejuk dalamradiator kenderaan.

2. Haba yang terhasil daripada enjin ................. oleh airyang mengalir di sepanjang ruang luar enjin. Airboleh menyerap tenaga haba yang .................dengan peningkatan suhu yang ......................

3. Air yang telah dipanaskan dialirkan melalui sirippenyejuk dan dibantu oleh kipas untuk menurunkan

kembali suhu air. Air yang telah disejukkan dialirkansemula ke ruang dinding enjin.

rendah.

tinggi.

rendahcepat

panas

sejukbayu laut.

tinggi

lambat

panas

sejuk

darat.

tinggi.

diserap

tinggi

kecil.


12/29

123

4.3 Haba Pendam Tentu (Specific latent heat )

Haba pendam Haba yang diserap atau haba yang dibebaskan pada suhutetap semasa perubahan keadaan jirim suatu bahantertentu.

Menjana idea tentang haba pendam

Pendidihan air Apabila air dipanaskan, suhunya akan meningkatsehingga ia mencapai takat didih.

Semasa pendidihan, suhu air sentiasa tetap pada suhu

100 C walaupun air itu terus dipanaskan.

Semasa pendidihan, air (cecair) bertukar kepada wap air(gas).

Peleburan ais Ais melebur pada takat lebur 0 C. Apabila ais melebur,

tenaga haba diserap daripada persekitaran.

Semasa ais melebur, suhu ais sentiasa tetap pada suhu

0 C walaupun ais itu masih menyerap haba daripadapersekitaran.

Semasa proses peleburan, ais (pepejal) bertukar kepadaair (cecair).

Perbincangan:

Semua proses perubahan keadaan jirim berlaku tanpa sebarang perubahan suhu.

Oleh kerana proses perubahan keadaan jirim berlaku tanpa perubahan suhu, habayang diserap atau yang dibebaskan oleh bahan itu seolah-olah terpendam atautersembunyi.

Haba yang diserap atau dibebaskan semasa proses perubahan jirim tanpasebarang perubahan suhu disebut haba pendam.

Haba pendam

Diserap apabila Dibebaskan apabila

(a) Ais bertukar menjadi air

pada takat leburnya.

(b) Air bertukar stim pada

takat didihnya

(a) Stim bertukar menjadi air

pada takat kondensasi.

(b) Air bertukar menjadi ais

pada takat bekunya


13/29


14/29

125

Ciri-ciri sepunyakeempat-empatperubahankeadaan jirim

Suatu bahan mengalami perubahan keadaan jirim apabilamencapai suhu tertentu (takat).

Tenaga haba dipindahkan semasa perubahan keadaan jirim.

Semasa perubahan keadaan jirim, suhu adalah tetapwalaupun pemindahan haba masih berlaku.

Hubungan suhusuatu bahandengan tenagakinetik zarahdalam bahan

Suhu bahan bertambah apabila tenaga kinetik purata zarahdalam bahan bertambah.

Suhu bahan berkurang apabila tenaga kinetik purata zarahdalam bahan berkurang.

Suhu bahan tetap apabila tenaga kinetik purata zarah dalambahan tidak berubah.

Kenapa suhubahan tetapsemasa perubahankeadaan jirim

berlaku?

Semasa perubahan keadaan jirim, pemindahan tenaga habatidak menyebabkan perubahan kepada tenaga kinetik zarahdalam bahan.

Semasa proses peleburan, tenaga haba yang diserap

digunakan untuk memutuskan ikatan antara zarah-zarahdalam pepejal.

Zarah-zarah terbebas daripada kedudukan tetapnya danbergerak lebih bebas. Dalam keadaan ini bahan pepejalbertukar kepada cecair.

Semasa pendidihan, tenaga haba yang diserap digunakanuntuk memutuskan ikatan antara zarah-zarah dalam cecairdengan sempurna bagi membentuk gas (wap).

Haba pendamtentu, L

1- kg J

kg

J

munit

Q unit LUnit

Haba pendam tentu suatu bahan ialah jumlah tenaga haba yangdiperlukan untuk mengubah keadaan jirim 1 kg bahan pada suhutetap.

Q = mL

L =m

Q

Q ialah tenaga haba yang diserap atau dibebaskanm ialah jisim bahanL ialah haba pendam tentu

Unit S.I bagi Haba pendam tentu ialah J kg-1.

Haba pendamtentu pelakuran

Haba pendam tentu pelakuran, Lf :Tenaga haba yang diperlukan untuk mengubah 1 kg bahandaripada keadaan pepejal kepada cecair (atau sebaliknya) padasuhu tetap.

Haba pendamtentu pengewapan

Haba pendam tentu pengewapan, Lv:Tenaga haba yang diperlukan untuk mengubah 1 kg bahandaripada keadaan cecair kepada wap (atau sebaliknya) padasuhu tetap.


15/29


16/29

127

(2) Berapa banyak haba yang terbebasapabila 0.5 kg stim terkondensasi menjadiair pada 100 C?(Haba pendam pengewapan air = 2.26 x106 J kg-1)

(3) Cecair X yang mendidih kehilangan jisimnya sebanyak 4 kg apabiladipanaskan dengan sebuah pemanasrendam 240 V, 10 kW selama 5 minit.Tentukan haba pendam pengewapancecair itu dalam unit kJ kg-1.

(4) 400 g air dalam bikar berada pada

suhu 100

C. Berapakah tenaga haba yangdiperlukan untuk menukarkankeseluruhan air ini kepada stim?(Haba pendam tentu pengewapan air=2.3 x 106 J kg-1 )

(5) Jika haba pendam tentu pelakuran aisialah 3.3 x105 J kg-1, hitungkan jumlahtenaga haba yang dibebaskan semasa

300 g air pada suhu 0

C membeku?

(6) Berapakah jumlah tenaga haba yangdiperlukan untuk memanaskan 2 kg aishingga menjadi air pada suhu 80 C?

(Muatan haba tentu air = 4.2 x 103Jkg-1C-1

,Haba pendam tentu pelakuran ais =

3.34 x 105 J kg-1

)

(7) Berapakah kuantiti haba yangdiperlukan untuk menukarkan 20 g aispada 0 C kepada air pada suhu 40 C?(Muatan haba tentu air= 4.2 x 103 J kg-1C-1 Haba pendam tentu pelakuran ais= 3.34 x105 Jkg-1)


17/29

128

Aplikasi Haba Pendam Tentu

Ketulan ais ditambah ke dalam air minuman untukmenurunkan suhu air minuman. Ais melebur denganmenyerap tenaga haba daripada air minuman. Apabilatenaga diserap oleh ais untuk melebur, maka suhu

minuman dapat dikurangkan.

Ais diletakkan di atas permukaan ikan atau makananlaut bagi memastikan kesegarannya dapat dikekalkan.Ais melebur dengan menyerap tenaga haba daripadaikan menyebabkan suhu ikan menurun. Suhu ikan yangrendah iaitu menghampiri suhu takat lebur aismengakibatkan aktiviti bakteria dapat diberhentikanatau diperlahankan.

Air mempunyai haba pendam tentu pengewapan yangtinggi. Apabila wap air terkena pada makanan yang

lebih sejuk suhunya, maka wap air akan terkondensasi.Makanan yang dimasak akan menyerap haba yangdikeluarkan oleh wap air semasa proses kondensasi.Ini menyebabkan makanan akan masak dengan lebihcepat kerana menyerap tenaga haba dengan banyakdalam keadaan tertutup.

Eksperimen: Menentukan haba pendam tentu pelakuran ais

(a) (b)

Radas (a) digunakan untukmenentukan haba pendam tentu ais

Radas (b) ialah radas kawal

Prosedur:1. Timbang jisim bikar (a).2. Pemanas berkuasa 25 W digunakanuntuk mencairkan ais selama 5 minit.3. Timbang jisim bikar (a) + air.4. Ukur jisim ais yang dileburkan olehpemanas.5. Ukur nilai haba pendam

Prosedur:1. Timbang jisim bikar (b).2. Ais dibiarkan melebur denganmenggunakan haba persekitaran selama 5minit.3. Timbang jisim bikar (b) + air.4. Ukur jisim ais yang dileburkan oleh habapersekitaran.

Lpelakuran ais =m

Q=

m

Pt=

Q ialah haba yang dibekalkan olehpemanas rendam.m ialah jisim ais yang dileburkan olehpemanas sahaja.

t ialah masa pemanasan.

Ais

Corong

turas

Pemanas rendam

Ais

Bekalan

elektrik

Corong

turas

Kaki

retort

Pemanas

rendam ditutup

Kaki

retort


18/29

129

4.4 Hukum-hukum Gas

Kuantiti-kuantiti fizik gas

Terdapat empat kuantiti fizik yang melibatkan gas iaitu tekanan, isi padu, suhu dan jisim gas.

Bagi gas yang berjisim tetap, perubahan pada satu kuantiti fizik akanmenyebabkan perubahan pada kuantiti-kuantiti fizik yang lain.

Tekanan gas

Tekanan gas adalah disebabkan oleh daya per unit luasdihasilkan oleh molekul-molekul gas apabila ia berlanggardengan dinding bekas yang mengandunginya.

Menurut teori kinetik jirim, molekul-molekul gas sentiasabergerak secara rawak dan sentiasa berlanggar antara satusama lain dan dengan dinding bekas.

Apabila molekul-molekul gas berlanggar dengan dinding bekas, iaakan terpantul balik dengan laju yang sama tetapi dalam arah yang

bertentangan. Perubahan momentum yang berlaku semasa perlanggaranmenyebabkan satu daya impuls dikenakan ke atas dinding bekas.

Daya yang bertindak pada satu luas dinding bekas menghasilkan tekanan gas.

Semakin besar kadar perlanggaran (kekerapan) molekul-molekul gas per unit luaspermukaan dinding bekas, semakin besar tekanan gas dihasilkan.

Kekerapan perlanggaran molekul-molekul gas pula bergantung kepadaketumpatan gas dan suhu gas.

Apabila ketumpatan gas bertambah, bilangan molekul gas seunit isi padubertambah, dan dengan itu kekerapan perlanggaran antara molekul-molekul gasdengan dinding bekas bertambah.

Apabila suhu gas bertambah, halaju molekul-molekul gas bertambah dan dengan

itu kekerapan perlanggaran molekul-molekul gas dengan dinding bekasbertambah. Maka, tekanan gas bertambah.

Molekul gas

bersuhu rendah

Molekul gas

bersuhu tinggi

Tekanan

gas rendahTekanan

gas tinggi

Ketumpatan tinggi Ketumpatan rendah


19/29

130

Hukum Boyle

Hukum Boyle menyatakan bahawa bagi suatu gas yang jisimnya tetap, tekanangas, P berkadar songsang dengan isi padunya, V jika suhu gas, T adalah malar.

V

1 P , P = pemalar

V

1, PV = pemalar

Menurut hukum Boyle, jika tekanan dan isi padu awal suatu gas yang jisimnyatetap ialah P1 dan V1, dan nilai akhirnya bertukar menjadi P2 dan V2 dengan syaratsuhu gas itu adalah malar.

Hukum Boyle berdasarkan Teori kinetik jirim

Pada suhu malar, tenaga kinetik purata molekul-molekul gas adalah malar. Jika isi padu suatu gas berjisim tetap dikurangkan, bilangan molekul seunit isi

padu akan bertambah (ketumpatan gas bertambah).

Peningkatan bilangan molekul seunit isi padu akan meninggikan kadarperlanggaran antara molekul dengan dinding bekas dan dengan itu meningkatkandaya yang dikenakan ke atas dinding bekas.

Apabila daya yang bertindak ke atas dinding bekas bertambah, tekanan gas akanturut bertambah.

Oleh itu, tekanan suatu gas yang jisimnya tetap akan bertambah, apabila isipadunya berkurang dengan syarat suhu gas itu adalah malar.

P1 V1 = P2V2

Tekanan, P1

Tekanan, P2

Isi padu, V2Isi padu, V1

Tekanan gas tinggi,

Isi padu gas rendah

Tekanan gas rendah,

Isi padu gas tinggi


20/29

131

Latihan: Hukum BoyleP1 V1 = P2V2

(1) Suatu gas mempunyai tekanan 3 ×104 Pa dan berisipadu 0.4 m3. Gas itu

mengalami pengembangan sehinggatekanannya menjadi 6 × 104 Pa.Berapakah isipadu gas itu sekarang?

(2) Suatu gelembung udara terbentuk didasar sebuah laut yang dalamnya 40 m.

Isipadu gelembung ketika itu ialah 2.0 cm3

.Berapakah isipadu gelembung itu apabilatiba di permukaan?(Tekanan atmosfera = 10 m air laut)

(3) Sebiji belon berisipadu 5 cm3 diisikandengan udara pada tekanan 1 × 105 Pa.Apabila belon ditiup sehingga isipadu 20cm3, berapakah tekanan gas dalambelon itu dalam bentuk piawai?

(4) Satu gelembung udara berisipadu 0.1cm3 berada di dasar sebuah tasik. Jikakedalaman tasik adalah 20 m dan tekananatmosfera ialah 10 m air, hitungkan isipadugelembung udara apabila tiba dipermukaan air?

(5) Sebuah bikar 500 cm3 ditelangkupkandi permukaan air dan ditenggelamkansedalam 2.5 m. Berapakah isipadu airyang masuk pada kedalaman tersebut.(Tekanan atmosfera= 10 m air)

(6) Berapa dalamkah sebiji belon perluditenggelamkan dalam air supaya isi

padunya menjadi

5

2isipadu asalnya.

(Tekanan atmosfera= 10 m air)


21/29

132

(7) Rajah menunjukkan satu tiub kacayang diisi 4 cm merkuri untukmemerangkap 10 cm udara. Merkuriditambah sehingga panjang turus udaraterperangkap menjadi 8 cm. Berapakahpanjang merkuri, h2 ketika itu?

(a) (b)(8) Rajah (a) di atas menunjukkan turusudara terperangkap sepanjang 30 cm olehh cm merkuri dalam sebuah tiub kapilari.Tiub kapilari kemudiannya diufukkansehingga panjang udara terperangkapmenjadi 24 cm seperti rajah (b). Tentukan

panjang merkuri, h dalam unit S.I. (Tekanan atomosfera = 76 cm Hg)

(9) Terangkan mengapa isi padu gelembung udara semakin bertambah semasa iabergerak dari bawah ke permukaan air.

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

Air laut Gelembung

udara

Pam udara

Akuarium

4 cmmerkuri

10 cmudara h cm

merkuri

30 cmudara

h cm

24 cm

udara


22/29

133

Eksperimen Hukum Boyle

Graf Hukum Boyle

Graf P melawan V

Hubungan graf P melawan V:

.......................................................................

.......................................................................

.......................................................................

.......................................................................

Graf P melawanV

1

V1

Hubungan graf P melawanV

1:

.......................................................................

.......................................................................

.......................................................................

.......................................................................

P

V

P

0

0


23/29

134

Hukum Charles

Hukum Charles menyatakan bahawa bagi suatu gas yang berjisim tetap,isi padu gas, V berkadar terus dengan suhu mutlaknya, T jika tekanan gas ituadalah malar.

V T V = pemalar T

T

V= pemalar

Menurut hukum Charles, jika isi padu dan suhu awal suatu gas yang jisimnya tetapialah V1 dan T1 dan nilai akhirnya bertukar menjadi V2 dan T2 , maka

2

2

1

1

T

V

T

V

dengan syarat tekanan gas itu adalah malar.

Hukum Charles berdasarkan Teori kinetik jirim

Apabila suhu suatu gas ditambah, molekul-molekul gas akan bergerak denganhalaju yang lebih tinggi oleh kerana tenaga kinetik purata molekul bertambah.

Jika isi padu gas kekal malar, tekanan gas akan bertambah kerana molekul-molekulgas dengan halaju yang lebih tinggi akan berlanggar dengan dinding bekas denganlebih kerap dan lebih kuat.

Jika tekanan gas perlu dikekalkan, isi padu gas terpaksa bertambah supayabilangan molekul seunit isi padu dikurangkan dan dengan itu mengekalkankekerapan perlanggaran antara molekul-molekul gas dengan dinding bekas.

Oleh yang demikian, isi padu suatu gas yang jisimnya tetap akan bertambahapabila suhunya bertambah dengan syarat tekanan gas itu adalah malar.

Suhu gas rendah,

isi padu gas rendah

Suhu gas tinggi,

isi padu gas tinggi

Isi padu gas (V2)Isi padu gas (V1)

Suhu gas (T1)Suhu gas (T2)


24/29

135

Skala Suhu Mutlak

Menurut hukum Charles, graf isi padu melawan

suhu (dalam unit C) ialah satu garis lurus yangtidak melalui asalan. Jika graf ini

diekstrapolasikan graf ini akan memotong paksisuhu pada suhu -273 C.

Suhu -273 C merupakan suhu terendah yangmungkin dicapai oleh suatu gas.

Pada suhu ini, tenaga molekul gas adalahminimum.

Suhu -273 C dikenali sebagai suhu sifar mutlak.

Skala Kelvin atau Skala mutlak digunakan dalampenyelesaian masalah melibatkan hukum-hukumgas.

Suhu-suhu yang dicatatkan dalam unit Kelvindisebut suhu mutlak.

Sifar mutlak ialah titik sifar pada skala Kelvin,

iaitu bersamaan dengan -273 C.

0 K = -273 C

Maka, skala mutlak dan skala Celsius bolehdihubungkan mengikut persamaan:

C = ( + 273) K

Penukaran unit

C kepadaKelvin (K)

Contoh penukaran unit daripada

C kepada K:

-273

C = (-273 + 273) K = 0 K

0 C = (0 + 273) K = 273 K

100

C = (100 + 273) K = 373 K

Penukaran unit ini penting dalam menyelesaikanmasalah melibatkan hukum Charles dan hukumtekanan.

Latihan : Hukum Charles

2

2

1

1

T

V

T

V

T ialah nilai suhu dalam unit Kelvin

(1) Suatu jisim gas tertentu pada tekanan tetap mempunyai isipadu 4.0 m3 pada suhu

30 C. Berapakah isipadu gas pada suhu 60 C?

-273

C /

C

Isi padu,V

Isi padu, V

T/K 0

C = (

+ 273) K


25/29

136

(2) Jadual di sebelah menunjukkan nilai-nilai isipadu dan suhu suatu gas padatekanan tetap. Hitungkan nilai X.

V /cm3 150 300

T / oC -23 X

(3) Satu salur kaca memerangkap udara

sepanjang 29 cm pada suhu 17 C denganmenggunakan merkuri. Berapakah panjangudara yang terperangkap bila salur kaca ini

dipanaskan sehingga suhu 57 C?

(4) Rajah menunjukkan turus udara terperangkapsepanjang 10 cm oleh sejalur merkuri 5 cm pada suhu

27

C. Hitung suhu, dalam unit C yang perlu dicapaiapabila dipanaskan supaya panjangnya menjadi 12 cm?V 1 = 10 cm,T 1 = (27 + 273) = 300 KV 2 = 12 cm

Suhu, dalam unit C = (360 – 273) C = 87 C

(5) Rajah menunjukkan udara terperangkap oleh merkuri.

Panjang turus udara yang terperangkap pada suhu 15 oC ialah24 cm. Berapakah panjang turus udara yang terperangkappada suhu 80 oC?T 1 = (15 + 273) K =288 KV 1 = 24 cmT 2 = (80 + 273) = 353 KV 2 = ?

merkuri

29 cm

udara

10 cmudara

merkuri

merkuri

24 cm

udara


26/29


27/29

138

Hukum Tekanan

Hukum Tekanan menyatakan bahawa bagi suatu gas yang jisimnya tetap, tekanangas, P berkadar terus dengan suhu mutlaknya, T jika isi padu gas itu adalahmalar.

P T P = pemalar T pemalar TP

Menurut hukum tekanan, jika tekanan dan suhu awal suatu gas yang jisimnyatetap ialah P1 dan T1, dan nilai akhirnya bertukar menjadi P2 dan T2, maka

2

2

1

1

T

P

T

P

dengan syarat isi padu gas itu adalah malar.

Hukum tekanan berdasarkan Teori kinetik jirim

Apabila suhu suatu gas dinaikkan, molekul-molekul gas akan bergerak denganhalaju yang lebih tinggi.

Jika isi padu gas kekal malar, molekul-molekul gas dengan halaju yan lebih tinggiakan berlanggar dengan dinding bekas dengan lebih kerap dan lebih kuat.

Dengan itu molekul-molekul gas mengenakan daya yang lebih besar ke atasdinding bekas yang mengandunginya.

Apabila daya yang dikenakan ke atas dinding bekas bertambah, tekanan gas akanturut bertambah.

Oleh yang demikian, tekanan suatu gas yang jisimnya tetap akan bertambahapabila suhunya bertambah dengan syarat isi padu gas itu malar.

Apabila suhu

berkurang, maka

tekanan udara

berkurang

Apabila suhu

bertambah, maka

tekanan udara

bertambah


28/29

139

Latihan: Hukum Tekanan

2

2

1

1

T

P

T

P

T ialah nilai suhu dalam unit Kelvin

(1) Sebuah bekas kedap udaramengandungi udara pada tekanan 1atm. Suhu awal udara dalam bekas itu

ialah 27

C. Berapakah tekanan udaradalam bekas itu jika suhu udara di

dalamnya ditingkatkan menjadi 87

C?

(2) Tekanan udara dalam sebuah tayarkereta sebelum memulakan perjalananadalah 22 kPa. Pada ketika itu suhu udara

di dalam tayar adalah 30

C. Tekanan udaradi dalam tayar meningkat menjadi 25 kPaselepas perjalanan jauh. Berapakah suhuudara di dalam kereta pada ketika itu?Anggap isi padu tayar tidak berubah.

Eksperimen Hukum tekanan


29/29

Graf Hukum Tekanan

Graf tekanan, P melawan suhu mutlak, T Hubungan graf tekanan, P melawansuhu mutlak, T:

................................................................

................................................................ ................................................................ ................................................................

Graf tekanan, P melawan suhu Hubungan graf tekanan, P melawansuhu:

................................................................ ................................................................ ...............................................................

................................................................

Gambar rajah susunan radas eksperimen Hukum-hukum gas

Eksperimen Hukum Boyle Eksperimen Hukum Charles

Eksperimen Hukum Tekanan

Tiub getah

Tiub kapikari

L

Udara terperangkap

InjapMinyak

Pam angin

Tolok Bourdon

Getah gelang

Termometer

Tolok

Bourdon

Termometer

Air

Udara

Tekanan, P

Suhu/

C - 273

Tekanan, P

Suhu mutlak/K0

Documents

Bab 4 Haba Naskah Murid