TOPIK 4 (T4)

4.1 MEMAHAMI KESEIMBANGAN TERMA

1. Haba ialah sejenis tenaga yang dipindahkan dari panas ke sejuk. 

    Unit SI - Joule (J)

2. Apabila objek dipanaskan:

    a) Tenaga haba diserap

    b) Suhu meningkat

3. Apabila objek disejukkan:

    a) Tenaga haba dibebaskan

    b) Suhu menurun

4. Suhu ialah kuantiti fizik yang memberitau tentang darjah kepanasan

    suatu objek. Diukur dalam darjah Celsius (⁰ C). Unit SI - Kelvin (K)

5. Apabila dua objek berlainan darjah kepanasan bersentuhan, tenaga

    haba dipindahkan di antara kedua-duanya

 Keseimbangan Terma

1. Suhu kopi panas  > Suhu air paip

2. Haba berpindah dari kopi panas ke air paip

3. Suhu kopi panas menurun kerana molekul-molekulnya kehilangan

    tenaga haba.

4. Suhu air paip pula meningkat kerana molekul-molekulnya menerima

    tenaga haba

5. Mekanisme Keseimbangan Terma

6. Keseimbangan terma telah dicapai apabila

   a) Kadar perpindahan haba antara dua jasad adalah sama.

   b) Suhu kedua-dua jasad adalah sama

7. Aplikasi keseimbangan terma

   a) Tuala basah diletakkan di dahi orang yang mengalami demam panas.

        i) Suhu tuala basah < suhu badan pesakit

       ii) Tenaga haba dipindahkan dari dahi pesakit ke tuala.

      iii) Keseimbangan terma dicapai

     iv) Tuala di bilas dengan air paip dan prosedur diulang

      v) Tenaga haba dikeluarkan dari badan pesakit.

  b) Menyejukkan minuman:

 

       i) Tambah beberapa ketulan kiub ais

     ii)  Haba daripada air panas berpindah kepada ais yang sejuk sehingga  

          keseimbangan terma dicapai.

    iii) Suhu akhir minuman bergantung kepada jumlah kiub ais yang ditambah

Termometer Cecair – dalam – kaca

1. Contoh cecair yang digunakan ialah merkuri.

2. Ciri-ciri yang menyebabkan ia sesuai:

    a)  Mengembang seragam apabila dipanaskan.

    b) Tidak melekat pada dinding tiub kapilari

    c)  Konduktor haba yang baik

    d) Takat didih tinggi, 357°C

    e)  Legap  (cahaya tidak boleh melaluinya)

    f)  Mudah dilihat

3. Merkuri dengan jisim tertentu diisi ke dalam bebuli kaca termometer.

   Apabila dipanaskan

   a)  Haba diserap

   b)  Isipadu  merkuri bertambah

   c)  Mengembang dan naik dalam tiub kapilari.

   d)  Panjang jalur merkuri dalam tiub kapilari menggambarkan

        magnitud suhu.

Kaedah  menentu ukur skala termometer Cecair – dalam - kaca

1. Takat ais dan takat stim ditentukan dengan kaedah seperti gambarajah di atas.

2. Tandakan takat ais dan takat stim.

3. Perbezaan panjang diantara takat ais dan takat stim dibahagi kepada 100 
    bahagian  yang sama besar

Cara menentukan suhu menggunakan termometer Cecair – dalam - kaca

Contoh:

• Rajah di atas menunjukkn jarak di antara limit ais dan limit stim bagi rod termometer merkuri selepas ia dicelupkan ke dalam cecair X. Berapakah suhu cecair X itu?  

4.2. MEMAHAMI Muatan habaTENTU

1. Muatan haba suatu bahan ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk

menaikkan suhunya sebanyak 1°C. Unit Si J ºC ˉ

KONSEP MUATAN HABA

B

a) Suhu A  =  suhu B

b) Muatan haba B  >  Muatan haba A

c) Cecair dalam bekas B mengandungi haba lebih banyak daripada cecair 

    dalam bekas A

Muatan haba suatu bahan bergantung kepada:

a) Jisim (semakin besar jisim, semakin tinggi muatan habanya)

b) Jenis bahan (bahan berlainan mempunyai muatan haba yang berlainan)

c) Kuantiti haba yang dibekalkan

MUATAN HABA TENTU

1. Muatan haba tentu ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan 

    suhu 1 Kg bahan sebanyak 1°C.

2. Simbolnya :  c

 

3. Unit SI:  J kgˉ¹ ºCˉ¹

4. Bahan yang mempunyai muatan haba tentu yang kecil:

a) Lebih cepat panas atau sejuk

b) Contoh: Pekakas memasak diperbuat daripada logam atau bahan yang

     mempunyai muatan haba tentu yang rendah kerana cepat panas walau 

     pun haba yang diserapnya sedikit. 

5. Bahan yang mempunyai muatan haba tentu yang tinggi          

a) Lambat untuk menjadi panas atau sejuk.

b) Memerlukan lebih banyak haba untuk menaikkan suhu.

c) Penebat haba yang baik. Ia digunakan sebagai pemegang alatan memasak.        

d) Boleh menyerap haba yang banyak dengan kenaikan suhu yang sedikit.

    Misalnya air bertindak menyerap haba yang banyak sebelum ia mendidih, 

    maka ia digunakan sebagai egen penyejuk dalam radiator kenderaan.

e) Semakin tinggi muatan haba tentu bahan, maka semakin tinggi tenaga haba   

    diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan itu sebanyak 1 ºC

6. Menyelesaikan masalah yang melibatkan muatan haba tentu.

a) Hukum keabadian tenaga menyatakan bahawa tenaga tidak boleh dicipta 

    atau dimusnahkan tetapi boleh ditukar dari satu bentuk ke bentuk yang lain.

b) Tenaga haba diperolehi daripada perubahan tenaga yang lain. Misalnya  

    daripada tenaga elektrik, tenaga kinetik atau tenaga keupayaan        

c) Tenaga elektrik bertukar kepada tenaga haba

    Tenaga elektrik = Pt

                 Pt = mcθ

d) Tenaga kinetik bertukar kepada tenaga haba

    Tenaga kinetik = ½ mv²

                    ½ mv² = mcθ

e) Tenaga keupayaan bertukar kepada tenaga haba

    Tenaga keupayaan = mgh

                               mgh = mcθ

APLIKASI MUATAN HABA TENTU

1. Air sebagai bahan penyejuk enjin kereta

a) Enjin kereta menghasilkan tenaga haba yang sangat besar.

b) Air dijadikan ejen penyejuk kerana muatan haba tentu air adalah tinggi.

c) Ia dapat menyerap tenaga haba yang banyak daripada enjin lalu menghalang

pemanasan enjin yang melampau.

2. Pekakas rumah dan peralatan memasak.

a) Diperbuat daripada bahan yang mempunyai muatan haba tentu yang rendah 

    seperti keluli, tembaga dan aluminium.

b) Ia mudah panas menyebabkan suhu naik dengan cepat.

c) Bentuk tidak berubah walaupun pada suhu tinggi.

3. Bayu Laut

a) Daratan mempunyai muatan haba tentu lebih rendah daripada air laut 

    menyebabkan suhunya meningkat lebih cepat.  (Daratan lebih panas 

    daripada laut)

b) Udara di atas permukaan daratan turut menjadi panas dan bergerak ke atas.

c) Udara sejuk dari laut bergerak ke permukaan daratan sebagai bayu laut.

4. Bayu Darat

a) Pada waktu malam, haba hilang dari permukaan daratan dan laut. 

b) Air laut mempunyai muatan haba tentu lebih tinggi daripada daratan,   

     maka ia lebih panas (lambat menjadi sejuk) daripada daratan.

c) Udara panas di atas permukaan laut bergerak ke atas.

d) Udara sejuk dari daratan bergerak ke permukaan laut sebagai bayu darat.

Latihan

1. Cecair X berjisim 1 kg memerlukan 3800 J tenaga haba untuk menaikkan 

    suhunya  sebanyak 1°C.

    a) Nyatakan nilai muatan haba tentu Cecair X.

    b) Kirakan jumlah tenaga haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg

        Cecair X  sebanyak 3 ᴼC (11 4000 J)

2. Satu eksperimen telah dijalankan untuk menentukan muatan haba tentu air.

    Sebuah cawan polisterin berjisim 0.4 kg diisi air dan ditimbang. Jisim cawan 

    dan air ialah 2.3 kg. Pemanas 2.0 kW digunakan untuk memanaskan air itu. 

    Selepas 5 minit, suhu air meningkat daripada 27 °C kepada 100 °C .

    a) Kirakan muatan haba tentu air.  (4326 J kg ̄ ¹ ° C ̄ ¹)

    b) Adakan nilai di (a) sama dengan nilai sebenar? Terangkan jawapan anda

   4.3 MEMAHAMI HABA PENDAM

    1. Bahan boleh wujud dalam tiga fasa iaitu

a)    pepejal

b)   cecair

c)    gas

    2. Perubahan fasa akan berlaku 

a)    Pada suhu dan tekanan tertentu.

b)   Dengan menyerap atau membebaskan haba.

c)    Diikuti perubahan dalam isipadu dan ketumpatan.

    HABA PENDAM

    1. Haba pendam ialah jumlah haba yang diserap atau dibebaskan apabila 

         jasad berubah bentuk fizikalnya tanpa melibatkan perubahan suhu.

    2. Jenis-jenis haba pendam

a)    Haba pendam pelakuran

b)   Haba pendam pengewapan

  

Haba pendam pelakuran

Ialah haba yang diserap apabila pepejal menjadi lebur tanpa kenaikan suhu.

Hapa pendam pengewapan

Ialah haba yang diserap apabila cecair menjadi gas tanpa kenaikan suhu.

LENGKOK PEMANASAN

LENGKOK PENYEJUKAN

HABA PENDAM TENTU

1. Ialah haba yang dperlukan untuk mengubah 1 kg bahan tanpa kenaikan suhu.

                 Q = mℓ

                  Q = tenaga haba

                  m = jisim dalam kg

                   ℓ = haba pendam tentu

2. Unit SI ialah joule per kilogram (J kgˉ¹)

3. Kuantitinya bergantung kepada:

a) Jisim bahan

b) Jenis bahan

4. Haba pendam tentu perlakuran:

Haba yang dperlukan untuk mengubah 1 kg pepejal kepada cecair tanpa

kenaikan suhu.

5. Haba pendam tentu penewapan

Haba yang dperlukan untuk mengubah 1 kg cecair kepada wap (gas) tanpa 

kenaikan suhu.

6. Contoh  :

Haba pendam tentu perlakuran ais ialah 336 000 J kgˉ¹. Berapakah jumlah 

haba yang diperlukan untuk meleburkan  2.5 kg ais pada suhu 0 ºC

Haba yang diperlukan,

                       Q = mℓ

                           = 2.5 x 336 000

                           = 840 000 J             

                           = 840 kJ

7. Aplikasi haba pendam tentu

a. Penyejukan minuman

    Semasa ais melebur, satu kuantiti haba pendam yang besar (336 kJ) diserap 

    daripada minuman, menjadikan minuman itu lebih sejuk dan segar.

b. Mengukus makanan

    Haba pendam tentu pengewapan air sangat besar (2260 kJ kg^-1). Semasa 
    makanan distimkan (kukus) wap air membebaskan kuantiti haba pendam 
    tersebut yang akan mengalir kepada makanan

c. Mengekalkan kesegaran ikan/makanan laut/ ayam dll

     Haba pendam tentu perlakuran ais yang besar membolehkannya menyerap 

     kuantiti haba yang banyak apabila ia melebur. Oleh itu makanan boleh 

     disimpan lebih lama pada suhu yang rendah.

d. Menyejukkan badan selepas berpeluh

     Badan kita berasa sejuk selepas berpeluh kerana haba pendam 
     pengewapan air menyerap haba daripada badan apabila peluh menyejat. 
     Kesanya badan kita menjadi sejuk apabila haba diserap.

Latihan

1. Kien Tzee mendapati 80g ais pada suhu 0⁰C dapat menyejukkan 0.28 kg 

air teh limau dari 32⁰C kepada 6⁰C.  (Haba pendam tentu ais = 3.36 x 10⁵ J kg ⁻¹,   

Muatan haba tentu air = 4200 J kg⁻¹,  ⁰C⁻¹,).

    a) berapakah tenaga yang diperoleh

          i) ais yang sedang melebur (26880 J)

         ii) ais lebur (2016 J)

    b)  i) berapakah tenaga yang hilang daripada air teh limau (28896 J)

         ii) nyatakan andaian yang anda buat di (b) (i)

    c) Kirakan nilai muatan haba tentu air teh limau itu. (3969 J kg ^-1 ⁰C ^-1)

2.  Sebuah cerek elektrik mengandungi 3 kg air. Kirakan jumlah haba yang

diperlukan untuk mendidihkan semua air kepada wap selepas mencapai 

takat didihnya. (6.78 x 10⁶ J)

(Haba pendam tentu pengewapan air ialah 2.26 x 10⁶ Jkg^-1)

3. Berapakah haba yang  diperlukan untuk menukarkan 4 g ais kepada stim 

(wap air) pada 100 °C. (Haba pendam tentu pelakuran ais ialah 336 000 J kg^-1, 

Haba pendam tentu pengewapan air ialah 2.26 x 10⁶ J kg^-1, Muatan haba tentu 

air ialah 4.2 x 10³ J kg^-1 °C^-1) (1.21 x 10⁴ J)

4.4 MEMAHAMI HUKUM GAS

TEORI KINETIK GAS

1.    Berdasarkan andaian-andaian:

2.    Molekul-molekul dalam gas bergerak bebas secara rawak dan mempunyai 

     tenaga kinetik.

3.    Daya tarikan antara molekul-molekul boleh diabaikan.

4.    Perlanggaran molekul antara satu sama lain dan dengan dinding bekas 

     bertutup adalah perlanggaran elastik.

5.    Kadar perubahan momentum apabila molekul-molekul gas menghentam 

     dinding bekas dan melantun semula, menghasilkan daya yang bertindak 

     terhadap dinding tersebut.

6.    Sifat gas bergantung kepada 3 pemboleh ubah, iaitu

a)    Isipadu, V

b)   Tekanan, P

c)    Suhu, T

 

HUKUM GAS

1.    Menerangkan hubungan di antara isipadu, tekanan dan suhu gas.

2.    Tiga Hukum Gas

a)    Hukum Boyle (hubungan antara tekanan dan isipadu  pada

     suhu malar)

b)   Hukum Charles (hubungan antara suhu dan isipadu pada

     tekanan malar)

c)    Hukum Tekanan (hubungan antara tekanan dan suhu pada  

     isipadu malar)

HUKUM BOYLE

Menyatakan bahawa tekanan bagi suatu gas berjisim tetap adalah berkadar 
songsang dengan isipadunya, jika suhu dimalarkan

Graf mengikut Hukum Boyle

HUKUM CHARLES

Menyatakan bahawa isipadu suatu gas yang berjisim tetap adalah  berkadar 

langsung kepada suhu mutlak (dalam Kelvin), apabila tekanannya dimalarkan

Graf memenuhi Hukum Charles

HUKUM TEKANAN

Menyatakan bahawa tekanan gas berjisim tetap adalah  berkadar langsung  

kepada suhu mutlak,  apabila isipadunya  dimalarkan.

Graf mematuhi Hukum Tekanan

APLIKASI HUKUM GAS

1.    Pam basikal (Piston ditolak ke dalam silinder)

a.    Udara di dalamnya dimampatkan (isipadu berkurang), menyebabkan 

      tekanan udara dalam silinder meningkat  (Hukum Boyle)

b.   Tekanan udara dalam silinder lebih tinggi daripada dalam tayar.

c.    Injap pada tayar terbuka lalu udara mengalir dari silinder ke dalam tayar.

2.    Tayar  (Kereta sedang bergerak)

a.    Suhu udara dalam tayar meningkat (di sebabkan daya geseran), lalu 

      isipadu udara dalam tayar juga meningkat (Hukum Charles)

3.    Belon udara panas:

a.    Udara dalam belon dipanaskan

b.    Suhu meningkat lalu isipadu udara juga meningkat  (Charles’s Law). 

      belon mengembang

c.    Isipadu udara yang disesarkan oleh belon meningkat menyebabkan 

     daya apungan bertambah. (Prinsip Archimedes)

d.    Belon naik jika daya apungan lebih tinggi daripada berat.