bab 4 - haba modul fizik spm bahasa melayu
TRANSCRIPT
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
1/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 1
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 tinggi
daripada 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 objek
yang 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
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
2/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 2
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, kedua-dua alkohol dalam termometer dan badanakan mencapai keadaan keseimbangan terma.Ini membolehkan termometer klinik menunjukkan dengantepatnya 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 kapilari tiub. Panjang turus merkuridalam kapilari tiub dapat menunjukkan nilai suhusesuatu objek.
Termometer makmal
Bebuli
cecair
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
3/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 3
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 meleburdan diambil sebagai 0C.
Takat tetap atas adalah suhu stim di atas air yangmendidih pada tekanan atmosfera 76 cm Hg dandiambil sebagai 100C.
Untuk menentukan suhu sesuatu objek laindengan menggunakan termometer tanpasesenggat, rumus berikut digunakan:
= 100LL
LL
0100
0
C
Di mana L adalah panjang turus merkuri pada
suhu,
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 pemindahan
haba bersih adalah sifar.
Suhu termometer adalah sama dengan suhu air panas. Oleh iu bacaan termometer ketika itu adalah merupakan
suhu air panas.
Ciri-ciri merkuri yangsesuai digunakansebagai cecair dalamtermometer.
1. Konduktor haba yang baik.
2. Takat didih tinggi iaitu 375C.3. Mengembang secara seragam bila dipanaskan danmengecut secara seragam bila disejukkan.4. Warna legap (Tidak boleh ditembusi cahaya) dan mudahdilihat.
5. Takat beku rendah iaitu -39C, oleh itu ia tidak sesuaidigunakan di kawasan bersuhu kurang daripada ini sepertidi kutub selatan.
Bagaimanameningkatkan
kepekaan termometermerkuri?
1. Menggunakan tiub kapilari yang lebih kecil/halus.2. Menggunakan bebuli kaca yang berdinding nipis
3. Menggunakan bebuli kaca yang lebih kecil.
Takat
didih
Takat
beku
100 bahagian
yang sama Ais
melebur Air
mendidih
L100
L0
Bebuli
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
4/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 4
Latihan 4.1 (Keseimbangan terma)
(1) Sebuah termometer merkuri yang belumditentukurkan mempunyai panjang merkuri12 cm dan 20 cm apabila dimasukkan kedalam ais lebur dan stim masing-masing.Apabila dimasukkan dalam suatu air panaspanjangnya menjadi 15 cm. Berapakah suhuair panas itu.
(2) Sebuah termometer merkuri yang belumditentukurkan mempunyai panjang merkuri 5cm dan 25 cm apabila dimasukkan dalam aislebur dan stim masing-masing. Apabiladimasukkan dalam suatu cecair didapatipanjangnya menjadi 12 cm. Berapakah suhucecair tersebut?
(3) Panjang turus merkuri sebuah termometeradalah 20 cm dan 8 cm masing-masingapabila dimasukkan dalam stim dan ais lebur.Berapakah panjang turus merkuri apabiladimasukkan dalam suatu bahan bersuhu
-25oC?
4. Rajah di atas menunjukkan sebuahtermometer merkuri(a) Nyatakan bahagian yang bertanda
P.............................................................
Q.............................................................
(b) Apakah prinsip yang digunakan dalamtermometer ini.
(c)Semasa menentukurkan termometer inididapati panjang turus merkuri apabiladimasukkan dalam ais lebur dan stim adalah12 cm dan 20 cm masing-masing.Tentukan
(i) Panjang turus merkuri jikatermometer ini dimasukkan kedalam bahan yang bersuhu 20o C.
(ii) Suhu suatu bahan jika panjangturus merkuri menjadi 7 cm apabilatermometer dimasukkan dalambahan itu.
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
5/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 5
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 antarajenis 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 antarakuantiti haba denganmuatan haba
Jika air dalam bikar C dipanaskan selama 1 minit dan airdalam 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, jikajisim 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 1C.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.
Termometer
1 kg
parafin
1 kg
air
Bikar A Bikar B
Bikar C Bikar D
Termometer
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
6/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 6
Kuantiti haba yangdiserap ataudibebaskan olehbahan, Q
Apakah maksud
muatan haba tentualuminium =
900 J kg-1C-1
900 J tenaga haba diperlukan oleh 1 kg aluminium bagi
menghasilkan kenaikan suhu sebanyak 1C.
Apakah maksudmuatan haba tentu air
=4200 J kg-1C-1
Latihan 4.2 (Muatan Haba Tentu)
(1) Hitungkan jumlah tenaga haba yang
diperlukan untuk memanaskan 2 kg kelulidari suhu 30C kepada suhu 70C .(muatan haba tentu keluli =
500 J kg-1C-1)
(2) Sebuah pemanas rendam berlabel 2kW, 240 V digunakan untuk memanaskan3 kg air. Berapakah kenaikan suhu airapabila pemanas itu diguna selama 8
minit.(Muatan haba tentu air = 4200 J kg-1C-1)
(3) 4 kg air membebaskan haba sebanyak8.4 x 105 J apabila disejukkan dari suhu90C kepada suhu 40C. Kirakan muatanhaba tentu air.
(4) 0.2 kg air panas pada suhu 100Cdicampurkan dengan 0.25 kg air sejuk
pada suhu 10C. Berapakah suhu akhircampuran?
Q = mc
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
7/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 7
(5) Jumlah haba yang dibebaskan apabilasuatu logam X berjisim 5.0 kg disejukkan
dari suhu 30C ke 20C adalah,(muatan haba tentu logam X =
500 J kg-1 C-1)
(6) 420 kJ haba dibebaskan apabila 2 kg
air disejukkan dari suhu 70C. Berapakahsuhu akhir air?(muatan haba tentu air =
4.2 x 103 J kg-1C-1)
(7) 600 g air sejuk berada pada suhu 40C.Apabila air panas berjisim 400 g pada
suhu 90C dicampurkan kepada air sejuk,suhu akhir campuran adalah?
(8) Cecair M berjisim 0.5 kg berada pada
suhu 40C dimasukkan dalam sebuahbikar yang mengandungi 2 kg cecair N
yang berada pada suhu 25C. Suhu akhircampuran adalah,( muatan haba tentu cecair,
M = 8.4 x 103J kg-1C-1)
( muatan haba tentu cecair,
N = 4.2 x 103J kg-1C-1)
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
8/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 8
Eksperimen untuk 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
= ............ CMasa pemanasan, t= ..................s
Muatan haba tentu bongkah Al =c =
)12 m(
Q
=
)12 m(
Pt
Catatkan kuasa pemanas rendam yangdigunakan = PWatt
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
Kirakan tenaga yang dibebaskan olehpemanas, Q = Pt
Kirakan tenaga haba, Q yang diterima oleh
bongkah = mc (2-
1)
Dengan menganggap tiada kehilangan habake persekitaran,
Pt = mc (2-
1)
c =)12 m(
Pt
Sebagai langkah berjaga-jaga,Balutkan bongkah aluminium denganfelt/kapas/tisu untuk mengurangkankehilangan haba ke sekeliling.
Masukkan sedikit minyak ke dalam lubangyang mengandungi termometer supaya
berlaku sentuhan terma antara bongkahaluminium dengan termometer.
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
9/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 9
Eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu suatu cecair(air)
Kuasa Pemanas = .................. Watt
Jisim bikar kosong, m1 = ................. kg
Jisim bikar + air, m2= ................ kg
Suhu awal air, 1 = ............... C
Suhu akhir air, 2= ............... C
Masa pemanasan, t= ..................s
Muatan haba tentu air, cair=
c =)1212 )(m-(m
Q
= )1212 )(m-(m
Pt
Catatkan kuasa pemanas rendam yangdigunakan = P Watt
Timbang jisim bikar kosong = m1
Masukkan air dalam bikar dan timbangsemula jisim bikar = m2
Catatkan suhu awal air = 1
Hidupkan pemanas rendam dan serentakdengan itu mulakan jam randik.
Selepas masa, t, matikan pemanasrendam dan catatkan suhu maksimum air
= 2Kirakan tenaga yang dibebaskan olehpemanas, Q = Pt
Kirakan tenaga haba yang diterima oleh
air, Q = (m2- m1)c (2-1)
Dengan menganggap tiada kehilanganhaba ke persekitaran,
Pt= ( m2- m1) c (2-1)c =
)1212 )(m-(mQ
c =)1212 )(m-(m
Pt
Sebagai langkah berjaga-jaga ,Masukkan bikar dalam bekas polisterinmengurangkan kehilangan haba kesekeliling.Kacau air setiap masa supaya suhu air
sentiasa seragam pada semua bahagian.
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.
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
10/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 10
Aplikasi muatan haba tentu dalam kehidupan seharian
Perbezaan sifat fizikalbahan-bahan yangmempunyai muatan habatentu yang berbeza.
Muatan habatentu
Dipanaskan Disejukkan
Kecil Suhu meningkat
dengan cepat
Suhu menurun
dengan cepatBesar Suhu meningkat
dengan perlahanSuhu menurun
dengan perlahan
Sifat bahan yangmempunyai muatan habatentu yang kecil
1. Suhu bahan meningkat dalam masa yang singkatapabila dipanaskan dan menurun dalam masa yangsingkat apabila disejukkan (Konduktor haba yangbaik).Contoh: Logam seperti besi, keluli, tembaga danaluminium biasa digunakan sebagai periuk dankuali. Ini kerana logam ini boleh dipanaskan dengancepat.
2. Bahan ini peka terhadap perubahan suhu.Contoh: Logam merkuri dalam termometermempunyai muatan haba tentu yang kecil yangmembolehkannya menyerap dan membebaskanhaba dengan mudah.
Sifat bahan yangmempunyai muatan habatentu yang besar
1. Suhu bahan meningkat dalam masa yang panjang(lambat) apabila dipanaskan dan menurun dalammasa yang panjang (lambat) apabila disejukkan.(Konduktor haba yang lemah).
2. Bahan ini boleh menyerap tenaga haba dalamkuantiti yang besar tanpa mengalami peningkatansuhu yang tinggi.Contoh: Air digunakan sebagai ajen penyejuk dalamradiator kenderaan.
Contoh-contoh aplikasi muatan haba tentu dalam kehidupan harian
1. Periuk dan kuali diperbuat daripada logamseperti tembaga dan aluminium yangmempunyai 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 kayuyang mempunyai haba tentu yang ......................
4. Ini memastikan pemegang periuk dan kualitidak mudah menjadi panas dan mudah
dikendalikan.
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
11/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 11
Fenomena bayu laut 1. Daratan mempunyai muatan haba tentu yanglebih rendah berbanding dengan laut. Makasuhu daratan meningkat dengan lebih cepatberbanding suhu laut di waktu siang.
2. Udara di daratan menjadi panas dan naik keatas.
3. Udara yang lebih sejuk daripada lautanbergerak dari laut menuju kea rah daratansebagai bayu.
Fenomena bayu darat 1. Lautan mempunyai muatan haba tentu yanglebih tinggi berbanding daratan. Maka, suhulautan menurun lebih lambat berbanding suhudaratan di waktu malam.
2. Udara di atas permukaan lautan yang panasakan naik ke atas.
3. Udara yang lebih sejuk daripada daratan akanbergerak ke arah lautan sebagai bayu darat.
Air sebagai agen penyejukdalam radiator kenderaan
1. Air mempunyai muatan haba tentu yang tinggi.Oleh itu, ia digunakan sebagai agen penyejukdalam radiator kenderaan.
2. Haba yang terhasil daripada enjin diserap olehair yang mengalir di sepanjang ruang dinding
enjin. Air mampu menyerap haba yang banyakdengan peningkatan suhu yang perlahan.
3. Air yang telah panas akan dialirkan melalui sirippenyejuk dan dibantu oleh kipas untukmenurunkan kembali suhu air. Air yang telahdisejukkan akan dialirkan semula ke ruangdinding enjin.
Menghirup sup menggunakansudu
1. Suhu tomyam di dalam sudu dan di dalammangkuk adalah sama.
2. Kita mendapati tomyam yang panas itu mudahdihirup menggunakan sudu berbandingmenghirup terus daripada mangkuk.
3. Ini kerana, kuah tomyam di dalam sudumempunyai kuantiti haba yang lebih kecilberbanding kuah tomyam di dalam mangkuk.
4. Ini disebabkan jisim tomyam di dalam sudulebih kecil berbanding jisim tomyam di dalammangkuk.
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
12/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 12
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 suhu100C walaupun air itu terus dipanaskan.
Semasa pendidihan, air (cecair) bertukar kepada wap air(gas).
Peleburan ais Ais melebur pada takat lebur 0C . Apabila ais melebur,tenaga haba diserap daripada persekitaran.
Semasa ais melebur, suhu ais sentiasa tetap pada suhu0C walaupun ais itu terus 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
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
13/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 13
Perubahan keadaan jirim & haba pendam
Proses di mana pepejal berubah menjadi cecair dikenali sebagai pelakuran(peleburan). Suhu semasa pelakuran berlaku dikenali sebagai takat lebur.
Proses di mana cecair berubah menjadi gas dikenali sebagai pengewapan(pendidihan). Suhu semasa pengewapan berlaku dikenali sebagai takat didih.
Lengkung pemanasan(Tenaga haba diserap)
Lengkung penyejukan(Tenaga haba dibebaskan)
Pepejal Cecair Gas (stim)
Pelakuran Pengewapan
Masa/ t
Suhu/ C
Takat
lebur
Takat
didih
Pepejal
Pepejal
Cecair
cecair
Cecair
GasPendidihan
Peleburan
Suhu/ C
Takat
kondensasi
Takat
beku
Pepejal
Cecair
Gas
Masa/ t
pepejalCecair
cecairKondensasi
Pemejalan
Gas
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
14/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 14
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 tetap
walaupun pemindahan haba terus 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 diserapdigunakan 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 Haba pendam tentu suatu bahan ialah kuantiti haba yangdiperlukan untuk mengubah keadaan jirim 1 kg bahan tanpaperubahan suhu.
Q = mL
L =m
Q
Q ialah tenaga haba yang diserap atau dibebaskanm ialah jisim bahanL ialah haba pendam tentu
Unit S.Inya ialah J kg-1.
Haba pendamtentu pelakuran
Haba pendam tentu pelakuran: Kuantiti haba yang diperlukanuntuk mengubah 1 kg bahan daripada keadaan pepejal kepadacecair (atau sebaliknya) tanpa perubahan suhu.
Haba pendamtentu pengewapan
Haba pendam tentu pengewapan: Kuantiti haba yang diperlukanuntuk mengubah 1 kg bahan daripada keadaan cecair kepadawap (atau sebaliknya) tanpa perubahan suhu.
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
15/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 15
Latihan 4.3 (Haba pendam tentu)
(1) Berapakah jumlah tenaga haba yangdiperlukan untuk menukarkan 0.1 kg aismenjadi air pada takat leburnya.(Haba pendam tentu pelakuran ais =3.34 x 105 J kg-1)
(2) Berapa banyak haba yang terbebasapabila 0.5 kg stim terkondensasi menjadiair pada 100C?(Haba pendam pengewapan air = 2.26 x106 J kg-1)
(3) Cecair X yang mendidih kehilanganjisimnya sebanyak 4 kg apabiladipanaskan dengan sebuah pemanas
rendam 240 V, 10 kW selama 5 minit.Tentukan haba pendam pengewapancecair itu.
(4) 400 g air dalam bikar berada padasuhu 100C. Berapakah haba yangdiperlukan untuk menukarkankeseluruhan air ini kepada stim?(Haba pendam tentu pengewapan air=2.3x106 Jkg-1 )
(5) Jika haba pendam tentu pelakuran ais
ialah 3.3 x105 J kg-1, hitungkan jumlahhaba yang dibebaskan semasa 300 g air
pada suhu 0C membeku?
(6) Berapa banyak habakah yangdiperlukan untuk memanaskan 2 kg aishingga menjadi air pada suhu 80C?(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 0C kepada air pada suhu 40C?(Muatan haba tentu air= 4.2 x 103 J kg-1C-1Haba pendam tentu pelakuran ais= 3.34 x105 Jkg-1)
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
16/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 16
Aplikasi Haba Pendam Tentu
Ketulan ais ditambah ke dalam air minuman untukmenurunkan suhu air minuman. Ketulan ais meleburdengan menyerap tenaga haba daripada air minuman.Apabila tenaga diserap oleh ais untuk melebur, maka
suhu minuman dapat dikurangkan.
Ketulan ais diletakkan di atas permukaan ikan ataumakanan laut lain bagi memastikan kesegarannya dapatdikekalkan. Ais melebur dengan menyerap tenaga habadaripada ikan sekaligus menurunkan suhu ikan tersebut.Suhu ikan yang rendah iaitu menghampiri suhu takatlebur ais dapat menyebabkan aktiviti bakteria dapatdiberhentikan atau 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
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 oleh pemanasrendam.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
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
17/30
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
18/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 18
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
1P , 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
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
19/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 19
Latihan: Hukum BoyleP1 V1 = P2V2
(1) Suatu gas mempunyai tekanan 3 x104 Pa dan berisipadu 0.4 m3. Gas itu
mengalami pengembangan sehinggatekanannya menjadi 6 x 104 Pa.Berapakah isipadu gas itu sekarang?
(2) Suatu gelembung udara terbentuk didasar sebuah laut yang dalamnya 40m.
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 x 105 Pa.Apabila belon ditiup sehingga isipadu 20cm3, berapakah tekanan gas dalambelon itu sekarang?
(4) Satu gelembung udara berisipadu 0.1cm3 berada pada dasar sebuah tasik. Jikakedalaman tasik adalah 20 m dan tekananatmosfera ialah 10 m air, hitungkanisipadu gelembung 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)
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
20/30
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
21/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 21
Eksperimen Hukum Boyle
Graf Hukum BoyleGraf P melawan V
Hubungan graf P melawan V:
................................................................................................................................................
Graf P melawanV
1
V
1
Hubungan graf P melawanV
1:
................................................................................................................................................
P
V
P
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
22/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 22
Hukum Charles
Hukum Charles menyatakan bahawa bagi suatu gas yang berjisim tetap,isi padu gas, V berkadar langsung 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)
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
23/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 23
Skala Suhu Mutlak
Bagi Suatu gas yang mematuhi hukum Charles,
graf isi padu melawan suhu (dalam unit C) ialahsatu garis lurus yang tidak melalui asalan. Jika
graf ini diekstrapolasikan ke belakang, ia akanmemotong paksi suhu pada suhu -273 C.
Suhu -273 C merupakan suhu di mana isi padugas sepatutnya menjadi sifar jika gas terusmempunyai kelakuan yang sama pada suhu
sehingga -273 C.
Oleh itu suhu -273 C merupakan suhu terendahyang mungkin untuk sesuatu gas.
Suhu -273 C juga dikenali sebagai sifar mutlak.
Jika asalan graf dipindahkan ke -273 C iaitu sifarmutlak, graf isi padu melawan suhu kini menjadisatu garis lurus yang melalui asalan.
Skala suhu yang baru dengan asalan pada sifardikenali sebagai Skala suhu mutlak atau SkalaKelvin.
Penukaran unitC kepadaKelvin (K)
Contoh penukaran unit daripada C kepada K:-273 C = (-273 + 273) K = 0 K
0 C = (0 + 273) K = 273 K100 C = (100 + 273) K = 373 KPenukaran 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
30C. Berapakah isipadu gas pada suhu 60C?
o C = ( + 273 ) K
Isi padu/ cm3
T/K
-273C /C
Isi padu/ cm3
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
24/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 24
(2) Jadual di sebelah menunjukkan nilai-
nilai isipadu dan suhu suatu gas pada
tekanan tetap. Hitungkan nilai X.
V /cm3 150 300
T / oC -23 X
(3) Satu salur kaca memerangkap udara
sepanjang 29 cm pada suhu 17C denganmenggunakan merkuri sepanjang 5 cm.
Berapakah panjang udara terperangkap bila
salur kaca ini dipanaskan pada suhu 57C?
(4) Rajah menunjukkan turus udara terperangkap
sepanjang 10 cm oleh sejalur merkuri 5 cm pada suhu
270
C. Pada suhu berapakah turus udara terperangkapperlu dipanaskan supaya panjangnya menjadi 10.9 cm?
(5) Rajah menunjukkan turus udara terperangkap sepanjang 9cm oleh sejalur merkuri 5 cm pada suhu 27oC.Berapakah panjang udara terperangkap itu pada suhu 67oC?
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
25/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 25
Eksperimen Hukum Charles
Graf bagi Hukum Charles
Graf isi padu udara melawan suhu mutlakHubungan graf V melawan suhumutlak, T:
................................................................................................................................
................................................................
Graf isi padu udara melawan suhu
Hubungan graf V melawan suhu, :................................................................................................................................................................................................
- 273
Isi padu udara, V
Suhu, /C
Isi padu udara, V
Suhu mutlak, T/K
Panjang
turus
udara
Asid sulfurik
ekat
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
26/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 26
Hukum Tekanan
Hukum Tekanan menyatakan bahawa bagi suatu gas yang jisimnya tetap, tekanangas, P berkadar langsung dengan suhu mutlaknya, T jika isi padu gas itu adalahmalar.
P T P = pemalar T pemalarTP
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
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
27/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 27
Latihan: Hukum Tekanan
2
2
1
1
T
P
T
P
T ialah nilai suhu dalam unit Kelvin
(1) Sebuah bekas kedap udara
mengandungi udara pada tekanan 1atm. Suhu awal udara dalam bekas itu
ialah 27C. Berapakah tekanan udaradalam bekas itu jika suhu udara di
dalamnya ditingkatkan menjadi 87C?
(2) Tekanan udara dalam sebuah tayar
kereta sebelum memulakan perjalananadalah 22 kPa. Pada ketika itu suhu udara
di dalam tayar adalah 30C. 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
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
28/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 28
Graf bagi 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 Boyle
Tekanan, P
Suhu/C- 273
Tekanan, P
Suhu mutlak/K
Udara terperangkap
Tolok Bourdon
Minyak
Pam angin
Injap
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
29/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 29
Susunan radas eksperimen Hukum Charles
L ialah panjang turus gas yang mewakili isi padu gas terperangkap.
Susunan radas eksperimen Hukum Tekanan
Tolok
Bourdon
Termometer
Air
Udara
Tiub kapikari
Getah gelang
Termometer
L
Tiub getah
-
7/27/2019 Bab 4 - HABA Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
30/30
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013