Haba

Hukum Charles

by

Hukum Charles menyatakan bahawa bagi suatu gas yang jisimnya tetap, isi padunya berkadar langsung kepada suhu mutlaknya jika tekanan gas adalah malar, iaitu

Formula:

Penerangan

  1. Pada tekanan yang tetap, kekerapan perlanggaran antara molekul gas dengan dinding bekas adalah malar.
  2. Jika suhu gas bertambah, tenaga kinetik molekul molekul juga bertambah.
  3. Ini menambahkan kekerapan perlanggaran antara molekul gas dengan dinding bekas, maka tekanan gas sepatutnya bertambah.
  4. Untuk mengekalkan tekanan gas pada nilai malarnya, bilangan molekul gas per unit isipadu perlu dikurangkan, maka isi padu gas bertambah.
  5. Kesimpulannya ialah isipadu gas bertambah apabila suhu gas bertambah.

Graf

  1. Graf 1 menunjukkan bahawa isi padu gas V adalah berkadar langsung dengan suhu mutlak.
  2. Graf 2 menunjukkan bahawa jika suhu adalam dalam unit °C, garis lurus itu tidak melalui asalan.
  3. Graf 3 dan 4 menunjukkan bahawa V/T adalah malar bagi sebarang nilai V dan T.
    Contoh

    Rajah di atas menunjukkan sedikit udara terperangkap di dalam satu tiub kapilari. Pada mulanya, suhu udara adalah 27oC. Dapatkan panjang tulus udara apabila suhu udara meningkat kepada 87oC.

    Jawapan
    V1 = 6cm
    T1 = 273 + 27 = 300K
    V2 = ?
    T2 = 273 + 87 = 360K

    Mengikut Hukum Charles

    Hukum Tekanan

    by

    Hukum tekanan mengatakan bahawa bagi suatu gas yang jisimnya tetap, tekanannya berkadar langsung kepada suhu mutlaknya jika isipadu gas adalah malar, iaitu

    Formula:

    Penerangan

    1. Pada isi padu yang tetap, bilangan molekul gas per unit isi padu adalah malar. 
    2. Jika suhu gas bertambah, tenaga kinetik molekul molekul gas juga bertambah.
    3. Ini menambahkan kekerapan perlanggaran di antara molekul gas dengan bekas dinding, maka tekanan gas turut bertambah.
    4. Kesimpulannya ialah tekanan gas bertambah apabila suhu gas bertambah.

    Graf

    1. Graf 1 menunjukkan bahawa tekanan gas P adalah berkadar langsung dengan suhu mutlak.
    2. Graf 2 menunjukkan bahawa jika suhu adalam dalam unit °C, garis lurus itu tidak melalui asalan.
    3. Graf 3 dan 4 menunjukkan bahawa P/T adalah malar bagi sebarang nilai P dan T.
    Contoh
    Satu silinder besi tertutup mengandungi gas dengan tekanan 200kPa dalam satu bilik bersuhu 27oC. Berapakah tekanan gas apabila silinder itu diletak di luaran bilik di mana suhunya 35oC.

    Jawapan
    P1 = 200kPa
    T1 = 273 + 27 = 300K
    P2 = ?
    T2 = 273 + 35 = 308K

    Mengikut Hukum Tekanan

    Hukum Boyle

    by
    Hukum Boyle menyatakan bahawa bagi suatu gas yang jisimnya tetap, isi padunya berkadar songsang dengan tekanannya. jika suhu gas adalah malar. Iaitu

    Formula:



    Penerangan 

    1. Pada suhu yang tetap, tenaga kinetik purata molekul-molekul gas juga adalah tetap.
    2. Jika gas itu dimampatkan, isi padunya berkurangan dan bilangan molekul gas per unit isi padu bertambah.
    3. Ini menambahkan kekerapan perlanggaran di antara molekul gas dengan dinding bekas, maka tekanan gas turut bertambah.
    4. Kesimpulannya ialah tekanan gas bertambah apabila isi padu gas berkurang.

    Graf

    1. Graf 1 menunjukkan bahawa tekanan gas, P adalah berkadar songsang dengan isi padu, V.
    2. Graf 2 menunjukkan bahawa tekanan P adalah berkadar terus dengan 1/V. 
    3. Graf 3 dan 4 menunjukkan bahawa  PV adalah sentiada malar.

    Contoh
    Seekor ikan melepaskan gelembung udara berisi padu 1cm3 di dasar sebuah tasik. Kedalaman tasik ialah 10m. Cari isi padu gelumbung ini apabila ia mencecah permukaan kolam. (Anggap bahawa tekanan atmosfera adalah bersamaan 10m air)

    Jawapan
    V1 = 1cm³
    P1 = 20m water
    V2 = ?
    P2 = 10m water

    Mengikut Hukum Boyle

    Hukum-hukum Gas

    by

    Teori Kinetik Gas

    1. Teori kinetik gas menerangkan hubungan di antara tekanan, suhu dan isi padu gas.
    2. Teori kinetik gas menyatakan bahawa, 
      1. semua gas mempunyai  zarah-zarah seni yang diskrit dan berjisim
      2. zarah-zarah ini sentiasa bergerak secara rawak.
      3. zarah-zarah ini bergerak dengan halaju yang tinggi dan sentiasa berlanggar dengan permukaan objek lain atau berlanggar antara satu sama lain. Semua perlanggaran ini dianggap perlanggaran kenyal sempurna.
      4. Terdapat daya di antara zarah-zarah. Semakin dekat 2 zarah, semakin kuat daya ini.
      5. apabila tenaga haba dibekalkan, zarah akan bergerak lebih laju. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi tenaga kinetik zarah-zarah.

    Haba Pendam Tentu – Soalan-soalan Pengiraan

    by

    Contoh
    Berapa banyak tenaga haba yang diperlukan untuk menukarkan 2 kg ais pada 0 °C kepada air pada 20 °C? [Haba pendam tentu pelakuran air = 334 000 J/kg; Muatan haba tentu air = 4200 J / (kg K).]

    Jawapan:
    m = 2kg
    Haba pendam pelakuran air, L = 334 000 J/kg
    Muatan haba tentu air = 4200 J/(kg K)

    Tenaga yang diperlukan untuk meleburkan 2kg ais,
    Q1 = mL
    = (2)(334000)
    = 668000J

    Tenaga haba yang diperlukan untuk mengubah suhu air daripada 0°C kepada 20 °C.
    Q2 = mcθ  = (2)(4200)(20 – 0) = 168000J

    Total energy needed = Q1 + Q2 = 668000 + 168000 = 836000J

    Contoh
    Bermula pada 20 °C, berapa haba diperlukan untuk memanaskan 0.3 kg aluminium ke takat leburnya kemudian mengubah kesemuanya menjadi cair?

    [Muatan haba tentu aluminium = 900Jkg-1°C-1; Haba pendam tentu aluminium = 321,000 Jkg-1, Takat lebur aluminium = 660°C]

    Jawapan :
    m = 0.3kg
    Haba pendam pelakuran aluminium, L = 321 000 J/kg
    Muatan haba tentu aluminium = 900 J/(kg K)

    Tenaga haba yang diperlujkan untuk meningkatkan suhu daripada 20°C kepada 660°C

    Q1 = mcθ
    = (0.3)(900)(660 – 20)
    = 172,800J

    Tenaga haba yang diperlukan untuk meleburkan 0.3kg aluminium,
    Q2 = mL
    = (0.3)(321000)
    = 96,300J

    Jumlah tenaga diperlujkan
    = Q1 + Q2
    = 172,800 + 96,300
    = 269,100J

    Contoh
    Sebutir peluru berjisim 6g mencair pada suhu 300°C. Diberi muatan haba tentu peluru ialah 0.84 Jg-1 °C-1 dan haba pendam tentunya ialah 63Jg-1. Berapakah haba diperlukan untuk mencairkan peluru jika suhu asalnya ialah 0°C?

    Jawapan:
    m = 2kg
    Haba pendam pelakuran  air, L = 334,000 J/kg
    Muatan haba tentu air, cw = 4,200 J/(kg K)
    Muatan haba tentu ais, ci = 2,100 J/(kg K)

    Tenaga yang perlu dikeluarkan untuk menurunkan suhu daripada 70°C kepada 0°C (takat beku aie)
    Q1 = mcθ  
    = (2)(4200)(70 – 0)
    = 588,000J

    Tenaga yang diperlkan untuk membekukan 2kg air,
    Q2 = mL = (2)(334,000) = 668,000J

    Tenaga yang perlu dikeluarkan daripada ais untuk menurunkan duhu dapirada 0°C kepada -11°C
    Q3 = mcθ  
    = (2)(2100)(0 – (-11))
    = 46,200J

    Jumlah tenaga yang diperlukan
    = Q1 + Q2  + Q3 
    = 588,000 + 668,000
    = 46,200J
    = 1,302,200J

    Sejatan

    by

    Kadar Sejatan

    1. Penyejatan ialah proses perubahan cecair kepada wap yang berlaku di permukaan cecair pada sebarang suhu yang kurang daripada takat didih cecair itu.
    2. Terdapat beberapa kaedah untuk meningkatkan kadar sejatan suatu cecair, iaitu
      1. meningkatkan suhu
      2. meningkatkan luas permukaan terdedah
      3. meniup udara di permukaan cecair itu atau meniup udara kie dalam cecair
      4. menyembur cecair itu supaya ia menjadi titisan halus
        Apabila cecair disembur, ia membentuk ribuan titisan kecil yang mempunyai jumlah luas permukaan yang besar. Cecair yang mempunyai luas permukaan terdedah yang tinggi mempunyai kadar sejatan yang tinggi. 

    Penyejukan Melalui Sejatan

    1. Penyejatan menghasilkan kesan penyejukan.
    2. Rajah di belah kanan menunjukkan kesan penyejukan dihasilkan oleh proses penyejatan eter. Air terbentuk di permukaan luar tabung uji selepas udara ditiup ke dalam eter.
    3. Apabila udara ditiupkan melalui eter dalam suatu bikar, penyejatan eter berlaku dengan cepat.
    4. Molekul-molekul eter yang tertinggal mempunyai tenaga yang lebih rendah dan suhu eter menurun ke 0°C.
    5. Tenaga air di luar bikar diserap oleh eter dan ais terbentuk.

    Aplikasi Penyejukan Melalui Sejatan

    Peti Sejuk

    1. Peti sejuk menggunakan prinsip penyejukan yang dihasilkan oleh penyejatan cecair penyejuk.
    2. Cecair penyejuk yang digunakan ialah freon.
    3. Cecair freon dipamkan melalui suatu injap dalam peti ais, cecair freon kemudiannya menyejat menjadi wap dengan kadar yang tinggi. Proses ini menyebabkan tenaga haba diserap dari sekeliling peti ais.
    4. Wap freon panas dialirkan ke bawah dan dimampatkan semula menjadi cecair oleh pam. Tenaga haba cecair freon dihilangkan melalui tiub-tiub logam dalam sirip penyejuk di belakang peti sejuk. .
    5. Cecair freon yang sejuk dialirkan semula ke dalam peti ais dan proses penyejukan diulangi.

    Menentukur Haba Pendam Tentu Pelakuran Air

    by

    1. Rajah di atas menunjukkan alat radas digunakan untuk menentukan haba pendam tentu pengewapan air.
    2. Apabila air di dalam bikar mendidih, bacaan penimbang direkodkan dan jam randik dihidupkan.
    3. Selepas 10 minit, bacaan penimbang direkodkan sekali lagi.
    4. Beza bacaan penimbang menunjukkan jisim air yang telah berubah kepada stim.
    5. Haba pendam tentu pengewapan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

    Nota:

    1. Takat didih cecair berkadar dengan tekanan atmosfera. Semakin tinggi tekanan atmosfera, semakin tinggi takat didih cecair.
    2. Oleh itu, takat didih suatu cecair berkurang apabila altitud bertambah. Ini adalah kerana semakin tinggi altitud suatu tempat, semakin rendah tekanan atmosferanya. (Altitud suatu tempat ialah ketinggiannya dari permukaan laut)

    Menentukur Haba Pendam Tentu Pelakuran Ais

    by

    1. Rajah di atas menunjukkan alat radas digunakan untuk menentukan haba pendam tentu pelakuran ais. 
    2. Sedikit ais yang bersuhu 0 °C dipanaskan oleh satu pemanas selama beberapa minit.
    3. Ais itu akan melebur menjadi air.
    4. Apabila kadar peleburan ais menjadi stabil (diperhatikan daripada penitisan  air), jam randik dihidupkan.
    5. Air yang terhasil dikumpulkan dalam bikar yang terletak di bawah corong turas.
    6. Eksperimen dihentikan selepas 10 minit. 
    7. Jisim air yang terkumpul dalam bikar (m) adalah sama dengan jisim ais yang melebur.
    8. Jika kuasa pemanas ialah P dan masa yang diambil untuk memanaskan ais ialah t (bacaan jam randik), maka tenaga haba yang dibekalkan oleh pemanas dapat dihitungkan dengan menggunakan persamaan E = Pt.
    9. Oleh itu, haba pendam pelakuran ais
      L= Pt m

    Langkah Berjaga-jaga:

    1. Elemen pemanas mesti dimasukkan sepenuhnya ke dalam ais supaya semua  tenaga haba yang dihasilkan diserap oleh ais.
    2. Satu set kawalan diperlukan untuk menganggarkan jisim ais yang dileburkan oleh haba dari persekitaran.

    Nota:

    1. Tenaga haba yang diserap oleh ais adalah kurang daripada nilai yang dijangka (Pt) kerana sebahagian haba yang dihasilkan oleh pemanas akan hilang ke persekitaran. Ini menyebabkan nilai haba pendam tentu pelakuran yang diperolehi lebih tinggi daripada nilai yang dijangkakan.
    2. Jika terdapat bendasing hadir di dalam ais, takat lebur ais adalah lebih rendah daripada 0°C.

    Haba Pendam Tentu

    by
    Haba pendam tentu pelakuran (L) suatu bahan ialah haba yang diperlukan untuk menukarkan 1 kg bahan itu daripada keadaan pepejal kepada keadaan cecair atau sebaliknya tanpa perubahan suhu.

    Haba pendam tentu pengewapan (1) suatu bahan ialah haba yang diperlukan untuk menukarkan 1 kg bahan itu daripada keadaan cecair kepada keadaan gas atau sebaliknya tanpa perubahan suhu.

    1. Haba pendam tentu bagi suatu bahan ialah tenaga yang diperlukan untuk menukarkan keadaan 1 kg bahan itu tanpa perubahan suhunya.
    2. Unit haba pendam tentu ialah J/kg. Contohnya, haba pendam tentu ais ialah 334000J/kg, ini bermakna 334000J tenaga haba diperlukan untuk mengubah 1 kg ais kepada air atau sebaliknya.
    3. Formula:
    4. Haba pendam tentu pelakuran (L) suatu bahan ialah haba yang diperlukan untuk menukarkan 1 kg bahan itu daripada keadaan pepejal kepada keadaan cecair atau sebaliknya tanpa perubahan suhu.
    5. Haba pendam tentu pengewapan (1) suatu bahan ialah haba yang diperlukan untuk menukarkan 1 kg bahan itu daripada keadaan cecair kepada keadaan gas atau sebaliknya tanpa perubahan suhu.

        Contoh
        Berapakah tenaga haba diperlukan untuk

        1. mengubah 500g ais kepada air pada suhu 0 °C
        2. mengubah 800g air menjadi stim pada suhu 100 °C

        [ Haba pendam tentu pelakuran air = 3.34 x 105 J/kg;  Haba pendam tentu pengewapan air = 2.26 x 106 J/kg]

        Jawapan:
        a.
        m = 500g = 0.5kg
        l = 3.34 x 105
        Q = ml
        = (0.5)(3.34 x 105)
        = 167,000J

        b.
        m =800g = 0.8kg
        l = 2.26 x 106
        Q = ml
        = (0.8)(2.26 x 106)
        = 1,808,000 J

        Lengkung Penyejukan

        by

        Rajah di bawah menunjukkan perubahan suhu apabula satu gas disejukkan sehingga berubah menjadi pepejal.

        Soal Jawab

        S: Mengapakah suhu tidak berudah dari Q-R dan S-T?

        J: Dari Q-R, gas terkondensasi menjadi cecair. Daya tarikan terbentuk di antara zarah-zarah dan haba pendam dibebaskan. Haba yang dibebaskan itu mengganti haba yang hilang ke persekitaran.


        Dari S-T, cecair membeku membentuk pepejal . Daya tarikan terbentuk di antara zarah-zarah dan haba pendam dibebaskan. Haba yang dibebaskan itu mengganti haba yang hilang ke persekitaran.

        Soal Jawab

        S: Mengapakah suhu adalah tetap dari U-V?

        J: Ini adalah kerana suhu pepejal sama dengan suhu persekitaran. Keseimbangan terma telah dicapai.