1.Keseimbangan Terma, Muatan Haba & Hukum Gas
Keseimbangan terma dicapai apabila dua objek yang bersentuhan mencapai suhu yang sama, kerana kadar pemindahan haba menjadi sama dua arah. Ini asas kepada penggunaan termometer.
- Muatan haba tentu (c) ialah haba diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan sebanyak 1 °C: Q = mcθ.
- Haba pendam tentu (l) ialah haba diperlukan untuk menukar keadaan 1 kg bahan tanpa perubahan suhu: Q = ml. Haba pendam pelakuran untuk lebur, pengewapan untuk didih.
Hukum gas menghubungkan tekanan, isipadu dan suhu gas:
- Hukum Boyle — pada suhu tetap, PV = pemalar.
- Hukum Charles — pada tekanan tetap, V/T = pemalar.
- Hukum Tekanan — pada isipadu tetap, P/T = pemalar.
Suhu mesti dalam Kelvin (K = °C + 273) bagi semua pengiraan hukum gas.
2.Teori Kinetik Gas & Lengkung Pemanasan
Teori kinetik gas ialah model yang menerangkan sifat gas dengan menganggap gas terdiri daripada molekul yang sentiasa bergerak secara rawak dan berlanggar secara kenyal dengan satu sama lain serta dengan dinding bekas.
- Tekanan gas terhasil daripada perlanggaran molekul dengan dinding bekas; kadar perlanggaran yang lebih tinggi memberi tekanan yang lebih tinggi.
- Hukum Boyle — apabila isipadu dikurangkan pada suhu tetap, molekul lebih kerap melanggar dinding, jadi tekanan bertambah.
- Hukum Tekanan — pada isipadu tetap, suhu yang lebih tinggi bermakna tenaga kinetik purata molekul lebih tinggi, jadi molekul bergerak lebih laju dan melanggar dinding dengan lebih kerap dan lebih kuat, lalu tekanan bertambah.
- Hukum Charles — pada tekanan tetap, molekul yang bergerak lebih laju pada suhu lebih tinggi menyebabkan isipadu gas bertambah, supaya kadar perlanggaran per unit luas dinding tidak bertambah dan tekanan kekal malar.
- Sifar mutlak (0 K atau −273 °C) ialah suhu paling rendah secara teori, apabila tenaga kinetik molekul adalah minimum.
Lengkung pemanasan ialah graf suhu melawan masa semasa bahan dipanaskan:
- Pada bahagian condong, haba yang dibekalkan menaikkan suhu bahan (Q = mcθ).
- Pada bahagian mendatar, suhu kekal walaupun haba terus dibekalkan kerana haba pendam digunakan untuk memutuskan ikatan antara molekul, bukan untuk menambah tenaga kinetik molekul.
- Jika pemanas berkuasa P digunakan selama t, tenaga yang dibekalkan ialah Q = Pt, dengan anggapan tiada haba hilang ke persekitaran.
Muatan haba tentu air yang tinggi menerangkan bayu laut: pada waktu siang daratan menjadi panas lebih cepat daripada laut, udara panas di atas daratan naik, lalu udara yang lebih sejuk dari laut bergerak ke arah daratan.
3.Contoh & Kesilapan Lazim: Haba
- Suhu dalam °C untuk hukum gas — tukar kepada kelvin dahulu. Hanya perubahan suhu θ dalam Q = mcθ boleh kekal dalam °C kerana perubahan 1 °C sama dengan perubahan 1 K.
- θ bukan suhu akhir — θ ialah perubahan suhu, iaitu suhu akhir tolak suhu awal.
- Suhu semasa perubahan keadaan — suhu kekal malar semasa peleburan dan pendidihan; jangan tulis suhu terus meningkat.
- Unit dan jisim — c dalam J kg⁻¹ °C⁻¹, l dalam J kg⁻¹, dan jisim mesti dalam kg, jadi 500 g ditulis 0.5 kg.
Contoh 1Sebuah cerek elektrik 500 W memanaskan 2.0 kg air daripada 30 °C kepada 80 °C. Diberi muatan haba tentu air 4200 J kg⁻¹ °C⁻¹ dan tiada haba hilang. Hitung (a) haba yang diserap air, (b) masa pemanasan.Lihat jalan kerjaTutup
(a) θ = 80 − 30 = 50 °C. Q = mcθ = (2.0)(4200)(50) = 420 000 J. (b) Pt = Q → t = Q ÷ P = 420 000 ÷ 500 = 840 s, iaitu 14 minit.
Contoh 2Suatu gas dalam silinder berisipadu 300 cm³ pada suhu 27 °C. Gas itu dipanaskan pada tekanan tetap sehingga 127 °C. Hitung isipadu akhir gas.Lihat jalan kerjaTutup
Tukar suhu kepada kelvin: T₁ = 27 + 273 = 300 K, T₂ = 127 + 273 = 400 K. Hukum Charles: V₁ ÷ T₁ = V₂ ÷ T₂ → V₂ = V₁ × T₂ ÷ T₁ = 300 × 400 ÷ 300 = 400 cm³.