chapter 4 heat 4.1 understanding thermal equilibrium ... · prinsip kerja termometer berdasarkan...

Awesome physics with Alina iman arif

CHAPTER 4 HEAT HABA 4.1 Understanding Thermal Equilibrium Memahami keseimbangan terma The difference between heat and temperature Perbezaan di antara haba dan suhu

Temperature Suhu

Heat Haba

Definition Definisi

Degree of hotness of a body Darjah kepanasan sesuatu objek

A form of energy Suatu bentuk tenaga

S.I Unit Unit S.I

Kelvin ( K)

Joule ( J)

Type of quantity Jenis kuantiti

Base Quantity Kuantiti asas

Derived Quantity Kuantiti terbitan

Measuring instrument Alat pengukuran

Thermometer Termometer

Joulemeter

Thermal equilibrium is a condition where two objects in contact has the same temperature and with net flow of heat is zero. Keseimbangan terma adalah keadaan di mana dua objek yang bersentuhan mempunyai suhu yang sama dan dengan aliran haba bersih adalah sifar.

When achieving thermal equilibrium: - A and B has same temperature - There is still a flow of heat between A and B - No net flow of heat between A and B Apabila mencapai keseimbangan terma: - A dan B mempunyai suhu yang sama - Masih ada aliran haba di antara A dan B - tiada aliran bersih haba antara A dan B

Examples of situations involving thermal equilibrium Contoh situasi yang melibatkan keseimbangan terma

Put a wet towel on the forehead of a fever patient.

Meletakkan tuala basah di atas dahi pesakit demam panas.

Measuring body temperature Mengukur suhu badan pesakit


Liquid-In-Glass Thermometer Termometer Cecair-Dalam-Kaca

Liquid properties used in liquid-in-glass thermometers

Ciri-ciri cecair yang digunakan dalam termometer cecair-dalam-kaca

1. Easy to be seen or opaque liquid Mudah dilihat atau cecair berwarna legap 2. Expands uniformly when heated Mengembang dengan seragam apabila dipanaskan 3. Not attached to the glass wall

Tidak melekat pada dinding kaca 4. Good heat conductor

Konduktor haba yang baik 5. High boiling point and low frozen point. Takat didih tinggi dan takat beku rendah.

How does liquid-in-glass thermometer work? Bagaimana termometer cecair-dalam-kaca

berfungsi?

• The bulb contains a fixed mass of liquid Bebuli mengandungi jisim cecair tetap • The volume of the liquid increases when it

absorbs heat Jumlah cecair bertambah apabila ia menyerap haba

• The liquid expands and rises in the capillary tube Cecair mengembang dan naik dalam tiub kapilari • Therefore the length of the liquid column in the

capillary tube indicates the magnitude of the temperature Oleh itu panjang lajur cecair dalam tiub kapilari menunjukkan nilai suhu

Lq = Length of mercury at θ point Panjang merkuri pada titik θ L0 = Length of mercury at ice point Panjang merkuri pada takat beku L100 = Length of mercuri at steam point Panjang mercuri pada titik didih


How to increase the sensitivity of liquid-in- glass thermometer?

Bagaimana untuk meningkatkan sensitiviti termometer cecair dalam kaca?

Characteristic

Ciri-ciri Reason Sebab

Bulb : Thin glass wall Bebuli: Dinding kaca nipis

Heat transfer to mercury faster Pemindahan haba ke merkuri lebih cepat

Bulb : large Bebuli: besar

To increase the rate of expansion of mercury Untuk meningkatkan kadar pengembangan merkuri

Glass tube: Strong Tiub kaca: kuat

Not easy to break Tidak mudah untuk pecah

Thermometer working principle based on principle of thermal equilibrium

Prinsip kerja termometer berdasarkan prinsip keseimbangan terma

• When a thermometer is inserted in hot water Apabila termometer dimasukkan dalam air panas

• Heat flowing from hot water to thermometer Haba mengalir daripada air panas ke termometer

• Upon balance transfer rate terms net heat is zero Apabila berlaku keseimbangan terma kadar pemindahan haba bersih adalah sifar

• Thermometer temperature is the same as the hot water temperature. Suhu termometer adalah sama dengan suhu air panas

• By the thermometer reading when it is hot water temperature Oleh iu bacaan termometer ketika itu adalah merupakan suhu air panas


4.2 Understanding Specific Heat Capacity Memahami muatan haba tentu

Heat Capacity Muatan haba

The quantity of heat required to increase the temperature of the material by 1 ° C or 1 K. Kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu bahan itu sebanyak 1ºC atau 1 K.

Factors that affect the amount of heat Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah haba

1. Temperature / Suhu 2. Mass / Jisim 3. Type of material / Jenis bahan

Specific Heat Capacity Muatan haba tentu

The quantity of heat required to raise the temperature of 1 kg of material by 1°C or 1 K. Kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan sebanyak 1ºC atau 1 K.

Q = Heat absorbed or released, J Haba diserap atau dibebaskan, J m = Mass of material, kg Jisim bahan, kg q = The difference in temperature of the starting and ending unit, °C Perbezaan suhu bahan awal dan akhir, ºC

The object that made of material with LOW specific heat capacity

à heat faster, cool faster Objek yang terbuat dari bahan dengan kapasiti haba tertentu RENDAH

à cepat panas, cepat sejuk

The object that made of material with LARGE specific heat capacity àheat slower, cool slower

Objek yang terbuat dari bahan dengan kapasiti haba tertentu BESAR à lambat panas, lambat sejuk


Application of specific heat capacity Aplikasi muatan haba tentu

Cooking pot

Periuk memasak

Copper base / Tapak kuprum - specific heat capacity low compare to

aluminum muatan haba tentu rendah berbanding aluminum

- heats up very quickly pemanasan cepat

Handle / Pemegang - poor heat conductor (plastic handle/wooden

handle) Konduktor haba yang lemah (pemegang plastik/ pemegang kayu)

- absorption of heat slower penyerapan haba lebih perlahan

Sea breeze Bayu laut

• Land has a smaller specific heat capacity than sea Darat mempunyai muatan haba yang lebih kecil daripada laut

• Faster increase in temperature, land is warmer than the sea

Peningkatan suhu yang lebih tinggi, darat lebih panas daripada laut • Air above the land is heated up and rises

Udara dari darat dipanaskan dan bergerak ke atas

• Cooler air from the sea moves to the land Udara sejuk dari laut bergerak ke arah darat

Land breeze Bayu darat

• At night, heat is lost from the land and sea Pada waktu malam, haba hilang dari darat dan laut

• Sea has a larger specific heat capacity so sea is warmer than land Laut mempunyai muatan haba tentu yang lebih besar, laut lebih panas daripada darat

• Warmer air above the sea rises Udara panas naik ke atas permukaan laut • Cooler air from the land moves towards the

sea Udara sejuk dari darat bergerak ke arah laut


4.3 Understanding Specific Latent Heat Memahami haba pendam tentu

Specific Latent Heat Haba pendam tentu

The amount of heat required to change 1kg object physically without change in its temperature

From ice to cold water ® specific latent heat of fusion, Lf

Daripada ais ke air ® haba pendam tentu pelakuran, Lf

From hot water to steam ® specific latent heat of vapourisation, Lv Daripada air panas ke wap air ® haba pendam tentu pengewapn, Lv

Formula for heat / formula untuk haba,

Q = mL

Heating curve for water Lengkung pemanasan air

AB Solid. Change in temperature only from A to B. Pepejal. Perubahan suhu hanya dari A ke B.

BC

Solid + Liquid. Change in physical state only from B to C. No change in temperature. Why? Because the heat supply is used to break the bond between molecules in ice so that it becomes liquid and therefore no change in temperature. Pepejal + Cecair. Perubahan dalam keadaan fizikal hanya dari B ke C. Tiada perubahan suhu. Mengapa? Kerana bekalan haba digunakan untuk memecahkan ikatan di antara molekul dalam ais supaya ia menjadi cair dan oleh itu tiada perubahan suhu.

CD

Liquid. Change in temperature only from C to D. Cecair. Perubahan suhu hanya dari C hingga D.


DE

Liquid + gas. Change in physical state only from D to E. No change in temperature. Why? Because the heat supply is used to break the bond between molecules in liquid so that it becomes gas and therefore no change in temperature. Cecair + gas. Perubahan dalam keadaan fizikal hanya dari D ke E. Tiada perubahan suhu. Mengapa? Kerana bekalan haba digunakan untuk memecahkan ikatan antara molekul dalam cecair supaya ia menjadi gas dan oleh itu tiada perubahan suhu.

EF Gas. Change in temperature only from E to F. Gas. Perubahan suhu hanya dari E ke F.

Cooling curve for water Lengkung penyejukan air


4.4 Understanding Gas Law Memahami hukum gas

Boyle’s law Hukum Boyle

P1V1 = P2V2

for a fixed mass of gas, the pressure of gas is inversely proportional to its volume when the temperature of gas is kept constant. untuk jisim gas yang tetap, tekanan gas berkadar songsang dengan isipadu apabila suhu gas adalah malar.

Graph Graf

Charles’ law Hukum Charles

!"#"

= !$#$

for a fixed mass of gas, the volume of gas is directly proportional to its absolute temperature when the pressure of gas is kept constant. untuk jisim gas tetap, isipadu gas adalah berkadar terus dengan suhu mutlak apabila tekanan gas adalah malar.

T = (θ ºC + 273) K

Graph Graf

Relationship between the Volume and Temperature by extrapolation graph Hubungan antara Isippadu dan Suhu melalui ekstrapolasi graf


The temperature – 273ºC is the lowest possible temperature and is known as the absolute zero of temperature. Suhu - 273ºC adalah suhu terendah dan dikenali sebagai sifar mutlak suhu. The absolute zero of temperature – 273ºC is equivalent to 0K. Sifar mutlak suhu - 273ºC bersamaan dengan 0K.

Pressure law Hukum Tekanan

%"#"

= %$#$

for a fixed mass of gas, the pressure of gas is directly proportional to its temperature when the volume of gas is kept constant. untuk jisim gas yang tetap, tekanan gas adalah berkadar terus dengan suhunya apabila isipadu gas adalah malar.

T = (θ ºC + 273) K

Graph Graf

It is also found that at – 273ºC, the pressure becomes zero. Ia juga mendapati bahawa pada - 273ºC, tekanan menjadi sifar.

chapter 4 heat 4.1 understanding thermal equilibrium ... · prinsip kerja termometer berdasarkan...

Documents