kertas penerangan modul 2 muatan haba tentu sains am 2 diploma vokasional malaysia

KOD DAN NAMA PROGRAM SAINS AM II [WSA6022]

SEMESTER 2 DVM

NO DAN TAJUK MODUL 2.0 MUATAN HABA TENTU

STANDARD PEMBELAJARAN

2.1 Memahami keseimbangan terma2.2 Memahami muatan haba tentu

TUJUAN

2.1.1 Menerangkan keseimbangan terma. 2.1.2 Menerangkan bagaimana termometer merkuri berfungsi.2.1.3 Mengaplikasi konsep keseimbangan terma dalam kehidupan seharian.2.2.1 Menjelaskan maksud muatan haba tentu ( c ) sebagai

mQ

c

2.2.2 Menjalankan eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu cecair.2.2.3 Menjalankan eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu pepejal.2.2.4 Menerangkan aplikasi muatan haba tentu dalam kehidupan seharian.2.2.5 Menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan muatan haba tentu.

NO KOD WSA6022 Muka: Drp:

NAMA PELAJAR

KURSUS

NO. KAD PENGENALAN

TARIKH

KOLEJ VOKASIONAL LANGKAWIJALAN BATU ASAH, 07000 LANGKAWI,

KEDAH

KERTAS PENERANGAN

NO KOD : WSA 6022 KERTAS PENERANGAN Muka: 2 Drp: 18

2.1MEMAHAMI KESEIMBANGAN TERMA

Haba dan suhu

1. Suhu suatu objek ialah darjah kepanasan sesuatu jasad itu dan diukur dalam darjah Celcius (˚C).2. Semakin tinggi suhu sesuatu objek, semakin banyak tenaga terma yang dimiliki oleh objek itu.

3. Jumlah tenaga kinetik dalaman yang dimiliki oleh sesuatu objek merujuk kepada tenaga termanya.4. Haba ialah jumlah tenaga terma yang boleh dipindahkan dari satu objek ke objek yang lain dan ia diukur dalam

joule (J).5. Haba mengalir secara semula jadi dari sesuatu jasad yang bersuhu tinggi ke jasad yang bersuhu rendah.

6. Jumlah haba yang boleh diperoleh dari sesuatu objek tidak bergantung hanya kepada suhunya tetapi juga

bergantung kepada jumlah tenaga terma yang dimiliki oleh objek itu.

Keseimbangan Terma

1. Apabila dua objek yang suhunya berbeza diletakkan bersentuhan di antara satu sama lain, objek yang bersuhu

tinggi akan memindahkan haba kepada objek yang bersuhu lebih rendah.

2. Rajah berikut menunjukkan dua objek A dan B yang diletakkan bersentuhan. Jika suhu A adalah lebih tinggi dari

B, haba akan dipindahkan dari A ke B pada kadar lebih tinggi daripada B ke A.

3. Selepas beberapa ketika, kedua-dua objek A dan B akan mencapai suhu yang sama. Apabila ini berlaku, kadar

pemindahan haba dari A ke B adalah sama dengan kadar pemindahan haba dari B ke A. Objek A dan B kemudian

dikatakan berada dalam kesimbangan terma.

4. Keseimbangan terma adalah satu keadaan dimana kadar pengaliran bersih haba adalah sifar. Haba masih

mengalir antara dua objek tetapi kadarnya adalah sama.


5. Berikut adalah beberapa contoh lain objek yang berada dalam keseimbangan terma:


Termometer cecair-dalam-kaca

1. Termometer cecair-dalam-kaca berfungsi mengikut prinsip di mana cecair mengembang apabila suhu meningkat.2. Cecair yang digunakan dalam satu termometer mesti mempunyai ciri-ciri berikut:

(a) mudah dilihat

(b) mengembang (atau mengecut) dengan cepat pada sebarang suhu

(c) tidak melekat pada dinding tiub kapilari

3. Cecair yang paling biasa digunakan dalam pembinaan termometer cecair-dalam-kaca adalah merkuri dan

alkohol berwarna.4. Berikut adalah kelebihan merkuri sebagai cecair termometri.

(a) Tidak melekat pada dinding kaca

(b) Tidak mengewap

(c) Legap dan mudah dilihat

(d) Konduktor haba yang baik

(e) Mempunyai takat didih yang tinggi secara relatif iaitu 357˚C.

5. Kelemahan termometer merkuri-dalam-kaca adalah tidak dapat mengukur suhu yang amat rendah kerana takat

beku merkuri adalah -39 ˚C.

6. Kepekaan termometer cecair-dalam-kaca dapat ditingkatkan dengan

(a) menggunakan bebuli kaca yang berdinding nipis

(b) mengecilkan diameter tiub kapilari

(c) mengecilkan saiz bebulinya


Skala suhu1. Suatu skala suhu boleh ditakrifkan dengan suhu boleh diperbaharu yang dikenal sebagai takat tetap.2. Skala dan unit suhu bagi termometer merkuri-dalam-kaca diperoleh melalui pemilihan dua takat tetap dan

bahagikan julat di antaranya kepada sebilangan nombor yang sama bahagian yang dikenal sebagai darjah.

3. Pada skala Celcius, takat tetap bawah adalah suhu ais tulen yang melebur.4. Takat tetap atas adalah suhu stim di atas air yang mendidih pada tekanan atmosfera 760 mm Hg.5. Takat tetap bawah adalah 0˚C dan takat tetap atas adalah 100˚C.6. Takat tetap bawah ditentukan dengan membenamkan bebuli termometer ke dalam ais yang melebur seperti

yang ditunjukkan dalam Rajah (a). Kedudukan aras merkuri terendah yang dicapai ditandakan sebagai 0˚C.

7. Takat tetap atas ditentukan dengan meletakkan bebuli thermometer di atas air tulen yang mendidih seperti yang

ditunjukkan dalam Rajah (b). Kedudukan aras merkuri tertinggi yang dicapai ditandakan sebagai 100˚C.

Rajah (a) Rajah (b)

8. Jarak di antara takat tetap bawah dan atas kemudiannya dibahagikan kepada 100 bahagian yang sama di mana

setiap bahagian adalah sama dengan satu darjah Celsius.


Contoh 1Panjang turus merkuri dalam sebuah termometer merkuri-dalam-kaca adalah 4 cm apabila bebulinya direndamkan

dalam ais yang sedang cair. Apabila bebuli termometer ditempatkan dalam stim di atas air yang mendidih, panjang

turus merkuri meningkat kepada 24 cm. Berapakah suhunya jika panjang turus merkuri adalah 18cm?

Penyelesaian:

LO= 4 cm, L100 = 24 cm, Lθ= 18 cm

θ = 18 – 4

24 – 4

= 14

20

= 70˚C

x 100

x 100


4. Eksperimen-eksperimen di atas menunjukkan bahawa muatan haba sesuatu bahan bergantung kepada:

(a) jenis bahan(b) jisim bahan(c) kuantiti haba yang dibekalkan

Muatan haba tentu1. Muatan haba tentu suatu bahan ditakrifkan sebagai kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1kg

bahan itu sebanyak 1°C.

2. Unit bagi muatan haba tentu ialah joule per kilogram per darjah Celcius (J kg-1 C-1). Simbolnya ialah c.

3. Kuantiti haba, Q, yang diterima atau hilang apabila bahan berjisim, m, mengalami perubahan sebanyak, ,

diberi oleh rumus:

4. Jadual berikut menunjukkan muatan haba tentu beberapa jenis bahan. Perhatikan bahawa air mempunyai muatan haba tentu iaitu 4200 Jkg-1°C-1 dan oleh itu menjadi agen penyejuk yang baik.

Pepejal Muatan haba tentu/ Jkg-1°C-1 Cecair Muatan haba tentu/ Jkg-1°C-1

Aluminium 900 Air 4200

Tembaga380 Parafin 2200

Plumbum 130 Spririt bermetil

2400

Kaca670 Alkohol 2500

Ais2100 Merkuri 140

Eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu suatu pepejal (Bongkah Aluminium)

Tujuan: Menentukan muatan haba tentu aluminiumRadas: Bongkah aluminium, pemanas rendam dengan kadar kuasa P watt, thermometer,

kapas, neraca tiga alur, jam randik, bekalan kuasa arus 12V, kepingan polistirena,


minyakProsedur: 1. Sebuah bongkah aluminium berbentuk silinder dengan dua lubang ditimbang

dan jisimnya, m, dicatatkan.2. Bongkah aluminium itu dibalut dengan kapas dan diletakkan di atas kepingan

polistirena untuk menghalang kehilangan haba ke persekitaran.3. Suatu pemanas rendam dimasukkan ke dalam lubang pada bongkah

aluminium.4. Bebuli sebuah termometer disapu dengan sedikit minyak(supaya berlaku

sentuhan terma antara bongkah aluminium dengan termometer) dan dimasukkan ke dalam lubang satu lagi pada bongkah aluminium seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas.

5. Suhu awal bongkah aluminium, 1, dicatatkan.

6. Suhu tertinggi bongkah aluminium, 2, selepas pemanas rendam dihidupkan selama t saat dicatatkan.

Keputusan: Jisim bongkah aluminium = m kgSuhu awal = 1 °C

Suhu akhir = 2 °C

Perubahan suhu, = ( 2 - 1) °CKuasa Pemanas = P wattTempoh pemanas dihidupkan = t saat

Pengiraan: Haba yang dibekalkan oleh pemanas = =Ptjoule

Haba yang diterima oleh bongkah aluminium = mc = mc( 2 - 1) joule

Dengan menganggap bahawa tiada haba hilang ke persekitaran,

Haba yang diterima oleh blok aluminium = haba yang dibekalkan oleh pemanasmc( 2 - 1)=Pt

Jadi, J kg-1 °C-1

Kesimpulan:Muatan haba tentu aluminium adalah bersamaan dengan, J kg-1 °C-1

Eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu suatu cecair(Air)

termometer

bikar

penutup

Pemanas rendam


Aplikasi muatan haba tentu

Tujuan: Menentukan muatan haba tentu airRadas: Pemanas rendam, bikar, thermometer, kapas, neraca tiga alur, jam randik, bekalan kuasa

arus 12V, kepingan polistirenaProsedur: 1. Sebuah bikar kosong yang besar ditimbang dan jisimnya, m1 dicatatkan.

2. Bikar itu diisi dengan air dan jisim baru, m2dicatatkan.3. Bikar itu dibalut dengan sedikit kapas dan diletakkan di atas kepingan polistirena

untuk menghalang kehilangan haba ke persekitaran.4. Pemanas rendam, termometer dan pengacau dimasukkan ke dalam air seperti

yang ditunjukkan di dalam rajah di atas.5. Suhu awal air, 1 dicatatkan.6. Suhu pemanas rendam dihidupkan dan air dikacau secara berterusan dengan

menggunakan pengacau.7. Suhu akhir maksimum air, 2, selepas pemanas rendam dihidupkan selama t

saat dicatatkan.Keputusan: Jisim bikar kosong = m1 kg

Jisim bikar dengan air = m2 kgJisim air = (m2 – m1) kgSuhu awal = 1 °C

Suhu akhir = 2°C

Perubahan suhu = ( 2 - 1) °CKuasa pemanas = P wattTempoh pemanas dihidupkan = t saat

Pengiraan: Haba yang dibekalkan oleh pemanas = kuasa x masa = Pt jouleHaba yang diterima oleh air = mc = (m2 – m1) c ( 2 - 1) jouleDengan menganggapkan bahawa tiada haba hilang ke persekitaran, Haba yang diterima = haba yang dibekalkan(m2 – m1) c ( 2 - 1) = Pt

Jadi, J kg-1°C-1

Kesimpulan:Muatan haba tentu air adalah bersamaan dengan, J kg-1°C-1

pengacaukapas

Kepingan polisterina


Contoh aplikasi muatan haba tentu dalam kehidupan seharian


1. Air sebagai bahan penyejuk 1. Air mempunyai muatan haba tentu yang tinggi. Oleh itu, ia digunakan sebagai agen penyejuk dalam radiator kenderaan.

2. Haba yang terhasil daripada enjin diserap oleh air yang mengalir di sepanjang ruang dinding enjin. Air mampu menyerap haba yang banyak dengan peningkatan suhu yang perlahan.

3. Air yang telah panas akan dialirkan melalui sirip penyejuk dan dibantu oleh kipas untuk menurunkan kembali suhu air. Air yang telah disejukkan akan dialirkan semula ke ruang dinding enjin.

2. Air sebagai agen pemanas1. Oleh kerana air dapat menyimpan jumlah

haba yang besar, ia juga boleh digunakan sebagai agen pemanas di negara bermusim sejuk.

2. Semasa musim sejuk, air dari tangki air panas dialirkan melalui paip-paip air dalam radiator yang dipasang di dalam rumah.

3. Haba yang yang dikeluarkan dari radiator boleh membantu untuk memanaskan udara di dalam rumah sehingga ke paras yang selesa.

4. Air yang sejuk dialir semula ke tangki air panas untuk dipanaskan.

3. Penggunaan logam sebagai peralatan memasak

1. Peralatan memasak biasanya diperbuat dari logam kerana logam mempunyai muatan haba tentu yang rendah. Oleh itu, ia membolehkan suhunya meningkat dengan mudah apabila dipanaskan.

2. Logam yang biasa digunakan untuk membuat peralatan memasak ialah aluminium, tembaga dan keluli tahan karat. Logam-logam tersebut adalah sesuai digunakan kerana ia tidak bertoksik dan tidak berkarat.

4. Fenomena bayu laut 1. Daratan mempunyai muatan haba tentu yang lebih rendah berbanding dengan laut. Maka suhu daratan meningkat dengan lebih cepat berbanding suhu laut di waktu siang.

2. Udara di daratan menjadi panas dan naik ke atas.

3. Udara yang lebih sejuk daripada lautan bergerak dari laut menuju kea rah daratan sebagai bayu.

5. Fenomena bayu darat 1. Lautan mempunyai muatan haba tentu yang lebih tinggi berbanding daratan. Maka, suhu lautan menurun lebih lambat berbanding suhu daratan di waktu malam.

2. Udara di atas permukaan lautan yang panas akan naik ke atas.

3. Udara yang lebih sejuk daripada daratan akan bergerak ke arah lautan sebagai bayu darat.


Menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan muatan haba tentu

Contoh 1

Suatu bekas yang mengandungi 8 kg air pada suhu 28°C dipanaskan oleh suatu pemanas rendam berkuasa 1.5 kW selama 5 minit. Jika,haba yang hilang ke persekitaran diabaikan, berapakah suhu akhir air itu?(Muatan haba tentu air ialah 4200 J Kg-1 °C-1)

Penyelesaian:

Haba yang dibekalkan oleh pemanas = Pt = 1500 x 5 x 60 = 450000 JHaba yang diterima oleh air = mc ( = perubahan suhu)

= 8 x 4200 x

= 33600 JOleh kerana haba yang hilang ke persekitaran boleh diabaikan,

Haba yang dibekalkan = haba yang diterima 450000 J = 33600

= 13.4°C

Suhu akhir air = (28 + 13.4) °C = 41.4 °C


Contoh 2

Seketul besi berjisim 0.5 kg dipanaskan sehingga 100°C dalam air yang mendidih.Ia kemudiannya dimasukkan ke dalam sebuah bikar yang mengandungi 1.5 kg air pada suhu 27°C. Jika suhu air itu meningkat kepada 32°C, berapakah muatan haba tentu bagi ketulan besi itu?Anggapkan tiada haba yang hilang ke persekitaran dan abaikan haba yang diserap oleh bikar.(Muatan haba tentu air ialah 4200 J Kg-1 °C-1)

Penyelesaian:

Katakan muatan haba tentu bagi besi = c Jkg-1°C-1

Haba yang hilang daripada besi = 0.5 x c x (100 – 32)= 34c JHaba yang diperolehi oleh air = 1.5 x 4200 x (32 – 27) = 31500 JOleh sebab tiada haba hilang ke persekitaran ,

Haba yang hilang = haba yang diperolehi 34c = 31500

= 926.5 JKg-1°C-1

Contoh 3

Seketul plumbum berjisim 2kg dijatuhkan dari tingkat atas sebuah bangunan setinggi 32.5 m. Jika tenaga keupayaan graviti awal plumbum ditukarkan sepenuhnya kepada tenaga terma,berapakah kenaikan suhu ketulan plumbum itu apabila menghentam lantai?(Muatan haba tentu plumbum = 130 JKg-1°C-1 dan g = 10 ms-2)

Penyelesaian:Katakan kenaikan suhu plumbum = °CTenaga keupayaan awal plumbum = mghHaba yang diperolehi oleh plumbum = mc

Oleh kerana tiada tenaga yang hilang,

Tenaga yang diperolehi = tenaga keupayaanmc = mgh

=

= 2.5 °C


Contoh 4

Jika 2kg air panas pada suhu 100°C ditambah kepada 10 kg air sejuk pada suhu 28°C, berapakah suhu akhir campuran itu?(Abaikan haba yang diserap oleh bekas dan haba yang hilang ke persekitaran)

Penyelesaian:

Katakan suhu akhir campuran = t°CKejatuhan suhu air panas = (100 – t) °CKenaikan suhu air sejuk = (t – 28)°C

Haba yang hilang oleh air panas = 2 x c x (100 – t) JHaba yang diterima oleh air sejuk = 10 x c x (t – 28) J

Haba yang hilang = Haba yang diterima2 x c x (100 – t) = 10 x c x (t – 28) 2(100 – t) = 10(t – 28) 200 – 2t = 10t – 280 12t= 480 T= 40°C

kertas penerangan modul 2 muatan haba tentu sains am 2 diploma vokasional malaysia

Education