Bab 3 KegravitianMenyelesaikan Masalah yang Melibatkan Halaju Lepas 2laGRinMs.epSeebrteinBaurnlayna,,Anda telah menghitung halaju lepas dari Bumi dengan rumus v = rumusini boleh juga digunakan untuk menghitung halaju lepas dari jasadMarikh dan Matahari.Aktiviti 3.13 Pemikiran Logik KBMMTujuan: Membincangkan halaju lepas dari planet-planetArahan:1. Jalankan aktiviti ini secara berpasangan.2. Salin semula dan lengkapkan Jadual 3.4 dengan menghitung nilai halaju lepas. Jadual 3.4Planet Jisim, M / kg Jejari, R / m Halaju lepas, v / m s–1Zuhrah 4.87 × 1024 6.05 × 106Marikh 6.42 × 1023 3.40 × 106Musytari 1.90 × 1027 6.99 × 107 Halaju lepas adalah berbeza antara setiap planet. Halaju lepas Imbas kembalidari Marikh yang kecil menyebabkan atmosfera Marikh 100 kalikurang tumpat daripada Bumi. Musytari pula mempunyai halaju Ciri-ciri planetlepas yang begitu tinggi sehingga gas panas di permukaan tidak dalam Sistem Suriadapat terlepas ke angkasa lepas. Pengetahuan tentang halaju lepasadalah penting untuk menentukan bagaimana kapal angkasa dapatmendarat dan berlepas semula dengan selamat dari sebuah planet.Contoh 1Bulan dan Matahari ialah dua jasad dalam Sistem Suria. Jadual 3.5 menunjukkan nilai jisimdan jejari bagi Bulan dan Matahari. Bandingkan(i) pecutan graviti di Bulan dan di Matahari, dan(ii) halaju lepas dari Bulan dan dari Matahariberdasarkan data yang diberikan dalam Jadual 3.5. Jadual 3.5 Jasad Jisim, M / kg Jejari, R / m Bulan 7.35 × 1022 1.74 × 106 Matahari 1.99 × 1030 6.96 × 1083.3.4 109

Penyelesaian:(i) Pecutan graviti dihitung dengan rumus g = GM R2 Bulan g = (6.67 × 10–11) × (7.35 × 1022) (1.74 × 106)2 = 1.62 m s–2 Matahari g = (6.67 × 10–11) × (1.99 × 1030) (6.96 × 108)2 = 274.0 m s–2(ii) Halaju lepas dihitung dengan rumus v =2GM R Bulan 2 × (6.67 × 10–11) × (7.35 × 1022) 1.74 × 106 v = = 2.37 × 103 m s–1 Matahari v = 2 × (6.67 × 10–11) × (1.99 × 1030) (6.96 × 108) = 6.18 × 105 m s–1• Bulan mempunyai pecutan graviti dan halaju lepas yang kecil kerana jisim Bulan adalah lebih kecil daripada Matahari.• Matahari merupakan jasad yang terbesar dalam Sistem Suria. Pecutan graviti di Matahari dan halaju lepas dari Matahari mempunyai nilai yang tertinggi berbanding dengan Bulan serta planet-planet lain. Latihan Formatif 3.3 1. Banding dan bezakan satelit geopegun dan satelit bukan geopegun. 2. Apakah faktor yang menentukan laju linear satelit-satelit yang mengorbit Bumi? 3. Nyatakan dua faktor yang mempengaruhi nilai halaju lepas dari sebuah planet. 4. Bincangkan sama ada sebuah kapal angkasa X berjisim 1 500 kg dan kapal angkasa Y berjisim 2 000 kg memerlukan halaju lepas yang berbeza untuk terlepas daripada graviti Bumi. 5. Satelit pemerhati Bumi, Proba-1 mengorbit Bumi pada ketinggian 700 km. Berapakah laju linear satelit itu? [G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2, jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jejari Bumi = 6.37 × 106 m] 110 3.3.4

KegravitianHukum Kegravitian Hukum-hukum Kepler Satelit buatan manusia Semesta Newton Hukum Pertama terdiri daripada terbahagi kepadaDaya graviti, = GMm Laju linear satelit, v =GM F r2 r GM Hukum Kedua r2Pecutan graviti, g = Satelit Satelit bukan geopegun geopegun Hukum Ketiga: T 2 ∝ r 3 mv 2 boleh terbit diguna untuk Halaju lepas, v =2GM r rDaya memusat, F =Jisim Bumi, M = 4π 2r 3 Sistem Matahari – Planet Sistem Bumi – Satelit GT 2 Bab 3 Kegravitian111 http://bit. ly/2MpbwTu

REFLEKSI KENDIRI 1. Perkara baharu yang saya pelajari dalam bab kegravitian ialah ✎ . 2. Perkara paling menarik yang saya pelajari dalam bab kegravitian ialah ✎ . 3. Perkara yang saya masih kurang fahami atau kuasai ialah ✎ . 4. Prestasi saya dalam bab ini. Kurang 12345 Sangat Muat turun dan cetak baik baik Refleksi Kendiri Bab 3 5. Saya perlu ✎ untuk meningkatkan prestasi saya http://bit. ly/2Frpumfdalam bab ini. Penilaian Prestasi 1. Rajah 1 menunjukkan planet Marikh yang mengorbit Matahari secara membulat dengan tempoh peredaran, T. v r m = jisim Marikh M M = jisim Matahari r = jejari orbit Marikh v = laju linear Marikh    Rajah 1(a) Bagi planet Marikh, tuliskan rumus bagi: (i) daya graviti dalam sebutan m, M dan r, (ii) daya memusat dalam sebutan m, v dan r, serta (iii) laju linear dalam sebutan r dan T.(b) Terbitkan satu ungkapan bagi jisim Matahari dalam sebutan r dan T dengan menggunakan tiga rumus dalam (a).(c) Jejari orbit Marikh ialah r = 2.28 × 1011 m dan tempoh peredarannya ialah T = 687 hari. Hitungkan jisim Matahari.112

Bab 3 Kegravitian 2. Sebuah satelit mengorbit Bumi dengan jejari, r dan tempoh, T. (a) Tuliskan laju linear satelit itu dalam sebutan r dan T. (b) Gunakan rumus-rumus lain yang sesuai untuk menerbitkan rumus bagi laju linear satelit itu dalam sebutan r dan M. M ialah jisim Bumi. (c) Mengapakah laju linear satelit yang mengorbit Bumi tidak bergantung pada jisim satelit itu? 3. Rajah 2 menunjukkan orbit planet Uranus. BMatahari A Uranus Rajah 2 Huraikan perubahan laju linear planet Uranus apabila Uranus bergerak dari titik A ke titik B. 4. Rajah 3 menunjukkan Bumi, Bulan dan sebuah satelit. BulanSatelit Bumi Rajah 3 (a) Pasangan jasad yang manakah mengalami daya graviti yang paling kecil? Beri sebab untuk jawapan anda. (b) Hitungkan daya graviti antara Bumi dengan satelit itu. [Jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jisim satelit = 1.2 × 103 kg, jarak di antara pusat Bumi dengan pusat satelit = 7.87 × 106 m] 5. (a) Apakah faktor-faktor yang menentukan nilai pecutan graviti di suatu kedudukan? (b) Sebuah satelit berada pada jarak 4.20 × 107 m dari pusat Bumi. Berapakah nilai pecutan graviti di kedudukan ini? [Jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg] 113

6. Rajah 4 menunjukkan Bumi dan planet Neptun. MatahariNeptun r2 r1 BumiTempoh = T2 Tempoh = Tt11 Orbit Bumi Orbit Neptun Rajah 4(a) Tuliskan hubungan antara tempoh orbit dengan jejari orbit bagi Bumi dan Neptun.(b) Tempoh orbit Bumi ialah 365 hari dan jejari orbit Bumi ialah 1.50 × 1011 m. Hitungkan jejari orbit Neptun jika tempoh orbitnya ialah 5.98 × 104 hari. 7. Bumi mengorbit Matahari dengan jejari orbit 1.50 × 1011 m dan tempoh peredaran 1 tahun. Planet Zuhal membuat orbit dengan jejari orbit 1.43 × 1012 m. Berapakah tempoh orbit Zuhal? 8. Sebuah kapal angkasa mengorbit Bumi pada ketinggian 1 600 km. Hitungkan halaju lepas untuk kapal angkasa ini. [G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2, jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jejari Bumi = 6.37 × 106 m] 9. Rajah 5 menunjukkan planet Zuhal mempunyai gelang-gelang di sekelilingnya yang terdiri daripada zarah-zarah kecil. Planet Zuhal mempunyai jisim 5.68 × 1026 kg dan jejari 6.03 × 107 m. Gelang-gelang planet Zuhal Rajah 5 (a) Hitungkan halaju lepas dari planet Zuhal. (b) Bincangkan kemungkinan zarah-zarah kecil dalam gelang-gelang planet Zuhal terlepas ke angkasa.114

Bab 3 Kegravitian 10. Rajah 6 menunjukkan tiga jasad A, B dan C. Diberi daya graviti antara A dengan B ialah P. 100 kg 100 kg 200 kg A B C 5m 5m Rajah 6 Nyatakan dalam sebutan P, daya graviti antara (i) B dengan C, dan (ii) A dengan C. 11. Jadual 1 menunjukkan maklumat mengenai tiga jenis orbit X, Y dan Z bagi satelit yang mengorbit Bumi. Jadual 1Orbit Bentuk orbit Ketinggian orbit / m Tempoh orbit / jam X Elips 6.70 × 103 1.41 Y Bulat 3.59 × 107 24.04 Z Bulat 5.43 × 107 41.33 Sebuah agensi angkasa ingin melancarkan dua buah satelit P dan Q ke dalam orbit mengelilingi Bumi. Satelit P ialah satelit pengimejan Bumi yang boleh mengambil gambar pelbagai kedudukan di permukaan Bumi manakala satelit Q ialah satelit komunikasi televisyen. Dengan menggunakan maklumat dalam Jadual 1, tentukan orbit yang manakah sesuai untuk satelit P dan satelit Q. Beri penjelasan untuk pilihan anda. 12. Andaikan diri anda sebagai seorang saintis. Kumpulan anda telah menemui satu sistem jasad yang baharu. Sistem ini terdiri daripada sebuah bintang di pusat dan lima buah planet dalam orbit membulat mengelilingi bintang tersebut. Jadual 2 menunjukkan maklumat sistem jasad itu. Jadual 2 Jasad Jisim / kg Jejari jasad / m Jejari orbit / mBintang 5.90 × 1029 6.96 × 108 –Planet A 2.80 × 1022 1.07 × 106Planet B 6.30 × 1023 2.30 × 106 2.86 × 1010Planet C 7.40 × 1022 3.41 × 106 9.85 × 1010Planet D 4.60 × 1025 1.32 × 107 1.15 × 1011Planet E 1.90 × 1021 2.42 × 105 5.32 × 1011 2.13 × 1012 115

(a) Hitungkan nilai pecutan graviti, halaju lepas dan tempoh orbit bagi tiap-tiap planet.(b) Bagaimanakah nilai pecutan graviti, halaju lepas dan tempoh orbit mempengaruhi kesesuaian suatu planet yang baharu untuk didiami manusia?(c) Seterusnya, pilih planet yang paling sesuai didiami manusia. Beri sebab bagi pilihan anda. Sudut Pengayaan 13. Andaikan manusia telah berjaya mendiami planet Marikh. Anda bersama sekumpulan saintis dikehendaki mereka bentuk satu sistem orbit bagi satelit-satelit buatan yang akan mengorbit Marikh. Satelit-satelit buatan tersebut terdiri daripada satelit kaji cuaca, satelit pemetaan permukaan planet dan satelit komunikasi. Jadual 3 menunjukkan maklumat mengenai planet Marikh. Jadual 3 Jisim / kg 6.42 × 1023 Jejari planet / m 3.40 × 106 Tempoh putaran / jam 24.6Berdasarkan maklumat dalam Jadual 3, cadangkan ciri-ciri orbit satelit dari segiketinggian orbit, tempoh orbit, laju linear satelit, tapak pelancaran serta faktor-faktorlain yang sesuai.116

4.1 Keseimbangan TermaPerhatikan Gambar foto 4.1. Apabila sebatang sudulogam yang sejuk dimasukkan ke dalam air kopiyang panas, sudu dan air kopi itu dikatakanbersentuhan secara terma kerana tenagahaba boleh dipindahkan di antara duajasad itu. Bagaimanakah sudu logamdapat menyejukkan air kopi yangpanas? Apakah keadaan akhir yangakan dicapai oleh sudu dan air kopi? Gambar foto 4.1 Air kopi yang panasAktiviti 4.1Tujuan: Menunjukkan keseimbangan terma di antara dua jasad yang bersentuhan secara termaRadas: Dua buah kaki retort, dua batang termometer, bikar 250 ml dilabel A, bikar 50 ml dilabel B, silinder penyukat dan jam randikBahan: Air panas 50°C, air paip dan kertas tisuArahan:1. Balut bikar A dengan tisu dan isi dengan 150 ml air paip.2. Isi 40 ml air panas 50°C ke dalam bikar B.3. Letakkan bikar B ke dalam bikar A. Kemudian, letakkan termometer A dan termometer B masing-masing ke dalam bikar A dan bikar B seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.1. Kaki retortTermometer A 80 90 100 110 80 90 100 110 Termometer B 50 60 70 50 60 70 10 20 30 40 10 20 30 40 Kertas tisuAir paip –10 0 –10 0 Air panasBikar A Bikar B Rajah 4.14. Rekod bacaan termometer A dan termometer B dalam sela masa 30 s sehingga bacaan kedua-dua termometer itu menjadi sama. (Aktiviti ini biasanya boleh dijalankan dalam tempoh masa lima minit)120 4.1.1

Bab 4 HabaKeputusan: Jadual 4.1 Suhu termometer B / °C Suhu termometer A / °C Masa, t / s 0 30.0 60.0Perbincangan:1. Mengapakah bikar A dibalut dengan kertas tisu?2. Huraikan perubahan suhu air panas dan air sejuk.3. Apakah yang menyebabkan perubahan suhu yang diperhatikan? Apabila dua objek bersentuhan secara terma, suhu objek yang panas akan menurun,manakala suhu objek yang sejuk akan meningkat sehingga suhu kedua-dua objek itu menjadisama. Pemindahan bersih haba antara dua objek itu adalah sifar. Kedua-dua objek itu dikatakanberada dalam keadaan keseimbangan terma. Rajah 4.2 menerangkan pengaliran haba antara duaobjek yang bersentuhan secara terma sehingga mencapai keseimbangan terma.100 100 80 Haba 80 Objek yang panas, P bersentuhan secara terma60 P dengan objek yang sejuk, Q. Kadar pemindahan Haba Q 60 haba dari P ke Q adalah lebih tinggi daripada 40 40 kadar pemindahan haba dari Q ke P. 20 20 0 0100 100 80 Haba 80 Terdapat pemindahan haba bersih dari P ke Q.60 P Maka, suhu P menurun dan suhu Q meningkat. Q 60 40 Haba 40 20 20 0 0 Suhu P dan suhu Q menjadi sama. Kadar 100 pemindahan haba dari P ke Q adalah sama100 Haba 80 dengan kadar pemindahan haba dari Q ke P. 80 Haba Q 60 Pemindahan bersih haba antara P dengan Q60 P 40 adalah sifar. P dan Q berada dalam keadaan 20 40 0 keseimbangan terma. 20 0 Rajah 4.2 Pengaliran tenaga haba dan keseimbangan terma4.1.1 121

Keseimbangan Terma dalam Kehidupan HarianKeseimbangan terma menyebabkan dua objek yang bersentuhan secara terma mencapai suhuyang sama. Rajah 4.3 menunjukkan contoh keseimbangan terma dalam kehidupan harian.Memanaskan Objek Menyejukkan ObjekUdara panas di dalam Apabila makanan disimpanketuhar bersentuhan di dalam peti sejuk, haba darisecara terma dengan makanan mengalir ke udaraadunan kek. Haba dari di dalam peti sejuk sehinggaudara panas mengalir keseimbangan terma berlaku.ke adunan kek. Hal ini Suhu makanan menurun danmenyebabkan adunan makanan kekal segar untukkek dipanaskan tempoh yang lebih lama.sehingga masak.Termometer klinik Minuman disejukkandiletakkan di bawah dengan menambahkanlidah pesakit. beberapa ketulan ais.Haba dari badan Ais menyerap habapesakit mengalir ke dari minuman dantermometer sehingga melebur. Cairan darisuhu kedua-duanya ais pula menyerapmenjadi sama. Suhu haba dari minumanbadan pesakit dapat sehingga mencapaiditentukan kerana keseimbangan terma.keseimbanganterma berlaku. Rajah 4.3 Keseimbangan terma dalam kehidupan harian KIAK KMKAktiviti 4.2Tujuan: Membincangkan situasi dan aplikasi keseimbangan terma dalam kehidupan harianArahan:1. Jalankan aktiviti ini secara berkumpulan.2. Dapatkan maklumat mengenai situasi dan aplikasi lain keseimbangan terma dalam kehidupan harian. Maklumat tersebut boleh didapati dari sumber bacaan atau carian di laman sesawang.3. Kemudian, bincangkan mengenai pengaliran tenaga haba yang berlaku sehingga keseimbangan terma dicapai.4. Persembahkan hasil perbincangan kumpulan anda dalam bentuk peta pemikiran.122 4.1.1

Bab 4 HabaMenentu Ukur Sebuah Termometer Cecair dalam Kaca Menggunakan Dua Takat TetapTermometer ini tidak mempunyai Tidak perlu. Termometer ini masih Proses penentu ukuranskala yang jelas. Kita perlukan boleh digunakan. Kita hanya perlu menggunakan sifat termometriktermometer yang lain. menentu ukur termometer ini. yang ada pada cecair dalam kaca. Sifat termometrik bermaksud sifat fizikal yang boleh diukur (seperti panjang turus cecair dalam termometer) yang berubah dengan perubahan suhu.Sebuah termometer yang tidak mempunyai skala boleh ditentu Termometer masakanukur menggunakan dua takat tetap suhu. Dua takat tetap bagi air digunakan untuk menyukat suhusuling yang digunakan ialah takat lebur ais, iaitu 0°C dan takat makanan semasa dan selepasdidih air, iaitu 100°C. penyediaan makanan. Kawalan masa dan suhu yang tidak baik Aktiviti 4.3 akan menyebabkan keracunan makanan. Oleh sebab itu, penentu ukuran termometer ini secara berkala adalah sangat penting.Tujuan: Menentu ukur sebuah termometer cecair dalam kaca menggunakan takat didih air suling dan takat lebur aisRadas: Termometer, pembaris, bikar 250 ml, pemanas rendam, bekalan kuasa dan kaki retortBahan: Ais, air suling dan pita pelekat legapArahan:1. Tutup skala termometer dengan pita pelekat legap supaya skalanya tidak kelihatan.2. Sediakan dua buah bikar. Isi bikar A dengan ais dan sedikit air suling. Isi bikar B dengan air suling bersama dengan pemanas rendam.3. Masukkan termometer ke dalam bikar A. Tunggu sehingga paras turus cecair dalam termometer tidak lagi berubah. Kemudian, tandakan paras turus cecair pada batang termometer. Labelkan paras ini sebagai 0°C (Rajah 4.4).4. Keluarkan termometer dari bikar A dan hidupkan pemanas rendam di dalam bikar B.5. Apabila air suling di dalam bikar B sedang mendidih, masukkan termometer ke dalam bikar B. Tunggu sehingga paras turus cecair dalam termometer tidak lagi berubah. Kemudian, tandakan paras turus cecair pada batang termometer. Labelkan paras ini sebagai 100°C (Rajah 4.4). Matikan pemanas rendam.4.1.2 123

Termometer 100 °C 100°C ke bekalan Kaki kuasa retortAis + 0 °C Pemanas L100air suling rendam 0°C Air suling yang dididihkan Bikar A Bikar B Rajah 4.4 Rajah 4.56. Ukur panjang dari tanda 0°C hingga ke tanda 100°C sebagai L100 (Rajah 4.5).7. Sediakan sebuah bikar C dan isi bikar dengan air paip.8. Masukkan termometer yang telah ditentu ukur ke dalam bikar C. Tunggu sehingga paras turus cecair dalam termometer tidak lagi berubah. Kemudian, tandakan paras turus cecair pada batang termometer. Labelkan paras ini sebagai θ°C.9. Ukur panjang dari tanda 0°C hingga ke tanda θ °C sebagai Lθ.10. Hitungkan suhu air paip, θ menggunakan rumus, θ = Lθ × 100°C L100Perbincangan:1. Mengapakah bebuli termometer tidak boleh menyentuh dasar atau dinding bikarsemasa membuat pengukuran?2. Mengapakah anda perlu menunggu sehingga paras turus cecair dalam termometer tidak lagi berubah sebelum membuat tanda pada batang termometer? Penentu ukuran ialah proses penskalaan pada termometer untuk membuat pengukuransuhu. Suhu 0°C ialah takat tetap bawah dan suhu 100°C ialah takat tetap atas. Panjang turus cecairdalam termometer antara takat tetap bawah dengan takat tetap atas perlu dibahagikan kepada 100bahagian yang sama. Dengan ini, termometer tersebut telah ditentu ukur dan boleh digunakanuntuk mengukur suhu antara 0°C dengan 100°C. Latihan Formatif 4.1 12 cm 100°C 1. Nyatakan apa yang berlaku kepada dua objek dalam keseimbangan terma. 4 cm θ°C 2. Adakah badan kita berada dalam keseimbangan terma dengan 0°C persekitaran? Terangkan jawapan anda. 3. Aisyah menggunakan sebuah termometer makmal yang tidak berskala untuk menentukan suhu bagi suatu larutan, θ°C. Beliau mendapati panjang turus cecair dalam termometer apabila termometer itu dimasukkan ke dalam larutan tersebut adalah seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.6. Hitungkan suhu larutan, θ°C. Rajah 4.6124 4.1.2

4.2 Muatan Haba Tentu Bab 4 Haba Aduh, panasnya Sejuknya air laut ini. pasir ini! Rajah 4.7 Perbezaan suhu pasir dan air laut di tepi pantaiRajah 4.7 menunjukkan dua situasi yang berlainan. Haba dari matahari memanaskan pasir danair laut untuk jangka masa yang sama. Namun, pasir cepat menjadi panas dan air laut lambatmenjadi panas. Hal ini boleh dijelaskan berdasarkan konsep muatan haba. Objek berlainan mempunyaimuatan haba yang berlainan. Pasir mempunyai muatan haba yang rendah dan cepat menjadipanas manakala air laut mempunyai muatan haba yang tinggi dan lambat menjadi panas.Muatan haba, C bagi suatu objek ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkansuhu objek itu sebanyak 1°C. C= Q , iaitu Q = kuantiti haba yang dibekalkan ∆θ ∆θ = perubahan suhu Unit C = J °C–1 Apabila 100 J haba dibekalkan kepada objek X dan Y, objek X mengalami peningkatan suhusebanyak 1°C dan objek Y sebanyak 2°C. Berapakah muatan haba masing-masing bagi objek Xdan Y?Muatan haba bagi objek X, CX = 100 J 1°C = 100 J °C–1Muatan haba bagi objek Y, CY = 100 J 2°C = 50 J °C–1Objek X mempunyai muatan haba yang lebih tinggi daripada objek Y.Oleh itu, peningkatan suhu objek X kurang daripada objek Y.4.2.1 125

Bab 4 Haba Muatan haba bagi suatu objek meningkat apabila jisim objek tersebut meningkat. Sebagaicontoh, dua buah cerek yang serupa, satu diisi penuh dengan air dan satu lagi diisi separuh denganair. Air di dalam cerek yang diisi penuh akan mengambil masa yang lebih lama untuk mendidihberbanding dengan air di dalam cerek yang diisi separuh. Hal ini menunjukkan bahawa air denganjisim yang besar mempunyai muatan haba yang tinggi berbanding dengan air dengan jisimyang kecil. Rajah 4.8 menunjukkan beberapa situasi harian yang melibatkan muatan haba.Selepas dibiarkan menyejuk untuk suatu tempoh, Papan pemuka kereta mempunyai muatansup di dalam mangkuk yang besar adalah lebih haba yang lebih kecil berbanding kusyenpanas berbanding sup yang sama di dalam fabrik. Penyerapan tenaga haba daripadamangkuk yang kecil. sinaran Matahari menyebabkan papan pemuka mengalami peningkatan suhu yang lebih tinggi berbanding kusyen fabrik. Papan pemuka Situasi Kusyen fabrikHarian yang MelibatkanMuatan Haba Perbezaan suhu yang ketara antara gelanggang bersimen dengan rumput pada waktu tengah hari. Rajah 4.8 Situasi harian yang melibatkan muatan haba126 4.2.1

Muatan Haba Tentu Bahan Bab 4 HabaRajah 4.9 menunjukkan seorang jurutera bahan sedang membuatpertimbangan untuk memilih satu logam yang sesuai sebagai bahan EduwebTV: Muatan Habapembinaan bangunan. Logam itu mestilah mempunyai sifat lambat Tentumenjadi panas. Oleh sebab muatan haba suatu logam bergantungpada jisim objek itu, perbandingan antara logam yang berlainan http://bit.perlu dibuat berdasarkan muatan haba bagi 1 kg setiap logam. ly/2RTah1DSifat ini dikenali sebagai muatan haba tentu, c.Logam yang manakahlambat menjadi panas?Rajah 4.9 Seorang jurutera bahan membandingkan muatan haba tentu antara logam yang berlainanMuatan haba tentu, c bagi suatu bahan ialah kuantiti haba yang diperlukanuntuk menaikkan suhu sebanyak 1°C bagi jisim 1 kg bahan itu. c = mQ∆ θ , iaitu mQ = kuantiti haba yang dibekalkan (J) = jisim (kg) ∆θ = perubahan suhu (°C atau K) Unit bagi c = J kg–1 °C–1 atau J kg–1 K–1Kuantiti haba, Q yang diserap atau dibebaskan oleh suatu objek bolehditentukan menggunakan rumus Q = mc∆θ. Sebagai contoh, muatan haba tentu bagi logam aluminium INBFOestariialah 900 J kg–1 °C–1. Hal ini bermaksud 1 kg logam aluminiummemerlukan 900 J haba untuk meningkatkan suhunya sebanyak 1°C. Muatan haba, C = Q ∆θ Muatan haba tentu, c= Q m∆θ4.2.2 127

Setiap jenis bahan mempunyai nilai muatan haba tentu yang tertentu. Jadual 4.2 menunjukkannilai muatan haba tentu bagi beberapa jenis bahan. Jadual 4.2 Muatan haba tentu bagi bahan yang berlainanJenis bahan Bahan Muatan haba Jenis bahan Bahan Muatan haba tentu, tentu, c / J kg–1 °C–1 c / J kg–1 °C–1Cecair Air 4 200 Logam Aluminium 900 Air laut 3 900 Besi 450 Etanol 2 500 Kuprum 390 Parafin 2 100 Emas 300 Minyak masak 1 850 Merkuri 140 Minyak zaitun 1 890 Plumbum 130Gas Metana 2 200 Bukan logam Polikarbonat 1 250 Stim 2 020 Kayu 1 700 (pada suhu 100°C) Konkrit 850 Neon 1 030 Pasir 800 Udara 1 000 Kaca 670 Air merupakan bahan yang mempunyai nilai muatan haba tentu yang tinggi. Air dapatmenyerap banyak haba dengan peningkatan suhu yang kecil. Hal ini menjadikan air sebagai agenpenyejuk yang baik. Bahan logam pula mempunyai nilai muatan haba tentu yang lebih rendahberbanding dengan bahan bukan logam. Oleh itu, objek yang diperbuat daripada bahan logamcepat menjadi panas apabila dibekalkan suatu kuantiti haba.Berdasarkan Jadual 4.2, nilai Bagaimanakah nilai-nilaimuatan haba tentu bagi air lebih ini dapat ditentukan?tinggi berbanding dengan logamseperti aluminium.128 4.2.2

Bab 4 Haba Eksperimen 4.1Tujuan: Menentukan nilai muatan haba tentu airRadas: Bekalan kuasa, pemanas rendam, bikar, jam randik, termometer, kaki retort dan neraca elektronikBahan: Air dan kertas tisuProsedur:1. Balut bikar dengan kertas tisu.2. Letakkan bikar di atas neraca elektronik dan set semula bacaan neraca itu kepada nilai sifar.3. Isi air ke dalam bikar sehingga tiga per empat penuh.4. Ambil bacaan jisim air, m yang ditunjukkan oleh neraca elektronik. Rekodkan bacaan anda.5. Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.10.Kakiretort 100 110 80 90 Pemanas Bekalan kuasa rendam Termometer 50 60 70 Air Bikar 10 20 30 40 POWER SUPPLY Kertas tisu CURRENT A VOLTAGE V –10 0 CURRENT VOLTAGE FINE C.C. FINE C.V. COARSE + COARSE –GND ON OFF POWER Rajah 4.10 INBFOestari PemIaNnaBFs Oreensdatmamrengi ubah6. Ambil bacaan suhu awal air, θ1. Rekodkan bacaan anda.7. Hidupkan pemanas rendam dan pada masa yang sama, tenaga elektrik kepada tenaga haba. Tenaga haba yang dibekal mulakan jam randik.8. Perhatikan perubahan bacaan termometer. Qole=hIPpNet,mBFiaaiOetnuass rtenadarm iialah9. Selepas masa lima minit, matikan pemanas rendam. Ambil P = kuasa pemanas dan bacaan termometer tertinggi sebagai suhu akhir air, θ2. t = masa pemanas itu dihidupkan. Rekodkan bacaan anda. Perubahan suhu air, Δθ = θ2 – θ1. Bagi eksperimen ini, rumus Q = mcΔθ diungkapkan sebagai Pt = mc (θ2 – θ1).4.2.3 129

Keputusan: Jadual 4.3 Kuasa pemanas rendam, P / W Masa pemanasan, t / s Jisim air, m / kg Suhu awal air, θ1 / °C Suhu akhir air, θ2 / °CAnalisis data:Hitungkan muatan haba tentu air menggunakan rumus, c = Pt . m(θ2 – θ1)Kesimpulan:Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada eksperimen ini?Sediakan laporan yang lengkap bagi eksperimen ini.Perbincangan:1. Mengapakah bikar itu perlu dibalut dengan kertas tisu?2. Mengapakah suhu air akhir, θ2 tidak diambil sebaik sahaja masa pemanasan lima minit tamat?3. Diberi nilai muatan haba tentu air ialah 4 200 J kg–1 °C–1. Bandingkan nilai muatan haba tentu air yang diperoleh daripada eksperimen dengan nilai yang diberi. Terangkan perbezaan antara dua nilai tersebut (jika ada).4. Cadangkan langkah-langkah untuk meningkatkan kejituan keputusan eksperimen ini.Eksperimen 4.2Tujuan: Menentukan nilai muatan haba tentu aluminiumRadas: Bekalan kuasa, pemanas rendam, blok aluminium 1 kg, jam randik, termometer dan kaki retortBahan: Kertas tisuProsedur:1. Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.11. Kaki retort 80 90 100 110 Pemanas Bekalan kuasa rendam Termometer 50 60 70 Blok 10 20 30 40 POWER SUPPLY aluminium CURRENT A VOLTAGE V Kertas tisu –10 0 CURRENT VOLTAGE FINE C.C. FINE C.V. COARSE + COARSE –GND ON OFF POWER Rajah 4.11130 4.2.3

Bab 4 Haba2. Ambil bacaan suhu awal blok aluminium, θ1 dan rekodkan bacaan anda.3. Hidupkan pemanas rendam dan pada masa yang sama, mulakan jam randik.4. Selepas masa lima minit, matikan pemanas rendam. Ambil bacaan tertinggi termometer sebagai suhu akhir aluminium blok, θ2. Rekodkan bacaan anda. Keputusan: Jadual 4.4 Kuasa pemanas rendam, P / W Masa pemanasan, t / s Jisim aluminium, m / kg Suhu awal aluminium, θ1 / °C Suhu akhir aluminium, θ2 / °CAnalisis data:Hitungkan muatan haba tentu aluminium menggunakan rumus, c = Pt . m(θ2 – θ1)Kesimpulan:Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada eksperimen ini?Sediakan laporan yang lengkap bagi eksperimen ini.Perbincangan:1. Apakah yang boleh dilakukan untuk memperoleh sentuhan terma yang lebih baik antara bebuli termometer dengan blok aluminium?2. Diberi nilai muatan haba tentu aluminium ialah 900 J kg–1 °C–1. Bandingkan nilai muatan haba tentu aluminium yang diperoleh daripada eksperimen dengan nilai yang diberi. Terangkan perbezaan antara dua nilai tersebut (jika ada).4.2.3 131

Pengetahuan mengenai muatan haba tentu sangat penting dalam kehidupan harian, kejuruteraanbahan dan juga untuk memahami beberapa fenomena alam.Pemilihan bahan binaan rumah tradisional di pelbagai zon iklimKayu mempunyai muatan haba tentu Iklim Khatulistiwa Iklim sejukyang tinggi dan lambat menjadipanas. Di kawasan cuaca panas,rumah tradisional dibina daripadakayu yang berfungsi sebagai penebathaba daripada bahang cahayamatahari. Di kawasan cuaca sejuk,rumah tradisional juga dibinadaripada kayu. Haba dari unggunapi yang dinyalakan di dalam rumahkayu tidak dapat mengalir keluarkerana kayu berfungsi sebagaipenebat haba yang baik.Peralatan memasak Kuali diperbuat daripada logam yang mempunyai muatan haba tentu yang rendah. Oleh itu, makanan boleh digoreng pada suhu yang tinggi dalam tempoh masa yang singkat. Periuk tanah liat pula diperbuat daripada tanah liat yang mempunyai muatan haba tentu yang tinggi. Oleh itu, makanan boleh kekal panas dalam tempoh masa yang lama.Kuali logam Periuk tanah liatSistem radiator keretaPembakaran bahan api dalam enjin kereta Penutup Sirip penyejukmenghasilkan kuantiti haba yang besar. Haba Radiatorini perlu dibebaskan untuk mengelakkan Aliran udara Pampemanasan enjin. Air mempunyai muatanhaba tentu yang tinggi dan digunakan sebagai Kipas Video sistem radiator keretaagen penyejuk. Pam akan mengepam air ke http://bit.dalam blok enjin. Air akan mengalir melalui ly/329kUSHblok enjin untuk menyerap haba yang terhasil.Air panas mengalir ke radiator. Udara sejukdisedut masuk oleh kipas supaya haba didalam air panas dapat dibebaskan dengancepat melalui sirip penyejuk.132 4.2.4

Bab 4 HabaLapisan luar kapsul angkasaKapsul angkasa dalam perjalanan kembali ke Bumimenghadapi rintangan udara apabila memasukiatmosfera. Geseran ini meningkatkan suhu danmenyebabkan kapsul angkasa itu terbakar. Olehitu, lapisan luar kapsul angkasa diperbuat daripadabahan dengan muatan haba tentu dan takat leburyang tinggi.Penghasilan bahan-bahan terkini dalam pembinaan bangunan hijau Bangunan Berlian, Suruhanjaya Tenaga dibina dengan bumbung konkrit bertebat, iaitu bumbung dilengkapi dengan penebat menggunakan papan styrofoam. Styrofoam mempunyai muatan haba tentu yang tinggi dan dapat mengurangkan penyerapan haba di persekitaran untuk mengurangkan suhu di dalam bangunan. Bangunan Berlian http://bit. ly/2M7hvQtPeralatan memasak Pemegang periukBadan periuk diperbuat daripada aluminium yangmempunyai muatan haba tentu yang rendah. Hal Badanini membolehkan periuk dipanaskan dengan cepat. periukPemegang periuk pula diperbuat daripada plastikyang mempunyai muatan haba tentu yang tinggi.Hal ini untuk memastikan pemegang periuk lambatmenjadi panas dan selamat dikendalikan.4.2.4 133

Bayu lautDaratan mempunyai muatan haba tentu yang lebih Udararendah daripada laut. Oleh itu, suhu daratan meningkat panasdengan lebih cepat daripada suhu laut pada waktusiang. Udara di daratan menjadi panas dan naik ke atas. Bayu lautUdara yang lebih sejuk daripada laut akan bergerak kearah daratan sebagai bayu laut. Udara sejukBayu daratUdara Laut mempunyai muatan haba tentu yang lebih tinggisejuk daripada daratan. Oleh itu, suhu laut menurun lebih lambat daripada suhu daratan pada waktu malam. Udara Bayu darat Udara di atas permukaan laut yang panas akan naik ke atas. panas Udara yang lebih sejuk daripada daratan akan bergerak ke arah laut sebagai bayu darat. Aktiviti 4.4 KIAK KMKTujuan: Mencari maklumat mengenai aplikasi muatan haba tentuArahan:1. Jalankan aktiviti ini dalam bentuk Round Table.2. Dapatkan maklumat mengenai aplikasi muatan haba tentu yang berkaitan dengan: (a) Kehidupan harian (b) Kejuruteraan bahan (c) Fenomena alam3. Maklumat tersebut boleh didapati daripada sumber bacaan di perpustakaan atau di Internet.4. Setiap ahli kumpulan perlu mencatat maklumat yang diperoleh pada kertas yang sama.5. Persembahkan hasil dapatan anda.134 4.2.4

Bab 4 HabaMenyelesaikan Masalah yang Melibatkan Muatan Haba Tentu Contoh 1Sebuah blok logam berjisim 0.5 kg dipanaskan oleh sebuah pemanas elektrik berkuasa 50 W selama90 s. Suhu blok itu meningkat dari 20°C hingga 45°C. Hitungkan muatan haba tentu logam itu.Penyelesaian: 14243 14243 14243Peningkatan suhu, ∆θ = 45 – 20Langkah  = 25°CSenaraikan maklumat yang Jisim blok, m = 0.5 kgdiberi dengan simbol. Kuasa pemanas, P = 50 W Langkah 2 Masa pemanasan, t = 90 sKenal pasti dan tulis rumusyang digunakan. c = QLangkah 3 m∆θBuat gantian numerikal ke dalam Ptrumus dan lakukan penghitungan. = m∆θ c = (50)(90) (0.5)(25) = 360 J kg–1 °C–1Andaian: Semua haba yang dibekalkan oleh pemanas elektrik diserap oleh blok logam itu. Tiada habahilang ke persekitaran.Contoh 220 g air mendidih pada suhu 100°C dituang ke dalam sebuah gelas yang mengandungi 200 g airpada suhu bilik 28°C. Hitungkan suhu akhir campuran air itu. Penyelesaian: 20 g air, 100°C Haba dibebaskan Suhu campuran, y Haba diserap 200 g air, 28°C Q1 Q2Katakan suhu akhir campuran ialah y. 200)(1m001c–∆Qθy)11 === Q2Bagi air didih: m0.22c0∆(θ42 Jisim, m1 = 20 g 0.02 (4 200) (y – 28) = 0.02 kg 8 400 – 84y = 840y – 23 520 Paeirrupbaadhaasnuhsuuhbui,li∆kθ: 1 = (100 – y)°C 924y = 31 920Bagi y = 34.55°C Jisim, m2 = 200 g = 0.20 kg Oleh itu, suhu akhir campuran ialah 34.55°C. MuatPaenruhbaabhaatnenstuuhaui,r,∆cθ=2 =4 (y – 28)°C °C–1 200 J kg–1Andaian: Tiada haba diserap atau dibebaskan ke persekitaran. Pemindahan haba berlaku di antaraair didih dengan air pada suhu bilik sahaja. Maka, haba yang dibebaskan oleh air didih sama denganhaba yang diserap oleh air pada suhu bilik.4.2.5 135

Aktiviti 4.5 KBMM STEMTujuan: Membina model rumah kluster yang boleh mengatasi masalah lampau panasArahan:1. Jalankan aktiviti ini secara berkumpulan.2. Baca dan fahami maklumat berikut.Rumah kluster ialah rumah yang menyerupai 1 3 5 7 9 11rumah teres. Namun, tiga bahagian dinding 2 4 6 8 10 12rumah ini berkongsi dengan rumah di belakang Rajah 4.12 Pelan rumah klusterdan bersebelahan dengannya (Rajah 4.12). Gambar foto 4.2 Contoh rumah kluster Gambar foto 4.2 menunjukkan contoh rumahkluster yang hanya mempunyai satu pintu untukkeluar dan masuk manakala tingkap rumah hanyadi bahagian hadapan rumah. Reka bentuk rumahini dapat meminimumkan penggunaan tanah.Namun begitu, semasa negara kita mengalamifenomena El Nino dengan kenaikan suhu yangmelampau, penduduk di perumahan teres klustermenerima kesan panas yang melampau.3. Berdasarkan maklumat tersebut, analisis situasi dengan mencatat fakta dan masalah yang berkaitan dengan keadaan lampau panas rumah kluster.4. Sumbang saran beberapa penyelesaian masalah tersebut dan buat lakaran model bagi penyelesaian yang dipilih untuk diuji.5. Bina model berdasarkan lakaran model anda.6. Pamer dan persembahkan model. Latihan Formatif 4.2 1. Apakah perbezaan antara muatan haba dengan muatan haba tentu? 2. Berapakah tenaga haba yang diperlukan untuk meningkatkan suhu sebanyak 10°C bagi jisim 0.2 kg emas? [Diberi nilai muatan haba tentu emas ialah 300 J kg–1 °C–1] 3. Sebuah bekas mengandungi 200 g air pada suhu awal 30°C. Paku besi berjisim 200 g pada suhu 50°C direndam ke dalam air itu. Berapakah suhu akhir air itu? Nyatakan andaian yang anda perlu buat dalam penghitungan anda. [Diberi nilai muatan haba tentu air ialah 4 200 J kg–1 °C–1 dan besi ialah 450 J kg–1 °C–1] 136 4.2.5

Bab 4 Haba4.3 Haba Pendam TentuHaba PendamJirim boleh wujud dalam tiga keadaan, iaitu pepejal, cecair dan gas. Perbezaan antara tiga keadaanjirim dari segi susunan dan pergerakan molekul menunjukkan bahawa ikatan antara molekulpepejal adalah lebih kuat daripada ikatan antara molekul cecair. Oleh sebab molekul gas bebasbergerak secara rawak, maka ikatan antara molekul gas adalah paling lemah. Rajah 4.13 menunjukkan proses perubahan fasa jirim. Semasa proses perubahan fasa jirimseperti peleburan dan pendidihan, suhu adalah tetap walaupun haba terus dibekalkan. Haba yangdiserap semasa peleburan dan pendidihan tanpa perubahan suhu dikenali sebagai haba pendam.Semasa kondensasi dan pembekuan, haba pendam dibebaskan tanpa perubahan suhu. Gas Haba pendam Pendidihan Kondensasi diserap Haba pendam Haba pendam dibebaskan Peleburan diserapPepejal Pembekuan Cecair Haba pendam dibebaskan Rajah 4.13 Proses perubahan fasa jirimHaba Pendam Tentu EduwebTV: Haba PendamKuantiti haba yang diperlukan untuk mengubah keadaan jirimsuatu objek bergantung pada jisim objek itu dan jenis bahannya.  http://bit.Haba pendam tentu, l bagi suatu bahan ialah kuantiti haba, Q ly/306rBTIyang diserap atau dibebaskan semasa perubahan fasa bagi 1 kgbahan tanpa perubahan suhu. Suatu objek berjisim, m menyerap kuantiti haba, Q semasa perubahan fasa. Maka, haba pendam tentu bagi bahan objek itu ialah l = Q m Unit S.I. bagi haba pendam tentu ialah J kg−1.4.3.1 4.3.2 137

Haba pendam tentu pelakuran, lf bagi suatu bahan ialahkuantiti haba, Q yang diserap semasa peleburan atau kuantitihaba yang dibebaskan semasa pembekuan bagi 1 kg bahan itu Berdasarkan Teori Kinetik Jirim, semakin tinggi tenaga kinetiktanpa perubahan suhu. purata molekul, semakin tinggikuantHitai bhaabpaenyadnagmdtiseenrtauppseenmgaeswaappeannd,idlvibhaagni suatu bahan ialah suhu suatu objek. Haba pendam atau kuantiti haba yang diserap semasa peleburanyang dibebaskan semasa kondensasi bagi 1 kg bahan itu tanpa dan pendidihan tidak menambahperubahan suhu. tenaga kinetik purata molekul. Oleh itu, peleburan dan Rajah 4.14 menunjukkan lengkung pemanasan apabila suatu pendidihan berlaku padaobjek berubah dari keadaan pepejal kepada gas. suhu yang tetap. Suhu RS - Cecair dipanaskan TU - Gas dipanaskan PQ - Pepejal dipanaskan sehingga takat didih ● Haba diserap sehingga takat lebur ● Haba diserap ● Suhu bertambah ● Haba diserap ● Suhu bertambah ● Tenaga kinetik molekul ● Suhu bertambah ● Tenaga kinetik molekul ● Tenaga kinetik molekul bertambah bertambah bertambah UTakat didih S Cecair dan gas Gas T   Takat lebur Cecair Pepejal dan Q cecair R PepejalP 0   MasaPeleburan PendidihanPepejal  Cecair Cecair  GasQ - Pepejal mula melebur S - Cecair mula mendidihQR - Pepejal sedang melebur ST - Cecair sedang mendidihR - Semua pepejal sudah melebur T - Semua cecair sudah mendidih● Haba pendam diserap untuk melemahkan ikatan ● Haba pendam diserap untuk memutuskan antara molekul ikatan antara molekul● Molekul dibebaskan daripada kedudukan tetap dan ● Molekul dipisahkan jauh di antara satu bergerak di antara satu sama lain sama lain● Tenaga kinetik molekul tidak bertambah ● Tenaga kinetik molekul tidak bertambah● Suhu malar ● Suhu malar Rajah 4.14 Lengkung pemanasan138 4.3.2

Bab 4 Haba Rajah 4.15 menunjukkan lengkung penyejukan apabila suatu objek berubah dari keadaangas kepada pepejal. PQ - Gas menyejuk RS - Cecair menyejuk sehingga takat didih sehingga takat beku ● Haba dibebaskan ● Haba dibebaskanSuhu ● Suhu berkurang ● Suhu berkurang ● Tenaga kinetik molekul ● Tenaga kinetik molekul berkurang berkurangP  R TU - Pepejal menyejuk ● Haba dibebaskan Gas Cecair ● Suhu berkurang Gas dan  ● Tenaga kinetik molekulTakat didih Q cecair berkurang  S Cecair dan pepejal TTakat beku Pepejal U0   Masa Kondensasi Pembekuan Gas  Cecair Cecair  Pepejal Q - Gas mula terkondensasi S - Cecair mula membeku QR - Gas sedang terkondensasi ST - Cecair sedang membeku R - Semua gas sudah terkondensasi T - Semua cecair sudah membeku ● Haba pendam dibebaskan supaya molekul ● Haba pendam dibebaskan supaya ikatan membentuk semula ikatan antara molekul dikuatkan ● Molekul bergerak di antara satu sama lain ● Molekul bergetar sekitar kedudukan tetap ● Tenaga kinetik molekul tidak berkurang ● Tenaga kinetik molekul tidak berkurang ● Suhu malar ● Suhu malar Rajah 4.15 Lengkung penyejukan4.3.2 139

Aktiviti 4.6 Pemikiran LogikTujuan: Membanding dan membincangkan: • haba pendam tentu pelakuran ais dan lilin • haba pendam tentu pengewapan air dan minyakArahan:1. Jalankan aktiviti ini dalam bentuk Think-Pair-Share.2. Teliti maklumat yang diberi dalam Jadual 4.5. Jadual 4.5 Bahan Fasa pada Takat lebur / Haba pendam Takat didih / Haba pendamLilin suhu bilik °C tentu pelakuran, °C tentu pengewapan, Pepejal 46 hingga 68 lf / J kg−1 – lv / J kg–1 1.45 × 105 hingga – 2.10 × 105Plumbum Pepejal 327 0.25 × 105 1 750 8.59 × 105Kuprum Pepejal 1 083 2.07 × 105 2 566 47.3 × 105Ais Pepejal 0 3.34 × 105 – –Air Cecair – – 100 22.6 × 105Minyak petrol Cecair – – 35 hingga 200 3.49 × 105Minyak diesel Cecair – – 180 hingga 360 2.56 × 105Minyak zaitun Cecair 6 2.67 × 105 – –Etanol Cecair −114 1.04 × 105 78 8.55 × 105Oksigen Gas −219 0.14 × 105 −183 2.13 × 105Nitrogen Gas −210 0.26 × 105 −196 2.00 × 1053. Berdasarkan maklumat dalam Jadual 4.5, bincangkansoalan-soalan berikut:(a) Bandingkan haba pendam tentu pelakuran bagi ais Nota: dan lilin. Seterusnya, nyatakan perbezaan antara ais Minyak petrol dan diesel dengan lilin dari segi kekuatan ikatan antara molekul. merupakan hidrokarbon yang mempunyai takat(b) Bandingkan haba pendam tentu pengewapan bagi didih yang berbeza. air dan minyak petrol. Kemudian, nyatakan perbezaan antara air dengan minyak petrol dari segi kekuatan ikatan antara molekul dan jarak pemisahan di antara molekul dalam fasa gas.(c) Bagi satu bahan yang tertentu, mengapakah haba pendam tentu pengewapan lebih besar daripada haba pendam tentu pelakuran?4. Persembahkan hasil perbincangan anda dalam bentuk grafik.140 4.3.2

Bab 4 Haba Berdasarkan Aktiviti 4.6, setiap bahan mempunyai nilai haba pendam tentu yang berbezadaripada bahan lain. Bagaimanakah nilai haba pendam tentu ini ditentukan? Eksperimen 4.3 Tujuan: (i) Menentukan haba pendam tentu pelakuran ais, lf (ii) Menentukan haba pendam tentu pengewapan air, lv A   Haba pendam tentu pelakuran ais, lf Radas: Pemanas rendam, corong turas, bikar, neraca elektronik, bekalan kuasa, jam randik dan kaki retort Bahan: Ais hancur Prosedur: 1. Letakkan bikar bagi set eksperimen dan set kawalan masing-masing di atas neraca elektronik. Set semula kedua-dua neraca elektronik kepada bacaan sifar. 2. Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.16. Pada awalnya, kedua- dua bikar dan neraca elektronik tidak berada di bawah corong turas masing-masing. Pemanas rendam Ais hancur Corong turas Bekalan kuasa Kaki POWER SUPPLY retort CURRENT A VOLTAGE V BikarBikar Air CURRENT Air VOLTAGE FINE C.C. FINE C.V. + COARSE COARSE –GND ON OFF POWER Neraca elektronik Set kawalan Set eksperimen Rajah 4.163. Hidupkan pemanas rendam bagi set eksperimen sahaja. Apabila air telah menitis keluar daripada corong turas pada kadar yang tetap, letakkan bikar dan neraca elektronik masing-masing di bawah corong turas. Mulakan jam randik.4. Selepas masa, t = 10 minit, rekodkan bacaan jisim air yang dikumpulkan di dalam bikar set eksperimen, m1 dan set kawalan, m2.5. Matikan pemanas rendam dan rekodkan kuasa pemanas, P.Keputusan: Jadual 4.6Jisim air yang dikumpulkan di dalam bikar set eksperimen, m1 / kgJisim air yang dikumpulkan di dalam bikar set kawalan, m2 / kgKuasa pemanas, P / WMasa pemanasan, t / s4.3.3 141

Analisis data:Hitungkan haba pendam tentu pelakuran ais dengan menggunakan rumus, l = Pt .Kesimpulan: (m1 – m2)Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada eksperimen ini?B   Haba pendam tentu pengewapan air, lvRadas: Pemanas rendam berkuasa tinggi (500 W), bekalan kuasa, bikar, neraca elektronik dan jam randikBahan: Air dan kertas tisu ke bekalan kuasaProsedur:1. Sediakan susunan radas seperti yang Pemanas rendam ditunjukkan dalam Rajah 4.17.2. Hidupkan pemanas rendam dan tunggu Bikar sehingga air mendidih. Kertas tisu Air3. Apabila air mendidih, mulakan jam randik dan pada masa yang sama, rekodkan ON Neraca elektronik bacaan neraca elektronik, m1. OFF4. Selepas masa, t = 5 minit, rekodkan Rajah 4.17 bacaan neraca elektronik, m2.5. Matikan pemanas rendam dan rekodkan kuasa pemanas, P.Keputusan: Jadual 4.7 Bacaan awal neraca elektronik, m1 / kg Bacaan akhir neraca elektronik, m2 / kg Masa yang diambil, t / s Kuasa pemanas, P / WAnalisis data:Hitungkan haba pendam tentu pengewapan air dengan menggunakan rumus, l = Pt .Kesimpulan: (m1 – m2)Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada eksperimen ini?Sediakan laporan yang lengkap bagi eksperimen ini.Perbincangan:1. Mengapakah satu set kawalan perlu disediakan bagi eksperimen A dan tidak perlu untuk eksperimen B?2. Diberi nilai haba pendam tentu pelakuran ais ialah 3.34 × 105 J kg–1. Bandingkan nilai haba pendam tentu pelakuran ais yang diperoleh daripada eksperimen A dengan nilai yang diberi. Bincangkan perbezaan antara dua nilai tersebut (jika ada).3. Diberi nilai haba pendam tentu pengewapan air ialah 2.26 × 106 J kg–1. Bandingkan nilai haba pendam tentu pengewapan air yang diperoleh daripada eksperimen B dengan nilai yang diberi. Bincangkan perbezaan antara dua nilai tersebut (jika ada).4. Cadangkan langkah-langkah untuk meningkatkan kejituan keputusan eksperimen ini.142 4.3.3

Bab 4 Haba Perhatikan Rajah 4.18 yang menunjukkan proses perubahan fasa air apabila haba pendamdiserap dan dibebaskan.Semasa ais melebur, molekul Semasa air mendidih, molekul Semasa wap air terkondensasi,ais menyerap haba pendam air menyerap haba pendam molekul wap air membebaskanpelakuran menyebabkan pengewapan menyebabkan haba pendam pengewapanperubahan fasa ais daripada perubahan fasa air daripada menyebabkan perubahan fasa wappepejal kepada cecair. cecair kepada gas. air daripada gas kepada cecair. Rajah 4.18 Proses perubahan fasa air Penyerapan haba pendam semasa peleburan dan penyejatan boleh digunakan untuk memberikesan penyejukan. Haba pendam yang dibebaskan semasa kondensasi pula boleh digunakanuntuk tujuan pemanasan. Aktiviti 4.7Tujuan: Menunjukkan bahawa penyejatan menyebabkan penyejukanRadas: Bikar 250 ml, penyedut minuman dan jubin putihBahan: Alkohol dan airArahan:1. Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan Tiup Alkohol dalam Rajah 4.19. Penyedut Air minuman2. Isi 100 ml alkohol ke dalam bikar. Bikar3. Sentuh bahagian luar bikar dan air di sekeliling dasar bikar. Catatkan pemerhatian anda. Jubin putih4. Tiup udara berulang kali ke dalam alkohol.5. Sentuh bahagian luar bikar. Catatkan pemerhatian anda.Perbincangan: Rajah 4.191. Apakah yang berlaku kepada alkohol semasa udara ditiup ke dalamnya?2. Bandingkan tahap kesejukan bikar sebelum dan selepas udara ditiup ke dalam alkohol. Terangkan jawapan anda.3. Apakah kesan penyejatan cecair dalam aktiviti di atas? Perubahan daripada fasa cecair kepada wap memerlukan haba pendam tentu pengewapan.Apabila suatu cecair tersejat, molekul cecair menyerap haba pendam tentu pengewapan untukmemutuskan ikatan antara molekul. Persekitaran cecair akan menjadi sejuk kerana habatelah diserap. 4.3.4 143

Rajah 4.20 menunjukkan empat proses perubahan fasa jirim yang melibatkan habapendam tentu. Haba Pendam Tentu Peleburan Penyejatan Pendidihan KondensasiPenyejukan minuman Penyejukan badan Penyejukan oleh Proses mengukus dan makanan oleh pada hari yang nitrogen cecair makanan ketulan ais panas Pemanasan kopi Sistem penyejukan espreso peti sejuk Sistem penyejukan pendingin udara Video penyejukan oleh Video pemanasan kopi nitrogen cecair espreso   http://bit.   http://bit. ly/2JHR2aa ly/2QuCnzERajah 4.20 Empat proses perubahan fasa jirim yang melibatkan haba pendam tentuAktiviti 4.8 KIAK KMKTujuan: Membincangkan aplikasi haba pendam tentu dalam kehidupan harianArahan:1. Jalankan aktiviti ini secara berkumpulan.2. Dapatkan maklumat mengenai aplikasi haba pendam tentu dalam kehidupan harian di bawah: (a) Penyejatan peluh (b) Pengukusan makanan3. Maklumat tersebut boleh didapati daripada sumber bacaan atau carian di laman sesawang.4. Kemudian, bincangkan bagaimana konsep haba pendam tentu diaplikasikan dalam setiap situasi di atas.5. Persembahkan hasil perbincangan kumpulan anda dalam bentuk peta pemikiran.144 4.3.4

Bab 4 Haba Aplikasi Haba Pendam Tentu dalam Kehidupan Harian Sistem penyejukan dalam peti sejukPeti sejuk menggunakan kesan penyejukan daripada penyejatan cecair. Semasa peredaran agenpenyejuk dalam sistem penyejukan, haba diserap daripada bahagian dalam peti sejuk dan kemudianhaba dibebaskan ke persekitaran luar.Agen penyejuk Injap pengembang 4 Dalam penyejat,(cecair) mengalir agen penyejukmelalui injap 3 Haba Penyejat (cecair) menyejatpengembang. diserap dan menyerap haba pendam daripadaDalam kondenser, Kondenser 5 udara di dalamagen penyejuk (gas) peti sejuk.membebaskan haba 2 Agen penyejuk (gas)pendam semasa mengalir keluarproses kondensasi. daripada penyejat ke pemampat. Haba dibebaskanPemampat Pemampatmemampatkanagen penyejuk 1(gas) untukmenambah tekanandan suhunya. Rajah 4.21 Sistem penyejukan dalam peti sejukPenyejatan peluh Kita akan berpeluh pada hari yang panas Basahkan tangan kanan anda. atau semasa melakukan kerja yang berat. Letakkan tangan kanan yang Apabila peluh itu tersejat, haba akan basah dan tangan kiri yang diserap daripada badan. Hal ini membawa kering di hadapan kipas meja. kesan penyejukan kepada badan. Kadar Apakah perbezaan yang boleh penyejatan boleh meningkat dengan anda rasa pada tangan kanan adanya aliran udara. dan tangan kiri?4.3.4 145

Menyelesaikan Masalah yang Melibatkan Haba PendamContoh 1Rajah 4.22 menunjukkan sebuah pemanas rendam ke bekalan Pemanas rendamberkuasa 480 W digunakan untuk meleburkan ais kuasadi dalam sebuah bekas. Dalam masa 120 s, bacaanneraca elektronik berkurang sebanyak 0.172 kg.(a) Berapakah jisim ais yang melebur dalam tempoh pemanasan itu? Ais hancur(b) Hitungkan haba pendam tentu pelakuran ais, lf . Neraca ON ke singki OFF elektronik Rajah 4.22 Penyelesaian:(a) Membuat andaian: (i) Ais dileburkan oleh haba daripada pemanas rendam sahaja. (ii) Semua air daripada peleburan ais mengalir keluar daripada bekas itu. Menghubung kait perubahan bacaan neraca elektronik kepada jisim ais yang melebur: Jisim air yang melebur = pengurangan bacaan neraca m = 0.172 kg(b) Membuat andaian: (i) Semua haba yang dibekalkan oleh pemanas rendam diserap oleh ais yang melebur. (ii) Tiada pemindahan haba daripada persekitaran ke dalam radas itu.Langkah  34241 321 34241m = 0.172 kgSenaraikan maklumat yang P = 480 Wdiberi dengan simbol. t = 120 sLangkah 2 Pt = mlfKenal pasti dan tulis rumusyang digunakan. 480 × 120 = 04.81072××12lf0Langkah 3 lf = 0.172Buat gantian numerikal ke dalamrumus dan lakukan penghitungan. = 3.35 × 105 J kg−1146 4.3.5

Bab 4 HabaContoh 2Berapakah kuantiti haba yang perlu dibekalkan oleh sebuah pemanas air elektrik kepada0.75 kg air pada suhu 30°C untuk mengubah air tersebut menjadi stim pada suhu 100°C?Nyatakan andaian yang anda buat dalam pengiraan anda.[Muatan haba tentu paeirn, gceaiwr =ap4a.n20a×ir,1l0v 3=J kg–1 °C−1,haba pendam tentu 2.26 × 106 J kg−1]Penyelesaian: 0.75 kg air Q1 = mc∆θ 0.75 kg air Q2 = ml 0.75 kg stim pada 30°C pada 100°C pada 100°CMembuat andaian: (i) Semua haba yang dibekalkan oleh pemanas itu diserap oleh air.(ii) Tiada kehilangan haba ke persekitaran semasa pemanasan air dan perubahan fasa air.Perubahan yang dikehendaki terdiri daripada dua peringkat, iaitu:(i) memanaskan air pada suhu 30°C sehingga mencapai takat didih 100°C, dan(ii) mengubah air pada suhu 100°C kepada stim tanpa perubahan suhu.Kuantiti haba yang diperlukan,Q = Qm1cΔ+θQ+2 = ml = [0.75 × 4.2 × 103 × (100 – 30)] + (0.75 × 2.26 × 106) = 1.92 × 106 J Latihan Formatif 4.3 Ikan 1. Rajah 4.23 menunjukkan sebuah pengukus elektrik. Mengandungi Terangkan bagaimana ikan itu dipanaskan. air Rajah 4.23 2. Berapakah kuantiti haba yang perlu dibebaskan daripada 0.8 kg air pada suhu 25°C untuk menyejukkan air itu sehingga menjadi ais pada suhu –6°C? Nyatakan andaian yang anda buat dalam pengiraan anda. h[mMaubuaaatatpanennhdhaaabmbaatteteennnttutuuapaisei,rl,ackcaiasuir=r=a2n4.0.a2i×s×, 1l1f00=33J3Jk.3kg4g–1–×1°C°1C0–1–51d,Jakng–1]4.3.5 147

4.4 Hukum GasTekanan, Suhu dan Isi Padu GasGambar foto 4.3 menunjukkan satu plastik udara kembung yangdigunakan dalam pembungkusan barangan. Apabila plastik tersebutdimampatkan, udara yang mengisi plastik tersebut memberikan suatutentangan. Pemerhatian itu boleh dijelaskan dari segi kelakuan molekulberdasarkan Teori Kinetik Gas. Aktiviti 4.9 Gambar foto 4.3 Plastik udara kembung dimampatkan KIAK KMKTujuan: Memerhatikan kelakuan molekul gas melalui simulasi komputerArahan:1. Jalankan aktiviti ini dalam bentuk Think-Pair-Share.2. Layari laman sesawang yang diberi untuk melihat simulasi mengenai kelakuan molekulgas. Berdasarkan simulasi tersebut, bincangkan perkara berikut:(a) Pergerakan molekul gas(b) Ruang yang diisi oleh molekul gas Simulasi kelakuan molekul(c) Arah pergerakan molekul gas(d) Perlanggaran antara molekul gas dengan dinding bekas https://bit.(e) Kesan pertambahan dan pengurangan tekanan, suhu ly/2CSb2zq dan isi padu gas terhadap kelakuan molekul gas3. Persembahkan hasil dapatan anda. Jadual 4.8 menerangkan tekanan, suhu dan isi padu gas di dalam sebuah bekas tertutupberdasarkan Teori Kinetik Gas. Jadual 4.8 Tekanan, suhu dan isi padu gas berdasarkan Teori Kinetik Gas Ciri gas HuraianTekanan • Molekul gas sentiasa bergerak secara rawak. • Apabila molekul gas berlanggar dengan dinding bekas dan melantun balik, daya dikenakan ke atas dinding bekas itu. • Daya per unit luas ialah tekanan gas itu.Suhu • Tenaga kinetik purata molekul meningkat dengan suhu gas.Isi padu • Molekul gas bebas bergerak dan memenuhi seluruh ruang bekas itu. • Isi padu gas sama dengan isi padu bekasnya.148 4.4.1

Bab 4 HabaJadual 4.9 Unit S.I. dan unit lain bagi tekanan, suhu dan isi padu gas Kuantiti Unit S.I. Simbol bagi Unit lain unit S.I.Tekanan, P pascal cm HgSuhu, T kelvin Pa °C, °FIsi padu, V (meter)3 mm3, cm3, ml K m3Hubungan antara Tekanan dengan Isi Padu bagi Gambar foto 4.4 Bola senamanSuatu Gas dimampatkanGambar foto 4.4 menunjukkan sebuah bola senamanyang termampat apabila seseorang duduk di atasnya.Apakah yang berlaku kepada tekanan udara di dalambola itu? Eksperimen 4.4Inferens: Isi padu suatu gas mempengaruhi tekanan gasHipotesis: Semakin kecil isi padu gas, semakin tinggi tekanan gasTujuan: Menentukan hubungan antara isi padu dengan tekanan bagi suatu gas berjisim tetap pada suhu malarPemboleh ubah:(a) Dimanipulasikan: Isi padu, V(b) Bergerak balas: Tekanan, P(c) Dimalarkan: Suhu dan jisim udaraRadas: Picagari 100 ml, tiub getah, tolok tekanan dan kaki retortProsedur:1. Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.24. Omboh Layari laman web berikut untuk Tolok tekanan menjalankan eksperimen hukum Boyle secara interaktif. Picagari 100 ml https://bit.Kaki ly/2HIdmwaretort Tiub getah https://bit. Rajah 4.24 ly/2By7tit4.4.1 4.4.2 149

2. Laraskan omboh supaya isi padu udara di dalam picagari ialah 100 ml. Kemudian, sambungkan hujung picagari kepada tolok tekanan.3. Ambil bacaan isi padu dan tekanan awal bagi udara di dalam picagari. Rekodkan bacaan dalam Jadual 4.10.4. Tolak omboh dengan perlahan sehingga isi padu udara di dalam picagari menjadi 90 ml. Ambil bacaan tekanan udara itu dan rekodkan bacaan dalam jadual.5. Ulangi langkah 4 dengan isi padu 80 ml, 70 ml dan 60 ml.6. Rekodkan semua bacaan tekanan, P dalam jadual.Keputusan: Jadual 4.10Isi padu, V / ml Tekanan, P / kPa 1 / ml–1 V 60 70 80 90 100Analisis data: P melawan isi padu, V dan graf P melawan 1 .Plotkan graf tekanan, VKesimpulan:Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada eksperimen ini?Sediakan laporan yang lengkap bagi eksperimen ini.Perbincangan:1. Mengapakah picagari dengan isi padu yang lebih besar digunakan?2. Mengapakah omboh itu ditolak dengan perlahan ke dalam picagari? Eksperimen 4.4 menunjukkan bahawa tekanan gas bertambah apabila isi padu gas itudikurangkan. Apakah hubungan antara tekanan dengan isi padu suatu gas pada suhu malar?150 4.4.2

Bab 4 Haba Berdasarkan Eksperimen 4.4, hubungan antara tekanan dengan isi padu bagi suatu gasboleh dilihat melalui graf-graf dalam Rajah 4.25. PP 0 V 0 —V1 (a) Graf P melawan V (b) Graf P melawan 1 V Rajah 4.25 Hubungan antara tekanan dengan isi padu gaslduernugsaGnyraainsfigPpammdeeull.aawGluarianftiVPtikmmeaenslaauwlnaanjun.kVH1kaapnlubilnaaihmamweneamutnebkjuuakkntkaiaknnabnsearbtkuauhgraaawrnigas iNtegrasitekanan berkadar songsang dengan isi padu. SEJARAHHukum Boyle menyatakan bahawa tekanan berkadar songsang Robert Boyle (1627–1691)dengan isi padu bagi suatu gas berjisim tetap pada suhu malar. merupakan seorang saintis yang menekankan kaedah P ∝ 1 saintifik semasa melakukan P = kV( V1 ) penyiasatan. Melalui data eksperimen, beliau membuat iaitu k ialah suatu pemalar kesimpulan bahawa isi padu suatu gas berkadar songsang P = tekanan gas (Pa) dengan tekanan gas itu. V = isi padu gas (m3) https://bit. ly/2LghIw8 Dengan itu, PV = k EduwebTV: Hukum BoyleKatakan suatu gas mengalami perubahan tekanan dan isi padudaripada keadaan 1 kepada keadaan 2. http://bit. ly/2Mt0M6JDaripada PV = k, keadaan awal gas, P1V1 = k keadaan akhir gas, P2V2 = kMaka, P1V1 = P2V24.4.2 151

Rajah 4.26 menunjukkan suatu gas berjisim tetap INBFOestaridimampatkan pada suhu malar. Apabila isi padu gas itudikurangkan, bilangan molekul yang sama bergerak dalam Segi tiga PVT:ruang yang lebih kecil. Bilangan molekul per unit isi padubertambah. Hal ini menyebabkan kadar perlanggaran INBFOePstaV riantara molekul dengan dinding bekas bertambah. Daya perunit luas pada permukaan dinding bekas turut bertambah. TDengan itu, tekanan gas bertambah. INBFOestari Untuk Hukum Boyle, suhu adalaIhNmBFaOleaPrs. taV ri Isi padu PV = pemalardikurangkan P1V1 = P2V2 Rajah 4.26 Suatu gas berjisim tetap dimampatkan pada suhu malarContoh 1Udara di dalam sebuah picagari tertutup mempunyai isi padu 60 cm3 dan tekanan 108 kPa.Omboh picagari itu ditolak untuk memampatkan udara itu sehingga isi padu 48 cm3.Hitungkan tekanan udara termampat itu.Penyelesaian: 34241 321 34241P1 = 108 kPa termampatLangkah  P2 = tekanan udaraSenaraikan maklumat yang V1 = 60 cm3diberi dengan simbol. V2 = 48 cm3Langkah 2Kenal pasti dan tulis rumus Suhu gas tidak berubah.yang digunakan. Rumus Hukum Boyle digunakan.Langkah 3 P1V1 = P2V2Buat gantian numerikal ke dalamrumus dan lakukan penghitungan. 108 × 60 = P2 × 48 108 × 60 P2 = 48 = 135 kPa152 4.4.2

Bab 4 HabaHubungan antara Isi Padu dengan Suhu bagi Suatu GasGambar foto 4.5 menunjukkan sebuah botol plastik berisi udara di dalam peti sejuk. Apakahyang berlaku kepada isi padu udara di dalam botol itu? (a) Botol plastik sebelum disejukkan (b) Botol plastik selepas disejukkanGambar foto 4.5 Keadaan botol plastik di dalam peti sejuk sebelum dan selepas disejukkanEksperimen 4.5Inferens: Suhu suatu gas mempengaruhi isi padu gascm 50 60Hipotesis: Semakin tinggi suhu, semakin besar isi padu gas0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Tujuan: Menentukan hubungan antara suhu dengan isi padu bagi suatu gas berjisim tetap pada tekanan malarPemboleh ubah:(a) Dimanipulasikan: Suhu, θ(b) Bergerak balas: Isi padu, V yang diwakili oleh panjang turus udara, L di dalam tiub kapilari(c) Dimalarkan: Tekanan dan jisim udaraRadas: Tiub kapilari yang mengandungi udara terperangkap oleh satu turus asid sulfurik pekat, bikar 500 ml, termometer, pembaris, penunu Bunsen, tungku kaki tiga, kasa dawai, pengacau dan kaki retortBahan: Air, ais dan gelang getahProsedur:1. Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.27. 10 20 30 40 Pengacau cm 80 90 100 110 Pembaris 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Termometer 50 60 70 Tiub kapilari Gelang getah–10 0 10 20 30 40 Ais Asid sulfurik pekat Bikar L –10 0 Air Kasa dawai Kaki retort Tungku kaki tiga Penunu Bunsen Rajah 4.274.4.3 153

2. Panaskan air dengan perlahan dan kacau air itu secara berterusan sehingga suhu air itu mencapai 30°C.3. Ambil bacaan panjang turus udara, L dalam tiub kapilari itu. Rekodkan bacaan dalam Jadual 4.11.4. Ulangi langkah 2 dan 3 dengan suhu 40°C, 50°C, 60°C, 70°C dan 80°C.5. Rekodkan semua bacaan panjang turus udara, L dalam Jadual 4.11.Keputusan: Jadual 4.11Suhu, θ / °C Panjang turus udara, L / cm304050607080 Analisis data: 1. Plotkan graf panjang turus udara, L melawan suhu, θ. Paksi-θ hendaklah meliputi julat 0°C hingga 100°C. 2. Ekstrapolasi graf L melawan θ sehingga θ = 0°C. 3. Plotkan semula graf L melawan θ dengan paksi-θ meliputi julat –300°C hingga 100°C. 4. Ekstrapolasi graf L melawan θ sehingga L = 0 cm. Kesimpulan: Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada eksperimen ini? Sediakan laporan yang lengkap bagi eksperimen ini. Perbincangan: 1. Mengapakah air perlu sentiasa dikacau semasa dipanaskan? 2. Apakah andaian yang perlu dibuat supaya panjang turus udara yang terperangkap di dalam tiub kapilari boleh mewakili isi padu udara tersebut? [Petunjuk: Isi padu turus udara, V = panjang turus udara, L × luas keratan rentas tiub kapilari, A] Isi padu gas bertambah apabila suhu gas itu dinaikkan. Pada suhu 0°C, udara yangterperangkap di dalam tiub kapilari masih mempunyai suatu isi padu yang tertentu. Hal inimenunjukkan bahawa pada suhu 0°C, molekul gas masih bergerak dan memenuhi ruang bekas. 154 4.4.3

Bab 4 HabaRajah 4.28 menunjukkan graf V melawan θ yang diekstrapolasi sehingga V = 0 cm3. V / cm3 θ / °C –273 0 100 Rajah 4.28 Ekstrapolasi graf V melawan θ Pada suhu –273°C, molekul-molekul gas tidak lagi bergerak dan tidak dapat memenuhiruang. Oleh itu, isi padu gas menjadi sifar. Suhu –273°C ialah suhu paling rendah yang mungkindan dikenali sebagai sifar mutlak. Pada skala kelvin, sifar mutlak diberi nilai 0 kelvin atau 0 K.Suhu yang dinyatakan dengan unit kelvin ialah suhu mutlak.Jadual 4.12 Suhu dalam unit darjah Celsius, oC dan kelvin, K bagi tiga takat suhuTakat suhu Suhu, θ / °C Suhu, T / K iNtegrasiSifar mutlak –273 0 0 273 SEJARAH Ais lebur 100 373 Stim Penukaran unit antara darjah Celsius, °C dengan kelvin, K Jacques Charles (1746-1823) boleh dilakukan melalui persamaan yang berikut: seorang ahli fizik dan kimia Perancis telah menyiasat T = θ + 273 bagaimana isi padu gas untuk θ °C dan T K bergantung pada suhu gas. Justeru, beliau dapat membinaRajah 4.29 menunjukkan graf V melawan T. belon hidrogen yang pertama dan berjaya menaiki belon itu V / cm3 sehingga ketinggian 3.2 km. https://bit. ly/2GxHIoh 0 T/K Rajah 4.29 Graf V melawan T bagi suatu gas Graf V melawan T bagi suatu gas menunjukkan satu garis lurus yang melalui titik asalan.Hal ini menunjukkan bahawa isi padu gas berkadar terus dengan suhu mutlak. 4.4.3 155

Hukum Charles menyatakan bahawa isi padu adalah berkadar EduwebTV: Hukum Charlesterus dengan suhu mutlak bagi suatu gas berjisim tetap padatekanan malar. http://bit. ly/2HlLiSZ V∝T V = kT iaitu k ialah suatu pemalar T = suhu mutlak (K) IINNBBFFOOeessttaarrii V = isi padu gas (m3) Untuk Hukum Charles, tekanan Dengan itu, V = k adalah malar. TKatakan suatu gas mengalami perubahan isi padu dan suhu INBFOestarV idaripada keadaan 1 kepada keadaan 2. TDaripada V = k, keadaan awal gas: V1 = k T T1 V keadaan akhir gas: V2 = k T = pemalar T2 V1 V2 V1 = V2Maka, T1 = T2 T1 T2 Rajah 4.30 menunjukkan suatu gas berjisim tetap dipanaskan pada tekanan malar. Apabilasuhu gas itu dinaikkan, tenaga kinetik purata molekul bertambah, iaitu molekul-molekul bergerakdengan halaju yang lebih tinggi. Untuk mengekalkan tekanan gas yang malar, isi padu gas itu akanbertambah supaya kadar perlanggaran molekul gas dengan dinding bekas tidak berubah. Petunjuk Halaju rendah Halaju tinggi Suhu dinaikkan Rajah 4.30 Suatu gas berjisim tetap dipanaskan pada tekanan malar156 4.4.3

Bab 4 HabaContoh 1Satu gelembung udara mempunyai isi padu 1.2 cm3 pada suhu 27°C. Berapakah isi padugelembung udara itu jika suhunya meningkat kepada 47°C?Penyelesaian:Langkah  34241 34241 3442441V1 = 1.20 cm3Senaraikan maklumat yang V2 = Isi padu akhir udaradiberi dengan simbol. T1 = (27 + 273) = 300 KLangkah 2 T2 = (47 + 273) = 320 KKenal pasti dan tulis rumus Tekanan gas itu malar.yang digunakan. Rumus Hukum Charles digunakan.Langkah 3 V1 = V2Buat gantian numerikal ke dalam T1 T2rumus dan lakukan penghitungan. 310.20 = V2 320 1.2 × 320 V2 = 300 = 1.28 cm3Hubungan antara Tekanan dengan Suhu bagi Suatu GasGambar foto 4.6 menunjukkan tekanan udara di dalam tayar sebuah kereta diukur pada suatu hariyang panas. Pemandu kereta menyentuh tayar selepas perjalanan dan mendapati tayar itu lebihpanas daripada sebelum perjalanan. Gambar foto 4.7 pula menunjukkan bacaan tolok tekanan padasebelum dan selepas perjalanan. Apakah yang berlaku kepada tekanan udara di dalam tayar tersebut? (a)  Sebelum perjalanan Gambar foto 4.6 Tekanan udara tayar (b)  Selepas perjalanan kereta diukur Gambar foto 4.7 Bacaan tolok tekanan4.4.3 4.4.4 157

Eksperimen 4.6Inferens: Suhu suatu gas mempengaruhi tekanan gasHipotesis: Semakin tinggi suhu, semakin tinggi tekanan gasTujuan: Menentukan hubungan antara suhu dengan tekanan bagi suatu gas berjisim tetap pada isi padu malarPemboleh ubah:(a) Dimanipulasikan: Suhu, θ(b) Bergerak balas: Tekanan, P(c) Dimalarkan: Isi padu dan jisim udaraRadas: Kelalang dasar bulat, bikar besar, termometer, tolok tekanan, penunu Bunsen, tungku kaki tiga, pengacau dan kaki retortBahan: Air dan aisProsedur:1. Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.31. Termometer100 110 Tolok tekanan Bikar 80 90Pengacau 50 60 70 Tiub Kaki getah retort Penunu 10 20 30 40 Kelalang Bunsen dasar bulat –10 0 Kasa dawai Blok Tungku kaki kayu tiga Rajah 4.312. Panaskan air dengan perlahan dan kacau air itu secara berterusan sehingga suhu air itu mencapai 30°C.3. Ambil bacaan tekanan udara, P di dalam kelalang itu. Rekodkan bacaan dalam Jadual 4.13.4. Ulangi langkah 2 dan 3 dengan suhu 40°C, 50°C, 60°C, 70°C dan 80°C.5. Rekodkan semua bacaan tekanan udara, P dalam Jadual 4.13.158 4.4.4

Bab 4 HabaKeputusan: Jadual 4.13 Tekanan udara, P / kPa Suhu, θ / °C 30 40 50 60 70 80Analisis data:1. Plotkan graf tekanan, P melawan suhu, θ. Paksi-θ hendaklah meliputi julat –300°C hingga 100°C.2. Ekstrapolasi graf itu sehingga P = 0 kPa. Tentukan nilai suhu apabila tekanan, P = 0 kPa.Kesimpulan:Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada eksperimen ini?Sediakan laporan yang lengkap bagi eksperimen ini.Perbincangan:1. Apakah kelebihan menggunakan kelalang dasar bulat untuk pemanasan udara?2. Termometer direndam di dalam bikar besar berisi air. Apakah andaian yang perlu dibuat supaya bacaan termometer ialah suhu udara di dalam kelalang dasar bulat? Eksperimen 4.6 menunjukkan bahawa tekanan gas bertambah apabila suhu gas itu dinaikkan.Rajah 4.32 menunjukkan graf P melawan θ yang diekstrapolasi sehingga P = 0 kPa. P / kPa 0 θ / °C Rajah 4.32 Ekstrapolasi graf P melawan θ – 273 1004.4.4 159

Graf P melawan θ menunjukkan bahawa tekanan gas iNtegrasibertambah secara linear apabila suhu gas itu dinaikkan. Padasuhu 0 °C, molekul gas masih bergerak dan gas itu mempunyai iNtegSrEaJsAi RAHtekanan. Pada suhu –273 °C, iaitu sifar mutlak, molekul gas SEJARAHtidak lagi bergerak dan tidak berlanggar dengan dindingbekas. Tekanan gas itu menjadi sifar. Rajah 4.33 menunjukkangraf P melawan T. P / kPa 0 T/K Joseph Louis Gay-Lussac Rajah 4.33 Graf P melawan T (1778–1850) seorang ahli fizik dan kimia Perancis yang Graf P melawan T bagi suatu gas ialah satu garis lurus yang membuat pengajian kuantitatifmelalui titik asalan. Hal ini menunjukkan bahawa tekanan gas tentang ciri-ciri gas. Beliau jugaberkadar terus dengan suhu mutlak. menyiasat medan magnet Bumi dan komposisi atmosfera pada altitud tinggi. Selain itu, beliau menemui dua unsur baharu, iaitu boron dan iodin. https://bit. ly/2Lsd1zRHukum Gay-Lussac menyatakan bahawa tekanan adalah Hukum Gay-Lussacberkadar terus dengan suhu mutlak bagi suatu gas berjisimtetap pada isi padu malar.   https://bit. ly/2R8lRbc P∝T P = kT iaitu k ialah suatu pemalar P = tekanan (Pa) IINNBBFFOOeessttaarrii T = suhu mutlak (K) Untuk Hukum Gay-Lussac, Dengan itu, P = k isi paIIdNNuBBFFadPOOeealassh ttmaaalarrr. ii T TKatakan suatu gas mengalami perubahan tekanan dan suhudaripada keadaan 1 kepada keadaan 2.Daripada P = k, keadaan awal gas: P1 = k T T1 keadaan akhir gas: P2 = k P = pemalar T2 T P1 P2Maka, P1 = P2 T1 = T2 T1 T2160 4.4.4

Bab 4 Haba Rajah 4.34 menunjukkan suatu gas berjisim tetap dipanaskan pada isi padu malar. Apabilasuhu gas itu dinaikkan, tenaga kinetik purata molekul bertambah, iaitu molekul-molekul bergerakdengan halaju yang lebih tinggi. Oleh sebab isi padu gas tidak berubah, kadar perlanggaranmolekul gas dengan dinding bekas bertambah. Daya per unit luas pada permukaan dinding bekasturut bertambah. Dengan itu, tekanan gas itu bertambah. Petunjuk Halaju rendah Halaju tinggi Suhu dinaikkanRajah 4.34 Suatu gas berjisim tetap dipanaskan pada isi padu malarContoh 1Gas di dalam sebuah silinder keluli tertutup mempunyai tekanan 180 kPa pada suhu 25°C.Berapakah tekanan gas itu apabila silinder dipanaskan sehingga suhu 52°C?Penyelesaian: 34241 34241 34241P1 = 180 kPa akhir gasLangkah  P2 = TekananSenaraikan maklumat yangdiberi dengan simbol. T1 = (25 + 273) = 298 KLangkah 2 T2 = (52 + 273) = 325 KKenal pasti dan tulis rumusyang digunakan. Isi padu gas itu malar.Langkah 3 Rumus Hukum Gay-Lussac digunakan.Buat gantian numerikal ke dalam P1 = P2rumus dan lakukan penghitungan. T1 T2 218908 = P2 325 180 × 325 P2 = 298 = 196.3 kPa4.4.4 161