Haba & Kalorimetri
Haba dan Kalorimetri
Haba sentiasa mengalir daripada objek lebih panas ke yang lebih sejuk, tidak pernah sebaliknya, sehingga kedua-duanya mencapai suhu yang sama. Berapa banyak tenaga yang diambil bergantung pada tiga perkara: berapa banyak benda yang anda panaskan, ia diperbuat daripada apa, dan betapa besar perubahan suhu yang anda mahu.
Formula
Q = m · c · ΔT
- Q — tenaga haba (J): tenaga yang dipindahkan masuk ke atau keluar daripada satu objek sebagai haba
- m — jisim (kg): berapa banyak bahan sedang dipanaskan atau disejukkan
- c — muatan haba tentu (J/(kg·K)): tenaga yang diperlukan untuk menaikkan satu kilogram bahan itu sebanyak satu kelvin
- ΔT — perubahan suhu (K): perbezaan antara suhu akhir dan awal
Contoh penyelesaian
Berapa banyak tenaga haba diperlukan untuk memanaskan 2 kg air sebanyak 5 kelvin? (muatan haba tentu air ≈ 4000 J/(kg·K))
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40,000 J
Uji diri anda
Daripada 2 kg, anda kini mempunyai 4 kg air dan masih mahu menaikkannya sebanyak 5 kelvin. Berapa banyak tenaga haba diperlukan?
- 40,000 J
- 160,000 J
- Jawapan betul: 80,000 J
Betul! Menggandakan jisim menggandakan tenaga yang diperlukan: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J.
Kembali kepada 2 kg air itu, tetapi kini anda mahu menaikkan suhunya sebanyak 10 kelvin dan bukannya 5. Berapa banyak tenaga haba diperlukan?
- Jawapan betul: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
Tepat -- menggandakan perubahan suhu menggandakan tenaga: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J.
Di mana anda melihat ini
Pada petang yang sama, pasir pantai membakar kaki anda sementara laut kekal sejuk -- satu kilogram air menelan kira-kira 4000 joule per kelvin, beberapa kali ganda keperluan pasir, jadi laut memanas perlahan sepanjang musim. Sudu logam dalam sup panas menunjukkan sisi satu lagi: muatan haba rendah, ayunan suhu pantas.
Kesilapan biasa
Kekeliruan terdalam ialah haba dan suhu sebagai perkara yang sama -- suhu ialah betapa pantas molekul bergerak secara purata, haba ialah tenaga dalam peralihan, dan kadar pertukaran antara keduanya ialah apa hukum ini nyatakan: Q = m · c · ΔT. Kemudian perhatikan keterusberkadan: menggandakan jisim menggandakan tenaga (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J menjadi 80,000 J pada 4 kg), dan begitu juga menggandakan perubahan suhu. Bahan berbeza benar-benar membayar kadar berbeza.
Bagaimana ia bersambung
Hukum gas unggul memberitahu anda bagaimana suhu gas menetapkan tekanannya; ini senarai harga bagi mengubah suhu langsung -- jisim, bahan, dan perubahan, didarabkan keluar. Enjin haba, seterusnya, cuba menjalankan aliran haba itu melalui satu kitaran dan mengekstrak kerja daripadanya, dan mereka akan sangat ambil peduli berapa banyak haba yang terpaksa dibelanjakan.