4 2 Muatan Haba Tentu

PELAJARAN 2 – MUATAN HABA TENTU

dengan 0.25 kg air sejuk pada suhu 10oC.Berapakah suhu akhir campuran? Penyelesaian

(a)Takrif Muatan Haba Tentu,c dan Unit S.I.nya Muatan Haba Tentu sesuatu bahan ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan sebanyak 1oC. Unit S.I.nya ialah J kg-1 oC-1

(c) Eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu suatu pepejal (bongkah aluminium)

(b)Hubungan m,c, θ dan Q Oleh itu Q

=

mc θ

di mana Q = Haba m = jisim c = muatan haba tentu θ = perubahan suhu Contoh 1 Hitungkan jumlah tenaga haba yang diperlukan untuk memanaskan 2 kg keluli dari suhu 30oC kepada suhu 70oC (muatan haba tentu keluli = 500 J kg -1 o C-1 ) Penyelesaian

Contoh 2 4 kg air membebaskan haba sebanyak 8.4 x 10 5 J apabila disejukkan dari suhu 90oC kepada suhu 40oC .Kirakan mutan haba tentu air. Penyelesaian

Contoh 3 0.2 kg air panas pada suhu 100oC dicampurkan

Catatkan kuasa pemanas rendam yang digunakan =P Timbang jisim bongkah aluminium = m Catatkan suhu awal bongkah aluminium = θ1 Hidupkan pemanas rendam dan serentak dengan itu mulakan jam randik Selepas masa t ,matikan pemanas rendam dan catatkan suhu maksimum bongkah aluminium = θ2 Kirakan tenaga yang dibebaskan oleh pemanas = Pt Kirakan tenaga haba yang diterima oleh bongkah = mc ( θ2-θ1) Dengan menganggap tiada kehilangan haba ke persekitaran, Pt = mc (θ2-θ1) c = Pt m (θ2-θ1) Sebagai langkah berjaga-jaga ,

Balutkan bongkah aluminium dengan felt untuk mengurangkan kehilangan haba ke sekeliling. Masukkan sedikit minyak ke dalam lubang yang mengandungi termometer supaya berlaku sentuhan terma antara bongkah aluminium dengan termometer. (d)Eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu suatu cecair (air)

Catatkan kuasa pemanas rendam yang digunakan = P Timbang jisim bikar kosong = m1 Masukkan air dalam bikar dan timbang semula jisim bikar = m2 Catatkan suhu awal air = θ1 Hidupkan pemanas rendam dan serentak dengan itu mulakan jam randik Selepas masa t ,matikan pemanas rendam dan catatkan suhu maksimum air = θ2 Kirakan tenaga yang dibebaskan oleh pemanas = Pt Kirakan tenaga haba yang diterima oleh air =( m2 - m1)c (θ2-θ1) Dengan menganggap tiada kehilangan haba ke persekitaran, Pt = ( m2 - m1) c (θ2-θ1) c = Pt ( m2 - m1) (θ2-θ1) Sebagai langkah berjaga-jaga , Masukkan bikar dalam bekas polisterin mengurangkan kehilangan haba ke sekeliling.

Kacau air setiap masa supaya suhu air sentiasa seragam pada semua bahagian. (e)Perbandingan nilai c yang didapati eksperimen dan nilai teori Nilai c yang didapati daripada eksperimen adalah lebih besar daripada nilai teori. Ini disebabkan kehilangan haba ke persekitaran menyebabkan kenaikan suhu menjadi lebih kecil. Dengan itu muatan haba tentu daripada eksperimen lebih besar kerana c = Pt mθ Contoh 4 Sebuah pemanas rendam berlabel 2 kW,240 V digunakan untuk memanaskan 3 kg air.Berapakah kenaikan suhu air apabila pemanas itu diguna selama 8 minit. (Muatan haba tentu air = 4200 J kg -1 o C-1) Penyelesaian

Contoh 5 Sebuah pemanas rendam mempunyai kuasa 1.2 kW digunakan untuk memanaskan air berjisim 0.20 kg yang berada dalam sebuah bekas kuprum berjisim 0.05 kg. Berapa lamakah masa pemanasan diambil supaya suhu air dan bekas kuprum meningkat sebanyak 20oC. (muatan haba tentu air = 4200 J kg -1 o C-1 muatan haba tentu kuprum = 400 J kg -1 o C-1

TUTORIA Penyelesaian

(f)Aplikasi muatan haba tentu dalam kehidupan seharian 1 Alat-alat memasak seperti periuk,kuali,cerek diperbuat daripadabahan yang mempunyai muatan haba tentu yang rendah.Dengan itu pemanasan berlaku dengan cepat dan menjimatkan gas memasak. 2 Pemegang perkakas dapur diperbuat daripada bahan yang mempunyai muatan haba tentu yang tinggi.Oleh itu pemegang akan menjadi lambat panas. 3 Agen penyejuk dalam radiator kereta ialah air yang mempunyai muatan haba tentu yang tinggi.Dengan itu air dipam ke bahagian enjin kereta yang panas dan menyerap haba.Haba yang diserap oleh air akan dialirkan ke sirip penyejuk hitam. 4 Kejadian bayu laut dan bayu darat: Muatan haba tentu cecair(air laut) lebih besar daripada muatan daratan(pasir). Pada siang hari daratan(pasir) lebih cepat panas daripada cecair(air laut). Udara di permukaan daratan menjadi panas dan kurang tumpat dan naik ke atas . Udara yang sejuk dari laut bertiup ke pantai sebagai bayu laut melalui proses perolakan.

1

Bahan P mempunyai muatan haba tentu 2000 J kg-1 o C -1 dan bahan Q mempunyai muatan haba tentu 4000 J kg-1 o C -1 . Pernyataan yang manakah adalah benar? A B C

D

4000 J haba akan menaikkan suhu 0.5 kg bahan P sebanyak 1o C 2000 J haba akan menaikkan suhu 2.0 kg bahan Q sebanyak 1o C Bahan P lebih cepat panas daripada bahan Q jika jisim bahan P dan bahan Q adalah sama dan ia dipanaskan serentak. Untuk kenaikkan suhu yang sama bahan P memerlukan haba 2 kali ganda berbanding bahan Q jika jisim bahan P dan bahan Q adalah sama.

2

Jumlah haba yang dibebaskan apabila suatu logam X berjisim 5.0 kg disejukkan dari suhu 30o C ke 20 o C adalah, (muatan haba tentu logam X = 500 J kg-1o C -1) A C E 3

1.25 x 104 J 5.0 x 104 J 8.85 x 104 J

B D

2.5 x 104 J 6.25 x 104 J

Sebungkah kuprum berjisim 100 g dipanaskan dengan 3200 J tenaga haba menyebabkan suhunya berubah dari 30o C ke 110 o C.Muatan haba tentu kuprum adalah

A 200 J kg-1 o C kg-1 o C-1 C 800 J kg-1 o C 1000Jkg-1oC -1

-1

B

-1

D

400 J

E

2000Jkg-1oC

supaya suhu akhir campuran menjadi 50o C.

-1

4

420 kJ haba dibebaskan apabila 2 kg air disejukkan dari suhu 70o C.Berapakah suhu akhir air? ( muatan haba tentu air = 4.2 x 103 J kg -1oC-1) A C E

15o C 30o C 70o C

B D

20o C 50o C

5

Suatu bahan api menghasilkan 4 kJ bagi setiap 0.002 Kg pembakarannya.Jika bahan api ini digunakan untuk memanaskan suatu cecair berjisim 5 kg dari suhu 40o C hingga 90oC, berapakah jisim bahan api yang diperlukan? ( muatan haba tentu air = 5.0 x 103 J kg –1 O C-1 )

A C E

0.375 kg

B

0.450

C

0.625 kg

D

0.865

E

1.55 kg

A C E

kg kg 6 600 g air sejuk berada pada suhu 40o C. Apabila air panas berjisim 400 g pada suhu 90o C dicampurkan kepada air sejuk,suhu akhir campuran adalah,

B

10 g D 20 g

8 Cecair M berjisim 0.5 kg berada pada suhu 40o C dimasukkan dalam sebuah bikar yang mengandungi 2 kg cecair N yang berada pada suhu 25o C.Suhu akhir campuran adalah, ( muatan haba tentu cecair M = 8.4 x 103 J kg -1o C-1) (muatan haba tentu cecair N = 4.2 x 103 J kg -1 o C-1 )

9 A

5g 15 g 30 g

28o C 32.5o C 38.5o C

B D

30o C 34.5o C

Sekeping plumbum berjsim 1.5 kg pada suhu 90o C diletakkan ke dalam suatu bekas yang berisi 2 kg air pada suhu 30 o C.Jika suhu akhir campuran adalah 31.5o C dan muatan haba tentu air adalah 4.2 x 103 J kg -1 o

C-1, berapakah nilai muatan haba tentu plumbum?

A

144 J kg

-1 o

C-1B

568 J kg

-1oC-1

A C D 7

55o C 65o C 75o C

B D

60o C 70o C

Sebuah bekas mengandungi 15 g air bersuhu 30o C.Berapakah jisim air yang bersuhu 80o C perlu dicampurkan ke dalam bekas tersebut

C

1425 J kg

-1 o

C-1

D

2070J

kg-1oC-1 E

3020 J kg-1oC-1

10 6 kg suatu cecair dipanaskan dengan sebuah pemanas rendam 230 V, 2 kW selama 5 minit.Jika muatan haba tentu cecair itu

adalah 4.2 x 103 J kg -1 o C-1 ,kenaikkan suhu cecair adalah A C E

5oC 15 o C 25 o C

B D

10 20

o o

C C

11 Sebuah cerek elektrik 0.8 kW,240 V diisikan 0.5 kg air pada suhu 30 o C.Berapa lamakah cerek perlu dipanaskan sehingga air mendidih? (muatan haba tentu air = 4.2 x 103 J kg -1oC-1) A C E

76 s 184 s 520 s

D

B 168 s 340 s

12 Beza keupayaan merentasi sebuah pemanas rendam adalah 240 V dan arus 4 A mengalir selama 5 minit menyebabkan suhu suatu cecair berjisim 1.5 kg meningkat dari suhu 35o C menjadi 85o C. Muatan haba tentu cecair tersebut adalah A 2560 J kg -1 o C-1 3840Jkg -1oC-1 C 4200 J kg -1 o C-1 5320Jkg -1oC-1 E 6080Jkg -1oC-1

B D

13 Suatu pemanas elektrik digunakan untuk memanaskan 3 kg air.Masa yang diambil untuk menaikkan suhu air daripada 30 o C ke 44 o C adalah 5 minit.Jika muatan haba tentu air adalah 4200 J kg -1 o C-1 tentukan kuasa pemanas elektrik tersebut. A C E

888 W 348 W 154 W

B D

588 W 208 W

14 Sebuah pemanas rendam berkuasa 50 W dihidupkan selama 5 minit untuk memanaskan air berjisim 0.5 kg yang berada dalam sebuah tin aluminium berjisim 1 kg.Suhu air dan tin aluminium didapati meningkat sebanyak 6 o C. Berapakah muatan haba tentu tin aluminium? (muatan haba tentu air = 4.2 x 103 J kg -1 o C-1 ) A

200 J kg

-1 o

C-1

C-1 C 2100 J kg -1 o C-1 -1o -1 kg C E 6600 J kg-1oC-1 kg

B

400 J

D

4200 J

-1o

15 Sebongkah logam X berada dalam sejenis cecair berjisim 2 kg dalam sebuah bekas yang bertebat.Suhu awal cecair dan logam X adalah 30o C.Apabila 75 kJ haba dibekalkan kepada logam X dan cecair tersebut suhu keduaduanya menjadi 42o C.Tentukan jisim logam X itu. (muatan haba tentu cecair = 3 x 3 10 Jkg -1oC-1) (muatan haba tentu logam X =5 x 2 10 Jkg-1oC-1 A C E

0.1 kg 0.5 kg 1.8 kg

B D

0.2 kg 1.4 kg

16 Seketul logam dibiarkan jatuh dari tempat yang tinggi.Suhu ketul

logam itu meningkat apabila terkena lantai disebabkan faktor berikut kecuali A jisim logam B tarikan graviti C tinggi logam jatuh D muatan haba tentu logam 17 Sebongkah logam dijatuhkan dari sebuah bangunan setinggi 82 m.Semasa terkena tanah ,berapakah kenaikkan suhu logam? (muatan haba tentu logam = 410 J kg -1oC-1 ) A 0.5 o C B 1.0 o C C 2.0 o C D 4.0 o C o E 8.0 C 18 50 butir plumbum yang setiap satunya berjisim 0.005 kg dimasukkan dalam sebuah selinder tertutup yang panjangnya 0.5m.Udara kemudiannya disedut keluar supaya silinder menjadi vakum.Silinder itu kemudian diterbalikkan sebanyak 40 kali supaya setiap butir plumbum jatuh dari bahagian atas silinder ke dasarnya.Berapakah kenaikkan suhu butir-butir plumbum itu? (muatan haba tentu butir-butir plumbum = 130 J kg -1 o C-1 ) A C E

1.5 o C 2.5 o C 308 o C

B D

2.3 2.8

o o

C C

19 Sebuah Asteroid berjisim 500 kg memasukki atmosfera bumi dengan halaju 2000 ms-1 ,menyebabkan suhunya meningkat menjadi 10000 o C.Tentukan muatan haba tentu Asteroid tersebut?

A 100 J kg -1 o C-1 kg -1oC-1 C 400 J kg -1 o C-1 1000Jkg -1oC-1 E 2000J kg -1o C-1

B

200 J

D

20 0.2 kg suatu cecair dipanaskan dengan pemanas 0.4 kW, 240 V.Tentukan muatan haba tentu cecair itu. A B C D E

1000 2000 3000 4000 5000

J kg -1 o C-1 J kg -1o C-1 J kg -1 o C-1 J kg -1 o C-1 J kg -1 o C-1

21 Nilai muatan haba tentu yang didapati dari eksperimen dengan menggunakan pemanas rendam biasanya lebih tinggi dari nilai piawai kerana A Kerosakkan alat radas B Pengurangan jisim bahan C Kenaikkan suhu yang lebih kecil D Kuasa pemanas rendam yang berlebihan 23 Tujuan utama memasukkan minyak ke dalam lubang yang mengandungi termometer bagi sebuah silinder aluminium semasa menjalankan eksperimen

menntukan muatan haba tentunya adalah A mempercepatkan pemindahan haba B supaya termometer senang dmasukkan C mengurangkan kehilangan haba ke persekitaran D supaya berlakunya sentuhan terma antara silinder aluminium dengan termometer 23 Pernyataan yang manakah benar mengenai alat memasak?

A B C D

Muatan haba tentu bahagian pemegang alat memasak Tinggi Rendah Tinggi Rendah

Muatan haba tentu bahagian lain alat memasak Tinggi Tinggi Rendah Rendah

24 Di antara yang berikut adalah merupakan aplikasi muatan haba tentu suatu bahan. A B C D laut

peti sejuk alat-alat memasak sistem penyejukan enjin kereta kejadian bayu darat dan bayu

Bahan A B C

Muatan haba tentu / J kg-1 o C-1 250 3200 8000

25 Jadual di atas merupakan nilai muatan haba tentu jenis tiga jenis bahan A,B dan C. (a) Nyatakan rupabentuk bahan B. ....................................................... .............. (b) Jika A,B dan C mempunyai jisim yang sama dipanaskan serentak,bahan yang manakah paling lambat menjadi panas. ....................................................... ............. (c) Jika bahan-bahan tersebut digunakan dalam pembuatan sebuah kuali yang mempunyai pemegang bahan yang manakah adalah sesuai untuk (i) bahagian pemegang kuali ................................................. ................... (ii) badan kuali ................................................. ................... (d) 2 kg bahan A berada pada suhu 30o C dicampurkan dengan 4 kg bahan B berada pada suhu 80o C .Berapakah suhu akhir campuran. (Anggapkan bahan A dan B boleh bercampur)

(i) muatan haba (ii) muatan haba tentu (b) Huraikan eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu suatu pepejal (c) Bandingkan nilai muatan haba tentu yang didapati daripada eksperimen berbanding dengan nilai teori.Jelaskan jawapan anda.

27 Rajah di atas menunjukkan sebuah tin logam berjisim 2.0 kg berisi 1.5 kg air yang berada pada suhu 28o C.Selepas dipanaskan selama 10 minit dengan sebuah pemanas 0.08 kW , 240 V,suhu air dan tin logam meningkat menjadi 34o C. (a) Hitungkan jumlah tenaga haba yang dibekalkan oleh pemanas.

(b) Jika muatan haba tentu air ialah 4200 J kg-1 o C-1,hitungkan (i) Kuantiti haba yang diterima oleh oleh air (ii) Kuantiti haba yang diterima oleh tin logam

(iii) Muatan haba tentu logam.

28 (a) Berikan takrif yang berikut serta unit S.I.nya

29 (a) Huraikan eksperimen untuk menentukan muatan haba tentu suatu cecair. (b) Huraikan kejadian bayu laut dan bayu darat (c)

Huraikan dua aplikasi muatan haba tentu dalam kehidupan seharian.