Memahami Prinsip-prinsip Hitam
Jika kita mencampurkan air panas dan sejuk dalam bekas terbuka (contohnya, baldi), haba akan berpindah dari air panas ke air sejuk. Oleh kerana bekas itu terbuka, sebahagian daripada haba akan berpindah ke udara. Bekas itu juga menjadi lebih panas. Haba yang dibebaskan oleh air panas bukan sahaja diserap oleh air sejuk tetapi juga oleh udara dan bekas. Dalam kes ini, baldi ialah sistem yang tidak terasing.
Apabila kita mencampurkan air panas dan sejuk dalam termos tertutup, haba akan berpindah dari air panas ke air sejuk. Termos ialah sistem terpencil , jadi tiada haba yang dipindahkan ke udara atau termos. Haba yang dibebaskan oleh air panas hanya diserap oleh air sejuk sehingga campuran mencapai keseimbangan terma.
Prinsip Black menyatakan bahawa dalam sistem tertutup yang terasing, haba yang dibebaskan oleh objek suhu tinggi = haba yang diserap oleh objek suhu rendah.
Formula asas Black
Qlepas = Qserap
Penerangan: Qlepas = haba yang dibebaskan oleh objek suhu tinggi, Qserap = haba yang diserap oleh objek suhu rendah
Contoh soalan prinsip Black
1. Sekeping besi panas berjisim 1 kg dan suhu 100 oC dimasukkan ke dalam bekas berisi air berjisim 2 kg dan bersuhu 20 oC. Apakah suhu akhir campuran itu? Haba tentu besi = 450 J/kg Co, haba tentu air = 4200 J/kg Co.
Perbincangan:
Dikenali :
m besi = 1 kg, Tsaham = 100 oC, m air = 2 kg, Tudara = 20 oC, c besi = 450 J/kg Co, c air = 4200 J/kg Co.
Ditanya :
Campuran T?
Jawab :
Besi mempunyai suhu yang lebih tinggi daripada air jadi besi membebaskan haba, air menyerap haba.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Suhu Suhu akhir campuran besi panas dan air sejuk apabila kedua-duanya berada dalam keseimbangan terma ialah 24 oC.
2. Soalan Peperiksaan Kebangsaan Fizik SMA/MA 2015/2016 No.20
75 gram air pada suhu 0 ° C dicampurkan dengan 50 gram air supaya suhu campuran tersebut ialah 40 ° C, jadi suhu awal 50 gram air tersebut ialah...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 o C
D. 100 o C
E. 80 ° C
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Jisim air 1 (m 1 ) = 75 gram
Suhu awal air 1 (T 1 ) = 0 ° C
Jisim air 2 (m 2 ) = 50 gram
Suhu akhir campuran (T) = 40 o C
Unit jisim adalah sama jadi tiada penukaran diperlukan.
Dikehendaki: Suhu awal air 2 (T 2 )
Jawapan:
Prinsip Black menyatakan bahawa dalam sistem tertutup yang terpencil, haba yang dibebaskan oleh objek bersuhu tinggi adalah sama dengan haba yang diserap oleh objek bersuhu rendah.
Q dilepaskan = Q diserap
m 1 c ( ΔT 1 ) = m 2 c ( ΔT 2 )
Haba tentu air adalah sama jadi c dihapuskan daripada persamaan.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T 2 – 40)
(75)(40) = (50)(T 2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T 2
5000 = 50 T 2
T2 = 100
Jawapan yang betul ialah D.
3. Soalan Peperiksaan Kebangsaan Fizik SMA/MA 2015/2016 No.20
Sebiji logam seberat 200 gram dipanaskan hingga 120 ° C kemudian dimasukkan ke dalam 100 gram air pada suhu 30 ° C. Selepas keseimbangan, suhu campuran menjadi 60 ° C. Jika haba tentu air ialah 4200 J.kg -1° C -1 , maka haba tentu logam itu ialah...
A. 10,5 J.kg -1o C -1
B. 105 J.kg -1o C -1
C. 150 J.kg -1o C -1
D. 1050 J.kg -1o C -1
E. 1500 J.kg -1o C -1
Perbincangan
Penukaran unit jisim daripada gram kepada kilogram (Sistem Unit Antarabangsa)
Adalah diketahui bahawa:
Jisim logam (m1 ) = 200 gram = 0,2 kg
Suhu logam (T1 ) = 120 ° C
Jisim air (m2 ) = 100 gram = 0,1 kg
Suhu air (T 2 ) = 30 o C
Suhu akhir campuran (T) = 60 o C
Haba tentu air (c 2 ) = 4200 J.kg -1 o C -1
Ditanya: Haba tentu logam ( c1 )
Jawapan:
Q dilepaskan = Q diserap
m1 c1 (ΔT1) = m2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c 1 )(120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(c 1 )(60) = (0,1)(4200)(30)
12 c 1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
Jawapan yang betul ialah D.
4. Soal UN SMA/MA 2018
Air mendidih (100 o C) sebanyak 250 ml dituang ke dalam periuk yang mengandungi 400 ml air pada suhu 35 o C. Selepas keseimbangan terma berlaku, suhu campuran ialah… (haba tentu air 1,0 kal.gr -1 . o C -1 )
Perbincangan
Ia diketahui:
Suhu air panas = 100 o C
Isipadu air panas = 250 ml = 0,25 liter = 0,25 dm3 = (0,25)(1000 cm3 ) = 250 cm3
Suhu air sejuk = 35 o C
Isipadu air sejuk = 400 ml = 0,4 liter = 0,4 dm3 = (0,4)(1000 cm3 ) = 400 cm3
Haba tentu air = 1,0 kal.gr -1 . o C -1
Ketumpatan air = 1 gr/ cm3
Ditanya: Suhu campuran
jawab:
Kira jisim air panas dan sejuk menggunakan formula ketumpatan:
m = ρV
m = jisim, ρ = ketumpatan, V = isipadu
Jisim air panas: m = ρ V = ( 1 gr/cm 3 )(250 cm 3 ) = 250 gram
Jisim air sejuk: m = ρ V = ( 1 gr/cm 3 )(400 cm 3 ) = 400 gram
Kirakan suhu campuran menggunakan formula prinsip Black:
Haba yang diserap oleh air sejuk = haba yang dibebaskan oleh air panas
mc ΔT = mc ΔT
Haba tentu adalah sama jadi ia dihapuskan daripada persamaan.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 ° C
