Masalah yang diselesaikan dalam Fizik Asas

1. Imenguruskan gas dalam bekas tertutup pada mulanya mempunyai isipadu V dan tekanan P. Jika tekanan akhir ialah 4P dan isipadu dikekalkan malar, apakah ratio tenaga kinetik awal dengan tenaga kinetik akhir tenaga kinetik.

Diketahui:

Tekanan awal (P₁) = P

Tekanan akhir (P₂) = 4P

Isipadu awal (V₁) = V

Jilid akhir (V₂) = V

Dikehendaki: Nisbah tenaga kinetik awal kepada tenaga kinetik akhir (KE₁ :KE₂)

Penyelesaian:

Hubungan antara tekanan (P), isipadu (V) dan tenaga kinetik (KE) bagi gas ideal :

Nisbah tenaga kinetik awal kepada tenaga kinetik akhir:

2. Apakah purata tenaga kinetik translasi molekul dalam gas ideal pada 57^oC.

Diketahui:

Suhu gas (T) = 57^oC + 273 = 330 Kelvin

Boltzmannpemalar (k) = 1.38 x 10^-23 Joule/Kelvin

Dikehendaki: Tenaga kinetik translasi purata

Penyelesaian:

Hubungan antara tenaga kinetik (KE) dan suhu bagi gas (T):

Tenaga kinetik translasi purata:

3. Gas di 27^oC dalam bekas tertutup. Jika tenaga kinetik gas meningkat 2 kali ganda tenaga kinetik awal, maka suhu akhir gas ialah…

Diketahui:

Suhu awal (T₁) = 27^oC + 273 = 300 K

Tenaga kinetik awal =KE

Tenaga kinetik akhir = 4 KE

Dikehendaki: Suhu akhir (T₂)

Penyelesaian:

4. Gas ideal berada dalam bekas tertutup, ia dipanaskan jadi ia muktamad halaju purata zarah gas meningkat sebanyak 3 kali ganda halaju purata awal. Jika suhu gas awal ialah 27^oC, maka suhu akhir gas ideal ialah…

Diketahui:

Suhu awal = 27^oC + 273 = 300 Kelvin

Halaju awal = v

Halaju akhir = 2v

Dikehendaki : Tsuhu akhir gas ideal

Penyelesaian:

Halaju purata akhir = 2x halaju purata awal

5. Tiga mol gas berada dalam ruang isipadu 36 liter. Setiap molekul gas mempunyai tenaga kinetik 5 x 10^-21 Joule. Pemalar gas universal = 8.315 J/mol.K dan pemalar Boltzmann = 1.38 x 10^-23 J/K. Berapakah tekanan gas di dalam bekas itu.

Diketahui:

Bilangan mol (n) = 3 mol

Isipadu = 36 liter = 36 dm³ = 36 x 10^-3 m³

Pemalar Boltzmann (k) = 1.38 x 10^-23 J / K

Tenaga kinetik (KE) = 5 x 10^-21 Joule

Pemalar gas universal (R) = 8.315 J/mol.K

Dikehendaki Tekanan gas (P)

Penyelesaian:

Kirakan suhu menggunakan persamaan tenaga kinetik gas.

Kira tekanan gas menggunakan persamaan hukum gas ideal (dalam bilangan mol, n):

PV = n RT

P (36 x 10^-3) = (3)(8.315)(241.5)

P (36 x 10^-3) = 6024.22

Tekanan gas ialah 1.67 x 10⁵ Pascal atau 1.67 atmosfera.

Maklumat Lanjut

1. Sayamenguruskan gas dalam bekas tertutup pada mulanya mempunyai isipadu V dan suhu S. Suhu akhir ialah 5/4T dan suhu akhir ialah tekanan ialah 2P. Berapakah isipadu akhir gas itu?

Diketahui:

Isipadu awal (V₁) = V

Suhu awal (T₁) = T

Suhu akhir (T₂) = 5/4 T

Tekanan awal (P₁) = P

Tekanan akhir (P₂) = 2P

Dikehendaki: Isipadu akhir (V₂)

Penyelesaian:

2. Tentukan isipadu 2.00 moles gas (gas ideal) pada STP. STP = Suhu dan Tekanan Piawai.

Diketahui:

Mol gas (n) = 2 moles

Suhu piawai (T) = 0 ^oC = 0 + 273 = 273 Kelvin

Tekanan piawai (P) = 1 atm = 1.013 x 10⁵ Pa

Pemalar gas universal (R) = 8.315 Joule/moleKelvin

Dikehendaki Isipadu gas (V)

Penyelesaian:

Persamaan bagi Hukum gas ideal (dalam bilangan mol, n)

Isipadu 2 mol gas ialah 44.8 liter.

Isipadu 1 mol gas ialah 45.4 liter / 2 = 22.4 liter.

Isipadu 1 mol sebarang gas ialah 22.4 liter.

3. 4 liter gas oksigen mempunyai suhu 27°C dan tekanan 2 atm (1 atm = 10⁵ Pa) dalam bekas tertutup. Pemalar gas universal (R) = 8.314 J.mole^-1.K^-1 dan nombor Avogadro (N_A) = 6.02 x 10²³ molekul/moleApakah molekul gas oksigen di dalam bekas itu?

Diketahui:

Isipadu gas (V) = 4 liter = 4 dm³ = 4 x 10^-3 m³

Suhu gas (T) = 27^oC = 27 + 273 = 300 Kelvin

Tekanan gas (P) = 2 atm = 2 x 10⁵ Pa

Pemalar gas universal (R) = 8.314 J.mole^-1.K^-1

Nombor Avogadro (N_A) = 6.02 x 10²³

Dikehendaki Apakah molekul gas oksigen dalam bekas (N)?

Penyelesaian:

Dalam 1 mol gas oksigen, terdapat 1.93 x 10²³ molekul oksigen.

4. Sebuah bekas yang mengandungi gas neon (Ne, jisim atom = 20 u) pada suhu dan tekanan piawai (STP)) mempunyai isipadu 2 m³Tentukan jisim gas neon!

Diketahui:

Jisim atom neon = 20 gram/mole = 0,02 kg/mole

Suhu standard (T) = 0^oC = 273 Kelvin

Tekanan standard (P) = 1 atm = 1.013 x 10⁵ Pascal

Isipadu (V) = 2 m³

Dikehendaki : besar-besaran (M) gas neon

Penyelesaian:

Pada suhu dan tekanan piawai (STP), 1 mole daripada sebarang gas, termasuk gas neon, mempunyai isipadu 22.4 liters = 22.4 dm³ = 0.0448 m³.

Dalam isipadu 2 m³, terdapat 44.6 mol gas neon.

Jisim atom relatif gas neon ialah 20 gram/mol.

Ini bermakna dalam 1 mol terdapat 20 gram atau 0.02 kg gas neon. Oleh kerana dalam 1 mol terdapat 0.02 kg gas neon, maka dalam 44.6 mol terdapat 44.6 mol x 0.02 kg/mol = 0.892 kg = 892 gram gas neon.

Maklumat Lanjut

1. Igas perjanjian pada mulanya ada tekanan P dan suhu T. Gas tersebut mengalami proses isokorik supaya tekanan akhir menjadi 4 kali ganda tekanan awal. Berapakah suhu akhir gas itu?

Diketahui:

Tekanan awal (P₁) = P

Tekanan akhir (P₂) = 4P

Suhu awal (T₁) = T

Dikehendaki: Suhu akhir (T₂)

Penyelesaian:

Formula daripada Hukum Gay-Lussac :

Suhu akhir menjadi 4 kali ganda suhu awal.

2. Dalam bekas tertutup, gas ideal pada mulanya mempunyai suhu 27^oC. Jika Tekanan akhir menjadi 2 kali ganda tekanan awal, apakah suhu akhir?

Diketahui:

Tekanan awal (P₁) = P

Tekanan akhir (P₂) = 2P

Suhu awal (T₁) = 27^oC + 273 = 300 K

Dikehendaki: Suhu akhir (T₂)

Penyelesaian:

3. Sebuah tayar diisi sehingga tekanan tolok 2 atm pada suhu 27°C. Selepas pemanduan, suhu di dalam tayar meningkat kepada 47°C. Berapakah tekanan di dalam tayar sekarang?

Diketahui:

Tekanan atmosfera = 1 atm = 1 x 10⁵ Pa

Tekanan tolok awal = 2 atm = 2 x 10⁵ Pa

Tekanan mutlak awal (P₁) = 1 atm + 2 atm = 3 atm = 3 x 10⁵ Pa

Suhu awal (T₁) = 27^oC + 273 = 300 K

Suhu akhir (T₁) = 47^oC + 273 = 320 K

Dikehendaki: Suhu tolok akhir

Penyelesaian:

Tekanan tolok akhir = tekanan mutlak akhir – tekanan atmosfera

Tekanan tolok akhir = 3.2 atm – 1 atm

Tekanan tolok akhir = 2.2 atm

Maklumat Lanjut

1. Dalam bekas tertutup, gas mengembang supaya isipadu akhir menjadi 3 kali ganda isipadu awal (V = isipadu awal, T = isipadu awal suhu). Berapakah suhu akhir?

Diketahui:

Isipadu awal (V₁) = V

Isipadu akhir (V₂) = 3V

Suhu awal (T₁) = T

Dikehendaki: Suhu akhir (T₂)

Penyelesaian:

Formula daripada Hukum Charles :

Suhu akhir gas menjadi 3 kali ganda suhu awal.

2. SayaGas-gas urus niaga pada mulanya mempunyai isipadu V dan suhu T. Jika gas tersebut mengalami proses isobarik supaya suhu menjadi 2 kali ganda suhu awal maka isipadu akhir gas ialah…

Diketahui:

Isipadu awal (V₁) = V

Suhu awal (T₁) = T

Suhu akhir (T₂) = 2T

Dikehendaki: isipadu akhir (V₂)

Penyelesaian:

Isipadu akhir gas menjadi 2 kali ganda isipadu awal.

3. Dalam bekas tertutup, gas ideal pada mulanya mempunyai isipadu 2 liter dan suhu 27^oC. Jika isipadu akhir gas menjadi 3 liter maka suhu akhir ialah…

Diketahui:

Isipadu awal (V₁) = 2 liter = 2 dm³ = 2 x 10^-3 m³

Isipadu akhir (V₂) = 3 liter = 3 dm³ = 3 x 10^-3 m³

Suhu awal (T₁) = 27^oC + 273 = 300 K

Dikehendaki: Suhu akhir (T₂)

Penyelesaian:

Suhu akhir ialah 177^oC atau 177 + 273 = 450 Kelvin.

Maklumat Lanjut

1. Sesetengah gas ideal pada mulanya mempunyai tekanan P dan isipadu V. Jika gas mengalami proses isoterma supaya tekanan akhir menjadi 4 kali ganda tekanan awal, maka isipadu akhir gas ialah…

Diketahui:

Tekanan awal (P₁) = P

Tekanan akhir (P₂) = 4P

Isipadu awal (V₁) = V

Dikehendaki: Jilid akhir (V₂)

Penyelesaian:

Formula daripada Hukum Boyle :

PV = berterusan

P₁ V₁ = P₂ V₂

(P)(V) = (4P)(V₂)

V = 4 V₂

V₂ = V / 4 = ¼ V

Isipadu akhir gas ialah ¼ darab isipadu awal.

2. Dalam bekas tertutup, gas mengembang supaya akhir jumlah menjadi 2 kali ganda isipadu awal (V = isipadu awal, P = tekanan awal). Tekanan akhir gas ialah…

Diketahui:

Tekanan awal (P₁) = P

Isipadu awal (V₁) = V

Jilid akhir (V₂) = 2V

Dikehendaki : Tekanan akhir (P₂)

Penyelesaian:

P₁ V₁ = P₂ V₂

PV = P₂ (2V)

P = P₂ (2)

P₂ = P / 2 = ½ P

Tekanan gas menjadi ½ kali ganda tekanan awal.

3. Dalam bekas tertutup, gas-gas yang mempunyai tekanan 2 atm dan isipadu 1 liter. Jika tekanan gas menjadi 4 atm maka isipadu gas menjadi...

Diketahui:

Tekanan awal (P₁) = 2 atm = 2 x 10⁵ Pa

Tekanan akhir (P₂) = 4 atm = 4 x 10⁵ Pa

Isipadu awal (V₁) = 1 liter = 1 dm³ = 1 x 10^-3 m³

Dikehendaki : Jilid akhir (V₂)

Penyelesaian:

P₁ V₁ = P₂ V₂

(2 x 10⁵)(1 x 10^-3) = (4 x 10⁵) V₂

(1)(1 x 10^-3) = (2) V₂

1 x 10^-3 = (2) V₂

V₂ = ½ x 10^-3

V₂ = 0.5 x 10^-3 m³ = 0.5 dm³ = 0.5 liters

Maklumat Lanjut

1. Tiga kapasitor, C₁ = 2 μF, C₂ = 4 μF, C₃ = 4 μF, ialah disambung secara bersiri dan selariTentukan kapasitans bagi satu kapasitor yang akan mempunyai kesan yang sama seperti gabungannya.

Diketahui:

Kapasitor C₁ = 2 μF

Kapasitor C₂ = 4 μF

Kapasitor C₃ = 4 μF

Dikehendaki: Kapasitans setara (C)

Penyelesaian:

Kapasitor C₂ dan C₃ disambungkan secara selari. Kapasitans setara:

C_P = C₂ + C₃ = 4 + 4 = 8 μF

Kapasitor C₁ dan C_p disambungkan secara siri. Kapasitans setara:

1/C = 1/C₁ + 1 /C_P = 1/2 + 1/8 = 4/8 + 1/8 = 5/8

C = 8/5 μF

2. Lima kapasitor, C₁ = 2 μF, C₂ = 4 μF, C₃ = 6 μF, C₄ = 5 μF, C₅ = 10 μF, disambungkan secara bersiri dan selari. Tentukan kapasitans bagi satu kapasitor yang akan mempunyai kesan yang sama seperti gabungannya.

Diketahui:

Kapasitor C₁ = 2 μF

Kapasitor C₂ = 4 μF

Kapasitor C₃ = 6 μF

Kapasitor C₄ = 5 μF

Kapasitor C₅ = 10 μF

Dikehendaki: Kapasitans setara (C)

Penyelesaian:

Kapasitor C₂ dan C₃ disambungkan secara selari. Kapasitans setara:

C_P = C₂ + C₃

C_P = 4 + 6

C_P = 10 μF

Kapasitor C₁, C_P, C₄ dan C₅ disambungkan secara bersiri. Kapasitans setara:

1/C = 1/C₁ + 1 /C_P + 1/C₄ + 1/C₅

1/C = 1/2 + 1/10 + 1/5 + 1/10

1/C = 5/10 + 1/10 + 2/10 + 1/10

1/C = 9/10

C = 10/9 μF

3. C₁ = 3 μF, C₂ = 4 μF dan C₃ = 3 μF, disambungkan secara bersiri dan selari. Tentukan tenaga elektrik pada litar.

Diketahui:

Kapasitor C₁ = 3 μF

Kapasitor C₂ = 4 μF

Kapasitor C₃ = 3 μF

Dikehendaki: Kapasitans setara (C)

Penyelesaian:

Kapasitor C₂ dan C₃ disambungkan secara selari. Kapasitans setara:

C_P = C₂ + C₃

C_P = 4 + 3

C_P = 7 μF

Kapasitor C₁ dan C_P disambungkan secara bersiri. Kapasitans setara:

1/C = 1/C₁ + 1 /C_P

1/C = 1/3 + 1/7

1/C = 7/21 + 3/21

1/C = 10/21

C = 21/10

C = 2.1 μF

C = 2.1 x 10^-6 F

Tenaga elektrik pada litar:

E = ½ CV²

E = ½ (2.1 x 10^-6) (12²)

E = ½ (2.1 x 10^-6)(144)

E = (2.1 x 10^-6)(72)

E = 151.2 x 10^-6 Joule

E = 1.5 x 10^-4 Joule

Maklumat Lanjut

1. Empat kapasitor, C₁ = 2 μF, C₂ = 1 μF, C₃ = 3 μF, C₄ = 4 μF, disambungkan dalam siriTentukan kapasitans bagi satu kapasitor yang akan mempunyai kesan yang sama seperti gabungan tersebut.

Diketahui:

Kapasitor C₁ = 2 μF

Kapasitor C₂ = 1 μF

Kapasitor C₃ = 3 μF

Kapasitor C₃ = 4 μF

Dikehendaki: Kapasitans setara

Penyelesaian:

Kapasitans setara:

1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + 1/C₄

1 / C = 1/2 + 1/1 + 1/3 + 1/4

1 / C = 6/12 + 12/12 + 4/12 + 3/12

1 / C = 25 / 12

C = 12 / 25

C = 0.48

Kapasitans setara bagi keseluruhan kombinasi is 0.48 μF.

2. Tentukan cas pada kapasitor C₁ jika perbezaan potensi antara P dan Q is 12 Voltan…

Diketahui:

Kapasitor C₁ = 10 μF= 10 x 10^-6 F

Kapasitor C₂ = 20 μF= 20 x 10^-6 F

Beza keupayaan (V) = 12 Volt

Dikehendaki: cas pada kapasitor C₁ (Q₁)

Penyelesaian:

Kapasitans setara:

1/C = 1/C₁ + 1 /C₂

1/C = 1/10 + 1/20 = 2/20 + 1/20 = 3/20

C = 20/3 μF = (20/3) x 10^-6 F

Caj elektrik pada kapasitor setara:

Q = (C)(V) = (20/3)(12)(10^-6) = 80 x 10^-6 C

S = 80 μC

Kapasitor disambungkan secara siri supaya cas elektrik pada kapasitor setara = cas elektrik pada kapasitor C₁ = cas elektrik pada kapasitor C₂.

Cas elektrik pada kapasitor C₁ adalah 80 μC.

3. Dua kapasitor, C₁ = 2 μF dan C₂ = 4 µF, disambungkan secara siri. Kapasitor dicas. Beza keupayaan pada kapasitor C₁ ialah 2 Volt. Cas elektrik pada kapasitor C₂ adalah ...

Diketahui:

Cpapacitor C₁ = 2 μF = 2 x 10^-6 F

Cpapacitor C₂ = 4 μF = 4 x 10^-6 F

Beza keupayaan pada kapasitor C₁ (V₁) = 2 Volt

Dikehendaki : Cas elektrik pada kapasitor C₂.

Penyelesaian:

Cas elektrik pada kapasitor C₁ :

Q₁ = C₁ V₁ = (2 x 10^-6)(2) = 4 x 10^-6 C

Q₁ = 4 μC

Kapasitor disambungkan secara siri supaya cas elektrik pada kapasitor C₁ = cas elektrik pada kapasitor C₂.

Cas pada kapasitor C₂ is 4 μC.

Maklumat Lanjut

1. Empat kapasitor, C₁ = 2 μF, C₂ = 1 μF, C₃ = 3 μF, C₄ = 4 μF, disambungkan secara selari. Tentukan kapasitans bagi satu kapasitor yang akan mempunyai kesan yang sama seperti gabungannya.

Diketahui:

Kapasitor C₁ = 2 μF

Kapasitor C₂ = 1 μF

Kapasitor C₃ = 3 μF

Kapasitor C₃ = 4 μF

Dikehendaki: Kapasitans setara

Penyelesaian:

Kapasitans setara:

C = C₁ + C₂ + C₃

C = 4 μF+2 μF+3 μF=9 μF

Kapasitans setara bagi keseluruhan kombinasi ialah 9 μF.

2. Tentukan caj pada kapasitor C₂ jika perbezaan potensi antara titik A dan B ialah 9 Volt…

Diketahui:

Cpapacitor C₁ = 20 μF = 20 x 10^-6 F

Cpapacitor C₂ = 30 μF = 30 x 10^-6 F

Beza keupayaan antara titik A dan B (V)_AB) = 9 Volt

Dikehendaki : cas pada kapasitor C₂ (Q₂)

Penyelesaian:

Perbezaan keupayaan:

Kapasitor disambungkan secara selari supaya beza keupayaan antara A dan B (V_AB) = beza keupayaan pada kapasitor C₁ (V₁) = beza keupayaan pada kapasitor C₂ (V₂) = 9 Volt.

Cas elektrik pada kapasitor C₂ :

Q₂ = C₂ V₂ = (30 x 10^-6)(9) = 270 x 10^-6 C

Q₂ = 270 μC

Cas elektrik pada kapasitor C₂ is 270 μC.

3. Tiga kapasitor, C₁ = 4 μF, C₂ = 2 μF, C₃ = 3 μF, disambungkan secara selari. Kapasitor dicas. Beza keupayaan pada kapasitor C₂ ialah 4 Volt. Tentukan

(a) Cas elektrik pada kapasitor C₁, C₂ dan C₃

(b) Cas elektrik pada kapasitor setara bagi keseluruhan kombinasi

Diketahui:

Cpapacitor C₁ = 4 μF = 4 x 10^-6 F

Ckapasitor C₂ = 2 μF = 2 x 10^-6 F

Ckapasitor C₃ = 3 μF = 3 x 10^-6 F

Beza keupayaan pada kapasitor C₂ (V₂) = 4 Volt

Dikehendaki : Cas elektrik pada kapasitor C₃ (Q₃)

Penyelesaian:

(A) Cas elektrik pada kapasitor C₃

Beza keupayaan pada kapasitor C₃ :

Kapasitor disambungkan secara selari supaya beza keupayaan pada kapasitor C₃ (V₃) = beza keupayaan pada kapasitor C₂ (V₂) = beza keupayaan pada kapasitor C₁ (V₁) = beza keupayaan pada kapasitor setara (V) = 4 Volt

Cas elektrik pada kapasitor C₁ :

Q₁ = C₁ V₁ = (4 x 10^-6)(4) = 16 x 10^-6 C

Q₁ = 16 μC

Cas elektrik pada kapasitor C₂ :

Q₂ = C₂ V₂ = (2 x 10^-6)(4) = 8 x 10^-6 C

Q₂ = 8 μC

Cas elektrik pada kapasitor C₃ :

Q₃ = C₃ V₃ = (3 x 10^-6)(4) = 12 x 10^-6 C

Q₃ = 12 μC

(B) Cas elektrik pada kapasitor setara

Q = Q₁ +Q₂ +Q₃

S = 16 μC + 8 μC + 12 μC = 36 μC

Penyelesaian alternatif:

Kapasitans setara:

C=C₁ + C₂ + C₃

C = 4 μF+2 μF+3 μF=9 μF

C = 9 x 10^-6 F

Beza keupayaan pada kapasitor setara:

V₁ = V₂ = V₃ = V = 4 Volt

Cas elektrik pada kapasitor setara:

Q = CV = (9 x 10^-6)(4) = 36 x 10^-6 C

S = 36 μC

Maklumat Lanjut