Haba dan perubahan fasa – masalah dan penyelesaian

Haba dan perubahan fasa – masalah dan penyelesaian

1. Berdasarkan graf, apakah haba yang diserap oleh 5 kg air semasa proses CD? Haba tentu air = 4,200 J/kg ^o C.

Diketahui:

Jisim (m) = 5 kg

Haba tentu air (c) = 4200 J/kg ^o C

Suhu awal (T1 ₎ = 0 ^° C

Suhu akhir (T ₂ ) = 10 ^° C

Perubahan suhu (ΔT) = 10 ^° C – 0 ^° C = 10 ^° C

Dikehendaki: Haba (Q)

Penyelesaian:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^o C)(10 ^o C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210,000 Joule

2. Berapakah haba yang diserap oleh 20 gram ais semasa proses AC, jika haba tentu ais ialah 2100 J/kg ^o C dan haba pelakuran bagi ais ialah 336,000 J/kg.

Diketahui:

Jisim ais (m) = 200 gram = 200/1000 kilogram = 0.2 kilogram

Haba tentu (c) = 2100 J/kg ^o C

Haba pelakuran untuk ais (L _F ) = 336,000 J/kg

Dikehendaki: Haba yang diserap oleh ais semasa proses AC

Penyelesaian:

Semasa proses AB, haba diserap oleh ais untuk menukar suhunya daripada -10 ^° C kepada 0 ^° C.

Q = mc ΔT

Q = haba, m = jisim ais, c = haba tentu ais, ΔT = perubahan suhu

Q ₁ = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 Joule

Semasa proses BC, haba diserap untuk mencairkan semua ais ke dalam air. Dalam proses ini hanya berubah fasa dan tiada perubahan suhu. Suhu ais dan air kekal 0 ^° C.

Haba yang diserap semasa proses BC:

Q ₂ = m L _F = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 Joule

Haba yang diserap semasa proses AC:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 Joule + 67,200 Joule = 71,400 Joule

3. Sebiji air 2 kg dipanaskan, dan haba pengewapan untuk air = 2.27 x 106 ^J /kg, haba tentu untuk air = 4,200 J/kg ^o C dan tekanan atmosfera ialah 1 atm, apakah haba yang diserap oleh air semasa proses BC?

Diketahui:

Jisim (m) = 2 kg

Haba pengewapan untuk air (L _V ) = 2.27 x 106 ^J /kg

Haba tentu untuk air (c) = 4,200 J/kg ^o C

Dikehendaki: Haba diserap semasa proses BC.

Penyelesaian:

Dalam proses AB, haba diserap untuk meningkatkan suhu air daripada 60 ^° C kepada 100 ^° C.

Q = m L _V = (2 kg)(2.27 x 106 ^J /kg) = 4.54 x 106 ^Joule = 4540 x 103 ^Joule = 4540 kilo Joule

4. Berdasarkan rajah di bawah, jika jisim ais ialah 500 gram, haba tentu ialah 2100 J/kg ^o C dan haba pendam pelakuran ais ialah 336,000 J/kg. Tentukan haba yang diperlukan dalam proses P–Q–R.

Diketahui:

Jisim ais (m) = 500 gram = 500/1000 kg = 0.5 kg

Haba tentu untuk ais (c) = 2100 J/kg ^o C

Haba pendam pelakuran (L _F ) = 336,000 J/kg

Dikehendaki: Haba

Penyelesaian:

Proses PQ = haba yang diserap untuk menaikkan suhu ais daripada -4 ^° C kepada 0 ^° C

Proses QR = haba yang diserap oleh ais untuk mencairkan semua ais ke dalam air

Haba yang diserap semasa proses PQ dikira menggunakan persamaan:

Q = mc ΔT

Q = haba, m = jisim, c = haba tentu ais, ΔT = perubahan suhu

Ais yang diserap haba semasa proses PQ dikira menggunakan persamaan ini:

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C-(-4 ^o C))

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C + 4 ^o C)

Q = (0.5 kg)(2100 J/kg ^o C)(4 ^o C)

Q = (0.5)(2100 J)(4)

Q = 4200 Joule

Haba yang diserap semasa proses QR dikira menggunakan persamaan ini:

Q = m L _F

Q = (0.5 kg)(336,000 J/kg)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 Joule

Jumlah haba:

Q = 4200 Joule + 168,000 Joule

Q = 172,200 Joule

Q = 172.2 kilo Joule

Q = 172.2 kJ

5. Ais berjisim 50 gram dipanaskan dari -5 ^° C ke dalam air pada suhu 60 ^° C. Jika haba pelakuran untuk ais ialah 80 kal/gram, haba tentu untuk ais ialah 0.5 kal/gram ^° C, haba tentu untuk air ialah 1 kal/gram ^° C, tentukan haba yang diperlukan dalam proses CD.

Diketahui:

Jisim ais = jisim air (m) = 50 gram

Haba pendam pelakuran untuk ais (L _F ) = 80 kal/gram

Haba tentu untuk ais (c ais) = 0.5 kal/gram ^o C

Haba tentu untuk air (c air) = 1 kal/gram ^o C

Dikehendaki: Haba yang diperlukan dalam proses CD

Penyelesaian:

Dalam proses A hingga B, haba digunakan untuk menaikkan suhu ais dari -5 ^° C hingga 0 ^° C. Haba dikira menggunakan persamaan ini: Q = mc₂ΔT, dengan Q = haba, m = jisim ais, c = haba tentu untuk ais, ΔT = perubahan suhu dari -5 ^° C hingga 0 ^° C.

Dalam proses B hingga C, haba digunakan untuk mencairkan semua ais kepada air. Dalam proses ini, suhu tidak berubah. Haba dikira menggunakan persamaan ini: Q = m L _F , dengan Q = haba, m = jisim ais, L _F = haba pendam pelakuran ais.

Dalam proses C hingga D, haba digunakan untuk menaikkan suhu air dari 0 ^° C kepada 60 ^° C. Haba dikira menggunakan persamaan ini: Q = mc₂ΔT, dengan Q = haba, m = jisim air, c = haba tentu air, ΔT = perubahan suhu dari 0 ^° C kepada 60 ^° C.

Haba yang diperlukan dari proses C ke D:

Q = mc ΔT = (50 gram)(1 kal/gram ^o C)(60 ^o C-0 ^o C) = (50)(1)(60) kal = 3000 kal

6. Jika jisim ais ialah 1 kg, haba tentu ais ialah 2100 J/kg ^o C, haba pendam pelakuran bagi ais ialah 336,000 J/kg dan haba tentu air ialah 4200 J/kg ^o C, kemudian tentukan haba yang diperlukan dalam proses PQR.

Diketahui:

Jisim ais = 1 kg

Haba pendam pelakuran ais (L _F ) = 336,000 J/kg

Haba tentu ais (c ais) = 2,100 J/kg ^o C

Haba tentu air (c air) = 4,200 J/kg ^o C

Dikehendaki: Haba diperlukan dalam proses PQR

Penyelesaian:

Dalam proses P ke Q, haba digunakan untuk menaikkan suhu ais daripada -5 ^° C kepada 0 ^° C. Haba dikira menggunakan persamaan ini: Q = mc₂ΔT, dengan Q = haba , m = jisim ais , c = haba tentu ais, ΔT = perubahan suhu daripada -5 ^° C kepada 0 ^° C.

Haba yang diperlukan dalam proses P hingga Q:

Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 Joule

Dalam proses Q hingga R, haba yang diperlukan untuk mencairkan semua ais ke dalam air. Dalam proses ini, suhu tidak berubah. Haba dikira menggunakan persamaan ini: Q = m L _F , dengan Q = haba , m = jisim ais , L _F = haba pendam pelakuran ais.

Haba yang diperlukan dalam proses Q hingga R:

Q = m L _F = (1)(336,000) = 336,000 Joule

Jumlah haba:

10,500 + 336,000 = 346,500 Joule

1. Apakah haba pendam?
   • jawapanHaba pendam ialah tenaga haba yang diperlukan untuk mengubah fasa sesuatu bahan tanpa mengubah suhunya. Ia mewakili tenaga yang diperlukan untuk memutuskan atau membentuk ikatan antara molekul semasa perubahan fasa.
2. Mengapakah suhu kekal malar semasa perubahan fasa?
   • jawapanSemasa perubahan fasa, semua tenaga haba yang diberikan atau dikeluarkan digunakan untuk mengubah fasa bahan. Tenaga ini digunakan untuk memutuskan atau membentuk ikatan antara molekul, bukan untuk meningkatkan tenaga kinetik atau suhu bahan.
3. Apakah perbezaan antara haba pendam pelakuran dan haba pendam pengewapan?
   • jawapanHaba pendam pelakuran merujuk kepada tenaga haba yang diperlukan untuk menukar bahan daripada pepejal kepada cecair (atau sebaliknya) pada takat leburnya. Haba pendam pengewapan merujuk kepada tenaga haba yang diperlukan untuk menukar bahan daripada cecair kepada gas (atau sebaliknya) pada takat didihnya.
4. Mengapakah kita berasa sejuk apabila keluar dari kolam renang pada hari yang berangin, walaupun suhu udara panas?
   • jawapanApabila air menyejat dari kulit kita, ia mengalami perubahan fasa daripada cecair kepada wap. Proses ini memerlukan tenaga, yang diambil daripada kulit kita dalam bentuk haba, menyebabkan kulit kita terasa lebih sejuk.
5. Mengapakah wap pada suhu 100°C lebih berbahaya daripada air mendidih pada suhu 100°C?
   • jawapanWap mengandungi lebih banyak tenaga daripada air mendidih kerana ia telah menyerap haba pendam pengewapan semasa perubahan fasa dari air ke wap. Apabila wap memeluwap pada kulit, ia melepaskan tenaga tambahan ini, menyebabkan lecuran yang lebih teruk daripada air mendidih.
6. Bagaimanakah penambahan garam ke dalam ais dapat menurunkan takat leburnya?
   • jawapanMenambah garam mengganggu keseimbangan antara pencairan dan pembekuan campuran air ais. Ini menyebabkan lebih banyak ais mencair pada suhu yang lebih rendah daripada biasa, sekali gus menurunkan takat beku campuran dengan berkesan.
7. Mengapakah berpeluh membantu menyejukkan badan pada hari yang panas?
   • jawapanPeluh, apabila tersejat dari kulit, mengalami perubahan fasa daripada cecair kepada gas. Proses penyejatan ini memerlukan tenaga, yang diambil dari kulit, sekali gus menyejukkannya.
8. Apakah pemejalwapan dalam konteks perubahan fasa?
   • jawapanPemejalwapan ialah perubahan fasa langsung daripada pepejal kepada gas tanpa melalui fasa cecair. Satu contoh biasa ialah ais kering (pepejal karbon dioksida) yang beralih terus kepada gas karbon dioksida.
9. Mengapakah tenaga haba diperlukan untuk mencairkan ais walaupun suhu kekal pada 0°C?
   • jawapanTenaga haba digunakan untuk memutuskan ikatan antara molekul yang memegang ais dalam struktur pepejalnya. Sebaik sahaja ikatan ini diputuskan, ais akan beralih kepada fasa cecair, walaupun tiada perubahan suhu.
10. Bagaimanakah tekanan mempengaruhi takat didih cecair?

• jawapanSecara amnya, peningkatan tekanan luaran akan meningkatkan takat didih cecair, manakala penurunan tekanan akan menurunkan takat didih. Inilah sebabnya air mendidih pada suhu lebih rendah daripada 100°C pada altitud tinggi, di mana tekanan atmosfera lebih rendah.