PANAS: FORMULA DAN UNIT, CIRI, CARA MENGUKURNYA, CONTOH - FIZIKAL - 2026

The haba dalam fizik ditakrifkan sebagai tenaga haba dipindahkan apabila mereka objek kenalan atau bahan yang pada suhu yang berbeza. Pemindahan tenaga ini dan semua proses yang berkaitan dengannya, adalah objek kajian termodinamik, cabang fizik yang penting.

Panas adalah salah satu daripada banyak bentuk yang diperlukan oleh tenaga, dan salah satu yang paling biasa. Jadi dari mana asalnya? Jawapannya terletak pada atom dan molekul yang membentuk jirim. Zarah-zarah di dalam benda tidak statik. Kita dapat membayangkannya sebagai manik-manik kecil yang dihubungkan oleh mata air lembut, mampu mengecut dan meregang dengan mudah.

Atom dan molekul bergetar di dalam zat, yang diterjemahkan menjadi tenaga dalaman. Sumber: P. Tippens. Fizik: Konsep dan Aplikasi.

Dengan cara ini, zarah-zarah dapat bergetar dan tenaga mereka dapat dipindahkan dengan mudah ke zarah-zarah lain, dan juga dari satu badan ke badan yang lain.

Jumlah haba yang diserap atau dibebaskan oleh badan bergantung pada sifat bahan, jisimnya dan perbezaan suhu. Ia dikira seperti ini:

Di mana Q adalah jumlah haba yang dipindahkan, m adalah jisim objek, C _e adalah haba spesifik bahan itu sendiri dan ΔT = T _akhir - _awal T , iaitu, perbezaan suhu.

Seperti semua bentuk tenaga, haba diukur dalam joule, dalam Sistem Antarabangsa (SI). Unit lain yang sesuai adalah: ergs dalam sistem cgs, Btu dalam sistem British, dan kalori, istilah yang biasa digunakan untuk kandungan tenaga makanan.

Ciri-ciri haba

Haba dari api unggun adalah tenaga yang berpindah. Sumber: Pixabay

Terdapat beberapa konsep utama yang perlu diingat:

-Heat adalah mengenai tenaga dalam perjalanan. Objek tidak mempunyai panas, mereka hanya melepaskan atau menyerapnya bergantung pada keadaan. Objek yang ada adalah tenaga dalaman, berdasarkan konfigurasi dalamannya.

Tenaga dalaman ini, seterusnya, terdiri daripada tenaga kinetik yang berkaitan dengan pergerakan getaran dan tenaga berpotensi, khas dari konfigurasi molekul. Menurut konfigurasi ini, zat akan memindahkan haba lebih kurang atau mudah dan ini tercermin dalam haba spesifiknya C _e , nilai yang disebut dalam persamaan untuk mengira Q.

-Konsep penting kedua ialah haba selalu dipindahkan dari badan yang paling panas ke yang paling sejuk. Pengalaman menunjukkan bahawa panas dari kopi panas selalu mengalir ke porselin cawan dan piring, atau logam sudu yang diaduknya, tidak pernah sebaliknya.

-Jumlah haba yang dipindahkan atau diserap bergantung pada jisim badan yang dimaksudkan. Menambah jumlah kalori atau joule yang sama ke sampel dengan jisim X tidak panas dengan cara yang sama dengan jisimnya 2X.

Sebabnya? Terdapat lebih banyak zarah dalam sampel yang lebih besar, dan masing-masing hanya akan menerima separuh tenaga sampel yang lebih kecil.

Keseimbangan terma dan penjimatan tenaga

Pengalaman memberitahu kita bahawa ketika kita meletakkan dua objek pada suhu yang berlainan, sesaat kemudian suhu kedua-duanya akan sama. Maka dapat dinyatakan bahawa objek atau sistem, seperti yang dapat disebut juga, berada dalam keseimbangan terma.

Sebaliknya, merenungkan bagaimana meningkatkan tenaga dalaman sistem terpencil, disimpulkan bahawa terdapat dua mekanisme yang mungkin:

i) Memanaskannya, iaitu memindahkan tenaga dari sistem lain.

ii) Menjalankan beberapa jenis kerja mekanikal di atasnya.

Dengan mengambil kira bahawa tenaga dijimatkan:

Dalam kerangka termodinamika, prinsip pemuliharaan ini dikenal sebagai Hukum Pertama Termodinamik. Kami mengatakan bahawa sistem mesti diasingkan, kerana jika tidak, perlu mempertimbangkan input atau output tenaga lain dalam keseimbangan.

Bagaimana haba diukur?

Haba diukur mengikut kesan yang dihasilkannya. Oleh itu, rasa sentuhan dengan cepat memberitahu betapa panas atau sejuknya minuman, makanan atau objek apa pun. Sejak memindahkan atau menyerap haba mengakibatkan perubahan suhu, mengukur ini memberikan idea tentang berapa banyak haba telah dipindahkan.

Instrumen yang digunakan untuk mengukur suhu adalah termometer, alat yang dilengkapi dengan skala bertahap untuk melakukan pembacaan. Yang paling terkenal adalah termometer merkuri, yang terdiri daripada kapilari merkuri halus yang mengembang ketika dipanaskan.

Termometer dengan kelulusan dalam skala Celsius dan Fahrenheit. Sumber: Pixabay.

Kapilari merkuri kemudian dimasukkan ke dalam tiub kaca dengan skala dan bersentuhan dengan badan, suhunya mesti diukur hingga mencapai keseimbangan terma dan suhu keduanya sama.

Apa yang diperlukan untuk membuat termometer?

Sebagai permulaan, anda perlu memiliki beberapa sifat termometrik, iaitu sifat yang berbeza dengan suhu.

Sebagai contoh, gas atau cecair seperti merkuri, mengembang ketika dipanaskan, walaupun rintangan elektrik juga berfungsi, yang mengeluarkan haba ketika arus melaluinya. Ringkasnya, sebarang sifat termometrik yang mudah diukur dapat digunakan.

Sekiranya suhu t berkadar langsung dengan sifat termometrik X, maka boleh ditulis:

Di mana k ialah pemalar berkadar yang akan ditentukan apabila dua suhu yang sesuai ditetapkan dan nilai X yang sesuai diukur. Suhu yang sesuai bermaksud senang diperoleh di makmal.

Setelah pasangan (t ₁ , X ₁ ) dan (t ₂ , X ₂ ) telah terbentuk, selang di antara mereka dibahagikan kepada bahagian yang sama, ini akan menjadi darjah.

Skala suhu

Pemilihan suhu yang diperlukan untuk membina skala suhu dibuat dengan kriteria yang senang diperoleh di makmal. Salah satu skala yang paling banyak digunakan di seluruh dunia adalah skala Celsius, yang dibuat oleh saintis Sweden, Anders Celsius (1701-1744).

0 pada skala Celsius adalah suhu di mana ais dan air cair berada dalam keseimbangan pada 1 atmosfera tekanan, sementara had atas dipilih ketika air cair dan wap air sama dalam keseimbangan dan pada 1 atmosfera tekanan. Selang ini dibahagikan kepada 100 darjah, masing-masing disebut darjah selsius.

Ini bukan satu-satunya cara untuk membina skala, jauh dari itu. Terdapat skala lain yang berbeza, seperti skala Fahrenheit, di mana selang telah dipilih dengan nilai lain. Dan ada skala Kelvin, yang hanya mempunyai had yang lebih rendah: sifar mutlak.

Nol mutlak sepadan dengan suhu di mana semua pergerakan zarah dalam suatu zat berhenti sepenuhnya, namun, walaupun sudah hampir mendekat, ia masih belum dapat menyejukkan bahan ke sifar mutlak.

Contoh

Setiap orang mengalami panas setiap hari, baik secara langsung atau tidak langsung. Contohnya, ketika anda minum minuman panas, pada waktu tengah hari, memeriksa suhu mesin kereta, di bilik yang penuh dengan orang dan dalam banyak keadaan lain.

Di Bumi, haba diperlukan untuk mengekalkan proses kehidupan, baik yang datang dari Matahari dan yang datang dari bahagian dalam planet ini.

Begitu juga, iklim didorong oleh perubahan tenaga terma yang berlaku di atmosfera. Panas Matahari tidak sampai ke mana-mana sama rata, pada garis lintang khatulistiwa mencapai lebih banyak daripada di kutub, sehingga udara terpanas di kawasan tropika naik dan bergerak ke utara dan selatan, untuk mencapai keseimbangan terma yang dibincangkan sebelumnya.

Dengan cara ini, arus udara ditetapkan pada kelajuan yang berbeza, yang mengangkut awan dan hujan. Sebaliknya, pertembungan secara tiba-tiba antara bahagian depan udara panas dan sejuk menyebabkan fenomena seperti ribut, angin puting beliung dan taufan.

Sebaliknya, pada tahap yang lebih dekat, panas mungkin tidak disambut seperti matahari terbenam di pantai. Panas menyebabkan masalah operasi pada enjin kereta dan pemproses komputer.

Ia juga menyebabkan tenaga elektrik hilang dalam kabel konduksi dan bahan mengembang, sebab itulah rawatan haba sangat penting dalam semua bidang kejuruteraan.

Latihan

- Latihan 1

Label gula-gula berbunyi bahawa ia memberikan 275 kalori. Berapa banyak tenaga dalam joule yang setara dengan gula-gula ini?

Penyelesaian

Pada awalnya, kalori telah disebut sebagai unit panas. Makanan mengandungi tenaga yang biasanya diukur dalam unit ini, tetapi kalori makanan sebenarnya adalah kilokalori.

Kesetaraannya adalah seperti berikut: 1 kcal = 4186 J, dan disimpulkan bahawa gula-gula mempunyai:

275 kilokalori x 4186 joule / kilocalorie = 1.15 10 ⁶ J

- Latihan 2

100 g logam dipanaskan hingga 100 ° C dan dimasukkan ke dalam kalorimeter dengan 300 g air pada suhu 20 ° C. Suhu yang diperoleh sistem ketika mencapai keseimbangan ialah 21.44 ° C. Anda diminta untuk menentukan haba tentu logam, dengan anggapan kalorimeter tidak menyerap haba.

Penyelesaian

Dalam keadaan ini, logam melepaskan haba, yang akan kita panggil Q _diberi dan tanda (-) diletakkan sebelum ia menunjukkan kehilangan:

Sebahagiannya, air di kalorimeter menyerap haba, yang akan dilambangkan sebagai Q diserap:

Tenaga dijimatkan, dari mana ia menunjukkan bahawa:

Dari penyataan anda boleh mengira ΔT:

Penting: 1 ºC adalah ukuran yang sama dengan 1 kelvin. Perbezaan antara dua skala adalah bahawa skala Kelvin adalah mutlak (darjah Kelvin selalu positif).

Panas tentu air pada suhu 20ºC ialah 4186 J / kg. K dan dengan ini haba yang diserap dapat dikira:

Sebagai kesimpulan, haba logam tertentu dibersihkan:

Rujukan

1. Bauer, W. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 1. McGraw Hill.
2. Cuellar, JA Fizik II: Pendekatan dengan Kompetensi. Bukit McGraw.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Pandangan Dunia. 6 ^ta Penyuntingan disingkat. Pembelajaran Cengage.
4. Knight, R. 2017. Fizik untuk Saintis dan Kejuruteraan: Pendekatan Strategi. Pearson.
5. Tippens, P. 2011. Fizik: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit Mcgraw