Pengembangan haba dan kapasiti haba tentu
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| specific heat capacity/spəˈsɪfɪk hiːt kəˈpæsɪti/ | kapasitas panas spesifik |
| thermal expansion/ˈθɜːml ekˈspænʃn/ | pemuaian termal |
| internal energy/ɪnˈtɜːnl ˈenədʒi/ | energi dalam |
Mengapa jembatan memiliki celah
- Rel kereta api memiliki celah kecil; jembatan berdiri di atas rol; kabel listrik menjuntai longgar di musim panas.
- Semua karena alasan yang sama: benda membesar ketika dipanaskan.
- Pemanasan juga menyimpan energi di dalam materi — diukur oleh kapasitas panas spesifik.
Pemuaian termal
- Panaskan suatu material dan partikelnya bergerak lebih banyak, sehingga menempati ruang lebih besar — ia memuai.
- Gas memuai paling banyak, kemudian cair, lalu padat (yang partikelnya terikat erat).
- Insinyur meninggalkan celah pada rel dan meletakkan jembatan di atas rol agar pemuaian tidak membuatnya bengkok.
- Tutup toples logam yang ketat menjadi longgar saat Anda mengalirkan air panas padanya — logamnya memuai.
Pemuaian termal: pemanasan membuat rel lebih panjang, menutupi celah yang ditinggalkan untuknya.
Contoh soal. Sebuah jembatan baja $50\ \text{m}$ panjang pada $10\ {}^{\circ}\text{C}$. Baja memuai sekitar $0.012\ \text{mm}$ per meter per ${}^{\circ}\text{C}$. Jika suhu naik ke $40\ {}^{\circ}\text{C}$ (kenaikan $30\ {}^{\circ}\text{C}$): ekspansi $= 50 \times 0.012 \times 30 = 18\ \text{mm}$. Itulah sebabnya jembatan memiliki sendi ekspansi!
Partikel tidak menjadi lebih besar. Ketika zat padat memuai, partikel itu sendiri tetap sama ukurannya — mereka hanya bergetar lebih banyak dan mendorong jauh lebih terpisah. Ini adalah kesalahpahaman ujian yang umum.
Pemanasan dan kapasiti haba tentu
Q = mcΔT
Tenaga haba yang diperlukan adalah berkadar dengan kenaikan suhu untuk jisim bahan tertentu.
Untuk kenaikan suhu yang sama, yang mana pengembangan paling banyak?
Gas mengembang paling banyak, kemudian cecair, kemudian pepejal (yang zarahnya diikat paling ketat).
Mengapa jurang kecil ditinggalkan antara rel keretapi?
Pada hari panas, rel mengembang. Jurang memberi ruang tambahan untuk panjang lebihan, jadi trek tidak bengkok.
Energi dalam
- Energi dalam suatu benda adalah total energi dari semua partikelnya (pergerakan dan susunannya).
- Memanaskan benda meningkatkan energi dalamnya — biasanya juga menaikkan suhunya.
Tangan yang sama dalam cahaya biasa dan melalui kamera termal (inframerah)
Kalor jenis
- Kapasitas panas spesifik $c$ adalah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu $1\ \text{kg}$ bahan sebesar $1\ {}^{\circ}\text{C}$:
- Jadi energi untuk memanaskan sesuatu adalah $\Delta E = m c\,\Delta\theta$.
- Air memiliki $c$ yang sangat tinggi ($\approx 4200$ joule per kg per °C): butuh banyak energi untuk memanaskannya dan mendinginnya lambat. Itulah mengapa laut tetap sejuk dan air digunakan dalam sistem pemanas.
Termometer digital mengukur suhu
Berapa banyak tenaga yang diperlukan untuk memanaskan $2.0\ \text{kg}$ air sebanyak $10\ {}^{\circ}\text{C}$? (Gunakan $c = 4200$ J/kg/°C.)
$\Delta E = mc\,\Delta\theta = 2.0 \times 4200 \times 10 = 84\,000\ \text{J}$.
Menambah $8400\ \text{J}$ menaikkan suhu $0.50\ \text{kg}$ logam sebanyak $40\ {}^{\circ}\text{C}$. Berapakah kapasiti haba tentunya, dalam J/kg/°C?
$c = \dfrac{\Delta E}{m\,\Delta\theta} = \dfrac{8400}{0.50 \times 40} = \dfrac{8400}{20} = 420$ J/kg/°C.
Oleh kerana air mempunyai kapasiti haba tentu yang tinggi, ia memanas dan menyejuk dengan perlahan.
Kapasiti haba tentu yang tinggi bermaksud banyak tenaga diperlukan per darjah, jadi air berubah suhu dengan perlahan.
Anda telah memahaminya
- pemanasan membuat materi memuai — gas paling banyak, padat paling sedikit; beri ruang untuk hal ini
- energi dalam = total energi semua partikel
- kapasitas panas spesifik $c = \dfrac{\Delta E}{m\,\Delta\theta}$, sehingga $\Delta E = mc\,\Delta\theta$
- air memiliki kapasitas panas spesifik yang tinggi $c$ → memanas dan mendingin secara perlahan