smart-notes-f4-chapter-4-heat.pdf6hrs6hts

physics

1. Awesome physics with Alina iman arif

CHAPTER 4
HEAT
HABA

4.1 Understanding Thermal Equilibrium
Memahami keseimbangan terma

The difference between heat and temperature
Perbezaan di antara haba dan suhu

Temperature
Suhu
Heat
Haba
Definition
Definisi
Degree of hotness of a body
Darjah kepanasan sesuatu objek
A form of energy
Suatu bentuk tenaga
S.I Unit
Unit S.I
Kelvin ( K)

Joule ( J)

Type of quantity
Jenis kuantiti
Base Quantity
Kuantiti asas
Derived Quantity
Kuantiti terbitan
Measuring instrument
Alat pengukuran
Thermometer
Termometer
Joulemeter

Thermal equilibrium is a condition where two objects in contact has the same temperature and with net
flow of heat is zero.
Keseimbangan terma adalah keadaan di mana dua objek yang bersentuhan mempunyai suhu yang sama dan
dengan aliran haba bersih adalah sifar.


When achieving thermal equilibrium:
- A and B has same temperature
- There is still a flow of heat between A and B
- No net flow of heat between A and B

Apabila mencapai keseimbangan terma:
- A dan B mempunyai suhu yang sama
- Masih ada aliran haba di antara A dan B
- tiada aliran bersih haba antara A dan B



Examples of situations involving thermal equilibrium
Contoh situasi yang melibatkan keseimbangan terma

Put a wet towel on the forehead of a fever patient.
Meletakkan tuala basah di atas dahi
pesakit demam panas.


Measuring body temperature
Mengukur suhu badan pesakit

2. Awesome physics with Alina iman arif

Liquid-In-Glass Thermometer
Termometer Cecair-Dalam-Kaca


Liquid properties used in liquid-in-glass
thermometers
Ciri-ciri cecair yang digunakan dalam termometer
cecair-dalam-kaca
1. Easy to be seen or opaque liquid
Mudah dilihat atau cecair berwarna legap
2. Expands uniformly when heated
Mengembang dengan seragam apabila dipanaskan
3. Not attached to the glass wall
Tidak melekat pada dinding kaca
4. Good heat conductor
Konduktor haba yang baik
5. High boiling point and low frozen point.
Takat didih tinggi dan takat beku rendah.

How does liquid-in-glass thermometer work?
Bagaimana termometer cecair-dalam-kaca
berfungsi?



• The bulb contains a fixed mass of liquid
Bebuli mengandungi jisim cecair tetap
• The volume of the liquid increases when it
absorbs heat
Jumlah cecair bertambah apabila ia menyerap haba
• The liquid expands and rises in the capillary tube
Cecair mengembang dan naik dalam tiub kapilari
• Therefore the length of the liquid column in the
capillary tube indicates the magnitude of the
temperature
Oleh itu panjang lajur cecair dalam tiub kapilari
menunjukkan nilai suhu




Lq = Length of mercury at θ point
Panjang merkuri pada titik θ

L0 = Length of mercury at ice point
Panjang merkuri pada takat beku

L100 = Length of mercuri at steam point
Panjang mercuri pada titik didih

3. Awesome physics with Alina iman arif

How to increase the sensitivity of liquid-in- glass
thermometer?
Bagaimana untuk meningkatkan sensitiviti
termometer cecair dalam kaca?


Characteristic
Ciri-ciri
Reason
Sebab
Bulb : Thin glass wall
Bebuli: Dinding kaca
nipis

Heat transfer to
mercury faster
Pemindahan haba ke
merkuri lebih cepat

Bulb : large
Bebuli: besar

To increase the rate of
expansion of mercury
Untuk meningkatkan
kadar pengembangan
merkuri

Glass tube: Strong
Tiub kaca: kuat

Not easy to break
Tidak mudah untuk pecah





Thermometer working principle based on
principle of thermal equilibrium
Prinsip kerja termometer berdasarkan prinsip
keseimbangan terma



• When a thermometer is inserted in hot water
Apabila termometer dimasukkan dalam air panas
• Heat flowing from hot water to thermometer
Haba mengalir daripada air panas ke termometer
• Upon balance transfer rate terms net heat is zero
Apabila berlaku keseimbangan terma kadar
pemindahan haba bersih adalah sifar
• Thermometer temperature is the same as the hot
water temperature.
Suhu termometer adalah sama dengan suhu air panas
• By the thermometer reading when it is hot water
temperature
Oleh iu bacaan termometer ketika itu adalah
merupakan suhu air panas

4. Awesome physics with Alina iman arif

4.2 Understanding Specific Heat Capacity
Memahami muatan haba tentu

Heat Capacity
Muatan haba
The quantity of heat required to increase the
temperature of the material by 1 ° C or 1 K.
Kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu
bahan itu sebanyak 1ºC atau 1 K.
Factors that affect the amount of heat
Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah haba


1. Temperature / Suhu
2. Mass / Jisim
3. Type of material / Jenis bahan

Specific Heat Capacity
Muatan haba tentu
The quantity of heat required to raise the
temperature of 1 kg of material by 1°C or 1 K.
Kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1
kg bahan sebanyak 1ºC atau 1 K.


Q = Heat absorbed or released, J
Haba diserap atau dibebaskan, J

m = Mass of material, kg
Jisim bahan, kg

q = The difference in temperature of the starting
and ending unit, °C
Perbezaan suhu bahan awal dan akhir, ºC


The object that made of material with LOW specific heat capacity
à heat faster, cool faster
Objek yang terbuat dari bahan dengan kapasiti haba tertentu RENDAH
à cepat panas, cepat sejuk


The object that made of material with LARGE specific heat capacity
àheat slower, cool slower
Objek yang terbuat dari bahan dengan kapasiti haba tertentu BESAR
à lambat panas, lambat sejuk

5. Awesome physics with Alina iman arif

Application of specific heat capacity
Aplikasi muatan haba tentu

Cooking pot
Periuk memasak


Copper base / Tapak kuprum
- specific heat capacity low compare to
aluminum
muatan haba tentu rendah berbanding aluminum
- heats up very quickly
pemanasan cepat

Handle / Pemegang
- poor heat conductor (plastic handle/wooden
handle)
Konduktor haba yang lemah (pemegang plastik/
pemegang kayu)

- absorption of heat slower
penyerapan haba lebih perlahan


Sea breeze
Bayu laut

• Land has a smaller specific heat capacity
than sea
Darat mempunyai muatan haba yang lebih kecil
daripada laut
• Faster increase in temperature, land is
warmer than the sea
Peningkatan suhu yang lebih tinggi, darat
lebih panas daripada laut
• Air above the land is heated up and rises
Udara dari darat dipanaskan dan bergerak ke
atas
• Cooler air from the sea moves to the land
Udara sejuk dari laut bergerak ke arah darat


Land breeze
Bayu darat

• At night, heat is lost from the land and sea
Pada waktu malam, haba hilang dari darat dan
laut
• Sea has a larger specific heat capacity so sea
is warmer than land
Laut mempunyai muatan haba tentu yang lebih
besar, laut lebih panas daripada darat
• Warmer air above the sea rises
Udara panas naik ke atas permukaan laut
• Cooler air from the land moves towards the
sea
Udara sejuk dari darat bergerak ke arah laut

6. Awesome physics with Alina iman arif

4.3 Understanding Specific Latent Heat
Memahami haba pendam tentu

Specific Latent Heat
Haba pendam tentu

The amount of heat required to
change 1kg object physically without
change in its temperature

From ice to cold water ® specific latent heat of fusion, Lf
Daripada ais ke air ® haba pendam tentu pelakuran, Lf

From hot water to steam ® specific latent heat of vapourisation, Lv
Daripada air panas ke wap air ® haba pendam tentu pengewapn, Lv

Formula for heat / formula untuk haba,
Q = mL

Heating curve for water
Lengkung pemanasan air



AB
Solid. Change in temperature only from A to B.
Pepejal. Perubahan suhu hanya dari A ke B.
BC
Solid + Liquid. Change in physical state only from B to C.
No change in temperature.
Why? Because the heat supply is used to break the bond between
molecules in ice so that it becomes liquid and therefore no change in
temperature.
Pepejal + Cecair. Perubahan dalam keadaan fizikal hanya dari B ke C.
Tiada perubahan suhu.
Mengapa? Kerana bekalan haba digunakan untuk memecahkan ikatan di
antara molekul dalam ais supaya ia menjadi cair dan oleh itu tiada
perubahan suhu.
CD
Liquid. Change in temperature only from C to D.
Cecair. Perubahan suhu hanya dari C hingga D.

7. Awesome physics with Alina iman arif

DE
Liquid + gas. Change in physical state only from D to E.
No change in temperature.
Why? Because the heat supply is used to break the bond between
molecules in liquid so that it becomes gas and therefore no change in
temperature.
Cecair + gas. Perubahan dalam keadaan fizikal hanya dari D ke E.
Tiada perubahan suhu.
Mengapa? Kerana bekalan haba digunakan untuk memecahkan ikatan antara
molekul dalam cecair supaya ia menjadi gas dan oleh itu tiada perubahan
suhu.
EF
Gas. Change in temperature only from E to F.
Gas. Perubahan suhu hanya dari E ke F.



Cooling curve for water
Lengkung penyejukan air

8. Awesome physics with Alina iman arif

4.4 Understanding Gas Law
Memahami hukum gas

Boyle’s law
Hukum Boyle

P1V1 = P2V2
for a fixed mass of gas, the pressure
of gas is inversely proportional to its
volume when the temperature of gas
is kept constant.
untuk jisim gas yang tetap, tekanan gas
berkadar songsang dengan isipadu
apabila suhu gas adalah malar.

Graph
Graf


Charles’ law
Hukum Charles

!"
#"
=
!$
#$



for a fixed mass of gas, the volume of
gas is directly proportional to its
absolute temperature when the
pressure of gas is kept constant.
untuk jisim gas tetap, isipadu gas adalah
berkadar terus dengan suhu mutlak
apabila tekanan gas adalah malar.

T = (θ ºC + 273) K

Graph
Graf


Relationship between the Volume and Temperature by extrapolation graph
Hubungan antara Isippadu dan Suhu melalui ekstrapolasi graf

9. Awesome physics with Alina iman arif

The temperature – 273ºC is the lowest possible temperature and is known as the absolute zero of
temperature.
Suhu - 273ºC adalah suhu terendah dan dikenali sebagai sifar mutlak suhu.

The absolute zero of temperature – 273ºC is equivalent to 0K.
Sifar mutlak suhu - 273ºC bersamaan dengan 0K.

Pressure law
Hukum Tekanan

%"
#"
=
%$
#$

for a fixed mass of gas, the pressure
of gas is directly proportional to its
temperature when the volume of gas
is kept constant.
untuk jisim gas yang tetap, tekanan gas
adalah berkadar terus dengan suhunya
apabila isipadu gas adalah malar.

T = (θ ºC + 273) K

Graph
Graf


It is also found that at – 273ºC, the pressure becomes zero.
Ia juga mendapati bahawa pada - 273ºC, tekanan menjadi sifar.