4.2 - Muatan Haba Tentu

Muatan Haba

• Muatan haba, $C$: kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu objek sebanyak $1{}^{\circ }\mathrm{C}$.

• $Q$ ialah haba dibekalkan dalam joule; $\Delta \theta$ ialah perubahan suhu dalam ${}^{\circ }\mathrm{C}$. Unit $C$: $\mathrm{J}{}^{\circ }{\mathrm{C}}^{-1}$.
• Bagi kuantiti haba yang sama, objek dengan muatan haba lebih tinggi mengalami kenaikan suhu lebih kecil.
• Contoh: 100 J menaikkan suhu X sebanyak $1{}^{\circ }\mathrm{C}$ dan Y sebanyak $2{}^{\circ }\mathrm{C}$; $C_X=100\mathrm{J}{}^{\circ }{\mathrm{C}}^{-1}$ dan $C_Y=50\mathrm{J}{}^{\circ }{\mathrm{C}}^{-1}$.
• Bagi bahan yang sama, jisim lebih besar memberikan muatan haba lebih tinggi: cerek penuh mengambil masa lebih lama untuk mendidih berbanding cerek separuh penuh; sup dalam mangkuk besar kekal lebih panas selepas tempoh penyejukan yang sama.
• Di bawah cahaya matahari untuk tempoh yang sama, pasir menjadi panas lebih cepat daripada air laut kerana muatan haba pasir lebih rendah.
• Papan pemuka kereta mempunyai muatan haba lebih rendah daripada kusyen fabrik dan mengalami kenaikan suhu lebih besar di bawah cahaya matahari. Gelanggang bersimen dan rumput juga menunjukkan suhu berbeza pada tengah hari.

Muatan Haba Tentu

• Muatan haba tentu, $c$: kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan sebanyak $1{}^{\circ }\mathrm{C}$.

• $m$ ialah jisim dalam kg; $\Delta \theta$ ialah perubahan suhu dalam ${}^{\circ }\mathrm{C}$ atau K. Unit $c$: $\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}{}^{\circ }{\mathrm{C}}^{-1}$ atau $\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}{\mathrm{K}}^{-1}$.
• Muatan haba menerangkan suatu objek dan bergantung pada jisimnya; muatan haba tentu membandingkan bahan berdasarkan jisim 1 kg.
• Aluminium mempunyai $c=900\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}{}^{\circ }{\mathrm{C}}^{-1}$: 1 kg memerlukan 900 J untuk kenaikan $1{}^{\circ }\mathrm{C}$.
• Nilai $c$ air yang tinggi membolehkannya menyerap banyak haba dengan kenaikan suhu kecil, menjadikannya agen penyejuk yang baik.
• Logam secara umumnya mempunyai muatan haba tentu lebih rendah daripada bukan logam dan cepat menjadi panas apabila haba dibekalkan.

Bahan	$c$ / $\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}{}^{\circ }{\mathrm{C}}^{-1}$
Air; air laut	4 200; 3 900
Etanol; parafin	2 500; 2 100
Minyak masak; minyak zaitun	1 850; 1 890
Metana; stim pada $100{}^{\circ }\mathrm{C}$	2 200; 2 020
Neon; udara	1 030; 1 000
Aluminium; besi; kuprum	900; 450; 390
Emas; merkuri; plumbum	300; 140; 130
Polikarbonat; kayu	1 250; 1 700
Konkrit; pasir; kaca	850; 800; 670

Eksperimen 4.1 - Muatan Haba Tentu Air

• Tujuan: menentukan muatan haba tentu air.
• Radas: bekalan kuasa, pemanas rendam, bikar, jam randik, termometer, kaki retort dan neraca elektronik. Bahan: air dan kertas tisu.

1. Balut bikar dengan kertas tisu. Letakkannya di atas neraca dan sifarkan bacaan.
2. Isi air sehingga tiga per empat penuh dan rekodkan jisim air, $m$.
3. Rendam pemanas dan termometer dalam air, dengan termometer disokong oleh kaki retort. Rekodkan suhu awal, ${\theta }_1$.
4. Hidupkan pemanas dan mulakan jam randik serentak; perhatikan bacaan suhu.
5. Selepas lima minit, matikan pemanas. Rekodkan bacaan tertinggi sebagai suhu akhir, ${\theta }_2$.

• Rekodkan kuasa pemanas $P$ (W), masa pemanasan $t$ (s), jisim $m$ (kg) dan kedua-dua suhu.
• Pemanas rendam menukarkan tenaga elektrik kepada haba: $Q=Pt$; maka $Pt=mc({\theta }_2-{\theta }_1)$.

Eksperimen 4.2 - Muatan Haba Tentu Aluminium

• Tujuan: menentukan muatan haba tentu aluminium.
• Radas: bekalan kuasa, pemanas rendam, blok aluminium 1 kg, jam randik, termometer dan kaki retort. Bahan: kertas tisu.

1. Balut blok dengan kertas tisu dan masukkan pemanas serta termometer ke dalam lubang pada blok.
2. Rekodkan suhu awal blok, ${\theta }_1$.
3. Hidupkan pemanas dan mulakan jam randik serentak.
4. Selepas lima minit, matikan pemanas dan rekodkan bacaan termometer tertinggi, ${\theta }_2$.

• Rekodkan $P$, $t$, $m$, ${\theta }_1$ dan ${\theta }_2$; hitungkan $c=Pt/[m({\theta }_2-{\theta }_1)]$.

Aplikasi dan Fenomena Alam

Aplikasi	Penerangan
Rumah kayu	Kayu lambat menjadi panas kerana muatan haba tentu tinggi; sifat penebatnya juga mengurangkan haba masuk dalam iklim panas atau keluar dalam iklim sejuk.
Kuali dan periuk tanah liat	Kuali logam cepat panas untuk menggoreng. Periuk tanah liat mempunyai muatan haba tentu tinggi dan mengekalkan makanan panas lebih lama.
Radiator kereta	Pam mengalirkan air melalui blok enjin untuk menyerap haba, kemudian ke radiator; udara sejuk yang disedut kipas membebaskan haba melalui sirip penyejuk.
Kapsul angkasa	Lapisan luar memerlukan muatan haba tentu dan takat lebur tinggi untuk menghadapi pemanasan semasa memasuki semula atmosfera.
Bangunan hijau	Bangunan Berlian menggunakan bumbung konkrit bertebat papan styrofoam. Styrofoam mempunyai muatan haba tentu tinggi, mengurangkan penyerapan haba dan suhu dalaman.
Badan dan pemegang periuk	Badan aluminium cepat panas; pemegang plastik lambat panas dan lebih selamat dipegang.

• Bayu laut, siang: daratan mempunyai muatan haba tentu lebih rendah daripada laut dan menjadi panas lebih cepat. Udara panas di daratan naik; udara lebih sejuk bergerak dari laut ke daratan.
• Bayu darat, malam: laut mempunyai muatan haba tentu lebih tinggi daripada daratan dan menyejuk lebih lambat. Udara panas di laut naik; udara lebih sejuk bergerak dari daratan ke laut.

Contoh Penghitungan

• Pemanasan blok logam: $m=0.5\mathrm{kg}$, $P=50\mathrm{W}$, $t=90\mathrm{s}$; suhu meningkat dari 20 ke $45{}^{\circ }\mathrm{C}$.

• Andaian: semua tenaga pemanas diserap oleh blok; tiada haba hilang ke persekitaran.
• Campuran air: 20 g pada $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ dicampur dengan 200 g pada $28{}^{\circ }\mathrm{C}$. Jika suhu akhir ialah $y$, gunakan haba dibebaskan = haba diserap:

• Andaian: haba dipindahkan antara dua bahagian air sahaja; tiada pertukaran haba dengan persekitaran.

Rumah Kluster dan Lampau Panas

• Rumah kluster berkongsi tiga dinding dengan rumah bersebelahan; pintu dan tingkap berada di hadapan. Susunan ini menjimatkan tanah, tetapi penduduk boleh mengalami panas melampau semasa El Nino.