4.3 - Haba Pendam Tentu

Haba Pendam dan Haba Pendam Tentu

• Jirim wujud sebagai pepejal, cecair dan gas. Ikatan antara molekul pepejal lebih kuat daripada cecair; molekul gas bergerak bebas dan mempunyai ikatan paling lemah.
• Haba pendam diserap atau dibebaskan semasa perubahan fasa tanpa perubahan suhu.
• Peleburan (pepejal kepada cecair) dan pendidihan (cecair kepada gas) menyerap haba. Pembekuan (cecair kepada pepejal) dan kondensasi (gas kepada cecair) membebaskan haba.
• Haba yang diperlukan untuk perubahan fasa bergantung pada jisim dan jenis bahan.
• Haba pendam tentu, $l$: haba diserap atau dibebaskan apabila 1 kg bahan berubah fasa tanpa perubahan suhu.

• $Q$ ialah haba dalam J; $m$ ialah jisim dalam kg. Unit S.I. $l$: $\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}$.
• Haba pendam tentu pelakuran, $l_f$: haba diserap semasa peleburan atau dibebaskan semasa pembekuan 1 kg bahan pada suhu malar.
• Haba pendam tentu pengewapan, $l_v$: haba diserap semasa pendidihan atau dibebaskan semasa kondensasi 1 kg bahan pada suhu malar.
• Suhu bergantung pada tenaga kinetik purata molekul. Semasa perubahan fasa, haba pendam mengubah ikatan antara molekul tanpa menambah atau mengurangkan tenaga kinetik purata tersebut.

Lengkung Pemanasan dan Penyejukan

Peringkat	Penerangan molekul
Pemanasan pepejal, cecair atau gas	Penyerapan haba menambah tenaga kinetik molekul dan suhu.
Bahagian mendatar peleburan	Pepejal dan cecair wujud bersama. Haba pendam diserap untuk melemahkan ikatan dan membebaskan molekul daripada kedudukan tetap; suhu malar sehingga semua pepejal melebur.
Bahagian mendatar pendidihan	Cecair dan gas wujud bersama. Haba pendam diserap untuk memutuskan ikatan dan memisahkan molekul jauh antara satu sama lain; suhu malar sehingga semua cecair mendidih.
Penyejukan gas, cecair atau pepejal	Pembebasan haba mengurangkan tenaga kinetik molekul dan suhu.
Bahagian mendatar kondensasi	Gas dan cecair wujud bersama. Haba pendam dibebaskan apabila ikatan terbentuk; suhu malar sehingga semua gas terkondensasi.
Bahagian mendatar pembekuan	Cecair dan pepejal wujud bersama. Haba pendam dibebaskan apabila ikatan dikuatkan dan molekul bergetar sekitar kedudukan tetap; suhu malar sehingga semua cecair membeku.

Perbandingan Bahan

• Setiap bahan mempunyai haba pendam tentu tersendiri. Ais memerlukan lebih banyak haba per kilogram untuk melebur berbanding lilin; air memerlukan lebih banyak haba per kilogram untuk mengewap berbanding minyak petrol.

Bahan	Takat lebur / ${}^{\circ }\mathrm{C}$	$l_f$ / $\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}$
Lilin	46–68	$1.45\times 10^5$–$2.10\times 10^5$
Plumbum	327	$0.25\times 10^5$
Kuprum	1 083	$2.07\times 10^5$
Ais	0	$3.34\times 10^5$
Minyak zaitun	6	$2.67\times 10^5$
Etanol	$-114$	$1.04\times 10^5$
Oksigen	$-219$	$0.14\times 10^5$
Nitrogen	$-210$	$0.26\times 10^5$

Bahan	Takat didih / ${}^{\circ }\mathrm{C}$	$l_v$ / $\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}$
Plumbum	1 750	$8.59\times 10^5$
Kuprum	2 566	$47.3\times 10^5$
Air	100	$2.26\times 10^6$
Minyak petrol	35–200	$3.49\times 10^5$
Minyak diesel	180–360	$2.56\times 10^5$
Etanol	78	$8.55\times 10^5$
Oksigen	$-183$	$2.13\times 10^5$
Nitrogen	$-196$	$2.00\times 10^5$

• Minyak petrol dan diesel ialah hidrokarbon yang mempunyai julat takat didih berbeza.
• Pengewapan memerlukan lebih banyak haba per kilogram berbanding pelakuran bahan yang sama: pendidihan memutuskan ikatan dan memisahkan molekul jauh antara satu sama lain; peleburan melemahkan ikatan sementara molekul masih berdekatan.

Eksperimen 4.3A - Haba Pendam Tentu Pelakuran Ais

• Tujuan: menentukan $l_f$ ais.
• Radas: pemanas rendam, corong turas, bikar, neraca elektronik, bekalan kuasa, jam randik dan kaki retort. Bahan: ais hancur.

1. Sifarkan setiap neraca dengan bikar pengumpul di atasnya.
2. Sediakan set eksperimen dengan pemanas dalam ais hancur di dalam corong, serta set kawalan dengan pemanas yang dimatikan dalam ais hancur di dalam corong. Pada awalnya, jauhkan bikar pengumpul dan neraca daripada corong.
3. Hidupkan pemanas set eksperimen sahaja. Apabila air menitis pada kadar tetap, letakkan bikar dan neraca di bawah corong masing-masing lalu mulakan jam randik.
4. Selepas 10 minit, rekodkan jisim air terkumpul: set eksperimen $m_1$ dan set kawalan $m_2$.
5. Matikan pemanas dan rekodkan kuasanya, $P$.

• Rekodkan $m_1$, $m_2$ (kg), $P$ (W) dan $t$ (s). Gunakan perbezaan jisim dalam penghitungan:

Eksperimen 4.3B - Haba Pendam Tentu Pengewapan Air

• Tujuan: menentukan $l_v$ air.
• Radas: pemanas rendam 500 W, bekalan kuasa, bikar, neraca elektronik dan jam randik. Bahan: air dan kertas tisu.

1. Letakkan bikar berbalut tisu yang mengandungi air dan pemanas rendam di atas neraca.
2. Hidupkan pemanas dan tunggu sehingga air mendidih.
3. Apabila air mendidih, mulakan jam randik dan rekodkan bacaan awal neraca, $m_1$.
4. Selepas lima minit, rekodkan bacaan akhir, $m_2$.
5. Matikan pemanas dan rekodkan kuasanya, $P$.

• Rekodkan $m_1$, $m_2$ (kg), $t$ (s) dan $P$ (W). Pengurangan jisim ialah jisim air yang mengewap:

Aplikasi Penyejukan dan Pemanasan

• Penyejatan menyebabkan penyejukan: molekul cecair menyerap haba daripada persekitaran untuk memutuskan ikatan lalu menjadi wap; persekitaran kehilangan haba.
• Peleburan ais menyejukkan minuman dan makanan. Pendidihan nitrogen cecair memberikan kesan penyejukan.
• Kondensasi membebaskan haba pendam untuk pemanasan, termasuk mengukus makanan dan memanaskan kopi espreso.
• Penyejatan peluh: peluh menyerap haba daripada badan semasa tersejat. Aliran udara meningkatkan kadar penyejatan.
• Peti sejuk dan pendingin udara menggunakan penyejukan melalui penyejatan. Agen penyejuk dalam peti sejuk beredar melalui peringkat berikut:
  1. Pemampat memampatkan gas, meningkatkan tekanan dan suhunya.
  2. Dalam kondenser, gas terkondensasi dan membebaskan haba pendam ke luar.
  3. Cecair mengalir melalui injap pengembang.
  4. Dalam penyejat, cecair menyejat dan menyerap haba pendam dari dalam peti sejuk.
  5. Gas kembali ke pemampat.

Contoh Penghitungan

• Peleburan ais: pemanas 480 W beroperasi selama 120 s; bacaan neraca berkurang 0.172 kg apabila air lebur mengalir keluar. Jisim ais yang melebur ialah 0.172 kg.

• Andaian: hanya pemanas meleburkan ais; semua air lebur keluar daripada bekas; semua tenaga pemanas diserap oleh ais; tiada haba masuk daripada persekitaran.
• Air kepada stim: ubah 0.75 kg air pada $30{}^{\circ }\mathrm{C}$ kepada stim pada $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ melalui dua peringkat: panaskan air ke takat didih, kemudian wapkannya tanpa kenaikan suhu lagi.

• Andaian: semua tenaga pemanas diserap oleh air; tiada haba hilang semasa pemanasan atau perubahan fasa.