Setiap pengiraan dalam modul ini menganggap semua tenaga yang dibekalkan masuk ke dalam bahan yang dipanaskan. Itu ialah model, dan peralatan sebenar tidak mematuhinya dengan tepat. Soalan meminta anda mengesan tempat tenaga terlepas, menyatakan bagaimana ia mengubah keputusan, dan mencadangkan cara mengurangkan kesannya.
Di sini idea daripada muatan haba tentu dan tenaga pendam bertemu pengukuran sebenar.
Ke manakah tenaga pergi dalam eksperimen pemanasan sebenar?
Bayangkan blok logam atau bekas air dipanaskan oleh pemanas elektrik, dengan suhu diukur oleh termometer. Hanya sebahagian tenaga elektrik menjadi kenaikan suhu dalam sampel.
Tenaga juga dipindahkan kepada bekas, pemanas dan termometer itu sendiri, dan kepada udara sekeliling melalui pengaliran, perolakan, sinaran dan penyejatan. Semakin panas sampel melebihi suhu bilik, semakin cepat kehilangan ini berlaku.
- Namakan kehilangan: contohnya, tenaga dipindahkan ke persekitaran.
- Nyatakan arah: kurang tenaga menaikkan suhu berbanding yang dianggap dalam pengiraan.
- Nyatakan kesan pada keputusan: kenaikan suhu yang diperhatikan lebih kecil daripada yang diramalkan, atau nilai yang dikira daripada tenaga yang dibekalkan terlalu tinggi.
- Cadangkan pengurangan: penebat, penutup, ujian yang lebih singkat, pengacauan.
Contoh berlangkah
Cerek elektrik berkadar 2000 W memanaskan 1.0 kg air dari 20 °C ke 100 °C dalam 200 s. (Data contoh rekaan.) Guna c = 4200 J/kg °C. Bandingkan kes unggul dengan kes yang diukur.
Langkah 1, tenaga berguna: Q = 1.0 × 4200 × 80 = 336 000 J.
Langkah 2, masa unggul tanpa kehilangan: t = 336 000 ÷ 2000 = 168 s.
Langkah 3, tenaga yang sebenarnya dibekalkan: E = 2000 × 200 = 400 000 J.
Langkah 4, tenaga yang hilang: 400 000 − 336 000 = 64 000 J.
Langkah 5, kecekapan: 336 000 ÷ 400 000 = 0.84, iaitu 84%.
Langkah 6, kesan pada c: pelajar yang menggunakan tenaga yang dibekalkan akan mengira c = 400 000 ÷ (1.0 × 80) = 5000 J/kg °C. Itu kira-kira 19% lebih tinggi daripada 4200 yang diterima, dan kehilangan tenaga menerangkannya.
Kesilapan yang perlu diawasi
Kesilapan lazim ialah menyalahkan kesilapan manusia secara umum dan bukan menamakan fizik di sebaliknya.
Jawapan yang salah: “Keputusan salah kerana pelajar mengukur suhu dengan buruk.”
Ini tidak menerangkan mengapa nilai sentiasa terlalu tinggi, dan ia tidak mendapat markah fizik.
Pembetulannya ialah menamakan pemindahan tenaga dan arahnya: sebahagian tenaga yang dibekalkan memanaskan bekas dan persekitaran, jadi air memperoleh kurang tenaga daripada yang dibekalkan. Membahagi tenaga dibekalkan yang lebih besar dengan kenaikan suhu yang lebih kecil memberi c yang terlalu tinggi.
Semak diri anda
1. Blok kuprum 0.50 kg (c = 390 J/kg °C) dipanaskan oleh pemanas 500 W selama 60 s. Tanpa kehilangan, berapakah kenaikan suhu yang dijangka?
Lihat jawapan
E = 500 × 60 = 30 000 J. m × c = 0.50 × 390 = 195 J/°C. Δθ = 30 000 ÷ 195 ≈ 154 °C (kira-kira 150 °C).
2. Dalam soalan 1 kenaikan yang diukur ialah 120 °C. Berapa peratus tenaga yang dibekalkan memanaskan blok itu?
Lihat jawapan
Tenaga berguna = 195 × 120 = 23 400 J. Pecahan = 23 400 ÷ 30 000 = 0.78, jadi 78%. Baki 6600 J pergi ke tempat lain.
3. Seorang pelajar membahagi tenaga elektrik yang dibekalkan dengan jisim × kenaikan suhu untuk mencari c. Adakah hasilnya terlalu tinggi atau terlalu rendah, dan mengapa?
Lihat jawapan
Terlalu tinggi. Sebahagian tenaga yang dibekalkan hilang, maka kenaikan suhu lebih kecil daripada jika tiada kehilangan. Membahagi seluruh tenaga yang dibekalkan dengan kenaikan yang lebih kecil memberi c yang lebih besar.
Ke mana selepas ini
Setelah lima pelajaran selesai, uji seluruh modul dengan set latihan pengiraan haba. Jika kehilangan tenaga dalam peranti lain menarik minat anda, kerja, tenaga dan kecekapan membincangkan idea yang sama dari sudut kecekapan.
Dalam tuisyen Physics dalam talian satu dengan satu, guru boleh membantu anda menukar idea yang belum lengkap kepada ayat tepat yang layak mendapat markah.