Tenaga haba bergerak melalui konduksi, perolakan dan sinaran, dan penerangan bagi setiap satu bergantung pada apa yang zarah lakukan. Jawapan yang kukuh menamakan proses, menerangkan zarah, kemudian mengaitkan kedua-duanya dengan cerapan.
Pelajaran ini berada dalam penaakulan fizik bersepadu kerana model zarah yang sama menyokong fizik di sini dan kembali dalam topik kimia seperti keadaan jirim dan kadar tindak balas.
Apakah yang zarah lakukan dalam setiap proses?
Dalam setiap kes, kawasan yang lebih panas mempunyai zarah dengan tenaga lebih. Perbezaannya ialah bagaimana tenaga itu sampai ke kawasan yang lebih sejuk.
- Konduksi (pepejal): zarah bergetar lebih kuat dan memindahkan tenaga kepada jiran melalui perlanggaran. Dalam logam, elektron bebas turut membawa tenaga, itulah sebabnya logam mengalirkan haba dengan baik.
- Perolakan (cecair dan gas): bendalir yang dipanaskan mengembang, menjadi kurang tumpat dan naik. Bendalir yang lebih sejuk dan tumpat tenggelam untuk menggantikannya, membentuk peredaran.
- Sinaran (tidak perlukan zarah): objek panas memancarkan gelombang inframerah yang boleh merentasi vakum. Permukaan gelap dan kusam menyerap dan memancar lebih banyak daripada permukaan cerah dan berkilat.
- Sejatan: zarah paling bertenaga terlepas dari permukaan cecair, jadi cecair yang tinggal menyejuk.
Contoh berlangkah (data rekaan)
Seorang pelajar menuang teh panas ke dalam cawan di bilik bersuhu 25 °C dan merekod suhu setiap 2 minit.
| Masa (min) | 0 | 2 | 4 | 6 |
|---|---|---|---|---|
| Suhu (°C) | 80 | 68 | 59 | 52 |
Huraikan corak, cari kadar penyejukan purata dalam 6 minit, dan terangkan corak itu menggunakan zarah.
Corak. Suhu menurun pada setiap sela, tetapi kurang setiap kali: 12 °C, kemudian 9 °C, kemudian 7 °C.
Kadar purata. Penurunan ialah 80 − 52 = 28 °C dalam 6 minit, maka kadarnya 28 ÷ 6 = 4.7 °C/min (2 angka bererti).
Penerangan. Teh lebih panas daripada udara, jadi zarahnya memindahkan tenaga kepada cawan dan udara sekeliling melalui konduksi, perolakan, sinaran, dan sejatan di permukaan. Apabila teh jauh lebih panas daripada bilik, tenaga meninggalkannya dengan cepat. Apabila teh menyejuk, perbezaan mengecil, maka pemindahan bersih menjadi perlahan dan suhu menurun kurang pada setiap sela.
Semak semula: 12 + 9 + 7 = 28 °C, sepadan dengan 80 − 52.
Kesilapan yang perlu diawasi
Pelajar menulis bahawa “sejuk bergerak masuk ke dalam teh” atau “zarah dalam teh menjadi lebih kecil apabila menyejuk.”
Jawapan silap: “Teh menyejuk kerana udara sejuk bergerak masuk dan zarah mengecil.”
Tenaga haba bergerak dari panas ke sejuk. Sejuk bukan bahan yang bergerak, dan zarah tidak berubah saiz; tenaga kinetik puratanya berkurang dan ia bergerak lebih perlahan.
Pembetulannya ialah menerangkan arah pemindahan tenaga: dari teh yang lebih panas ke persekitaran yang lebih sejuk. Kemudian terangkan zarah: lebih perlahan secara purata, maka suhu lebih rendah.
Semak sendiri
Semua data direka.
1. Terangkan mengapa sudu logam terasa lebih sejuk daripada sudu plastik, kedua-duanya pada suhu bilik.
Tunjukkan jawapan
Logam mengalirkan tenaga haba dari tangan anda dengan lebih cepat kerana elektron bebas dan zarah yang bergetar memindahkan tenaga dengan pantas. Plastik ialah konduktor yang lemah, jadi kurang tenaga meninggalkan kulit setiap saat. Kedua-duanya pada suhu sama; perbezaannya ialah kadar pemindahan.
2. Sebikar air dipanaskan perlahan-lahan dari bawah. Terangkan mengapa air beredar.
Tunjukkan jawapan
Air berhampiran punca haba memperoleh tenaga, zarahnya bergerak lebih jauh antara satu sama lain, dan ia menjadi kurang tumpat. Air yang lebih panas naik, dan air yang lebih sejuk dan tumpat tenggelam menggantikannya. Ini membentuk arus perolakan.
3. Secawan teh lain menyejuk daripada 90 °C kepada 66 °C dalam 8 minit. Berapakah kadar penyejukan purata?
Tunjukkan jawapan
Penurunan = 90 − 66 = 24 °C. Kadar = 24 ÷ 8 = 3.0 °C/min.
Ke mana selepas ini?
Idea haba juga muncul dalam litar, kerana sebahagian tenaga dipindahkan sebagai haba. Teruskan ke menerangkan perubahan litar menggunakan lebih daripada satu kuantiti. Pengkritik penyiasatan saintifik berguna apabila anda merancang eksperimen penyejukan dan perlu menilai pemboleh ubah dimalarkan, dan set latihan bersepadu mencampurkan idea ini.
Jika jawapan anda betul tetapi kurang menyebut zarah, guru dalam tuisyen Co-ordinated Sciences dalam talian satu dengan satu boleh membantu anda menulis ayat penerangan yang lengkap.