Graf suhu-masa menunjukkan bagaimana suhu berubah semasa tenaga dibekalkan atau dikeluarkan secara seragam. Bahagian yang condong menunjukkan suhu berubah dalam satu keadaan jirim. Bahagian mendatar menunjukkan perubahan keadaan, apabila tenaga masih bergerak tetapi suhu tidak berubah.
Ia muncul dalam soalan terma tentang peleburan, pendidihan dan penyejukan, dan memerlukan idea dalam membezakan suhu daripada tenaga terma. Alat seperti penafsir graf kadar dan tenaga membolehkan anda berlatih memilih maksud sesuatu kecerunan.
Apakah yang ditunjukkan oleh setiap bahagian graf?
Cerun yang naik: bahan memperoleh tenaga dan zarahnya bergerak lebih laju, jadi suhu naik. Keadaan jirim kekal sama.
Bahagian mendatar semasa pemanasan: bahan sedang melebur atau mendidih. Tenaga yang dibekalkan digunakan untuk mengatasi ikatan antara zarah, jadi zarah memperoleh tenaga keupayaan tanpa perubahan pada tenaga kinetik purata.
Cerun yang turun: bahan kehilangan tenaga kepada persekitarannya.
Bahagian mendatar semasa penyejukan: bahan sedang terkondensasi atau membeku. Tenaga dibebaskan apabila ikatan terbentuk, dan ini mengimbangi tenaga yang hilang.
Takat lebur atau takat didih ialah suhu pada bahagian mendatar itu.
Contoh berlangkah
Sebuah pepejal dipanaskan pada kuasa seragam 300 W. Jadual menunjukkan bacaan rekaan.
| Masa (min) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 26 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Suhu (°C) | 20 | 40 | 60 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 90 | 100 | 110 | 140 |
(a) Takat lebur: suhu kekal pada 80 °C, jadi takat lebur ialah 80 °C.
(b) Masa peleburan: mendatar dari minit ke-6 hingga ke-14, jadi 14 − 6 = 8 min.
(c) Tenaga yang dibekalkan semasa peleburan: 8 min = 8 × 60 = 480 s. Tenaga = kuasa × masa = 300 × 480 = 144 000 J. Ini menganggap semua kuasa sampai kepada sampel.
(d) Kadar kenaikan sebagai pepejal: (80 − 20) ÷ 6 = 10 °C/min.
(e) Kadar kenaikan sebagai cecair: dari minit ke-14 hingga ke-26 suhu naik daripada 80 kepada 140 °C, iaitu 60 °C dalam 12 min, jadi 5 °C/min.
(f) Perbandingan: cecair menjadi panas pada separuh kadar pepejal dengan kuasa yang sama, jadi untuk jisim yang sama ia memerlukan dua kali ganda tenaga bagi setiap darjah. Muatan haba tentu (specific heat capacity) kira-kira dua kali ganda.
Kesilapan yang perlu diwaspadai
Jawapan yang salah: “Dari minit ke-6 hingga ke-14 suhu malar, jadi tiada tenaga dibekalkan.”
Pemanas masih dihidupkan pada 300 W. Bahagian mendatar memberitahu anda bahawa tenaga melakukan sesuatu selain menaikkan suhu.
Pembetulannya ialah menyatakan bahawa tenaga digunakan untuk memutuskan ikatan antara zarah, jadi suhu kekal malar. Sentiasa kaitkan bahagian mendatar dengan perubahan keadaan dan tenaga yang masih masuk.
Semak kendiri
Sebuah cecair disejukkan pada kadar seragam. Bacaan rekaan: 90 °C pada minit ke-0, 60 °C pada minit ke-6, 60 °C sehingga minit ke-15, kemudian 40 °C pada minit ke-20.
1. Apakah takat beku, dan berapa lamakah pembekuan berlangsung?
Lihat jawapan
Bahagian mendatar berada pada 60 °C, jadi itulah takat beku. Ia berlangsung dari minit ke-6 hingga ke-15, iaitu 15 − 6 = 9 min.
2. Cari kadar penyejukan cecair sebelum pembekuan.
Lihat jawapan
(90 − 60) ÷ 6 = 30 ÷ 6 = 5 °C/min.
3. Terangkan mengapa suhu kekal malar semasa pembekuan walaupun tenaga masih keluar.
Lihat jawapan
Apabila zarah membentuk ikatan, ia membebaskan tenaga. Tenaga yang dibebaskan ini mengimbangi tenaga yang hilang ke persekitaran, jadi tenaga kinetik purata zarah, dan suhu, kekal malar sehingga semua cecair membeku.
Ke mana pelajaran ini membawa anda
Seterusnya, menerangkan penebat daripada struktur yang diberi menggunakan data penyejukan untuk membandingkan reka bentuk. Pengiraan tenaga bagi setiap bahagian diteruskan dalam pengiraan haba. Untuk kemahiran graf dalam topik lain, lihat penjelajah model graf dan reja.
Sesetengah pelajar boleh membaca setiap titik pada graf tetapi sukar menerangkan apa yang berlaku kepada zarah. Kaitan itulah yang dibina oleh guru kami dalam tuisyen Fizik dalam talian satu dengan satu.