Langkau ke kandungan
Fizik · Tingkatan 6 (STPM Physics) · Kinetic Theory of Gases

10.5 Internal energy of an ideal gas

Unit ini menerangkan tenaga dalam (internal energy) gas unggul dan menerbitkan serta menggunakan hubungan antara tenaga dalam dengan darjah kebebasan.

  • STPM
  • 2 SP
  • 11 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Fizik STPM

SP 10.5.1Explain internal energy of an ideal gas;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan tenaga dalam gas unggul.

  1. IsiMaksud
    Huraian

    Tenaga dalam ialah jumlah tenaga kinetik dan tenaga keupayaan semua molekul yang bergerak rawak.

    Contoh

    Tenaga dalam bukan tenaga kinetik bekas yang bergerak.

  2. IsiGas unggul
    Huraian

    Tiada daya antara molekul, maka tenaga keupayaan sifar; tenaga dalam = jumlah tenaga kinetik rawak dan bergantung pada suhu sahaja.

    Contoh

    Gas unggul dimampatkan pada suhu malar: U tidak berubah.

NotaTenaga dalam gas unggul

Tenaga dalam ialah jumlah tenaga kinetik dan tenaga keupayaan semua molekul yang bergerak rawak. Bagi gas unggul, tiada daya antara molekul, maka tenaga keupayaan sifar; tenaga dalam ialah jumlah tenaga kinetik rawak semua molekul. Oleh itu tenaga dalam gas unggul bergantung pada suhu sahaja (tidak pada tekanan atau isi padu).

SP 10.5.1

Peta buihCiri tenaga dalam gas unggul

Tenaga dalam gas unggul
Jumlah tenaga kinetik rawak molekulTenaga keupayaan sifarBergantung pada T sahajaBerkadar dengan fU = (f/2)nRT
SP 10.5.1SP 10.5.2

SP 10.5.2Derive and use the relationship between the internal energy and degrees of freedom.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Derive and use (Menerbitkan dan menggunakan)

Calon perlu menerbitkan hubungan U = (f/2)NkT = (f/2)nRT antara tenaga dalam dan darjah kebebasan, dan menggunakannya.

  1. IsiTerbitan
    Huraian

    Setiap molekul (f/2)kT; N molekul: U = (f/2)NkT; dengan N = nN_A dan k = R/N_A: U = (f/2)nRT.

    Contoh

    Monoatom U = (3/2)nRT; dwiatom (suhu bilik) U = (5/2)nRT.

  2. IsiPenggunaan
    Huraian

    ΔU = (f/2)nRΔT. Gas dengan f lebih besar menyimpan lebih banyak tenaga pada suhu sama.

    Contoh

    2.0 mol monoatom dari 300 K ke 350 K: ΔU = 1.25 × 10³ J.

Peta alirTerbitan U = (f/2)NkT = (f/2)nRT

  1. Hukum pembahagian sama rata: tenaga purata satu molekul = (f/2)kT
  2. Untuk N molekul: U = N(f/2)kT
  3. Gantikan N = nN_A dan k = R/N_A: U = n N_A (f/2)(R/N_A)T
  4. U = (f/2)nRT
  5. Monoatom: U = (3/2)nRT; dwiatom (suhu bilik): U = (5/2)nRT
  6. Perubahan: ΔU = (f/2)nRΔT
SP 10.5.2

Peta alirContoh pengiraan

  1. 2.0 mol gas monoatom pada 300 K.
  2. U = (3/2)nRT = 1.5 × 2.0 mol × 8.31 J mol⁻¹ K⁻¹ × 300 K
  3. U = 7479 J ≈ 7.48 × 10³ J
  4. Jika dipanaskan ke 350 K: ΔU = 1.5 × 2.0 × 8.31 × 50 = 1246.5 J ≈ 1.25 × 10³ J
SP 10.5.2

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

NFKT
Nak Faham Kena Tekun: U = N × (f/2) × k × T.

Kad imbas

Tenaga dalam gas unggul
Jumlah tenaga kinetik rawak semua molekul
Mengapa tiada tenaga keupayaan?
Tiada daya antara molekul gas unggul
U bagi n mol
(f/2)nRT
U gas monoatom
(3/2)nRT
Tenaga dalam bergantung pada
Suhu sahaja

Semak kefahaman

  1. Nyatakan maksud tenaga dalam (internal energy) gas. (SP 10.5.1)

    Lihat jawapan

    Tenaga dalam ialah jumlah tenaga kinetik dan tenaga keupayaan semua molekul yang bergerak rawak.

  2. Hitung tenaga dalam 3.0 mol gas monoatom pada 200 K. (R = 8.31 J mol⁻¹ K⁻¹) (SP 10.5.2)

    Lihat jawapan

    U = (3/2)nRT = 1.5 × 3.0 × 8.31 × 200 = 7.48 × 10³ J.

11 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
  1. Mengingat

    Aktiviti: Murid menulis takrif tenaga dalaman gas unggul sebagai jumlah tenaga kinetik molekul dan nyatakan sebab tiada tenaga keupayaan dalam gas unggul.

    Bukti hasil kerja: Takrif ringkas; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.

    SP disasar: 10.5.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. Memahami

    Aktiviti: Dalam pasangan, murid menerbitkan U = (f/2)nRT daripada hukum sama rata tenaga secara berpandu.

    Bukti hasil kerja: Terbitan bertulis; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.

    SP disasar: 10.5.2 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. Mengaplikasi

    Aktiviti: Murid mengira tenaga dalaman 2.0 mol gas monoatom pada 300 K dan perubahan tenaga dalaman apabila suhu dinaikkan 50 K.

    Bukti hasil kerja: Lembaran pengiraan berunit; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.

    SP disasar: 10.5.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. Menganalisis

    Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis perbandingan tenaga dalaman gas monoatom dan dwiatom pada n dan T sama, dan menjelaskan perbezaannya.

    Bukti hasil kerja: Jadual perbandingan dan penjelasan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.

    SP disasar: 10.5.2 · Latihan sepadan: aras Menganalisis

Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 109 unit Fizik STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Fizik STPM

Unit lain dalam Kinetic Theory of Gases

  1. 10.1 Ideal gas equation
  2. 10.2 Pressure of a gas
  3. 10.3 Molecular kinetic energy
  4. 10.4 Degrees of freedom and law of equipartition of energy
  5. 10.5 Internal energy of an ideal gas