11.1 Molar heat capacity
Anda akan mentakrifkan muatan haba molar pada isipadu tetap dan tekanan tetap serta menggunakan Q = nC_V,m ΔT dan Q = nC_p,m ΔT.
SP 11.1.1Define molar heat capacity at constant pressure and at constant volume;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Define (Mentakrifkan)
Calon perlu memberi takrif tepat C_V,m dan C_p,m: haba bagi 1 mol, kenaikan 1 K, serta keadaan yang dimalarkan, dan mengaitkannya dengan pengetahuan sedia ada muatan haba tentu.
- IsiTakrif C_V,m dan C_p,mHuraian
C_V,m ialah haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 mol gas sebanyak 1 K pada isipadu tetap; C_p,m ialah haba yang sama tetapi pada tekanan tetap. Unit J mol⁻¹ K⁻¹.
ContohGas dalam silinder tertutup tegar dipanaskan: isipadu tetap, maka C_V,m digunakan.
- IsiKaitan dengan muatan haba tentu (specific heat capacity)Huraian
Muatan haba tentu c merujuk kepada 1 kg bahan (J kg⁻¹ K⁻¹), manakala muatan haba molar merujuk kepada 1 mol. C_m = cM, dengan M jisim molar dalam kg mol⁻¹.
ContohHelium: c_V ≈ 3.12 × 10³ J kg⁻¹ K⁻¹, M = 0.004 kg mol⁻¹, maka C_V,m ≈ 12.5 J mol⁻¹ K⁻¹.
IstilahTakrif muatan haba molar (molar heat capacity)
- Muatan haba molar pada isipadu tetap, C_V,m (molar heat capacity at constant volume)
- Kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 mol gas sebanyak 1 K apabila isipadunya dimalarkan. Unit: J mol⁻¹ K⁻¹.
- Muatan haba molar pada tekanan tetap, C_p,m (molar heat capacity at constant pressure)
- Kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 mol gas sebanyak 1 K apabila tekanannya dimalarkan. Unit: J mol⁻¹ K⁻¹.
Peta buih bergandaC_V,m berbanding C_p,m
SP 11.1.2Use the equations Q = nC_V,m ΔT and Q = nC_p,m ΔT;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Use (Menggunakan)
Calon perlu menggantikan nilai n, C dan ΔT ke dalam Q = nC_V,m ΔT atau Q = nC_p,m ΔT mengikut keadaan proses, dengan unit yang betul.
- IsiPilih persamaan ikut keadaanHuraian
Isipadu dimalarkan: Q = nC_V,m ΔT. Tekanan dimalarkan: Q = nC_p,m ΔT. ΔT boleh dalam K atau °C kerana perubahan 1 °C = 1 K.
Contoh1.0 mol gas monoatom dipanaskan 5 K dalam bekas tegar: Q = 1.0 × 12.5 × 5 = 62.5 J.
- IsiSusun semula persamaanHuraian
Persamaan boleh disusun untuk mencari ΔT = Q/(nC) atau n = Q/(CΔT).
Contoh416 J dibekalkan pada tekanan tetap kepada 2.0 mol gas (C_p,m = 20.8 J mol⁻¹ K⁻¹): ΔT = 416/(2.0 × 20.8) = 10 K.
NotaPersamaan haba
Isipadu tetap: Q = nC_V,m ΔT. Tekanan tetap: Q = nC_p,m ΔT. n = bilangan mol (mol), ΔT = perubahan suhu (K; perubahan 1 °C = perubahan 1 K). Bagi gas monoatom unggul C_V,m = 12.5 J mol⁻¹ K⁻¹ dan C_p,m = 20.8 J mol⁻¹ K⁻¹ (R = 8.31 J mol⁻¹ K⁻¹).
Peta alirContoh: memanaskan gas monoatom
- 2.0 mol gas monoatom dipanaskan daripada 300 K ke 310 K. C_V,m = 12.5 J mol⁻¹ K⁻¹, C_p,m = 20.8 J mol⁻¹ K⁻¹.
- ΔT = 310 K − 300 K = 10 K
- Isipadu tetap: Q = nC_V,m ΔT = 2.0 mol × 12.5 J mol⁻¹ K⁻¹ × 10 K = 250 J
- Tekanan tetap: Q = nC_p,m ΔT = 2.0 mol × 20.8 J mol⁻¹ K⁻¹ × 10 K = 416 J
- Pada tekanan tetap perlu haba lebih (416 J > 250 J).
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- NCT
- Q = n × C × ΔT: bilangan mol (N), muatan haba molar (C), perubahan suhu (T).
Kad imbas
- Takrif C_V,m
- Haba untuk menaikkan suhu 1 mol gas sebanyak 1 K pada isipadu tetap
- Takrif C_p,m
- Haba untuk menaikkan suhu 1 mol gas sebanyak 1 K pada tekanan tetap
- Unit muatan haba molar
- J mol⁻¹ K⁻¹
- Haba pada tekanan tetap
- Q = nC_p,m ΔT
- Mengapa C_p,m > C_V,m?
- Pada tekanan tetap gas mengembang dan melakukan kerja, jadi haba tambahan diperlukan
Semak kefahaman
Takrifkan muatan haba molar pada tekanan tetap, C_p,m. (SP 11.1.1)
Lihat jawapan
C_p,m ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 mol gas sebanyak 1 K pada tekanan tetap.
Hitung haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 3.0 mol gas sebanyak 20 K pada tekanan tetap. (C_p,m = 29.1 J mol⁻¹ K⁻¹) (SP 11.1.2)
Lihat jawapan
Q = nC_p,m ΔT = 3.0 × 29.1 × 20 = 1746 J ≈ 1.75 × 10³ J.
12 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
- Mengingat
Aktiviti: Murid menulis takrif muatan haba molar pada isi padu malar dan tekanan malar serta unit J mol⁻¹ K⁻¹ dalam 8 minit.
Bukti hasil kerja: Takrif dan unit betul; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 11.1.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Dalam pasangan, murid menerangkan mengapa C_p,m lebih besar daripada C_V,m menggunakan gas yang dipanaskan dengan omboh bergerak.
Bukti hasil kerja: Penerangan lisan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 11.1.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid mengira haba diperlukan untuk menaikkan suhu 2.0 mol gas sebanyak 30 K pada isi padu malar dan pada tekanan malar.
Bukti hasil kerja: Lembaran pengiraan berunit; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 11.1.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis data haba dan perubahan suhu untuk dua proses dan menentukan C_V,m dan C_p,m serta nisbahnya.
Bukti hasil kerja: Jadual dan nilai C yang dikira.
SP disasar: 11.1.2 · 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.