Penilaian Prestasi 4 (Soalan 9 & 10) – Fizik Tingkatan 4 (KSSM) Bab 4

Soalan 9:
Satu gelembung udara terperangkap di bawah sehelai daun yang terapung di permukaan air sebuah tasik. Isi padu gelembung udara ialah 3.6 cm3 apabila suhu ialah 20°C.

(a) Berapakah isi padu udara yang terperangkap apabila suhu air telah meningkat kepada 38°C?

(b) Nyatakan tiga andaian yang perlu dibuat dalam penghitungan di 9(a).

Jawapan:
(a)
Rumus Hukum Charles:
$$\begin{aligned} \frac{V_1}{T_1} & =\frac{V_2}{T_2} \\ \frac{3.6}{\left(20^{\circ} \mathrm{C}+273\right)} & =\frac{V_2}{\left(38^{\circ} \mathrm{C}+273\right)} \\ V_2 & =\frac{3.6 \times 311}{293} \\ V_2 & =3.82 \mathrm{~cm}^3 \end{aligned}$$

(b)
– Jisim udara yang terperangkap tidak berubah.
– Tekanan udara yang terperangkap adalah malar.

– Udara terperangkap dan air berada dalam keseimbangan terma. Suhu air sama dengan suhu udara itu.

Soalan 10:
Rajah 2 menunjukkan ketulan ais sedang dipanaskan oleh pemanas rendam 500 W selama 80 saat. Ketulan ais yang melebur dikumpulkan di dalam sebuah bikar.
[Haba pendam tentu pelakuran ais ialah 3.34 × 10⁵ J kg^–1]

(a) Apakah yang dimaksudkan dengan haba pendam tentu pelakuran?

(b) Mengapakah suhu tidak berubah apabila ketulan ais berubah menjadi cecair?

(c) Hitungkan:
(i) tenaga yang diserap oleh ketulan ais.
(ii) jisim ketulan ais yang sudah melebur.

(d) Apakah andaian yang dibuat dalam penghitungan anda di 10(c)?

Jawapan:
(a)
Haba pendam tentu pelakuran, l_f bagi suatu bahan ialah kuantiti haba yang diserap semasa peleburan atau kuantiti haba yang dibebaskan semasa pembekuan bagi 1 kg bahan itu tanpa perubahan suhu.

(b)
Haba yang diserap tidak menambah tenaga kinetik purata molekul-molekul. Haba itu digunakan untuk melemahkan ikatan di antara molekul ais.

(c)(i)
$$\begin{aligned} Q & =P t \\ & =500 \times 80 \\ & =40000 \mathrm{~J} \end{aligned}$$

(c)(ii)
$$\begin{aligned} Q & =m l \\ 40000 & =m \times 3.34 \times 10^5 \\ m & =\frac{40000}{3.34 \times 10^5} \\ m & =0.12 \mathrm{~kg} \end{aligned}$$

(d)
– Semua haba yang dibekalkan oleh pemanas rendam diserap oleh ais. Tiada kehilangan haba ke persekitaran.

– Ais tidak menyerap haba daripada persekitaran.