Kesetimbangan termal
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| heat/hiːt/ | panas |
| thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ | energi termal |
| thermal equilibrium/ˈθɜːml ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | kesetimbangan termal |
| net flow/net fləʊ/ | aliran bersih |
Sendok dalam sup panas
- Masukkan sendok dingin ke dalam sup panas: sendok memanas, sup mendingin — hingga mereka sama.
- Energi berpindah dari benda panas ke benda dingin.
- Aliran satu arah ini adalah gagasan kunci tentang suhu.
Rute kesetimbangan termal
Perhatikan perpindahan energi hingga dua benda mencapai suhu yang sama.
Kalor mengalir dari panas ke dingin
- Kalor (energi termal) mengalir dari suhu lebih tinggi ke suhu lebih rendah.
- Aliran terus berlanjut hingga suhunya sama.
Kalor (energi termal) secara alami mengalir dari:
Energi selalu mengalir menurun berdasarkan perbedaan suhu, dari panas ke dingin, hingga mereka sama.
Kesetimbangan termal
- Ketika dua benda mencapai suhu yang sama, mereka berada dalam kesetimbangan termal.
- Tidak ada aliran bersih energi di antara keduanya.
Kamera termal (infra merah) mengubah suhu menjadi warna: kentang goreng panas menyala oranye terang, sementara minuman dingin tetap gelap
Pada kesetimbangan termal, tidak ada aliran bersih energi antara dua benda.
Suhu yang sama berarti tidak ada aliran bersih — partikel masih bertukar energi, tetapi tanpa transfer keseluruhan.
Dua benda dalam kesetimbangan termal berada pada ____ yang sama.
Suhu yang sama adalah kondisi pasti untuk kesetimbangan termal.
Cocokkan setiap istilah dengan definisi yang ditandai oleh penguji.
Kesetimbangan termal didefinisikan oleh TRANSFER BERSIH NOL, bukan tidak ada transfer sama sekali. Energi masih berpindah dua arah; kedua aliran tersebut sekadar seimbang.
Suhu bukan energi
- Suhu menentukan arah aliran kalor — bukan berapa banyak energi yang dimiliki tubuh tersebut.
- Percikan api kecil pada $1000\ °\text{C}$ memiliki jauh lebih sedikit energi daripada kolam renang yang hangat.
Suhu memberi tahu Anda:
Suhu menentukan arah aliran kalor; jumlah energi juga bergantung pada massa dan material.
percikan api panas selalu mengandung lebih banyak energi termal daripada kolam renang yang hangat.
Tidak — percikan api bersuhu lebih tinggi, namun kolam yang sangat besar menyimpan jauh lebih banyak energi termal secara keseluruhan.
Ember air hangat berisi lebih banyak energi dalam daripada paku merah panas, sehingga berada pada suhu yang lebih tinggi.
Suhu bukanlah energi. Ember memiliki total energi dalam yang jauh lebih besar, namun energi mengalir dari paku ke air, yang merupakan apa yang sebenarnya ditentukan oleh suhu.
Menyatakannya dengan cara ujian
- "Dua objek dalam kesetimbangan termal berada pada suhu yang sama, sehingga tidak ada transfer bersih energi termal di antara mereka." Kedua bagian bernilai benar.
- Energi tetap berpindah kedua arah di antara mereka — dengan laju yang sama, sehingga aliran bersihnya nol.
- Termometer bekerja dengan mencapai kesetimbangan termal dengan apa yang disentuhnya, itulah sebabnya harus dibiarkan cukup lama agar stabil.
Dua benda berada dalam kesetimbangan termal. Pernyataan manakah yang benar? Pilih semua yang berlaku.
Kesetimbangan berarti suhu sama dan aliran bersih nol. Energi tetap berpindah dua arah dengan laju yang sama, dan kedua benda dapat menyimpan energi yang sangat berbeda.
Contoh terpecahkan: mencampur air panas dan dingin
$0.20\ \text{kg}$ air pada $80\ °\text{C}$ dituangkan ke dalam $0.50\ \text{kg}$ air pada $20\ °\text{C}$ dalam cangkir terisolasi. Temukan suhu akhir $T$. Ambil $c = 4200\ \dfrac{\text{J}}{\text{kg}\,\text{K}}$.
- Energi yang hilang oleh air panas = energi yang diterima oleh air dingin, karena tidak ada yang bocor.
- $0.20 \times 4200 \times (80 - T) = 0.50 \times 4200 \times (T - 20)$; $4200$ saling meniadakan.
- $16 - 0.20T = 0.50T - 10$, sehingga $0.70T = 26$ dan $T = 37\ °\text{C}$.
- Periksa: jawabannya berada di antara $20$ dan $80$, dan lebih dekat ke air dingin karena jumlahnya lebih banyak. Tulis setiap $\Delta T$ sebagai angka positif di sisinya masing-masing.
$0.30\ \text{kg}$ air pada $90\ °\text{C}$ dicampur dengan $0.60\ \text{kg}$ air pada $15\ °\text{C}$ dalam wadah terisolasi. Berapakah suhu akhir, dalam °C?
$0.30(90 - T) = 0.60(T - 15)$: $27 - 0.30T = 0.60T - 9$, jadi $0.90T = 36$ dan $T = 40\ °\text{C}$.
200 g air pada 80°C dicampur dengan 300 g pada 20°C. Berapakah suhu akhir, dalam °C?
Energi yang hilang sama dengan energi yang diterima: 200(80 - T) = 300(T - 20), sehingga T = 44°C. Kapasitas panas spesifik saling menghilangkan karena keduanya adalah air.
Contoh terpecahkan: gelas ukur mengambil bagiannya
Pemanas $810\ \text{W}$ memanaskan $120\ \text{g}$ cairan dalam gelas ukur kaca $42\ \text{g}$ dari $25\ °\text{C}$ ke $80\ °\text{C}$ dalam waktu $21\ \text{s}$. Kapasitas panas spesifik kaca adalah $0.84\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$. Temukan $c$ untuk cairan tersebut.
- Energi yang disuplai: $Q = Pt = 810 \times 21 = 17\,000\ \text{J}$.
- Energi ke dalam gelas ukur: $42 \times 0.84 \times 55 = 1940\ \text{J}$ — ia memanas melalui $55\ \text{K}$ yang sama.
- Energi ke dalam cairan: $17\,010 - 1940 = 15\,070\ \text{J}$.
- Kapasitas panas spesifik: $c = \dfrac{15\,070}{120 \times 55} = 2.3\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$.
- Periksa: gelas ukur berada dalam kesetimbangan termal dengan cairan sepanjang proses, sehingga berakhiran pada suhu yang sama dan harus dihitung. Melupakannya menghasilkan $2.6$, yang terlihat masuk akal tetapi salah.
Suhu sama bukan energi sama: percikan api panas dan kolam hangat. Pada kesetimbangan, aliran bersih adalah nol, bukan semua aliran. Dalam perhitungan pencampuran, hitung setiap objek yang suhunya berubah — termasuk wadah — dan gunakan perubahan suhu dalam satuan yang sama di kedua sisi.
Anda telah memahaminya
- kalor mengalir dari suhu lebih tinggi ke lebih rendah
- kesetimbangan termal: suhu sama, tidak ada transfer bersih energi termal
- suhu menetapkan arah aliran, bukan jumlah energi; masalah pencampuran: energi hilang = energi diterima, termasuk wadah