Suhu (temperature) memberitahu anda betapa panasnya sesuatu objek, yang bergantung pada tenaga kinetik purata zarahnya. Tenaga terma (thermal energy) ialah jumlah tenaga yang disimpan oleh semua zarah, jadi ia juga bergantung pada bilangan zarah. Dua objek pada suhu yang sama boleh menyimpan jumlah tenaga terma yang sangat berbeza.
Perbezaan ini terletak di antara membandingkan pengaliran, perolakan dan sinaran dan mentafsirkan graf suhu-masa, kerana kedua-duanya menggunakannya.
Mengapa kedua-duanya kuantiti yang berbeza?
Bayangkan setiap zarah membawa sedikit tenaga. Suhu umpama tenaga purata bagi setiap zarah. Tenaga terma umpama jumlah tenaga semua zarah bersama-sama.
Percikan bunga api boleh sangat panas tetapi membawa tenaga terma yang sangat kecil, kerana ia mempunyai sangat sedikit zarah. Kolam renang yang suam tidaklah panas, tetapi ia menyimpan tenaga terma yang amat banyak kerana bilangan zarahnya sangat besar.
Arah aliran. Tenaga bersih sentiasa mengalir daripada suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah, bukan daripada jumlah tenaga yang lebih besar ke yang lebih kecil. Aliran bersih tenaga berhenti apabila kedua-duanya berada pada suhu yang sama.
Cara membandingkan dua objek
- Bandingkan suhu untuk menentukan arah aliran tenaga.
- Bandingkan jisim dan bahan untuk menentukan yang mana menyimpan lebih banyak tenaga terma.
- Gunakan tenaga = jisim × muatan haba tentu × perubahan suhu apabila anda perlukan nombor. Kaedah penuh ada dalam pengiraan haba.
Contoh berlangkah
Sebuah cawan mengandungi 0.2 kg air pada 90 °C. Sebuah baldi mengandungi 5 kg air pada 30 °C. Ambil muatan haba tentu air sebagai 4200 J/(kg °C). (Data rekaan.)
(a) Yang mana mempunyai suhu lebih tinggi? Cawan, 90 °C berbanding 30 °C.
(b) Ke arah mana tenaga akan mengalir jika keduanya bersentuhan? Daripada cawan ke baldi, kerana cawan berada pada suhu yang lebih tinggi.
(c) Tenaga terma di atas 0 °C, sebagai perbandingan:
Cawan: 0.2 × 4200 × 90 = 840 × 90 = 75 600 J.
Baldi: 5 × 4200 × 30 = 21 000 × 30 = 630 000 J.
(d) Kesimpulan: baldi menyimpan tenaga terma yang jauh lebih banyak, kira-kira 8 kali ganda (630 000 ÷ 75 600 ≈ 8.3), walaupun suhunya lebih rendah.
Rujukan 0 °C hanyalah pilihan perbandingan yang mudah. Perkara utamanya ialah baldi menyimpan lebih banyak.
Kesilapan yang perlu diwaspadai
Jawapan yang salah: “Baldi mempunyai lebih banyak tenaga terma, jadi tenaga akan mengalir daripada baldi ke cawan.”
Ini mencampuradukkan dua idea. Aliran bergantung pada suhu, bukan pada jumlah keseluruhan.
Pembetulannya ialah menentukan arah mengikut suhu dan jumlah mengikut jisim serta suhu bersama-sama. Objek sejuk yang besar boleh menyimpan lebih banyak tenaga terma dan masih memperoleh tenaga daripada objek yang lebih panas tetapi kecil.
Semak kendiri
1. Dua bikar mengandungi air pada 50 °C. Satu berisi 1 kg dan satu lagi 2 kg. Yang mana mempunyai suhu lebih tinggi, dan yang mana menyimpan lebih banyak tenaga terma?
Lihat jawapan
Suhunya sama, kedua-duanya 50 °C. Bikar 2 kg menyimpan lebih banyak tenaga terma, kerana ia mempunyai dua kali ganda bilangan zarah pada tenaga purata yang sama.
2. Berapakah tenaga yang diperlukan untuk memanaskan 0.5 kg air daripada 20 °C kepada 60 °C? Gunakan 4200 J/(kg °C).
Lihat jawapan
Perubahan suhu = 60 − 20 = 40 °C. Tenaga = 0.5 × 4200 × 40 = 2100 × 40 = 84 000 J.
3. Sebatang paku logam yang panas dijatuhkan ke dalam kolam yang besar. Terangkan arah aliran tenaga dan mengapa suhu kolam hampir tidak berubah.
Lihat jawapan
Tenaga mengalir daripada paku ke kolam kerana paku berada pada suhu yang lebih tinggi. Kolam mempunyai bilangan zarah yang amat besar, jadi tenaga kecil yang diperoleh dikongsi antara semuanya dan suhunya hampir tidak berubah.
Ke mana pelajaran ini membawa anda
Seterusnya, gunakan idea ini pada bahagian mendatar graf dalam mentafsirkan graf suhu-masa, atau pada objek yang direka dalam menerangkan penebat daripada struktur yang diberi.
Sesetengah pelajar boleh menghafal kedua-dua takrifan tetapi masih menukarnya dalam soalan tentang pencampuran atau penyejukan. Guru dalam tuisyen Fizik dalam talian satu dengan satu boleh mendengar pertukaran itu semasa anda menerangkan dan membetulkannya serta-merta.