Muatan Haba Tentu

Satu kilogram air dan satu kilogram logam yang menerima haba yang sama banyak tidak mengalami kenaikan suhu yang sama. Perbezaan ini tidak bergantung pada saiz atau bentuk objek, tetapi pada sifat bahan itu sendiri, dan sifat itu dinamakan muatan haba tentu.

Haba, jisim dan perubahan suhu saling berkait

Dalam julat keadaan yang sesuai, hubungan Q = mcΔT digunakan. Q ialah haba yang dipindahkan dalam joule, m ialah jisim dalam kilogram, c ialah muatan haba tentu dan ΔT ialah perubahan suhu, yang ditulis sebagai Δθ dalam sesetengah buku teks sekolah. Jika jisim dan perubahan suhu sama, bahan yang mempunyai c lebih besar memerlukan lebih banyak haba. Jika bahan sama, jisim yang lebih besar juga memerlukan lebih banyak haba.

Muatan haba tentu tidak sama dengan muatan haba

Dua istilah ini mudah dikelirukan. Muatan haba ialah haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu seluruh objek sebanyak satu darjah, jadi nilainya bergantung pada jisim objek itu. Muatan haba tentu pula dikira bagi satu kilogram bahan, jadi bagi bahan yang sama dalam keadaan fizikal yang sama, nilainya tidak bergantung pada saiz atau jisim objek. Sebuah tong besi yang besar dan sebatang paku besi diperbuat daripada bahan yang sama, maka muatan haba tentu kedua-duanya sama, tetapi muatan haba tong itu jauh lebih besar kerana jisimnya lebih besar.

Air mempunyai muatan haba tentu yang tinggi

Muatan haba tentu air ialah kira-kira 4.18 kJ kg⁻¹ K⁻¹ pada suhu sekitar suhu bilik. Buku teks sekolah lazimnya membundarkannya kepada 4 200 J kg⁻¹ °C⁻¹, yang bermaksud 4 200 J diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebanyak 1 °C. Air menyerap banyak haba sebelum suhunya naik dengan ketara, dan melepaskan banyak haba apabila suhunya turun, maka air lambat menjadi panas dan lambat menjadi sejuk.

Kalorimetri membolehkan nilai dianggarkan

Dalam eksperimen kalorimetri, haba dibekalkan atau dipindahkan kepada sampel dan perubahan suhunya diukur. Jika jisim dan haba yang dipindahkan diketahui, muatan haba tentu boleh dihitung. Satu kaedah lazim ialah mencampurkan bahan panas dengan bahan sejuk dalam bekas bertebat. Haba mengalir secara bersih daripada bahan yang lebih panas kepada bahan yang lebih sejuk sehingga kedua-duanya mencapai suhu yang sama, iaitu keseimbangan terma. Dalam keadaan ideal tanpa kehilangan haba, haba yang dilepaskan oleh bahan panas sama banyak dengan haba yang diterima oleh bahan sejuk. Dalam eksperimen sebenar, bekas, udara dan alat juga menyerap atau kehilangan haba, jadi kesannya perlu dikurangkan atau dibetulkan.

Nilai tidak semestinya tetap dalam semua keadaan

Muatan haba tentu boleh berubah mengikut suhu, tekanan dan fasa bahan. Air cecair mempunyai nilai kira-kira 4.18 kJ kg⁻¹ K⁻¹, manakala ais pada suhu sedikit di bawah 0 °C kira-kira 2.1 kJ kg⁻¹ K⁻¹, iaitu bahan yang sama tetapi nilainya berbeza kerana fasanya berbeza. Persamaan mudah Q = mcΔT paling sesuai apabila c boleh dianggap hampir malar dalam julat suhu yang dikaji dan tiada perubahan fasa berlaku. Bagi bahan tulen yang mengalami perubahan fasa pada tekanan tetap, haba boleh terus dipindahkan sementara suhu kekal hampir malar sepanjang perubahan fasa itu. Haba ini dipanggil haba pendam.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?