Keseimbangan Terma

Suhu (temperature) sesuatu objek adalah merupakan darjah kepanasan bagi sesuatu jasad, dan kebiasaannya diukur dalam unit darjah Celsius, °C (degree Celsius).

Termometer: Alat yang digunakan  untuk menyukat suhu.

Semakin tinggi suhu sesuatu objek itu, maka semakin banyak tenaga terma yang dimiliki oleh objek tersebut.

Tenaga terma (thermal energy) sesuatu objek itu adalah jumlah tenaga kinetik dalaman yang dimiliki oleh objek tersebut.

Haba (heat) ialah jumlah tenaga terma yang boleh dipindahkan dari satu objek ke objek yang lain, dan ianya diukur dalam unit joule (J).

Haba mengalir dari suatu jasad yang bersuhu tinggi ke suatu jasad yang bersuhu rendah.

Jumlah haba yang diperolehi dari sesuatu objek tidak bergantung hanya kepada suhunya, tetapi juga bergantung kepada jumlah tenaga terma yang dimiliki oleh objek tersebut.

Memahami keseimbangan terma

Apabila dua objek yang suhunya berbeza diletakkan bersentuhan di antara satu sama lain, objek yang bersuhu tinggi akan memindahkan habanya kepada objek yang bersuhu rendah.

Rajah di bawah menunjukkan dua objek A dan B yang diletakkan bersentuhan antara satu sama lain. Seandainya suhu A lebih tinggi dari suhu B, haba akan dipindahkan dari A ke B pada kadar yang lebih tinggi daripada B ke A.

Sebelum keseimbangan terma: Suhu A > Suhu B

Selepas beberapa ketika, kedua-dua objek A dan B akan mencapai suhu yang sama. Apabila ini berlaku, kadar pemindahan haba dari A ke B adalah sama dengan kadar pemindahan haba dari B ke A. Objek A dan B kemudiannya berada dalam keseimbangan terma.

Selepas keseimbangan terma: Suhu A = Suhu B

Keseimbangan terma (thermal equilibrium) adalah satu keadaan dimana kadar pengaliran bersih haba adalah sifar (zero), tetapi haba masih mengalir antara dua objek dimana kadarnya adalah sama.

Suatu objek juga boleh boleh mencapai keseimbangan terma dengan keadaan sekelilingnya. Ini berlaku apabila suhu bagi suatu objek mencapai suhu yang sama dengan keadaan sekelilingnya tanpa mengira sama ada objek itu menerima/menyerap atau membebaskan haba.

Andaikan objek A dan objek B berada dalam keseimbangan dengan objek C, maka A dan B adalah berkeseimbangan di antara satu sama lain.

Contoh-contoh berkaitan dengan keseimbangan terma;

1. Penggunaan termostat (thermostat) bagi cerek elektrik. Apabila termostat berada  dalam keseimbangan terma dengan elemen pemanas cerek elektrik (air telah mendidih), arus elektrik akan dimatikan secara automatik.
   
   
2. Menyukat suhu badan dengan menggunakan termometer (thermometer) klinik. Apabila merkuri dalam bebuli termometer mencapai keseimbangan terma dengan suhu badan, suhu badan yang tepat bagi seseorang itu boleh diketahui. 

Kesan Magnet Bagi Suatu Konduktor Yang Membawa Arus

Elektromagnet

Elektromagnet (electromagnet) ialah suatu magnet yang medan magnetnya dihasilkan oleh aliran arus elektrik (the flow of electric current).

Kemagnetan suatu elektromagnet adalah sementara (temporary magnet), yang mana ianya boleh dimagnetkan (magnetised) dan dinyahmagnetkan (demagnetised).

Satu elektromagnet ringkas boleh dibentuk dengan melilitkan 20 pusingan dawai kuprum tertebat (insulated) pada teras besi lembut (soft iron core) seperti paku besi (iron nail) lembut.

Paku besi akan menjadi suatu magnet apabila suis dihidupkan.

Elektromagnet ringkas.

Medan magnet akibat daripada arus dalam satu dawai lurus

Medan magnet akibat daripada arus dalam satu dawai lurus boleh dikaji seperti berikut;

Corak medan magnet akibat daripada arus dalam suatu dawai lurus.

Serbuk besi yang ditabur di atas kad akan membentuk bulatan-bulatan sepusat apabila diketuk dengan perlahan.

Sebuah kompas kecil yang diletakkan di atas kad tersebut menunjukkan arah medan magnet.

Jika arus disongsangkan, jarum kompas akan berpusing dan menunjukkan ke arah bertentangan. Walau bagaimanapun, corak medan magnet tetap tidak berubah selagi magnitud arus adalah malar.

Arah medan magnet di sekeliling dawai itu boleh ditentukan dengan menggunakan petua genggaman tangan kanan (right-hand grip rule). 

Petua genggaman tangan kanan untuk dawai lurus.

Menurut petua genggaman tangan kanan, arah jari-jari yang membengkok menunjukkan arah medan magnet apabila ibu jari menunjuk arah arus yag mengalir dalam dawai.

Arah medan magnet juga boleh ditentukan dengan menggunakan peraturan skru Maxwell (Maxwell's screw rule). Menurut peraturan ini, arah putaran skru menunjukkan arah medan magnet jika hujung skru (bahagian tajam) menuju pada arah arus dalam dawai.

Peraturan skru Maxwell.

Medan magnet akibat daripada arus dalam suatu gegelung

Corak medan magnet yang disebabkan oleh gegelung bulat (circular coil) adalah seperti dalam rajah di bawah.

Corak medan magnet akibat daripada arus dalam gegelung bulat.

Di bahagian tengah gegelung, corak medan magnet adalah lurus dan berserenjang (perpendicular) dengan satah gegelung.

Arah medan magnet pada mana-mana titik dapat ditentukan dengan menggunakan petua genggaman tangan kanan.

Medan magnet akibat daripada arus dalam suatu solenoid

Solenoid ialah suatu gegelung dawai yang berbentuk silinder panjang.

Suatu medan magnet terbentuk apabila arus mengalir melalui solenoid.

Corak medan magnet yang terhasil oleh suatu solenoid ditunjukkan seperti dalam rajah di bawah.

Corak medan magnet akibat daripada arus dalam suatu solenoid.

Garis-garis medan magnet di dalam suatu solenoid adalh lurus dan berjarak sekata, menunjukkan bahawa kekuatan medan magnet adalah seragam.

Di luar solenoid, corak medan adalah serupa dengan corak yang dihasilkan oleh magnet bar, dengan satu hujung solenoid bertindak sebagai kutub utara dan satu hujung lagi sebagai kutub selatan.

Kekutuban (polarity) solenoid dapat ditentukan oleh petua genggaman tangan kanan untuk suatu solenoid. Menurut petua ini, jika solenoid digenggam dengan tangan kanan supaya jari-jari membengkok mengikut pengaliran arus dalam solenoid, arah ibu jari menunjuk ke arah kutub utara solenoid.

Petua genggaman tangan kanan untuk suatu solenoid.

Kekutuban solenoid juga boleh ditentukan dengan melihat arah arus di hujung gegelung. 

1. Jika arus mengalir melawan arah pusingan jam, maka hujung itu merupakan kutub utara (N).
2. Jika arus mengalir mengikut arah pusingan jam, maka hujung itu merupakan kutub selatan (S).

Tekanan

Tekanan (pressure) ditakrifkan sebagai daya berserenjang (perpendicular) atau normal per unit luas (unit area) yang bertindak ke atas suatu permukaan.

dimana;

F = Daya berserenjang yang bertindak ke atas, dalam unit Newton (N)

A = Luas permukaan, dalam unit meter persegi (m²)

Unit SI bagi tekanan adalah pascal (Pa) atau newton per meter persegi (Nm^-2).

Ia adalah bersamaan dengan daya 1 newton yang bertindak ke atas luas permukaan seluas 1 meter persegi.

Tekanan yang dikenakan oleh daya ke atas suatu permukaan adalah bergantung kepada daya yang dikenakan serta luas permukaan.

Tekanan yang tinggi dan tekanan yang rendah digunakan dalam pelbagai situasi.

Magnitud tekanan yang dikenakan ke atas sesuatu permukaan boleh ditingkatkan dengan menggunakan daya yang lebih besar, atau mengurangkan luas permukaan yang bersentuh.

Sebaliknya, magnitud tekanan boleh dikurangkan dengan menggunakan daya yang lebih kecil, atau meningkatkan luas permukaan yang bersentuh.

Sebagai contoh, tapak kasut tumit tinggi (high-heeled) adalah kecil, menyebabkan tekanan yang bertindak ke atas tanah adalah lebih tinggi, manakala tapak kasut sukan yang rata adalah besar, menyebabkan tekanan yang bertindak ke atas tanah adalah lebih rendah.

Contoh tekanan yang bertindak dari
dua jenis tapak kasut yang berbeza.

Tekanan ke atas permukaan juga bergantung kepada arah daya yang dikenakan.

Jika daya bertindak pada sebarang sudut ke atas suatu permukaan, hanya komponen daya yang berserenjang dengan permukaan sahaja yang digunakan untuk menentukan tekanan.