bab 3

Jirim

Segala-galanya, sama ada benda yang hidup atau bukan hidup, yang mempunyai jisim (mass) dan mempunyai / memenuhi ruang (occupies space) dipanggil jirim (matter).

Contoh-contoh jirim adalah seperti air, udara, bumi, haiwan, tumbuh-tumbuhan dan manusia.

Ahli-ahli sains mentakrifkan 'jirim' sebagai segala benda yang mempunyai jisim (mempunyai berat disebabkan oleh tarikan graviti) dan memenuhi ruang (mempunyai isipadu yang boleh diukur).

Bagaimana untuk membuktikan bahawa sesuatu benda itu mempunyai jisim dan memenuhi ruang.

Udara mempunyai jisim dan memenuhi ruang.
  1. Merujuk kepada rajah di atas, dua biji belon diisi dengan udara (udara memberikan isipadu kepada belon kerana ia memenuhi ruang didalam belon).
  2. Salah satu belon dicucuk dengan jarum. Didapati bahawa rod akan cenderung ke arah belon yang masih berisi udara (udara mempunyai jisim kerana ia memberi berat kepada belon).
  3. Ini menunjukkan bahawa udara adalah jirim yang mempunyai jisim dan memenuhi ruang.

Binaan Asas Jirim

Menurut teori asas terbina perkara, perkara itu terdiri daripada zarah halus yang berasingan (discrete).

Zarah-zarah ini boleh terdiri daripada atom atau molekul.

Atom adalah zarah terkecil bagi jirim dan tidak boleh dibahagikan lagi.

Molekul terdiri daripada dua atau lebih atom.
  • Molekul adalah lebih besar daripada atom.
  • Molekul boleh terbina dari atom daripada jenis yang sama atau jenis yang berbeza.
Bukti-bukti yang menunjukkan bahawa jirim adalah terdiri daripada zarah halus dan berasingan.
  1. Melarutkan kuprum (II) sulfat kristal di dalam air.
  2. Resapan (seepage) gas.

Zarah kuprum (II) sulfat merebak ke seluruh air.

Warna biru cair kuprum (II) sulfat dilihat tersebar ke seluruh air. Ini adalah kerana zarah-zarah biru kecil telah bergerak menjauhi dan memasuki ruang antara zarah air.


Resapan (seepage) zarah-zarah gas melalui dinding belon.

Saiz belon menjadi semakin kecil selepas beberapa hari. Ini adalah kerana udara terdiri daripada zarah-zarah halus yang boleh meresap (seep) melalui liang-liang halus pada dinding belon.

Susunan Zarah Dalam Pepejal

Susunan zarah yang berlainan/berbeza dalam jirim membolehkan jirim wujud dalam tiga bentuk yang berbeza (keadaan fizikal).

Biasanya jirim boleh wujud sebagai pepejal, cecair dan gas.

Susunan Zarah Dalam Pepejal.

Zarah pepejal.
  • Pensil, rod kaca, kuku besi, dan bikar adalah beberapa contoh pepejal.
  • Zarah pepejal tersusun rapat dan dalam corak/pola yang tetap. Ini adalah kerana daya tarikan antara zarah adalah kuat.
  • Terdapat ruang yang sangat kecil di antara zarah pepejal. Oleh itu, zarah tidak boleh dimampatkan dan isipadu pepejal adalah pasti/tentu.

Kajian susunan zarah dalam pepejal.


Permulaan eksperimen
Prosedur:
  1. Kepingan kecil kristal kuprum (II) sulfat dimasukkan ke dalam tabung uji yang dipenuhi oleh gel. 
  2. Tabung uji diterbalikkan tanpa digoncang dan dibiarkan selama beberapa hari.
Akhir eksperimen
Pemerhatian:
Kuprum (II) sulfat biru perlahan-lahan merebak ke dalam gel. Selepas beberapa hari, gel menjadi keseluruhannya biru. Krital kuprum (II) sulfat telah hilang.

Kesimpulan:
Penyerapan kuprum (II) sulfat oleh gel menunjukkan bahawa terdapat ruang diantara zarah gel. Kadar penyerapan yang perlahan menunjukkan bahawa zarah gel disusun berhampiran bersama-sama (terdapat ruang kecil di antara zarah).

Susunan Zarah Dalam Pepejal

Susunan zarah yang berlainan/berbeza dalam jirim membolehkan jirim wujud dalam tiga bentuk yang berbeza (keadaan fizikal).

Biasanya jirim boleh wujud sebagai pepejal, cecair dan gas.

Susunan Zarah Dalam Pepejal.

Zarah pepejal.
  • Pensil, rod kaca, kuku besi, dan bikar adalah beberapa contoh pepejal.
  • Zarah pepejal tersusun rapat dan dalam corak/pola yang tetap. Ini adalah kerana daya tarikan antara zarah adalah kuat.
  • Terdapat ruang yang sangat kecil di antara zarah pepejal. Oleh itu, zarah tidak boleh dimampatkan dan isipadu pepejal adalah pasti/tentu.

Kajian susunan zarah dalam pepejal.


Permulaan eksperimen
Prosedur:
  1. Kepingan kecil kristal kuprum (II) sulfat dimasukkan ke dalam tabung uji yang dipenuhi oleh gel. 
  2. Tabung uji diterbalikkan tanpa digoncang dan dibiarkan selama beberapa hari.
Akhir eksperimen
Pemerhatian:
Kuprum (II) sulfat biru perlahan-lahan merebak ke dalam gel. Selepas beberapa hari, gel menjadi keseluruhannya biru. Krital kuprum (II) sulfat telah hilang.

Kesimpulan:
Penyerapan kuprum (II) sulfat oleh gel menunjukkan bahawa terdapat ruang diantara zarah gel. Kadar penyerapan yang perlahan menunjukkan bahawa zarah gel disusun berhampiran bersama-sama (terdapat ruang kecil di antara zarah).

Susunan Zarah Dalam Cecair

Zarah cecair (particles of a liquid) tidak berada dalam corak yang teratur / tetap dan sederhana padat. Oleh itu, terdapat lebih banyak ruang di antara zarah.

Zarah cecair.

Air, jus limau, dan sirap beberapa contoh cecair.

Zarah cecair tersusun berdekatan antara satu sama lain tetapi tidak dalam keadaan corak yang tetap dan teratur. Ini adalah kerana daya tarikan antara zarah-zarahnya adalah lemah.

Ruang antara zarah cecair adalah lebih besar tetapi, cecair tidak boleh dimampatkan kerana zarah-zarahnya masih teratur rapat dan berdekatan antara satu sama lain.

Bentuk cecair tidak tetap/pasti. Bentuk cecair bergantung kepada bentuk bekas dimana ia berada.

Cecair (liquid) yang juga dikenali sebagai bendalir (fluid) kerana kebolehannya mengalir.


Kajian susunan zarah dalam cecair.


Permulaan eksperimen
Prosedur:
Sejumlah kecil kristal kalium permanganat dimasukkan ke dalam silinder penyukat (measuring cylinder) yang dipenuhi dengan air. Alat radas kemudiannya ditinggalkan dan dibiarkan selama beberapa jam.

Akhir eksperimen
Pemerhatian:
Warna ungu Kalium permanganat perlahan-lahan merebak ke seluruh bahagian air dalam beberapa jam.

Kesimpulan:
Keupayaan kalium permanganat untuk merebak didalam air menunjukkan bahawa terdapat ruang antara zarah cecair (air). Kadar penyerapan yang perlahan menunjukkan bahawa zarah disusun agak rapat (terdapat ruang kecil di antara zarah).

Susunan Zarah Dalam Gas

Udara adalah jirim (matter) dalam bentuk gas.

Zarah gas adalah berjauhan dan tidak bersusun dalam corak tetap. Ini adalah kerana daya tarikan diantara zarahnya adalah sangat lemah.

Zarah gas tidak disusun dalam corak yang tetap. Oleh itu,
terdapat ruang yang besar di antara zarah.

Gas tidak mempunyai bentuk yang jelas (definite shape) atau isipadu (volume). Ia mengambil bentuk bekas yang mengisinya.

Terdapat ruang yang besar antara zarah gas. Oleh itu, gas boleh dimampatkan (compressed) dibawah tekanan yang melampau (extreme pressure).

Isipadu gas bertambah (increase) apabila zarah bergerak menjauhi antara satu sama lain. Isipadu gas berkurangan (decrease) apabila zarah dimampatkan.

Gas juga dikenali sebagai bendalir (fluid) kerana kebolehannya mengalir.


Kajian susunan zarah gas.


Permulaan eksperimen
Prosedur:
Beberapa titik bromin (bromine) dititis ke dalam balang gas yang mempunyai penutup. Balang gas kosong diterbalikkan di atas balang gas diisi dengan yang bromin. Penutup kemudiannya dialihkan/dikeluarkan.

Akhir eksperimen
Pemerhatian:
Gas bromin berwarna perang kemerahan (reddish-brown) merebak dengan cepat ke dalam balang gas yang berisi udara.

Kesimpulan:
Keupayaan gas bromin merebak ke dalam udara menunjukkan bahawa udara (gas) mempunyai ruang kosong di antara zarah-zarahnya. Kadar ia merebak yang cepat/pesat (rapid rate) menunjukkan bahawa zarah-zarahnya tersusun longgar (terdapat ruang yang besar di antara zarah-zarah gas).

Pergerakan Zarah Dalam Jirim

Zarah-zarah dalam jirim (dalam sebarang bentuk fizikal) adalah sentiasa bergerak.

Walaupun demikian, kadar (rate) dan jenis pergerakan (type of movement) zarah dalam setiap bentuk fizikal adalah berbeza.

Berikut adalah jenis-jenis pergerakan zarah dalam:
  • Pepejal (solid).
    Zarah tidak bergerak bebas kerana daya tarikan antara zarah adalah sangat kuat. Zarah-zarah hanya boleh bergetar dan berputar di sekitar kedudukan tetap mereka.

  • Cecair (liquid).
    Zarah bergerak bebas kerana daya tarikan antara zarah kurang kuat. Zarah-zarah berlanggar (collide) antara satu sama lain.

  • Gas.
    Zarah bergerak dengan bebas dan secara rawak kerana daya tarikan antara zarah sangat lemah. Zarah-zarah juga bergerak pada kelajuan yang sangat tinggi.

Gerakan bebas atau gerakan Brown (Brownian motion) adalah gerakan zarah dalam semua arah pada kelajuan yang tinggi.
  • Gerakan bebas adalah disebabkan oleh perlanggaran antara zarah-zarah, atau antara zarah-zarah dan bekas (container) mereka.

  • Pergerakan bebas berlaku secara berterusan kerana zarah-zarah melantun (particles rebound), iaitu zarah bergerak melantun dan berterusan berikutan perlanggaran.
Gerakan Brown tidak terhad kepada pergerakan zarah gas sahaja. Zarah cecair juga adalah bergerak bebas.

Walau bagaimanapun, pergerakan zarah cecair adalah lebih perlahan daripada zarah gas.

Gerakan Brown zarah asap.

Konsep Ketumpatan

Ketumpatan dan keapungan

Ketumpatan (density) sesuatu bahan adalah jisim (mass) per unit isipadu (volume) bahan tersebut. Persamaannya adalah:

Unit SI bagi ketumpatan kg/m3 atau kgm-3

Ketumpatan sesuatu bahan bergantung kepada dua faktor:
  • Jisim.
    Lebih besar jisim, semakin besar ketumpatannya.

  • Isipadu.
    Lebih besar isipadu, semakin kecil ketumpatannya.
Jadual berikut menunjukkan ketumpatan pelbagai jenis bahan-bahan:

Keapungan (buoyancy) jirim adalah merujuk kepada samada sesuatu jirim itu terapung atau tenggelam dalam jirim lain.

Keapungan sesuatu jasad (bodies) adalah bergantung kepada ketumpatannya.

Pepejal (solid) yang mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada ketumpatan sesuatu cecair (liquid) akan terapung pada permukaan cecair tersebut.

Pepejal yang mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi daripada ketumpatan sesuatu cecair akan tenggelam di dalam cecair tersebut.

Perbandingan ketumpatan antara dua pepejal.

Bagaimana untuk membandingkan ketumpatan dua jasad:
  • Jika gabus terapung di atas permukaan air, maka gabus adalah kurang tumpat daripada air.
  • Jika zink tenggelam di dalam air, maka zink adalah lebih tumpat daripada air.


Perbandingan ketumpatan antara tiga cecair.

Bagaimana untuk membandingkan ketumpatan dua cecair yang tidak bercampur:
  • Jika petrol terapung di atas air, maka petrol adalah kurang tumpat daripada air.
  • Jika merkuri tenggelam di dalam air, maka merkuri adalah lebih tumpat daripada air.

Kegunaan Sifat-sifat Jirim Dalam Kehidupan Seharian

Jirim dalam tiga keadaan yang berlainan, banyak memberi manfaat kepada manusia dalam pelbagai cara.

Sebagai contoh, pepejal yang keras dan kuat, mempunyai banyak kegunaannya:
  • Besi (iron) boleh digunakan untuk membuat badan kenderaan (body of vehicles).
  • Kayu digunakan untuk membina rumah (house) dan perabot (furniture).

Pengetahuan tentang sifat-sifat gas (properties of gas) telah membolehkan manusia untuk mengangkut gas-gas penting. Gas seperti gas petroleum cecair (liquefied petroleum gas) dimampatkan dan diangkut dalam bentuk cecair, yang mana ia lebih menjimatkan.

Manusia juga menggunakan konsep ketumpatan (concept of density) untuk manfaat mereka.

Contoh-contoh aplikasi yang menggunakan konsep ketumpatan:

Pelampung/Boya
  • Pelampung/boya (buoy) mempunyai silinder yang berisi dengan udara untuk membolehkan ia terapung di atas air.
  • Lampu (mengeluarkan cahaya) diletakkan pada peranti/peralatan ini, dan ditinggalkan terapung di laut sebagai rujukan kepada pelayar-pelayar (sailors) untuk ke lokasi yang lebih selamat.
Boya.

Hidrometer
  • Hidrometer (hydrometer) merupakan instrumen yang digunakan untuk menentukan ketumpatan cecair, sebagai contoh, ketumpatan asid dalam bateri kereta.
  • Jika ketumpatan asid adalah rendah, tiub kaca akan tenggelam dan menunjukkan bacaan yang tinggi pada skala.
  • Jika ketumpatan asid adalah tinggi, tiub kaca akan terapung dan menunjukkan bacaan yang rendah pada skala.
 
Hidrometer.

Kapal dan bot laju
  • Sebuah kapal yang beratnya beribu-ribu tan boleh terapung kerana ruang udara di dalam kapal itu membolehkan ianya terapung.
  • Badan bot laju dibuat daripada kaca gentian (fiber glass) yang kukuh yang mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada keluli (steel).
Bot laju.

Mengangkut kayu balak
  • Dalam industri pembalakan, sungai merupakan pengangkutan yang penting untuk mengangkut kayu balak kerana kayu mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada air.
  • Oleh itu, kayu balak boleh terapung di dalam sungai dan dibawa oleh arus air sungai ke kilang yang terletak di muara sungai (river mouth).

Membina kapal selam
  • Kapal selam dilengkapi dengan tangki 'ballast' (ballast tank) bertindak untuk mengawal kedudukan kapal selam.
  • Untuk menyelam, injap di tangki 'ballast' dibuka bagi membolehkan air laut masuk ke dalam tangki tersebut.
  • Untuk menimbulkan kapal selam ke permukaan laut, udara dari pemampat (compressor) dipam ke dalam tangki 'ballast' bagi mengeluarkan air laut daripada tangki.
Kapal selam.

Belon udara panas
  • Sesebuah belon udara panas beroperasi dengan cara mengawal ketumpatan udara di dalam belon.
  • Ketumpatan udara menurun apabila suhu udara adalah meningkat. Ini disebabkan oleh isipadu udara bertambah (jisim udara tidak berubah).
  • Oleh itu, untuk membolehkan belon terapung dengan lebih tinggi di udara, suhu udara di dalam belon perlu dinaikkan.
  • Ketumpatan udara akan bertambah apabila suhu udara menyejuk (colder).
  • Untuk menurunkan belon, suhu udara di dalam belon perlu diturunkan.
Belon udara panas.

6 comments:

Subscribe to: Posts (Atom)