BAB SUHU DAN KALOR. 7.1 Suhu dan Termometer

1

BAB SUHU DAN KALOR 7.1 Suhu dan Termometer Suhu didefinisikan sebagai ukuran atau derajat panas dinginnya suatu benda atau sistem. Pada hakikatnya suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh molekulmolekul suatu benda. Dengan demikian suhu menggambarkan bagaimana gerakan molekulmolekul benda. Sebagai contoh ketika kita memanaskan sebatang besi, besi akan memuai, dan beberapa sifat fisik benda tersebut akan berubah. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibat adanya perubahan suhu disebut sifat termometrik. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur sebuah benda. Dari sifat termometrik tersebut, termometer dibuat. 7.1.1 Beberapa Jenis Termometer Jangkauan ukur Termometer (0C) Air raksa dalam pipa

-39 s/d 500

Gas volume konstan

-270 s/d 1500

Hambatan platina

-200 s/d 1200

Termokopel

-250 s/d 1500

Pyrometer

di atas 1000

Karakteristik Sederhana, murah, portabel, langsung bisa dibaca. Jangkauan sangat lebar, sangat teliti, sangat peka tetapi berukuran cukup besar, lambat reaksinya dan tidak bisa langsung dibaca, digunakan untuk mengkalibrasi termometer-termometer yang lain. Jangkauan lebar, sangat akurat tetapi tidak cocok untuk perubahan suhu yang tiba-tiba karena kapasitas panasnya yang sangat besar. Cocok untuk suhu rendah yang konstan. Jangkauan sangat lebar, cukup akurat, kuat, dan kompak, banyak digunakan dalam industri untuk perubahan suhu yang cepat. Tanpa kontak langsung dengan benda yang diukur, cocok digunakan untuk mengukur suhu benda yang sangat tinggi.

http://atophysics.wordpress.com

2 7.1.2 Skala-skala Termometer Pembuatan skala termometer memerlukan dua titik referensi, yaitu titik beku dan titik didih atau sering disebut titik tetap atas dan titik tetap bawah. Terdapat tiga macam skala yang biasa digunakan dalam pengukuran suhu, yaitu skala Celsius, skala Fahrenheit, dan skala Kelvin. Skala Fahrenheit didasarkan pada titik beku 320F dan titik didih 2120F. Satu derajat Fahrenheit menunjukkan 1/180 kali perubahan suhu antara titik beku dan titik didih. Skala Celsius didasarkan pada titik beku 00C dan titik didih 1000C. Satu derajat Celsius menunjukkan 1/100 kali perubahan suhu antara titik beku dan titik didih. Skala Kelvin didasarkan pada suhu terendah yang mungkin -2730C. Biasanya skala Kelvin disebut skala mutlak (absolut) atau skala termodinamik. Satuan ini digunakan sebagai satuan SI. Mengubah satuan suhu dari skala Celsius ke skala Kelvin .....(7.1)

K= C + 273 10C : 10F = 1/100 : 1/180 atau 10C :10F = 9:5 Berdasarkan perbandingan di atas dilakukan rumus konversi Celsius dan Fahrenheit. ....(7.2)

C = 5/9(F – 32)

....(7.3)

F = 9/5C + 32

Di samping tiga skala suhu di atas, ada skala lain yang masih juga digunakan, yaitu skala Reamur (0R). Pada skala ini air membeku 00R dan mendidih pada 800R. Konversi dari Celsius dan Fahrenheit ke Reamur adalah C = 5/4R dan F = 9/4R + 32 7.2 Pemuaian Ketika suatu benda dipanaskan, gerakan molekulnya semakin cepat, yang menyebabkan pergeserannya semakin besar, jarak antarmolekul menjadi bertambah sehingga terjadilah peristiwa yang disebut pemuaian.


3 7.2.1 Pemuaian Zat Padat Jika kita melakukan sebuah percobaan memanaskan sebuah kawat yang panjangnya Lo, akan dapatkan bahwa pertambahan panjang akibat pemuaian L berbanding lurus dengan pertambahan suhu T. Sudah barang tentu juga pertambahan ini berbanding lurus dengan panjang Lo. Yang artinya untuk pertambahan suhu yang sama, sebuah batang besi 6 m akan bertambah panjang 3 kali dari pertambahan panjang batang besi 2 m. Secara matematis kita bisa menuliskan (..... 7.4) L = L0 T dimana merupakan suatu konstanta yang disebut koefisien muai panjang. Tabel 7.2 berikut menunjukkan koefisien muai panjang beberapa bahan. Bahan Besi Tembaga Alumunium Timah Hitam Platina Kuningan Seng Intan Kaca Beton

Koefesien muai panjang (K-1) 0,000 012 0,000 017 0,000 023 0,000 029 0,000 009 0,000 018 0,000 030 0,000 001 0,000 0085 0,000 012

Jika batang besi yang kita panaskan memiliki luas penampang A0, dimana luas penampang ini berubah setelah adanya perubahan suhu T. Kita misalkan jari-jari awal penampang kawat sama dengan R0. sesuai dengan persamaan (7.14), panjang R dapat dihitung sebagai R = R0 + R = R0 + R 0 T R = R0(1 + T) Luas penampang mula-mula adalah A0 = R2, sedangkan luas penampang setelah memuai sama dengan: A = R2 = R (1 + T)2 = A0 (1 + T)2 = A0 (1 + 2 T + 2 T2) Karena nilai relatif kecil, maka nilai 2 T2 dapat kita abaikan, sehingga diperoleh pendekatan A = A0 (1 + 2

T)

Kita lihat disini bahwa pertambahan luas A adalah sebesar A = 2A0 T Bila 2 kita sebut sebagai , yaitu koefesien muai luas bahan, akan didapatkan (…..7.6) A = A0 di mana

T

=2 . http://atophysics.wordpress.com

4

Sekarang kita tinjau bagaimana pertambahan volume suatu benda akibat pemuaian. Pada contoh batang besi yang kita analisis, batang besi yang panjang mula-mulanya Lo menjadi L = Lo (1 + 2 T). Kita tahu bahwa volume V sama dengan panjang kali luas penampang. Dengan demikian V=AL = A0 (1 + 2 T) Lo (1 + T) = A0 Lo (1 + 2 T) (1 + T) Volume awal V0 sama dengan A0 Lo, sehingga V = V0 (1 + T + 2 T + 2 2 T2) Jika kita mengabaikan suku 2 2 T2 karena nilai yang kecil, akan kita peroleh (....7.7)

V = V0 (1 + 3

T)

Kita lihat disini bahwa pertambahan volume V adalah sebesar V= 3 V0 T Bila 3 kita sebut sebagai , yaitu koefisien muai volume bahan, akan kita dapatkan (....7.8) V= V0

T

Di mana = 3 . Dari uraian tentang pemuaian ini, dapat kita rangkum persamaan-persamaan untuk pemuaian panjang, luas, dan volume, sebagai berikut

Pemuaian Panjang : L = L0 (1+ Pemuaian Luas : A = A0 (1 + Pemuaian Volume : V = V0 (1 +

T) di mana = konstanta T) di mana = 2 T)di mana = 3

Pemuaian yang merugikan dan cara mengatasinya Pemuaian yang merugikan karena perubahan suhu akibat panas sinar matahari dan dinginnya udara di malam hari memungkinkan para perancang konstruksi untuk memberi ruang muai lebih yang sebelumnya harus benar-benar diperhitungkan. Pada gambar 7.6, pemuaian pada sebuah jalan raya dimana beton pembatas jalan memuai dan retak ketika temperatur udara sangat tinggi. Ini sebabnya lebih baik untuk menggunakan pembatas jalan yang terputus-putus.


5 Pada gambar 7.7(a) ditunjukkan terbengkoknya rel kereta api akibat pemuaian yang sangat merugikan dan membahayakan. Maka untuk mengatasinya, pada sambungan dua buah rel tersebut harus diberikan celah untuk memuai pada siang hari yang terik. (7.7 (b)).

Jembatan-jembatan yang rangkanya terbuat dari baja , juga bisa memuai bila hari panas , dan ini bisa menyebabkan runtuh. Untuk menghindarinya kedua ujung jembatan diberikan ruang untuk mengantisipasi pemuaian, seperti gambar 7.8.

Pada gambar 7.9 ditunjukkan model sambungan pada sebuah trotoar yang memungkinkan trotoar tersebut memuai dengan bebas tanpa merusakkannya. Pemuaian yang menguntungkan Pemuaian bisa dimanfaatkan misalnya untuk memasang roda logam (besi) pada sebuah lokomotif. Untuk menghasilkan suatu ”ban baja” yang bisa menempel kuat pada roda, diameter dalam ban baja dibuat sedikit lebih kecil daripada diameter luar roda. Ban baja kemudian dipanaskan sehingga memuai dan diameternya menjadi lebih besar dari diameter roda. Dengan demikian, ban baja bisa dipasang pada roda. Ketika ban baja ini dingin, ia mengerut sehingga pasangan ban baja ini sangat kuat.

Pada pengelingan logam atau papan besar yang terdapat pada kapal-kapal kontainer yang besar, kuatnya pengelingan sangat diperlukan. Paku keling, sebelum digunakan dipanaskan dulu sampai membara. Selanjutnya, paku keling ini dipukul dengan kuat hingga rata dengan permukaan papan. Ketika mendingin, paku keling menyusut dan menarik dengan kuat sambungan dua papan yang disambung. http://atophysics.wordpress.com

6

Ketika dua lempeng logam yang berbeda, misalnya besi dan kuningan, digabungkan dengan menempelkannya dengan kuat, kemudian dipanaskan, akan kita dapatkan bahwa gabungan ini melengkung. Ini terjadi karena salah satu logam memuai lebih besar dibandingkan yang lain. Gabungan dua logam seperti ini disebut lempeng bimetalik.

Cukup banyak peralatan di sekitar kita yang menggunakan lempeng bimetalik, seperti termostat listrik, sakelar otomatis (digunakan pada alarm kebakaran), dan termometer bimetal, seperti yang ditunjukkan pada gambar 7.13.

7.2.2 Pemuaian Zat Cair Pada zat cair kita hanya mengenal pemuaian volume yang umumnya bertambah ketika suhunya dinaikkan. Karena molekulnya lebih bebas dibandingkan zat padat maka pemuaian zat cair juga lebih besar dibandingkan zat padat. Perhatikan gambar 7.14 yang menunjukkan sebuah bejana berisi zat cair. Mula –mula ketinggian zat cair adalah A. Jika kita panaskan ketinggian permukaan zat cair akan turun ke B, kemudian naik ke C. Penurunan permukaan dari A ke B bukan disebabkan oleh penyusutan zat cair,tetapi akibat pemuaian yang dialami bejana sehingga volumenya bertambah. Ketika zat cair telah menjadi panas, permukaan zat cair akan naik ke C akibat pemuaian zat cair yang lebih besar dari pemuaian yang tampak adalah kenaikan ketinggian permukaan dari A ke C. Pemuaian nyata = pemuaian tampak + pemuaian bejana. Dengan demikian, bila tampak adalah koefisien muai volume tampak dari zat cair. Dan adalah koefisien muai volume bejana, dapat kita tuliskan koefisien muai nyata sebagai =

bejana +

bejana

tampak


7 Variasi masa jenis terhadap suhu Sesuai dengan persamaan (7.8), bila volume zat cair adalah V0, volume akhirnya V, maka perubahan suhu sebesar T menyebabkan perubahan volume : V = V - V0 yang sama dengan V = V - V0 = V0 T V = V0 (1 + T) Kita tahu bahwa ketika suhunya naik, volume zat cair bertambah, sementara massanya tetap. Akibatnya, ketika suhu zat cair bertambah, massa zat cair berkurang. Bila massa jenis zat cair mula-mula 0, maka m V0 0= dimana m adalah massa zat cair. Ketika volumenya berubah menjadi V, massa jenis zat cair juga berubah menjadi , di mana (...7.10)

=

m

m

V

= V0 (1 +

T)

ρ=

ρ0 (1 + γ∆T )

Anomali air

Air memiliki suatu keistimewaan, ketika didinginkan, air menyusut sampai 40C,jika didinginkan lagi, air justru memuai, sampai suhunya mencapai 00C. Pada suhu 00C, air berubah bentuk menjadi es, yang volumenya lebih besar. Jika es ini didinginkan lagi, ia akan menyusut seperti layaknya zat-zat lain. Sifat air ini yang disebut anomali air.

Aplikasi anomali air di dasar danau Suhu turun, permukaan air pada sebuah danau menjadi lebih dingin, akibatnya air permukaan ini tenggelam karena massa jenisnya lebih besar. Secara perlahan-lahan, air yang turun ini akan mencapai suhu 40C. Ketika permukaan air didinginkan kembali, ia tetap berada di permukaan air karena massa jenisnya lebih kecil daripada air yang dibawahnya. Akibatnya, air di permukaan ini membeku, dan terbentuklah lapisan es di permukaan danau, sementara air di bawahnya tetap cair. Inilah sebabnya tanaman dan hewan air tetap bisa hidup dalam kondisi ini. Jika air berperilaku seperti zat-zat lain, maka yang pertama kali membeku adalah dasar danau, dan ini menutup kemungkinan bagi hewan air untuk hidup.


8 7.2.3 Pemuaian Zat Gas Seperti halnya zat padat dan zat cair, gas juga memuai jika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Namun, volume gas bertambah lebih banyak yang dipengaruhi oleh tekanannya. Ada 3 hukum tentang gas yang berkaitan dengan pemuaian gas, yaitu hukum Boyle, hukum Charles atau hukum Gay-Lussac, dan hukum tekanan.

Hukum Boyle Hukum Boyle merupakan hukum yang menghubungkan volume dengan tekanan gas pada suhu yang konstan. Meskipun suhunya konstan, volume gas bisa berubah karena adanya perubahan tekanan. Perhatikan gambar 7.17(a) yang menunjukkan percobaan yang dilakukan Boyle.

Ketika ujung terbuka kita set berada di atas tabung tertutup, selisih ketinggian permukaan raksa kita sebut sebaga h. Ketika tabung terbuka kita turunkan sampai di bawah tabung tertutup, nilai h negatif. Jika tekanan atmosfer kita sebut sebagai gh, besar tekanan udara pada tabung tertutup sama dengan p = g(H + h) di mana g adalah percepatan gravitasi dan adalah massa jenis raksa. Jika A adalah luas penampang tabung, volume udara yang ada dalam tabung tertutup adalah V = lA Dari hasil percobaan Boyle, didapatkan bahwa grafik (H + h) versus 1/l merupakan suatu garis lurus sehingga (H + h) l = konstan Karena g, , dan A memiliki nilai konstan, maka p

1

/V

atau

pV = konstan

Persamaan (7.11) inilah yang disebut hukum Boyle, yang jika dinyatakan dengan kata-kata adalah : tekanan suatu massa tertentu gas pada suhu konstan berbanding terbalik dengan


9 volumenya, atau pV = konstan. Misalkan pada suhu konstan, sejumlah gas memiliki volume V1 dan tekanan p1. Jika kita panaskan gas ini hingga tekanannya menjadi p2, maka berlaku hukum Boyle p1V1 = p2V2 Dimana V2 adalah volume akhirnya. Hukum Charles atau Hukum Gay Lussac Seorang fisikawan Prancis Jacques Charles menemukan persamaan yang menghubungkan antara volume dan suhu gas pada tekanan konstan yang dikenal sebagai hukum Charles atau hukum Gay Lussac, dituliskan V

T

Yang artinya pada tekanan konstan, volume gas V sebanding dengan suhu T. (....7.12)

V = kons tan T Misalkan pada tekanan konstan, sejumlah gas memiliki volume V1 dan suhu T1. jika kita panaskan gas ini hingga suhunya menjadi T2, sementara tekanannya kita pertahankan tetap, berlaku hukum Charles: V1 V2 T1 = T2 di mana V2 adalah volume akhirnya. Hukum Tekanan Jika volume gas kita pertahankan tetap, sementara suhu dan tekanan gas dibiarkan berubah, maka pada volume konstan diperoleh hubungan yang mirip dengan kasus pada hukum Charles. Pada suhu konstan, tekanan suatu massa gas tertentu sebanding dengan suhunya. P

T

atau (....7.13)

P = kons tan T Persamaan ini disebut sebagai hukum tekanan. Misalkan pada volume konstan, sejumlah gas memiliki tekanan p1 dan suhu T1. Jika kita panaskan gas ini sampai suhunya menjadi T2 dan volumenya dijaga tetap, berlaku hukum tekanan P1 P2 T1 = T2 Di mana P2 adalah tekanan akhirnya.


10

Persamaan Gas Ideal Gas ideal adalah gas yang tidak memiliki kecenderungan mencair, bagaimanapun rendahnya suhu gas. Gas ideal merupakan suatu model untuk memudahkan kita memahami sifat-sifat gas. Gas ideal memenuhi hukum-hukum gas yang telah dibahas, yaitu: Hukum Boyle : pV = konstan atau p1V1 = p2V2 V Hukum Charles : T = konstan atau

V2 V1 T1 = T2

p Hukum tekanan : T = konstan atau

p1 p2 T1 = T2

Jika ketiga persamaan di atas kita gabung, akan kita peroleh suatu persamaan umum, yang disebut persamaan gas. Dengan mengalikan ketiga persamaan di atas diperoleh: V1 p1 V2 p2 (p1 V1) T1 T1 = (p2 V2) T2 T2 p12 V12 p22 V22 = T2 T12 Akhirnya dapat kita tuliskan (....7.14)

P1V1 P2V2 PV = atau = kons tan T1 T2 T Yang disebut persamaan gas ideal dan dinyatakan dalam suhu absolut (Kelvin).

7.3 Kalor Pada abad 18 sampai 19, kalor diyakini sebagai suatu fluida yang disebut kalorik, yang bisa berpindah dari satu benda ke benda lain, yaitu dari panas ke dingin.dua buah benda yang suhunya berbeda disentuhkan satu sama lain, maka kedua benda akan mencapai suhu yang sama. Keadaan ini dinamakan kesetimbangan termal. Pada tahun 1760, Joseph Black membedakan pengertian kalor dan suhu dimana suhu adalah sesuatu yang diukur pada termometer, dan kalor adalah sesuatu yang mengalir (fluida) dari benda panas ke benda yang dingin dalam rangka mencapai kesetimbangan termal. Tahun 1798 seorang ilmuwan Amerika, Benjamin Thompson menyangsikan definisi kalor sebagai fluida kalorik. Ia mengamati kalor yang dihasilkan pada meriam. Ia menyimpulkan, kalor bukanlah fluida tetapi kalor dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanis (misal gesekan). Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air sebesar 10C.

Percobaan Joule Melanjuti dari percobaan Thompson, James Prescot Joule melakukan percobaan menghitung jumlah energi mekanik yang ekivalen dengan kalor sebanyak 1 kalori. Tampak pada gambar 7.18.


11

Ketika massa m bergerak turun dengan kecepatan konstan, kawat yang ditariknya menyebabkan pengaduk berputar. Karena massa bergerak dengan kecepatan konstan, berarti tidak ada perubahan energi kinetik, tetapi terjadi penurunan energi potensial. Penurunan ini menghasilkan energi kalor pada air, yang diukur berdasarkan kenaikan suhu air. Berdasarkan teori bahwa energi potensial yang hilang sama dengan energi kalor yang muncul, diperoleh nilai tara mekanik kalor, yaitu ekivaslensi energi mekanik dengan energi kalor.

1 kalori = 4,184 joule

7.3.2 Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Jika sejumlah kalor Q menghasilkan perubahan suhu sebesar didefinisikan sebagai (...7.15)

C=

T, kapasitas kalor C

∆Q ∆T

Dalam satuan SI, satuan kapasitas kalor adalah J/K. Banyaknya kalor yang diperlkan untuk menghasilkan perubahan suhu T ternyata sebanding dengan massa benda m dan perubahan suhunya. Disamping itu, banyaknya kalor juga tergantung pada jenis benda yang dipanaskan atau didinginkan.(....7.16) Q = mc T Dimana besaran c disebut kalor jenis benda. Kalor jenis benda merupakan karakteristik termal suatu benda. Berdasarkan persamaan (7.16), tampak bahwa kalor jenis sama dengan kapasitas kalor per satuan massa, sehingga satuan SI-nya adalah J/kg.K. (....7.17)

c=

C M

Jika banyaknya massa benda tidak dinyatakan dalam kilogram, tetapi dalam satuan molar n, kalor jenis yang dihitung disebut kalor jenis molar cm, sehingga berlaku Q = ncm T


12

Kalor jenis molar dinyatakan dalam satuan J/mol.K. Tabel 7.3 Kalor jenis bahan (pada 200C.1 atm)

Bahan Alumunium Tembaga Emas Baja/besi Timah Raksa Air Es (-100C)

c (J/kg.k)

cm (J/mol.K)

900 385 130 450 130 140 4190 2100

24,3 24,4 25,6 25,0 26,8 28,0 75,4 38,0

Hukum Kekekalan Energi Kalor Misalkan benda yang akan diukur kalor jenisnya bermassa m1, dan memiliki suhu awal T1. suatu zat cair yang bermassa m2 yang suhu awalnya T2 ditempatkan dalam sebuah gelas, dan ditempatkan dalam suatu sistem tertutup, yang disebut kalorimeter. Benda m1 dicelupkan ke dalam zat cair, dan suhu campuran Tf keduanya dicatat. Karena kalorimeter merupakan suatu sistem yang tertutup, tidak ada kalor yang keluar dan masuk dari yang ke dalam sistem ini. Banyaknya kalor yang diserap oleh benda yang dingin (dalam hal ini benda m1) Q1 sama dengan banyaknya kalor yang dilepas oleh benda yang panas (zat cair) Q2. dengan demikian diperoleh bahwa : (....7.19)

Q lepas = Q terima atau = Q1= Q2

Persamaan ini disebut hukum kekekalan energi kalor, atau asas Black yang menyatakan bahwa kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan. Bila dinyatakan dalam massa m, kalor jenis c, dan perubahan suhu T , Persamaan (7.19) bisa ditulis sebagai m2c2 T2 = m1c1 T1 m2c2(T2 – T1)

=

m1c1(Tf-T1)

7.4 Kalor Laten dan Perubahan Wujud Melebur adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair. Suhu di mana zat mengalami peleburan disebut titik lebur. Membeku adalah perubahan wujud dari cair menjadi padat. Suhu di mana zat mengalami pembekuan disebut titik beku. Sejumlah kalor yang dilepaskan atau diserap pada saat melebur atau membeku, tetapi tidak digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suhu disebut kalor laten (L).


13 Sesuai dengan teori kinetik, saat melebur kecepatan getaran molekul bernilai maksimum sehingga molekul dapat melepakan diri dari ikatannya dan zat padat berubah menjadi zat cair. Gambar 7.19 menunjukkan grafik dari sebongkah es pada suhu -500C yang dipanaskan pada daerah II dan IV pada grafik. Kalor yang ditambahkan tidak diikuti dengan kenaikkan suhu. Pada daerah II, energi kalor digunakan untuk memutuskan ikatan antar molekul es sehingga es melebur. Pada daerah IV, kalor yang ditambahkan diserap oleh molekul air yang sedang menguap. Dalam kedua daerah ini sejumlah kalor laten diperlukan. Kalor laten untuk melebur disebut kalor lebur Ll, sedangkan kalor laten untuk menguap disebut kalor uap Lu. Pada peristiwa membeku dan mengembun, kalor laten yang diperlukan disebut kalor beku Lb dan kalor embun Le. Secara umum, kalor laten adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk berubah wujud per satuan massa zat. Misalnya kalor lebur es 80 kal/g berarti bahwa untuk melebur 8 g es menjadi air seluruhnya diperlukan kalor sebanyak 80 kalori. Banyaknya kalor yang diperlukan dalam proses perubahan wujud Q , sama dengan massa zat dikalikan kalor latennya. (...7.20) Q = mL Sebagai contoh, untuk melebur 5 kg es menjadi air seluruhnya diperlukan kalor sebanyak Q = mLb = (5000 g) (80 kal/g) Q = 400 000 kal = 400 kal. Pada proses sebaliknya, untuk mengubah air menjadi es dilepaskan kalor sebanyak 400 kkal.

Menyublim Menyublim yaitu suatu peristiwaa perubahan wujud dari zat padat langsung menjadi uap tanpa melalui wujud cair. Es dipanaskan pada tekanan atmosfer yang rendah, yaitu dibawah 0,006 02 atm. Peristiwa menyublim ini dimanfaatkan dalam proses beku (freeze drying). Makanan dengan kandungan gizinya tetap, rasanya tetap dan tidak mudah membusuk karena kandungan airnya sudah ditiadakan.

7.5 Perpindahan Kalor Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu benda akibat interaksi molekular. Gambar 7.20 menunjukkan logam pada keadaan kontak termal sebuah reservoir panas T panas (tandon kalor) dan sebuah reservoir dingin T dingin, yang dibalut dengan suatu bahan islator. Molekul-molekul dipindahkan melalui tumbukan kepada atom-atom pada ujung batang logam yang bersinggungan. Kemudian energi kalor berpindah ke reservoir dingin, dan berhenti sampai mencapai kesetimbangan termal. Kelajuan kalor berpindah secara konduksi sebanding dengan luas penampang batang atau medianya, selisih suhu antara kedua benda berbanding terbalik dengan panjang batang. http://atophysics.wordpress.com

14 Misalkan jika jumlah kalor yang berpindah adalah Q, selang waktu t, luas batang A, dan panjang batang l, maka kelajuan perpindahan kalor Q / t dapat dituliskan sebagai (....7.21) Q (Tpanas – T dingin) t = kA l Di mana k adalah suatu kontanta yang disenut konduktivitas termal. Tabel 7.4 Konduktivitas termal bahan (W/m.K)

Bahan Alumunium Tembaga Emas Besi Timah Kaca Kayu Beton Air Udara Oksigen Hidrogen

k 240 400 300 80 35 0,9 0,1 – 0,2 0,9 0,6 0,024 0,024 0,17

Konduktor adalah bahan yang mudah menghantarkan kalor sedangkan isolator adalah bahan yang sukar menghantarkan kalor.

Konveksi Pada proses konveksi, molekul-molekul benda yang dipanaskan berpindah dari bagian fluida yang panas ke bagian yang dingin dan molekul-molekulnya tidak berpindah.

Gambar 7.21 menunjukkan bejana yang diisi dengan air, ditaburkan dua atau tiga kristal potasium permangnat. Saat dipanaskan kristal natrium permangnat akan menimbulkan warna yang bergerak ke atas kemudian berputar kembali ke bawah. Suatu fluida sebanding dengan luas permukaan A benda yang bersentuhan dengan fluida dan selisih suhu antara fluida dengan benda T, dituliskan (.....7.22)

∆Q = hA∆T ∆t http://atophysics.wordpress.com

15

Di mana h disebut koefisien konveksi. Contoh konveksi lain seperti terjadinya angin darat dan angin laut dan ruangan dengan sebuah kipas angin. Pada angin laut terjadi karena udara panas di atas daratan naik karena massa jenisnya berkurang, dan udara dingin dari laut bertiup ke daratan. Demikian sebaliknya.

Radiasi Radiasi merupakan suatu peristiwa di mana benda memancarkan panas dalam bentuk gelombang elekromagnetik. Benda yang secara sempurna mampu menyerap dan memancarkan semua radiasi gelombang elektromagnetik disebut benda hitam. Rumusan matematis kelajuan kalor yang diradiasikan dituliskan (.... 7.23) Q t =

AT4

Dimana disebut konstanta Stefan-Boltzmann dan A adalah luas permukaan. Persamaan (7.23) tersebut dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann. Nilai konstanta Stefan-Boltzmann adalah = 5,67 x 10-8 W/m2K4 Untuk sembarang benda yang bukan merupakan benda hitam, persamaan (7.23) dituliskan sebagai (....7.24) Q t

= e AT4

Konstanta e disebut emisivitas benda, yang bernilai antara 0 sampai dengan 1. sebagai contoh aplikasi persamaan (7.24), seseorang yang memiliki suhu badab T1, duduk di sebuah ruangan yang suhunya T2. Energi kalor yang mengalir dapat dituliskan sebagai Q t = e (T24 – T14) Contoh radiasi seperti api unggun, pendiangan rumah, termos dan rumah kaca.

Gambar 7.25 menunjukkan termos yang terdiri dari sebuah tabung kaca ganda dimana ruang vakum di antara kedua dinding tabung mengurangi kehilangan atau mencegah masuknya kalor melalui konduksi dan konveksi. Untuk menghindari perpindahan kalor secara radiasi, dindingdinding termos tersebut dilapisi bahan berwarna putih keperak-perakan, sehingga dinding tidak banyak memancarkan dan menyerap kalor.


16 Sinar inframerah yang dipancarkan matahari dapat melewati kaca mobil sehingga kalor yang dibawanya memanaskan benda-benda yang berada di dalam mobil yang memancarkan kembali kalor tersebut dengan panjang radiasi yang lebih panjang. Akibatnya udara di dalam mobil menjadi panas. Inilah yang disebut efek rumah kaca.


BAB SUHU DAN KALOR. 7.1 Suhu dan Termometer

Recommend Documents