Suhu merupakan ukuran relatif (derajat) panas atau dingin suatu benda atau sistem. Pada kasus dua buah benda yang berbeda suhu dan keduanya disentuhkan satu sama lain, maka kalor akan mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin, sampai suhu keduanyasama dan tercapai keseimbangan termal. Dalam bab ini, yang akan dipelajari suhu dan kalor serta materi yang berkaitan dengannya. A. Konsep Suhu Konsep
Rumus
Suhu ukuran panas dingin suatu zat. Pada dasarnya suhu adalah ukuran energi kinetic rata-rata yang dimiliki oleh molekulmolekul suatu benda. Suhu diukur dengan alat yang disebut Termometer. Berikut beberapa jenis Termometer yang dibiasa digunakan. Celcius o
Reamur
Fahrenheit o
o
80
0o
0o
32o
100 skala
80 skala
180 skala
C
X
Y
A
D
Kelvin 373o
212
100
B
Berlaku Perbandingan
273o 100 skala
X A B A
Y D C D
Perbandingan dari keempat termometer di atas, yaitu:
C 5
R 4
F 32 9
K 5
©drimbajoe.wordpress.com
1
Anda Cermati dan Pahami ! 1. SSF 2011 Termometer menunjukkan angka 30o Celcius. Jika dinyatakan dalam skala Fahrenheit adalah … Pembahasan:
F 32 C 9 5 F 32 30 9 5 F 32 9 6 F 54 32 F 86 Jadi, skala Fahrenheit adalah 86oF. 2. UM UGM 2003 Sebuah termometer dengan skala bebas oX memiliki titik beku air pada –40oX dan titik didih air 160oX. Pada saat termometer terbaca 15oX maka pada termometer skala Celcius terbaca ... Pembahasan: X
C 100
160 15
t
-40
0
15 40 t 0 160 40 100 0 55 t 200 100 55 t 27,5 2
Jadi, skala pada termometer Celcius yang terbaca 27,5oC.
B. Konsep Kalor Konsep
Rumus
Kalor (Q) Kalor adalah suatu energi yang berpindah dai Kalor Menaikkan Suhu. benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu Q m c T C T rendah. Benda yang menerima kalor, suhunya akan naik atau wujudnya berubah. Benda yang melepas 2
Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
kalor, suhunya akan turun atau wujudnya berubah. Kalor menyebabkan beberapa hal, yaitu: 1. Perubahan Suhu (ΔT) wujud tetap 2. Perubahan Wujud suhu tetap 3. Pemuaian
c = kalor jenis (kal/goC) C = Kapasitas Kalor (kal/oC) Kalor Mengubah Wujud
Q
Pemuaian Pemuaian dapat terjadi pada: a. Panjang (l) b. Luas (A) c. Volume (V)
m L
L = kalor laten (kal/g) Muai Panjang
lt
lo 1
T
Muai Luas
At
Ao 1
T
2 Muai Volume
Vt
Vo 1 3
T 3 2
Anda Cermati dan Pahami ! 1. SSF 2011
Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 Kg dari 20 oC menjadi 100oC, jika kalor jenis besi 450 J/kg oC ? Pembahasan: Dalam soal menaikkan suhu, maka Q yang digunakan adalah:
Q m c T Q 10 450 80 Q 360 Jadi, kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebatang besi adalah 360 J
©drimbajoe.wordpress.com
3
2. Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20° C hingga 120° C. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ. Tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi? Pembahasan: Dalam soal dicari kapasitas dan kalor jenis, maka Q yang digunakan adalah:
Q
m c T Q 135000 m T 3 100
c
450
Jadi, kalor jenis besi tersebut adalah 450 J/KgoC
C m c C 3 450 C 1350 Jadi, kapasitas kalor besi adalah 1350 J/ oC
3. Berapa banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk merubah 10 gram es 0oC menjadi air 90oC, kalor jenis air 4200 J/kgoC, kalor lebur 336 J/kg. nyatakan dalam kalori (1 Joule = 0,24 Kalori) Pembahasan: Terlebih dahulu kita gambarkan fase yang terjadi pada zat (es dan air).
QT
Q1 Q2
QT
me Le
QT
10
QT
3,36 3780
QT
3783,36
QT
3783,36 0,24 908,0064
2
air
mair cair
336 10
2
T 4200 90
Q2 = m.c.ΔT
Q1 = m.L es
air
4. Seutas kawat baja mempunyai panjang pada suhu 30oC. Jika panjang baja itu sekarang 100,1 cm dan α = 10-5/oC, tentukan suhu baja sekarang? Pembahasan:
l
lo
0,1 100 10 T
10 1 10 3
T 5
10
T2 T1 100
T 2
T2 100 T1 100 30 130 100
Jadi, suhu baja sekarang adalah 130oC
4
Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
5. Sebuah bola terbuat dari perunggu (β = 3,6 x 10-5/oC), pada suhu 0oC memliki luas 12 m2, jika bola dipanaskan sampai 80oC, pertambahan luas bola tersebut adalah ... Pembahasan:
A
Ao
T 5
A 12 3,6 10
80
5
A 3456 10 A 0,03456 0,034 Jadi, pertambahan luas bola tersebut adalah 0,034 m 2 6. Sebuah bejana memiliki volume 1 liter pada suhu 25° C. Jika
koefisien muai ruang
bejana 6 × 10 -5 /°C, maka tentukan
Pembahasan:
V
V1
V2 V1
T V1 (T2
V2 1 6 10
5
V2 1 3 10
3
V2
T1 )
1 (50 )
1 0,005 1,003
Jadi, volume bejana pada suhu 75oC adalah 1,003 liter
volume bejana pada suhu 75° C! C. Asas Black Konsep “Pada pencampuran dua zat A dan B (missal : TA > TB), banyaknya kalor yang dilepas zat bersuhu tinggi (zat A) sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat bersuhu rendah (zat B)”
Rumus
Qlepas
mA c A
TA
Qterima
mB cB
TB
Anda Cermati dan Pahami ! 1. SSF 2011
Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100° C di tuangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu ©drimbajoe.wordpress.com
5
awal bejana sebesar 25° C, kalor jenis aluminium 900 J/kg °C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg °C, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan) Pembahasan:
Qlepas
Qterima
mair cair
Tair
0,5 4200 Tair
Tcam
0,5 900 Tcam Tal
0,5 4200 Tair
Tcam
0,5 900 Tcam Tal
4200 100 Tcam 420000
420000 Tcam
420000
22500
mal cal
Tal
900 Tcam 900 Tcam
900 Tcam
25 22500
420000 Tcam
442500 420900Tcam Tcam
442500 420900
Jadi, suhu campurannya adalah 87,156° C.
D. Perpindahan Kalor Konsep Konduksi proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel. Banyaknya kalor (Q) yang terjadi pada proses konduksi dalam selang waktu (t) dipengaruhi oleh: - Luas Penampang dinding (A) - Tebal dinding (d) - Perubahan suhu ujung-ujung dinding (ΔT) Konveksi proses perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel. Banyaknya kalor (Q) yang terjadi pada proses konveksi dalam selang waktu (t) dipengaruhi oleh: - Luas Penampang (A) - Perubahan suhu (ΔT) 6
Rumus
Q t
k A T d
k = konduksi termal zat (W/mK)
Q t
h A
T
h = konveksi termal zat (W/m2K)
Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
Radiasi perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik (GEM). “Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) SEBANDING dengan luas permukaan (A) dan SEBANDING dengan pangkat 4 (empat) suhu mtulak permukaan itu (T4)
Q t
e
A T4
e = emisivitas (0 < e < 1) σ = tetapan Stefan-Boltzman σ = 5,6705119 × 10-8 W/m2 K4
Anda Cermati dan Pahami ! 1. SSF 2011
Diketahui suhu permukaan bagian dalam dan luar sebuah kaca jendela yang memiliki Panjang 2 m dan lebar 1,5 m berturut turut 27° C dan 26° C. Jika tebal kaca tersebut 3,2 mm dan konduktivitas termal kaca sebesar 0,8 W/m °C, maka tentukan laju aliran kalor yang lewat jendela tersebut! Pembahasan:
Q t Q t Q t
k A T d 0,8 3 1 3,2 10 3 750
Jadi, laju aliran kalor yang lewat jendela tersebut adalah 750 watt
©drimbajoe.wordpress.com
7
