Materi Suhu Dan Kalor di

$C

!!

2

₁

4

_{1 *}

5

₊

%

# '

(*! 2+) *++C

M

agic com, seperti tampak pad_{a gambar} d_{i atas, memanfaatkan kalor}

!"

78 '

Sebuah ketel yang berisi air d_ingin d_an d_iletakkan d_i atas kompor, maka suhu air tersebut akan naik. Hal tersebut kita katakan bahw_{a kalor mengalir} d_{ari kompor} ke air yang d_{ingin. Ketika} d_{ua ben}d_{a yang suhunya} berbed_a d_{iletakkan saling bersentuhan, kalor akan mengalir} seketika d_{ari ben}d_{a yang suhunya tinggi ke ben}d_{a yang} suhunya rend_{ah. Aliran kalor seketika ini selalu} d_alam arah yang cend_{erung menyamakan suhu. Jika ke}d_{ua ben}d_a

itu d_{isentuhkan cukup lama sehingga suhu ke}d_uanya

sama, ked_uanya d_ikatakan d_{alam kea}d_{aan setimbang} termal, d_{an ti}d_{ak a}d_{a lagi kalor yang mengalir} d_i antara-nya. Sebagai contoh, pad_{a saat termometer tubuh pertama} kali d_{imasukkan ke mulut pasien, kalor mengalir} d_ari mulut pasien tersebut ke termometer, ketika pembacaan suhu berhenti naik, termometer setimbang d_{engan suhu} tubuh orang tersebut.

D_{alam kehi}d_{upan sehari-hari, suhu merupakan ukuran} mengenai panas atau d_{inginnya suatu zat atau ben}d_{a. O}v_en yang panas d_{ikatakan bersuhu tinggi, se}d_{angkan es yang} membeku d_{ikatakan memiliki suhu ren}d_ah.

Suhu d_{apat mengubah sifat zat, contohnya sebagian} besar zat akan memuai ketika d_{ipanaskan. Sebatang besi} lebih panjang ketika d_ipanaskan d_aripad_a d_{alam kea}d_aan d_{ingin. Jalan} d_{an trotoar beton memuai} d_{an menyusut} terhad_{ap perubahan suhu. Hambatan listrik} d_{an materi} zat juga berubah terhad_{ap suhu.} D_{emikian juga} w_arna yang d_{ipancarkan ben}d_{a, paling ti}d_{ak pa}d_{a suhu tinggi.} Kalau kita perhatikan, elemen pemanas kompor listrik memancarkan w_{arna merah ketika panas. Pa}d_{a suhu yang} lebih tinggi, zat pad_{at seperti besi bersinar jingga atau} bahkan putih. Cahaya putih d_{ari bola lampu pijar berasal} d_{ari ka}w_{at tungsten yang sangat panas.}

Alat yang d_{irancang untuk mengukur suhu suatu}

zat d_{isebut termometer. A}d_{a beberapa jenis termometer,} yang prinsip kerjanya bergantung pad_{a beberapa sifat}

materi yang berubah terhad_{ap suhu. Sebagian besar}

termometer umumnya bergantung pad_{a pemuaian materi}

terhad_{ap naiknya suhu. I}d_{e pertama penggunaan}

termometer ad_{alah oleh Galileo, yang menggunakan}

pemuaian gas, tampak seperti pad_{a Gambar 6.}2_.

; ))) -) )

-) ) )

! "

;#

7 # '

(*! 2+*++C

$C

!#

Termometer umum saat ini terd_iri d_{ari tabung kaca} d_engan ruang d_{i tengahnya yang} d_{iisi air raksa atau alkohol yang} d_iberi w_{arna merah, seperti termometer pertama yang} d_apat d_{igunakan seperti pa}d_{a Gambar 6.3(a). Pa}d_{a Gambar} 6.3(b), menunjukkan termometer klinis pertama d_engan jenis berbed_{a, juga ber}d_{asarkan pa}d_{a perubahan massa} jenis terhad_{ap suhu.}

Untuk mengukur suhu secara kuantitatif, perlu d_id_{efinisikan semacam skala numerik. Skala yang paling} banyak d_{ipakai sekarang a}d_{alah skala Celsi}u_{s, ka}d_ang d_{isebut skala Centigrade.} D_{i Amerika Serikat, skala} Fahrenheit juga umum d_{igunakan. Skala yang paling} penting d_{alam sains a}d_{alah skala absolut atau Kel}v_in.

Satu cara untuk mend_{efinisikan skala suhu a}d_alah d_{engan memberikan nilai sembarang untuk} d_{ua suhu yang}

bisa langsung d_{ihasilkan. Untuk skala Celsius} d_an

F_{ahrenheit, ke}d_{ua titik tetap ini} d_{ipilih sebagai titik beku} d_{an titik} d_id_ih d_{ari air, ke}d_uanya d_{iambil pa}d_{a tekanan} atmosfer. T_{itik bek}u _zat d_id_{efinisikan sebagai suhu} d_{i mana} fase pad_at d_{an cair a}d_{a bersama} d_{alam kesetimbangan, yaitu} tanpa ad_{anya zat cair total yang berubah menja}d_{i pa}d_{at atau} sebaliknya. Secara eksperimen, hal ini hanya terjad_{i pa}d_a suhu tertentu, untuk tekanan tertentu. D_{engan cara yang} sama, titik didih d_id_{efinisikan sebagai suhu} d_{i mana zat} cair d_{an gas a}d_{a bersama} d_{alam kesetimbangan. Karena} titik-titik ini berubah terhad_{ap tekanan, tekanan harus} d_{itentukan (biasanya sebesar 1 atm).}

Pad_{a skala Celsius, titik beku} d_{ipilih 0} o_{C (“nol derajat}

Celsius”) d_{an titik} d_id_{ih 100} o_{C. Pa}d_{a skala} F_ahrenheit, titik beku d_{itetapkan 3}2 o_{F dan titik didih 212} o_F.

Termometer praktis d_ikalibrasi d_{engan menempatkannya} d_{i lingkungan yang telah} d_iatur d_{engan teliti untuk} masing-masing d_{ari ke}d_{ua suhu tersebut} d_{an menan}d_ai posisi air raksa atau penunjuk skala. Untuk skala Celsius, jarak antara ked_{ua tan}d_{a tersebut} d_{ibagi menja}d_{i seratus} bagian yang sama d_{an menyatakan setiap} d_{erajat antara 0} o_C d_{an 100} o_{C. Untuk skala} F_{ahrenheit, ke}d_{ua titik} d_iberi angka 32 o_{F dan 212} o_{F, jarak antara keduanya dibagi}

menjad_{i 180 bagian yang sama. Untuk suhu} d_{i ba}w_{ah titik} beku air d_an d_{i atas titik} d_id_{ih air, skala} d_apat d_ilanjutkan

d_{engan menggunakan selang yang memiliki jarak sama.}

Bagaimana pun, termometer biasa hanya d_apat d_igunakan pad_{a jangkauan suhu yang terbatas karena keterbatasannya} send_iri.

!"

!" # 66; !/C%G/CCG"6) # ) !"# '

!"

!" ) !" '

() ! -!) $ < ) *++5

!"

(,1)*++/

!$

Setiap suhu pad_{a skala Celsius berhubungan} d_engan suatu suhu tertentu pad_{a skala} F_{ahrenheit. Gambar 6.5} menunjukkan konv_{ersi suhu suatu zat} d_{alam skala Celsius} d_an F_{ahrenheit. Tentunya sangat mu}d_{ah untuk} mengon-v_{ersikannya, mengingat bah}w_{a 0} o_{C sama dengan 32} o_{F, dan jangkauan 100}o _{pada skala Celsius sama dengan}

jangkauan 180o pad_{a skala} F_{ahrenheit. Hal ini berarti}

1 oF ₌

180 100 o_{C =}

9 5 o_C.

Perband_{ingan beberapa skala termometer a}d_alah

sebagai berikut:

T_C : (TF– 32) : TR= 5 : 9 : 4 ... (6.1)

Konv_{ersi antara skala Celsius} d_{an skala} F_ahrenheit d_apat d_ituliskan:

T_C =

Konv_{ersi antara skala Celsius} d_{an skala Reamur} d_apat d_ituliskan:

Konv_{ersi antara skala} F_ahrenheit d_{an skala Reamur} d_apat d_ituliskan:

T_R =

$C

!%

Pemuaian ad_{alah bertambah besarnya}

ukuran suatu bend_{a karena kenaikan suhu}

yang terjad_{i pa}d_{a ben}d_{a tersebut. Kenaikan} suhu yang terjad_{i menyebabkan ben}d_{a itu} mend_{apat tambahan energi berupa kalor yang} menyebabkan molekul-molekul pad_{a ben}d_a tersebut bergerak lebih cepat. Setiap zat

mem-punyai kemampuan memuai yang berbed

a-bed_{a. Gas, misalnya, memiliki kemampuan}

memuai lebih besar d_aripad_{a zat cair} d_{an zat} pad_{at. A}d_{apun kemampuan memuai zat cair} lebih besar d_aripad_{a zat pa}d_{at. Tabel 6.1}

menunjukkan koefisien muai panjang pad_a

berbagai zat.

Percobaan menunjukkan bahw_{a perubahan panjang}

L

!&

Gambar

'

.

.

/

/

∆/

Perubahan panjang juga seband_ing d_{engan panjang a}w_al

L₀, seperti Gambar 6.7_{. Sebagai contoh, untuk perubahan} suhu yang sama, batang besi 4 m akan bertambah panjang d_{ua kali lipat} d_iband_{ingkan batang besi} 2 _m.

Besarnya perubahan panjang d_apat d_ituliskan d_alam suatu persamaan:

L

∆ = .L0.∆T ... (6.5)

D_{i mana a}d_{alah konstanta pemban}d_ing, d_isebut

koefisien muai linier (koefisien muai panjang) untuk zat tertentu d_{an memiliki satuan /}o_{C atau (}o_C)-1_.

Panjang bend_{a ketika} d_ipanaskan d_apat d_ituliskan sebagai berikut:

L = L₀(1 + .∆T ) ... (6.6)

dengan:

L = panjang bend_{a saat} d_{ipanaskan (m)}

L₀ = panjang bend_{a mula-mula (m)}

= koefisien muai linier/panjang (/oC)

T

∆ = perubahan suhu (o_C)

Jika perubahan suhu ∆T = T – T₀ bernilai negatif, maka ∆L = L – L₀ juga negatif, berarti panjang bend_a

memend_{ek (menyusut).}

Nilai koefisien muai panjang () untuk berbagai zat pad_{a suhu} 2₀ o_{C dapat dilihat pada Tabel 6.1. Perlu} d_{iperhatikan bah}w_{a koefisien muai panjang () se}d_ikit berv_{ariasi terha}d_{ap suhu. Hal ini yang menyebabkan} mengapa termometer yang d_ibuat d_{ari bahan yang berbe}d_a tid_{ak memberikan nilai yang tepat sama.}

# # B '

'

Apabila suatu bend_{a berbentuk bi}d_{ang atau luasan,} misalnya bujur sangkar tipis d_{engan sisi L}

0, dipanaskan

hingga suhunya naik sebesar ∆T , maka bujur sangkar

tersebut akan memuai pad_{a ke}d_{ua sisinya.} L_{uas ben}d_{a mula-mula a}d_{alah A}

0 = L0 2

.

Pad_{a saat} d_{ipanaskan, setiap sisi ben}d_{a memuai sebesar}

L

∆ . Hal ini berarti akan membentuk bujur sangkar baru

d_{engan sisi (L}

0 +∆L). Dengan demikian, luas benda saat d_{ipanaskan a}d_alah:

A = (L₀ +∆L)2 = L₀2

+ 2_L

0∆L + (∆L) 2

Karena ∆L cukup kecil, maka nilai (∆L)2

mend_{ekati nol} sehingga d_apat d_iabaikan. D_{engan anggapan ini} d_iperoleh luas bend_{a saat} d_{ipanaskan seperti berikut ini.}

A = L₀2 + 2_L

0.∆L

Gambar_!

6 '

( 0 0)

$C

!'

A = A₀2

+ 2_L

0..L0.∆T

A = A₀ + 2_.A 0.∆T

A = A₀ + .A₀.∆T ... (6.7₎

A = A₀(1 + .∆T ) ... (6.8)

dengan:

A = luas bend_{a saat} d_{ipanaskan (m}2 )

A₀ = luas bend_{a mula-mula (m}2 )

= 2_{= koefisien muai luas (/}o_C)

T

∆ = perubahan suhu (o_C)

D_{ari persamaan (6.}7₎ d_id_{apatkan perubahan luas} akibat pemuaian, yaitu:

∆A = .A₀.∆T ... (6.9)

Jika perubahan suhu ∆T = T – T₀ bernilai negatif, maka ∆A = A – A₀ juga negatif, berarti luas bend_{a menyusut.}

;

Sebatang besi d_{engan panjang 4 m} d_{an lebar} 2_{0 cm bersuhu} 2₀ o_{C. Jika besi}

tersebut d_{ipanaskan hingga mencapai 40} o_{C, berapakah luas kaca setelah}

d_{ipanaskan? (α= 1}2 _{× 10}-6 _/o_C)

Penyelesaian:

D_iketahui:A

0 = 4 × 0,2 = 0,8 m 2

T

∆ = (40 – 2₀₎o_{C =} 2₀ o_C

α _{= 1}2 × 10-6 _/o_{C → β = 24 × 10}-6 _/o_C

D_{itanya: A = ... ?}

Jaw_ab:

A

∆ = β.A₀.∆T = (2_{4 ×10}-6 _{)(0,8)(20) = 384 ×10}-6 _m2

= 0,384 ×10-3 _m2

A = (800 ×10-3_{) + (0,384 ×10}-3_{) = 800,384 ×10}-3 _m2

= 0,800384 m2

e,iM&i

)# # ' #) ' # #' ) # # '

6

"

6' I

Apabila suatu bend_{a berbentuk} v_{olume atau pa}d_atan, misalnya kubus d_{engan sisi L}

0dipanaskan hingga suhunya

naik sebesar ∆T, maka kubus tersebut akan memuai pad_a setiap sisinya.

V_{olume ben}d_{a mula-mula a}d_{alah: V} 0 = V0

3_.

Pad_{a saat} d_{ipanaskan, setiap sisi ben}d_{a (kubus)}

memuai sebesar ∆L. Hal ini berarti akan membentuk

kubus baru d_{engan sisi (L}

0+∆L). Dengan demikian v_{olume ben}d_{a saat} d_{ipanaskan a}d_alah:

A = (L₀ + ∆L)3 _{= L} 0

3 _{+ 3L} 0

2

L

∆ + 3L₀(∆L)2

+ (∆L)3

Karena ∆L cukup kecil, maka nilai (∆L)2 _d

an (∆L)3

mend_{ekati nol sehingga} d_apat d_iabaikan. D_engan anggapan ini d_iperoleh v_{olume ben}d_{a saat} d_ipanaskan sebagai berikut:

V = L₀3 _{+ 3L} 0

2 .∆L V = V₀ + 3L₀2

..L₀.∆T V = V₀ + 3.V₀.∆T

V = V₀ + γ.V₀.∆T ... (6.10)

V = V₀(1 + γ.∆T) ... (6.11)

dengan:

V = v_{olume ben}d_{a saat} d_{ipanaskan (m}3₎

V₀ = v_{olume ben}d_{a mula-mula (m}3₎ γ = 3 = koefisien muai v_{olume (/}o_C)

T

∆ = perubahan suhu (oC)

D_{ari persamaan (6.10)} d_id_{apatkan perubahan} v_olume akibat pemuaian, yaitu:

∆V = γ.V₀.∆T ... (6.12₎

Jika perubahan suhu ∆T = T – T₀ bernilai negatif, maka ∆V = V – V₀ juga negatif, berarti v_{olume ben}d_a menyusut.

/ 9/₊!/:.∆. "

# 9#₊!/:β.J. " -

- 9-₊!/:γ.J. "

1. Sebuah kaw_{at aluminium} d_ipanaskan d_{ari suhu} 2_{95 K sampai 331 K} d_an panjangnya mencapai 3,7 _{m. Jika α =} 2_{5 ×10}-6_/o_{C, tentukan panjang kawat}

mula-mula!

2_{. Air sebanyak 10 liter bersuhu} 2₀ o_C d_{ipanaskan hingga mencapai 90} o_C. Jika γ = 2₁₀ × 10-6 _/o_{C, hitunglah volume akhir air tersebut!}

= C'* ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

$C

"

*' H;

Seperti halnya zat pad_{at, zat cair akan memuai}

v_{olumenya jika} d_{ipanaskan. Sebagai contoh, ketika kita} memanaskan panci yang berisi penuh d_{engan air, apa yang} akan terjad_{i pa}d_{a air} d_i d_{alam panci tersebut? Pa}d_{a suhu} yang sangat tinggi, sebagian d_{ari air tersebut akan tumpah.} Hal ini berarti v_{olume air} d_i d_{alam panci tersebut memuai} atau v_{olumenya bertambah.}

Sebagian besar zat akan memuai secara beraturan terhad_ap penambahan suhu. Akan tetapi, air tid_{ak mengikuti pola yang} biasa. Bila sejumlah air pad_{a suhu 0} o_{C dipanaskan, volumenya}

menurun sampai mencapai suhu 4 oC. Kemud_{ian, suhu} d_i atas 4 oC air berperilaku normal d_an v_{olumenya memuai} terhad_{ap bertambahnya suhu, seperti Gambar 6.10. Pa}d_a suhu d_{i antara 0} o_{C dan 4} o_{C air menyusut dan di atas suhu}

4 o_{C air memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian air yang}

tid_{ak teratur ini} d_{isebut anomali air.} D_engan d_emikian, air memiliki massa jenis yang paling tinggi pad_{a 4} o_C. Perilaku air yang menyimpang ini sangat penting untuk bertahannya kehid_{upan air selama musim} d_{ingin. Ketika} suhu air d_i d_{anau atau sungai} d_{i atas 4} o_{C dan mulai}

mend_{ingin karena kontak} d_{engan u}d_{ara yang} d_{ingin, air} d_{i permukaan terbenam karena massa jenisnya yang lebih} besar d_an d_{igantikan oleh air yang lebih hangat} d_{ari ba}w_ah.

Campuran ini berlanjut sampai suhu mencapai 4 o_C.

Sementara permukaan air menjad_{i lebih} d_{ingin lagi, air} tersebut tetap d_{i permukaan karena massa jenisnya lebih kecil} d_{ari 4} o_{C air} d_{i sebelah ba}w_{ahnya. Air} d_{i permukaan} kemud_{ian membeku,} d_{an es tetap} d_{i permukaan karena es} mempunyai massa jenis lebih kecil d_{ari air.}

Perilaku yang tid_{ak biasa} d_{ari air} d_{i ba}w_{ah 4} o_C, menyebabkan jarang terjad_{i sebuah ben}d_{a yang besar} membeku seluruhnya, d_{an hal ini} d_{ibantu oleh lapisan es} d_i permukaan, yang berfungsi sebagai isolator untuk memperkecil aliran panas ke luar d_{ari air ke u}d_ara d_ingin d_{i atasnya.} Tanpa ad_{anya sifat yang aneh tapi istime}w_a d_{ari air ini,} kehid_upan d_{i planet kita mungkin ti}d_{ak bisa berlangsung.} Air tid_{ak hanya memuai pa}d_a w_{aktu men}d_ingin d_ari 4 o_{C sampai 0} o_{C, air juga memuai lebih banyak lagi saat}

membeku menjad_{i es. Hal inilah yang menyebabkan es}

batu terapung d_{i air} d_{an pipa pecah ketika air} d_i d_alamnya membeku.

!

;"

ρ

!

6

*"

Gambar

) '

(* #

≈

≈

+

%

/+

/++

+

%

/+

/++

+)?C /'+5353

/'+++/3 /'+++++

!

;"

I

/'

+++++

!

6

"

Gambar _$

+

*

5

C

!

;" /++

/'++++ +)???? +)???D

+)?C +

*

5

C

/++

/'++++ +)???? +)???D

+)?C

≈

≈

Gambar" # '

"

' 4 $#

Untuk jumlah gas tertentu, d_{itemukan secara eksperimen} bahw_{a sampai pen}d_{ekatan yang cukup baik,} v_{olume gas} berband_{ing terbalik} d_{engan tekanan yang} d_iberikan pad_{anya ketika suhu} d_{ijaga konstan, yaitu:}

P

V ∝1 (T konstan)

d_{engan P a}d_{alah tekanan absolut (bukan “tekanan ukur”).} Jika tekanan gas d_igand_{akan menja}d_i d_{ua kali semula,}

v_olume d_{iperkecil sampai setengah nilai a}w_alnya.

Hubungan ini d_{ikenal sebagai Hukum Boyle,} d_{ari Robert} Boyle (1627 _{- 1691), yang pertama kali menyatakan atas} d_{asar percobaannya sen}d_{iri. Grafik tekanan (P ) terha}d_ap v_{olume gas (V ) untuk suhu tetap tampak seperti pa}d_a Gambar 6.12_{. Hukum Boyle juga} d_apat d_ituliskan:

PV = konstan, atau P₁V₁ = P2V2... (6.13)

dengan:

P = tekanan gas pad_{a suhu tetap (Pa)}

V = v_{olume gas pa}d_{a suhu tetap (m}3₎

P₁ = tekanan gas pad_{a kea}d_{aan I (Pa)}

P2 = tekanan gas pada keadaan II (Pa)

V₁ = v_{olume gas pa}d_{a kea}d_{aan I (m}3₎

V2 = volume gas pada keadaan II (m 3₎

Persamaan (6.13) menunjukkan bahw_{a pa}d_{a suhu}

tetap, jika tekanan gas d_{ibiarkan berubah maka} v_olume gas juga berubah atau sebaliknya, sehingga hasil kali PV

tetap konstan. 2

-Gambar8,

2- '

3' 8

Persamaan (6.12_{) yang memperlihatkan perubahan}

v_{olume zat cair akibat pemuaian, ternyata ti}d_{ak cukup}

untuk mend_{eskripsikan pemuaian gas. Hal ini karena}

pemuaian gas tid_{ak besar,} d_{an karena gas umumnya}

memuai untuk memenuhi tempatnya. Persamaan tersebut hanya berlaku jika tekanan konstan. V_{olume gas sangat} bergantung pad_{a tekanan} d_{an suhu.} D_engan d_{emikian, akan} sangat bermanfaat untuk menentukan hubungan antara v_{olume, tekanan, temperatur,} d_{an massa gas. Hubungan} seperti ini d_{isebut persamaan keadaan. Jika kea}d_{aan sistem}

berubah, kita akan selalu menunggu sampai suhu d_an

tekanan mencapai nilai yang sama secara keseluruhan.

$C

"!

Untuk semua gas, grafik hubungan antara v_{olume V} d_{an suhu T}d_apat d_{igambarkan seperti pa}d_{a Gambar 6.13} tersebut, d_{an garis lurus selalu menuju kembali ke -}27₃ o_C pad_a v_{olume nol. Hal ini menunjukkan bah}w_{a jika gas} d_apat d_id_{inginkan sampai -}27₃ o_{C, volumenya akan nol,}

lalu pad_{a suhu yang lebih ren}d_{ah lagi} v_{olumenya akan}

negatif. Hal ini tentu saja tid_{ak masuk akal. Bisa}

d_{ibuktikan bah}w_{a -}27₃ o_{C a}d_{alah suhu teren}d_{ah yang} mungkin, yang d_{isebut s}u_hu _{nol m}u_{tlak, nilainya}

d_{itentukan -}27_3,15 o_C.

Nol mutlak sebagai d_{asar untuk skala suhu yang}

d_ikenal d_{engan nama skala m}u_{tlak atau Kel}v_{in, yang}

d_{igunakan secara luas pa}d_{a bi}d_{ang sains. Pa}d_{a skala ini} suhu d_inyatakan d_alam d_{erajat Kel}v_{in, atau lebih} mud_{ahnya, hanya sebagai kel}v_{in (K) tanpa simbol} d_erajat. Selang antard_{erajat pa}d_{a skala Kel}v_{in sama} d_{engan pa}d_a skala Celsius, tetapi nol untuk skala Kelv_{in (0 K)} d_ipilih sebagai nol mutlak itu send_iri. D_engan d_{emikian, titik} beku air ad_alah 27_{3,15 K (0} o_C) d_{an titik} d_id_{ih air a}d_alah

26K x ;

; !/GDG" - '

Gambar_{I ,}

'

+ _{/++ *++ 3++}

!_"

5++ _%++

37_{3,15 K (100} o_{C). Sehingga hubungan antara} skala Kelv_in d_{an Celsius} d_apat d_ituliskan:

T_K = T_C+ 27_{3,15 ... (6.14)}

Pad_{a Gambar 6.14 menunjukkan grafik}

hubungan v_{olume gas} d_{an suhu mutlak,}

yang merupakan garis lurus yang melew_ati titik asal. Ini berarti sampai pend_ekatan

yang baik, volume gas dengan jumlah

tertentu berbanding lurus dengan suhu mutlak ketika tekanan dijaga konstan. ' 4 ;

Suhu juga memengaruhi v_{olume gas,} tetapi hubungan kuantitatif antara Vd_an

T tid_ak d_{itemukan sampai satu aba}d setelah penemuan Robert Boyle. Seorang ilmuw_an d_{ari Prancis, Jacques Charles} (17_{46 - 18}2_{3) menemukan bah}w_{a ketika} tekanan gas tid_{ak terlalu tinggi} d_an d_{ijaga konstan,} v_{olume gas bertambah} terhad_{ap suhu} d_{engan kecepatan hampir}

konstan, yang d_{iilustrasikan seperti pa}d_{a Gambar 6.13.} Perlu kita ingat bahw_{a semua gas mencair pa}d_{a suhu} rend_{ah, misalnya oksigen mencair pa}d_{a suhu -183} o_C. D_engan d_{emikian, grafik tersebut pa}d_{a intinya merupakan} garis lurus d_{an jika} d_{igambarkan sampai suhu yang lebih} rend_{ah, akan memotong sumbu pa}d_{a sekitar -}27₃ o_C.

GambarI ,

; '

+_{; /++; *++; 3++;}

*++_;

""

6' 4 8# 6

Hukum Gay L_{ussac berasal} d_{ari Joseph Gay} L_ussac (177_{8 - 1850), menyatakan bah}w_{a pada volume konstan,}

tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak, d_ituliskan:

∝

P T atau

T

P _{= konstan, atau} 2 2

1 1

T P T

P

= ... (6.16)

dengan:

P = tekanan gas pad_a v_{olume tetap (Pa)}

T = suhu mutlak gas pad_a v_{olume tetap (K)}

P₁ = tekanan gas pad_{a kea}d_{aan I (Pa)}

P2 = tekanan gas pada keadaan II (Pa)

T₁ = suhu mutlak gas pad_{a kea}d_{aan I (K)}

T2 = suhu mutlak gas pada keadaan II (K)

Contoh nyata d_{alam kehi}d_{upan sehari-hari a}d_{alah botol} yang tertutup atau kaleng aerosol, jika d_{ilemparkan ke api,} maka akan meled_{ak karena naiknya tekanan gas} d_i d_alamnya.

5' 8<!4 $#8#

6"

Hukum-hukum gas d_{ari Boyle, Charles,} d_{an Gay} L_ussac d_id_apatkan d_{engan bantuan teknik yang sangat berguna} d_i d_{alam sains, yaitu menjaga satu atau lebih} v_{ariabel tetap konstan} untuk melihat akibat d_{ari perubahan satu} v_{ariabel saja.}

Hukum-hukum ini d_apat d_{igabungkan menja}d_{i satu}

hubungan yang lebih umum antara tekanan, v_olume, d_an suhu d_{ari gas} d_{engan jumlah tertentu: PV∝T .}

Hubungan ini menunjukkan bahw_{a besaran P, V, atau}

T akan berubah ketika yang lainnya d_{iubah. Percobaan} yang teliti menunjukkan bahw_{a pa}d_{a suhu} d_{an tekanan} konstan, v_{olume V} d_{ari sejumlah gas} d_{i tempat tertutup} berband_{ing lurus} d_{engan massa m} d_{ari gas tersebut, yang} d_apat d_{ituliskan: PV ∝ mT.}

/D%+) 8# 6 # # #

2 1!'.

# !#" # 8# 6 , '

,

) # 273

1

- # +;'

Pernyataan tersebut d_{ikenal sebagai H}u_ku_{m Charles,} d_an d_ituliskan:

T

V ∝ atau

T

V _{= konstan, atau}

1 1 T V

=

2 2

T V

... (6.15)

dengan:

V = v_{olume gas pa}d_{a tekanan tetap (m}3₎

T = suhu mutlak gas pad_{a tekanan tetap (K)}

V₁ = v_{olume gas pa}d_{a kea}d_{aan I (m}3₎

V2 = volume gas pada keadaan II (m 3₎

T₁ = suhu mutlak gas pad_{a kea}d_{aan I (K)}

$C

"#

Perband_{ingan ini} d_apat d_{ibuat menja}d_{i persamaan} d_{engan memasukkan konstanta perban}d_{ingan. Penelitian}

menunjukkan bahw_{a konstanta ini memiliki nilai yang}

berbed_{a untuk gas yang berbe}d_{a. Konstanta pemban}d_ing tersebut ternyata sama untuk semua gas, jika kita meng-gunakan angka mol. Pad_{a umumnya, jumlah mol, n, pa}d_a suatu sampel zat murni tertentu sama d_{engan massanya} d_{alam gram} d_ibagi d_{engan massa molekul yang} d_inyatakan sebagai gram per mol.

n(mol) = _massa massa _molekul(gram)_(g/mol)

Perband_{ingan tersebut} d_apat d_{ituliskan sebagai suatu} persamaan sebagai berikut:

PV = n.R.T ... (6.17₎

D_{engan, n menyatakan jumlah mol} d_{an R a}d_alah konstanta pemband_{ing. R} d_{isebut konstanta gas umum} (univ_{ersal) karena nilainya secara eksperimen ternyata sama} untuk semua gas. Nilai R, pad_{a beberapa satuan a}d_alah sebagai berikut:

R = 8,315 J/(mol.K), ini merupakan satuan d_{alam SI}

= 0,082_{1 (}L_{.atm)/(mol.K)} = 1,99 kalori/(mol.K)

Persamaan (6.17₎ d_{isebut Hukum Gas Ideal, atau} persamaan kead_{aan gas i}d_{eal. Istilah “i}d_eal” d_igunakan karena gas riil tid_{ak mengikuti persamaan (6.1}7_{) tersebut.}

8 < !$#8# 6" #

+_;/

'

;

Gas d_{alam ruang tertutup} d_engan v_{olume 5 liter bersuhu 3}7o_{C pada tekanan 3 atm.}

Jika gas tersebut d_{ipanaskan sampai 5}2o_C, v_{olumenya menja}d_{i 6,5 liter. Berapakah} perubahan tekanannya?

Penyelesaian:

D_{iketahui: V}

1 = 5 liter V2 = 6,5 liter

T₁ = 37 o_{C T}

2 = 52 o_C

P₁ = 3 atm

D_itanya: ∆_P = ... ?

Jawab:

1 1 1 T

V P

=

2 2 2

T V P

310 5 3×

= P2₃(₂6₅,5)

P2 = _{310 6,5}

15 32₅

× ×

=2_{,4 atm}

"$

C

_H

Setiap ad_{a perbe}d_{aan suhu antara} d_{ua sistem, maka} akan terjad_{i perpin}d_{ahan kalor. Kalor mengalir} d_{ari sistem} bersuhu tinggi ke sistem yang bersuhu lebih rend_{ah. Apa} sajakah pengaruh kalor terhad_{ap suatu sistem atau ben}d_a?

/' $

Kalor merupakan salah satu bentuk energi, sehingga d_{apat berpin}d_ah d_{ari satu sistem ke sistem yang lain} karena ad_{anya perbe}d_{aan suhu. Sebaliknya, setiap a}d_a perbed_{aan suhu antara} d_{ua sistem maka akan terja}d_i perpind_{ahan kalor. Sebagai contoh, es yang} d_imasukkan ke d_{alam gelas berisi air panas, maka es akan mencair} d_an air menjad_i d_{ingin. Karena a}d_{a perbe}d_{aan suhu antara es} d_{an air maka air panas melepaskan sebagian kalornya sehingga} suhunya turun d_{an es menerima kalor sehingga suhunya} naik (mencair).

*

, 1

Kalor mengalir d_{engan sen}d_irinya d_{ari suatu ben}d_a yang suhunya lebih tinggi ke bend_{a lain} d_{engan suhu} yang lebih rend_{ah. Pa}d_{a aba}d _ke-18 d_{iilustrasikan aliran} kalor sebagai gerakan zat fluid_{a yang} d_{isebut kalori.}

*'

E H

Kalor yang d_{iberikan pa}d_a zat d_{apat mengubah} w_ujud _zat tersebut. Perubahan w_ujud _yang terjad_i d_{itunjukkan oleh Gambar} 6.15. Cobalah mengingat kembali pelajaran SM_P, d_{an carilah contoh}

d_{alam kehi}d_{upan sehari-hari}

yang menunjukkan perubahan w_ujud _{zat karena} d_ipengaruhi kalor.

Gambar. 7 B #

'

6!

"

!

"

!"

! "

6

#

!

"

#

!

"

Gas d_engan v_olume 7 _{liter pa}d_{a suhu} 2_{93 K} d_{an tekanan} 2 _atm d_imampatkan

hingga tekanannya mencapai 6 atm pad_{a suhu 348 K. Hitunglah} v_{olume gas}

sekarang!

$C

"%

Bagaimanapun, fluid_{a kalori ti}d_{ak pernah} d_id_eteksi.

Selanjutnya pad_{a aba}d _ke-19, d_{itemukan berbagai}

fenomena yang berhubungan d_{engan kalor,} d_apat

d_id_{eskripsikan secara konsisten tanpa perlu menggunakan} mod_{el flui}d_a. M_od_{el yang baru ini meman}d_{ang kalor} berhubungan d_{engan kerja} d_{an energi. Satuan kalor yang} masih umum d_{ipakai sampai saat ini yaitu kalori. Satu} kalori d_id_{efinisikan sebagai kalor yang} d_{ibutuhkan untuk} menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1oC. Terkad_{ang satuan} yang d_{igunakan a}d_{alah kilokalori (kkal) karena} d_alam jumlah yang lebih besar, d_{i mana 1 kkal = 1.000 kalori.} Satu kilokalori (1 kkal) ad_{alah kalor yang} d_{ibutuhkan untuk} menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 oC.

Pend_{apat bah}w_{a kalor berhubungan} d_{engan energi} d_{ikerjakan lebih lanjut oleh sejumlah ilmu}w_{an pa}d_{a tahun} 1800-an, terutama oleh seorang ilmuw_an d_{ari Inggris,} James Prescott Joule (1818 - 1889). Joule melakukan sejumlah percobaan yang penting untuk menetapkan pand_{angan bah}w_{a kalor merupakan bentuk transfer energi.} Salah satu bentuk percobaan Joule d_{itunjukkan secara} sed_{erhana seperti pa}d_{a Gambar 6.16. Beban yang jatuh} menyebabkan rod_{a pe}d_{al berputar. Gesekan antara air} d_an rod_{a pe}d_{al menyebabkan suhu air naik se}d_{ikit (yang} sebenarnya hampir tid_{ak terukur oleh Joule). Kenaikan} suhu yang sama juga bisa d_iperoleh d_{engan memanaskan} air d_{i atas kompor. Joule menentukan bah}w_{a sejumlah} kerja tertentu yang d_{ilakukan selalu eki}v_alen d_engan sejumlah masukan kalor tertentu. Secara kuantitatif, kerja 4,186 joule (J) ternyata ekiv_alen d_{engan 1 kalori (kal)} kalor. Nilai ini d_{ikenal sebagai tara kalor mekanik.} 4,186 J = 1 kal

4,186 × 103 _{J = 1 kkal}

/' 2!

"!

"

Apabila sejumlah kalor d_{iberikan pa}d_{a suatu ben}d_a, maka suhu bend_{a itu akan naik. Kemu}d_{ian yang menja}d_i pertanyaan, seberapa besar kenaikan suhu suatu bend_a tersebut? Pad_{a aba}d _{ke-18, sejumlah ilmu}w_{an melakukan} percobaan d_{an menemukan bah}w_{a besar kalor Q yang}

d_{iperlukan untuk mengubah suhu suatu zat yang}

besarnya ∆T seband_ing d_{engan massa m zat tersebut.}

2 2 !/D/D /DD?") 6 # 7

# '

6 2

"&

Pernyataan tersebut d_apat d_inyatakan d_{alam persamaan:}

Q = m.c.∆T ... (6.18)

dengan:

Q = banyaknya kalor yang d_{iperlukan ( J)}

m = massa suatu zat yang d_{iberi kalor (kg)}

c = kalor jenis zat (J/kgo_C)

T

∆ = kenaikan/perubahan suhu zat (o_C)

D_{ari persamaan (6.18) tersebut, c a}d_{alah besaran} karakteristik d_{ari zat yang} d_{isebut kalor jenis zat.} Kalor jenis suatu zat d_inyatakan d_{alam satuan J/kg}o_C (satuan SI yang sesuai) atau kkal/kgo_{C. Untuk air pada suhu}

15 oC d_{an tekanan tetap 1 atm, c}

air = 1 kkal/kg o_{C =}

4,19×103 _J/kgo_C.

Tabel 6.2 _{memperlihatkan besar kalor jenis untuk} beberapa zat pad_{a suhu} 2₀ o_{C. Sampai batas tertentu, nilai}

kalor jenis (c) bergantung pad_{a suhu (sebagaimana}

bergantung sed_{ikit pa}d_{a tekanan), tetapi untuk perubahan} suhu yang tid_{ak terlalu besar, c seringkali} d_{ianggap konstan.}

Untuk suatu zat tertentu, misalnya zatnya berupa bejana kalorimeter ternyata akan lebih memud_{ahkan jika} faktor massa (m) d_{an kalor jenis (c)} d_{inyatakan sebagai} satu kesatuan. F_{aktor m}d_{an c ini biasanya} d_{isebut kapasitas} kalor, yaitu banyaknya kalor yang d_{iperlukan untuk} menaikkan suhu suatu zat sebesar 1oC.

$C

"'

;

Air sebanyak 3 kg bersuhu 10 oC d_{ipanaskan hingga bersuhu 35} o_{C. Jika kalor} jenis air 4.186 J/kgo_{C, tentukan kalor yang diserap air tersebut!}

Penyelesaian:

D_{iketahui: m = 3 kg, c = 4.186 J/kg}o_C, ∆_t = (35 – 10)oC = 2₅ o_C

D_{itanya: Q = ... ?}

Jaw_ab:

Q = m.c.∆t = 3 kg × 4.186 J/kgo_{C × 25} o_{C = 313.950 J}

Kapasitas kalor (C ) d_apat d_irumuskan:

C= m.c atau C = T Q

∆ ... (6.19)

D_{ari persamaan (6.18)} d_{an (6.19), besarnya kalor} yang d_{iperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat a}d_alah:

Q = m.c.∆T = C.∆T ... (6.2₀₎

dengan:

Q = banyaknya kalor yang d_{iperlukan (J)}

m = massa suatu zat yang d_{iberi kalor (kg)}

c = kalor jenis zat (J/kgoC)

T

∆ = kenaikan/perubahan suhu zat (o_C)

C = kapasitas kalor suatu zat (J/o_C)

Tujuan : Melakukan pengukuran panas jenis dengan menggunakan kalorimeter.

Alat dan bahan : Kalorimeter lengkap, pemanas dan tungku spiritus, landasan besi, termometer,

kaleng pemanas, air, minyak, berbagai zat cair lainnya, berbagai macam logam.

;(

1. Ambillah tungku pemanas d_{an nyalakan, lalu} letakkan kaleng pemanas yang sebagian berisi air d_{i atas tungku} d_engan d_{asar lan}d_{asan besi} sampai air mend_id_ih.

2_{. Ambillah sebuah logam yang sebelumnya}

d_{itimbang massanya m}

1, selanjutnya logam

ini d_itaruh d_{i bagian atas kaleng pemanas.}

3. Timbanglah sejumlah v_{olume air m}

c.

4. Timbanglah massa kalorimeter m_k beserta

logam pengad_{uknya m}

p.

5. Siapkan kalorimeter d_{an isilah} d_{engan air yang telah} d_{itimbang tersebut.} Ukurlah suhu aw_al d_{ari air bersama kalorimeter sebagai T}

1.

6. Ukur suhu logam yang masih berad_a d_i d_{alam pemanas sebagai T}

2, selanjutnya ambillah logam tersebut d_{an masukkan ke} d_{alam kalorimeter yang terse}d_ia.

8 .

#

7_{. A}d_{uklah kalorimeter berisi logam itu sehingga merata} d_{an ukur suhu akhir} sebagai T₃.

8. Ulangi percobaan d_{engan menggunakan zat cair lain sebagai pengganti air}

yang d_{igunakan untuk mengisi kalorimeter.}

9. M_asukkan d_{ata percobaan ke} d_{alam tabel berikut ini.}

. (

1. Carilah panas jenis logam untuk pengisi cairan ad_{alah air!} 2_{. Carilah panas jenis cairan untuk cairan bukan air!}

3. Apa yang d_apat d_isaimpulkan d_{ari percobaan tersebut?}

m_k m_p m_c T₁ m₁ T2 T3 Ck Cp Cc Ket.

sitstkMecik(s

8 @A -!/G53L/G?5" 6!/G5?/D*G"'. # # # ' $ 7) #' 6#) # ' ) # 6 7 '$# '

6

*' 4 1!

$6"

Apabila d_{ua zat atau lebih mempunyai suhu yang}

$C

#

Hal tersebut d_apat d_{inyatakan sebagai Hukum Kekekalan}

Energi Kalor, yang berbunyi:

Kalor yang d_{ilepas = kalor yang} d_iserap QL = QS

Persamaan tersebut berlaku pad_{a pertukaran kalor,} yang selanjutnya d_{isebut Asas Black. Hal ini sebagai} penghargaan bagi seorang ilmuw_an d_{ari Inggris bernama} Joseph Black (172_{8 - 1}7_99).

Jika teh 2_{00 cm}3 _{pada suhu 95} o_{C dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada}

suhu 2₅ o_{C, berapa suhu akhir (T ) dari campuran ketika dicapai kesetimbangan,} d_{engan menganggap ti}d_{ak a}d_{a kalor yang mengalir ke sekitarnya?}

Penyelesaian:

Teh sebagian besar berupa air, maka d_{ari Tabel 6.}2_{, memiliki kalor jenis (C ) 4.186 J/kg}o_C.

V = 2_{00 cm}3 _{= 200 × 10}- 6 _m3_,

massa, m = ρ.V = (1,0 × 103 _kg/m3_{)(200 × 10}- 6 _m3_{) = 0,20 kg}

D_{engan menerapkan Hukum Kekekalan} E_{nergi, maka:}

kalor yang hilang d_{ari teh = kalor yang} d_{iterima cangkir}

m_teh.c_teh (95 oC – T ) = m_cangkir.c_cangkir (T – 2₅ o_C) d_{i mana T a}d_{alah temperatur yang masih belum} d_iketahui.

(0,2_{0 kg)(4.186 J/kg}o_C)(95o_{C – T ) = (0,15 kg)(840 J/kg}o_{C)(T – 25}o_C)

7_{9.534 J – (83}7_,2_{)T = (1}2_{6)T – 3.150 J}

T = 85 oC

Teh berkurang suhunya sebesar 10 oC d_{alam mencapai kesetimbangan} d_{engan cangkir.}

2$67 # ' 4 # # '

;

Pertukaran energi kalor merupakan d_{asar teknik yang}

d_ikenal d_{engan nama kalorimetri, yang merupakan}

pengukuran kuantitatif d_{ari pertukaran kalor. Untuk}

melakukan pengukuran kalor yang d_{iperlukan untuk}

menaikkan suhu suatu zat d_{igunakan kalorimeter.}

Gambar 6.17 _{menunjukkan skema kalorimeter air se}d_erhana. Salah satu kegunaan yang penting d_{ari kalorimeter a}d_alah d_{alam penentuan kalor jenis suatu zat. Pa}d_{a teknik yang}

d_{ikenal sebagai “meto}d_{e campuran”, satu sampel zat}

d_{ipanaskan sampai temperatur tinggi yang} d_iukur d_engan akurat, d_an d_{engan cepat} d_{itempatkan pa}d_{a air} d_ingin kalorimeter. Kalor yang hilang pad_{a sampel tersebut akan} d_{iterima oleh air} d_{an kalorimeter.} D_{engan mengukur suhu} akhir campuran tersebut, maka d_apat d_{ihitung kalor jenis} zat tersebut.

$ =

!"

#

2 $6 !/G*D /G?D" # 6) 6'. #'

3' E H

Ketika suatu zat berubah w_ujud d_{ari pa}d_{at ke cair,} atau d_{ari cair ke gas, sejumlah energi terlibat pa}d_a per-ubahan w_ujud _{zat tersebut. Sebagai contoh, pa}d_{a tekanan} tetap 1 atm sebuah balok es (massa 5 kg) pad_{a suhu -40} o_{C diberi kalor dengan kecepatan tetap sampai semua es}

berubah menjad_{i air, kemu}d_{ian air (}w_ujud _cair) d ipanas-kan sampai suhu 100 o_{C dan diubah menjadi uap di atas}

suhu 100 oC.

Gambar! 8,

# '

/*+ /++ D+ C+ *+ + *+ 5+

+ *+ /++ *++ G5+

1

1

! # 6"

=

!

"

#

!

;

"

Gambar 6.18 menunjukkan grafik sejumlah kalor d_itambahkan

ke es, suhunya naik d_engan

kecepatan 2 o_C/kkal d_{ari kalor} y a n g d_{i t a m b a h k a n , k a r e n a}

c_es = 0,50 kkal/kgoC. Ketika suhu 0 oC d_{icapai ternyata suhu}

berhenti naik w_{alaupun kalor}

tetap d_{itambahkan. Akan tetapi,} es secara perlahan-lahan berubah menjad_{i air} d_{alam kea}d_{aan cair} tanpa perubahan suhu. Setelah kalor sejumlah 40 kkal telah d_{itambahkan pa}d_{a 0} o_{C, ternyata}

setengah d_{ari es tetap} d_{an setengahnya telah berubah} menjad_{i air. Kemu}d_{ian setelah kira-kira 80 kkal (330 J)} kalor d_{itambahkan, semua es telah berubah menja}d_{i air,} masih pad_{a suhu 0} o_{C. Penambahan kalor selanjutnya}

menyebabkan suhu air naik kembali, d_{engan kecepatan}

sebesar 1 o_{C/kkal. Ketika 100} o_{C telah dicapai, suhu}

kembali konstan sementara kalor yang d_itambahkan

mengubah air (cair) menjad_{i uap. Kalor sekitar 540 kkal} (2_.2_{60 kJ)} d_{ibutuhkan untuk mengubah 1 kg air menja}d_i uap seluruhnya. Setelah itu, kurv_{a naik kembali yang} menand_{akan suhu uap naik selama kalor} d_itambahkan.

Kalor yang d_{iperlukan untuk mengubah 1 kg zat} d_ari pad_{at menja}d_{i cair} d_{isebut kalor leb}u_{r, L}

B. Kalor lebur air d_{alam SI a}d_{alah sebesar 333 kJ/kg (3,33} × 105 _{J/kg), nilai}

ini setara d_engan 7_9,7 _{kkal/kg. Sementara itu, kalor yang} d_{ibutuhkan untuk mengubah suatu zat} d_ari w_ujud _cair menjad_{i uap} d_{isebut kalor peng}u_apan, d_{engan simbol L}

U.

Kalor penguapan air d_{alam satuan SI a}d_alah 2_.2_{60 kJ/kg} (2_,2₆ ×106 _{J/kg), nilai ini sama dengan 539 kkal/kg. Kalor}

$C

#!

Untuk zat yang lainnya, grafik hubungan suhu sebagai

fungsi kalor yang d_{itambahkan hampir sama} d_engan

Gambar 6.18, tetapi suhu titik-lebur d_{an titik-}d_id_ih berbed_{a. Besar kalor lebur} d_{an kalor penguapan untuk} berbagai zat tampak seperti pad_{a Tabel 6.3.}

Kalor lebur d_{an kalor penguapan suatu zat juga}

mengacu pad_{a jumlah kalor yang} d_{ilepaskan oleh zat} tersebut ketika berubah d_{ari cair ke pa}d_{at, atau} d_{ari gas} ke uap air. D_engan d_{emikian, air mengeluarkan 333 kJ/kg} ketika menjad_{i es,} d_{an mengeluarkan} 2_.2_{60 kJ/kg ketika} berubah menjad_{i air.}

Tentu saja, kalor yang terlibat d_{alam perubahan}

w_ujud _tid_{ak hanya bergantung pa}d_{a kalor laten, tetapi} juga pad_{a massa total zat tersebut,} d_irumuskan:

Q = m.L ... (6.2₁₎

dengan:

Q = kalor yang d_{iperlukan atau} d_{ilepaskan selama}

#"

" 6 '

(*! 2+*++C

Kalor berpind_ah d_{ari satu tempat atau ben}d_{a ke tempat} atau bend_{a lainnya} d_{engan tiga cara, yaitu kon}d_uksi (hantaran), konv_{eksi (aliran),} d_{an ra}d_{iasi (pancaran).}

/' !4"

Ketika sebuah batang logam d_{ipanaskan pa}d_{a salah} satu ujungnya, atau sebuah send_{ok logam} d_iletakkan d_i d_{alam secangkir kopi yang panas, beberapa saat kemu}d_ian,

ujung yang kita pegang akan segera menjad_{i panas}

w_{alaupun ti}d_{ak bersentuhan langsung} d_{engan sumber} panas. D_{alam hal ini kita katakan bah}w_{a kalor} d_ihantarkan d_{ari ujung yang panas ke ujung lain yang lebih} d_ingin.

Kond_{uksi atau hantaran kalor pa}d_{a banyak materi} d_apat

d_{igambarkan sebagai hasil tumbukan molekul-molekul.}

Sementara satu ujung bend_a d_{ipanaskan, molekul-molekul} d_{i tempat itu bergerak lebih cepat. Sementara itu, tumbukan} d_{engan molekul-molekul yang langsung ber}d_{ekatan lebih} lambat, mereka mentransfer sebagian energi ke molekul-molekul lain, yang lajunya kemud_{ian bertambah.} M olekul-molekul ini kemud_{ian juga mentransfer sebagian energi} mereka d_{engan molekul-molekul lain sepanjang ben}d_a tersebut. D_engan d_{emikian, energi gerak termal} d_itransfer oleh tumbukan molekul sepanjang bend_{a. Hal inilah yang} mengakibatkan terjad_{inya kon}d_uksi.

Kond_{uksi atau hantaran kalor hanya terja}d_{i bila a}d_a perbed_{aan suhu. Ber}d_{asarkan eksperimen, menunjukkan} bahw_{a kecepatan hantaran kalor melalui ben}d_{a yang} se-band_ing d_{engan perbe}d_{aan suhu antara ujung-ujungnya.}

1'

1. E_{s sebanyak} 2 _{kg bersuhu -10} o_{C berubah menjadi air bersuhu 20} o_C. D_{iketahui kalor jenis es} 2_{.100 J/kg}o_{C, kalor jenis air 4.186 J/kg}o_C d_an kalor leburnya 333 kJ/kg. Berapakah kalor yang d_{ibutuhkan oleh es untuk} berubah menjad_{i air?}

2_. E_{s sebanyak 500 gram bersuhu -8} o_C d_{imasukkan ke} d_alam w_ad_{ah berisi} 7_{50 gram air bersuhu} 2₄ o_{C pa}d_{a tekanan 1 atm, sehingga terja}d_{i pertukaran}

kalor antara ked_{uanya. Hitunglah suhu setimbangnya jika} d_iketahui

kalor jenis es 2_{.100 J/kg}o_{C, kalor jenis air 4.186 J/kg}o_{C, dan kalor leburnya}

333 ×103 _J/kg!

$C

##

Kecepatan hantaran kalor juga bergantung pad_{a ukuran} d_{an bentuk ben}d_{a. Untuk mengetahui secara kuantitatif,} perhatikan hantaran kalor melalui sebuah bend_{a uniform} tampak seperti pad_{a Gambar 6.}2_0.

Besarnya kalor Q tiap selang w_{aktu tertentu} d i-rumuskan sebagai berikut:

k = konstanta pemband_ing/kond_uktiv_{itas termal zat} (J/s.m.oC)

Kond_uktiv_{itas termal (k) berbagai zat} d_itunjukkan seperti pad_{a Tabel 6.4. Suatu zat yang memiliki kon}d_uktiv_itas termal (k) besar, menghantarkan kalor d_{engan cepat} d_an d_{inamakan kond}u_{ktor yang baik. Umumnya logam masuk}

d_{alam kategori ini,} w_{alaupun a}d_a v_{ariasi yang besar antara} logam-logam tersebut seperti d_{iperlihatkan pa}d_{a Tabel 6.4.} Suatu zat yang memiliki kond_uktiv_{itas termal (k)} kecil, seperti fiberglass, polyurethane, d_{an bulu merupakan} panghantar kalor yang buruk yang d_{isebut isolator.}

#$

#

#

Gambar

- # '

*' -!"

Z_{at cair} d_{an gas umumnya bukan penghantar kalor} yang sangat baik. M_eskipun d_{emikian ke}d_uanya d_apat mentransfer kalor cukup cepat d_{engan kon}v_{eksi. Kon}v_eksi atau aliran kalor ad_{alah proses} d_{i mana kalor} d_itransfer d_{engan pergerakan molekul} d_{ari satu tempat ke tempat} yang lain. Bila pad_{a kon}d_{uksi melibatkan molekul (atau} elektron) yang hanya bergerak d_{alam jarak yang kecil} d_an

bertumbukan, konv_{eksi melibatkan pergerakan molekul}

d_{alam jarak yang besar.}

Tungku d_{engan u}d_{ara yang} d_ipanaskan d_{an kemu}d_ian d_{itiup oleh kipas angin ke} d_{alam ruangan termasuk contoh}

konveksi yang dipaksakan. Konveksi alami juga terjad_i, misalnya ud_{ara panas akan naik, arus samu}d_{ra yang hangat}

atau d_{ingin, angin,} d_{an sebagainya. Gambar 6.}22

menunjukkan bahw_{a sejumlah air} d_i d_{alam panci yang} d_{ipanaskan, arus kon}v_{eksi terja}d_{i karena perbe}d_{aan kalor.}

Tujuan : Mempelajari konsep daya hantar panas, mengukur daya hantar panas dari bahan

yang mempunyai daya hantar panas rendah.

Alat dan bahan : Satu gabus, satu penerima panas dari tembaga, satu termometer, satu batang logam,

satu bejana logam, satu heater, satu jangka sorong.

;(

1. Ukur tebal lembaran zat, d_{iameter penerima} panas, d_{an massa penerima panas.}

2_. D_id_{ihkan air} d_{alam bejana, kemu}d_ian susun alat seperti terlihat pad_{a gambar.} 3. Catat suhu penerima panas d_{ari Cu (T2)}

hingga penunjukkan termometer pad_{a Cu}

tid_{ak naik lagi selama 5 menit (suhu}

setimbang, T_s).

4. L_{epaskan lembaran zat, sehingga Cu men}d_{apat pemanasan langsung hingga}

suhu menunjukkan 5 o_{C di atas suhu setimbang (T} 2 > Ts).

5. Pind_{ahkan bejana pemanas} d_{an lembaran zat} d_{iletakkan kembali} d_{i atas} penerima panas.

6. Catat penurunan suhu setiap 30 d_etik d_{ari yang} d_{iperlukan penerima panas} d_{ari 5} o_C d_{i atas T}

s sampai 5

o_{C di bawah T}

s setiap 30 detik. . (

1. Buatlah grafik perubahan suhu terhad_ap w_{aktu (T} v_{s t)} d_{ari penerima panas} d_{an tentukan gra}d_{ien (dT/dt)}

s pada titik setimbang dengan menarik garis

sesuai grad_ien!

2_{. Hitunglah harga k, ban}d_ingkan d_{engan nilai literatur!}

3. Bagaimana jika penerima panas tembaga d_ilapisi d_{engan nikel?} 4. Buatlah analisis d_{an beri kesimpulan} d_{ari hasil percobaan ini!}

$C

#%

Gambar _{# '}

3' !6"

Perpind_{ahan kalor secara kon}d_uksi d_{an kon}v_eksi me-merlukan ad_{anya materi sebagai me}d_{ium untuk memba}w_a kalor d_ari d_{aerah yang lebih panas ke} d_{aerah yang lebih} d_{ingin. Akan tetapi, perpin}d_{ahan kalor secara ra}d_iasi (pancaran) terjad_{i tanpa me}d_{ium apapun.}

Semua kehid_upan d_i d_{unia ini bergantung pa}d_{a transfer} energi d_ari M_atahari, d_{an energi ini} d_{itransfer ke Bumi}

melalui ruang hampa (hampa ud_{ara). Bentuk transfer}

energi ini d_{alam bentuk kalor yang} d_{inamakan radiasi,} karena suhu M_{atahari jauh lebih besar (6.000 K)} d_aripad_a suhu permukaan bumi.

Rad_{iasi pa}d_a d_{asarnya ter}d_iri d_{ari gelombang} elektro-magnetik. Rad_iasi d_ari M_{atahari ter}d_iri d_{ari cahaya tampak}

d_{itambah panjang gelombang lainnya yang ti}d_{ak bisa}

d_{ilihat oleh mata, termasuk ra}d_{iasi inframerah (IR) yang}

berperan d_{alam menghangatkan Bumi.}

Gambar

$ 6 '

( ) *++C Air d_{i bagian ba}w_{ah naik karena massa jenisnya berkurang}

d_an d_{igantikan oleh air yang lebih} d_ingin d_{i atasnya.}

Prinsip selaput d_{igunakan pa}d_{a banyak sistem pemanas,} seperti sistem rad_{iator air panas yang} d_{iilustrasikan pa}d_a Gambar 6.2_{3. Air yang} d_ipanaskan d_{i tungku hingga} suhunya naik, akan memuai d_{an naik. Hal ini menyebabkan} air berputar pad_{a sistem. Air panas kemu}d_{ian memasuki} rad_{iator, kalor} d_itransfer d_{engan kon}d_{uksi ke u}d_ara, d_an air yang d_id_{inginkan kembali ke tungku.} D_engan d_emikian, air berputar karena konv_eksi.

Konv_eksi d_{alam kehi}d_{upan sehari-hari} d_{apat kita lihat} pad_{a peristi}w_{a terja}d_{inya angin} d_arat d_{an angin laut. Pa}d_a siang hari, d_{aratan lebih cepat panas} d_aripad_{a laut, sehingga} ud_ara d_{i atas} d_{aratan naik} d_{an u}d_{ara sejuk} d_{i atas laut bergerak} ke d_{aratan. Hal ini karena tekanan u}d_ara d_{i atas permukaan} laut lebih besar, sehingga angin laut bertiup d_{ari permukaan} laut ke d_{aratan. Sebaliknya, pa}d_{a malam hari} d_{aratan lebih} cepat d_ingin d_aripad_{a laut, sehingga u}d_{ara bergerak} d_ari d_{aratan ke laut,} d_{isebut angin darat.}

Gambar

#&

6# $ '

Kecepatan atau laju rad_{iasi kalor} d_{ari sebuah ben}d_a seband_ing d_{engan pangkat empat suhu mutlak (µ ∝ T} 4₎

bend_{a tersebut. Sebagai contoh, sebuah ben}d_{a pa}d_{a suhu} 2_{.000 K, jika} d_iband_ingkan d_{engan ben}d_{a lain pa}d_{a suhu} 1.000 K, akan merad_{iasikan kalor} d_{engan kecepatan 16} (24_{) kali lipat lebih besar. Kecepatan radiasi juga sebanding}

d_{engan luas A} d_{ari ben}d_{a yang memancarkan kalor.}

D_engan d_{emikian, kecepatan ra}d_{iasi kalor meninggalkan} sumber tiap selang w_{aktu tertentu (Q}/∆_t) d_irumuskan:

t Q

∆ =

e

σAT

4_{... (6.23)}

Persamaan (6.2₃₎ d_{isebut persamaan Stefan-Boltzmann,} d_an σ ad_{alah konstanta uni}v_{ersal yang} d_{isebut konstanta}

Stefan-Boltzmann (σ = 5,67 × 10-8 _W/m2

K4_{). Faktor e} d_{isebut emisi}v_{itas bahan, merupakan bilangan antara 0}

sampai 1 yang bergantung pad_{a karakteristik materi.}

Permukaan yang sangat hitam, seperti arang mempunyai emisiv_{itas yang men}d_{ekati 1, se}d_{angkan bahan yang}

permukaannya mengkilat mempunyai e yang mend_ekati

nol sehingga memancarkan rad_{iasi yang lebih kecil.}

Permukaan mengkilat tid_{ak hanya memancarkan}

rad_{iasi yang lebih kecil, tetapi bahan tersebut juga hanya} menyerap sed_ikit d_{ari ra}d_{iasi yang menimpanya (sebagian} besar d_{ipantulkan). Ben}d_{a hitam} d_{an yang sangat gelap,} menyerap kalor hampir seluruh rad_{iasi yang menimpanya.} D_engan d_{emikian, bahan penyerap kalor yang baik juga} merupakan pemancar kalor yang baik.

Bend_{a apapun ti}d_{ak hanya memancarkan kalor}

d_{engan ra}d_{iasi, tetapi juga menyerap kalor yang} d i-rad_{iasikan oleh ben}d_{a lain. Sebuah ben}d_a d_engan emisiv_itas

_e

d_{an luas A bera}d_{a pa}d_{a suhu T}

1, benda ini

merad_{iasikan kalor} d_{engan laju} e AT₁4 t

Q

=

∆ . Jika benda

d_{ikelilingi lingkungan} d_{engan suhu T2} d_{an emisi}v_itasnya tinggi (e ≈ 1), kecepatan rad_{iasi kalor oleh sekitarnya} seband_ing d_engan T2

4_{, dan kecepatan kalor yang diserap}

oleh bend_{a seban}d_ing d_{engan T} 2

4_{. Kecepatan total}

pancaran kalor d_{ari ben}d_{a ke lingkungan tersebut} d_irumuskan:

t Q

∆ = ( )

4

2

4 1 T T A

e − ... (6.24)

dengan:

Q = kalor yang d_{ipancarkan ben}d_{a ( J)}

e

= emisiv_{itas bahan/ben}d_a

σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 ₁₀-8 _W/m2 K4₎

A = luas penampang bend_{a (m}2

)

'

(

(

'

-(

'

Gambar

# #'

(* #

$C

#'

T₁ = suhu mutlak bend_{a (K)}

T2 = suhu mutlak lingkungan (K)

t

∆ = selang w_{aktu yang} d_{iperlukan (s)}

Berd_{asarkan persamaan (6.}2₄₎ d_apat d_{ikatakan bah}w_a kecepatan penyerapan kalor oleh sebuah bend_a d_ianggap

sebesar 4

2

AT

e

; yaitu, konstanta pembanding sama untuk

pemancaran d_{an penyerapan. Hal ini berhubungan} d_engan fakta eksperimen bahw_{a kesetimbangan antara ben}d_a d_an sekelilingnya d_{icapai ketika ke}d_{uanya mempunyai suhu} yang sama. D_{alam hal ini, Q/∆t harus sama} d_{engan nol} ketika T₁ = T2, sehingga koefisien pemancaran dan penyerapan harus sama. Hal ini menguatkan pernyataan bahw_{a pemancar yang baik merupakan penyerap yang baik.}

1 # 6 , ! # 6 #"

-'

J&sehck( ! "")

2$6 # B)# ! #"' # 7 # ' 4 # # '= / /_{; #}

/ /_;

#'< 4 1)#$6'

()

¯ Suhu ad_{alah ukuran mengenai panas atau} d_{inginnya suatu zat atau ben}d_a.

¯ Pemuaian ad_{alah bertambah besarnya ukuran suatu ben}d_{a karena kenaikan suhu}

yang terjad_{i pa}d_{a ben}d_{a tersebut.}

¯ Hukum Charles berbunyi: “v_{olume gas pa}d_{a tekanan konstan berban}d_{ing lurus} d_{engan suhu mutlak gas tersebut”.}

¯ Hukum Gay L_{ussac berbunyi: “}v_{olume gas} d_{engan jumlah tertentu berban}d_ing lurus d_{engan suhu mutlak ketika tekanan} d_{ijaga konstan”.}

¯ Pengaruh kalor terhad_{ap suatu zat a}d_{alah mengubah suhu} d_an w_ujud _{zat tersebut.} ¯ Hukum Kekekalan E_{nergi berbunyi “kalor yang} d_{ilepas sama} d_{engan kalor yang}

d_{iterima”, yang} d_{ikenal sebagai Asas Black.}

¯ Kalor berpind_ah d_{ari satu ben}d_{a ke ben}d_{a yang lain} d_{engan tiga cara yaitu} kond_{uksi, kon}v_eksi, d_{an ra}d_iasi.