Suhu dan Kalor
Suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh molekuk-molekul suatu benda. Ketika kita memanaskan atau mendinginkan suatu benda sampai pada suhu tertentu, beberapa sifat fisik benda tersebut berubah. Sifat benda yang dapat berubah akibat adanya perubahan suhu disebut sifat termometrik.
Skala Termometer
Pembuatan skala pada thermometer memerlukan titik referensi. Titik tersebut adalah titik tetap bawah (titik beku = suhu campuran antara es dan air pada tekanan normal) dan titik tetap atas ( titik didih = suhu ketika air mendidih pada tekanan normal)
Berikut ini titik tetap atas dan titik tetap bawah beberapa skala.
Konversi Suhu
Untuk mengubah satuan suhu dari skala celcius ke skala Fahrenheit atau skala yang lain dapat digunakan persamaan berikut ini :
Xbk Xak
Xbk K Xbr Xar
Xbr R Xbf Xaf
Xbf F Xbc Xac
Xbc C
Keterangan :
Xa : titik tetap atas Xb : titik tetap bawah
Konversi antar 4 skala tersebut ditunjukkan oleh tabel berikut.
Celcius Reamur Fahrenheit Kelvin
Celcius T T T + 32 T + 273
Reamur T 1 T + 32 T + 273
Fahrenheit (T-32) (T-32) 1 (T-32) + 273
Kelvin T-273 (T-273) T (T-273)+32 1
Skala Celcius dan Fahrenheit umum digunakan pada pengukuran suhu di kehidupan sehari-hari, sedangkan skala suhu yang ditetapkan sebagai Satuan Internasional adalah skala Kelvin.
Contoh Soal :
1. Konversikan suhu berikut ke skala Fahrenheit a. -200 ºC
Penyelesaian : Gunakan Pers di atas
Xbf Xaf
Xbf F Xbc Xac
Xbc C
32 212
32 0
100 0 200
F
180 32 100
200
F
F F
F x F
x
392 ) 32 ( 360
100 ) 32 ( 180 200
Jawablah pertanyaan berikut :
1. Suhu suatu zat 212 oF, maka suhu mutlaknya adalah … a. 485 K b. 452 K c. 391 K
d. 373 K e. 100 K
2. Termometer A yang telah ditera menunjukkan angka -30oA pada titik beku air pada 90oA pada titik didih air. Maka suhu 60o A sama dengan ....
a. 80 oC b. 75 oC c. 60 oC d. 50 oC e. 45 oC Pemuaian
Jika suhu suatu benda berubah,umumnya ukuran benda juga mengalami perubahan (pemuaian atau penyusutan) a. pemuaian panjang : L LO(1.t)
b. pemuaian luas : A AO(1.t) c. pemuaian volume : V VO(1.t) Keterangan :
Lo = panjang mula pada suhu To L = panjang akhir pada suhu T α = koefisien muai panjang β = koefisien muai luas = 2α
γ = koefisien muai volume = 3α KALOR
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah. Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah sampai terjadi kesetimbangan termal.
Satuan kalor adalah joule dan kalori. Hubungan joule dan kalori :
a. kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu atau yang dilepaskan untuk menurunkan suhu : t
C t c m
Q . Q = kalor yang diterima atau dilepas C = kapasitas panas benda
c = kalor jenis benda
∆ t = perubahan suhu
b. kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk merubah wujud L
m Q . L = kalor laten
1 kalori = 4,2 J 1 J = 0,24 kalori
Pada saat terjadi perubahan wujud zat, suhu zat tersebut tetap.
c. Hukum kekekalan energi untuk kalor menyatakan bahwa pada benda yang dicampur dan diletakkan dalam system tertutup, banyak kalor yang dilepas sama dengan banyak kalor yang diterima.
Asas Black
Asas Black adalah hukum yang menyatakan bahwa untuk semua pertukaran energi panas (kalor), maka kalor yang diterima materi bersuhu lebih rendah akan sama besar dengan kalor yang dilepas oleh materi bersuhu lebih tinggi.
Secara matematis, Asas Black dinyatakan sebagai berikut.
Jika terdapat dua materi dengan suhu berbeda dicampurkan menjadi satu, asas black dapat digunakan untuk mengetahui suhu akhir campuran. Penerapannya secara matematis adalah sebagai berikut.
Perpindahan Kalor
Kalor dapat berpindah dengan 3 cara, yaitu:
1. Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan massa atau partikel zat. Kalor yang berpindah secara konduksi tiap satuan waktu pada suatu penghantar dengan luas penampang A dan panjang L dirumuskan dengan persamaan :
L A t t k
HQ .
H = kalor yang berpindah tiap satuan waktu K = konduktifitas termal zat
A = luas penampang L = panjang penghantar
∆ t = perubahan suhu
Perpindahan kalor secara konduksi terjadi pada benda padat. Jika dua batang yang suhu berbeda disambungkan maka kalor yang mengalir tiap satuan waktu pada tiap batang adalah sama.
H1 = H2
2 2 2 2 1
1 1
1. .
L A t L k
A t
k
2. Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan massa atau partikel zat. Kalor yang berpindah secara konveksi tiap satuan waktu dirumuskan dengan persamaan :
t A t h
HQ . h = koefisien konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi biasanya terjadi pada zat cair dan gas.
3. Radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Kalor yang berpindah secara radiasi dirumuskan dengan persamaan :
. 4
. . .e A t T Q
W ℮ = emisivitas
σ = konstanta Stefan-Boltzman = (5,672 .10-8 Watt/ m2. K4) T = suhu mutlak (K)
t = waktu (s)
Contoh soal:
1. Air bermassa 100 gram dan bersuhu 20 oC dicampur dengan air bermassa 25 gram bersuhu 70oC.Apabila kalor jenis air 1kal/groC, dan dianggap tidak ada kalor yang keluar dari sistem, maka suhu akhir campuran tersebut adalah ….
Jawab :
Diket : m1 = 100 gr t1 = 20 oC m2 = 25 gr t2 = 70 oC cair = 1 kal/gr oC
ditanya : suhu campuran (tc) Q1= Q2
2 2 2 1 1
1.c . t m .c . t
m
100.1.
tc20
25.1.(70tc)4tc80 70tc 5tc 150
C tc 30
Jika zat yang dicampurkan sejenis ( kalor jenisnya sama) maka dapat digunakan persamaan berikut :
2 1
2 2 1 1
m m
t m t tc m
1. Kratos mencampur 4 kg air bersuhu 100oC dengan 8 kg air bersuhu 50oC. Berapa suhu akhir campuran?
Jawab Diketahui:
m1 = 4 Kg
m2 = 8 Kg c1 = c2 = c T1 =100 oC T2 = 50 oC Ditanyakan: Tm?
2. Perhatikan grafik pemanasan 1 Kg es berikut ini!
Jika kalor jenis es 2.100 J/KgoC, kalor lebur es 336.000 J/KgoC, dan kalor jenis air adalah 4.200 J/KgoC, maka kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P-Q-R adalah …. (UN Fisika SMP/MTs 2015)
Jawab Diketahui:
ces = 2.100 J/KgoC cair = 4.200 J/KgoC m = 1 Kg
Ditanyakan: QPQR? .
.
Latihan :
1. Batang A dan B mempunyai luas penampang dan panjang sama. Bila koefisien konduksi batang A = ¼ kali koefisien konduksi batang B, kemudian keduanya dipanaskan pada salah satu ujungnya dan ternyata keduanya mengalami perubahan suhu yang sama. Maka perbandingan kelajuan hantaran kalor batang A dan batang B adalah …
2. Besarnya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 2 liter air(cair = 4200 J/kgoC) dari 20 oC menjadi 100 oC adalah....
3. Grafik di bawah ini menyatakan hubungan antara suhu (t) dengan kalor (Q) yang diberikan pada 1 gram zat padat. Besar kalor lebur zat padat tersebut adalah …
4. Es, massanya 125 gram suhu 0 oC dimasukkan ke dalam 500 gr air suhu 20 oC. Ternyata es melebur
suluruhnya. Bila kalor lebur es = 80 kalori/gr dan kalor jenis air 1 kal/gr oC, maka suhu akhir campuran adalah … 5. adi memanaskan 100 gr es hingga melebur seluruhnya, berapa jumlah kalor yang dibutuhkan adi jika kalor lebur
es 80 kal/gr.
6. Sejumlah air bersuhu 32 oC dicampur dengan 10 gram es bersuhu –5 oC. Pada saat setimbang masih tersisa 5 gram es yang belum lebur. Jika diketahui ces = 0,5 kal/gr oC, cair = 1 kal/gr oC dan Les = 80 kal /gr , tentukan : a) Jumlah kalor yang dilepas air
b) Massa air yang dicampurkan
7. Sebuah benda hitam sempurna luas permukaannya 1 m2 dan suhunya 27 oC. jika suhu sekelilingnya 77 oC, hitunglah :
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam
8. pegangan setrikaan dibuat dari bahan isolator, tujuan pemakaian bahan tersebut adalah….
Jodohkan pernyataan berikut :
A B
Perpindahan kalor tanpa disertai
perpindahan partikel Kalor uap Perpindahan kalor pada zat cair Kelvin Bahan yang mudah menghantarkan
panas Joule
Satuan suhu dalam SI Api unggun Kalor untuk mengubah 1 kg zat cair
menjadi uap pada titikdidihnya Radiasi Perubahan wujud zat dari padat
menjadi cair Konveksi
Contoh peristiwa perpindahan kalor
secara radiasi Logam
Satuan kalor dalam SI Konduksi
