Pertemuan ke 14 (Suhu dan Kalor)

Pertemuan ke 14

FISIKA DASAR I

Pendahuluan

Dalam kehidupan sehari hari sangat

banyak didapati penggunaan energi

dalam bentuk kalor:

Memasak makanan

Memasak makanan

TUJUAN INSTRUKSIONAL

• Menentukan besaran suhu, kalor jenis,

kalor, konduktivitas dalam kaitannya

dengan pemuaian, penjalaran kalor, dan

perubahan fasa

Api dikatakan panas atau Es dikatakan memiliki temperatur rendah

Temperatur merupakan sifat sistem yang

menentukan apakah sistem berada dalam

keadaan kesetimbangan dengan sistem lain

Kesetimbangan

Kesetimbangan

T

setimbang

•Jika dua sistem dengan temperatur yang berbeda

diletakkan dalam kontak termal, maka kedua sistem tersebut pada akhirnya akan mencapai temperatur yang sama.

►

►

►

ANOMALI AIR

•4

o

C → 0

o

C : Volumenya membesar

•0

o

C → 4

o

C : Volumenya mengecil dengan massa

jenis (ρ) paling tinggi, sehingga perilaku air ini

• Beberapa zat tidak selalu memuai ketika dipanaskan, contohnya air pada suhu 0ºC - 4ºC.

• Pada suhu tersebut air akan menyusut ketika dipanaskan dan mencapai volume minimum pada suhu 4ºC. Sehingga pada suhu tersebut es mencapai massa jenis maksimum. Di atas 4ºC, air akan memuai lagi bila dipanaskan.

• Peristiwa sifat pemauaian air yang tidak teratur ini disebut dengan peristiwa anomali air.

PEMUAIAN

• Jika sebuah benda dipanaskan/diberikan kalor, maka partikel -partikel dalam benda itu akan bergetar lebih kuat sehingga saling menjauh. Sehingga ukuran benda akan menjadi lebih besar. Kita katakan bahwa benda itu memuai.

• Pemuaian dapat terjadi baik pada benda padat, cair maupun gas.

gas.

a) Pemuaian Panjang

• Pada pemuaian panjang dianggap bahwa benda mempunyai luas penampang yang kecil, sehingga ketika dipanaskan hanya memuai pada arah panjangnya saja.

• Besarnya pertambahan panjang sebuah benda yang

dipanaskan adalah berbanding lurus dengan : panjang mula-mula (Lo) benda dan kenaikan suhu ( T)

• Secara matematis dituliskan :

• Secara matematis dituliskan :

• Sedangkan panjang benda setelah dipanaskan adalah : L_t = L_o + ΔL

L =

α

L

o

T

Keterangan:

ΔL = Perubahan panjang (m) L₀ = panjang mula-mula (m) ΔT = perubahan suhu (˚C)

b) Pemuaian Luas

• Pada pemuaian luas, pemuaian terjadi pada arah melebar pada sisi panjang dan lebar benda.

• Analog dengan pemuaian panjang, pada pemuaian luas berlaku persamaan :

dimana berlaku hubungan :

A =

β

A

o

T

γ = 3α dan β = 2α

dimana berlaku hubungan :

• Sedangkan panjang benda setelah dipanaskan adalah : At = Ao + A

γ = 3α dan β = 2α

Keterangan:

ΔA = Perubahan panjang (m) A₀ = panjang mula-mula (m) ΔT = perubahan suhu (˚C)

c) Pemuaian Volume

• Pemuaian volume biasanya terjadi pada zat cair dan gas. Pemuaian ini terjadi pada arah memanjang, melebar dan meninggi.

• Analog dengan pemuaian panjang, persamaan pada pemuaian volume adalah :

V = γ Vo T

dimana berlaku hubungan :

• Sedangkan panjang benda setelah dipanaskan adalah : Vt = Vo + V

V = γ V T

γ = 3α dan β = 2α

Keterangan:

ΔV = Perubahan panjang (m) V₀ = panjang mula-mula (m) ΔT = perubahan suhu (˚C)

Contoh soal (1)

Sebatang baja yang panjangnya 1 m dipanaskan dari

0º C menjadi 100

◦

C. Bila koefisien

muai panjang batang 12 x 10

–6

/ºC, tentukan :

a. pertambahan panjang batang itu

b. panjang batang setelah dipanaskan

c. panjang batang bila dipanaskan menjadi 50ºC

KALOR

Beberapa pengertian kalor:

1. Kalor (panas) adalah bentuk energi yang

dipindahkan melalui perbedaan temperatur .

2. Kalor berpindah dari benda bertemperatur tinggi

2. Kalor berpindah dari benda bertemperatur tinggi

menuju benda yang bertemperatur rendah.

3. Benda yang menerima kalor, maka suhu benda

akan naik atau wujud benda berubah.

+

,

,

-

+.

/

,

#0,12 /

/

,

#0,12 /

,

%

)

Jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan sebanding dengan massa benda pada perubahan suhunya.

Jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu sistem:

m = massa (gr)

Q = m c T

_c

_{= kalor jenis (kal/g}

0

_C)

Kalor jenis adalah bilangan yang menunjukkan berapa kalori panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu tiap sau satuan massa zat dalam satu derajat. Satuan kalor jenis: kal/g˚C.

Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya panas yang

jika air panas dan air dingin dicampurkan, maka akan

didapatkan air hangat

Mengapa Demikian???

Joseph Black (1728 – 1799), seorang ilmuwan Inggris

menyatakan:

Kalor yang lepas = Kalor yang diserap

Q_lepas = Q_serap

Azaz Black

“Ketika dicampurkan benda yang suhunya berbeda, maka benda Yang bersuhu lebih tinggi akan melepaskan kalor, dan benda yang Bersuhu lebih rendah akan menyerap kalor, sehingga suhu

Contoh soal (2)

Hitunglah jumlah kalor yang diperlukan untuk

menaikkan suhu 20 Kg besi (c = 0,11 kal/g0C) dari

= 17600000 kal Diketahui:

m = 20 kg

c = 0,11 kal/g0

c

Contoh soal (3)

Perubahan Wujud/Fasa

Kalor laten → kalor selama

Perubahan wujud yang terjadi pada ketiga bentuk benda itu adalah : membeku, melebur, mencair, mengembun, menyublim, deposisi dan menguap seperti gambar di bawah ini.

4

%,88

8

)

4

Mencair/melebur atau membeku

Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat padat menjadi zat cair disebut kalor lebur

Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi zat padat disebut kalor beku

! "

#"

$ %

MEnguap DAN mengembun

=

Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi zat gas disebut kalor uap

Kalor yang diperlukan untuk mengubah

wujud zat gas menjadi zat cair

disebut kalor embun

Gambar grafik

perubahan wujud zat Pada air

Fase

Kalor yang diserap oleh benda digunakan untuk menaikkan suhu.

Lebur Titik _Didih

Q = m.c.Δt

Kalor yang diserap oleh benda digunakan untuk menaikkan suhu. Q = m.c.Δt

=

&

p_o

!

.

.

"

%#)

PERPINDAHAN KALOR

Kalor

berpindah

dari

satu

tempat

atau benda ke yang lain dengan tiga

cara :

Konduksi

Berpindahnya kalor dari satu tempat ke tempat lain

dengan cara tumbukan antar molekul, dengan laju

aliran kalor :

K = Konduktivitas termal (J/s.m.0C)

Q

T

_{A = Luas penampang (m}2)

K besar konduktor

K kecil isolator

Konveksi

Adalah proses perpindahan kalor yang terjadi disertai dengan

perpindahan pergerakan fluida itu sendiri.

Ada 2 jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa.

Konveksi paksa Konveksi alami

• Aliran udara panas/dingin dipantai

Sepanci air dipanaskan _{•Arus samudra yang hangat/dingin}

• Pada konveksi alamiah pergerakan fluida terjadi karena perbedaan massa jenis.

• Pada konveksi paksa terjadinya pergerakan fluida karena

ada paksaan dari luar.

• Contoh konveksi alamiah : nyala lilin akan menimbulkan

konveksi udara disekitarnya,, terjadinya angin laut dan angin darat, dsb.

• Besar laju kalor ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida di sekitarnya adalah berbanding lurus dengan luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida dan perbedaan suhu antara benda dengan fluida.

Radiasi

• Adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang

elektromagnetik (EM) atau perpindahan kalor tanpa medium.

• Contoh : cahaya matahari, gelombang radio, gelombang TV, dsb.

• Pada kasus penyinaran matahari ke permukaan bumi:

• Berdasarkan hasil eksperimen besarnya laju kalor radiasi tergantung pada : luas permukaan benda dan suhu mutlak benda seperti dinyatakan dalam Hukum Stefan-Boltzman

berikut ini :

“Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam

dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu sebanding dengan luas permukaan benda (A) dan sebanding dengan

pangkat empat suhu mutlak permukaan benda itu.”

pangkat empat suhu mutlak permukaan benda itu.”

Contoh soal (5)

Berapa laju aliran kalor melalui jendela kaca

yang luasnya 2.0 m x 1.5 m dan tebalnya

3.2 mm, jika temperatur pada permukaan

dalam dan luar jendela 15

0

C dan

30

0

C

Contoh soal (6)

Suhu filamen sebuah lampu pijar (e=0,5 dan

σ

=

6.10

-8

_watt/m

2

_K

4

_{) adalah 1000 K. Jika daya lampu 60}

watt, maka luas permukaan filamen adalah....