MODUL
SUHU, PEMUAIAN & AZAS BLACK
9
Disusun oleh : Prastowo, S.SiSuhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda. Ada beberapa satuan untuk menyatakan besaran dari suhu antara lain Reamur, Fahreinheit, Celcius dan untuk Satuan Internasional (SI) dinyatakan dalam Kelvin. Kalor, salah satu bentuk energi jika diberikan pada benda padat dapat menyebabkan naiknya suhu pada benda yang juga akan menghasilkan pemuaian, bertambah panjang, luas dan bertambahnya volume suatu benda. Sedangkan pada benda cair dan gas, kalor yang diberikan akan menghasilkan perubahan suhu dan berubahnya fase atau wujud benda.
1.1 Suhu
Ada empat satuan yang menyatakan suhu, antara lain : Celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin. Dengan konversi :
Soal & Pembahasan
1. (Soal Univ) Termometer A menunjukkan angka -200 A ketika es mencair dan menunjukkan angka 700 A ketika air mendidih. Berapa angka yang ditunjukkan termometer tersebut ketika termometer Fahrenheit menunjukkan angka 00 ?
Pembahasan :
( ) ( )
2. (Soal UN) Skala pada Celcius menunjukkan
setengahnya dari skala Fahrenheit adalah ?
Pembahasan :
( )
Soal-soal Latihan
1. (UAS) Suhu suatu kota pada pagi hari menunjukkan 770 F. Jika dinyatakan dalam Celcius ? (250 C) 2. (UAS) Suhu seorang pasien dinyatakan 33 0C. Berapa suhu pasien jika dikonversi ke dalam 0R ? (26,4 0R) 3. (PENULIS) Suatu benda tidak mengeluarkan radiasi bila suhunya diturunkan menjadi 00K, nyatakan dalam 0C ?
(-273 0C)
4. (UN) Sebuah termometer A mengukur titik beku air pada suhu 40 0A dan titik didih air pada suhu 240 0A. Bila sebuah benda diukur dengan termometer Celcius adalah 40 oC, maka suhu benda tersebut pada termometer A adalah ? (120 0A) 5. (PENULIS) Suhu udara tertinggi di Asia pernah tercatat di Kabul, Afghanistan pada 12 Mei 1996 yaitu 129 0F.
Nyatakan dalam Celcius ? (54 0C) 6. (PENULIS) Suhu tertinggi yang pernah tercatat di kutub selatan adalah -14 0C. Nyatakan suhu ini dalam Fahrenheit ? (7,5 0F) 7. (PENULIS) Di benua afrika pernah tercatat suhu terendah yaitu -24 0C yaitu di Ifrane, Maroko. Nyatakan suhu ini dalam Fahrenheit ? (-11 0F) 8. (PENULIS) Suhu rata-rata di permukaan planet venus adalah 735 0K. Nyatakan suhu ini dalam Celcius dan fahrenheit ? (462 0C dan 863 0F) 9. (PENULIS) Sebuah benda tidak dapat memancarkan radiasi bila benda tersebut berada pada suhu 0 0K.
Nyatakan suhu ini dalam Reamur ? (-218,4 0R) 1.2 Pemuaian
Setiap benda akan memuai jika dipanaskan. Memuai dapat berupa pertambahan panjang, pertambahan luas atau pertambahan volume. Pemuaian benda tergantung juga dengan jenis benda itu sendiri. Ada yang memuai dengan cepat, lambat besar ataupun kecil.
Pada pemuaian zat padat :
(1.1) (1.2) (1.3) (1.4) dengan :
Pada pemuaian zat cair, zat cair hanya memiliki muai volume.
Pada pemuaian gas, gas memiliki muai volume yang terjadi pada tekanan tetap dan muai tekanan pada volume tetap. Secara umum ditulis :
(1.5)
dengan :
Soal & Pembahasan
1. (Soal Univ) Sebatang baja dengan koefisien muai panjangnya 10-5/oC memiliki panjang 100,0 cm pada suhu 30 0C. Bila batang baja itu sekarang panjangnya 100,1 cm, maka suhunya sekarang adalah . . .
Pembahasan :
2. (Soal Univ) Sebuah bola berongga dari perunggu
dengan koefisien muai panjang 18 x 10-6 m/0C dan jari- jari 1 m pada suhu 0 0C. Jika bola tersebut dipanaskan hingga 80 0C, maka pertambahan luas permukaan bola adalah sebesar . . . .
Pembahasan :
( )
3. (Soal Univ) Pada 00C sebuah bejana kaca berisi penuh
air raksa sebanyak 150 cm3. Jika koefisien muai panjang kaca 9 x 10-6/0C dan koefisien muai ruang raksa 1,8 x 10-4/0C dan suhu dinaikkan menjadi 40 0C, maka hitunglah air raksa yang tumpah . . .
Pembahasan : Untuk raksa :
Untuk bejana kaca :
Maka air raksa yang tumpah :
Soal-soal Latihan
1. (UN) Suatu logam dengan koefisien muai panjang 10-4/0C dipanasi dari suhu 30 0C sampai 80 0C. Jika panjang awal 20 cm, maka panjang akhir logam tersebut adalah ? (20,1 cm) 2. (Univ) Sebuah tong besi bervolume 70 liter diisi minyak sampai penuh dan diletakkan di halaman rumah pada pagi hari dengan suhu 20 0C. Jika koefisien muai panjang besi adalah 12 x 10-6/0C dan koefisien muai muai volume minyak sebesar 950 x 10-6/0C. Pada siang hari 40 0C terjadi pemuaian dan sebagian minyak tumpah sebanyak ? (1,3 liter) 3. (Univ) Gelas kaca (koefisien muai panjang 10-5/0C)dengan kapasitas 400 ml berisi penuh air (koefisien muai volume 2,1 x 10-4/0C) pada suhu 20 0C. Jika air beserta gelas tersebut dipanaskan hingga ada sejumlah air yang tumpah sebanyak 3,66 ml, maka suhu air dan kaca setelah dipanaskan adalah . . . (35 0C) 4. (UN) Keping keramik berbahan dasar kuarsa (α=0,5.10-7/0C) yang berukuran 30 cm x 30 cm dipanaskan dari suhu 25 0C hingga 50 0C. Pertambahan luas keping keramik adalah ? (2,25.10-3 cm2) 5. (UN) Sebuah plat perunggu (α=18.10-6/0C) berukuran 40 cm x 20 cm dipanaskan dari 0 0C hingga 80 0C. Maka pertambahan luas plat adalah ? (2,304 cm2) 6. (UN) Plat besi berukuran 2 m x 2 m pada suhu 20 0C. Bila suhunya dinaikkan menjadi 100 0C dan koefisien muai panjang besi 1,1.10-7/0C, maka luasnya sekarang menjadi ? (4,0000704 m2) 7. (Univ) Sebatang baja (angka muai linearnya 10-5/0C). Panjang baja tersebut 100,0 cm pada suhu 30 0C dan dipanasi hingga menjadi 100,1 cm, maka suhunya sekarang menjadi ? (130 0C) 8. (UN) Selembar baja memiliki ukuran 40 cm x 20 cm bersuhu 20 0C. Jika koefisien muai panjang baja adalah 10-
5/0C maka pertambahan luas pada suhu 60 0C adalah ? (0,64 cm2) 9. (PENULIS) Suatu plat baja berbentuk lingkaran dengan jari-jari 7 cm dipanaskan dari 20 0C hingga 100 0C. Jika koefisien muai panjang baja adalah 10-5/0C berapa persen pertambahan luas plat baja ? (0.16%) 1.3 Azas Black
Kalor sebagai salah satu bentuk energi, secara umum dapat mengubah suhu benda dan mengubah wujud/fase benda.
Garis A-B dan C-D menggambarkan perubahan suhu akibat pemberian kalor : (1.6)
sedangkan garis B-C menggambarkan perubahan wujud/fase benda dari padat ke cair akibat pemberian kalor : (1.7)
dan garis D-E menggambarkan perubahan wujud/fase benda dari cair ke gas akibat pemberian kalor : (1.8)
dengan :
( ) ( )
( )
( )
( ) Soal & Pembahasan
1. (Soal UN) Es sebanyak 10 gram pada suhu o 0C diberi kalor sebanyak 1200 kal. Bila kalor lebur es adalah 80 kal/gr dan kalor jenis air adalah 1 kal/gr.0C, maka es yang seluruhnya meleleh akan menjadi air bersuhu ?
Pembahasan :
2. (Soal UN) 200 gram potongan alumunium bersuhu 20
0C dimasukkan kedalam 100 gram air bersuhu 80 0C.
Jika diketahui kalor jenis alumunium 0,22 kal/gr.0C dan kalor jenis air 1 kal/gr.0C, maka kedua benda tersebut akan memiliki suhu kesetimbangan . . . .
Pembahasan :
( ) ( )
3. (Soal Penulis) 400 gram balok es bersuhu 0 0C Pembahasan :
didorong pada bidang datar kasar dengan koefisien gesek 0,5 sejauh 2,1 meter. Jika kalor lebur balok es itu adalah 2100 J/kg, percepatan gravitasi 10 m/s2 dan suhu es tersebut cenderung tetap, berapa massa es yang meleleh . . . .
Es meleleh karena gaya gesek memberikan sejumlah kalor tertentu di lantai sepanjang lintasan :
Soal-soal Latihan
1. (Univ) Jika 50 gram air bersuhu 30 0C dicampur dengan 100 gram air yang suhunya 90 0C, maka suhu campuran adalah . . . . (70 0C) 2. (UN) Sebanyak 0,5 kg balok es bersuhu -40 0C dicampur dengan 1 kg air bersuhu 80 0C. Jika kalor jenis air 1 kal/gr.0C, kalor jenis es 0,5 kal/gr.0C dan kalor lebur es 80 kal/gr, maka campuran tersebut mencapai keadaan akhir berupa air dengan suhu . . . . (20 0C) 3. (UN) Es bermassa M gram bersuhu 0 0C, dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram bersuhu 20 0C yang ditempatkan di bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor. Jika kalor lebus es 80 kal/gr, kalor jenis air 1 kal/gr.0C. Semua es mencair dan mencapai kesetimbangan termal pada suhu 5 0C, maka massa M adalah . . . (60 gram) 4. (Penulis) Sebalok alumunium bersuhu 20 0C jatuh dari ketinggian 100 meter. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan kalor jenis alumunium 900 J/kg.0C berapakah kenaikan suhu alumunium tersebut bila seluruh kalor dari tumbukan semuanya berubah manjadi kenaikan panas ? (1,11 0C) 5. (Penulis) Sebuah peluru emas (kalor jenis 130 J/kg.0C) melesat dengan kecepatan 100 m/s masuk ke dalam karung berisi pasir hingga berhenti total. Jika gaya gesekan pada karung pasir menyebabkan kenaikan suhu pada peluru sebesar 50%, hitung kenaikan suhu peluru ? (19,23 0C)
