Susana Endah Page 1 of 44 YAYASAN WIDYA BHAKTI
SEKOLAH MENENGAH ATAS SANTA ANGELA TERAKREDITASI A
Jl. Merdeka No. 24 Bandung 022. 4214714 – Fax. 022. 4222587
http//: www.smasantaangela.sch.id, e-mail : smaangela@yahoo.co.id ___________________________________________________________________
SUHU DAN KALOR
STANDART KOMPETENSI
Menerapkan konsep kalor dan prinsip konservasi energi pada berbagai perubahan energi
KOMPETENSI DASAR
KD1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat. KD2 Menganalisis cara perpindahan kalor.
Susana Endah Page 2 of 44
TUJUAN PEMBELAJARAN
1. Menjelaskan pengertian suhu
2. Menjelaskan pengertian kalor
3. Mengkonversikan suhu
4. Membedakan antara kalor jenis dan kapasitas kalor
5. Menentukan alat dan bahan dalam menentukan
percobaan kalor jenis suatu logam
6. Menyusun alat yang digunakan
7. Melakukan percobaan
8. Menyusun data pada tabel
9. Mengolah data percobaan
10. Mempresentasikan hasil
11. Mencocokkan dengan teori
12. Membedakan antara muai panjang, muai luas dan muai
volume
13. Mempresentasikan tentang perubahan wujud suatu benda
14. Memformulasikan Asas Black
15. Menganalisis kalor dengan menggunakan Asas Black
16. Membedakan antara konduksi, konveksi dan radiasi
17. Menerapkan dalam kehidupan sehari-hari dengan
memberi contoh peristiwanya
18. Menyimpulkan keseluruhan materi dari hasil diskusi tanya
jawab dan percobaan.
19. Menerapkan karakter Santa Angela kejujuran dan
kegigihan dalam mengerjakan eksperimen, latihan soal dan mengerjakan soal
Susana Endah Page 3 of 44
Susana Endah Page 4 of 44
KALOR
Sumber: www.sciencepoles.org
Beberapa tahun ini, suhu permukaan bumi meningkat. Hal ini sebagai akibat dari berbagai aktivitas mausia, tanpa memperhatikan lingkungan. Dengan meningkatnya suhu permukaan bumi (global warming), akan menyebabkan gunung-gunung es di kutub mencair lebih cepat. Proses pencairannya berlangsung sangat cepat. Tentu saja mengkhawatirkan bagi kehidupan manusia karena diperkirakan air laut akan bertambah sehingga daratan rendah akan tenggelam. Perhatikan bagaima gunung es itu mencair! Gunung es itu dapat mencair dengan sendirinya tanpa diberikan kalor. Gunung es menyerap kalor dari lingkungan sekitarnya. Mencair merupakan salah satu perubahan wujud. Perubahan wujud tersebut disertai dengan perpindahan kalor. Tahukah Anda apakah yang dimaksud dengan kalor? Untuk lebih jelasnya, ikutilah pembelajaran pada bab ini.
Tuhan Yang Maha Pencipta menciptakan matahari sebagai sumber energi bagi makhluk hidup di bumi. Energi panas yang dipancarkan matahari merupakan sumber energi yang tiada habisnya, yang dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup di bumi, termasuk manusia. Oleh karena itu, sudah sepatutnya manusia bersyukur atas nikmat ini.
Susana Endah Page 5 of 44 Pada siang hari yang terik, Anda tentu merasakan udara begitu panas. Pada saat itu, biasanya dikatakan suhu udara begitu tinggi. Demikian juga, ketika merasakan udara begitu dingin, biasanya dikatakan suhu udara begitu rendah. Jadi, keadaan derajat panas dan dingin yang dialami suatu benda atau keadaan dinamakan suhu.
Sebuah benda yang bersuhu tinggi dapat mengalami penurunan suhu jika didekatkan atau dicampurkan pada benda yang bersuhu rendah, seperti halnya es apabila dicampurkan dengan air panas di dalam gelas. Jika kondisi tersebut dibiarkan untuk waktu yang lama, lama kelamaan es mencair dan suhu keduanya menjadi sama. Mengapa demikian> Hal ini berkaitan dengan kalor. Tahukah Anda kalor itu? Apakah ada pengaruh kalor terhadap benda? Bagaimana pula cara kalor itu berpindah?
A.
PENGERTIAN KALOR
Untuk memahami pengertian kalor, lakukanlah kegiatan berikut.
Perpindahan Kalor
Tujuan : Mengamati perpindahan kalor pada dua benda yang berbeda suhunya Alat/Bahan :
1. Dua buah gelas (berbentuk silinder) 2. Termometer
3. Air panas
4. Air dingin (air es)
Keselamatan Kerja: Hati-hati saat memanaskan air dan saat menuangkan air panas ke dalam gelas.
Prosedur:
1. Siapkan gelas A dan B. Isi penuh gelas A dengan air panas dan gelas B dengan air dingin (air es). 2. Ukur suhu masing-masing gelas
dengan termometer, lalu catatlah hasil pengamatan Anda.
Susana Endah Page 6 of 44 3. Sentuhkan gelas A dengan gelas B. Biarkan beberap saat (±10 menit).
Ukut dan catat suhu kedua gelas. Pertanyaan:
1. Saat kedua gelas didekatkan. Apakah yang terjadi> Apakah gelas A menjadi panas atau dingin? Apakah gelas B menjadi panas atau dingin? Mengapa demikian?
2. Bagaimana suhu kedua gelas tersebut selanjutnya? Mengapa demikian> 3. Jika gelas A dan B diisi dengan air panas, apakah suhu kedua gelas akan
bertambah tinggi (panas)? Mengapa demikian?
4. Jika gelas A dan B diisi dengan air dingin, apakah suhu kedua gelas akan bertambah rendah (dingin)? Mengapa demikian?
5. Buatlah kesimpulan dari kegiatan di atas secara berkelompok. Presentasikan dan Simpulkan
Presentasikanlah hasil kerja kelompok Anda di depan kelas! Bandingkan dengan hasil kerja kelompok lain. Jika Ada tanggapan dari kelompok lain, baik berupa saran, kritik, atau pertanyaan, jawablah dengan bahasa yang santun. Berdasarkan perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama? Buatlah kesimpulan dari diskusi tersebut!
Apabila dua benda yang berbeda suhunya, didekatkan atau disentuhkan, maka benda yang bersuhu tinggi memberikan sesuatu ke benda lainnya yang bersuhu rendah. Sesuatu yang diberikan itu adalah energi. Energi yang diberikan karena perbedaan suhu dinamakan kalor. Jadi, kalor merupakan salah satu bentuk energi. Dengan kata lain, kalor merupakan energi yang ditransfer dari suatu benda ke benda lain karena adanya perbedaan suhu.
Satuan kalor sama dengan satuan energi, yaitu joule. Kadang-kadang, satuan kalor menggunakan kalori atau kilokalori. Kesetaraan kalori dengan joule adalah
Susana Endah Page 7 of 44 Gagasan bahwa kalor berhubungan dengan
energi pertama kali dinyatakan pada tahun 1800-an oleh seor1800-ang pembuat minum1800-an dari Inggris, James Prescott Joule (1818-1889). Joule melakukan percobaan sederhana dengan menggunakan alat seperti gambar berikut.
Beban yang jatuh menyebabkan roda pedal berputar. Gesekan roda pedal dan air menyebabkan suhu air naik. Padahal, untuk menaikkan suhu yang sama bisa didapat dengan memanaskan air di atas kompor. Joule menentukan bahwa sejumlah kerja tertentu yang dilakukan
selalu setara (ekuivalen) dengan sejumlah masukan kalor tertentu. Secara kuantitatif, kerja 4,186 joule (J) ternyata ekuivalen dengan 1 kalori (kal) kalor. Nilai ini dikenal sebagai tara kalor mekanik.
1.
KALOR JENIS
Dari hasil percobaan Joule seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Diperoleh kesimpulan bahwa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebanding dengan massa zat itu dan kenaikan suhunya.
Jika besarnya kalor yang dibutuhkan suatu zat yang bermassa m untuk kenaikan suhu Δt sebesar Q, maka:
Selain masa dan kenaikan suhu, jumlah kalor yang dibutuhkan benda tergantung dari jenis zat yang dipanaskan. Untuk membedakan jenis zat, dikenal istilah kalor jenis yang disimbolkan dengan c. Oleh karena itu, persamaan di atas dapat dirumuskan menjadi
Keterangan:
Susana Endah Page 8 of 44 Kalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap 1 kg massa, untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar 1K
m = massa zat (kg atau gram) Δt = perubahan suhu (K atau C)
c = kalor jenis zat
Persamaan tersebut juga dapat ditulis:
Dari persamaan itu, satuan kalor jenis sama dengan satuan kalor dibagi satuan massa kali satuan suhu, dituliskan:
Jadi, kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai berikut:
2. KAPASITAS KALOR
Misalkan dua benda yang berbeda dinaikkan suhunya sama besar maka apakah jumlah kalor yang diperlukan juga sama? Ternyata, jumlah kalor yang
Kapasitas kalor suatu benda adalah kemampuan suatu benda dalam menerima atau melepas kalor untuk menaikkan atau menurunkan suhu benda itu sebesar 1°C atau 1K.
Susana Endah Page 9 of 44 diperlukan berbeda. Hal ini terjadi karena kapasitas kalor atau kapasitas panas tiap jenis benda berbeda.
Jadi, jika kalor yang dibutuhkan sebesar Q untuk menaikkan suhu benda sebesar Δt, maka kapasitas kalor (C) benda tersebut dapat dirumuskan:
Keterangan:
Q = kalor yang diserap atau dilepas (joule (J) atau kal) Δt = perubahan suhu (°C)
C = kapasitas kalor J/K atau kal/°C
Berdasarkan persamaan tersebut, maka kapasitas kalor dapat pula ditulis:
Untuk lebih memahami tentang kapasitas kalor, perhatikan contoh soal berikut: Contoh Soal
Sepotong tembaga massanya 5 kg dengan suhu 20°C. Jika kalor jenis tembaga 3,87 x 102 J/(kg K), tentukan:
a. Kalor yang diperlukan untuk memanaskan agar suhu tembaga tersebut menjadi 100°C
b. Kapasitas kalor tembaga itu! Penyelesaian: Diketahui: m = 5kg t1 = 20°C t2 = 100°C c = 3,87 x 102 J/(kg K) Ditanyakan: a. Q = ....? b. C = ....? Jawab: a. Q = mcΔt
Susana Endah Page 10 of 44 = 5 x 3,87 x 102 x 80
= 154.800 J
Jadi, besar kalor yang diperlukan adalah 154.800 J. b. C = mc
= 5 x 3,87 x 102
= 1.935 J/K
Jadi, kapasitas kalor tembaga itu adalah 1.935 J/K. B. PENGARUH KALOR TERHADAP SUATU ZAT
Pada subbab A, Anda telah mengetahui kalor dapat mengubah wujud benda (es) menjadi cair,. Jadi bila suatu benda menerima sejumlah kalor maka benda itu akan mengalami perubahan wujud. Selain itu, ada kemungkinan lain yang terjadi, yaitu suhu benda akan naik dan benda mengalami pemuaian.
1. Pemuaian
Coba amati gambar di ini. Mengapa rel kereta api ini bengkok?
Dari fenomena di ini, dapat kita tahu bahwa ada pemuaian. Bila suatu benda dipanaskan, maka benda itu akan memuai. Besarnya pemuaian benda bergantung pada ukuran benda semula, kenaikan suhu, dan jenis benda.
Di Bab ini, Anda akan mempelajari hanya pemuaian pada zat padat dan zat cair.
a. Pemuaian Zat Padat
Jika zat padat mendapat kalor, maka zat padat tersebut akan mengalami muai panjang, muai luas, dan muai volume.
1) Muai Panjang (Muai Linear)
Suatu benda yang berbentuk betang bila dipanaskan maka panjangnya akan bertambah. Misalkan, panjang batang mula-mula ℓ0, dipanaskan hingga suhunya bertambah t, besar pertambahan panjang batang dirumuskan: Δl l0Δt atau Δl = αl0Δt
Keterangan:
Δl = pertambahan panjang batang (m) l0 = panjang batang mula-mula Δt = perubahan suhu (°C)
Susana Endah Page 11 of 44 Koefisien muai panjang atau muai linear adalah bilangan yang
menunjukkan besarnya pertambahan panjang tiap satu meter batang jika suhunya dinaikkan 1°C
Dari persamaan ini, koefisien muai panjang didefinisikan sebagai berikut: Perhatikan gambar di samping ini:
Jika panjang batang semula l0 dipanaskan hingga suhunya t dan panjangnya menjadi lt
maka: lt = l0 + Δl
= l0 + αl0Δt lt = l0 (1+ αΔt) Keterangan:
lt = panjang batang pada suhu t (m) l0 = panjang batang mula-mula(m) α = koefisien muai panjang (/°C) Δt = perubahan suhu (°C)
Besarnya koefisien muai panjang suatu zat berbeda dengan zat lainya. Tabel berikut menyajikan koefisien panjang beberapa zat padat.
no Zat α (/°C) 1 Alumunium 23 x 10-6 2 Kuningan 19 x 10-6 3 Tembaga 17 x 10-6 4 Gelas (biasa) 9 x 10-6 5 Gelas (pirex) 3,2 x 10-6 6 Karet 77 x 10-6 7 Es 51 x 10-6
Susana Endah Page 12 of 44 Contoh Soal:
Panjang sepotong logam pada suhu 50°C adalah 30cm. Tentukan panjang logam tersebut pada suhu 300°C jika α = 0,3 x 10-5/°C.
Penyelesaian: Diketahui : l0 = 30 cm α = 0,3 x 10-5/°C Δt= (300-50)°C = 250°C Ditanyakan : lt Jawab : lt = l0 (1+ αΔt) = 30 (1+(0,3 x 10-15) x 250°C = 30 (1+0,00075) = 30,0225 cm
Jadi, panjang logam tersebut pada suhu 300°C adalah 30,0225 cm Adanya pemuaian panjang menyebabkan
pemasangan pada sambungan rel kereta api dibuat agak renggang atau diberi jarak. Tujuannya, agar ketika siang hari, ketika kereta lewat, akan terjadi perubahan suhu pada rel sehingga rel akan memuai. Dengan adanya ruang antarrel, maka rel tidak akan melengkung.
2) Muai Luas
Coba Anda amati jendela kaca di rumah atau di sekolah Anda. Amati kaca yang dibingkai kusen, apakah kaca dipasang sangat rapat atau longgar dengan kusen? Ternyata, kaca dipasang longgar atau tidak rapat, bukan? Mengapa demikian? Fenomena tersebut berkaitan dengan adanya pemuaian luas. Jika benda yang berbentuk bidang (pelat atau lembaran) dipanaskan, maka panjang maupun lebarnya bertambah. Jadi, luasnya bertambah atau memuai.
Misalkan, sebuah pelat segi empat memiliki ukuran mula-mula panjang p0 dan lebarnya l0. Perhatikan gambar di samping. Pelat tersebut dipanaskan sehingga suhunya bertambah Δt, maka ukurannya menjadi:
Susana Endah Page 13 of 44 pt = p0 (1+ αΔt) dan lt =l0 (1+ αΔt)
Luas pelat mula-mula A0 = p0l0 dan setelah dipanaskan adalah
At = ptlt
= p0 (1 + αΔt) l0 (1 + αΔt) = A0 (1 + 2αΔt + α2Δt2)
Karena α kecil, maka α2 menjadi sangat kecil dan α2Δt2 dapat diabaikan. Oleh sebab itu, persamaan dapat dinyatakan:
At = A0 (1 + 2αΔt)
Jika koefisien muai luas dinyatakan dengan simbol β maka:
At = A0 (1 + βΔt) Keterangan:
At = luas bidang setelah dipanaskan (m2 atau cm2)
A0 = luas bidang mula-mula (m2 atau cm2) Δt = perubahan suhu (°C)
β = koefisien muai luas (/°C) Contoh Soal
Sisi sebuah pelat logam berbentuk persegi pada suhu 200°C adalah 4 cm. Jika koefisien muai panjang logam tersebut adalah 1,2 x 10-5/°C, maka berapakah pertambahan luas yang dialami pelat logam tersebut jika dipanaskan pada suhu 400°C? Penyelesaian: Diketahui : S0 = 3 cm α = 1,2 x 10-5/°C Δt = (400-200) °C = 200°C Ditanyakan : ΔA Jawab : A0 = s0 x s0 = 4 x 4 = 16 cm2 Β = 2α = 2 x 1,2 x 10-5/°C = 2,4 x 10-5/°C ΔA = A0 (1 + βΔt) = 16x2,4x10-5/°C x 200°C = 7,68 x 10-2 cm2
Susana Endah Page 14 of 44
3) Muai Ruang (Muai Volume)
Jika sebuah balok mula-mula memiliki ukuran panjang p0, lebar lo, dan tinggi h0 dipanaskan hingga suhunya bertambah Δt maka berdasarkan pemikiran seperti muai panjang dan muai luas di atas diperoleh:
V1 = V0 (1+3α Δt)
Jika koefisien muai ruang dinyatakan dengan simbol γ maka:
V1 = V0 (1+γΔt) Keterangan:
Vt = volume benda setelah dipanaskan (m2 atau cm2)
V0 = volume benda mula-mula (m2 atau cm2) Δt = perubahan suhu (°C)
γ = koefisien muai luas (/°C) Contoh Soal
Kotak dari logam berbentuk balok pada suhu 150°C memiliki ukuran panjang, lebar, dan tinggi berturut-turut adalah 3 cm, 2 cm, dan 2 cm. Tentukan volume kotak tersebut pa suhu 350°C jika koefisien muai panjang logam tersebut adalah 12 x 10-5/°C! Penyelesaian: Diketahui : p0 = 3 cm α = 12 x 10-5/°C l0 = 3 cm Δt = (350-150) °C = 200°C t0 = 3 cm Ditanyakan : Vt Jawab : V0 = p0l0h0 = 3 x 2 x 2 = 12 cm3 γ = 3 α = 3 x 12 x 10-5/°C = 36 x 10-5/°C V1 = V0 (1+γΔt) = 12 (1 + (36 x 10-5/°C x 200°C)) = 12 (1 + 0,072) = 12,864 cm3
Susana Endah Page 15 of 44
b. Pemuaian Zat Cair
Coba Anda amati volume air sebelum dan saat mendidih. Apakah ada perbedaan ketinggiannya? Mengapa demikian? Pada zat padat dikenal muai panjang, muai luas, dan muai ruang, tetapi pada zat cair hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja.
Jika zat cair dipanaskan maka volumenya akan memuai dengan pertambahan: ΔV = γV0Δt
Keterangan:
ΔV = perubahan volume (m3 atau cm3) Δt = perubahan suhu (°C)
V0 = volume mula-mula (m3 atau cm3) γ = koefisien muai ruang (/°C)
Jika volume zat cair setelah dipanaskan menjadi V, maka diperoleh:
Vt = V0 + ΔV Vt = V0 + γV0Δt
Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0°C sampai 4°C volumenya tidak bertambah melainkan menyusutt. Pengecualian tersebut disebut
anomali air. Sehingga, pada suhu 4°C air memiliki volume terendah. Hubungan suhu dan volume air dapat digambarkan seperti gambar disamping.
Contoh Soal
Gelas kaca yang volumenya 500cm3 berisi penuh dengan raksa pada suhu 25°C. Kemudian, gelas kaca dipanaskan hingga suhunya naik menjadi 100°C. Jika koefisien muai panjang gelas 2x10-5/°C dan koefisien muai ruang raksa 1,8x10-4/°C, tentukan banyak raksa yang tumpah!
Penyelesaian:
Diketahui : Vraksa = Vgelas = 500 cm3 αgelas = 2 x 10-5/°C t1 = 25°C γraksa = 1,8 x 10-4/°C t2 = 100°C
Ditanyakan : Vraksa yang tumpah
Jawab :
Vt gelas = Vgelas (1 + γgelas Δt) = 500 (1 + 3αgelas Δt)
= 500 {1 + (3 x 2 x 10-5 x 75)} = 500 (1 + 0,0045)
Susana Endah Page 16 of 44 Kalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan tiap 1 kilogram zat itu untuk melebur pada titik leburnya.
Vt raksa = Vraksa (1 + γraksa Δt) = 500 {1 + (1,8 x 10-4 x 75)} = 500 (1 + 0,0135)
= 506,75 cm3
Jadi, raksa yang tumpah = 506,75 cm3 - 502,25 cm3 = 4,5 cm3
2. PERUBAHAN WUJUD ZAT
Coba Anda amati air yang direbus di periuk, seperti gambar di samping. Jika air tersebut dipanaskan terus menerus, apakah yang akan terjadi? Mengapa demikian? Bagaimana pula jika air dalam wadah dimasukkan ke dalam kulkas? Apakah yang akan terjadi? Mengapa demikian?
Es, air, dan uap air berasal dari molekul penyusunan yang sama (H2O), akan tetapi berbeda wujudnya. Es berwujud padat, air berwujud cair, dan uap air berwujud gas. Peristiwa perubahan zat dari padat menjadi air dan dari cair menjadi gas atau sebaliknya dinamakan perubahan wujud. Jenis perubahan wujud apa saja yang dialami suatu zat? Kapan pula suatu zat dikatakan melebur, mencair, membeku, mendidih, menyublim, menguap, dan mengembun?
Apakah saat suatu zat melebur atau menguap memerlukan kalor? Menurut hasil penelitian para ahli, setiap zat memerlukan kalor dan besarnya bergantung pada jenis zat itu sendiri, termasuk untuk melebur dan menguap. Besar kalor yang diserap tiap satuan massa disebut kalor laten. Kalor laten peleburan disebut juga
kalor lebur dan kalor laten penguapan disebut kalor uap atau kalor didih.
Secara sistematis, pernyataan diatas dapat ditulis demikian:
Susana Endah Page 17 of 44 Kalor uap atau kalor didih suatu zat adalah banyaknya kalor yang
diperlukan tiap 1 kilogram zat itu untuk menguap pada titik didihnya. Keterangan:
Q = Kalor yang diserap (J)
m = massa zat (kg)
L = kalor lebur atau kalor laten peleburan (J/kg) Kalor uap atau kalor didih didefinisikan sebagai berikut: Secara sistematis, pernyataan diatas dapat ditulis demikian: Lu =
Keterangan:
Lu = kalor uap atau kalor didih (J/kg)
Gambar di samping menunjukkan diagram tahap-tahap perubahan wujud zat diagram kalor (Q) terhadap suhu (t)
Susana Endah Page 18 of 44 Perubahan wujud uap air saat melepas kalor
Pada waktu es (padat) bersuhu di bawah 0°C, es menyerap kalor sehingga suhu es naik sampai 0°C, (pada tekanan udara 1 atmosfer). Kemudian, es sedikit demi sedikir melebur menjadi air. Suhu itu dinamakan titik lebur es. Pada saat melebur, suhu tidak naik sampai semua es berubah menjadi air. Baru kemudian, air menyerap kalor untuk menaikkan suhu hingga 100°C. Tepat pada suhu 100°C dan tekanan udara 1 atm, air sedikit demi sedikit mendidih menjadi uap air. Selama mendidih, suhu air tetap, suhu tersebut dinamakan titik didih air atau titik uap. Setelah semua menjadi uap air maka suhu kembali naik untuk memanaskan gas (uap)
Apakah menguap sama dengan mendidih? Menguap tidaklah sama dengan mendidih. Hal ini dapat diamati saat memasak air. Jika tutup panci dibuka (misalnya, pada suhu 40°C, 50°C, dan seterusnya), ternyata pada tutup sudah ada bintik-bintik air. Penguapan yang terjadi pada saat itu hanya pada permukaan air saja, sedangkan pada peristiwa mendidih terjadi penguapan total dari dasar sampai permukaan air. Jika uap air suhunya diturunkan maka akan berubah menjadi bintik-bintik air. Perubahan wujud zat dari gas menjadi cair disebut
mengembun. Peristiwa mengembun dapat diamati jika Anda memanaskan air sampai mendidih. Jika di atas air itu tutup panci (misalnya) maka pada tutup itu akan terlihat bintik-bintik air. Untuk tekanan yang sama ternyata titik embun sama dengan titik didih. Apabila suhu diturunkan terus sampai 0°C, maka air akan berubah menjadi es. Perubahan air (cair) menjadi es (padat) disebut membeku. Besarnya titik beku sama dengan titik lebur.
Susana Endah Page 19 of 44 Jika zat padat dipanaskan pada tekanan rendah, ada kemungkinan zat itu tidak melebur, tetapi langsung menjadi gas. Peristiwa itu disebut menyublim atau
melenyap. Kalor yang diperlukan untuk menyublim tiap satuan massa disebut
kalor sublimasi dan suhunya disebut titik sublimasi.
Untuk setiap zat, titik lebur, titik didih, atau[un titik sublimasinya bergantung pada tekanan. Tabel di bawah ini menunjukkan kalor lebur dan kalor didih untuk beberapa zat pada tekanan udara 76 cmHG (1atm).
No. Zat Titik Lebur
(°C) Kalor Lebur (J/kg) Titik Didih (°C) Kalor Didih (J/kg) 1. Alkohol -144 1,05 x 105 78 8,54 x 105 2. Tembaga 1083 1,34 x 105 1187 5,07 x 106 3. Timah 330 2,50 x 104 1170 8,70 x 105 4. Merkuri -39 1,20 x 104 385 2,97 x 105 5. Perak 961 8,80 x 104 2193 2,33 x 106 6. Air 0 2,50 x 105 100 2,26 x 106
Kalor Lebur dan Kalor Didih beberapa Zat
Contoh Soal
Tentukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan 5 kg es pada suhu 0°C agar semua menjadi air pada suhu 4°C! (Kalor lebur es = 3,34 x 105 J/kg) dan kalor jenis air = 4200 J/(kg K)). Penyelesaian: Diketahui : mes = 5 kg Les = 3,34 x 105 J/kg t1 = 0°C cair = 4200 J/(kg K) t2 = 4°C Ditanyakan : Q Jawab : Q = (mLes) + (mcair Δt) = (5 x 3,34 x 105) + 5 x 4.200 x 4)
Susana Endah Page 20 of 44 = 1,754 x 106 J
Jadi, kalor yang diperlukan adalah 1,754 x 106 J
3. PERUBAHAN FASE
Jika Anda memanaskan air dengan tekanan 1 atm maka pada suhu 100°C air tersebut akan mendidih dan berubah menjadi uap atau gas. Apabila air pada tekanan tersebut suhunya diturunkan sampai 0°C maka akan membeku menjadi es yang berwujud padat. Kondisi pada suhu 100°C dengan tekanan 1 atm tersebut dinamakan titik didih air, yaitu titik tempat terjadi kesetimbangan fase cair dan uap, perubahan dari fase cair menjadi fase gas. Begitu pula pada suhu 0°C dengan tekanan 1 atm disebut titik beku air, yaitu titik tempat terjadi kesetimbangan fase cair dan padat, perubahan dari fase cair menjadi fase padat.
C.
Asas Black
Pada subbab sebelumnya, Anda telah mengetahui bahwa apabila dua buah benda yang bersuhu berbeda dicampur maka benda yang bersuhu tinggi akan memberikan kalornya kepada benda yang bersuhu tinggi. Pada akhirnya, suhu kedua benda tersebut sama (setimbang). Hal ini terjadi karena adanya perpindahan kalor diantara kedua benda tersebut. Jumlah kalor yang dilepas dan diterima telah dinyatakan oleh Joseph Black (1728 – 1799) dalam azasnya, yang disebut asas black. Asas black menyatakan bahwa jumlah kalor yang dilepas oleh suatu benda sama dengan jumlah kalor yang diterima.
Qserap = Qlepas
Untuk lebih memahaminya tentang asas Black, lakukan kegiatan berikut. Percobaan Asas Black
Tujuan : membuktikan asas Black Alat/Bahan :
1. Kalorimeter 2. Termometer
Susana Endah Page 21 of 44 4. Beaker glass
5. Pembakar spiritus/bunsen 6. Tungku pemanas (kaki tiga) 7. Air secukupnya
8. Neraca Prosedur :
1. Timbang kalorimeter dan pengaduknya (tanpa selubung). Catat hasil pengamatan Anda (m1). Catat hasil pengamatan Anda dalam bentuk tabel atau daftar.
2. Isi kalorimeter dengan air hingga setengah bagian kemudian timbanglah. Catat hasil pengamatan Anda (m2).
3. Ukur suhu air mula-mula dalam kalorimeter. Catat hasil pengamatan Anda (t1).
4. Panaskan air lainnya hingga mendidih di bejana didih kemudian ukur suhunya. Catat hasil pengamatan Anda (t2).
5. Masukkan sebagian dari air mendidih tersebut ke dalam kalorimeter. Kemudian, aduk secara perlahan-lahan agar suhu t1 dapat bercampur dengan suhu t2.
6. Setelah kedua suhu merata atau setimbang, masukkan termometer dan mencatat suhunya dengan menyatakan suhu akhir (t3).
7. Timbang kembali kalorimeter dengan semua isinya (tanpa selubung). Catat hasil pengamatan Anda (t3).
Pertanyaan :
1. Hitunglah kalor jenis masing-masing logam! 2. Hitunglah jumlah kalor masing-masing logam!
3. Buatlah kesimpulan dari hasil pengamatan kegiatan di atas secara berkelompok.
Presentasikan dan Simpulkan :
Presentasikanlah hasil kerja kelompok Anda di depan kelas! Bandingkan dengan hasil kerja kelompok lain! Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal
Susana Endah Page 22 of 44 penting apakah yang harus dirumuskan bersama? Buatlah kesimpulan dari diskusi tersebut!
Kalorimeter sangat bermanfaat bagi manusia. Salah satu kegunaannya adalah dapat menentukan kalor jenis suatu zat. Pada teknik yang dikenal sebagai “metode campuran”, satu sampel zat dipanaskan sampai suhu tinggi yang diukur dengan akurat, dan dengan cepat ditempatkan pada air dingin kalorimeter. Kalor yang hilang tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter. Dengan mengukur suhu akhir campuran tersebut, kalor jenis dapat dihitung.
Contoh soal :
Sebuah termos berisi 2 kg air pada suhu 20C, ke dalamnya dimasukkan 1 kg besi yang bersuhu 80oC. Tentukan suhu akhir setelah keadaannya setimbang, jika kalor jenis air 4,18 x 103 J/(kg K) dan kalor jenis besi 4,48 x 102 J/(kg K)! (Perpindahan kalor hanya terjadi antara air dan besi).
Penyelesaian : Diketahui : mbesi = 1 kg tbesi = 80oC tair = 20oC cair = 4.180 J/(kg K) mair = 2 kg cbesi = 4,48 x 102 J/(kg K) Ditanyakan : ta Jawab :
Air dingin menyerap kalor dari besi.
Qlepas = Qserap
mbesi cbesi ∆tbesi = mair cair ∆tair
Susana Endah Page 23 of 44 448 (80 - ta) = 8,36 x 103 (ta – 20) 35.840 - 448 ta = 8.360 ta – 167.200 (8.360 + 448) ta = 35.840 + 167.200 8808 ta = 203.040 ta = 23,05oC
Jadi, suhu akhir setelah keadaan setimbang adalah 23oC.
Joseph Black (1728 – 1799)
Seorang fisikawan dan kimiawan Skotlandia, lahir di Bordeaux, Prancis, dan menjadi doktor di Edinburgh saat ia diangkat sebagai profesor di bidang kimia. Tahun 1754, ia menemukan karbon dioksida. Berdasarkan penelitiannya tahun 1761 tentang kalor laten dan kalor jenis, ia menetapkan fondasi bagi kerja ilmiah seorang muridnya, James Watt. Black juga menemukan hidrogan karbonat (bikarbonat). Penelitiannya lebih banyak dibidang kimia terutama suhu dan kalor.
D.
PERPINDAHAN KALOR
Pada sub bab sebelumnya, Anda telah pelajari pengertian kalor serta jenis-jenisnya. Sebagai salah satu bentuk energi, kalor dapat berpindah tempat dari satu tempat ke tempat lain. Sedangkan proses perpindahannya dapat terjadi melalui tiga cara, antara lain konduksi, konveksi, dan radiasi (pancaran).
1. Konduksi
Sebelum mengetahui apa itu konduksi, lakukanlah kegiatan berikut! Konduksi
Tujuan : mengamati peristiwa konduksi Alat/Bahan :
1. Lilin 2. Korek api
Susana Endah Page 24 of 44 3. Sendok besi
4. Margarin 5. Penjepit Kayu Prosedur :
1. Bakarlah sebatang lilin. 2. Letakkan margarin di sendok.
3. Bakarlah batang sendok di atas lilin tadi sambil dijepit menggunakan penjepit kayu (tang). Amati apa yang terjadi.
Pertanyaan :
1. Apakah margarin di ujung sendok yang lain akan meleleh? Mengapa demikian?
2. Jika pada sendok diisi dengan gula pasir atau sebuah kerikil, apakah yang akan terjadi? Mengapa demikian?
3. Buatlah kesimpulan dari hasil pengamatan Anda secara berkelompok. Presentasikan dan Simpulkan :
Presentasikan hasil kerja kelompok Anda di depan kelas! Bandingkan dengan hasil kerja kelompok lain! Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama? Buatlah kesimpulan dari diskusi tersebut!
Kalor dapat merambat dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan semacam itu disebut konduksi.
Konduksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat, tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat itu.
Perpindahan kalor dengan cara konduksi dapat diterangkan menggunakan teori partikel. Ujung yang dipanaskan menyebabkan energi kinetik partikel-partikelnya menjadi lebih besar, sehingga energi kinetik itu diberikan pada partikel-partikel di sebelahnya melalui tumbukan-tumbukan. Oleh karena itu, partikel menjadi bergetar dan energi kinetiknya bertambah besar pula. Energi kinetik yang besar itu terus diberikan pada partikel-partikel di sebelahnya, demikian seterusnya. Konduksi pada umumnya terjadi pada benda-benda padat.
Gambar di samping melukiskan perambatan kalor pada sebuah keping benda homogen yang tebalnya d dan luas penampangnya A. Pada penampang kiri bersuhu T1, penampang kanan bersuhu T2. Suhu T1 lebih tinggi dari pada suhu T2 maka akan terjadi aliran
Susana Endah Page 25 of 44 kalor dari kiri ke kanan. Besarnya aliran kalor secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut.
Q = Keterangan :
Q = banyaknya kalor yang mengalir (J)
A = luas penampang (m2)
∆T = T1 – T2 = perbedaan suhu dua permukaan (K) d = tebal lapisan (m)
k = konduktivitas termal daya hantar panas (J/ms K)
t = lamanya kalor mengalir (s) Persamaan di atas dapat juga ditulis :
Harga merupakan kelajuan hantar kalor dan dilambangkan H, sehingga Persamaan 8.18 dapat ditulis :
Keterangan :
H = kelajuan hantaran kalor, banyaknya kalo per satuan waktu (J/s). Sehingga :
Gradien suhu = ……...(8.20)
Contoh Soal :
Tentukan berapa kecepatan aliran kalor melalui kaca jendela dengan ukuran 1,5 m x 1,2 m dan tebal 3,0 mm, jika suatu pada permukaan dalam dan luar masing-masing 19oC dan 18oC! (Koefisien konduktivitas kaca 0,8 J/(msK)).
Penyelesaian :
Diketahui : A = 1,5 m x 1,2 m = 1,80 m2 d = 3,0 mm = 3,0 x 10-3 m
T1 = 19oC k = 0,8 J/(msK) T2 = 18oC
Susana Endah Page 26 of 44 Jawab :
H = = 0,8 x = 480 J/s
Jadi, kalor yang dialirkan melalui kaca jendela adalah 480 J/s.
Berdasarkan perambatan kalor secara konduksi maka zat dapat digolongkan menjadi dua, yaitu zat yang mudah menghantarkan kalor, disebut konduktor dan zat yang sulit menghantarkan kalor, disebut isolator.
Pada umumnya, benda-benda yang terbuat dari logam merupakan konduktor kalor yang baik.
2. Konveksi
Pada siang hari yang panas, Anda masuk ke sebuah ruangan ber-AC. Saat itu Anda menyalakan AC-nya. Apakah yang Anda rasakan beberapa saat kemudian? Apakah suhu di ruangan itu mengalami perubahan dari suhu ruangan sebelum AC dinyalakan? Bagaimana hal demikian dapat terjadi?
Perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi pada zat alir (fluida). Untuk lebih jelasnya, lakukan kegiatan berikut.
Percobaan Konveksi Tujuan : mengamati peristiwa konveksi
Alat/bahan :
1. Air dingin 5. Wadah air panas dari kaca (gelas reaksi) 2. Air panas 6. Gelas kecil
3. Es batu 7. Pewarna atau tinta 4. Pipet tetes 8. Sendok
Prosedur :
1. Isi gelas reaksi dengan air dingin lalu masukkan es batu ke dalamnya. Aduk sampai es mencair.
Susana Endah Page 27 of 44 2. Isi gelas kecil dengan air panas lalu masukkan 10 tetes atau lebih
pewarna.
3. Isi pipet dengan air panas berwarna tersebut.
4. Teteskan isi pipet tersebut ke dalam gelas reaksi, dengan posisi ujung pipet di dinding bagian dalam gelas reaksi setinggi 2,5 cm di atas air. Teteskan dengan pelan-pelan sehingga pewarna mengalir ke air dingin melalui dinding gelas reaksi. Amatilah pewarna panas itu dalam air dingin. Pertanyaan :
Bagaimana gerakan air panas (pewarna) di dalam air dingin? Mengapa demikian? Diskusikan dengan kelompok Anda tentang pengamatan itu lalu buatlah kesimpulan.
Presentasikan dan Simpulkan :
Presentasikanlah hasil kerja kelompok Anda di depan kelas! Bandingkan dengan hasil kerja kelompok lain! Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama? Buatlah kesimpulan dari diskusi tersebut!
Apabila air dalam gelas dipanaskan, seperti di samping, partikel-partikel air pada dasar gelas menerima kalor dan menjadi panas. Partikel yang telah panas itu bergerak ke atas. Sementara itu, air
yang dingin turun, mengisi tempat yang ditinggalkan oleh air panas yang naik. Air dingin yang turun akan menerima kalor dan menjadi panas. Demikian seterusnya, terjadi secara alamiah. Perpindahan kalor semacam itu disebut dengan konveksi. Jadi,
Konveksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat itu.
Proses perpindahan kalor secara konveksi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu
Susana Endah Page 28 of 44
a. Konveksi Alamiah
Pada pemanasan air, massa jenis air yang dipanasi mengecil sehingga air yang panas naik dan digantikan air yang massa jenisnya lebih besar. Aliran air itu terjadi secara alamiah dan perpindahan seperti itu disebut koveksi alamiah.
b. Konveksi Paksa
Konveksi yang terjadi dengan sengaja (dipaksakan) dinamakan konveksi paksa. Sebagai contoh, untuk mendapatkan udara yang lebih dingin, ruangan dipasangi ventilasi, AC, atau kipas angin. Untuk pendinginan kendaraan digunakan kipas atau kompresor.
Untuk mendapatkan persamaan matematis konveksi sangat rumit, tidak semudah pada konduksi. Hal itu disebabkan panas yang hilang atau diperoleh dari permukaan yang berhubungan dengan suhu suatu fluida dengan fluida yang bersuhu lain bergantung pada berbagai keadaan, misalnya :
1) bentuk permukaan datar atau melengkung; 2) permukaannya vertikal atau horizontal;
3) jenis fluida yang bersentuhan dengan permukaan;
4) massa jenis, kekentalan, kalor jenis, dan konduktivitasnya.
Untuk perbedaan suhu yang kecil, secara empiris laju perpindahan kalor dirumuskan :
H =hA∆t Keterangan :
H = laju perpindahan kalor atau banyak kalor per satuan waktu (J/s atau kal/s)
A = luas permukaan benda (m2 atau cm2)
∆t = t1 – t2 = perbedaan suhu yang dipanasi dengan suhu fluida (K atau oC) h - koefisien konveksi (J/(sm2K) atau kal/(scm2oC))
Pada persamaan 8.21 nilai koefisien konveksi h bergantung pada benda dan posisi permukaan, misalnya tegak, miring, mendatar, menghadap ke bawah, atau menghadap ke atas. Nilai h untuk benda tertentu diperoleh dari percobaan,
Susana Endah Page 29 of 44 misalnya untuk tubuh manusia memiliki nilai h sebesar 7,1 J/sm2k. Tabel 8.4 menyajikan contoh koefisien konveksi alamiah pelat di udara.
Tabel Koefisien Konveksi Alamiah dalam Udara pada Tekanan Atmosfer
No. Zat Koefisien Konveksi h, (kal/scm2oC)
1. Pelat horizontal, menghadap ke atas
0,595 x 10-4(dt)1/4 2. Pelat horizontal, menghadap
ke bawah
0,314 x 10-4(dt)1/4 3. Pelat vertikal 0,424 x 10-4(dt)1/4 4. Pipa horizontal atau vertikal 1,00 x 10-4
( )1/4
Sumber : Sears Zemansky, fisika Universitas
Untuk lebih memahami tentang koveksi, perhatikan contoh soal berikut. Contoh Soal
Udara dalam sebuah kamar bersuhu 25oC, sedangkan suhu permukaan jendela kaca kamar 15oC. Tentukan laju kalor yang diterima oleh jendela kaca seluas 0,6 m2, jika koefisien koveksi pada suhu itu 7,5 x 10-5 kal/(scm2oC)!
Penyelesaian : Diketahui : ∆t = 25 – 15 = 10oC; h = 7,5 x 10-5 kal/(scm2oC) A = 0,6 m2 = 6.000 cm2 Ditanyakan : H Jawab : H = hA∆t = 7,5 x 10-5 x 6.000 x 10 = 4,5 kal/s Jadi, laju kalor yang diterima adalah 4,5 kal/s.
Susana Endah Page 30 of 44 Tuhan Yang Maha Pencipta menciptakan matahari sebagai sumber energy terbesar di bumi. Energi matahari dapat sampai ke bumi dalam bentuk pancaran cahaya. Pancaran cahaya semacam itu dinamakan radiasi.
Perhatikan pula proses penetasan telur ayam. Lampu pemanas dinyalakan sehingga pancaran (radiasi) energi lampu tersebut akan membuat telur tetap hangat sampai menetas. Bagaimanapun pula jika Anda mendekati perapian, badan Anda akan merasa hangat atau panas, bukan? Hal itu disebabkan oleh timbulkan radiasi kalor.
Cahaya yang dipancarkan merupakan contoh gelombang elektromagnetik. Yang dimaksud dengan gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambat tanpa memerlukan zat perantara (medium).
Jadi, radiasi didefinisikan sebagai berikut. Radiasi adalah perpindahan kalor (energi) dari permukaan semua benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Radiasi dapat melalui ruang hampa. Karena itulah pancaran-pancaran energi matahari dapat sampai ke bumi.
Apakah semua benda dapat memancarkan dan menyerap energi? Pada kenyataannya, permukaan semua benda dapat memancarkan dan menyerap energi. Hal ini dapat dibuktikan dengan adanya perbedaan yang dirasakan saat Anda memakai baju hitam dan memakai baju putih pada siang hari. Tentu, memakai baju hitam akan lebih terasa panas dibandingkan dengan memakai baju putih. Hal itu disebabkan permukaan yang berwarna hitam lebih banyak menyerap dan memancarkan energi. Sebaliknya, permukaan yang berwarna putih lebih sedikit menyerap dan memancarkan energi.
Yosef Stefan (1835 – 1893) menyatakan bahwa besarnya energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan per satuan waktu per satuan luas sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu. Hal itu dapat ditulis dengan persamaan.
E = eσT 4
Keterangan :
E = energi yang dipancarkan atau diserap per satuan waktu per satuan luas (J/sm2 atau W/m2)
σ = tetapkan Stefan = 5,67 x 10-8 W m-2 K-4
T = suhu mutlak (K)
e = emisivitas permukaan (koefisien pancaran serapan benda)
Energi yang dipancarkan atau diserap tiap satuan waktu tiap satuan luas, dapat dinyatakan sebagai daya tiap satuan luas atau intensitas radiasi.
Susana Endah Page 31 of 44 Berdasarkan Persamaan 8.22 daya yang dipancarkan atau diserap oleh permukaan suatu benda dapat dirumuskan :
P = eσT 4
Keterangan :
P = daya yang dipancarkan atau diserap oleh benda (W)
A = luas permukaan bidang (m2)
Harga e tergantung dari warna permukaan benda. Untuk permukaan berwarna hitam sempurna e = 1, sedangkan permukaan berwarna putih sempurna e = 0. Sehingga nilai e sebesar : 0 < e > 1. Persamaan 8.23 di atas dinamakan hukum Stefan – Boltzmaan.
Apabila suatu benda memiliki emisivitas e dan suhu T1, seluruhnya dilingkupi oleh dinding yang bersuhu T2 maka benda tersebut akan menyerap atau melepas energi tersebut, sehingga suhunya setimbang. Adapun energi total yang diserap atau dilepas tiap satuan waktu tiap satuan luas dirumuskan :
E = cσ (T14 – T24)
Perhatikan pula contoh soal berikut. Contoh soal :
Sebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna, bersuhu 27oC. Tentukan energi yang dipancarkan tiap satuan waktu tiap satuan luas permukaan benda tersebut!
Penyelesaian :
Diketahui : e = 1 (benda hitam); T = (27 + 273) = 300K
σ = 5,67 x 10-8 W/(m2K4)
Ditanyakan : E
Jawab :
E = eσT4 = 1 x 5,67 x 10-8 x (300)4 = 459,27 W/m2
Jadi, besar energi yang dipancarkan adalah 459,27 W/m2.
Susana Endah Page 32 of 44
1. Jika diketahui kalor jenis es 0,5 kalori/gram
0C,Kalor jenis air 1
kalori/gram
0C.Kalor lebur es 80 kalori /gram dan kalor penguapan air
540 lalori/gram.
Balok es yang masanya 25 gram dan suhunya -20
0C dipanaskan hingga
menguap pada suhu 100
0C.
a.
Gambarkan tahapan tersebut dalam diagram!
b.
Pada interval suhu berapa mengalami perubahan suhu?
c.
Berapa kali mengalami perubahan wujud?Jelaskan!
d.
Berapa banyaknya kalor yang diperlukan untuk melebur?
---
2.
Jarak celah minimum adalah ∆L yang akan digunakan dalam
menyambung rel kereta. Tentukan persamaan yang digunakan untuk
mencari panjang mula mula apabila terjadi perbedaan suhu 20
0?.
Jelaskan mengapa jarak celah minimumnya sama dengan ∆L!
---
3.
Sebuah ruangan kantor diupayakan selalu bersuhu 25
0C dengan
menggunakan AC. Padanya diberikan jendela kaca yang berukuran 8 m
2dengan ketebalan kaca 0,5 cm. Jika suhu luar ruangan mencapai 34
0C,
Berapa besar tenaga yang dibutuhkan AC untuk menjaga suhu ruangan
untuk setiap menitnya? ( konduktivitas termal kaca = 0,2 kal/m.s. K)
Susana Endah Page 33 of 44
---
4.
Untuk membuat perkakas dari besi, seorang pandai besi biasanya
memanaskan besi hingga membara kemudian menempanya menjadi
bentuk yang diinginkan. Katakanlah perkakas yang dibuat adalah palu
baja dengan massa 2 kg yang dipanaskan hingga 700
0C. Untuk
mendinginkannya palu tersebut dimasukkan dalam air bersuhu 20
0C
sebanyak 10 kg. Berapakah keseimbangan suhu yang dapat dicapai?.
---
5.
Panas tubuh yang diproduksi oleh manusia sangat bergantung pada
aktivitas yang dilakukannya. Yang paling rendah adalah saat tidur yaitu
sekitar 65 kkal/jam. Saat hari cukup panas(37
0C), aktivitas normal
tubuh manusia menghasilkan panas sebesar 275 kkal/jam. Jika kalor
penguapan air 540 kalori/gram. seseorang beraktivitas normal pada
hari yang cukup panas selama 3 jam, berapa banyak air yang
diminumnya agar tidak mengalami dehidrasi?
Susana Endah Page 34 of 44
---
Rangkuman
1. Kalor adalah energi yang diberikan karena perbedaan suhu, atau energi yang ditransfer dari suatu benda ke benda lainnya karena adanya perbedaan suhu. Satuan kalor adalah joule, namun terkadang menggunakan kalori.
2. Tara kalor mekanik adalah kesetaraan antara sejumlah kerja tertentu yang dilakukan dengan sejumlah masukan kalor tertentu.
3. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap satu kilogram massa, untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar satu Kelvin. Secara matematis ditulis :
c =
4. Kapasitas kalor adalah kemampuan suatu benda dalam menerima atau melepas kalor untuk menaikkan atau menurunkan suhu benda itu sebesar 1oC atau 1 K. Secara matematis dapat ditulis :
C =
5. Diagram fase adalah diagram tekanan terhadap suhu, digunakan untuk melihat karakteristik air dan zat lainnya. Titik tripel adalah suatu titik pada diagram fase tempat ketiga fase (padat, cair, dan gas) berada dalam kesetimbangan bersama.
6. Kalor laten adalah besar kalor yang diserap tiap satuan massa.
7. Konduksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat, tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat itu.
8. Konveksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat itu.
9. Radiasi adalah proses perpindahan kalor dari permukaan semua benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Susana Endah Page 35 of 44 10. Asas Black menyatakan bahwa jumlah kalor yang dilepas oleh suatu
benda sama dengan jumlah kalor yang diterima. Istilah Penting
No Istilah Arti
1 asas black kalor masuk=kalor yang diterima
2 emisivitas rasio energi yang diradiasikan, nilai antara 0 sampai 1
3 kalor salah satu bentuk energi
4 kalor jenis banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap 1 kg massa
5 kalor lebur banyaknya kalor tiap satuan massa 6 konduksi perpindahan kalor karena aliran 7 konduktivitas koefisien konduksi
8 konveksi perpindahan kalor melalui sutu zat disertai perpindahan partikel
9 konveksi alamiah
aliran air yang terjadi secara alamiah 10 perubahan
wujud
perubahan dari cair, padat dan gas
11 sublimasi perubahan wujud dari padat ke gas dan gas ke padat.
12 suhu derajat panas atau dinginnya suatu benda
13 termal panas
14 thermometer alat untuk mengukur suhu
15 titik tipel titik potong garis kesetimbangan pada tiga fase padat, cair,gas
16 asas black kalor masuk=kalor yang diterima
17 emisivitas rasio energi yang diradiasikan, nilai antara 0 sampai 1
18 kalor salah satu bentuk energi
19 kalor jenis banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap 1 kg massa
Susana Endah Page 36 of 44
LATIHAN
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di antara huruf A, B, C, D dan E 1. Satuan kalor jenis dalam SI adalah…
A. kal/oC B. kal/goC C. kkal/kgoC D. joule/K E. joule/kg K
2. Dimensi kalor lebur adalah… A. L2T-2
B. L2T-1 C. LT-2 D. MLT-2 E. M2L2T-2
3. Benda yang bermassa 5 kg menerima kalo 45 kkal, suhunya naik dari 24oC menjadi 29oC. Kapasitas kalor tembaga tersebut adalah…
A. 3 x 103 kal/oC B. 6 x 103 kal/oC C. 9 x 103 kal/oC D. 1 x 103 kkal/oC E. 9 x 103 kkal/oC
4. Kalor jenis aluminium 0,21 kal/gramoC. Kenaikan suhu apabila 0,5 kg aluminium diberi kalor 420 kalori adalah…
A.25oC B.21oC C.20oC D.16oC E. 4oC
5. Empat kilogram tembaga pada suhu 20oC menerima kalor 1,54 x 104 J. Jika kalor jenis tembaga tersebut 3,85 x 102 J/(kg K), suhu tembaga tersebut akan menjadi…
Susana Endah Page 37 of 44 A.25oC B.28oC C.30oC D.33oC E. 35oC
6.Pelat tipis dari logam dengan lebar 30 cm dan panjang 40 cm berada pada suhu 20oC. (Koefisien panjang logam tersebut adalah 1,2 x 10-5/oC). Jika pelat tersebut dipanaskan dengan suhu 100oC maka luasnya menjadi…
A.1.201,15 cm2 B.1.202,30 cm2 C.1.203,25 cm2 D.1.204,00 cm2 E. 1.205,23 cm2
7. Apabila diketahui koefisien muai panjang benda α, koefisien muai luas β, dan koefisien muai volume γ maka hubungan berikut yang berlaku adalah…
A.α = 2β = 3γ B.α = β = γ C.α = β = 2γ D.α = β = γ E. α = β = γ
8. Es bermassa M gram bersuhu 0oC, dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20oC yang ditempelkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor. Jika Les = 80 kal.g-1, Cair = 1 kal.g-1.oC-1, semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5oC maka massa es (M) adalah… A. 60 gram B. 68 gram C. 75 gram D. 80 gram E. 170gram
Susana Endah Page 38 of 44 9. Grafik berikut ini menunjukkan
hubungan antara suhu dan kalor yang diserap oleh es. Jika kalor lebur es 3,34 x 105 joule/kg, maka massa es yang melebur adalah… A. 0,39 x 10-5 kg B. 2,50 x 10-5 kg C. 2,89 x 10-5 kg D. 2,50 x 10-2 kg E. 8,35 x 10-2 kg
10. Gambar berikut ini menunjukkan grafik suhu terhadap waktu, dari zat padat yang dipanaskan dari suhu 263 K sampai menjadi uap pada suhu 400 K.
Bagian grafik yang menunjukkan zat berada dalam dua wujud adalah…
A. RS dan ST B. PQ dan TU C. ST dan TU D. QR dan ST E. PQ dan TU
11. Perhatikan pernyataan berikut : 1) konduktivitas logam
2) perbedaan suhu ujung-ujung logam 3) panjang logam
4) massa logam
Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah… A. 1, 2 dan 3
B. 1 dan 4 C. 2 dan 4 D. 3 dan 4 E. 4 saja
Susana Endah Page 39 of 44 12. Batang logan yang sama ukurannya, tetapi terbuat dari logam yang berbeda digabung seperti pada gambar berikut ini.
Jika konduktivitas termal logam I = 4 kali konduktivitas logam II, maka suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah…
A. 45oC B. 40 oC C. 35 oC D. 30 oC E. 25 oC
13. Pada tabel berikut ini diberikan 5 macam logam yang dilengkapi dengan data konduktivitas termal, luas penampang, ketebalan (panjang), dan selisih suhu masing-masing. Yang dapat menghantar panas paling besar adalah…
k (kal/cm soC) A (cm2) d (cm) ∆t (oC) A. 1 4 5 2 B. 1 2 2 3 C. 0,5 4 4 2 D. 0,5 4 2 1 E. 0,5 2 4 1
14. Duabuah bola tembaga masing-masing massanya 200 gram dan 500 gram (kalor jenis tembaga = 0,09 kal/goC) memiliki suhu yang sama 25oC. Keduan bola itu bersama-sama dimasukkan ke dalam air panas dan setelah terjadi kesetimbangan suhunya 75oC. Apabila 1 kalori = 4,2 joule, maka selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola tersebut adalah…
A. 3.780 joule B. 4.200 joule C. 5.670 joule D. 9.450 joule E. 13.320 joule
Susana Endah Page 40 of 44 15. Bola permukaannya hitam sempurna mempunyai suhu konstan 1.000 K. Besar energi yang dipancarkan tiap detik oleh permukaan bola tersebut jika konstanta Stefan 5,67 x 10-8 W/(m2K4) adalah…
A. 5,67 x 104 W/m2 B. 5,67 x 105 W/m2 C. 11,34 x 104 W/m2 D. 11,34 x 105 W/m2 E. 30,35 x 105 W/m2
B. Jawablah pertanyaan berikut ini dengan singkat dan benar!
1. Berapa besar kalor jenis zat logam jika 135 kJ kalor dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 5,1 kg logam tersebut dari 20oC sampai 30oC!
--- 2. Dalam bejana yang massasnya diabaikan terdapat a gram air 43oC dicampur dengan b gram es -6oC. Setelah diaduk ternyata 50% es melebur. titik lebur es 0oC, kalor jenis es 0,5 kal/(goC), dan kalor lebur es 80 kal/g. Tentukan perbandingan massa a dan b!
---
Susana Endah Page 41 of 44 3. Sebuah tongkat dari tembaga panjangnya 25 cm dan penampangnya 1 cm2. Ujung yang satu bersuhu 125oC dan ujung yang lain bersuhu 0oC. Jika konduktivitas termal tembaga 0,92 kal/cm soC, tentukan :
a. gradien suhunya;
b. laju perpindahan kalor dalam batang;
c. suhu di sebuah titik dalam tongkat yang berjarak 10 cm dan ujung yang bersuhu tinggi! --- 4. Sebuah kalorimeter dari tembaga yang massanya 100 gram berisi 150 gram air dan 8 gram es dalam keadaan setimbang termal. 100 gram timbal pada suhu 200oC dimasukkan ke dalam kalorimeter itu. Tentukan suhu akhir jika tidak ada kalor yg hilang ke sekelilingnya!
(ctembaga = 0,093 kal/goC) dan ctimbal = 0,031 kal/goC)).
---
Susana Endah Page 42 of 44 5. a.Hitunglah daya total yang dipancarkan ke luar angkasa oleh matahari,
dengan menganggapnya sebagai pemancar yang sempurna pada T = 5.500 K! Radius matahari = 7,0 x 10-8 m.
b.Dari hasil a, tentukan daya per satuan luas yang tiba di bumi, yang jaraknya 1,5 x 1011 m! ---
Susana Endah Page 43 of 44
DAFTAR PUSTAKA
www.sciencepoles.org
[Diakses pada tanggal 25 Oktober 2015]
www.energyquest.ca.gov
[Diakses pada tanggal 25 Oktober 2015]
www.cdn.acidcow.com
[Diakses pada tanggal 20 Desember 2015]
www.commons.wikimedia.org
[Diakses pada tanggal 20 Desember 2015]
www.solusipintar.info
[Diakses pada tanggal 12 Januari 2015]
www.oskole.sk
[Diakses pada tanggal 12 Januari 2015]
www.datasoal.com
[Diakses pada tanggal 12 Januari 2015]
www.universitystory.gla.ac.uk
[Diakses pada tanggal 12 Januari 2015]
www.team-bhp.com
[Diakses pada tanggal 12 Januari 2015]
www.digitaldeconstruction.com
