Suhu Dan Kalor - x (Suwito)

5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)

1/33

SUHU DAN KALOR

FISIKA KELAS X SEM. 2


2/33

Standar Kompetensi:4. Menerapkan konsep kalor dan prinsip

konservasi energi pada berbagai perubahan

energi

Kompetensi dasar:4.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat

4.2 Menganalisis cara perpindahan kalor

4.3 Menerapkan asas Black dalam pemecahan masalah


3/33

Indikator:

Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahansuhu benda

Menganalisis pengaruh perubahan suhu bendaterhadap ukuran benda (pemuaian)

Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahanwujud benda

Menerapkan Asas Black dalam berbagai masalah Menganalisis perpindahan kalor dengan cara

konduksi

Menganalisis perpindahan kalor dengan cara

konveksi Menganalisis perpindahan kalor dengan cara

radiasi


4/33

SUHU/TEMPERATUR

Suhu didefinisikan sebagai derajat panasdinginnya suatu benda. Alat untuk mengukursuhu adalah termometer, termometer inimemiliki sifat termometrik zat yang berubah jika

dipanaskan.

Prinsip semua termometer mempunyai acuanyang sama dalam menetapkan skala yaitu titiklebur es murni dipakai sebagai titik tetap bawah,sedangkan suhu uap air yang sedang mendidihpada tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas.


5/33

SKALA SUHU TERMOMETER

Gambar 1:Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan Reamur(R).

100 -- 373-- 212-- 80-- titik tetap atas(tta)

d C-- l K -- g F-- s R--

c k f r

0 -- 273-- 32-- 0-- titik tetap bawah(ttb)


6/33


7/33

LKS 1:

1. Dari gambar diatas, isilah tabel di bawah ini.

Termometer Titik lebur es

( ttb )

Titik didih air

( tta )

Pembagian

skala

( ttattb )

C

K

F

R

...

...

...

...

...

...


8/33

2. Berdasarkan tabel diatas, maka:

0C = K

= F

= R

3. Menentukan hubungan antara C, K, F,

dan R.

a. Hubungan antara C dengan K.

atau sehingga

C

= atauK

= .

4. Tentukan hubungan antara dua skala suhu yang lain

...

k

d

c

...

273

0100

0

KC


9/33

PERCOB. JOULE


10/33

KALOR Kalor atau bahang adalah salah satu bentuk energi yang mengalir

karena adanya perbedaan suhu dan atau karena adanya usahaatau kerja yang dilakukan pada sistem.

Kalor mempunyai satuan kalori, satu kalori didefinisikan sebagaikalor yang dibutuhkan 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1OC.Dalam sistem SI satuan kalor adalah Joule. Satu kalori setaradengan 4,18 joule.

Kalor jenis (c) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhusetiap 1kg massa benda dan setiap 1 C kenaikan suhu.

Kapasitas kalor ( C ) adalah banyaknya kalor yang digunakan untukmenaikkan suhu benda setiap 1 C.

Dari kenyataan bahwa:

Kalor yang diberikan pada benda sebanding dengan kenaikan suhu.

Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu sebanding

massa benda. Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu tergantung jenis

benda.

Maka kalor (Q) secara matematis dinyatakan:

Q = .

Apa satuan dan dimensi dari kalor jenis ?

Apa satuan dan dimensi dari kapasitas kalor ?


11/33

PERUBAHAN WUJUD ZAT

Kita kenal ada tiga wujud zat, yaitu padat, cair, dan gas. Padaumumnya semua zat pada suhu dan tekanan tertentu dapatberubah dari satu wujud ke wujud yang lain. Misalkan H20 padawujud padat berupa es, dalam wujud cair berupa air, dan dalam

wujud gas berupa uap. Jumlah kalor yang diperlukan/dilepaskan saat perubahan wujud

(suhu tetap) dinyatakan dengan formula:

Q=m.L Q=jumlah kalor, satuannya joule.

m=massa zat, satuannya kg. L=kalor laten (kalor lebur, kalor beku, kalor uap, dan kalor embun)

satuannya joule/kg.

ASAS BLACK

Jika ada dua macam zat yang berbeda suhunya dicampurkan ataudisentuhkan, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepaskalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zatyang suhunya lebih rendah.

Q lepas = Q serap

Kekekalan energi pada pertukaran kalor seperti persamaan diataspertama kali dikemukakan oleh Black seorang ilmuwan Inggris.


12/33

Contoh Soal1. 0,5 kg besi dinaikkan suhunya 30OC diperlukan kalor

6750 joule, tentukan:a. kapasitas kalor

b. kalor jenis

c. kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu

sebesar 40OC

Penyelesaian:

M= 0,5 kg

T= 30 OC

Q= 6759 j

a. C= CjC

j

T

Q 00

/22530

6750

b. Ckgjm

Cc

O./450

5,0

225

c. Q=m.c.T

=0,5 kg.450 j/kg.OC.40oC

= 9.000 j


13/33

2. Seratus gram air dengan suhu 30OC

dicampur dengan 50 gram air bersuhu

80OC, tentukan suhu campurannya! (kalor

jenis air-1 kal/gr.OC)

Air dingin

t1= 30OC ;m1= 100 gr

Air panas

t2= 80OC ;m2= 50 gr

t

Penyelesaian

Qdiserap=Qdilepas

Q1=Q2

m1.c1.T1=m2.c2.T2

100.1.(t-30) = 50.1.(80-t)

2t-60 = 80-t

3t = 140

t = 46,7 OC


14/33

Soal Latihan1. Untuk mengerjakan soal perhatikan konstanta berikut; kalor

lebur es 80 kal/gr; kalor jenis air.1 kal/grC; panas jenis es

0,5 kal/gr C; kalor uap air 540 kal/gr.2. Untuk menaikkan suhu aluminium yang mempunyai massa

200 gram dari 298 K menjadi 348 K diperlukan kalor 8400joule. Tentukan kalor jenis aluminium . J/kg K.

3. Kalor lebur suatu zat 80 kal/gr, maka kalor yang diperlukan

untuk melebur 2 kg zat tersebut adalah.4. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 10 gr es

pada 0 C menjadi air yang suhunya 20 C!

5. Berapa kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan 10 gr esyang suhunya -5 C menjadi uap yang suhunya 100 C.

6. 10 Kg air yang suhunya 80 C dicampur dengan 5 kg airyang suhunya 20 C . Suhu akhir campuran adalah.

7. 100 gr es pada suhu 0 C dicampur dengan 200 gr air padasuhu 50 C . Jika suhu akhir campuran 10 C , tentukankalor lebur es?


15/33

PEMUAIAN ZAT PADAT

1. PEMUAIAN PANJANGDari gambar di samping, diperoleh

a. lt = atau l= .

b. Koefisien muai panjang() suatubahan adalah perbandingan

antara pertambahan panjang(l)terhadap panjang mula-mula(l)persatuan kenaikan suhu(t).Secara matematis dinyatakan:

= atau l = ,

sehingga lt =

c. Apa satuan dan tuliskandimensinya.

lo

lt

l

lo= initial length

lt= panjang pada suhu t

l = the length increases

to= suhu awal

t = suhu akhir

= coefficient of linier expansion


16/33

2. Pemuaian Luas.Darigambar di samping, diperoleh

a. At= atau A= .

b. Koefisien muai luas() suatubahan adalah perbandinganantara pertambahan luas (A)

terhadap luas mula-mula (A)persatuan kenaikan suhu(t).Secara matematis dinyatakan:

= atau A= ,

sehingga At=


AO

A

Ao= luas mula-mula

At= luas pada suhu tA = pertambahan luas

to= suhu awal

t = suhu akhir


17/33

3. Pemuaian Volume

Dari gambar di samping, diperoleha. Vt= atau V= .

b. Koefisien muai volume( )suatu bahan adalahperbandingan antara

pertambahan volume(V)terhadap volume mula-mula(V) persatuankenaikan suhu(t). Secaramatematis dinyatakan:

= atau V= ,

sehingga Vt=


VO

V

Vt

Vo= volume mula-mula

Vt= volume pada suhu tV = pertambahan volume

to= suhu awal

t = suhu akhir


18/33

4. Hubungan antara , , dan

Persegi mula-mula mempunyai

panjang sisi 1m, dipanaskansampai suhunya naik 1 K.

Akibat pemanasan sisi persegi

bertambah menjadi

( 1 + ), maka:

Luas mula-mula, Ao = 1 m

Luas akhir, At = ( 1 + ) = .

selisih luas,A= AtAo = .

sehingga koefisien luas () = ..

karena sangat kecil maka nilaidapat diabaikan.

Jadi = .. atau =

Dengan cara yang sama carihubungan dg

AO

At


19/33

Contoh Soal:Pemuaian Zat Padat

1. Sebatang baja berpenampang kecil yang

panjangnya 20 meter bersuhu 20OC.Baja mengalami pemanasan sampai

suhu 40OC kemudian didinginkan sampai

suhu -30O

C. Berapakah perbedaan thdpjng awal?.

Penyelesaian:

baja= 12. 10-6

/O

Ca. l = lO t

= 20 m . 12. 10-6/OC. (40-20)OC

= 4,8 mm

b. l = lO t

= 20 m . 12. 10-6/OC. (-30-

20)OC

= -12 mm


20/33

2. Sebuah plat baja berbentukpersegi dengan

sisi 30 cm bersuhu 20OC. Bila Plat Baja

dipanaskan sampai 130O

C,tentukan luasbaja sekarang?.

Penyelesaian: =2.

A = AO t

= 900 cm2. 24. 10-6/OC. (130-30)OC

= 2,38 cm2

At = AO+ A

= 900 cm2+ 2,38 cm2

= 902,38 cm2

Cara lain:

(coba dihitung)

At = AO

(1+ t)


21/33

3. Sebuah kubus baja dengan sisi 10 cm bersuhu

20OC. Bila kubus dipanaskan sampai 80 OC,

tentukan volume baja sekarang?.

Penyelesaian: = 3.

V = VO t

= 1000 cm3. 36. 10-6/OC. (80-20)OC

= 21,6 cm3

Vt = VO+ V

= 1000 cm3+ 21,6 cm3

= 1021,6 cm3

Cara lain:

(coba dihitung)

Vt = VO(1+ t)


22/33

PEMUAIAN ZAT CAIR

Formula:

Vt= VO( 1 + t )

Keterangan:

= koef. Muai volume zat

cair (diket. Dari data

muai volume zat cair)

Penyelesaian:Diket: Ditanya: Vt?

VO= 2 liter

t = 50OC-20OC= 30OC

= 210. 10-6/OC

Jawab: Vt= VO ( 1 + t )

= 2 ( 1 + 210.10-6.30 )

= 2 (1,0063)

= 2,0126 liter

Contoh:

Air sebanyak 2 liter bersuhu 20OC dipanaskan

dalam panci hingga suhunya 50OC. Berapa

volume air setelah dipanaskan?(=210.10-6

/O

C)


23/33

PEMUAIAN GAS

Formula:Vt= VO( 1 + t )

Keterangan:

= koef. Muai volume gas= 1/273

T = suhu harus dlm Kelvin

Maka formula dapat dalam

bentuk:

Contoh:

Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27O

C.Berapa volume gas setelah

dipanaskan hingga suhunya 77OC?

Penyelesaian:

Diket: Ditanya: V2?

V1= 2 liter T1= 27 +273 = 300 K

T2= 77+273= 350 K

Jawab:

2

2

1

1

T

V

T

V

literV

V

T

V

T

V

33,2

350300

2

2

2

2

2

1

1


24/33

Soal Latihan: Pemuaian1. Sebatang rel kereta api panjangnya 10 m dan suhu awalnya 30

OC. Karena gesekan dengan roda kereta api suhu rel menjadi 60OC. Jika koefisien muai panjang rel 1,1.10-5/K , tentukan jarakrenggang minimal yang aman pada tiap sambungan agar tidakmengalami pembengkokan pada suhu 60 OC?

2. Sebuah batang logam mula-mula mempunyai panjang 1m,setelah dipanaskan hingga perubahan suhunya 100 K, batangbertambah panjang 1/5000 m. Koefisien muai panjang batanglogam tersebut adalah.

3. Sebatang perak suhu awalnya 40 OC dipanaskan sehinggasuhunya naik menjadi 90 OC. Setelah diteliti ternyata batangperak tersebut bertambah panjang 0,19 mm. Jika koefisien muai

panjang perak 19.10-6

/O

C.Berapakah panjang mula-mula batang perak ?

4. Keping tembaga panjang 10 cm, lebar 10 cm, dan suhunya 20OC. Bila koefisien muai panjang tembaga 1,8.10-5/ K. Berapakahluas keping tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 80 OC?


25/33

5. Suatu balok besi berukuran 4 cm x 10 cm x 5. cmHitunglah perubahan volume ketika temperaturnya

dinaikkan dari 15O

C ke 65O

C! (koefisien muai panjangbesi 10-5/ OC).

6. Pada suhu 10OC sebuah gelas kaca volumenya 1000 mLpenuh berisi alkohol. Jika gelas dipanaskan sehingga suhu

gelas dan alkohol 50O

C. Berapakah alkohol yang tumpah?(koef. muai panjang gelas kaca = 3.10-6/OC dan koef.muai alkohol= 10-6/OC).

7. Gas mula-mula mempunyai volume V1. Jika gas

dipanaskan pada tekanan tetap sehingga volumenyamenjadi tiga kali dari semula. Berapakah suhu gas harusdinaikkan ? (jawaban dalam satuan celcius)


26/33

PERAMBATAN KALOR

1. KonduksiPerambatan kalor secara konduksi terjadi pada logam yang

dipanaskan. Partikel-partikel logam tidak berpindah, perpindahan

kalornya terjadi secara berantai oleh partikel yang bergetar semakin

cepat pada saat kalor yang masuk logam semakin besar dan getaran

partikel akan memindahkan kalor pada partikel disampingnya,

demikian dan seterusnya. (cari contohnya perambatan kalor dalamkehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)

Formula:

)(.

12 TT

L

Ak

t

Q (Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)

A = luas penampang (m2)

L = panjang bahan (m)

K = kondusivitas bahan (W/m.K)

T = selisih suhu (OC atau K)


27/33

2. Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada

zat cair dan gas. Pada perpindahan kalor inibagian yang mendapat kalor partikel-partikelnya

akan berpindah ke suhu yang lebih rendah,

demikian dan seterusnya sehingga terjadi arus

konveksi. (cari contoh perambatan kalor ini dalam kehidupansehari-hari, minimal 3 contoh)

Formula:).(. 12 TTAh

t

Q

(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)


h = koef. konveksi (W/m2.K)

T = selisih suhu (OC atau K)


28/33

3. Radiasi/ Pancaran

Proses perpindahan kalor secara radiasi terjadi dari

benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu

rendah yang terpisah di dalam ruang, bahkan terjadi diruang hampa. Jadi perpindahan kalor secara radiasi

tanpa memerlukan medium (zat perantara) dan dalam

perambatannya dalam bentuk gelombang

elektromagnetik. (cari contoh perambatan kalor ini dalamkehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)

Formula:(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)


= koef. Stefan-Boltzman (W/m2.K4)

= 5,67 x 10-8

T = suhu permukaan benda (K)

= emisivitas bahan

Satu benda4.. TA

t

Q

).(. 4

2

4

1 TTt

Q Dua benda


29/33

Contoh Soal Perpindahan Kalor

1. Balok besi berpenampang kecil dengan suhu

kedua ujung dibuat tetap yaitu 500OC dan100OC. Jika panjang besi 50 cm. Berapakah

laju kalor persatuan luas yang melewati

balok tersebut. (konduksivitas termal besi=

75 W/m.K)

Penyelesaian:

L=50 cm= 0,5 m k= 75 W/m.K T=400K

2/600004005,0

75

.mWT

L

k

At

Q


30/33

2. Udara dengan suhu 30OC bertiup melewati permukaan plat panas dan

kalor yang berasal dari bagian dalam plat. Ukuran plat 2 m x 5 m dan

suhu permukaan plat dijaga tetap sebesar 110OC. Jika koef. Konveksi

di permukaan plat 40 W/m

2

.K, tentukan: a. jumlah kalor yangberpindah setiap detik, b. Bila plat terbuat dari alumunium tebal 20

cm, hitung suhu dalam plat tersebut. (k=200 W/m.K)

Penyelesaian:

a.T= 80 K A= 10 m2 h= 40 W/m2.K

= h.A.T= 40.10.80 = 32.000 j/s

b. L= 20 cm=0,2 m k=200 W/m.K

32.000=200. (T-110)

T = 111,6OC

).(.12

TTAht

Q

2,0

10

t

Q


31/33

3. Sebuah benda sumber panas mempunyai luas

permukaan 10 cm2dan emisivitasnya 0,4 bersuhu

727OC. Hitung kalor yang dipancarkan benda

selama 1 menit.

Penyelesaian:

A=10 cm2=0,001 m2 = 0,4

T=727+273=1000K = 5,67.10-8W/m2.K4

t=60 sekon Q?

Q= ..A.T4.t

= 0,4. 5,67.10-8. 0,001. (1000)4.60

= 136,08 j


32/33

Soal Latihan: Perpindahan Kalor

1. Sebatang logam (k=4,2x10-1kj/s.m.K) memiliki luas

penampang 10-3m2dan panjang 2x103m.Hitunglahjumlah kalor yang dirambatkan oleh batang logamselama 4 menit.

2. Bola memiliki radius 2 cm dan dan emisivitanya 0,8.Jikabola menyerap energi kalor dari lingkungannya sebesar4,536 j/s. Berapakah suhu bola tersebut?

3. Silinder logam (T1=250OC) dengan diameter 10 cm dan

panjang 20 cm dimasukkan ke dalam bak air sehinggaair mendidih (Ta=100OC). Jika h=500 W/m2.OC,hitunglah laju perpindahan kalor secara konveksi darilogam tersebut.


33/33

Documents

Suhu Dan Kalor - x (Suwito)