Suhu kalor

1

http://atophysics.wordpress.com

BAB

SUHU DAN KALOR

7.1 Suhu dan Termometer

Suhu didefinisikan sebagai ukuran atau derajat panas dinginnya suatu benda atau

sistem.

Pada hakikatnya suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh molekul-

molekul suatu benda. Dengan demikian suhu menggambarkan bagaimana gerakan molekul-

molekul benda.

Sebagai contoh ketika kita memanaskan sebatang besi, besi akan memuai, dan beberapa sifat

fisik benda tersebut akan berubah. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibat adanya perubahan

suhu disebut sifat termometrik.

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur sebuah benda. Dari sifat termometrik

tersebut, termometer dibuat.

7.1.1 Beberapa Jenis Termometer

Termometer Jangkauan ukur

(0C) Karakteristik

Air raksa dalam pipa -39 s/d 500 Sederhana, murah, portabel, langsung bisa dibaca.

Gas volume konstan -270 s/d 1500

Jangkauan sangat lebar, sangat teliti, sangat peka

tetapi berukuran cukup besar, lambat reaksinya

dan tidak bisa langsung dibaca, digunakan untuk

mengkalibrasi termometer-termometer yang lain.

Hambatan platina -200 s/d 1200

Jangkauan lebar, sangat akurat tetapi tidak cocok

untuk perubahan suhu yang tiba-tiba karena

kapasitas panasnya yang sangat besar. Cocok

untuk suhu rendah yang konstan.

Termokopel -250 s/d 1500

Jangkauan sangat lebar, cukup akurat, kuat, dan

kompak, banyak digunakan dalam industri untuk

perubahan suhu yang cepat.

Pyrometer di atas 1000

Tanpa kontak langsung dengan benda yang

diukur, cocok digunakan untuk mengukur suhu

benda yang sangat tinggi.

2


7.1.2 Skala-skala Termometer

Pembuatan skala termometer memerlukan dua

titik referensi, yaitu titik beku dan titik didih atau

sering disebut titik tetap atas dan titik tetap

bawah.

Terdapat tiga macam skala yang biasa digunakan

dalam pengukuran suhu, yaitu skala Celsius,

skala Fahrenheit, dan skala Kelvin.

Skala Fahrenheit didasarkan pada titik beku 320F

dan titik didih 2120F. Satu derajat Fahrenheit

menunjukkan 1/180 kali perubahan suhu antara

titik beku dan titik didih.

Skala Celsius didasarkan pada titik beku 00C dan

titik didih 1000C. Satu derajat Celsius

menunjukkan 1/100 kali perubahan suhu antara

titik beku dan titik didih.

Skala Kelvin didasarkan pada suhu terendah

yang mungkin -2730C. Biasanya skala Kelvin

disebut skala mutlak (absolut) atau skala

termodinamik. Satuan ini digunakan sebagai

satuan SI.

Mengubah satuan suhu dari skala Celsius ke skala Kelvin .....(7.1)

10C : 1

0F =

1/100 :

1/180 atau 1

0C :1

0F = 9:5

Berdasarkan perbandingan di atas dilakukan rumus konversi Celsius dan Fahrenheit.

....(7.2)

....(7.3)

Di samping tiga skala suhu di atas, ada skala lain yang masih juga digunakan, yaitu

skala Reamur (0R). Pada skala ini air membeku 0

0R dan mendidih pada 80

0R. Konversi dari

Celsius dan Fahrenheit ke Reamur adalah

C = 5/4R dan F =

9/4R + 32

7.2 Pemuaian

Ketika suatu benda dipanaskan, gerakan molekulnya

semakin cepat, yang menyebabkan pergeserannya semakin besar,

jarak antarmolekul menjadi bertambah sehingga terjadilah

peristiwa yang disebut pemuaian.

K= C + 273

C = 5/9(F – 32)

F = 9/5C + 32

3


7.2.1 Pemuaian Zat Padat

Jika kita melakukan sebuah percobaan memanaskan sebuah kawat yang panjangnya Lo,

akan dapatkan bahwa pertambahan panjang akibat pemuaian �L berbanding lurus dengan

pertambahan suhu �T. Sudah barang tentu juga pertambahan ini berbanding lurus dengan

panjang Lo. Yang artinya untuk pertambahan suhu yang sama, sebuah batang besi 6 m akan

bertambah panjang 3 kali dari pertambahan panjang batang besi 2 m. Secara matematis kita bisa

menuliskan (..... 7.4)

dimana � merupakan suatu konstanta yang disebut koefisien muai panjang. Tabel 7.2 berikut

menunjukkan koefisien muai panjang beberapa bahan.

Bahan Koefesien muai panjang (K-1

)

Besi

Tembaga

Alumunium

Timah Hitam

Platina

Kuningan

Seng

Intan

Kaca

Beton

0,000 012

0,000 017

0,000 023

0,000 029

0,000 009

0,000 018

0,000 030

0,000 001

0,000 0085

0,000 012

Jika batang besi yang kita panaskan memiliki luas penampang A0, dimana

luas penampang ini berubah setelah adanya perubahan suhu �T. Kita

misalkan jari-jari awal penampang kawat sama dengan R0. sesuai dengan

persamaan (7.14), panjang R dapat dihitung sebagai

R = R0 + �R

= R0 + � R0 �T

R = R0(1 + ��T)

Luas penampang mula-mula adalah A0 = �R2, sedangkan luas penampang setelah memuai sama

dengan:

A = �R2

= �R (1 + ��T)

2

= A0 (1 + ��T)2

= A0 (1 + 2 ��T + �2�T2)

Karena nilai � relatif kecil, maka nilai �2�T2 dapat kita abaikan, sehingga diperoleh pendekatan

Kita lihat disini bahwa pertambahan luas �A adalah sebesar

�A = 2A0 ��T

Bila 2� kita sebut sebagai �, yaitu koefesien muai luas bahan, akan didapatkan (…..7.6)

di mana � = 2�.

�L = � L0 �T

A = A0 (1 + 2��T)

�A = A0 ��T

4


Sekarang kita tinjau bagaimana pertambahan volume suatu benda

akibat pemuaian. Pada contoh batang besi yang kita analisis, batang

besi yang panjang mula-mulanya Lo menjadi L = Lo (1 + 2 ��T). Kita

tahu bahwa volume V sama dengan panjang kali luas penampang.

Dengan demikian

V = A L

= A0 (1 + 2 ��T) Lo (1 + ��T)

= A0 Lo (1 + 2 ��T) (1 + ��T)

Volume awal V0 sama dengan A0 Lo, sehingga

V = V0 (1 + ��T + 2 ��T + 2�2�T2)

Jika kita mengabaikan suku 2�2�T2 karena nilai � yang kecil, akan kita peroleh (....7.7)

Kita lihat disini bahwa pertambahan volume �V adalah sebesar

�V= 3 V0��T

Bila 3� kita sebut sebagai �, yaitu koefisien muai volume bahan, akan kita dapatkan (....7.8)

Di mana � = 3�.

Dari uraian tentang pemuaian ini, dapat kita rangkum persamaan-persamaan untuk pemuaian

panjang, luas, dan volume, sebagai berikut

Pemuaian yang merugikan dan cara mengatasinya

Pemuaian yang merugikan karena perubahan suhu akibat

panas sinar matahari dan dinginnya udara di malam hari

memungkinkan para perancang konstruksi untuk memberi

ruang muai lebih yang sebelumnya harus benar-benar

diperhitungkan.

Pada gambar 7.6, pemuaian pada sebuah jalan raya dimana

beton pembatas jalan memuai dan retak ketika temperatur

udara sangat tinggi. Ini sebabnya lebih baik untuk

menggunakan pembatas jalan yang terputus-putus.

V = V0 (1 + 3��T)

�V= V0 ��T

Pemuaian Panjang : L = L0 (1+� �T) di mana � = konstanta

Pemuaian Luas : A = A0 (1 +��T) di mana � = 2� Pemuaian Volume : V = V0 (1 + ��T)di mana � = 3�

5


Pada gambar 7.7(a) ditunjukkan terbengkoknya rel kereta api akibat pemuaian yang sangat

merugikan dan membahayakan. Maka untuk mengatasinya, pada sambungan dua buah rel

tersebut harus diberikan celah untuk memuai pada siang hari yang terik. (7.7 (b)).

Jembatan-jembatan yang rangkanya terbuat dari baja , juga bisa memuai bila hari panas , dan ini

bisa menyebabkan runtuh. Untuk menghindarinya kedua ujung jembatan diberikan ruang untuk

mengantisipasi pemuaian, seperti gambar 7.8.

Pada gambar 7.9 ditunjukkan model sambungan pada sebuah trotoar yang memungkinkan

trotoar tersebut memuai dengan bebas tanpa merusakkannya.

Pemuaian yang menguntungkan

Pemuaian bisa dimanfaatkan misalnya untuk memasang roda logam (besi) pada sebuah

lokomotif. Untuk menghasilkan suatu ”ban baja” yang bisa menempel kuat pada roda, diameter

dalam ban baja dibuat sedikit lebih kecil daripada diameter luar roda. Ban baja kemudian

dipanaskan sehingga memuai dan diameternya menjadi lebih besar dari diameter roda. Dengan

demikian, ban baja bisa dipasang pada roda. Ketika ban baja ini dingin, ia mengerut sehingga

pasangan ban baja ini sangat kuat.

Pada pengelingan logam atau papan besar yang terdapat pada kapal-kapal kontainer yang besar,

kuatnya pengelingan sangat diperlukan. Paku keling, sebelum digunakan dipanaskan dulu

sampai membara. Selanjutnya, paku keling ini dipukul dengan kuat hingga rata dengan

permukaan papan. Ketika mendingin, paku keling menyusut dan menarik dengan kuat

sambungan dua papan yang disambung.

6


Ketika dua lempeng logam yang berbeda, misalnya besi dan kuningan, digabungkan

dengan menempelkannya dengan kuat, kemudian dipanaskan, akan kita dapatkan bahwa

gabungan ini melengkung. Ini terjadi karena salah satu logam memuai lebih besar dibandingkan

yang lain. Gabungan dua logam seperti ini disebut lempeng bimetalik.

Cukup banyak peralatan di sekitar kita yang menggunakan lempeng bimetalik, seperti

termostat listrik, sakelar otomatis (digunakan pada alarm kebakaran), dan termometer bimetal,

seperti yang ditunjukkan pada gambar 7.13.

7.2.2 Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair kita hanya mengenal pemuaian volume yang

umumnya bertambah ketika suhunya dinaikkan. Karena molekulnya

lebih bebas dibandingkan zat padat maka pemuaian zat cair juga

lebih besar dibandingkan zat padat.

Perhatikan gambar 7.14 yang menunjukkan sebuah bejana

berisi zat cair. Mula –mula ketinggian zat cair adalah A. Jika kita

panaskan ketinggian permukaan zat cair akan turun ke B, kemudian

naik ke C. Penurunan permukaan dari A ke B bukan disebabkan oleh

penyusutan zat cair,tetapi akibat pemuaian yang dialami bejana

sehingga volumenya bertambah. Ketika zat cair telah menjadi panas,

permukaan zat cair akan naik ke C akibat pemuaian zat cair yang

lebih besar dari pemuaian yang tampak adalah kenaikan ketinggian

permukaan dari A ke C.

Pemuaian nyata = pemuaian tampak + pemuaian bejana.

Dengan demikian, bila �tampak adalah koefisien muai volume tampak dari zat cair. Dan �bejana

adalah koefisien muai volume bejana, dapat kita tuliskan koefisien muai nyata � sebagai

� = �bejana + �tampak

7


Variasi masa jenis terhadap suhu

Sesuai dengan persamaan (7.8), bila volume zat cair adalah V0, volume akhirnya V, maka

perubahan suhu sebesar �T menyebabkan perubahan volume : �V = V - V0 yang sama dengan

�V = V - V0 = V0 ��T

V = V0 (1 + ��T)

Kita tahu bahwa ketika suhunya naik, volume zat cair bertambah, sementara massanya tetap.

Akibatnya, ketika suhu zat cair bertambah, massa zat cair berkurang. Bila massa jenis zat cair

mula-mula �0, maka

m

�0 = V0

dimana m adalah massa zat cair. Ketika volumenya berubah menjadi V, massa jenis zat cair

juga berubah menjadi �, di mana (...7.10)

m m � = V = V0 (1 + ��T)

Anomali air

Air memiliki suatu keistimewaan, ketika didinginkan, air menyusut sampai 40C,jika

didinginkan lagi, air justru memuai, sampai suhunya mencapai 00C. Pada suhu 0

0C, air

berubah bentuk menjadi es, yang volumenya lebih besar. Jika es ini didinginkan lagi, ia

akan menyusut seperti layaknya zat-zat lain. Sifat air ini yang disebut anomali air.

Aplikasi anomali air di dasar danau

Suhu turun, permukaan air pada sebuah danau menjadi lebih dingin, akibatnya air

permukaan ini tenggelam karena massa jenisnya lebih besar. Secara perlahan-lahan, air

yang turun ini akan mencapai suhu 40C. Ketika permukaan air didinginkan kembali, ia

tetap berada di permukaan air karena massa jenisnya lebih kecil daripada air yang

dibawahnya. Akibatnya, air di permukaan ini membeku, dan terbentuklah lapisan es di

permukaan danau, sementara air di bawahnya tetap cair. Inilah sebabnya tanaman dan

hewan air tetap bisa hidup dalam kondisi ini. Jika air berperilaku seperti zat-zat lain,

maka yang pertama kali membeku adalah dasar danau, dan ini menutup kemungkinan

bagi hewan air untuk hidup.

)1(

0

T∆+=

γ

ρρ

8


7.2.3 Pemuaian Zat Gas

Seperti halnya zat padat dan zat cair, gas juga memuai jika dipanaskan dan menyusut ketika

didinginkan. Namun, volume gas bertambah lebih banyak yang dipengaruhi oleh tekanannya.

Ada 3 hukum tentang gas yang berkaitan dengan pemuaian gas, yaitu hukum Boyle, hukum

Charles atau hukum Gay-Lussac, dan hukum tekanan.

Hukum Boyle

Hukum Boyle merupakan hukum yang menghubungkan volume dengan tekanan gas

pada suhu yang konstan. Meskipun suhunya konstan, volume gas bisa berubah karena adanya

perubahan tekanan. Perhatikan gambar 7.17(a) yang menunjukkan percobaan yang dilakukan

Boyle.

Ketika ujung terbuka kita set berada di atas tabung tertutup, selisih ketinggian

permukaan raksa kita sebut sebaga h. Ketika tabung terbuka kita turunkan sampai di bawah

tabung tertutup, nilai h negatif. Jika tekanan atmosfer kita sebut sebagai �gh, besar tekanan

udara pada tabung tertutup sama dengan

p = �g(H + h)

di mana g adalah percepatan gravitasi dan � adalah massa jenis raksa.

Jika A adalah luas penampang tabung, volume udara yang ada dalam tabung tertutup adalah

V = lA

Dari hasil percobaan Boyle, didapatkan bahwa grafik (H + h) versus 1/l merupakan suatu garis

lurus sehingga

(H + h) l = konstan

Karena g, �, dan A memiliki nilai konstan, maka

p � 1/V

atau

Persamaan (7.11) inilah yang disebut hukum Boyle, yang jika dinyatakan dengan kata-kata

adalah : tekanan suatu massa tertentu gas pada suhu konstan berbanding terbalik dengan

pV = konstan

9


volumenya, atau pV = konstan. Misalkan pada suhu konstan, sejumlah gas memiliki volume V1

dan tekanan p1. Jika kita panaskan gas ini hingga tekanannya menjadi p2, maka berlaku hukum

Boyle

p1V1 = p2V2

Dimana V2 adalah volume akhirnya.

Hukum Charles atau Hukum Gay Lussac

Seorang fisikawan Prancis Jacques Charles menemukan persamaan yang menghubungkan

antara volume dan suhu gas pada tekanan konstan yang dikenal sebagai hukum Charles atau

hukum Gay Lussac, dituliskan

V � T

Yang artinya pada tekanan konstan, volume gas V sebanding dengan suhu T. (....7.12)

Misalkan pada tekanan konstan, sejumlah gas memiliki volume V1 dan suhu T1. jika kita

panaskan gas ini hingga suhunya menjadi T2, sementara tekanannya kita pertahankan tetap,

berlaku hukum Charles:

V1 V2

T1 = T2

di mana V2 adalah volume akhirnya.

Hukum Tekanan

Jika volume gas kita pertahankan tetap, sementara suhu dan tekanan gas dibiarkan berubah,

maka pada volume konstan diperoleh hubungan yang mirip dengan kasus pada hukum Charles.

Pada suhu konstan, tekanan suatu massa gas tertentu sebanding dengan suhunya.

P � T

atau (....7.13)

Persamaan ini disebut sebagai hukum tekanan. Misalkan pada volume konstan, sejumlah gas

memiliki tekanan p1 dan suhu T1. Jika kita panaskan gas ini sampai suhunya menjadi T2 dan

volumenya dijaga tetap, berlaku hukum tekanan

P1 P2

T1 = T2

Di mana P2 adalah tekanan akhirnya.

tankonsT

V=

tankonsT

P=

10


Persamaan Gas Ideal

Gas ideal adalah gas yang tidak memiliki kecenderungan mencair, bagaimanapun rendahnya

suhu gas. Gas ideal merupakan suatu model untuk memudahkan kita memahami sifat-sifat gas.

Gas ideal memenuhi hukum-hukum gas yang telah dibahas, yaitu:

Hukum Boyle : pV = konstan atau p1V1 = p2V2

V V1 V2

Hukum Charles : T = konstan atau T1 = T2

p p1 p2

Hukum tekanan : T = konstan atau T1 = T2

Jika ketiga persamaan di atas kita gabung, akan kita peroleh suatu persamaan umum, yang

disebut persamaan gas. Dengan mengalikan ketiga persamaan di atas diperoleh:

V1 p1 V2 p2

(p1 V1) T1 T1 = (p2 V2) T2 T2

p12 V1

2 p2

2 V2

2

T12 = T2

Akhirnya dapat kita tuliskan (....7.14)

Yang disebut persamaan gas ideal dan dinyatakan dalam suhu absolut (Kelvin).

7.3 Kalor

Pada abad 18 sampai 19, kalor diyakini sebagai suatu fluida yang disebut kalorik, yang bisa

berpindah dari satu benda ke benda lain, yaitu dari panas ke dingin.dua buah benda yang

suhunya berbeda disentuhkan satu sama lain, maka kedua benda akan mencapai suhu yang

sama. Keadaan ini dinamakan kesetimbangan termal.

Pada tahun 1760, Joseph Black membedakan pengertian kalor dan suhu dimana suhu adalah

sesuatu yang diukur pada termometer, dan kalor adalah sesuatu yang mengalir (fluida) dari

benda panas ke benda yang dingin dalam rangka mencapai kesetimbangan termal.

Tahun 1798 seorang ilmuwan Amerika, Benjamin Thompson menyangsikan definisi kalor

sebagai fluida kalorik. Ia mengamati kalor yang dihasilkan pada meriam. Ia menyimpulkan,

kalor bukanlah fluida tetapi kalor dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanis

(misal gesekan). Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk

menaikkan suhu air sebesar 10C.

Percobaan Joule

Melanjuti dari percobaan Thompson, James Prescot Joule melakukan percobaan menghitung

jumlah energi mekanik yang ekivalen dengan kalor sebanyak 1 kalori. Tampak pada gambar

7.18.

tan2

22

1

11 konsT

PVatau

T

VP

T

VP==

11


Ketika massa m bergerak turun dengan kecepatan konstan, kawat yang ditariknya menyebabkan

pengaduk berputar. Karena massa bergerak dengan kecepatan konstan, berarti tidak ada

perubahan energi kinetik, tetapi terjadi penurunan energi potensial. Penurunan ini menghasilkan

energi kalor pada air, yang diukur berdasarkan kenaikan suhu air. Berdasarkan teori bahwa

energi potensial yang hilang sama dengan energi kalor yang muncul, diperoleh nilai tara

mekanik kalor, yaitu ekivaslensi energi mekanik dengan energi kalor.

7.3.2 Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Jika sejumlah kalor �Q menghasilkan perubahan suhu sebesar �T, kapasitas kalor C

didefinisikan sebagai (...7.15)

Dalam satuan SI, satuan kapasitas kalor adalah J/K.

Banyaknya kalor yang diperlkan untuk menghasilkan perubahan suhu �T ternyata sebanding

dengan massa benda m dan perubahan suhunya. Disamping itu, banyaknya kalor juga

tergantung pada jenis benda yang dipanaskan atau didinginkan.(....7.16)

Dimana besaran c disebut kalor jenis benda. Kalor jenis benda merupakan karakteristik termal

suatu benda. Berdasarkan persamaan (7.16), tampak bahwa kalor jenis sama dengan kapasitas

kalor per satuan massa, sehingga satuan SI-nya adalah J/kg.K. (....7.17)

Jika banyaknya massa benda tidak dinyatakan dalam kilogram, tetapi dalam satuan molar n,

kalor jenis yang dihitung disebut kalor jenis molar cm, sehingga berlaku

1 kalori = 4,184 joule

T

QC

∆

∆=

�Q = mc�T

M

Cc =

�Q = ncm�T

12


Kalor jenis molar dinyatakan dalam satuan J/mol.K.

Tabel 7.3 Kalor jenis bahan (pada 200C.1 atm)

Bahan c (J/kg.k) cm (J/mol.K)

Alumunium

Tembaga

Emas

Baja/besi

Timah

Raksa

Air

Es (-100C)

900

385

130

450

130

140

4190

2100

24,3

24,4

25,6

25,0

26,8

28,0

75,4

38,0

Hukum Kekekalan Energi Kalor

Misalkan benda yang akan diukur kalor jenisnya bermassa m1, dan memiliki suhu awal T1. suatu

zat cair yang bermassa m2 yang suhu awalnya T2 ditempatkan dalam sebuah gelas, dan

ditempatkan dalam suatu sistem tertutup, yang disebut kalorimeter. Benda m1 dicelupkan ke

dalam zat cair, dan suhu campuran Tf keduanya dicatat. Karena kalorimeter merupakan suatu

sistem yang tertutup, tidak ada kalor yang keluar dan masuk dari yang ke dalam sistem ini.

Banyaknya kalor yang diserap oleh benda yang dingin (dalam hal ini benda m1) �Q1 sama

dengan banyaknya kalor yang dilepas oleh benda yang panas (zat cair) �Q2. dengan demikian

diperoleh bahwa : (....7.19)

Persamaan ini disebut hukum kekekalan energi kalor, atau asas Black yang menyatakan

bahwa kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan. Bila dinyatakan dalam

massa m, kalor jenis c, dan perubahan suhu �T , Persamaan (7.19) bisa ditulis sebagai

m2c2�T2 = m1c1�T1

m2c2(T2 – T1) = m1c1(Tf-T1)

7.4 Kalor Laten dan Perubahan Wujud Melebur adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair. Suhu di mana zat mengalami

peleburan disebut titik lebur.

Membeku adalah perubahan wujud dari cair menjadi padat. Suhu di mana zat mengalami

pembekuan disebut titik beku.

Sejumlah kalor yang dilepaskan atau diserap pada saat melebur atau membeku, tetapi tidak

digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suhu disebut kalor laten (L).

Q lepas = Q terima atau = �Q1= �Q2

13


Sesuai dengan teori kinetik, saat melebur kecepatan getaran molekul bernilai maksimum

sehingga molekul dapat melepakan diri dari ikatannya dan zat padat berubah menjadi zat cair.

Gambar 7.19 menunjukkan grafik dari sebongkah es pada suhu -500C yang dipanaskan pada

daerah II dan IV pada grafik. Kalor yang ditambahkan tidak diikuti dengan kenaikkan suhu.

Pada daerah II, energi kalor digunakan untuk memutuskan ikatan antar molekul es sehingga es

melebur. Pada daerah IV, kalor yang ditambahkan diserap oleh molekul air yang sedang

menguap. Dalam kedua daerah ini sejumlah kalor laten diperlukan. Kalor laten untuk melebur

disebut kalor lebur Ll, sedangkan kalor laten untuk menguap disebut kalor uap Lu. Pada

peristiwa membeku dan mengembun, kalor laten yang diperlukan disebut kalor beku Lb dan

kalor embun Le.

Secara umum, kalor laten adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk berubah

wujud per satuan massa zat. Misalnya kalor lebur es 80 kal/g berarti bahwa untuk melebur 8 g

es menjadi air seluruhnya diperlukan kalor sebanyak 80 kalori. Banyaknya kalor yang

diperlukan dalam proses perubahan wujud �Q , sama dengan massa zat dikalikan kalor

latennya. (...7.20)

Sebagai contoh, untuk melebur 5 kg es menjadi air seluruhnya diperlukan kalor sebanyak

�Q = mLb

= (5000 g) (80 kal/g)

�Q = 400 000 kal = 400 kal.

Pada proses sebaliknya, untuk mengubah air menjadi es dilepaskan kalor sebanyak 400 kkal.

Menyublim

Menyublim yaitu suatu peristiwaa perubahan wujud dari zat padat langsung menjadi uap tanpa

melalui wujud cair. Es dipanaskan pada tekanan atmosfer yang rendah, yaitu dibawah 0,006 02

atm.

Peristiwa menyublim ini dimanfaatkan dalam proses beku (freeze drying). Makanan dengan

kandungan gizinya tetap, rasanya tetap dan tidak mudah membusuk karena kandungan airnya

sudah ditiadakan.

7.5 Perpindahan Kalor

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu benda akibat

interaksi molekular.

Gambar 7.20 menunjukkan logam pada keadaan kontak termal

sebuah reservoir panas T panas (tandon kalor) dan sebuah reservoir

dingin T dingin, yang dibalut dengan suatu bahan islator.

Molekul-molekul dipindahkan melalui tumbukan kepada atom-atom

pada ujung batang logam yang bersinggungan. Kemudian energi

kalor berpindah ke reservoir dingin, dan berhenti sampai mencapai

kesetimbangan termal.

Kelajuan kalor berpindah secara konduksi sebanding dengan luas penampang batang atau

medianya, selisih suhu antara kedua benda berbanding terbalik dengan panjang batang.

�Q = mL

14


Misalkan jika jumlah kalor yang berpindah adalah �Q, selang waktu �t, luas batang A, dan

panjang batang l, maka kelajuan perpindahan kalor �Q / �t dapat dituliskan sebagai (....7.21)

Di mana k adalah suatu kontanta yang disenut konduktivitas termal.

Tabel 7.4 Konduktivitas termal bahan (W/m.K)

Bahan k

Alumunium

Tembaga

Emas

Besi

Timah

Kaca

Kayu

Beton

Air

Udara

Oksigen

Hidrogen

240

400

300

80

35

0,9

0,1 – 0,2

0,9

0,6

0,024

0,024

0,17

Konduktor adalah bahan yang mudah menghantarkan kalor sedangkan isolator adalah bahan

yang sukar menghantarkan kalor.

Konveksi

Pada proses konveksi, molekul-molekul benda yang dipanaskan berpindah dari bagian fluida

yang panas ke bagian yang dingin dan molekul-molekulnya tidak berpindah.

Gambar 7.21 menunjukkan bejana yang diisi dengan air, ditaburkan dua atau tiga kristal

potasium permangnat. Saat dipanaskan kristal natrium permangnat akan menimbulkan warna

yang bergerak ke atas kemudian berputar kembali ke bawah.

Suatu fluida sebanding dengan luas permukaan A benda yang bersentuhan dengan fluida dan

selisih suhu antara fluida dengan benda �T, dituliskan (.....7.22)

�Q (Tpanas – T dingin)

�t = kA l

ThAt

Q∆=

∆

∆

15


Di mana h disebut koefisien konveksi. Contoh konveksi lain seperti terjadinya angin darat dan

angin laut dan ruangan dengan sebuah kipas angin. Pada angin laut terjadi karena udara panas di

atas daratan naik karena massa jenisnya berkurang, dan udara dingin dari laut bertiup ke

daratan. Demikian sebaliknya.

Radiasi

Radiasi merupakan suatu peristiwa di mana benda memancarkan panas dalam bentuk

gelombang elekromagnetik.

Benda yang secara sempurna mampu menyerap dan memancarkan semua radiasi gelombang

elektromagnetik disebut benda hitam.

Rumusan matematis kelajuan kalor yang diradiasikan dituliskan (.... 7.23)

Dimana � disebut konstanta Stefan-Boltzmann dan A adalah luas permukaan. Persamaan (7.23)

tersebut dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann. Nilai konstanta Stefan-Boltzmann adalah

� = 5,67 x 10-8

W/m2K

4

Untuk sembarang benda yang bukan merupakan benda hitam, persamaan (7.23) dituliskan

sebagai (....7.24)

Konstanta e disebut emisivitas benda, yang bernilai antara 0 sampai dengan 1. sebagai contoh

aplikasi persamaan (7.24), seseorang yang memiliki suhu badab T1, duduk di sebuah ruangan

yang suhunya T2. Energi kalor yang mengalir dapat dituliskan sebagai

�Q

�t = e� (T24 – T1

4)

Contoh radiasi seperti api unggun, pendiangan rumah, termos dan rumah kaca.

Gambar 7.25 menunjukkan termos yang terdiri dari sebuah tabung kaca ganda dimana ruang

vakum di antara kedua dinding tabung mengurangi kehilangan atau mencegah masuknya kalor

melalui konduksi dan konveksi. Untuk menghindari perpindahan kalor secara radiasi, dinding-

dinding termos tersebut dilapisi bahan berwarna putih keperak-perakan, sehingga dinding tidak

banyak memancarkan dan menyerap kalor.

�Q

�t = �AT4

�Q

�t = e�AT4

16


Sinar inframerah yang dipancarkan matahari dapat melewati kaca mobil sehingga kalor yang

dibawanya memanaskan benda-benda yang berada di dalam mobil yang memancarkan kembali

kalor tersebut dengan panjang radiasi yang lebih panjang. Akibatnya udara di dalam mobil

menjadi panas. Inilah yang disebut efek rumah kaca.

Documents

Suhu kalor