Embed Size (px)
DESCRIPTION
ini suhu, pemuaian, kalor dan cara perpindahannya
Citation preview
A. Suhu
Biasanya kita sering mengukur suhu dengan tangan. Misalnya, ketika Anda demam untuk mengeceknya pasti
Anda menempelkan tangan ke kening dan mengatakan suhu Anda panas. Benarkah tangan kita dapat digunakan
mengukur suhu? Jika ditanya berapa suhunya, dapatkah Anda menyebutkannya? Untuk lebih jelasnya mari kita
lakukan eksperimen berikut:
Mari Bereksperimen di Rumah
Alat dan Bahan:
1. 3 gelas
2. air es, air biasa, air hangat
Langkah Percobaan:
1. Siapkan 3 gelas
2. Masukkan air es, air biasa, air hangat pada masing-masing gelassecara berurutan
3. Celupkan jari kiri dari air es ke air biasa, apakah yang anda rasakan?
4. Celupkan jari kanan dari air hangat ke air biasa, apakah yang anda rasakan?
5. Lakukan langkah 3 dan 4 secara bersamaan, apakah yang anda rasakan?
6. Dengan apakah Anda dapat mengatahui suhu air tersebut?
7. Apakah tangan Anda dapat mengukur suhu?
8. Apakah kesimpulan yang anda peroleh dari kegiatan tersebut!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. Termometer memanfaatkan sifat termometrik zat yang berubah secara beragam terhadap suhu, dan contoh yang paling umum adalah pemuaian volume raksa. Termometer klinik adalah suatu tipe dari termometer kaca yang yang berisi raksa dan digunakan untuk mengukur suhu badan.Beberapa jenis termometer
Perbandingan skala Celsius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin
Efek Suhu Rendah1.SuperfluidityNama ini diciptakan oleh fisikawan Rusia Pyotr Kapitsa (1894-1984) pada tahun 1938, tetapi fenomena ini pertama kali diamati pada tahun 1930.Ketika helium didinginkan lebih lanjut di bawah titik didihnya (4,27 K),cairan tiba-tiba berhenti mendidih pada suhu tajam (2,18 K), yang disebut'lambda point', dan berubah menjadi cairan yang paling tidak biasa.2.SuperkonduktivitasKonduktor listrik menjadi konduktor yang lebih baik karena suhu berkurang. Hal ini diperhatikan oleh fisikawan Heinrich Estonia Lenz (1804-1865) pada tahun 1835, tapi lebih
banyak dilakukan di daerah ini oleh fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) pada tahun 1911.
Contoh Soal Latihan
B. Pemuaiana. Pemuaian Zat Padat
Mengapa rel kereta api dapat membengkok ? Tentu Anda mengetahui bahwa hal ini disebabkan karena adanya pemuaian. Oleh karena itu, rel kereta api didesain dengan sambungan yang tidak rapat atau menyisakan ruang kosong. Ketika suhu meningkat, rel akan memuai sehingga panjangnya bertambah. Dengan adanya celah pada sambungan, maka pemuaian pemuaian tidak menyebabkan
bagian pada dua sisi persambungan saling mendorong. Bila dua sisi persambungan saling mendorong, maka hal itu dapat menyebabkan rel kereta api membengkok.1.) Pemuaian Panjang
Jika suatu benda dipanaskan, benda akan memuai ke segala arah. Maka panjang, luas, volume benda bertambah.
Untuk benda padat yang panjang, misal jarum atau kawat maka pemuaian zat padat terjadi ke arah memanjang.
Alat Muschenbroeck digunakan untuk membandingkan muai panjang dari berbagai logam yang berbeda jenis
ketika dipanaskan.
Koefisien muai panjangsuatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan panjang (∆l) terhadap panjang awal benda (l0) per satuan kenaikan suhu (∆T).
Mari liat vidio
Bimetal
Perbedaan pemuaian antara dua keping logam yang berbeda koefisien muainya pada keping bimetal dimanfaatkan pada saklar termal, termostat bimetal, termometer bimetal,dan lampu sen mobil. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Ketika dipanaskan keping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil (invar). Sebaliknya ketika didinginkan keping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar(perunggu).
2.) Pemuaian Luas
Bila benda padat berbentuk persegi panjang dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah memanjang dan arah melebar atau mengalami pemuaian luas. Pemuaian berbagai zat bergantung pada koefisien muai luas.
Koefisien muai luas(β) suatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan luas benda (∆A) terhadap luas awal benda (A0) per satuan kenaikan suhu(∆T).
3.) Pemuaian Volume
Bila benda padat berbentuk balok dipanaskan , akan terjadi pemuaian arah memanjang, melebar, dan meninggi atau dikatakan benda mengalami pemuaian volume. Pemuaian volume berbagai zat bergantung pada koefisien muai volume.
b. Pemuaian Zat Cair
Zat cair hanya memiliki muai volume (tidak memiliki muai panjang dan muai luas). Pemuaian vulume zat cair lebih besar daripada pemuaian volume zat padat untuk kenaikan suhu yang sama. Karena itu jika suatu wadah berisi zat cair hampir penuh dipanaskan, maka pada suhu tertentu zat cair dalam wadah akan tumpah.Anomali Air
Anomali air adalah keanehan atau penyimpangan yang terjadi pada air yaitu air akan memuai saat didinginkan dari 4ºC sampai 0ºC.
Anomali sangat penting dalam mempertahankan kehidupan dalam air selama musim dingin. Danau atau laut hanya membeku di bagian permukaannya saja, di bagian bawahnya tetap berupa air dengan
suhu 0ºC tepat dibawah lapisan esnya dan semakin kebawah semakin meningkat, sampai suhu yang paling tinggi sebesar 4ºC dialami air di bagian dasar.
c. Pemuaian Zat Gas
Seperti halnya zat padat dan zat cair, gas juga memuai jika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Bagaimana kita mengetahui bahwa gas memui?Coba lakukan eksperimen sederhana sebagai berikut:
Alat dan Bahan:Ember atau baskom, air panas, botol, dan balon.
Langkah:
1. Masukkan mulut balon yang belum ditiup ke dalam mulut botol
2. Isikan ember atau baskom dengan air panas. Celupkan bagian bawah botol ke dalam ember atau baskom berisi air panas. Amati apa yang terjadi?
3. Nyalakan keran air. Siramkan bagian bawah botol dengan air keran. Amati apa yang terjadi? 4. Berdasarkan percobaan sederhana tersebut, apakah kesimpulannya?
Ketika Anda memasukkan bagian bawah botol ke dalam ember atau baskom berisi air panas, udara dalam botol memuai. Hal ini menyebabkan balon mengembang. Ketika bagian bawah botol Anda siram dengan air keran, suhu udara berkurang sehingga udara menyusut dan menyebabkan balon mengempis. Jelas bahwa percobaan sederhana ini menunjukkan bahwa udara(gas) memuai jika dipanaskan.
Penerapan prinsip pemuaian dalam kehidupan sehari-hari:
1. Pemasangan rel kereta api
2. Pemasangan kaca jendela
3. Pemasangan bingkai besi roda kereta kuda
Contoh Soal Latihan
C. Kalor
Pernahkah kamu membantu ibumu untuk memanaskan air? Apa yang kamu lakukan untuk memanaskan air? Pertama kamu akan mengisi panci dengan air. Setelah itu meletakkan panci tersebut di atas kompor. Lalu menyalakan kompor dengan api sedang. Mengapa dibutuhkan kompor untuk memanaskan air? Energi apa yang terdapat pada kompor yang menyala? Apakah terjadi perbedaan suhu air?
Alat dan BahanAir, Termometer, Panci, KomporLangkah Kerja
1. Masukkan air dalam panci secukupnya2. Ukurlah suhu air dengan termometer. Tuliskan dalam tabel3. Letakkan panci tersebut di atas kompor dan nyalakan apinya4. Panaskan air dalam panci hingga mendidih5. Setelah mendidih, matiakan kompor6. Ukurlah suhu air yang mendidih dengan termometer. Tulis dalam tabel.
Kalor (Q)adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Kalor merupakan salah satu bentuk energi maka kalor memiliki satuan joule. 1 kalori = 4,2 J sedangkan 1 joule = 0,24 kalori.
Keterangan:Q = jumlah kalor (J)m = massa zat (kg)c = kalor jenis (J/kgºC) ∆T = perubahan suhu (ºC) Kalor jenis(c)Kalor jenis adalah sifat khas suatu zat yang menunjukkan kemampuannya untuk menyerap kalor. Kalor jenis dapat didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan 1 kg suatu zat sebesar 1 K atau 1 ºC. Zat yang kalor jenisnya tinggi mampu menyerap lebih banyak kalor untuk kenaikan suhu yang rendah. Zat-zat seperti ini dimanfaatkan sebagai media untuk menyimpan energi termal .Air adalah zat yang paling tinggi kalor jenisnya diantara zat-zat lainnya.Kapasitas Kalor(C)Kapasitas kalor adalah banyak energi yang harus diberikan dalam bentuk kalor untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1 ºC atau 1 K. Satuan kapasitas kalor adalah J/K
Asas Black Kekekalan energi pada pertukaran kalor, pertama kali diukur oleh Joseph Black (1728-1799). Asas Black menyatakan bahwa” Kalor yang dilepaskan benda panas (Q lepas) sama dengan kalor yang diterima benda dingin(Q terima)”.
KalorimeterKalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter umumnya digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Kalorimeter menggunakan teknik percampuran dua zat di dalam suatu wadah.
Contoh Soal Latihan
D. Perubahan Wujud Zat
Melebur/mencair adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Pada saat melebur, zat memerlukan kalor(panas) meskipun tidak mengalami kenaikan suhuKalor lebur adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat padat menjadi zat cair . Kalor lebur diberi simbol L dan satuannya J/kg.
Keterangan: Q = kalor (J) m = massa zat (kg) L = kalor lebur (J/kg)
Menguap adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi uap(gas). Pada waktu menguap, zat memerlukan kalor.Kalor uap adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1kg zat cair menjadi uap pada titik didih normalnya. Kalor uap diberi simbol U dan satuannya J/kg
Keterangan: Q = kalor (J) m = massa zat (kg) U = kalor uap (J/kg)
Mari Bereksperimen
Judul : Perubahan Wujud ZatTujuan : Mengetahui berbagai perubahan wujud zatAlat dan Bahan:Beker gelas, bunsen, kaki tiga, kasa, lilin, air, kapur barus, korek apiLangkah Percobaan:
1. Ambil sebuah lilin lalu nyalakan lilin dengan korek api. Apakah yang terjadi? Kemudian diamkan beberapa menit, amatilah yang terjadi!
2. Tuangkan air (100 ml) ke dalam beker gelas! Ukur temperatur awalnya menggunakan termometer t=... ºC. Panaskan air, amati dengan seksama apakah air dapat mendidih dan menguap? Ukurlah temperatur saat mendidih dan menguap t=... ºC! Hentikan pemanasan kemudian tutup beker gelas dengan penutup, apakah yang terjadi?
3. Tuangkan serbuk kapur barus (sedikit saja) ke dalam beker gelas. Ukur temperatur awal t=... ºC. Panaskan beker gelas berisi kapur barus dan amati apakah yang terjadi? Apakah kapur barus dapat mendidih dan menguap? Ukurlah temperatur kapur barus saat mendidih dan menguap t=... ºC! Hentikan pemanasan, tutuplah tabung dengan kertas. Setelah beberapa menit, apakah yang terjadi ? Apakah pada kertas terdapat butiran-butiran kapur barus? Coba anda raba dan anda bau!Tabel
Pertanyaan:1. Sebutkan dan jelaskan perubahan wujud apa sajakah yang teramati dari percobaan tersebut!2. Gambarlah diagram berbagai perubahan wujud zat pada percobaan tersebut!3. Proses perubahan wujud apa sajakah yang memerlukan kalor?4. Proses perubahan wujud apa sajakah yang melepeskan kalor?
Contoh Soal Latihan
E. Perpindahan KalorKonduksi adalah proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel. Jika anda membiarkan sebuah panci logam dalam api untuk waktu yang cukup lama, maka pegangan dari panci tersebut akan menjadi panas. Energi ditransfer dari api ke pegangan secara konduksi (termal).
Keterangan:Q/t = laju perpindahan kalor(J/s) k = konduktivitas termal bahan (W/m2 K) A = luas penampang bahan (m2)∆T = perbedaan suhu ujung-ujung logam (K) L = panjang atau tebal batang (m)
Keterangan:Ts = suhu sambunganT1 = suhu ujung bebas benda 1 T2 = suhu ujung bebas benda 2k1 = koefisien konduksi benda 1k2 = koefisien konduksi benda 2A1 = luas penampang benda 1
A2 = luas penampang benda 2 L1 = panjang benda 1L2 = panjang benda 2
Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri.
Ada 2 jenis konveksi :a. Konveksi Alamiah, pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang
menerima kalor (dipanasi) memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak ke atas. Tempatnya digantikan oleh air dingin yang massa jenisnya lebih besar.
b. Konveksi paksa, dapat terjadi ketika cairan yang dibuat untuk bergerak melalui dorongan eksternal. Misalnya pompa, fan, draf atau angin menyebabkan gerakan fluida lebih cepat.
Keterangan:Q/t = laju perpindahan kalor (J/s atau W) h = koefisien konveksi (W/m2 K) A = luas penampang (m2)∆T = kenaikan suhu (K)
Radiasi adalah proses perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik. Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk.Besar kelajuan kalor radiasi yang dipancarkan yaitu
Keterangan:Q/t = laju perpindahan kalor (J/s atau W)e = emisivitas bahan( untuk benda hitam sempurna e=1)A = luas penampang (m2)T = suhu mutlak(K)σ = nilai konstanta Stefan-Boltzmann adalah 5,67 x 10-8 W/m 2K4
Permukaan mengkilap(penyerap paling jelek) memiliki e=0 sedangkan penyerap sempurna sekaligus pemancar benda hitam sempurna memiliki e=1. Contoh radiasi seperti api unggun,
pendiangan rumah, termos dan rumah kaca dan lain-lain.
Contoh Soal Latihan
Kalor Laten Posted on Februari 24, 2011 by fisikabisa
Apabila kita memanaskan suatu benda, air misalnya, semakin lama si air bersentuhan dengan sumber panas
(misalnya nyala api), suhu air semakin bertambah. Dalam hal ini air mengalami perubahan suhu akibat adanya
tambahan kalor dari nyala api. Perlu diketahui bahwa adanya tambahan kalor tidak selamanya menyebabkan
perubahan suhu. Hal ini biasanya terjadi selama proses perubahan wujud suatu benda.
Siapkan es batu secukupnya, termometer dan pemanas (gunakan saja pemanas listrik kalau ada). Masukan
termometer ke dalam wadah yang berisi es batu dan tunggu sampai permukaan air raksa berhenti bergerak.
Selanjutnya, nyalakan pemanas listrik. Karena mendapat tambahan kalor dari pemanas listrik maka es batu
perlahan-lahan mencair. Seiring dengan mencairnya es batu, permukaan air raksa dalam termometer akan
bergerak naik. Meskipun es batu selalu mendapat tambahan kalor, pada suatu titik tertentu, permukaan air raksa
akan berhenti bergerak selama beberapa saat. Es batu memang tetap mencair, tapi suhunya tidak
berubah. Biasanya hal ini terjadi pada titik es alias titik beku normal air. Pada tekanan atm, titik es berada pada
0 oC. Ingat ya, titik es berubah terhadap tekanan, karenanya termometer yang dirimu pakai belum tentu
menunjuk angka 0oC.
Setelah parkir sebentar di titik es, permukaan air raksa akan jalan-jalan lagi. Semakin banyak kalor yang diserap
air, semakin panas air tersebut. Bertambahnya suhu air ditunjukkan oleh kenaikan permukaan air raksa dalam
termometer.Walaupun tetap mendapat tambahan kalor, ketika suhu air mencapai titik uap alias titik didih normal
air, permukaan air raksa akan berhenti jalan-jalan (suhu air tetap). Pada tekanan atm, titik uap berada pada
100 oC. Tambahan kalor yang diperoleh air dari pemanas listrik tidak membuat suhu air berubah. Tambahan
kalor tersebut hanya mengubah air menjadi uap. Amati grafik di bawah….
Grafik
ini menunjukkan proses perubahan suhu dan perubahan wujud air setelah pendapat tambahan kalor (pada
tekanan 1 atm). Penambahan kalor dari b – c tidak menyebabkan perubahan suhu, tetapi hanya meleburkan es
menjadi air. Demikian juga penambahan kalor dari d – e hanya mengubah air menjadi uap. Air hanya salah satu
contoh saja. Pada dasarnya semua benda akan mengalami proses yang sama jika benda tersebut dipanaskan.
Tambahan kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg benda dari wujud padat menjadi cair disebut kalor
peleburan. Kalor peleburan juga berkaitan dengan jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud benda
dari cair menjadi padat. Lambang kalor lebur = LF (F = fusion). Perlu diketahui bahwa kalor yang terlibat dalam
perubahan wujud benda tidak hanya bergantung pada kalor peleburan saja, tetapi juga massa benda tersebut.
Secara matematis bisa ditulis seperti ini :
Q = m LF
Keterangan :
Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan selama proses pencairan atau pembekuan
m = massa benda
LF = Kalor peleburan
Tambahan kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg benda dari wujud cair ke gas dinamakan kalor
penguapan. Kalor penguapan juga berkaitan dengan jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud
benda dari gas menjadi cair. Lambang kalor penguapan = LV (v = vaporization). Secara matematis, kalor yang
diperlukan atau kalor yang dilepaskan selama proses penguapan atau pengembunan bisa ditulis sebagai
berikut :
Q = m LV
Keterangan :
Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan selama proses penguapan atau pengembunan
m = massa benda
LF = Kalor penguapan
Kalor Peleburan dan Kalor Penguapan dikenal juga dengan julukan Kalor Laten. Lambang kalor Laten = L
Catatan :
Setiap benda mempunyai titik lebur dan titik didih yang berbeda-beda. Kalor peleburan dan kalor penguapan
setiap benda juga berbeda2. Lihat tabel di bawah.Benda Titik lebur Kalor lebur (LF) Titik didih Kalor penguapan (LV)
K oC J/Kg Kkal/Kg = Kal/g
K oC J/Kg Kkal/Kg = Kal/g
Helium - - - - 4,126 -268,93 20,9 x 103 5
Hidrogen 13,84 -259,31 58,6 x 103 14,1 20,26 -252,89 452 x 103 108,5
Nitrogen 63,18 -210 26 x 103 6,2 77,38 -195,8 200 x 103 48
Oksigen 54,36 -218,79 14 x 103 3,3 90,15 -183 210 x 103 51
Etanol 159 -114 104,2 x 103 239,75 351,15 78 850 x 103 204
Amonia 195,35 -77,8 33 x 103 8,0 239,75 -33,4 137 x 103 33
Raksa 234 -39 11,8 x 103 2,8 630 357 272 x 103 65,3
Air 273,15 0 334 x 103 79,5 373,15 100 2256 x 103 539
Sulfur 392 119 38,1 x 103 9,1 717,75 444,60 326 x 103 78,2
Timbal 600,5 327,3 24,5 x 103 5,9 2023 1750 871 x 103 209
Perak 1233,95 960,80 88,3 x 103 21,2 2466 2193 2336 x 103 560,6
Besi 2081,15 1808 289 x 103 69,1 3296,15 3023 6340 x 103 1520
Tembaga 1356 1083 134 x 103 32,2 1460 1187 5069 x 103 1216,6
Emas 1336,15 1063,00 64,5 x 103 15,5 2933 2660 1578 x 103 378,7
Contoh soal 1 :
Berapakah tambahan kalor yang diperlukan untuk mengubah 5 kg es batu menjadi air ?
Panduan Jawaban :
Q = mLF —- LF air = 79,5 kkal/kg (lihat tabel)
Q = (5 kg) (79,5 kkal/kg)
Q = 397,5 kkal = 397,5 Kalori (huruf K besar) = 397,5 x 103 kalori (huruf k kecil)
1 kkal = 1000 kalori = 4.186 Joule
397,5 kkal = 397,5 x 4.186 Joule = 1.663.935 Joule = 1,66 kJ (kilo Joule)
Untuk mengubah 5 kg es batu menjadi air, diperlukan tambahan kalor sebesar 397 kkal atau tambahan energi
sebesar 1,66 Joule
Contoh soal 2 :
Berapakah jumlah kalor yang harus dilepaskan untuk mengubah 5 kg air menjadi es ?
Panduan Jawaban :
Q = mLF —- LF air = 79,5 kkal/kg (lihat tabel)
Q = (5 kg) (79,5 kkal/kg)
Q = 397,5 kkal = 397,5 Kalori (huruf K besar) = 397,5 x 103 kalori (huruf k kecil)
1 kkal = 1000 kalori = 4.186 Joule
397,5 kkal = 397,5 x 4.186 Joule = 1.663.935 Joule = 1,66 kJ (kilo Joule)
Untuk mengubah 5 kg air menjadi es, kalor yang harus dilepaskan = 397 kkal atau pengurangan energi sebesar
1,66 Joule
Contoh soal 3 :
Berapakah energi yang diperlukan untuk mencairkan 2 kg emas ?
Panduan jawaban :
Q = mLF —- LF emas = 64,5 x 103 J/kg (lihat tabel)
Q = (2 kg) (64,5 x 103 J/kg)
Q = 129 x 103 Joule
