1. suhu dan kalor

FISIKA DASAR II

Dosen Pengampu :1.Nurhidayah, S.Pd, M.Sc2.Samsidar, S.Si, M.Si

Silabus

1. Suhu dan Kalor

2. Termodinamika

3. Listrik

4. Magnet

5. Cahaya dan Optik

6. Teori Relativitas

•Tidak ada keributan/kebisingan selama proses pembelajaran.•Toleransi keterlambatan hanya 10 menit. •Selama proses pembelajaran berlangsung Handphone dimatikan.•Kecurangan selama perkuliahan baik dalam absensi, tugas dan ujian dianggap tidak lulus.•Pengumpulan tugas ditetapkan sesuai jadwal dan bagi yang terlambat nilai nol.•Kehadiran < 75% tidak boleh ikut ujian.

Kontrak Perkuliahan

SUHU DAN KALOR

12/03/2015

5

Suhu dan kalor merupakan suatu fenomena yang lain dalam bidang fisika. Kalau dalam mekanika keadaan setimbang suatu sistem mekanik dapat dinyatakan dalam besaran-besaran dasar seperti panjang , massa dan waktu maka dalam fenomena panas diperlukan besaran lain ; yaitu panas atau kalor

• Suhu : menyatakan ukuran kuantitatif keadaan panas dinginnya suatu benda

• Panas (kalor) : menyatakan ukuran energi panas yang terdapat pada suatu benda karena pengaruh perbedaan suhu

0 K 0 C 0 R 0 F

Titik uap 373 100 672 212Titik beku 273 0 492 32Titikmutlak 0 -273 0 -460 6

• Alat ukur suhu ( termometer) Prinsip kerja termometer adalah berdasarkan pada pemuaian atau panas yang dipancarkan

• Standar skala suhu : Titik tripel air (273.16 0C) Titik didih air (373.16 0C)

• Skala termometer : Perbandingan skala termometer Kelvin , Celcius , Rankine dan Fahrenheit

SKALA SUHU

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)

Perbandingan beberapa skala thermometer

Konversi antara skala Celsius dan skala Fahrenheit

Konversi antara skala Celsius dan skala Reamur

Konversi antara skala Fahrenheit dan skala Reamur

9

• Hubungan antara suhu Celsius (tC ) dengan suhu Kelvin (TK)

tC = TK – 273.16

• Hubungan antara Rankin dengan Kelvin TR = 9 / 5 TK

• Hubungan antara Celsius dengan Fahrenheit tC = 5 / 9 ( tF - 320 )

Kesetimbangan termal : beberapa buah sistem yang berada dalam keadaan tingkat suhu yang sama

KALOR Kalor adalah salah satu bentuk energi yang mengalir karena

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

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

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

Kapasitas kalor ( C ) adalah banyaknya kalor yang digunakan untuk menaikkan 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.

PERUBAHAN WUJUD ZAT• Kita kenal ada tiga wujud zat, yaitu padat, cair, dan gas. Pada umumnya

semua zat pada suhu dan tekanan tertentu dapat berubah dari satu wujud ke wujud yang lain. Misalkan H20 pada wujud 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 atau

disentuhkan, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepas kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah.

• Q lepas = Q serap• Kekekalan energi pada pertukaran kalor seperti persamaan diatas

pertama kali dikemukakan oleh Black seorang ilmuwan Inggris.

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.ΔT1=m2.c2.ΔT2

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

2t-60 = 80-t

3t = 140

t = 46,7 OC

17

Contoh 1 : Kalorimeter ( cCU = 0.093 kal / (gr. 0C)) massa nya 100 gram , berisi 150 gram air dan 8 gram es. Ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram timah ( cPb = 0.031 kal / (gr.0C )) bersuhu 200 0C . Berapa suhu akhir sistem ? (cair = 1kal / (gr.0C)) Jawaban : Qdilepas = Qditerima Qdilepas = 100 gr x 0.031 kal/(gr.0C) x (200 0C - t)

18

Qditerima = 8 gr x 80 kal/gr + (8 + 150)gr x kal/(gr. 0C) x t + 100 gr x 0.093 kal/(gr. 0C) x t 170.4 t = -20 0C → t = - 0.12 0C t negatif berarti tidak semua es melebur Jumlah es yang melebur adalah : 80 kal/gr = 100 gr x 0.031 kal/(gr. 0C) x 200 0C M = 7.75 gram

Suhu dan Pemuaian • Pada Kehidupan Sehari-hari temperatur merupakan indikator panas atau

dinginya benda

Es Dikatakan Bertemperatur Rendah Api Dikatakan Bertemperatur Tinggi

Pemuaian

• ΔL = αLoΔT

• ΔA = βAoΔT

• ΔV = γVoΔT

•Suatu zat jika dipanaskan pada umumnya akan memuai dan menyusut jika didinginkan

ΔL, ΔA, ΔV = Perubahan panjang, luas dan volume

L0, Ao, Vo = Panjang, luas dan volume awalΔT = Perubahan suhu(0C)

α, β, γ= Koefisien muai panjang, luas danvolume (0C-1)γ= 3α dan β= 2α

- Alat Yang Di Gunakan Untuk Mengukur Temperatur Di Sebut Termometer

- Untuk Mengukur Temperatur Secara Kuantitatif, perlu skala numerik seperti °C, °R, K, °F

PEMUAIAN ZAT PADAT1. PEMUAIAN PANJANG Dari gambar di samping, diperoleha. lt = … atau Δl = ….b. Koefisien muai panjang(α) suatu

bahan adalah perbandingan antara pertambahan panjang(Δl) terhadap panjang mula-mula(lо) persatuan kenaikan suhu(Δt). Secara matematis dinyatakan:α = … atau Δl = … ,sehingga lt = ………………

c. Apa satuan α dan tuliskan dimensinya.

lo

lt

Δl

lo = initial length

lt = panjang pada suhu t

Δl = the length increases

to = suhu awal

t = suhu akhir

α = coefficient of linier expansion

Contoh Soal:Pemuaian Zat Padat1. Sebatang baja berpenampang kecil yang

panjangnya 20 meter bersuhu 20OC. Baja mengalami pemanasan sampai suhu 40OC kemudian didinginkan sampai suhu -30OC. Berapakah perbedaan thd pjng awal?.

Penyelesaian:αbaja= 12. 10-6 /OC

a. Δl = lO α Δt

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

= 4,8 mm

b. Δl = lO α Δt

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

= -12 mm

2. Sebuah plat baja berbentukpersegi dengan sisi 30 cm bersuhu 30OC. Bila Plat Baja dipanaskan sampai 130 OC,tentukan luas baja sekarang?.

Penyelesaian: β=2.α

ΔA = AO β Δt

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

= 2,38 cm2

At = AO+ ΔA

= 900 cm2 + 2,38 cm2

= 902,38 cm2

Cara lain: (coba dihitung)

At = AO(1+ β Δt)

PEMUAIAN ZAT CAIR

• Formula:Vt = VO ( 1 + Δt )

Keterangan: = koef. Muai volume zat cair (diket. Dari data muai volume zat cair)

Penyelesaian:

Diket: Ditanya: Vt?

VO = 2 liter

Δt = 50OC-20OC= 30OC

= 210. 10-6/OC

Jawab: Vt = VO ( 1 + Δ 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?(γ=210.10-6/OC)

PEMUAIAN GAS• Formula:

Vt = VO ( 1 + Δ t )

Keterangan: = koef. Muai volume gas

= 1/273T = suhu harus dlm Kelvin Maka formula dapat dalambentuk:

Contoh:

Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27OC. 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

TV

TV

literV

VTV

TV

33,2350300

2

2

2

2

2

1

1

PERAMBATAN KALOR1. Konduksi

Perambatan 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 dalam kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)Formula:

)(.12 TT

LAk

tQ

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

A = luas penampang (m2)

L = panjang bahan (m)

K = kondusivitas bahan (W/m.K)

Δ T = selisih suhu (OC atau K)

2. KonveksiPerpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair dan gas. Pada perpindahan kalor ini bagian 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 kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)

Formula:

).(. 12 TTAhtQ

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

A = luas penampang (m2)

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

Δ T = selisih suhu (OC atau K)

Contoh Soal Perpindahan Kalor1. Balok besi berpenampang kecil dengan suhu

kedua ujung dibuat tetap yaitu 500OC dan 100OC. 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 ΔT=400K

2/600004005,0

75.

mWTLk

AtQ

3. Sebuah benda sumber panas mempunyai luas permukaan 10 cm2 dan emisivitasnya 0,4 bersuhu 727OC. Hitung kalor yang dipancarkan benda selama 1 menit.

Penyelesaian:A=10 cm2=0,001 m2 ε= 0,4T=727+273=1000K σ= 5,67.10-8 W/m2.K4

t=60 sekon Q?

Q= ε.σ.A.T4.t = 0,4. 5,67.10-8. 0,001. (1000)4.60 = 136,08 j