bab 4 suhu dan kalor 37-42

8/19/2019 Bab 4 Suhu Dan Kalor 37-42

http://slidepdf.com/reader/full/bab-4-suhu-dan-kalor-37-42 1/6

FISIKA

SUHU & KALORSUHU & KALOR

SUHU Adalah besaran yang menyatakanukuran derajat panas atau dinginnya suatu

benda yang diukur mengunakan termometer

zat cair dan pada umumnya menggunakan

raksa atau alkohol. Satuan suhu dalam SIadalah Kelvin (K), ahrenheit (!), "elcius (!")

dan #eamur (!#).

°" $ R

4

5

°" $ )32(F9

5 0−

°" $ K % &'°

°# $5

4°"

°# $ )32(F9

4 0−

°# $5

4(K &'°)

° $032

5

9+C

° $4

9 # * &!

° $00 273)}32F

5

9{( +−

°K$ °" * &'°

°K$ R45 * &'°

°K$ + 00 32)}273(F

5( +−

bd

b

bd

b

Y Y

Y Y

X X

X X

−

−

=

−

−

Modul Kelas X – 2013

ma

A. SUHU

. Alat untuk mengukur suhu dinamakan

termometer. -ermometer terbuat daritabung kaca yang tipis yang berisi raksa.

Keunggulan raksa

a. /apat dengan cepat mengambil panas

dari benda yang diukur suhunya sehingga

suhu raksa segera sama dengan suhu

benda tersebutb. #aksa tidak membasahi dinding

c. #aksa dapat digunakan untuk mengukur

suhu dari suhu rendah hingga suhu

tinggi. -itik beku raksa

%0!!

" dan titik didih 1!!

".d. #aksa mudah dilihat karena mengkilap

seperti perak

e. #aksa memiliki pemuaian yang teratur.

Kerugian raksa

a. 2arga mahal sekali

b. #aksa tidak dapat mengukur suhu yang

sangat rendah

c. #aksa merupakan zat beracun sehinggaberbahaya bila tabungnya pecah.

&. 3acam%macam termometer

a. -ermometer demam, untuk mengukursuhu tubuh

b. -ermometer dinding, untuk mengukur

suhu ruangan.

. Satuan Skala -ermometer

a. Termometer Celcius (C)Selisih suhu titik tetap atas dan titik

tetap ba4ah adalah !!!". 2al ini karena

titik tetap ba4ah adalah !!", sedangkan titik

tetap atas adalah !!!". 5erarti untuk

mendapatkan suhu !", jangkauan skalasuhu itu harus dibagi !! skala.

b. Termometer Reamur (R)

-itik tetap ba4ah !!# dan titik tetap atas6!!#. Selisih antara titik tersebut 6!!#.

berarti, untuk mendapatkan !#, selisih

tersebut harus dibagi 6! skala.

c. Termometer Fahrenheit (F)

-itik tetap ba4ah &! dan titik tetap

atas &&!. 5erarti, selisih suhu antara dua

titik tetap tersebut 6!!. 7ntuk

mendapatkan suhu !, selisih suhu itu

harus dibagi 6! skala

d. Termometer Kelvin (K)-itik tetap ba4ah &' K dan titik tetap

atas ' K. Selisih !! K, maka untuk

mendapatkan K selisih tersebut dibagi

dengan !! skala.

0. 8erbandingan dan 8erhitungan Skala

-ermometer

100

0

212 373

273320

C R F K

titik didih

air

titik lebur

es

80

Secara umum perbandinagan antar

termometer dirumuskan

/engan

X Suhu termometer X

b X -itik beku termometer X

d X -itik didih termometer X

Y Suhu termometer Y

b

Y

-itik beku termometerY

d Y -itik didih termometer Y

Perbandingan C : R : K : F = : ! : : "1. Konversi

7ntuk !!" $ &' K $ !!# $ &!

7ntuk 1!!" $ & K $ 0!!# $ &&!

7ntuk !!!" $ ' K $ 6!!# $ &&!

/alam perhitungan menjadi

LBB ANTOLOGI SELARAS DENGAN HATI



FISIKA

Q = m c ∆t

Q=mL

Q=mU

ΔtQC =

" $ m . c


Contoh Soal :

. &! °# $ 999.. °"

" $4

5#

4

5 . &! $ &1 °"

&. ' °# $ 999.. °K

K $ (4

5.:) * &' $ &; K

. :; ° $ 999.. °#

# $9

4(:;° &!) $

94 . : $ : °

B. KALOR

. Kalor merupakan salah satu bentuk energi

yang dapat berpindah dari benda bersuhu

tinggi ke benda bersuhu rendah.

&. Satuan kalor menurut SI adalah <oule (<).Satuan lain dari kalor adalah Kalori (kal),

dimana kal $ 0,& < atau < $ !,&0 kal

. <umlah kalor yang diserap atau dilepaskanzat, sebanding dengan massa zat, kalor

jenis zat, dan kenaikan atau penurunan

suhu zat. Secara matematis dapatdirumuskan

/engan

= $ kalor (<oule)

m $ massa zat (kg)

c $ kalor jenis (<>kg K)

?t $ perubahan suhu (K)0. Kalor #enis suatu zat (c) adalah bilangan

yang menyatakan banyaknya kalor yang

diperlukan untuk menaikkan suhu kg zat

sebesar !".

1. Ka$asitas Kalor (C) adalah jumlah kalor

yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan

suhu zat sebesar °". jika sejumlah kalor =

menghasilkan perubahan suhu sebesar ?t,maka kapasitas kalor dapat dirumuskan

/engan

" kapasitas kalor (<oule > K atau kal > K)

= kalor pada perubahan suhu tersebut (<

atau kal)?t perubahan suhu (K atau °")

<ika persamaan kapasitas kalor

dibandingkan dengan persamaan kalor jenis,

maka didapatkan persamaan

/engan

" kapasitas kalor benda (<>@")m massa benda (kg)c kalor jenis benda (<>kg @")

C.KALOR DAPAT MENGUBAHWUJUD ZAT

1. Kalor La!"Adalah bilangan yang menunjukkan jumlah

kalor yang dibutuhkan untuk merubah 4ujud

suatu zat tiap satu%satuan massa.

Kalor laten ada dua macam, yaitu kalorlebur>beku dan kalor didih>7ap.

a. M!l!#$r %a" M!&#!'$ 3elebur (mencair) adalah perubahan 4ujud

dari zat padat mejadi zat cair.

3embeku adalah perubahan 4ujud dari zat

cair menjadi zat padat.

-itik lebur adalah suhu zat ketika melebur.

-itik lebur dipengaruhi oleh tekanan dan

ketidakmurnian zat.

Kalor lebur adalah kalor dalam joule yangdiperlukan untuk meleburkan kg zat padatmenjadi kg zat cair pada titik leburnya.

Kalor beku adalah kalor yang dilepaskan

pada 4aktu kg zat cair membeku menjadi

kg zat padat pada titik bekunya,

dirumuskan

/engan

= $ kalor (<)

m $ massa (kg)

$ Kalor ebur>5eku (<>kg)

#. M!"($a) %a" M!"(!&#$" 3enguap adalah perubahan 4ujud dari zat

cair menjadi gas.

mengembun adalah perubahan 4ujud dari

gas menjadi zat cair.

3endidih adalah 8roses dimana gelembung%

gelembung uap terjadi didalam seluruh zat

cair dan dapat meninggalkan zat cair.

-itik didih adalah suhu zat ketika mendidih.-itik didih suatu zat dipengaruhi oleh

tekanan dan ketidakmurnian zat.

Kalor uap adalah banyaknya kalor dalam

joule yang diperlukan untuk menguapkan

kg zat cair menjadi kg gas pada titikdidihnya. /irumuskan




FISIKAModul Kelas X – 2013

/engan

= $ kalor (<),

m $ massa (kg)7 $ kalor uap (<>kg)

+. P!r$#a,a" Fa-!

Berdasarkan gambar Diperoleh :

= $ m . ces. (! -es)=& $ m .

= $ m . cair . (!! !)

=0 $ m . 7

=1 $ m . c uap. (- uap !!)

Contoh Soal 5erapa banyak kalor yang diperlukan untuk

mengubah & gram es pada suhu !@ " menjadi

uap air pada suhu !!@"B (c air $ 0.&!! <>kg @",es $ : <>g, dan 7air $ &.&:! <>g)

Penyelesaian /iketahui

m $ & g $ & C !% kg

∆ - $ !!@ !@ $ !!@ "

7air $ &.&:! <>ges $ : <>g

cair $ 0.&!! <>kg @"

/itanyakan =tot $ ...B

<a4ab

%& Proses 'ebur := $ m es $ & C : $ :'& <

% Proses menaian suhu :=& $ m cair ∆ - $ & C !% C 0.&!! C !!

$ 60! <

%* Proses $engua$an :

= $ m 7air $ & C &.&:! $ 0.0&! <=total $ = * =& * = $ :'& * 60! * 0.0&!

$ :.!& <

<adi, kalor yang dibutuhkan sebesar :.!& <

. A/a- Bla0' <ika benda panas dan dingin

dicampur>dikontakkan maka akan terjadi

perpindahan kalor. 3isalkan benda dingin

dengan suhu -, benda & panas suhu

akhirnya -c, maka

/engan Qlepas besar kalor yang diberikan (<)Qterima besar kalor yang diterima (<)

- suhu benda dingin

-& suhu benda panas

-c suhu akhir > campuran

Co"o, Soal Air sebanyak !,1 kg yang bersuhu !!@ " di

tuangkan ke dalam bejana dari aluminium yang

memiliki massa !,1 kg. <ika suhu a4al bejana

sebesar &1@ ", kalor jenis aluminium ;!! <>kg@", dan kalor jenis air 0.&!! <>kg @", maka

tentukan suhu kesetimbangan yang tercapaiD

(anggap tidak ada kalor yang mengalir ke

lingkungan)

Penyelesaian

/iketahui

mbjn $ !,1 kg E mair $ !,1 kg E -air $ !!@ "-bjn $ &1@ " E cair $ 0.&!! <>kg @"

cbjn $ ;!! <>kg @"

/itanyakan -termal $ ...B

<a4ab

=dilepas $ =diterima

m C cair C ∆ - air $ m C cbjn C ∆ - bjn

!,1 C 0.&!! C (!! -termal) $ !,1 C ;!! C (-termal &1)

&!.!!! &.!! -termal $ 01! -termal .&1!

&.11! -termal $ &&&.&1!

2550

250.222=

termal T

$ 6',1:@ "

<adi, suhu kesetimbangannya adalah

6',1:@ ".

D. PEMUAIAN

. 5ila benda dipanasi, maka gerakan partikel%partikel semakin cepat dan jarak antar

partikel makin besar, sehingga membuat

benda itu memuai.

&. <ika didinginkan, getaran partikel menjadi

lemah dan jarak antar partikel makin kecil,

sehingga benda itu menyusut.

. 8emuaian pada benda padat a. MUAI PANJANG

8emuaian terjadi ke arah memanjangnya


Qdilepas A = Qditerima B

m2 . c2 . (T 2 – Tc) = m1 . c1 . (Tc – T 1)



FISIKA

t l l ∆=∆ 0 α

)1(0 t l l t ∆+= α

)1(0 t A At ∆+= β

t V V ∆=∆ 0 γ

)1(0 t V V t

∆+= γ

L

T Ak

t

Q H

∆==


8emuaian berbagai zat padat dapat diselidiki

dengan menggunakan alat yang disebut alat

3usschenbroek.

Angka pertambahan panjang batang untuk

setiap kenaikan suhu !" disebut koeFisien

muai panjang. ambangnya adalahα

(alFa)dan satuannya per derajat celcius (>!")

P!r-a&aa" M$a3 Pa"a"(

/engan

$ 8ertambahan panjang E 0l l l t −=∆ (m)

$ KoeFisien muai panjang (>!")

$ 8anjang semula (m)

$ Kenaikan Suhu E 0t t t −=∆ (!")

Pa"a"( #aa"( -!!la,%3)a"a-'a" ( t

l )

#. MUAI LUAS

P!r-a&aa" M$a3 L$a-

t A A ∆=∆ 0 β

Keterangan

$ 8ertambahan luas E 0 A A A t −=∆ (m&) $ α 2 $ KoeFisien muai luas (>!")

$ 8anjang semula (m&)

$ Kenaikan Suhu E 0t t t −=∆ (!")

L$a- a',3r -!!la, %3)a"a-'a"5 t A 6

0. MUAI 7OLUM P!r-a&aa" M$a3 7ol$&

/engan

$ 8erubahan volum E 0V V V −=∆ (m)

$ α 3 $ KoeFisien muai ruang (>!") $ Golum semula (m)

$ Kenaikan SuhuE 0t t t −=∆ (!")

7ol$& a',3r -!!la,%3)a"a-'a" ( t

V )

0. 8ada zat cair yang diamati adalah

pertambahan volum, maka zat cair yang

tersebut mengalami pemuaian ruang

(volum).

1. Sama seperti zat cair, pemuaian gas

termasuk pemuaian volum atau pemuaian

ruangan.

:. 3anFaat yang diakibatkan karena pemuaiana. 5imetal

Adalah dua keping logam yang jenisnya

berbeda yang dikeling menjadi satu.

Karena jenis kedua logam berbeda, maka

koeFisien muai panjang pun berbeda.b. 3embuka tutup botol

c. 8engelingan yaitu melekatkan dua pelat

logam dengan menggunakan paku keling.

'. Anomali air

-idak seperti zat lain yang memuai jika

suhunya bertambah, air pada suhu !@"0@"akan menyusut bila dipanaskan dan

mempunyai volume minimum pada suhu

0 @". Hat lain yang memiliki siFat anomali iniadalah paraFin dan bismuth. 8erhatikan

gambar berikut iniD

Volume

minimum

Volume

0 o C 4 o C Suhu

Contoh Soal

Sebuah lempengan logam panjangnya 1! cmdan lebarnya 06 cm diberi kalor sehingga

suhunya berubah dari ! °" menjadi 6! °". <ika

koeFisien muai panjang logam 1 !%1 >K maka

pertambahan luas logam adalah ... .Penyelesaian :

Ao $ &!!! cm&

β $ &α → β $ !.!%1 >k

∆ t $ 6! ! $ 1! °"

∆ A$ Ao β ∆ t $ &!!!.!.!%1.1! $ ! cm&

E.PERPINDAHAN KALOR

Kalor bisa berpindah dari benda suhu tinggi

ke benda yang suhunya rendah melalui

&+ K,-.UKS/8ada benda padat, perpindahan panas tidak

diikuti perpindahan partikel. Secara

matematis cepat rambat panas (kalor)

dalam benda padat dirumuskan




FISIKA

T Aht

Q H ∆==

)(44

oT T Aet

Q H −== σ

Caaa" Konversi satuan kalor

<oule (<) $ !,&0 Kalori (kal) Atau

Kalori (kal) $ 0,60 <oule (<)


/engan

= $ kalor (<)

2 $ aju aliran kalor (<>s)

k $ koeFisien konduksivitas termal(<>m.s.K)

A $ luas penampang (m&)

?- $ perubahan suhu (K) $ panjang batang (m)t $ 4aktu (s)

+ K,-01KS/

8erpindahan panas diikuti oleh perpindahanpartikel.

/engan = $ kalor (<)

2 $ aju aliran kalor (<>s)h $ koeFisien konveksi (<>m&.s.K)

A $ luas penampang (m&)

?- $ perubahan suhu (K)

t $ 4aktu (s)

*+ R2./2S/ (P2-C2R2-)

8erpindahan kalor yang tidak memerlukan

zat perantara (medium)

/engan e $ emisitas bahan

J $ tetapan SteFan 5oltzman (1,:'.!%6 >m&K

- $ suhu permukaan benda (K)

-o $ suhu lingkungan (K)A $ luas penampang (m&)

5esarnya harga e tergantung pada macam

permukaan benda !≤ e

≤

8ermukaan hitam sempurna e = 1

Contoh soal :

. Sebuah batang alumunium dengan luas

penampang & cm& panjangnya 1! cm, jikaujung yang satu dimasukkan ke dalam air

mendidih dan ujung yang lain bersuhu tetap

0! °" dan koeFisien konduksi termal 1!!

<>m.s.K maka banyaknya kalor yang

berpindah dari ujung panas ke yang lebih

dingin dalam setengah menit adalah ... .Penyelesaian

2 $

tkA∆

$5,0

60.10.2.500 4−

$ & <>s

Kalor yang pindah dalam 21

menit $ &.!

$ :! <

A. Ura3a"

. Suatu benda menunjukkan 1!o", -entukan

suhu benda tersebut jika diukur dengan

thermometer

a)#eamur b) ahrenheit c) Kelvin

&. -ermometer L menunjukkan angka %&!o

pada titik beku air dan !o pada titik didih

air. Suhu '!oL sama dengan 9.o"

. Sebuah benda bermassa &!! Mram

memerlukan kalor sebesar &':! <oule,sehingga mengalami kenaikan suhu sebesar

!!" B 2itunglah Kapasitas kalor dan kalor

jenis B

0. Suatu zat massanya !,0 Kg, membeku pada

titik bekunya, dengan melepaskan kalorsebesar &6 Kilo<oule. 2itunglah kalor beku

zat tersebut B

1. 5erapa kalor yang dibutuhkan untuk

mengubah 1 kg es %!o" menjadi uap air

pada !o" D( c es $ &!! <>kg KE c air $06! <>kg KE c uap $ &!! <>kg KE v $

&&1:.! <>kg E F $ 0.! <>kg )

:. Ke dalam kalorimeter yang mempunyai

kapasitas kalor &! kal>o" dimasukkan &!! grair bersuhu !o" kemudian dimasukkan !!

gr logam bersuhu !!o" sehingga suhu

campurannya 1!o". -entukan kalor jenis

logam tersebutD (c air $ kal>gr o")

'. Suatu logam yang terbuat dari alumuniumpanjangnya & m pada suhu !@". 5ila

koeFisien muai panjang alumunium &1.!%:

>@". 5erapakah pertambahan pamjang

batang alumunium tersebut bila suhunyadinaikan 1!! " B

6. 8lat besi luasnya 0 m& pada suhu &!!". 5ila

suhunya dinaikan menjadi !!!", hitung

luasnya sekarangD

;. 5alok besi mula%mula volumenya &!! cm

pada suhu &!o" dipanaskan hingga '!o".<ika koeFisien muai panjang !%1 >o".


Soal

La3,a"



FISIKAModul Kelas X – 2013

-entukan pertambahan volume dan

volumenya sekarang D

!. Secangkir air kopi pahit bersuhu '! !"

bermassa &!! gram, kedalamnya

dituangkan susu sapi dingin dengan suhu

&!

!

" bermassa :! gram.<enis air kopi danair susu sama dengan kalor jenis air yaitu

kalori>gram!". 5erapakah suhu campuran

sesudah tercapai keadaan setimbang B

. 7dara bersuhu &1o" bertiup dari sekitarplat dasar yang mempunyai suhu

permukaan dipertahankan &&1o". 5erapa

jumlah kalor yang dipindahkan per meter

persegi dari kedua sisi plat tersebut jikadiketahui koeFisien perpindahan panasnya

6,: >m&KB

&. Sebatang besi masanya &!! grdimasukkan kedalam api unggun sehinggabersuhu ;!o ". <ika kalor jenis besi !!

joule>kgo ", berapa suhu akhir ketika besi

tersebut dicelupkan ke dalam bak mandi

berisi 1! kg air bersuhu ;o" kalor jenis air0&! joule>kgo".

B. P3l3,a" Ga"%a

. :& ! $ 99.!"

a. :.' c. 0,0 e. 10,!

b. &&,& d. 1&,&

&. -ermometer "elcius dan ahrenheit memiliki

suhu yang sama pada nilai9.a. %0!! c. !! e. 0!!

b. %&,1! d. 1!

. -hermometer dengan titik didih air :!o

dan titik beku air &!o. 5ila suatu benda

diukur dengan thermometer #eamursuhunya 0!o#, maka bila diukur dengan

thermometer suhunya sebesar 9 .a.

;!o

c. !o

e. &1o

b. !!o d. &!o

0. Sebatang baja (angka muai linier !%1 >o")

panjangnya !! cm pada suhu !o". 5ila

batang baja dinaikkan suhunya hingga

!o", maka pertambahan panjang batangtersebut adalah 9 . (dalam cm)

b. !, c. &! e. !,&

c. ,! d. !!,

1. 8anjang batang rel kereta api masing%

masing ! meter dipasang pada suhu &!N".

/iharap%kan pada suhu !N" rel tersebutsaling bersentuhan. KoeFisien muai rel

kereta api &.! : >N". <arak antara kedua

batang rel yang diperlukan pada suhu &!N"adalah 9 .a. !,: mm c. ,& mm e. ,: mmb. !,6 mm d. &,0 mm

:. &! gram es dengan suhu !o" dimasukkan

ke dalam :! gram air bersuhu 6!o", kalori

jenis es !,1 kal>gro" kalor lebur es 6! kal>gr.

Suhu akhir campuran air dan es 9 .a. &0,'1o" c. &6,'1o" e. 6,'1o"

b. &:,&1o" d. !,&1o"

'. <ika kalor jenis es !,11 kal>gro", maka untuk

menaikkan suhu 1! kg es dari 01o" ke 1o"

dibutuhkan kalor 9 . (dalam kalori)a. 6,' ! c. ,& !' e. , !:

b. ;,0 !0 d. ,& !6

6. Sepotong es bersuhu !o", dimasukkan ke

dalam :!! gram air yang bersuhu 0!o".

Setelah terjadi keseimbangan diperoleh suhuakhir !o". Apabila kalor jenis air kal>gro",

kalor lebur es 6! kal>gr, maka massa es yang

melebur adalah 9 .a. !, kg c. !,& kg e. !,! kgb. !,&1 kg d. !,1 kg

;. /ua batang logam K dan 3 memiliki ukuran

sama tetapi jenisnya berbeda, dilekatkan

seperti pada gambar di ba4ah. 7jung kiri Kbersuhu ;!o" dan ujung kanan 3 bersuhu

:!o". <ika koeFisien konduksi thermal logam

K adalah & kali koeFisien konduksi thermal

logam 3, maka suhu sambungan keduabatang tersebut adalah 9 .

a. 0!o"b. :! o"

c. 6! o"

d. ;! o"e. &! o"

90 o K M 0 o

!ts"suhusambun#an$

ts

!. MraFik di ba4ah menunjukkan hubungan

antara suhu dan kalor yang diserap oleh es.

100

0

3 9 20%&10 3 'oule

<ika kalor lebur es dianggap . !1

joule>kg, maka massa es yang melebur

adalah 9 .a. !,!& kg d. !, kg

b. !,! kg e. kg

c. !,& kg


bab 4 suhu dan kalor 37-42

Documents