Fisika Umum (MA-301)

Topik hari ini

Suhu dan Kalor

Keadaan/Wujud Zat

ES(H2O Padat)

ES(H2O Padat)

AIR (H2O Cair)

AIR (H2O Cair)

UAP (H2O Gas)

UAP (H2O Gas)

RIVIEW

Secara mikroskopis, apa perbedaan ketiga jenis keadaan/wujud zat tersebut?

Secara mikroskopis, apa perbedaan ketiga jenis keadaan/wujud zat tersebut?

Gerakan atom-atom/molekul penyusunnya

ENERGI KINETIKEnergi kinetik rata-rata tiap partikel sebanding dengan sifat yang dapat kita rasakan: Seberapa panas suatu benda?

Semakin panas keadaan suatu zat padat, cair atau gas, maka atom-atom/molekul penyusunnya bergerak makin cepat

sehingga energi kinetiknya makin besar

Seberapa panas suatu benda?

TEMPERATURatau

SUHU

Alat Ukur: TERMOMETER

Skala Temperatur

Dituliskan dalam bentuk bilangan yang menyatakan derajat panas suatu benda.

Termometer dapat di kalibrasi dengan menempatkannya dalam kontak termal dengan suhu lingkungan yang dijaga konstan

Lingkungan bisa berupa campuran es dan air dalam kesetimbangan termal

Juga bisa digunakan air dan uap dalam kesetimbangan termal

Skala Celsius (Anders Celsius : Swedia)

►Suhu dari campuran es dan air ditetapkan pada 0º C Nilai ini adalah titik beku air

►Suhu campuran air dan uap ditetapkan pada 100º C Nilai ini adalah titik didih air

►Selang antara titik-titik ini dibagi menjadi 100 bagian

Skala Kelvin (Lord Kelvin : Skotlandia)

►Berdasarkan Energi►Angka 0 menyatakan bahwa zat tidak

memiliki energi kinetik►Suhu ini disebut nol mutlak►Titik ini merupakan titik nol dari skala

Kelvin 0 K = –273.15º C

►Untuk mengubah: TC = TK – 273.15►Tidak ada bilangan negatif dalam skala

Kelvin

Beberapa Suhu Kelvin► Beberapa mewakili

suhu Kelvin ► Catatan, skala ini

logaritmik► Nol mutlak tidak

pernah tercapai

Skala Fahrenheit

►Skala yang banyak digunakan dalam USA

►Suhu titik beku adalah 32º►Suhu titk didih adalah 212º►Titiknya dibagi menjadi 180 bagian

Perbandingan Skala Suhu

273.15

932

59

5

C K

F C

F C

T T

T T

T T

Energi Internal vs. Kalor

► Energi internal, adalah energi total yang dimiliki oleh suatu zat Termasuk energi kinetik dan potensial

diasosiasikan dengan gerak translasi, rotasi dan vibrasi acak dari atom atau molekul

Juga termasuk energi potensial interaksi antar molekul

► Kalor adalah energi yang ditransfer antara sistem dan lingkungan karena perbedaan suhu antara keduanya Simbol kalor adalah Q

Satuan dari Kalor

► Kalori (calorie) Sebuah satuan historis, sebelum hubungan antara

termodinamika dan mekanika dikenal Satu kalori (calorie) adalah jumlah energi yang diperlukan

untuk menaikkan suhu 1 gram air dari 14.5° C menjadi 15.5° C .

►Satuan energi pada makanan adalah Calorie = 1000 calorie

► Joule 1 kal = 4,186 J Ini dinamakan Kalor Ekivalen Mekanik

► BTU (US Customary Unit) BTU singkatan dari British Thermal Unit Satu BTU adalah energi yang diperlukan untuk menaikkan

suhu 1 pon (lb) air dari 63° F menjadi 64° F 1 BTU = 252 kal = 1,054 kJ

Satuan

SI Joule (J)

CGS Kalori (kal)

USA & UK BTU (btu)

http://surya554sangtrainer.files.wordpress.com/2008/07/pizza1.jpg

Kalor Jenis

► Setiap zat memerlukan sejumlah energi per satuan massa yang berbeda untuk mengubah suhunya sebesar 1° C

► Kalor Jenis, c, dari suatu zat adalah ukuran dari jumlah ini

Tm

Qc

Satuan

SI Joule/kg °C (J/kg °C)

CGS Kalori/g °C (kal/g °C )

Konsekuensi dari Perbedaan Kalor Jenis

Angin Darat & Laut► Air laut memiliki

kalor jenis yang lebih tinggi dibandingkan daratan

► Pada hari yang panas, udara di atas daratan panas lebih cepat

► Udara panas mengalir ke atas dan udara yang dingin bergerak menuju pantai

CkgJc

CkgJc

OH

Si

4186

700

2

Apa yang terjadi pada malam hari?

Konsekuensi perbedaan kalor jenis

Tanah lebih panas dari laut

Udara dingin turun Udara panas naik

Angin laut (konveksi)

Laut

Siang hari

Konsekuensi perbedaan kalor jenis

Tanah lebih dingin dari laut

Udara dingin turunUdara panas naik

Angin darat (konveksi)

Laut

Malam hari

Mengukur Kalor Jenis?

►Alat untuk menentukan kalor jenis suatu zat adalah Kalorimeter

►Kalorimeter adalah sebuah wadah yang terbuat dari bahan isolator yang baik yang memungkinkan kesetimbangan termal terjadi antara zat tanpa adanya energi yang hilang ke lingkungan

Pemuaian Termal Mengapa bisa terjadi, apa penyebabnya?

► Pemuaian termal sebuah benda adalah konsekuensi dari perubahan jarak rata-rata antara atom atau molekul

► Pada suhu kamar, molekul bervibrasi dengan amplitudo yang kecil

► Dengan pertambahan suhu, amplitudo pun bertambah Hal ini menyebabkan seluruh bagian benda

memuai

Anomali Air

► Pada saat suhu air meningkat dari 0ºC sampai 4 ºC, air menyusut dan kerapatannya bertambah

► Diatas 4 ºC, air menunjukan pemuaian yang sesuai dengan peningkatan suhu

► Kerapatan maksimum dari air adalah 1000 kg/m3 pada 4 ºC

Mengapa bisa terjadi!

V

T

V

T

Volume berkurang akibat runtuhnya struktur kristal ketika berubah dari fase padat (es) ke fasa cair. Pada suhu sekitar 10oC struktur kristal runtuh seluruhnya.

Volume bertambah akibat perenggangan molekul-molekul air pada saat suhunya meningkat.

OHH

OHH

OHH

OHHO

HH

OHH

OHH

OHH

OHH

OHH

OHH

OH

H

OHH

OH H

OH H

OH

H

OHH

V

T4

Gabungan kedua grafik

T4

Pertanyaan:Pada musim dingin, permukaan danau membeku, tetapi bagian bawah danau masih berwujud cair, mengapa ini bisa terjadi?, apakah makhluk hidup masih bisa bertahan pada kondisi seperti ini!

Es (0oC)

1oC

2oC

3oC

4oC

Fenomena pembekuan permukaan danau

Musim dingin (suhu rendah sekali)

Suhu lebih rendah

Suhu lebih tinggi

Alur konveksi

Arus konveksi akan terus terjadi hingga suhu air di dasar danau mencapai 4oC. Ketika mencapai 4oC massa jenis air akan paling tinggi, sehingga meskipun suhu air di atasnya lebih rendah dari 4oC, arus konveksi tidak terjadi lagi. Permukaan air bagian atas akan turun hingga 0oC dan membeku, sedangkan suhu air dalam danau akan meningkat terhadap kedalaman dari 0 hingga 4oC.

Mekanisme pembekuan permukaan danau

Titik beku 0°C hanyalah berlaku pada air tawar (air yang tidak terkena campuran zat lain).

Pada air laut titik beku dipengaruhi oleh kandungan kadar garam .Kandungan kadar garam lautan tidaklah sama. Garam dapat menurunkan titik beku air.

Titik beku pada air laut dengan kadar garam sebanyak 3,5% adalah sekitar - 1,9°C. Ikan (di daerah kutub), tubuhnya dilengkapi dengan Protein yang dapat mencegah

terjadinya pembentukan kristal es di sel darahnya, yang dikenal dengan Antifreeze-Proteine (AFP).

Tanpa adanya AFP darah ikan akan membeku pada temperatur -0,9°C.

Ikan di Air Laut Kutub

Transfer Kalor

►Kalor mengalir dari sesuatu yang panas ke sesuatu yang dingin

►Prosesnya meliputi: Konduksi Konveksi Radiasi

1. Konduksi

►Proses transfer dapat ditinjau pada skala atom Pertukaran energi antara partikel-partikel

mikroskopik akibat tumbukan Partikel yang energinya lebih rendah

memperoleh tambahan energi selama proses tumbukan dari partikel yang energinya lebih besar

►Laju konduksi bergantung pada sifat zat

Contoh konduksi

► Vibrasi molekul disekitar posisi kesetimbangan

► Partikel yang lebih dekat dengan api bervibrasi dengan amplitudo yang lebih besar

► Menumbuk partikel tetangga dan mentransfer energi

► Akhirnya, energi menjalar ke seluruh batang

Konduksi dapat terjadi hanya jika terdapat perbedaan suhu antara dua bagian dari medium pengkonduksi

2. Konveksi

►Transfer energi akibat pergerakan dari zat Ketika pergerakan dihasilkan dari

perbedaan kerapatan, disebut konveksi alami

Ketika pergerakan didorong/dipaksa oleh “gaya”, disebut konveksi terpaksa

Contoh konveksi

► Udara di atas api dipanaskan dan mengembang

► Kerapatan udara menurun

► Massa dari udara memanasi tangan

Pergerakan molekul-molekul air pada suatu wadah yang dipanaskan

Contoh konveksi

Contoh konveksiAngin Darat dan Angin Laut

Pertanyaan

►Mengapa udara yang hangat/panas bergerak naik?

►Mengapa di puncak gunung terasa dingin?

►Mengapa udara yang mengembang/memuai, terasa dingin?