konsep temperatur

Download Konsep temperatur

Post on 08-Jul-2015

8.530 views

Category:

Education

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 1. KONSEP TEMPERATUR*

    Temperatur adalah derajat panas suatu benda. Dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal apabila temperaturnya sama.

    Kalor (heat) adalah energi yang mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah.

    Menurut hukum ke Nol Termodinamika :

    Jika benda A berada dalam keseimbangan termal dengan benda B, sedang B setimbang termal dengan benda C, maka ketiga benda dalam keseimbangan termal satu terhadap lainnya.

  • SKALA TEMPERATUR* Untuk mengukur temperatur digunakan termometer yang memanfaatkan sifat bahan tertentu yang memuai jika temperaturnya naik, misalkan bahan Air Raksa (Hg) Skala temperatur ditentukan oleh dua suhu referensi.

    1. Titik Beku Air Suhu dimana air membeku pada tekanan satu atmosfer (1 atm).

    2. Titik Didih Air Suhu dimana air mendidih pada tekanan satu atmosfer (1 atm).

  • *Beberapa Skala TemperaturTitik beku airTitik didih airCelciusFahrenheitKelvinRankin010032212273373492672

  • Konversi Skala Temperatur*Skala temperatur merupakan skala linier, sehingga hubungan antara penujukan suhu benda menurut masing-masing Termometer merupakan hubungan linier.Satuan suhu menurut sistem satuan internasional adalah kelvin (K).T2 = a T1 + bBerdasarkan data titik beku dan titik didih air, dapat diperoleh nilai a dan b.Sebagai suatu contoh : K = C + 273F = 1,8 C + 32RK = 1,8 C + 492

  • CONTOH*1.Suhu suatu zat cair diukur menggunakan termometer X dan termometer berskala Celcius. Ketika Celcius menunjukkan 20, termometer X menunjukkan 68. Sedangkan ketika Celcius menunjukkan 60, termometer X menunjukkan 140. Berdasarkan skala manakah termometer-X tersebut dibuat ?

    2.Ubahlah pernyataan berikut ke dalam satuan internasional : Benda yang suhuhnya 27 oC dipanaskan hingga suhunya naik 27 oC menjadi 54 oC.

  • 2. KONSEP PEMUAIAN*2.1 Muai Panjang Ukuran suatu benda akan beubah bila suhunya dinaikkan. Kebanyakan benda berekspansi jika dipanaskan dan menyusut bila didinginkan. Jika Lo adalah panjang benda mula-mula pada suhu To, berekspansi secara linier pada waktu T dan panjang L. Maka pertambahan panjangnya L akan sebanding dengan panjang mula-mula Lo, yaitu L = Lo T, atau : L = Lo (1 + T ) = koefisien muai panjang dengan satuan K -1.Misalnya jika harga tembaga 17 x 106 /C0 artinya batang tembaga pada 0oC panjangnya 1 cm, kalau dipanaskan sampai 1oC akan bertambah panjangnya 0,000017 cm.Pada tingkat mikroskopik, ekspansi termal pada zat padat ada penambahan jarak pemisahan rata-rata di antara atom-atom di dalam zat.Untuk bahan isotropik, perubahan panjang untuk sebuah perubahan temperatur adalah sama untuk semua garis di dalam zat.

  • *2.2. Muai Luas Jika suhu suatu bidang bertambah T, maka luas bidang tersebut akan bertambah sebedar A,

    A = Ao T dimana : koefisien muai luas dengan satuab K -1 , (untuk benda padat isotropik 2 )

    2.3. Muai Volume Jika suhu suatu bidang bertambah T, maka volume benda akan bertambah V yang memenuhi hubungan :

    V = Vo T dimana : koefisien muai volume dengan satuan K -1 , (untuk benda padat isotropik 3 )

  • CONTOH*Sebuah lempeng berbentuk lingkaran dipanaskan sehingga diameternya bertambah 1 %. Berapa % kah pertambahan luasnya ?Jika digambarkan hubungan antara pertambahan panjang terhadap suhu untuk suatu benda yang koefisie muainya konstan (dalam interval yang sangat besar), akan diperoleh kurva garis lengkung. Tentukan fungsi kelengkungan tersebut ?Sebuah cincin berongga berupa sebuahpelat berongga seperti ditunjukkan olehgambar di samping ini. Jika cincin dipanasi, maka ukuran rongganya akan :a. makin besarb. makin kecilc. tetap

  • *3. KALOR DAN PERPINDAHAN KALOR3.1. Kuantitas Kalor Kalor adalah energi termal yang mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah. Satuan kalor adalah Joule, kalori dan BTU (British Thermal Unit), dimana 1 Kal = 4,186 Joule Satu kilogram kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 10 C untuk 1 kilogram air. Kapasitas kalor C adalah banyaknya kalor yang diserap benda untuk menaikkan suhu satu satuan suhu (SI = 1 K)C = Q/TC = dQ/dTdimana satuan kapasitas panas (C) adalah kal/oC, Joule/kelvin. Untuk memperoleh suatu harga kapasitas yang khas didefinisikan kapasitas kalor spesifik (kalor jenis) c, yaitu kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda per satuan massa per satuan suhu. c = C/m c = Q/(m T)dimana satuan kapasitas panas jenis (c) adalah kal/gram. oC atau J kg-1 K-1.

  • *Jumlah kalor yang harus diberikan kepada sebuah benda bermassa m dan mempunyai kalorjenis c, untuk menaikan temperaturnya adalah : Tf Q = m c dT Ti Persamaan ini digunakan dalam prinsip kerja Kalorimeter. Kalorimeter digunakan untuk mengukur jumlah kalor. Ada dua jenis kalorimeter yaitu kalorimeter air dan kalorimeter arus kontinu.Berdasarkan prinsip bahwa kalor yang diberikan sama dengan kalor yang diterima, maka persamaan yang berlaku adalah :

    mL cL (TL - Tw) = (ma ca + mk ck ) (Tw - Tak)

    dimana : L = logam tertentu, a = air, k = kalorimeter, w = keadaan akhir

  • *3.2. Perpindahan KalorKonduksi Konduksi panas/hantaran adalah perpindahan energi termal atau kalor dalam molekul zat yang berdekatan tanpa perubahan molekul itu sendiri, akibat perbedaan temperatur. H Q / t H = - k A (dT/dx) H = k A (T2-T1) / L dimana : H = Arus Kalor [joule/s] k = konduktivitas termal zat [(kkal/detik.m).oC ; J/s.m.K] b.Konveksi Konveksi adalah perpindahan panas dari suatu tempat ketempat yang lain yang dibawa oleh fluida panas itu. Jika fluida yang dipanaskan itu dipompa /didorong oleh bahan lain disebut konveksi paksa, kalau fluida mengalir karena perbedaan kerapatan disebabkan perbedaan temperatur disebut konveksi alamiah/bebasLaju aliran panas konveksi dinyatakan oleh : H = hc A t hc ; koefisien konveksi

  • *c.Radiasi Radiasi adalah perpindahan energi melalui gelombang elektromagnetik. Pemancaran energi ini tidak memerlukan media material penghantar. Energi ini disebut energi radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik, tetapi dengan intensitas berbeda. Benda hitam (Black Body) adalah benda yang mampu menyerap hampir seluruh energi radiasi yang menimpanya. Jumlah energi radiasi yang dipancarkan persatuan waktu persatuan luas oleh benda hitam adalah I = e A T4 dimana :I : daya yang dipancarkan ke satu satuan luas = dP/dAe : daya pancar permukaan bahan (emisivitas); 0
  • 4. GAS IDEAL DAN TEORI KINETIK*4.1 Hukum-Hukum GasHasil eksperimen Boyle menunjukan jika gas temperaturnya dibuat tetap maka perubahan volume sistem akan diikuti dengan perubahan tekanan. Sehingga hasil kali volume dan tekanannya tetap . V 1 / P PV = konstan, atau P1V1 = P2V2 (Hukum Boyle)Persamaan ini tepat untuk gas ideal yaitu gas yang energi ikat antar molekulnya dapat diabaikan.Charles melakukan pendekatan untuk tekanan yang konstan, maka volume gas akan berbanding lurus terhadap temperatur absolut (273,15 oC). Hasil yang didapat adalah V TGay-Lussac mengukur koefisien muai ruang pada tekanan konstan. Hasil percobaannya menunjukkan tekana gas berbanding lurus dengan temperatur absolut: P T

  • 4.2. Persamaan Tingkat Keadaan Gas IdealTingkat keadaan sistem dinyatakan sebagai kondisi fisis sistem. Keadaan sistem bermassa m ditunjukkan oleh besaran P, V, T [Tekanan, Volume dan Temperatur]. Hubungan ketiga besaran ini disebut Persamaan Tingkat Keadaan Gas Ideal, yaitu

    (Hukum Boyle-Gay Lussac)*

  • Teori Kinetik Gas*Model Mikroskopis Gas Ideal

    Gas ideal terdiri dari zarah yang jumlahnya amat besarZarah-zarah itu tersebar merata dalam sluruh ruang yang tersediaZarah-zarah itu senantiasa bergerak secara acak ke segala arahJarak antar zarah jauh lebih besar daripada ukuran zarahTidak ada gaya interaksi antar zarah kecuali saat terjadi tumbukanSemua tumbukan bersifat elastis sempurnaHukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

  • *

    Secara mikroskopik tekanan gas dicari dengan teori kinetik, dimisalkan sebuah kotak berisi N partikel.AlzxySeandainya partikel tidak saling bertumbukan, dan hanya akan bertumbukan pada dinding kotakPerubahan momentum untuk satu tumbukan :(mv) = mvx - (-mvx) = 2 mvx Selang waktu antara dua kali tumbukan pada dinding sebesar t = 2l/vx Gaya rata-rata untuk beberapa tumbukan : (mv) 2 mvx mvx 2 F = = = t 2l/vx l

  • *Gaya pada dinding untuk N partikel m m _ F = ( vx1 2 + vx2 2 + .. + vxN 2 ) = N vx 2 l l _ _ _ _ _ _ _ dimana v 2 = vx 2 + vy 2 + vz 2 , dan vx 2 = vy 2 = vz 2 _ _ atau v 2 = 3 vx 2 Hasil substitusi diperoleh _ m v 2 F = N l 3Tekanan pada dinding menjadi, _ _ 1 Nmv 2 1 Nmv 2 P = F/A = = 3 A l 3 V dapat ditulis lebih jelas : 2 _PV = N ( mv 2 ) 3 P V = 2/3 Ek

  • Teori Ekipartisi Energi*Energi Kinetik rata-rata setiap partikel gas ideal per derajat kebebasasn adalah :Ek = kTdengan k merupakan konstanta Boltzmann : k = 1,38 . 10-23 J/K Gas ideal monoatomik memiliki 3 derajat kebebasan, yaitu kebebasan translasi, sehingga Ek = 3 x kT. Dengan demikian PV = NkTGas ideal diatomikPada suhu randah derajat kebebasannya 3 (translasi) sehingga :Ek = 3 x kT.Pada suhu sedang, d