TEMPERATURE AND HEAD

(SUHU DAN KALOR)

I. TEMPERATURE

(SUHU)

Suhu merupakan ukuran relative panas dinginnya suatu benda atau sistem. Alat ukur untuk mengukur perubahan suhu yaitu thermometer, ada beberapa jenis thermometer yang memiliki skala bawah dengan acuan es pada saat membeku dan skala atas dengan acuan air mendidih. 0C = Thermometer Celcius 0K = Thermometer Kelvin 0F = Thermometer Fahrenheit 0R = Thermometer Reamur

Acuan ini ditentukan pada

tekanan 1 atm = 76 cm Hg

Figure 1.

Hubungan antara temometer satu dengan yang lain dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

tA1 = Batas atas thermometer 1 tA2 = Batas atas thermometer 2 tA1 = Batas bawah thermometer 1 tA2 = Batas bawah thermometer 2 t1 = Suhu yang terbaca pada thermometer 1 t2 = Suhu yang terbaca pada thermometer 2

CHAPTER 6

22

11

22

11

B

B

BA

BA

tt

tt

tt

tt

−

−=

−

−

II. HEAD

(KALOR)

Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun atau wujud benda berubah.

A. BEBERAPA PENGERTIAN KALOR

1 kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1ºC.

1 kalori = 4.18 joule 1 joule = 0.24 kalori

Kapasitas kalor (H) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh zat untuk menaikkan suhunya 1ºC (satuan kalori/ºC).

Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1ºC (satuan kalori/gram.ºC atau kkal/kg ºC).

Kalor yang digunakan untuk menaikkan/menurunkan suhu tanpa mengubah wujud zat:

Q = kalor yang di lepas/diterima C = kapasitas kalor ∆t = kenaikan/penurunan suhu m = massa benda c = kalor jenis

Kalor yang diserap/dilepaskan (Q) dalam proses perubahan wujud benda:

m = massa benda kg L = kalor laten (kalor lebur, kalor beku. kalor uap,kalor embun, kalor sublim, kalor lenyap) kkal/kg

Jadi kalor yang diserap ( Q1 ) atau yang dilepas ( Q2 ) pada saat terjadi perubahan wujud benda tidak menyebabkan perubahan suhu benda (suhu benda konstan ).

cmC

tcmQ

tCQ

.

..

.

=

∆=

∆=

LmQ .=

B. PERTUKARAN KALOR

Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi satu maka zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor, sampai tercapai kesetimbangan termal.

Menurut asas Black

Kalor yang dilepas = kalor yang diterima

Catatan:

1. Kalor jenis suatu benda tidak tergantung dari massa benda, tetapi tergantung pada sifat dan jenis benda tersebut. Jika kalor jenis suatu benda adalah kecil maka kenaikan suhu benda tersebut akan cepat bila dipanaskan.

2. Pada setiap penyelesaian persoalan kalor (asas Black) lebih mudah jika dibuat diagram alirnya.

Contoh diagram alir untuk es bersuhu -tºC yang mencair sampai suhu tºsetelah

menyerap kalor adalah sebagai berikut:

Figure 2.

EXAMPLE :

Es (kalor jenis 0,5 kalori/gramoC) sebanyak 10 gram pada suhu 0ºC diberi kalor sebanyak 1000 kalori. Bila kalor lebur es sama dengan 80 kalori/gram, hitunglah temperatur akhir air !

mayangditerisyangdilepa QQ =

Jawab:

Misalkan temperatur akhir setelah diberi kalor ialah taºC. maka berdasarkan asas Black:

Q = m.L + m.c.∆t 1000 = 10.80 + 10.1(ta-0) 1000 = 800+ 10ta ta = 20 C

C. Sifat Termal Zat

Pada umumnya suatu benda akan memuai (volume benda bertambah) jika dipanaskan? sedangkan massa benda tetap. Tetapi air pada daerah tertentu (antara 0-4 derajat C) memiliki keanehan pemuaian disebut ANOMALI AIR.

Pada suhu 4 derajat C volume air adalah paling kecil sehingga massa jenisnya

paling besar, yaitu 1 gram/cm3.

III.PEMUAIAN SUATU BENDA KARENA MENERIMA KALOR (SUHU

BENDA NAIK) TERBAGI ATAS

1. Muai Panjang (pemuaian satu dimensi)

).1(21 tLL ∆+= α

Lt = panjang benda pada tºC (m) Lo = panjang benda pada 0ºC (m) α = koefisien muai panjang

2. Muai Luas (pemuaian dua dimensi)

).1(21 tAA ∆+= β

At = luas benda pada tºC (m²) Ao = luas benda pada 0ºC (m²) β = koefisien muai luas = 2α

3. Muai Volume (pemuaian tiga dimensi)

).1(21 tVV ∆+= γ

Vt = volume benda pada tºC (m3)

Vo = volume benda pada 0ºC (m3) γ = koefisien muai volume = 3α

Contoh:

1. Sebatang baja (angka muai linier 10-5/ºC) panjangnya 100,0 cm pada suhu 30ºC. Bila panjang batang baja itu sekarang menjadi 100,1 cm, berapakah suhunya sekarang?

Jawab:

Lt = Lo ( 1 + α∆t) ∆t = (Lt - Lo) / (Lo α

∆t = (100,1 -100)/(100.10-5) = 100ºC

∆t = takhir - tawal

100 = takhir - 30

takhir = 130ºC

2. Sebuah tabung terbuat dari gelas (α = 10-5/ºC) pada suhu 20ºC mempunyai volume sebesar 250 cm3. Tabung itu berisi penuh dengan eter ( γ = 5.10-3/ºC). Berapakah cm3 eter akan tumpah jika tabung dipanasi sampai 120ºC?

Jawab:

Gelas:

Vo = 250 cm3

∆t = 120 - 20 = 100ºC g = 3α = 3.10-5/ºC

Vt = Vo(1 +γ∆t) Vt = 250 (1 + 3.10

-5.100) = 250,75 cm3

Eter:

Vº = 250 cm3 ∆t= 100ºC γ = 5.10-3/ºC

Vt = Vo (1 + γ∆t) Vt = 250 (1 + 5.10

-3.100) = 375 cm3

Jadi volume eter yang tumpah = 375 - 250,75 = 124,25 cm3

VI. Perambatan Kalor

Kalor dapat merambat melalui tiga macam cara yaitu:

1. Konduksi Perambatan kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya, biasanya terjadi pada benda padat.

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu ∆T/L = gradien temperatur (ºK/m) K = koefisien konduksi A = luas penampang (m²) L = panjang benda (m)

2. Konveksi

Perambatan kalor yang disertai perpindahan bagian-bagian zat, karena perbedaan massa jenis.

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu K = koefisien konveksi ∆T = kenaikan suhu (ºK)

3.Radiasi

Perambatan kalor dengan pancaran berupa gelombang-gelombang elektromagnetik. Pancaran kalor secara radiasi mengikuti Hukum Stefan Boltzmann:

W = intensitas/energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu σ = konstanta Boltzman =5,672 x 10-8 watt/cm2.ºK4 e = emisivitas (o < e < 1) T = suhu mutlak (ºK)

Benda yang dipanaskan sampai pijar, selain memancarkan radiasi kalor juga memancarkan energi radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10-6 s/d 10-5 m. Untuk benda ini berlaku hukum PERGESERAN WIEN, yaitu:

λmax . T = C

C = konstanta Wien = 2.9 x 10-3m ºK

TAKH ..=

4.. TeW σ=

)/(. LTAKH ∆=

Kesimpulan:

1. Semua benda (panas/dingin) memancarkan energi radiasi/kalor

2. Semakin tinggi suhu benda. semakin besar radiasinya dan semakin pendek panjang gelombangnya.

3. Koefisien emisivitas benda tergantung pada sifat permukaannya.Benda hitam sempurna mempunyai nilai e = 1 merupakan pemancar dan penyerap kalor yang paling baik.

EXAMPLE :

1. Air mengalir dengan laju alir 3 liter/menit. Jika suhu awal air 20ºC dan seluruh kalor diberikan pada air, hitunglah suhu air panas!

Jawab:

misalkan suhu air panas ta Q = 3 liter/menit = 3 dm3/60 detik = 50 cm3/detik berarti V = 50 cm3 Σ m = ρ .V = 1 . 50 = 50 gram t = 1 detik 1 joule = 0.24 kal E = Q 0,24 P.t = m. c. t 0.24 . 3500 . 1 = 50. 1 ( ta - 20 ) ta = 36.8ºC

2. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m2 dan suhunya 27ºC. Jika suhu sekelilingnya 77ºC, hitunglah: a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam.

Jawab:

Benda hitam: e = 1 σ = 5,672.10-8 watt/m2K4

a. W = e σ ( T24 - T1

4) T1 = 300ºK ; T2 = 350ºK = 1. 5,672.10-8 (3504 - 3004) = 391,72 watt /m2

b. W = E/A.T E = W. A. t E = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule

3. Besi panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter, keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi adalah 500ºC dan suhu pada ujung kuningan 350ºC. Bila koefisien konduksi termal kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik sambungan antara besi dan kuningan!

Jawab:

Misalkan suhu pada titik sambungan = T. maka

[K . A ∆T/L)] besi = [K . A ∆T/L)] kuningan

K . A (500 - T)/2 = 3 KA (T - 350)/l

T= 2600/7= 371,4ºC

copyright® praweda internet solution division PT. Praweda Ciptakarsa Informatika

COMPREHENSION EXERCISE AND EVALUATION

TEMPERATURE AND HEAD

(SUHU DAN KALOR) 1. Zat Alkohol-etil dipanaskan sampai mendidih pada suhu 78,5 OC dalam tekanan 1

atm. Bila suhu tersebut dinyatakan dalam Kelvin adalah ............... a. 351,5 OK b. 451,5 OK c. 251,5 OK d. 551,5 OK e. 151,5 OK 2. Termometer Celcius dan Fahrenheit menunjukkan skala yang sama pada suhu

……… a. 00 b. -400 c. -23,60 d. 17,70 e. 320 3. Thermometer X which has been calibrated shows the number of -30 OX at water

freezing point and 90 OX at eater boiling point. The temperature of 6 OX is equal to........................

a. -20 OC b. -40 OC c. 30 OC d. 45 OC e. 60 OC 4. Jika kenaikan suhu pada thermometer skala Celcius x derajat, kenaikan suhu

tersebut pada skala Fahrenheit ialah ………………..

a. x9

5 b. x

5

9 c. x + 32 d. 32

5

9+x e. 32

9

5+x

5. Termometer X yang telah ditera menunjukkan angka –300 pada titik beku air dan

900 pada titik didih air. Suhu 600X sama dengan … a. 20oC b. 45oC c. 50oC d. 75oC e. 80oC

6. Ketika suhunya dinaikkan 600C, sebuah batang logam yang mula-mula panjangnya

3 cm berubah menjadi 3,00091 m. Koefisien muai panjang batang tersebut........../0C a. 5,1 x 10-6 b. 6,1 x 10-6 c. 5,1 x 10-7 d. 6,1 x 10-7 e. 7,1 x 10-6 7. Panjang batang rel kereta api masing-masing 10 meter, dipasang pada suhu 20 0C.

Diharapkan pada suhu 30 0C rel tersebut saling bersentuhan. Koefisien muai rel batang rel kereta api 12×10–6 /0C. Jarak antara kedua batang yang diperlukan pada suhu 20 0C adalah … a. 3,6 mm b. 2,4 mm c. 1,2 mm d. 0,8 mm e. 0,6 mm

8. Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda bergantung pada …

a. massa benda, suhu awal dan suhu akhir b. massa benda dan jenis benda c. jenis benda dan kenaikkan suhu d. massa benda, jenis benda dan kenaikkan suhu e. kenaikkan suhu dan lama pemanasan

CHAPTER 6

8. 1 kg balok besi dipanaskan dari suhu 14 OC sampai 30 O C, ternyata energi yang dibutuhkan oleh balok besi adalah 7200 J. Kalor jenis balok besi adalah .................

a. 350 J/kg.K b. 530 J/kg/K c. 420 J/kg/K d. 300 J/kg.K e. 230 J/kg.K 9. Jika benda menerima kalor, factor yang tidak berubah ialah ............................. a. massa jenis b. suhu c. wujud d. massa e. berat 10. A 500 gram body absorbs heat 400 calorie so that its temperature increases 4 OC.

Determine the spesific heat of that body is...................... a. 0,3 kal/g OC b. 0,4 kal/g OC c. 0,5 kal/g OC d. 0,35 kal/g OC e. 0,2 kal/g OC 11 Jumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi per sekon oleh benda hitam

16 kali energi yang dipancarkan benda tersebut sebelumnya pada suhu 2.000 K. Berarti suhu benda hitam sekarang adalah …

a. 4.000 K b. 5.000 K c. 6.000 K d. 8.000 K e. 10.000 K 12. Untuk menaikkan suhu 0,5 kg suatu zat cair kalor jenisnya 400 Jkg /10K dari 280C

menjadi 380C, diperlukan kalor … a. 0,2 kJ b. 0,4 kJ c. 2,0 kJ d. 4,0 kJ e. 4,5 kJ

13. Tabel berikut menggambarkan hasil percobaan pengukuran suhu fluida dengan

termometer A dan thermometer B

Pembacaan Termometer No.

Fluida A B

1

X 00 –100

2

Y 1000 1100

3

Z 600 T

Nilai t dalam tabel tersebut adalah …

a. 400 b. 500 c. 620 d. 720 e. 800

14. Dari kelima grafik hubungan kalor (Q) terhadap perubahan suhu (∆T) untuk 5 zat berikut ini (kelima grafik berskala normal) Maka zat yang memiliki kapasitas kalor terbesar diperlihatkan pada grafik … a. (1) d. (4) b. (2) e. (5) c. (3)

15. Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan tiap detik oleh benda hitam pada temperatur 300 0K dan 9000K adalah …

a. 1 : 243 b. 1 : 81 c. 1 : 27 d. 1 : 9 e. 1 : 3

16. Dari grafik hubungan suhu terhadap

kalor yang diperoleh dari percobaan mengubah 1 kg air menjadi uap, maka diperoleh harga kalor uap air tersebut adalah …........ a. 300 J/kg d. 1.800 J/kg b. 600 J/kg e. 2.100 J/kg c. 1.500 J/kg

17. 1 kg es pada suhu 0oC dicampur dengan 0,5 kg air pada suhu 0oC, maka … a. sebagian air membeku d. semua air membeku b. sebagian es mencair e. jumlah massa es dalam air tetap c. semua es mencair

18. Dua buah bola A dan B massa dan suhunya yaitu 6 x 10–2 kg dan 200C (kalor jenis bola A adalah 4,7 x 102 J kg–1 K–1 dan kalor jenis B adalah 2,3 x 102 J kg–1 K–1 ). Jika kedua bola dimasukkan ke dalam air hingga keduanya mempunyai suhu akhir 700C, maka selisih kalor yang diserap kedua bola tersebut adalah .............Jaule

A. 288 b. 600 c. 720 d. 1.008 e. 1.410 19. Dari pemanasan batang besi yang panjangnya 1

meter di dapatkan data seperti dalam tabel. Grafik yang menunjukkan hubungan panjang besi (Lt) dengan temperatur (∆t) cenderung seperti …… a. b. c. d. c.

.

20. Suatu gas ideal dipanaskan dalam ruang tertutup sehing-ga kecepatan rata-rata

partikel gas menjadi dua kali lipat kecepatan mula-mula. Jika suhu mula-mula 27oC, maka suhu akhir gas tersebut adalah …........

a. 270C b. 540C c. 9270C d. 1.2000C e 1.4730C 21. Dua buah bola sejenis bersuhu sama 40oC, kedua bola massanya masing-masing 5

gram dan 10 gram. Kedua bola dimasukkan ke dalam fluida, sehingga suhu kedua bola naik menjadi 50oC. Apabila kalor jenis bola 0,5 kkal/groC dan 1 kalori = 4,2 joule maka tentukan selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola ?

22. in an X thermomter the freezing point of water is 150X and the boiling point of water is 1750X. If measured with thermometer X, the temperature of an object is 250X, what is the temperature of the object in thermometer.

No. ∆ t Lt 1 1000C 1,0010 m 2 2000C 1,0025 m 3 3000C 1,0030 m 4 4000C 1,0035 m 5 5000C 1,0050 m

23. A vessel which the heat capacity is neglected filled with 500 grams of 200C water, Ice (00C) with mass of 200 grams is immersed into the water. If Lf ice = 80 cal/g, then calculate:

a. final temperature of mix ture b. Ice mass which melts. 24. Seorang siswa ingin mengubah 0,5 kg air pada suhu 200C menjadi balok es pada

suhu -50C di dalam lemari es. berapakah banyaknya kalor yang dilepas dari air tersebut ?

Kalor jenis air 1 kkal/kg0C, kalor jrnis es 0,5 kkal/kg0C an kalor beku air 79,7 kkal/kg

25. Air 0,5 kg pada suhu 200C dipanaskan hingga menjadi uap air yang suhunya 1100C.

Jika kalor jenis air 4186 J/kg0C, kalor jrnis uap air 2010 J/kg0C dan besar kalor uap untuk air 22,6 x 105 J/kg, berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk pemanasan itu?