UNIT VII

SUHU DAN KALOR

Entin Hidayati

11016418413539

STANDAR KOMPETENSI

Menerapkan Konsep Suhu dan Kalor

KOMPETENSI DASAR

1. Memahami konsep suhu dan kalor

2. Menguasai pengaruh kalor terhadap zat dan aplikasinya

3. Menguasai cara perpindahan kalor

INDIKATOR

o Sifat termometrik bahan diidentifikasi

o Macam – macam skala termoneter diidentifikasi

o Pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda dijelaskan

o Azas Black diformulasikan secara kualitatif

o Peristiwa perubahan wujud dan karakteristiknya dijelaskan

o Perubahan wujud dianalisis secara kualitatif

o Pemuaian panjang,luas dan volume pada berbagai jenis logam dijelaskan

o Peristiwa perpindahan kalor cara konduksi,konveksi dan radiasi dijelaskan

o Cara mengurangi perpindahan kalor dijelaskan

PENDAHULUAN

Dalam unit ini akan disajikan kegiatan belajar, yaitu : menerapkan konsep suhu dan kalor.

Setelah mempelajari unit ini diharapkan dapat :

1. Menyebutkan pengertian suhu

2. Menyebutkan jenis-jenis termometer

3. Menjelaskan skala suhu

4. Menjelaskan pengertian kalor

5. Menjelaskan pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda

6. Menjelaskan peristiwa pemuaian panjang, luas dan volume pada berbagai zat

7. Menjelaskan perpindahan kalor

PENGERTIAN SUHU

Kita dapat merasakan panas atau dinginnya sesuatu dengan indera peraba. Jika kita dekat

dengan api maka kita merasa panas, sedangkan bila kita menyentuh es maka kita merasa

dingin.

Suhu didefinisikan sebagai derajat panas atau dinginnya suatu benda. Oleh karena itu

untuk menyatakan suhu secara kuantitatif (dengan angka-angka) dibuatlah alat yang

disebut termometer.

Gambar 1. Orang Merasakan Suhu Dengan Indera Peraba

JENIS-JENIS TERMOMETER

Termometer adalah suatu alat yang dipakai untuk mengukur tinggi rendahnya suhu suatu

benda. Termometer bekerja memanfaatkan sifat termometrik dari zat. Sifat termometrik

suatu zat adalah sifat zat yang dapat berubah terhadap suhu. Contohnya: panjang benda,

volume benda, warna benda dan sebagainya.

Gambar 2. Jenis-jenis Termometer

SKALA TERMOMETER

Suhu benda selalu ditampilkan dalam bentuk skala. Jenis skala yang dikenal :

- Celcius (°C)

- Fahrenheit (°F)

- Reamur (°R) dan

- Kelvin (K)

Masing-masing skala didasarkan pada wujud air sebagai standarnya, skala bawah pada

saat es melebur dan batas atas pada saat air mendidih pada tekanan satu atmosfer.

Gambar 3. Titik Lebur dan Titik Didih Termometer

KONVERSI SKALA SUHU

Hubungan Skala Celcius dengan Fahrenheit

atau

Hubungan Skala Celcius dengan Reamur

atau

Hubungan Skala Celcius dengan Kelvin

atau

Contoh Soal:

Suhu daerah pegunungan menunjukkan 20 °C. Jika dinyatakan dalam skala Fahrenheit

berapa skala yang ditunjukkan ?

Penyelesaian:

Diketahui: tC = 20 °C

Ditanya: tF = …… ?

Jawab: tF = . tC + 32

tF = . 20 + 32

tF = 36 + 32

tF = 68 °F

Jadi skala pada termometer Fahrenheit menunjukkan 68 °F

KALOR

Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Besarnya kalor suatu zat menunjukkan berapa

besar energi kinetik dari partikel-partikel penyusunnya. Kalor mempunyai satuan Joule

(SI) atau kalori. Alat yang digunakan untuk mengukur kalor disebut kalorimeter. Istilah

kalor pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahi kimia dari Perancis bernama A.L.

Lavoisier (1743-1794).

Hubungan Kalor dan Massa Benda

Jumlah kalor (Q) yang diserap benda untuk menaikkan suhu yang sama adalah sebanding

dengan massa benda itu.

Dapat dituliskan:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

m = massa zat (kg)

Hubungan Kalor dan Kalor Jenis Zat

Untuk menaikkan suhu yang sama, jumlah massa zat sama, tetapi jenis zat berbeda

membutuhkan kalor yang berbeda pula. Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

bergantung pada jenis zat.

Dapat dituliskan:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

c = kalor jenis zat (J/kg°C)

1 Joule = 0,24 kal

1 kal = 4,2 joule

Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Suhu Benda

Besarnya kalor (Q) yang diberikan pada sebuah benda sebanding dengan kenaikan suhu

benda itu (Δt).

Semakin lama pemanasan berarti kalor yang diterima air semakin besar dan suhu air

semakin tinggi

Dapat dituliskan:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

Δt = perubahan suhu (K) atau (°C)

Kalor yang dilepas / diterima oleh zat ketika berubah suhunya, tergantung pada

: massa zat, jenis zat, dan perubahan suhu.

Dapat dirumuskan:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

m = massa zat (kg)

c = kalor jenis zat (j/kg°C)

Δt = perubahan suhu (K) atau (°C)

Contoh Soal :

Hitung kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 2000 gram air dari 20 °C menjadi 70

°C, jika diketahui kalor jenis air 4200 J/kg°C !

Penyelesaian:

Diketahui: m = 2000 gram = 2 kg

c = 4200 J/kg°C

Δt = 70 °C – 20 °C = 50 °C

Ditanya: Q = ……….. ?

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan suhunya

sebesar 1°C

Jawab: Q = m.c.Δt

Q = 2 kg x 4200 J/kg °C x 50 °C

Q = 420000 J

Jadi kalor yang diperlukan sebanyak 420 kJ.

Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Wujud Benda

Pemberian kalor atau pelepasan kalor pada suatu zat dapat menyebabkan zat tersebut

berubah wujudnya.

Gambar 4. Perubahan Wujud Zat

KALOR LATEN

Selama perubahan wujud, suhu zat tidak berubah. Kalor yang diterima atau dilepaskan

oleh zat tidak digunakan untuk menaikkan suhu tetapi digunakan untuk mengubah wujud.

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat ini disebut kalor laten.

PADAT

GAS CAIR

menguap

mengembun

Dapat dituliskan:

Keterangan

Q = kalor (joule)

m = massa zat (kg)

L = kalor lebur (j/kg)

MACAM-MACAM KALOR LATEN :

1. Kalor didih atau kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat

untuk mengubah dari wujud cair menjadi wujud gas pada titik didihnya.

2. Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk

mengubah dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya.

3. Kalor beku adalah banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat

dari wujud cair menjadi padat pada titik bekunya

4. Kalor embun adalah banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat

dari wujud uap menjadi cair pada titik embunnya.

Contoh Soal

Berapa jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan 2 kg air pada suhu 100 oC, jika

kaolr uap air 2260 kJ/kg ?

Penyelesaian:

Diketahui: m = 2 kg

L = 2260 kJ/kg

Ditanya: Q = ……….. ?

Jawab: Q = m.L

Q = 2 kg x 2260 kJ/kg

Q = 4520 kJ

Jadi kalor yang diperlukan sebanyak 4520 kJ

AZAS BLACK

Jika benda bersuhu tinggi dicampur dengan benda bersuhu rendah maka benda yang

bersuhu tinggi akan melepas kalor dan benda yang bersuhu rendah menerima kalor.

Jumlah kalor yang dilepas oleh benda bersuhu tinggi sama dengan jumlah kalor yang

diterima benda yang bersuhu rendah.

Atau dapat dituliskan:

Contoh Soal

Air sebanyak 200 gram bersuhu 40 °C dicampur dengan 500 gram air yang bersuhu 80

°C. Berapakah suhu air campuran tersebut ?

Penyelesaian:

Diketahui: m1 = 200 gram

m2 = 500 gram

t1 = 40 °C

t2 = 80 °C

Ditanya: ta = ……….. ?

Jawab: Qterima = Qlepas

m1 x c1 x Δt1 = m2 x c2 x Δt2 (c1 dan c2 sama)

m1 x (ta - t1 ) = m2 x (t2 - ta )

200 x (ta - 40 ) = 500 x (80 - ta )

200.ta - 8000 = 40000 – 500.ta

700.ta = 48000

ta = 68,5 °C

Jadi suhu air campuran 68,5 °C.

Q lepas = Q terima

PEMUAIAN ZAT

Pemuaian terjadi pada semua wujud benda, apakah benda itu padat, cair, atau gas.

Pemuaian terjadi ketika suhu benda dinaikkan. Partikel-partikel benda akan semakin

lincah/cepat pergerakannya dan semakin jauh jaraknya jika suhu dinaikkan.

MUAI PANJANG

Benda yang bentuknya berupa batang dimana ukuran luas dan volume bisa diabaikan,

ketika suhu dinaikkan akan mengalami muai panjang.

Panjang setelah pemuaian dirumuskan:

atau

Keterangan:

L = panjang setelah memuai (m)

Lo = panjang mula-mula (m)

α = koefisien muai panjang (/°C)

Δt = perubahan suhu (°C)

ΔL = perubahan panjang (m)

Contoh Soal

Batang tembaga pada suhu 20 °C panjangnya 50 cm, kemudian dipanaskan sampai

suhunya 100 °C. Jika koefisien muai panjang tembaga 1,7x10-5 / °C, berapa panjang

batang tembaga sekarang ?

Penyelesaian:

Diketahui: t1 = 20 °C

Lo = 50 cm

t2 = 100 °C

α = 0,000017 / °C

Ditanya: L = …… ?

Jawab: Δt = 100 °C - 20 °C = 80 °C

L = Lo (1 + α.Δt)

L = 50 cm ( 1 + 0,000017 / °C x 80 °C )

L = 50 cm ( 1+ 0,00136 )

L = 50,068 cm

Jadi panjang batang tembaga sekarang adalah 50,068 cm.

MUAI LUAS

Benda yang berbentuk pipih atau plat mempunyai ukuran luas, bila dipanaskan akan

memuai pada arah panjang dan lebar sehingga menyebabkan pertambahan luas.

Plat logam ABCD jika dipanaskan akan memuai menjadi A’ B’ C’ D’

Luas setelah pemuaian dirumuskan:

atau

Keterangan:

A = luas setelah memuai (m2)

Ao = luas mula-mula (m2)

β = koefisien muai luas (/°C)

Δt = perubahan suhu (°C)

ΔA = perubahan luas (m2)

MUAI VOLUM ZAT PADAT

Benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar, dan tebal (mempunyai volum) bila

dipanaskan benda tersebut akan memuai pada semua arah sehingga menyebabkan

pertambahan volume.

Gambar 4. Pemuaian Volume

Volume benda setelah pemuaian:

atau

Keterangan:

V = volum setelah memuai (m3)

Vo = volum mula-mula (m3)

γ = koefisien muai volum (/°C)

Δt = perubahan suhu (°C)

ΔV = perubahan volum (m3)

MUAI VOLUM ZAT CAIR

Zat cair memuai jika dipanaskan dan besarnya pemuaian tiap-tiap zat berbeda-beda.

Zat cair memuai menyesuaikan tempatnya, zat cair hanya dikenal mempunyai muai

volume tidak ada muai panjang dan muai luas.

PERPINDAHAN KALOR

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari suatu tempat ke

tempat yang lain, secara alami kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda

yang bersuhu rendah.

Bagaimana kalor berpindah ?

Perpindahan kalor dapat terjadi dengan tiga cara, yaitu: konduksi (hantaran), konveksi

(aliran), dan radiasi (pancaran).

Konduksi

Kalor berpindah melalui benda, tetapi partikel-partikel benda itu tidak mengalami

perpindahan tempat. Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi atau hantaran.

Benda yang baik menghantarkan kalor disebut konduktor. Misalnya: besi, tembaga,

aluminium, dan perak.

Benda yang tidak baik menghantarkan kalor disebut isolator. Misalnya: kayu, kaca, dan

plastik.

Gambar 6. Konduksi

Konveksi

Perpindahan kalor yang disebabkan oleh aliran suatu zat atau perpindahan partikel-

partikel zat disebut konveksi. Konveksi bisa terjadi pada zat alir yaitu zait cair atau zat

gas.

Perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi alamiah dan

konveksi paksa.

Konveksi alamiah, contohnya aliran air pada saat dimasak. Konveksi paksa contohnya

untu mendapatkan udara dingin dlam ruang dipasang AC atau kipas angin.

Gambar 7. Konveksi

Radiasi

Radiasi adalah cara perpindahan kalor dengan pancaran tidak memerlukan zat perantara

(medium), karena berupa gelombang elektromagnetik.

Contoh perpindahan kalor secara radiasi: kalor dari matahari sampai ke bumi, kalor dari

api unggun sampai ke badan kita, kalor dari lampu ruangan memancar ke segala arah.

- Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap dan pemancar kalor yang baik

- Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap dan pemancar kalor yang buruk

Mencegah Perpindahan Kalor

Bagaimana susunan bagian termos, sehingga air panas di dalamnya tidak cepat dingin ?

Prinsip kerja termos air panas:

1. Dinding terbuat dari kaca (isolator) untuk mencegah terjadinya konduksi

2. Ruang vakum antara dua dinding mencegah perpindahan kalor secara konduksi dan

konveksi.

3. Lapisan perak mengkilap mencegah perpindahan kalor secara radiasi

4. Tutup (sumbat) terbuat dari bahan isolator agar konveksi dengan udara luar tidak terjadi

Karena termos dapat mencegah ketiga cara perpindahan kalor maka air di dalam termos

tidak cepat dingin.

LATIHAN SOAL

I. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat !

1. Suhu adalah besaran yang menunjukkan ukuran …………….

a. Temperatur d. derajat energi

b. Derajat Panas e. usaha

c. Energi

2. Diantara perubahan yang disebabkan perubahan suhu, yang dipakai untuk

pengukuran suhu ialah ……………..

a. Perubahan wujud d. perubahan massa

b. Perubahan kimia e. Perubahan volume

c. Perubahan fisis

3. Skala Celsius dan Fahrenheit memberikan nilai yang sama jika suhu benda

a. 0 0 C d. 32 0 F

b. 0 0 F

c. – 40 0 C

4. Untuk memanaskan 250 cm3 air dari 20 0 C menjadi 30 0 C diperlukan kalor

sebesar ………..

a. 2500 kal d. 3500 kal

b. 2750 kal e. 3750 kal

c. 3000 kal

5. Karena suhunya dinaikkan dari 0 0 C menjadi 100 0 C suatu batang baja yang

panjangnya 1 m bertambah panjang 1 mm. Pertambahan panjang suatu batang

baja yang panjangnya 60 cm bila dipanaskan dari 0 ) C sampai 120 0 C adalah

……

a. 0,50 mm d. 1,20 mm

b. 0,06 mm e. 2,40 mm

c. 0,72 mm

II. Essay

Selesaikan soal-soal berikut !

1. 265 K setara dengan …………..0C

2. Sebutkan cara perpindahan kalor !

3. Batang aluminium yang panjangnya 4 m, naik suhunya dari 27 0 C

menjadi 72 0 C. Jika koefisien muai panjang aluminium = 24 x 10 -6 0

C-1, hitunglah :

a. pertambahan panjang aluminium

b. panjang batang aluminium pada suhu 72 0C !

4. Dalam suatu bejana yang berisi 4 0 C air dicelupkan 2100 gram besi suhu

90 0 C. Pada saat keseimbangan termal dicapai ternyata suhu campuran

adalah 34 0 C. Bila kalor jenis air = 0,1 kal/gr0C,hitung massa air dalam

bejana !

5. Jika koefisien muai panjang suatu benda = 12 x 10 -6 0 C -1, berapakah

koefisien muai luas dan koefisien muai volumenya ?

KUNCI JAWABAN :

PILIHAN GANDA

1. B

2. E

3. C

4. A

5. C

ESSAY

1. - 8 0 C

2. Konduksi, konveksi dan radiasi

3. a. 0,004320 m b. 4,004320 m

4. 392 gram

5. Β = 24 x 10 -6 /0C

γ = 48 x 10 -6 /0C

RANGKUMAN

Suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda. Alat pengukur suhu adalah

thermometer. Beberapa thermometer yang dikenal adalah thermometer skala Celcius,

Reamur, Fahrenheit dan Kelvin.

Hubungan antara C dan R :

atau

Hubungan antara C dan F

atau

Hubungan antara C dan K

atau

Kalor merupakan salah satu bentuk energy. Alat untuk mengukur kalor disebut

calorimeter. Satuan kalor adalah joule.

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan

suhunya sebesar 1°C

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan atau menurunkan suhu suatu benda

dirumuskan :

Keterangan:

Q = kalor (joule)

m = massa zat (kg)

c = kalor jenis zat (j/kg°C)

Δt = perubahan suhu (K) atau (°C)

AZAS BLACK

Besar kalor lepas = Besar kalor terima

KALOR LATEN

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat ini disebut kalor laten.

Dapat dituliskan:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

m = massa zat (kg)

L = kalor lebur (j/kg)

MACAM-MACAM KALOR LATEN :

1. Kalor didih atau kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat

untuk mengubah dari wujud cair menjadi wujud gas pada titik didihnya.

2. Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk

mengubah dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya.

3. Kalor beku adalah banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat

dari wujud cair menjadi padat pada titik bekunya

4. Kalor embun adalah banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat

dari wujud uap menjadi cair pada titik embunnya.

PEMUAIAN

Pemuaian terjadi pada semua wujud benda, apakah benda itu padat, cair, atau gas.

Pemuaian terjadi ketika suhu benda dinaikkan.

MACAM-MACAM PEMUAIAN

1. Pemuaian Panjang

atau

Keterangan:

L = panjang setelah memuai (m)

Lo = panjang mula-mula (m)

α = koefisien muai panjang (/°C)

Δt = perubahan suhu (°C)

ΔL = perubahan panjang (m)

2. Pemuaian Luas

atau

Keterangan:

A = luas setelah memuai (m2)

Ao = luas mula-mula (m2)

β = koefisien muai luas (/°C)

Δt = perubahan suhu (°C)

ΔA = perubahan luas (m2)

3. Pemuaian Volume

atau

Keterangan:

V = volum setelah memuai (m3)

Vo = volum mula-mula (m3)

γ = koefisien muai volum (/°C)

Δt = perubahan suhu (°C)

ΔV = perubahan volum (m3)

PERPINDAHAN KALOR

Perpindahan kalor dapat terjadi dengan tiga cara, yaitu: konduksi (hantaran), konveksi

(aliran), dan radiasi (pancaran)

Konduksi

Ialah kalor berpindah melalui benda, tetapi partikel-partikel benda itu tidak

mengalami perpindahan tempat.

Konveksi

Ialah perpindahan kalor yang disebabkan oleh aliran suatu zat atau

perpindahan partikel-partikel zat disebut konveksi. Konveksi bisa terjadi

pada zat alir yaitu zait cair atau zat gas.

Radiasi

Radiasi adalah cara perpindahan kalor dengan pancaran tidak memerlukan

zat perantara (medium), karena berupa gelombang elektromagnetik.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous. 2010. Suhu dan Kalor. Bahan Ajar Fisika Kelas VII SMP. From http://

www.edukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Materi%20Pokokview

&id=323.

Anonymous. 2010. Pemuaian. Bahan Ajar Fisika Kelas VII SMP. From

http://www.edukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Materi%20Pok

ok/ view&id=188

Anonymous. 2010. Pemuaian. Bahan Ajar Fisika Kelas XII SMA. From

http://www.edukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Materi%20Pok

ok/ view&id=423

Anonymous. 2010. Perambatan Kalor. Bahan Ajar Fisika Kelas XII SMA. From

http://www.edukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Materi%20Pok

ok/ view&id=424

Suratman, M. FISIKA SMK Tingkat 1 Teknologi dan Industri. 1999. PT.

Armico. Jakarta.

Supriyanto. 2007. FISIKA Untuk SMA Kelas X. PT. Gelora Aksara Pratama.

Jakarta.