www.Latahang.com

SUHU DAN KALOROleh :

La Tahang

PERBEDAAN SUHU DAN KALOR

Suhu Kalor

Diukur dengan termometer

Menyatakan tingkat derajat panas atau dinginnya suatu zat

Salah satu bentuk energi yang berpindah dari satu benda ke benda lain karena perbedaan suhu

Diukur dengan kalorimeter

MACAM-MACAM TERMOMETER

Menurut fungsinya : Termometer suhu badan Termometer udara Termometer logam Termometer maximum dan minimum Termograf untuk terminologi Termometer digital

Termometer ruangTermometer udara

Termometer digital

SIFAT TERMOMETRIK ZAT

• Zat cair yang biasanya dipakai untuk mengisi termometer adalah air raksa dan alkohol.

• Kebaikan air raksa dari zat cair lainnya yaitu :– Air raksa dapat cepat mengambil panas benda yang

diukur sehingga suhunya sama dengan suhu benda yang diukur tersebut.

– Dapat dipakai untuk mengukur suhu benda dari yang rendah sampai yang tinggi, karena air raksa punya titik beku –39C dan titik didih 357C.

– Tidak dapat membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya dapat lebih teliti.

– Pemuaian dari air raksa adalah teratur.– Mudah dilihat, karena air raksa mengkilat.

• Sedangkan alkohol:– Alkohol mempunyai titik rendah / beku –114 C dengan

titik didih 78C

SKALA TERMOMETER

Macam – macam satuan skala termometer : Celcius → titik didihnya 100 C dengan titik beku 0

C. Sehingga dari 0– 100C, dibagi dalam 100 skala. Reamur → titik didihnya 80 R dengan titik beku 0 R.

Sehingga dari 0 – 80 R, dibagi dalam 80 skala. Kelvin → titik didihnya 373 K dengan titik beku 273

K. Sehingga dari 273 K – 373 K, dibagi dalam 100 skala.

Fahrenheit → titik didihnya 212 F dengan titik beku 32 F. Sehingga dari 32 F – 212 F, dibagi dalam 180 skala.

Rainkin → titik didihnya 672 Rn dengan titik beku 492 Rn. Sehingga dari 492 Rn– 672 Rn, dibagi dalam 180 skala.

Es yang mencair menurut Celcius dan Reamur bersuhu 0º, menurut Fahrenheit bersuhu 32º, menurut Kelvin bersuhu 273º, dan menurut Rainkin bersuhu 672º

Jadi, pembagian skala – skala tersebut diatas satu skala dalam derajat Celcius sama dengan satu skala dalam derajat Kelvin.1 skala C = 1 skala K1 skala C < 1 skala R1 skala C > 1 skala F1 skala C > 1 skala Rn

Perbandingan Pembagian Skala C, R, F, K, RnC : R : F : K : Rn = 100 : 80 : 180 : 100 : 180

= 5 : 4 : 9 : 5 : 9C, R, F = 100 : 80 : 180

= 5 : 4 : 9

tta

tta

ttb ttb

Termometer X Termometer Y

tx

tY

tta = titik tetap atas

ttb = titik tetap bawah

tx = skala yang ditunjukan term X

ty = skala yang ditunjukan term Y

Termometer X memiliki titik tetap atas tta dan titik tetap bawah ttb, pada saat itu skala termometer menunjukkan tx

tta

tta

ttb ttb

Termometer X Termometer Y

txty

Termometer Y memiliki titik tetap atas tta dan titik tetap bawah ttb, pada saat itu skala termometer menunjukkan ty.

Hubungan termometer Celcius dan Kelvin

Termometer Celcius

Termometer Kelvin

tta = 100o tta = 373o

ttb = 0o ttb = 273o

Termometer Celcius dibagi dalam 100 skala (dari 0o – 100o) dan termometer Kelvin dibagi dalam 100 skala (dari 273o – 373o). Jadi hubungan antara termometer Celcius dan Kevin dapat dirumuskan :

to C = (to + 273) K

DALAM PERHITUNGAN MENJADI :

R4

5

)492(Rn9

5 0

C =

C =

C =

C = K - 273

)32(F9

5 0

R = oC

R =

R =

R = ( K – 273 )

5

4

)32(F9

4 0

)492(Rn9

4 0

5

4

F =

F = R + 320

F = Rn – 4600

F =

0325

9C

4

9

00 273)}32F5

9{(

K = C + 273

K = o

K ={

2734

5R

00 32)}273(F9

5(

K = 00 273)}492(Rn9

5{

Rn = C + 492

Rn = F + 460

Rn =

Rn = + 492

5

9

0492R)4

9(

)273(K5

9 0

Dengan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa perubahan dua termometer mengikuti aturan perbandingan sebagai berikut :

YY

Y

XX

X

TTBTTA

TTBY

TTBTTA

TTBX

PEMAHAMAN TENTANG KALOR

Satu kalori (kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gr air sehingga suhunya naik 1ºC.

Syarat terjadinya perpindahan kalorik ini adalah adanya sentuhan kedua benda yang berbeda suhu. Fluida kalorik ini akan berpindah dari zat yang bersuhu tinggi ke zat yang bersuhu rendah, hingga tercapai suatu kesamaan suhu antara kedua benda yang disebut dengan kesetimbangan termal.

PERCOBAAN JOULE Prescot Joule melakukan percobaan untuk menghitung

besar energi mekanik yang ekuivalen dengan kalor sebanyak 1 kalori.

Percobaan joule adalah dengan menggantung beban pada suatu kontrol yang dihubungkan dengan kincir yang dapat bergerak manakala beban bergerak. Kincir tersebut dimasukkan kedalam air. Akibat gerakan kincir tersebut, maka suhu air akan berubah naik .

Penurunan ketinggian beban dapat menunjukkan adannya perubahan energi potensial gravitasi pada beban. Jika beban turun dengan kecepatan tetap, maka dapat dikatakan tidak terdapat perubahan energi kinetic pada beban, sehingga seluruh perubahan energi potensial dari beban akan berubah menjadi energi kalor pada air.

Berdasarkan teori bahwa terjadi perubahan energi potensial gravitasi menjadi energi kalor, maka diperoleh suatu nilai tara mekanik kalor, yaitu ekuivalensi energi mekanik menjadi energi kalor.

1 joule = 0,24 kalori1 kalori = 4, 18 joule

KAPASITAS KALOR (C) DAN KALOR JENIS (C) Kapasitas kalor adalah jumlah kalor

yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu zat sebesar 1C.

Jika sejumlah kalor Q menghasilkan perubahan suhu sebesar ∆t, maka kapasitas kalor dapat dirumuskan:

Δt

QC

Dengan keterangan,C : kapasitas kalor (Joule / K atau kal / K)Q : kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)∆t : perubahan suhu (oK atau C)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan zat sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu sebesar 1 oK atau 1C.

Kalor jenis merupakan karakteristik termal suatu benda, karena tergantung dari jenis benda yang dipanaskan atau didinginkan.

Dengan persamaan:

m

Cc

tm.

Qc

atau

Dengan keterangan,c : kalor jenis (J/kg.K atau J/kg.C)C : kapasitas kalor (Joule/K atau kal/K)Q : kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)∆t : perubahan suhu (K atau C)m : massa benda (kg)

TABEL KALOR JENIS BEBERAPA ZAT

Bahan C (J/kgK)

Tembaga 385

Besi/ Baja 450

Air 4200

Es 2100

ASAS BLACK

Ditemukan oleh seorang ilmuan yang berasal dari Inggris yaitu Joseph Black.

Beliau menyatakan bahwa: Jika dua zat yang suhunya berbeda

dicampur, zat yang suhunya tinggi akan melepaskan sejumlah kalor yang akan diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah.

Jadi Kalor yang dilepas = kalor yang diserap Q (lepas) = Q (serap)

mA

cA

tA

mB

cB

tB

tC

Tandon A berisi zat cair dengan massa mA, kalor jenis cA dan suhu tA .Tandon B berisi zat cair dengan massa mB, kalor jenis cB dan suhu tB diman suhu tA lebih besar dari suhu tB.Kedua zat cair dituang kedalam sebuah wadah sehingga suhu campuran kedua zat cair menjadi tC

Berdasarkan AzasBlack maka berlaku : Q(lepas) = Q (serap) QA = QB

mA .cA . t = mB . cB . tmA .cA . (tA – tC) = mB . cB . (tC – tB))

(tA – tC) = perubahan suhu zat cair pada A(tC – tB))= perubahan suhu zat cair pada

B

Asas Black merupakan pernyataan lain dari hukum kekekalan energi: Kalor tidak dapat dihilangkan, tetapi dapat

berubah bentuknya. Kalor dapat berpindah dari satu benda ke benda

lainnya.

KALORIMETER

Digunakan untuk mengukur banyaknya kalor dan kalor jenis zat.

Mengukur kalor jenis berbagai logam menggunakan kalorimeter.

Kalorimeter

Gambar Kalorimeter

PENGARUH KALOR TERHADAP SUHU DAN WUJUD ZAT

Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti : a. terjadi pemuaian b. terjadi perubahan wujud c. terjadi kenaikan suhu

a. PEMUAIAN

Pemuaian Panjang (Linier) Suatu batang panjang mula-mula lo

dipanaskan hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan suhunya Δt maka, α = 1/lo . Δt/ΔlΔl = αlo . Δt

α = koefisien muai panjang suatu zat ( per °C )

Sehingga panjang batang suatu logam yang suhunya dinaikkan sebesar Δt akan menjadi  

lt = lo + Δllt = lo ( l + α . Δt

)

Pemuaian panjang

Tabel Beberapa koefisien Muai Panjang Benda

Benda (K1)

Besi 1,2x105

Tembaga 1,7x105

Kaca 8,5x106

Kuningan 1,8x105

Pemuaian Bidang ( Luas ) Suatu bidang luasnya mula-mula Ao , terjadi

kenaikkan suhu sebesar Δt sehingga bidang bertambah luas sebesar ΔA, maka dapat dituliskan :

β = Koefisien muai luas suatu zat ( per °C ) dimana β = 2α

β = 1/Ao. ΔA / Δt ΔA = Ao β Δt

Sehingga luas bidang yang suhunya dinaikkan sebesar t akan menjadi

At = Ao + ΔA

At = Ao ( 1 + β Δt )

dipanaskan

Jika dipanaskan jarak antaratom zat akan merenggang

Pemuaian Ruang ( volume )

Volume mula-mula suatu benda Vo , kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus :γ = 1/Vo. ΔV/Δt

ΔV = γ . Vo . Δt

γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per

°C ) γ = 3 α

Sehingga persamaan volumenya menjadi :Vt = Vo + Δt

Vt = Vo ( 1 + γ . Δt )

dipanaskan

PEMUAIAN VOLUME ZAT CAIR

Zat cair yang hanya mempunyai koefisien muai volume ( γ ), bila volume mula-mula suatu zat cair V0 kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikut:

Vt = γ . Vo . Δt

dan volumenya sekarang menjadi

Vt = Vo + ΔV

Vt = Vo ( 1 + γ Δt )

Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 4 °C, ingat anomali air.

PEMUAIAN VOLUME GAS

Khusus untuk gas, pemuaian volume dapat menggunakan persamaan seperti pemuaian zat cair:

Vt = Vo ( 1 + γ Δt )

dengan nilai

273

1

Persamaan yang berlaku dalam pemuaian gas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut: Pada saat tekanan konstan, berlaku hukum Gay

Lussac :

2

2

1

1

T

V

T

V

Pada saat temperatur konstan, berlaku hukum Boyle :

Pada saat volume konstan, berlaku hukum Charles:

Pada saat kondisi ideal dengan mol konstan, berlaku hukum Boyle-Gay Lussac :

P1.V1 = P2.V2

2

2

T

P

T

P

1

1

2

22

1

11

T

VP

T

VP

dengan keterangan, V = volume (liter atau m3)T = temperature (K) P = tekanan (N/m2 atau atm atau Pa)

b. PERUBAHAN WUJUD

Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka ada dua kemungkinan yang terjadi pada suatu benda, yaitu benda akan mengalami perubahan suhu, atau mengalami perubahan wujud.

Kenaikan suhu suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang mengkaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor.

Sedangkan pada saat benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi perubahan suhu, namun semua kalor saat itu digunakan untuk merubah wujud zat, yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung unsur kalor laten.

Besar kalor laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan :

Q = m.L

Dengan keterangan,Q : kalor yang diterima atau dilepas (Joule atau kal)m : massa benda (kg atau gram)L : kalor laten (J/kg atau kal/gr)(kalor uap atau kalor lebur)

TABEL KALOR LEBUR DAN KALOR DIDIH BEBERAPA ZAT

Nama Zat Titik lebur

(C)

Kalor lebur

(J/kg)

Titik

didih

Kalor didih

(J/kg)

Air (es) 0 3,34.105 100 2,26.105

Raksa -39 1,18.104 356,6 2,94.105

Alkohol -115 1,04.104 78,3 8,57.106

Hidrogen -2599 5,58.104 -252 3,8.105

ANALISIS GRAFIK PERUBAHAN WUJUD PADA ES YANG DIPANASKAN SAMPAI MENJADI UAP. DALAM GRAFIK INI DAPAT DILIHAT SEMUA PERSAMAAN KALOR DIGUNAKAN.

Keterangan : Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan

suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)

Gas

CairPadat

membeku

mencair

men

yubl

im

men

gem

bun

men

guap

men

ghab

lur

Diagram Perubahan Wujud Zat

Kalor Laten Lebur : → banyaknya kalor yang diserap untuk mengubah 1 kg

zat dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya. Kalor Laten Beku: → banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah

1 kg zat dari wujud cair menjadi padat pada titik bekunya. Kalor lebur = kalor beku dan titik lebur = titik beku.

Kalor Laten Didih (Uap) : → banyaknya kalor yang diserap untuk mengubah 1 kg

zat dari wujud cair menjadi uap pada titik didihnya. Kalor Laten Embun : → banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1

kg zat dari wujud uap menjadi cair pada titk embunnya. Kalor didih = kalor embun dan titik didih = titik embun.

c. PERUBAHAN SUHU

Terjadi karena adanya perubahan kalor.

ANOMALI AIR

Kejadian penyusutan wujud zat saat benda mengalami kenaikan suhu disebut anomali, seperti terjadi pada air. Air saat dipanaskan dari suhu 0 C menjadi 4 C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunya lebih besar dari 4 C volumenya membesar.

Peristiwa anomali air dapat diterangkan dengan meninjau bangun kristal es.

Dari pengamatan kristal es disimpulkan bahwa kedudukan molekul-molekul H2O teratur seperti bangun kristal es, yang penuh dengan rongga-rongga. Sedangkan molekul H2O dalam bentuk cair (air) lebih rapat dibandingkan dalam bentuk es, oleh karena itu es terapung dalam air. Bila air mulai 4 C didinginkan molekul air mulai mengadakan persiapan untuk membentuk bangun berongga tersebut. C.

Vol

ume

(V)

Suhu (t)C0 4

Grafik anomali air

Volume air terkecil pada suhu 4 °C, dan pada 0 °C terjadi loncatan volume dari air 0 °C sampai es 0 °C, dimana pada suhu 0 °C volume es > volume air

PERPINDAHAN KALOR

Konduksi

Radiasi

Konveksi

Tiga macam cara perpindahan energi kalor

KONDUKSI

Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel perantaranya.

Pada hantaran kalor ini yang berpindah hanyalah energinya, tanpa melibatkan partikel perantaranya, seperti hantaran kalor pada logam yang dipanaskan dari satu ujung ke ujung lainnya.

Saat ujung B dipanaskan, maka ujung A, lama kelamaan akan mengalami pemanasan juga, hal tersebut dikarenakan energi kalor yang menggetarkan molekul-molekul di ujung B turut menggetarkan molekul-molekul yang ada disampingnya hingga mencapai titik A.

Energi kalor yang dipindahkan secara konduksi sebesar

Q = k A tl

t

Sedang besar laju aliran kalor dengan konduksi dirumuskan,

l

tA. k.

t

QH

H = laju aliran kalor (J/s atau watt)Q = kalor yang dipindahkan (joule)t = waktu (s)k = konduktivitas termal zat (W/mK)A = luas penampang melintang (m2)∆t = perubahan suhu (C atau K)l = tebal penghantar (m)

TABEL KONDUKTIVITAS TERMAL ZAT (W/MK)

Bahan k

Emas 300

Besi 80

Kaca 0.9

Kayu 0.1 – 0.2

Beton 0.9

Air 0.6

Udara 0.024

alumunium 240

KONVEKSI

Konveksi adalah hantaran kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Contoh dari peristiwa konveksi adalah seperti perpindahan kalor pada zat cair yang dipanaskan, ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturan katub udara pada kompor, dan kipas angin. Umumnya konveksi terjadi pada gas dan zat cair.

Energi kalor yang dipindahkan secara konveksi sebesar,

Kecepatan perpindahan kalor di sekitar suatu benda dirumuskan :

Q = k A t . t

th.A.t

QH

Keterangan :H = laju aliran kalor (J/s atau watt)Q = kalor yang dipindahkan (joule)t = waktu (s)h = koefisien konveksi (W/m2K)A = luas penampang melintang (m2)∆t = perubahan suhu (C)

RADIASI

Radiasi adalah hantaran kalor yang tidak memerlukan medium perantara, seperti kalor dari matahari yang sampai ke bumi, kalor api unggun yang sampai pada orang yang ada di sekitarnya, pendingin (pemanas) rumah, pengeringan kopi, pembakaran dengan oven dan efek rumah kaca.

Energi kalor yang dipindahkan secara radiasi sebesar,

Laju aliran kalor tiap satuan waktu dalam radiasi dirumuskan :

 

Q = e A T4 t

T A..et

QH 4

Intensitas radiasi sebesar,

R = e T4

H = laju aliran kalor tiap satuan waktu (J/s atau watt)R = intensitas radiasi ( W/m2)Q = kalor yang dialirkan (J)t = waktu (s)A = luas (m2), luas permukaan lingkaran = 4..r2

T = suhu (K)e = emisivitas benda (tanpa satuan)

(e bernilai 1 untuk benda hitam sempurna, dan bernilai 0 untuk benda tidak hitam sama sekali. Pengertian benda hitam sempurna disini adalah benda yang memiliki kemampuan menyerap semua kalor yang tiba padanya, atau mampu memancarkan seluruh energi yang dimilikinya).

IKUTI MATERI SELANJUTNYA

“Pesawat Sederhana”

Oleh : La Tahang

Terima Kasih