1

Termometri dan Kalorimetri

2

Termometri adalah cara penentuan temperatur/suhu

Kalorimetri/Kalorimeter cara penentuan jumlah panas

Hygrometri/Hygrometer cara penentuan kelembaban udara

Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda.

Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer.

Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu

benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau

wujud bentuknya.

3

Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik

yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda

Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran

dalam satuan derajat panas

Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh

ahli kimia perancis yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 -

1794). Kalor memiliki satuan Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal).

1 Kal sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk

memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius.

4

Sifat termometrik zat

adalah sifat-sifat zat yang berubah ketika suhunya berubah.

Sifat-sifat tersebut antara lain :

warna, volume, tekanan, dan daya hantar listrik

Untuk mengukur suhu suatu benda digunakan termometer

Jenis zat cair yang paling banyak dipakai untuk mengisi tabung termometer

adalah raksa.

Kelebihan raksa dibanding zat cair lainnya antara lain :

1. Keseimbangan termal terhadap zat yang akan diukur lebih cepat.

2. Memiliki titik beku rendah, yaitu –39 oC dan titik didih tinggi, yaitu 357 oC

3. Memiliki kenaikan volume yang teratur pada saat terjadi perubahan suhu.

4. Mudah dilihat karena raksa mengkilat

5

C 0 F 32 R 0 K 273

100 212 80 373

SKALA SUHU

6

Skala Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan

sebagai 0 K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan

merupakan salah satu dari tujuh unit dasar SI. Satuan kelvin didefinisikan oleh

dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti),

dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air

(0,01 °C).

Rumus konversi suhu kelvin

Konversi dari ke Rumus

Kelvin Fahrenheit °F = K × 1,8 − 459,67

Fahrenheit kelvin K = (°F + 459,67) / 1,8

kelvin Celsius °C = K − 273,15

Celsius kelvin K = °C + 273,15

7

Satuan dasar untuk suhu (temperature) pada sistem Inggris didefinisikan

sebagai Rankin.

Antara derajat Fahrenheit (oF) dan Rankin mempunyai hubungan yaitu 0°R =

-460 oF.

Derajat suhu mutlak (temperature absolut) yaitu Rankin, karena tidak

mungkin ada suhu lebih dingin daripada 0°R.

8

Penetapan skala

1. Termometer Celcius

Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 100.

Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 100 skala.

2. Termometer Reamur

Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 212.

Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 80 skala.

3. Termometer Fahrenheit

Titik lebur es diberi angka 32, sedangkan titik didih air diberi angka 212.

Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 180 skala.

4. Termometer Kelvin

Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 212.

Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 80 skala.

Perbandingan pembagian skala C, R, dan F

C : R : F = 100 skala : 80 skala : 180 skala

atau C : R : F = 5 : 4 : 9

9

Suhu dalam skala derajat Celcius menunjukkan angka 30oC. Berapakah angka

yang ditunjukkan dalam skala derajat :

Reamur ?

Fahrenheit ?

Kelvin ?

a. Hubungan antara C dengan R

C : R = 5 : 4

b. Hubungan antara R dengan F

R : (F-32) = 5 : 9

c. Hubungan antara C dan F

C : (F-32) = 4 : 9

d. Hubungan antara C dengan K

10

Pemuaian

Pemuaian adalah volume suatu benda yang bertambah luas, panjang atau

lebar karena terkena panas. Pemuaian tiap-tiap benda berbeda, tergantung

suhu di sekitar dan koefisien muai atau daya muai benda tersebut.

Benda tersebut akan mengalami :

a. Muai panjang apabila benda itu hanya memiliki ukuran panjang saja,

b. Muai luas terjadi pada benda apabila benda itu memiliki ukuran panjang

& lebar,

c. Muai volume terjadi apabila benda itu memiliki ukuran panjang, lebar,

& tinggi.

Jadi pemuaian adalah suatu pertambahan panjang dan lebar suatu benda

yang disebabkan oleh kalor (panas).

11

Pemuaian zat padat

a. Pemuaian panjang

Koefisien muai panjang ( ) didefinisikan sebagai perbandingan antara

pertambahan panjang zat ( l), untuk setiap kenaikan suhu sebesar satu

satuan suhu ( T)

l = pertambahan panjang (m)

lo = panjang mula-mula (m)

lT = panjang akhir (m)

T = suhu akhir – suhu awal (oC / K)

= koefisien muai panjang (oC-1/ K-1)

12

b. Pemuaian luas

Koefisien muai luas suatu zat ( ) adalah perbandingan antara pertambahan

luas zat ( A) dengan luas semula (Ao), untuk setiap kenaikan suhu sebesar

satu satuan suhu ( T).

Dimana :

Ao = luas mula-mula (m2)

AT = luas setelah dipanaskan (m2)

T = kenaikan suhu (oC-1atau K-1)

13

c. Pemuaian volume

Koefisien muai volume suatu zat ( ) adalah perbandingan antara per-

tambahan volume ( V) dengan volume semula (Vo), untuk tiap kenaikan

suhu sebesar satu satuan suhu ( T).

Dimana :

V = pertambahan volume zat (m3)

Vo = volume mula-mula

VT = volume setelah dipanaskan

T = kenaikan suhu (oC/K)

= koefisien muai volume (oC-1/K-1)

14

Tabel. Koefisien berbagai jenis bahan

15

Contoh soal:

Batang alumunium yang panjangnya 4 m, naik suhunya dari 27 oC menjadi

72oC. Jika koefisien muai panjang aluminium = 24x10-6 (oC)-1, hitunglah :

Pertambahan panjang alumunium

Penyelesaian :

lo = 4 m

T = 72oC – 27oC = 45oC

= 24 x 10-6(oC)-1

l = . lo . T

16

Contoh soal :

Kaca jendela rumah pada suhu 25oC luasnya 1 m3. Berapa luas kaca

tersebut setelah suhunya naik 45oC karena sinar matahari? (koefisien muai

panjang kaca = 9 x 10-6(oC)-1)

Penyelesaian :

Ao = 1 m3

T = 45 – 25 = 20oC

= 2

= 2 (9.10-6)

=18 x 10-6 (oC)-1

A = . Ao . T

= (18 . 10-6) (1) (20)

= 360 x 10-6

= 0,00036 m2

AT = Ao (1 + . T)

= 1 + 0,00036

= 1,00036 m2

17

Contoh soal :

Sebuah bola baja ( = 11 x 10-6(oC)-1) pada suhu 25oC diameternya 2 cm.

Berapakah volume bola tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 100oC ?

Penyelesaian :

R = ½ d

= ½ . 2

= 1cm

Vo = 4/3 R3

= 4/3 (3,14) (1)3 = 4,186667 cm3

T = 100-25 = 75oC

= 3 =3(11 x10-6) = 33 x10-6(oC)-1

VT = Vo (1 + T)

= ?

18

Kalor

Kalor merupakan salah satu bentuk energi, berarti kalor merupakan suatu

besaran fisika yang dapat diukur.

Alat yang digunakan untuk mengukur kalor disebut kalorimeter.

Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan

untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 1oC

Kalor jenis dan Kapasitas kalor

Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan

atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa

zat itu sebesar satu satuan suhu.

Dimana :

Q = kalor (J atau kal)

m = massa benda (kg atau gram)

T = perubahan suhu (K atau oC)

c = kalor jenis (J/kg.K atau

kal/gramoC)

19

Kapasitas kalor dapat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

diperlukan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu

satuan suhu.

Dimana :

C = kapasitas kalor (J/K)

Q = kalor (J atau kal)

T = perubahan suhu (K atau oC)

Contoh soal :

Sepotong tembaga yang massanya 5 kg dinaikkan suhunya sebesar 10 K

dengan menggunakan pemanas listrik berdaya 0,1 kW.

Ternyata untuk itu diperlukan waktu 20 detik. Anggap bahwa efisiensi pemanas

100%.

a. Berapakah kalor jenis tembaga menurut hasil percobaan ini ?

b. Berapakah kapasitas kalor tembaga itu ?

20

Energi kalor yang dihasilkan pemanas adalah :

Q = W

= P . t

= 100 . 20 = 2000 joule

a. Kalor jenis tembaga :

Penyelesaian : m = 5 kg

T = 10 K

P = 0,1 kW = 100 W

t = 20 s

b. Kapasitas kalor 5 kg tembaga

= 200 J/K

21

Pemuaian Zat cair dan Gas

Secara umum pada pemuaian zat cair dan gas berlaku :

Koefisien muai volume untuk gas pada tekanan tetap besarnya :

Jadi secara khusus untuk pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku :

22

Perubahan Fasa (Perubahan wujud)

Zat dapat berbentuk padat, cair atau gas.

Ketika terjadi perubahan fasa, sejumlah kalor dilepas atau diserap suatu zat,

yaitu :

Q = m . L

Dimana :

Q = kalor (joule atau kalori)

m = massa zat (kg atau gram)

L = kalor laten (J/kg atau kal/gram)

Kalor laten adalah kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk berubah wujud

dari satu wujud ke wujud lainnya.

23

Beberap macam perubahan wujud dapat dilihat pada diagram di bawah ini :

GAS

PADAT CAIR

men

yubl

imdi

spos

isi

mengem

bun

menguap

membeku

mencair

24

Misalkan,

Besar kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram es -50oC menjadi 1 gram

uap 150oC , diketahui :

Kalor jenis es = 0,5 kal/goC kalor jenis air = 1 kal/goC

kalor lebur es = 80 kal/g kalor didih air = 540 kal/g

Pembahasan

m = 1 gram To = - 50oC

Ta = 150oC ces = 0,5 kal/goC

cair = 1 kal/goC Ll = 80 kal/g

Ld = 540 kal/g Qterima = ?

Peristiwa yang dialami es dapat digambarkan dengan diagram kalor seperti

gambar di bawah ini :

25

Kalor yang diterima es adalah : Qterima = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Q1 = m .ces . T1

Q2 = m . L1

Q3 = m .cair . T3

Q4 = m.Ld

Q5 = m .cair . T6

Qterima = 795 kal