Pemuaian tekanan gas pada volum tetap Isokhorik Pemuaian volum gas pada suhu tetap Isotermis

Contoh soal 4.3 1. Sebatang besi yang panjangnya 80 cm, jika dipanasi sampai 50 o C ternyata bertambah panjang 5 mm, maka berapa pertambahan panjang besi tersebut jika panjangnya 50 cm dipanasi sampai 60 o C? Penyelesaian: Diketahui: Lo 1 = 80 cm ; Lo 2 = 50 cm ∆ t 1 = 50 o C ; ∆t 2 = 60 o C ∆ L 1 = 5 mm Ditanya: ∆L 2 Jawab: Karena jenis bahan sama besi, maka: α 1 = α 2 2. Sebuah bejana tembaga dengan volum 100 cm 3 diisi penuh dengan air pada suhu 30 o C. Kemudian keduanya dipanasi hingga suhunya 100 o C. Jika α tembaga = 1,8 . 10 -5 o C dan γ air = 4,4 .10 -4 o C, berapa volum air yang tumpah saat itu? Penyelesaian: Diketahui: Vo tembaga = Vo air = 100 cm 3 ∆ t = 10 o C - 30 o C = 70 o C α tembaga = 1,8 . 10 -5 o C γ tembaga = 5,4 . 10 -5 o C γ air = 4,4 .10 -4 o C Ditanya: V air yang tumpah = ...? Jawab: Untuk tembaga Vt = Vo 1 + γ . ∆t Vt = 100 1 + 5,4 . 10 -5 . 70 Vt = 100,378 cm 3 ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ L L L L L 1 1 2 2 2 2 2 Lo . t Lo . t 80 . 0 50 . 0 mm = = = = 5 5 6 4000 15000 3 75 , Suhu dan Kalor 112 Untuk air Vt = Vo 1 + γ . ∆t Vt = 100 1 + 4,4 . 10 -5 . 70 Vt = 103,08 cm 3 Jadi V air yang tumpah = Vt air – Vt tembaga = 103,08 – 100,378 = 2,702 cm 3 3. Gas dalam ruang tertutup mempunyai tekanan 1 cmHg. Jika kemudian gas tersebut ditekan pada suhu tetap sehingga volum gas menjadi 1 ⁄ 4 volum mula-mula, berapa tekanan gas yang terjadi? Penyelesaian: Diketahui: P 1 = 1 atm V 2 = 1 ⁄ 4 V 1 Ditanya: P 2 = ...? Jawab: P 1 . V 1 = P 2 . V 2 1 . V 1 = P 2 . 1 ⁄ 4 V 1 P 2 = 4 atm Uji Pemahaman 4.3 1. Jelaskan dengan singkat a. Prinsip kerja alat pemberitahuan pada kebakaran yang menggu- nakan konsep bimetal. b. Prinsip kerja Termostat yang menggunakan konsep bimetal. 2. Pada sambungan rel kereta api perlu diberi celah antarrel. Mengapa? 3. Sebatang logam dengan panjang 1 meter dipanaskan dari 25 o C sampai 50 o C sehingga bertambah panjang 2 mm. Berapa pertambahan panjang batang logam tersebut jika panjangnya 80 cm dipanaskan dari 30 o C sampai 80 o C. 4. Sebuah kubus aluminium dengan panjang rusuk 2 meter pada suhu 30 o C. Bila koefisien muai panjang aluminium 2,6 x 10 -5 K -1 dan alu- minium tersebut dipanaskan sampai 50 o C, maka hitunglah: a. pertambahan panjang masing-masing rusuk kubus aluminium. b. pertambahan luas masing-masing bidang sisinya. c. pertambahan volum kubus. Fisika SMAMA Kelas X 113 5. Sejumlah gas dalam ruang tertutup pada saat volumnya 40 dm 3 , tekanannya 2 atm. Jika gas ditekan secara perlahan-lahan sehingga volumnya menjadi 25 dm 3 tanpa mengalami perubahan suhu, maka berapakah tekanan gas yang terjadi? 6. Ke dalam sebuah gelas yang bervolum 50 cm 3 dimasukkan air sebanyak 49 cm 3 pada suhu 25 o C, kemudian bersama-sama air dipanaskan. Pada suhu berapakah air akan mulai tumpah jika α gelas = 4.10 -6 o C dan γ air = 5.10 -4 o C. 7. Sebuah pita yang terbuat dari kuningan panjangnya 2 meter ditera pada suhu 20 o C. Pita digunakan untuk mengukur panjang suatu benda pada suhu 30 o C dan menunjukkan hasil ukur 1,025 m. Berapakah sesungguhnya panjang benda yang diukur itu?

D. PERPINDAHAN KALOR

Pada penjelasan sebelumnya telah dibahas bahwa kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat berpindah karena ada perbedaan suhu. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan 3 cara, yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Untuk lebih jelasnya perhatikan uraian berikut.

1. Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi hantaran adalah perpindahan kalor melalui zat perantara dimana partikel-partikel zat perantara tersebut tidak berpindah. Perhatikan gambar 4.11 berikut. Dari gambar 4.11 tersebut jika ujung batang logam dipanaskan dengan api, ternyata ujung logam yang kita pegang akhirnya menjadi panas. Hal tersebut membuktikan adanya per- pindahan kalor dari ujung batang logam yang dipanaskan ke ujung batang yang kita pegang. Ada zat yang daya hantar panasnya baik, ada pula zat yang daya hantar panasnya buruk. Berdasarkan daya hantar panasnya maka zat dikelompokkan menjadi dua yaitu konduktor dan isolator. a. Konduktor zat yang dapat menghantarkan panas dengan baik antara lain: tembaga, aluminium, besi, dan baja. b. Isolator zat yang kurang baik menghantarkan panas, antara lain: kaca, karet, kayu, dan plastik. Suhu dan Kalor 114 Gambar 4.11 Perpindahan kalor secara konduksi Kemampuan menghantarkan kalor logam dapat dijelaskan dengan mengang- gap adanya elektron-elektron bebas pada logam. Elektron bebas ialah elektron yang dengan mudah dapat pindah dari satu atom ke atom lain. Di tempat yang dipanaskan energi elektron-elektron bertambah besar. Karena elektron bebas mudah pindah, pertambahan energi ini dengan cepat dapat dibawa ke tempat lain di dalam zat dan dapat diberikan ke elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini energi berpindah lebih cepat. Dari percobaan dan penalaran ditemukan bahwa kecepatan mengalirnya kalor dengan cara konduksi dari satu tempat ke tempat lain dalam satu potong zat bergantung pada lima faktor, yaitu selisih suhu T, luas penampang A, tebal zat L, lamanya kalor mengalir t, dan jenis zat lihat Gambar 4.12. Dari percobaan ditemukan bahwa kalor yang mengalir: • sebanding dengan selisih suhu ∆T antara kedua ujung potongan zat yang ditinjau • sebanding dengan luas penampang potongan A • berbanding terbalik dengan tebal atau panjang potongan L • sebanding dengan selang waktu lamanya kalor mengalir. Atas dasar itu, secara matematik banyaknya kalor H yang mengalir dari ujung bersuhu T 1 ke ujung bersuhu T 2 dapat dinyatakan dengan persamaan: H = perambatan kalor tiap satuan waktu Kaldet K = koefisien konduksi termal Kalm o C ∆ T = perbedaan suhu o C A = luas penampang m 2 L = panjang m Tabel 4.5 Konduktivitas termal beberapa zat H K T = . A L ∆ bagian bersuhu tinggi T 1 bagian bersuhu rendah T 2 ∆ T Τ 1 Τ 2 luas A Q b Fisika SMAMA Kelas X 115 Gambar 4.12 Menentukan kecepatan alir kalor Zatbahan Logam Perak 4,2 X 10 -1 Tembaga 3,8 X 10 -1 Aluminium 2,1 X 10 -1 Kuningan 1,0 X 10 -2 BesiBaja 4,6 X 10 -3 k kj m . s . K