I. IDENTITAS Mata kuliah : Fisika Umum Program Studi : FisikaPendidikan Fisika Jurusan : Fisika Fakultas : MIPA Dosen : Tim Fisika Umum SKS : 4 sks Kode : FMA 019 Minggu ke : 11 dan 12 II. CAPAIAN PEMBELAJARAN - 11 12. SUHU DAN KALOR

SUHU DAN KALOR
I.

II.

III.

IDENTITAS
Mata kuliah
Program Studi
Jurusan
Fakultas
Dosen
SKS
Kode
Minggu ke

: Fisika Umum
: Fisika/Pendidikan Fisika
: Fisika
: MIPA

: Tim Fisika Umum
: 4 sks
: FMA 019
: 11 dan 12

CAPAIAN PEMBELAJARAN
Mengaplikasikan konsep dasar tentang suhu dan kalor pada persoalan fisika
sederhana
MATERI

A. Konsep Suhu dan Kalor
1. Konsep Suhu
a. Suhu/temperatur
didefinisikan sebagai tingkat atau derajat panasnya suatu benda atau lingkungan.
Misalnya suhu suatu benda, suhu ruangan, suhu kamar, dsb. Besar kecilnya suhu suatu
benda menentukan arah perpindahan energi kalor (kalor). Kalor mengalir dari benda
yang suhunyanya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah
b. Keseimbangan Termal
Apabila dua benda A dan B yang suhunya berbeda (TA > TB) dilakukan kontak termal, ,
maka secara berangsur-angsur angsur suhu A turun dan suhu B naik sampai tercapai

keseimbangan termal (TA =TB)
c. Dinding Diatermik dan Dinding Adiabatik
Perpindahan kalor hanya terjadi bila dinding pembatas antara 2 benda bersifat
diatermik yaitu dinding yang dapat meneruskan kalor.

Sedangkan dinding yang tak

dapat meneruskan kalor disebut dinding adiabatik

d.
Hukum Kenol Termodinamika
Bila system A dan system B dibatasi oleh dinding adiabatic dengan TA > TB dan
keduanya dibatis oleh dinding diatermik dengan system C , setelah beberapa saat A
setimbang dengan C dan B juga setimbang dengan C . Bila dinding adiabatic antara A
dan B diganti dengan dinding diatermik, ternyata A sudah seimbang dengan B (T A= TB).
Kenyataan ini melahirkan hukum kenol Termodinamika :”Jika dua system masing-

142

masing seimbang termal dengan system ke tiga , maka ketiga system tersebut berada

dalam keadaan setimbang termal satu sama lain .

A

B
C

e. Pengukuran Suhu/ Temperatur
Alat untuk mengukur suhu /temperatur disebut termometer . termometer dibuat
berdasarkan atas gejala dimana suatu besaran fisis berubah bila temperatur berubah yang
dikenal dengan sifat termometrik .

Berbagai jenis termometer dapat dibuat, seperti

termometer gas, termometer cairan, dan termometer padatan.

- Termometer gas tekanan konstan sifat termomentriknya : V = V(T)
- Termometer gas volume konstan sifat termomentriknya : p = p(T)
- Termometer cairan
sifat termomentriknya : L = L(T)

- Termometer resistor
sifat termomentriknya : R = R(T)
- Termokopel
sifat termomentriknya : ξ = ξ(T)
Pemilihan jenis temometer tergantung pada rentangan temperatur atau daerah
pengukuran yang hendak di ukur.
f. Termometer Gas Volume konstan
P0
Bahan yang
suhunya hendak di ukur

Air
raksa
h
Gas B

Tabung B berisi gas yang volumenya dianggap tetap. Dengan cara menaikkan
atau menurunkan kaki sebelah kanan , sehingga terdapat perbedaan tinggi air raksa pada
kedua kaki . Bila suhu gas naik, maka tekanan gas bertambah dan tinggi h bertambah
pula. .

Tekanan absolut (p) dari gas dalam tabung B dapat dihitung. p = sifat

termometrik dari gas volume konstan.
143

p  p0  gh

Bila nilai termometrik dilambangkan dengan x maka ; x = x (T)
Untuk memudahkan membaca skala termometer, x dipilih sebagai fungsi linier
dari T sehingga :
X  cT ;

x x2
x
 c ; atau

T
T T2

sehingga T  (

x
x2

)T2

T = suhu yang akan di ukur
X = nilai termometrik pada suhu yang akan di ukur
T2= suhu acuan (dalam SI disepakati diambil suhu tripel air T3 = 273,16 K )
X2= nilai termometrik pada suhu acuan sehingga ;
T (

Maka

x
x3

)T3 atau T  (

x
x3

).273,16 K

skala suhu pada termometer gas volume konstan

ditentukan menurut

rumus:
T (

p
).273,16 K
p3

Pada termometer gas volume konstan ternyata bahwa hubungan linier antara T
dan p terpenuhi dengan baik. Bila jumlah gas dalam tabung B sedikit sekali, sehingga
tekanannya sangat rendah, atau p dan p3 kecil sekali, memenuhi persamaan :

T  Limit 273,16
p , p3  0

p
p3

Dari eksperimen ditemukan bahwa dalam keadaan demikian ( p dan p3  0 )
hasil pengukuran tidak tergantung pada jenis gas.

Karena itu termometer gas volume

konstan dengan tekanan sangat rendah disebut termometer gas ideal dan nilai suhu pada
persamaan diatas disebut temperatur gas ideal .

g. Skala Temperatur
Pemberian skala termometer didasarkan kepada dua titik tetap standar, misalnya
titik lebur esa dan titik didih air. Diantara dua titik tetap ini termoleter dibagi atas
bagian-bagian yang sama sebagai skala termometer. Berikut ini diberikan perbandingan

144

nilai skala dari 4 jenis termometer yaitu Kelvin (K), Celcius ( C ) , Reamur ( R ) ,
Fahrenheit (F) dan Rankine (Ra)

373

100

100

80

100

212

80

273

0

K

180

0

C

671

R

skala

180

32

Titik didih air
pada 1 atm

Titik lebur es
pada 1 atm

491

F

Ra

Konversi .

K  273
C
R F  32 Ra  491




100
100 80
180
180
atau
K  273 C R F  32 Ra  491
  

5
5 4
9
9

Contoh-contoh soal :

1.

Panjang kolom air raksa pada termometer air raksa 5 cm. Bila
termometer dihubungkan dengan air pada titik tripelnya tentukanlah :
 Suhu yang di ukur bila panjang kolom air raksa 6 cm
 Panjang kolom air raksa bila termometer dihubungkan dengan air
pada titik didihnya

Jawab
x

6
).273,16 K = ( )(273,16) K = 327,6 K
x3
5
x
T
 373 
b. T  ( ).273,16 K sehingga x  x3 ( )  5
  6,83 cm
x3
T3
 273 

a. T  (

145

2.

Pada angka temperatur berapa termometer
menunjukkan angka yang sama ?

Celcius dan

Fahrenheit

Jawab
C F  32
CF CF  32
diketahui C = F = CF sehingga


5
9
5
9

dan diperoleh CF = -400

3.

Suatu termometer X jika dihubungkan dengan es yang sedang melebur
menunjukkan bacaan 400 dan jika dihubungkan dengan air yang sedang
mendidih menunjukkan bacaan 1200.
Tentukanlah berapa bacaan
termometer Reamur jika termometer X menunjukkan bacaan 600 ?

Jawab
X  40
R0
jika di masukkan X = 60 diperoleh R = 200

120  40 80  0

h. Ekspansi Termal
Pada umumnya ukuran (dimensi ) sebuah benda bertambah besar jika suhunya
dinaikkan. Pada air ada pengecualian, yaitu justru dimensinya berkurang
jika suhunya dinaikkan dari 00 C s.d 40 C yang dikenal dengan anomaly air .
V
O
L
U
M
E
(V)

0

4

8

10

t ( suhu ) dalam derjat Celcius

Diagram Anomali Air
Ekspansi (muai) termal suatu benda dapat dibedakan atas 3 macam, yaitu :
1. Ekspansi linier (muai panjang) : (p, l, t)
2. Ekspansi luas (muai luas )
: ( pxl )
3. Ekspansi volume (muai volume) : (pxlxt)
Misalkan suatu batang panjangnya mula-mula L0 dan suhunya T0 . Batang
dipanasi sampai suhunya naik menjadi T1 dan panjangnya menjadi L1 maka ;

146

1 L
dengan α = koefisien muai panjang
L0 T
analog untuk muai luas dan muai volume ;
1 A
1 V
dan

 
A0 T
V0 T
dengan β = 2α = koefisien muai luas dan γ = 3α = koefisien muai volume

L1  L0  L0 (T1  T0 ) atau  

Contoh-contoh soal :
1. Bejana kuningan dengan koefisiemn muai volumenya γ = 6,2.10-5 C-1,
pada temperatur 250C volumenya 250 cm3, Bejana penuh berisi gliserin .
Setelah dipanasi sampai 500 C ada gliserin yang tumpah. Jika γgl= kefisien
muai volume gliserin = 49.10-5 C-1. Berapa banyak gliserin yang tumpah ?

Jawab
Banyak gliserin yang tumpah = pertambahan volume gliserin –
pertambahan volume bejana

Vgl  Vb   gl   V0T  = (49-6,2).10 –5(250)(50-25)= 2,987 cm3

2. Sebatang baja pada 25 0C panjangnya 2 m. Hitung panjangnya pada suhu
350C bila α baja 1,2 x 10-5 0C-1.

Jawab
m
sehingga panjang
L  L0T  2 x1,2 x105 x(35  25)  0,00024
0
batang baja pada suhu 35 C = (2 + 0,00024) m = 2,00024 m
3. Panjang logam A dua kali panjang logam B dan koefisien ekspansi linier
logam B empat kali koefisien linier logam A. Jika pertambahan panjang
logam B untuk kenaikan temperatur sebesar 400C adalah 10 mm,
tentukanlah pertambahan panjang logam A untuk kenaikan temperatur
yang sama

Jawab
LA  LA At A  2LB (1/ 4. B) x40 = 5 cm

147

2. Konsep Kalor
Bila dua benda yang suhunya berbeda di lakukan kontak termal satu sama
lainnya, setelah beberapa saat ternyata suhu kedua benda menjadi sama, hal ini
karena terjadi perpindahan energi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang
bersuhu rendah. Aliran atau perpindahan energi ini disebut dengan kalor .
Kalor diartikan sebagai aliran atau perpindahan energi akibat beda suhu.
Kalor mengalir dari benda atau bahagian benda yang bersuhu tinggi, ke bahagian
benda yang bersuhu rendah. Secara terpisah tidak dapat dikatakan benda yang
bersuhu tinggi mempunyai kalor lebih tinggi dibanding benda yang bersuhu
rendah.
Istilah kalor hanya digunakan disaat terjadinya aliran /perpindahan
(musyafir) energi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.
Satuan kalor adalah kalori (k) ; yang menyatakan banyaknya kalor yang
diperlukan benda untuk menaikkan temperaturnya 1 0C .
1 kilo kalori (K) = 103 kalori
1 kalori
= 4,2 Joule
Apabila kalor sebesar Δ Q diberikan kepada suatu benda, sehingga benda
tersebut nail temperaturnya sebesar Δt, maka besarnya kapasitas kalor ( C )
benda memenuhi persamaan :
Q
joule /0C
C
t
dan besarnya kapasitas kalor (C ) tiap satuan massa benda (m) disebut
dengan kalor jenis benda (c) memenuhi persamaan :
C Q
j/kg 0C atau
c 
m mt
t2

Q  mct ; dQ  mcdt ; Q   dQ  mc  dt  mc(t2  t1 )
t1

Kalor jenis molar (cm) zat/benda didefinisikan sebagai besarnya kapasitas
kalor tiap satuan mol zat (n) = C/n joule/kmol0C sehingga :
Q  ncm (t2  t1 )
dengan

n = m/M

; M = berat molekul

Bila dua buah benda yang temperaturnya berbeda, dilakukan kontak termal
satu sama lainnya , maka benda yang temperaturnya lebih tinggi akan melepas
kalor dan benda yang temperaturnya rendah akan menyerap kalor tersebut. Bila
dianggap perpindahan kalor hanya terjadi antara kedua benda tersebut, maka
jumlah kalor yang dilepas benda yang suhunya lebih tinggi sama dengan jumlah
kalor yang diserap benda yang suhunya lebih rendah sampai kesetimbangan termal
terjadi, memenuhi azas Black :
Qdilepas = Qdiserap

148

Contoh Soal :
1. 200 cm3 air pada suhu 95oC dituangkan ke dalam gelas yang massanya 300 gr
dari suhu 250C. Bila diketahui ρair = 1000 kg/m3, cair = 1 kkal/kg0C dan ckaca =0,2
kkal/kg0C, tentukanlah suhu akhir setelah tercapai kesetimbangan termal .

Jawab
Massa air ; m = ρV = 1000x200.10-6 = 0,2 kg = 200 gr.
Qdiberikan

air

= Qditerima

gelas

maiecairt1  mgelascgelast2

200x1x(95-ta) = 300x0,2x(ta- 25)
diperoleh ta = 73,650C
2. Sebuah benda massanya 100 gr temperaturnya 2000C dimasukkan kedalam
kalorimeter yang terbuat dari almunium yang massanya 200 gr. Bila kalorumeter
berisi 500 gr air pada temperatur 25 0C . jika temperatur kalorime-ter naik
menjadi 300C , dan diketahui kalor jenis almunium 0,125 kal/gr0C dan kalor
jenis air 1 kal/gr0C, Tentukanlah kalor jenis benda tersebut

Jawab
Azas Black : Kalor yang dilepas = kalor yang diterima
Qx  Qal  Qair
mxcx t1  malcalt2  maircairt3
100 x cx (200-30)=200 x 0,125 x (30-25) + 500 x 1 x (30-25)
diperoleh cx = 0,16 kal/g0C

B. Pengaruh Kalor Terhadap Zat
Apabila terhadap suatu benda/zat terjadi aliran kalor, maka kemungkinan
pada benda /zat itu akan terjadi perubahan suhu, perubahan fase, perubahan warna,
perubahan hambatan listrik dan sebagainya. Hal ini sangat tergantung pada keadaan
mula-mula benda atau zat dan sifat zat itu.
Zat dapat dalam keadaan berwujud (fase) padat, cair atau gas. Untuk air fase
padatnya adalah dalam bentuk es, fase cair nya air, dan fase gasnya adalah uap air.
Peralihan(transisi) zat dari fase yang satu ke fase yang lain disertai oleh penyerapan
atau pelepasan kalor. Selama perubahan fase tekanan dan temperatur zat adalah
tetap. Diagram perubahan fase itu dinyatakan pada gambar berikut ini :

149

Padat

Diagram Perubahan Fase
Ambillah segumpal es dari suhu -100C lalu masukkan kedalam sebuah bejana
Panaskan bejana berisi es ini dengan laju pemanasan yang konstan, maka es tersebut
suhunya akan naik sampai 00C. Selanjutnya es mulai mencair (melebur) menjadi air
(perubahan fase padat ke fase cair) . Selama perubahan fase ini suhu tetap 00C sampai
seluruh es menjadi air . Begitu es habis mencair, suhunya naik lagi sampai
mencapai 1000C . Selanjutnya air mulai menguap (perubahan fase cair menjadi fase
uap) . Selama perubahan fase ini suhunya tetap 1000C sampai seluruh air menjadi
uap.

Grafik Perubahan Fase Es Yang dipanaskan Menjadi Uap Air
Selama perubahan fase kalor yang diterima zat tidak digunakan untuk
perubahan suhu tetapi digunakan untuk perubahan fase. Kalor yang digunakan untuk
perubahan fase ini disebut kalor laten (tersembunyi), karena tidak berdampak pada
perubahan suhu. Yang termasuk kedalam kalor laten (L) adalah kalor peleburan,
kalor penguapan , kalor beku, dan kalor pengembunan
Yang dimaksud dengan kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan
tiap gram atau tiap kilogram zat melebur pada titik leburnya dan kalor penguapan
adalan banyaknya kalor yang diperlukan tiap gram atau tiap kilogram zat menjadi
uap. Apabila arahnya dari fase uap berubah sampai menjadi padat dinamakan kalor
pengembunan dan kalor beku :
Kalor peleburan = kalor beku
Kalor uap
= kalor pengembunan
150

Hubungan banyaknya kalor yang di lepas/diterima (Q) dengan kalor laten (L)
memenuhi persamaan :
Q = mL
Contoh soal
Hitunglah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1 kg es bersuhu – 10 oC,
menjadi uap bersuhu 100 oC, jika diketahui kalor jenis es = 0,5 kal/gramoC, kalor lebur es
= 80 kalori/gram, dan kalor uap = 540 kal/gram.

Jawab
Seluruh proses dapat digambarkan sebagai berikut
t oC
100
Q4

Q3

0
Q2
Q1
-10
Gambar 1.7
Jumah kalor yan dibutuhkan selama proses adalah
Q =
Q1 =
Q2 =
Q3 =
Q4 =

Q1 + Q2 + Q3 + Q4
mcesΔt = 1.000 gram x 0,5 kal/gramoC x [ 0 – (- 10)] oC = 5.000 kal
m L = 1.000 gram x 80 kal/gram = 80.000 kal
mcairΔt = 1.000 gram x 1 kal/gramoC x [ 100 – 0] oC = 100.000 kal
m L = 1.000 gram x 540 kal/gram = 540.000 kal

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Q = 5.000 kal + 80.000 kal + 100.000 kal + 540.000 kal = 725.000 kal

151

Contoh soal
Sebuah kalorimeter dengan kapasitas kalor (harga air kalorimater H) 10 kal/0C, berisi 500
ml air yang suhunya 100C. Ke dalam kalorimeter itu kemudian dimasukkan 200 gr es
yang suhunya –200C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr0C dan kalor lebur es 80 kal/gr,
berapakah suhu akhir dan bagaimana keadaan es pada saat itu (sudah melebur semua atau
belum).

Jawab
Misalkan suhu akhir campuran adalah ta. Menurut azas Black, Jumlah panas yang
diberikan oleh bagian sistem yang suhunya lebih tinggi sama dengan jumlah panas yang
diterima oleh bagian sistem yang suhunya lebih rendah. Bagian yang memberikan panas
adalah air dan kalorimeter, sedangkan yang menerima panas adalah es.
Bagian yang memberikan panas

Calorimeter : Q1 = H Δt = 10 kal/oC.(10 -– ta) oC = 10(10 – ta)
Air
: Q2 = mcairΔt = 500 gram.1 kal/gram oC. (10 -– ta) oC = 500(10 – ta)

Bagian yang menerima panas


Es dari -20 oC ke 0 oC :
Q3 = mcesΔt = 200 gram x 0,5 kal/gramoC x [ 0 – (-20)] oC = 2000 kal

Kalor lebur
Q4= Mles= 200 gram x 80 kal/gram= 16000 kal

Air yang berasal dari es
Q5 = mcairΔt = 200 gram x 1 kal/gramoC x [ ta – 0] oC = 200 ta kal
Azas Black
Q1 + Q2 = Q3 + Q4+QL
10 (10–ta) kal + 500(10 – ta) kal = 2.000 kal +16000 kal+ 200 ta kal
(10–ta) kal + 50 (10 – ta) kal = 200 kal + 20 ta kal+1600 kal
diperoleh suhu akhir ta = -1290/71= -18 oC.
Ini berarti semua es melebur.

C. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor hanya dapat terjadi pada suatu benda /zat/bahan apabila
bagian-bagian dari benda tersebut berada pada temperatur yang tidak sama. Arah
aliran kalor adalah dari bagian benda yang suhunya lebih tinggi ke bagian benda yang
suhunya lebih rendah, yang dapat terjadi dengan tiga cara yaitu :
1. Konduksi (hantaran) ; dapat terjadi pada zat padat, cair dan gas
2. Konveksi (aliran) ; dapat terjadi pada zat zair dan gas
3. Radiasi (pancaran) ; dapat terjadai melalui ruang hampa, udara
transpan

dan media

152

1. Konduksi ; perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan materi
Misalkan sebuah batang yang panjangnya L dan luas penampang
lintangnya A, mula-mula berada pada temperatur t1 di lakukan kontak termal
dengan benda yang suhunya lebih tinggi t2 yang tetap. Bila perubahan
temperatur (dt) tiap perubahan jarak (dx) pada setiap titik disepanjang batang
dinamakan gradien temperatur (Gradt ) yang memenuhi persamaan :
Gradt  dt / dx

maka banyaknya kalor yang mengalir (dQ) yang mengalir tiap satuan waktu
(dt) disebut arus kalor (H) memenuhi persamaan :
H  dQ / dt (joule/sec)

Berdasarkan hasil percobaan, besarnya H sebanding dengan luas permukaan (A)
dan gradien temperatur (Gradt) . Bila k menyatakan daya hantar kalor atau
koefisien konduktivitas termal bahan, maka memenuhi persamaan :
H  kA(dt / dx)

Tanda negatif (-) berarti arah aliran kalor berlawanan dengan arah naiknya
temperatur. Bila keadaan stasioner telah tercapai, maka berlaku :
H  kA

T2  T1
L

2. Konveksi ; perpindahan kalor yang disertai perpindahan materi
contohnya pada fluida. Bagian fluida yang menerima kalor ( dipanasi)
akan memuai sehingga massa jenisnya menjadi lebih kecil, dan bergerak keatas,
maka tempatnya akan digantikan oleh fluida yang massa jenisnya lebih besar,
sampai memuai dan bergerak keatas juga, begitulah seterusnya sampai seluruh
fluida menjadi panas. Laju kalor konveksi (Q/t) sebanding dengan luas
permukaan benda (A) yang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu (ΔT)
antara sumber kalor dengan fluida yang memenuhi persamaan :

Q
 hAT
t
h = koefisien konveksi
3. Radiasi ; aliran kalor melalui pancaran (emisi)
a. Setiap benda pada setiap saat memancarkan energi, akan tetapi bila
temperaturnya sama dengan temperatur sekelilingnya (setimbang termal)
maka jumlah energi yang dipancarkan sama dengan jumlah energi yang
diserap.

153

b. Suatu permukaan bahan dapat menyerap atau memancarkan radiasi dari
permukannya. Kemampuan suatu bahan untuk menyerap atau meman-carkan
radiasi tidaklah sama.
c. Benda /bahan sebagai penyerap radiasi yang baik, merupakan pemancar
radiasi yang baik pula. Dan sebaliknya
d. Benda hitam sempurna merupakan menyerap seluruh radiasi yang diterimanya,
dan memancarkan seluruh radiasi yang dikeluarkannya.
e. Radiasi thermal adalah radiasi energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu
bahan karena pengaruh temperaturnya. Tidak semua radiasi thermal dapat
diamati .
f. I(T) (Intensitas radiasi ) , didefinisikan sebagai energi radiasi yang dipancarkan
/diserap tiap satuan luas tiap satuan waktu , yang tergantung kepada suhu
mutlak pangkat empat, memenuhi persamaan :

Energi
I (T ) =

W
Waktu  t  Daya (dalam Watt )
m2
A
Luas
Luas

g. Stefan dan Boltzmann dari hasil eksperimennya, tanpa pembuktian teoritis,
menyimpulkan bahwa besarnya I(T) untuk benda hitam sempurna tergantung
kepada suhu mutlak pangkat empat, memenuhi persamaan :

I (T )  T 4
(Persamaan Hukum Stefan Boltzmann)
h. Untuk benda-benda yang sesungguhnya I(T) yang dipancarkan selalu < I(T)
yang dipancarkan benda hitam sempurna , memenuhi persamaan :

I (T )  eT 4
Dengan : e = emisivitas nilainya < 1, untuk benda hitam sempurna = 1
σ = konstanta Stefan – Boltzmann = 5,67X10-8 Watt/m2K4
Jika suatu benda bersuhu T1 dikelilingi oleh benda bersuhu T2 (T1>T2)
maka penambahan energi persatuan waktu benda bersuhu T2 akibat radiasi
benda bersuhu T1 adalah
E  eT 4  e (T14  T24 )

Contoh soal 11
Batang-batang dari tembaga merah, kuningan dan baja yang mempunyai luas penampang
yang sama, dilas membentuk huruf Y. Suhu ujung tembaga merah tetap 100 oC, sedangkan
suhu ujung kuningan dan baja tetap 0 oC. Panjang batang tembaga merah 46 cm, kuningan
13 cm, dan baja 12 cm. a). Berapakah suhu titik hubungnya ? b). Berapakah arus kalor
pada masing-masing batang ? Diketahui konduktivitas tembaga merah, kuningan dan baja
berturut-turut adalah 0,92, 0,26, dan 0,12 kal.cm/….

154

Jawab
t1 = 0 oC
H1

H2

kuningan

t1 = 0 oC
baja

A (T2  T1 )
.
L
A (100  0)
H = 0,92
.
46
Arus kalor melalui kuningan adalah

H =

t

H

Misal suhu titik hubung adalah t, dan
luas penampang batang adalah A.
Arus kalor melalui tembaga merah
adalah :
K

Tembaga merah

A (T2  T1 )
.
L
A (t  0)
.
0,26
13

H1 =
t2 = 100 oC
Gambar 1.9

K

H1 =

Arus kalor melalui
H1 = - K

A (T2  T1 )
atau
L

H2 =

0,12

A (t  0)
.
12

Arus kalor yang melalui tembaga merah sama dengan jumlah arus yang melalui kuningan
dan yang melalui baja, oleh sebab itu berlaku
H = H1 + H2
A (100  0)
A (t  0)
A (t  0)
= 0,26
+ 0,12
.
46
13
12
Dari persamaan di atas diperoleh suhu titik hubung t = 66,67 oC.
Contoh soal
Sebuah bejana didih dasarnya terbuat dari baja yang tebalnya 1,5 cm, sedangkan luas
permukaan dasarnya 1500 cm3. Ketika bejana diletakkan di atas perapian, ternyata setelah
air mendidih, 750 gram air menguap setiap 5 menit. Tentukanlah suhu bagian bawah
bejana didih.
Jawab
Arus kalor yang mengalir dari bagian
bawah bejana ke air adalah
0,92

air

1,5 cm

H
t2

A (T2  T1 )
.
L
1500 (t 2  100)
.
H = 0,12
1,5
Dalam 5 menit, 750 gram air menguap,
artinya jumlah air yang menguap dalam
1 detik adalah 2,5 gram.
Untuk menguapkan 2,5 gram air
diperlukan kalor sebanyak

H =

t1

K

Gambar 1.10
155

Q = mL = 2,5 gram. 540 kal/gram
= 1350 kalori
Jumlah ini sama dengan arus kalor yang mengalir dari bagian bawah bejana ke air, jadi
1500 (t 2  100)
. = 1350 kalori
0,12
1,5
Diperoleh suhu bagian bawah bejana didih t2 = 120,83 oC.

REFERENSI
P.A. Tipler. 1998. Fisika untuk sains dan teknik, Terjemahan, Erlangga. Jakarta.
H.D. Young dan R.A. Freedman, 2008. University Physics. 12th Edition. Addison
Wesley.New York.
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, 2007, Fundamental of Physics, 8th Edition, John
Wiley & Sons.
Sears & Zemansky. 1985. Fisika Universitas Jilid 1 Seri Mekanika, Panas & Bunyi.
Jakarta.

156