Menentukan besaran suhu, kalor jenis, kalor, konduktivitas dalam kaitannya dengan pemuaian, penjalaran kalor, dan perubahan fasa

SUHU DAN KALOR

  8 /1 /8

  PERTEMUAN KE - IX

  1

  1 IF R A D A M M A H U M R A T A L

TUJUAN INSTRUKSIONAL

  8 /1 /8

  1

  IF R A

  1 Menentukan besaran suhu, kalor jenis, kalor,

  konduktivitas dalam kaitannya dengan pemuaian,

  D A M M A

  penjalaran kalor, dan perubahan fasa

  H U M R A T A L

I. PENDAHULUAN

  8 /1

  o Suhu : menyatakan ukuran kuantitatif

  /8

  1

  1

  keadaan panas dinginnya suatu benda

  IF R A D A M M

  o Panas (kalor) : menyatakan ukuran energi

  A H U M

  panas yang terdapat pada suatu benda

  R A T A L

  karena pengaruh perbedaan suhu

  8 /1 /8

  1

  1 IF R A D A M

II. SUHU DAN PEMUAIAN M

  A H U M R A T A L

2.1. SUHU/TEMPERATUR

  Suhu didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Alat untuk mengukur suhu adalah

  8 /1 /8

  1

  termometer, termometer ini memiliki sifat termometrik

  1 IF zat yang berubah jika dipanaskan. R A D A M M A H U M R

  Prinsip semua termometer mempunyai acuan yang

  A T A L

  sama dalam menetapkan skala yaitu titik lebur es murni dipakai sebagai titik tetap bawah, sedangkan suhu uap

  Alat ukur suhu ( termometer) Prinsip kerja termometer adalah berdasarkan pada pemuaian atau panas yang dipancarkan

  Untuk mengukur temperatur secara kuantitatif, perlu skala o o o numerik seperti

  C,

F, K, R

  8 /1 /8

  1

  1

• • Standar skala suhu :

  IF

  Titik tripel air (273.16

  C)

  R A

  Titik didih air (373.16

  C)

  D A M M A H U M R A T A L

SKALA SUHU TERMOMETER

  Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan

  8 /1 /8 Reamur(R).

  1

  1

  titik tetap atas(tta) 100 --373-- 212-- 80--

  IF R A D A M M A H U M R

  d

  C-- l K -- g F-- s R--

  A T A L

  c k f r titik tetap

  0 -- 273-- 32-- 0--

  8 /1 /8

  1

  1 IF R A D A M M A H U M R A T A L

  C F K R Titik uap 100 212 373 672

  8 /1 /8

  1

  1 IF R A D A M M A H U M R A T A L

2.2. PEMUAIAN

  Suhu dan Pemuaian

• Pada kehidupan sehari-hari temperatur

  8 /1 /8

  1

  1

  merupakan ukuran mengenai panas atau

  IF R dinginnya benda. A D

• A M

  Es dikatakan memiliki

  Api dikatakan panas atau

• temperatur rendah

  M A

  bertemperatur tinggi

  H U M R A T A L Temperatur merupakan sifat sistem yang menentukan apakah sistem berada dalam keadaan kesetimbangan dengan sistem lain

  8 /1 /8

  1

  IF R A D A M M A H U M R A T A

  1 Kesetimbangan thermal ?

  Yaitu situasi yang mana dua benda yang dalam keadaan kontak

  L thermal menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama.

  Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan thermal tergantung sifat benda tersebut. Pada saat

  T setimbang

  8 /1 /8

  1

  1 IF R A D A M M A H U M R A T

• A

  Jika dua sistem dengan temperatur yang berbeda L diletakkan dalam kontak termal, maka kedua sistem tersebut pada akhirnya akan mencapai temperatur

  Pemuaian Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda sebagai akibat adanya perubahan suhu. Dikenal tiga macam pemuaian , yaitu : pemuaian panjang , pemuaian luas/bidang dan pemuaian volume.

  8 /1 /8

  1

  1 IF R

  L, A =, V Perubahan panjang, luas dan 

  A

  D

   L =  L T

  o volume

  A M M

  L , A V = Panjang, luas dan volume awal o

  , o

  A

  A =  A  T o

  H U

  M R

   T = Perubahan suhu ( C)

   V =  V T o

  A T

   , ,  = Koefisien muai panjang, luas dan

  A L

• 1

  volume ( C )

1) Pemuaian Panjang

  8 /1 /8

  11 

   = Pertambahan   panjang (m) = Panjang mula-

   o mula(m) = Panjang akhir (m)

   

  D T

  IF o

  A R M A M A o

  T 

  H = Kenaikan suhu ( C atau K)

   U

  T M R A T

  = Koefsien muai A

   L o -1 -1 panjang ( C atau K ) Pemuaian Benda 1) Pemuaian Panjang 

   8 /1 /8

  

  11 o

  D

  IF 

  T A R M A M A H U x x T

         

      o

  T o M R A T A L

  (

1 T )

  Contoh Sebuah kabel listrik yang terbuat dari tembaga memiliki panjang antar tiang 200 m pada temperatur 16.0°C. Berapa pertambahan panjangnya bila temperaturnya menjadi 35.0°C? Koefisien muai

  

  /1 /8

  8 panjang tembaga = 0,000017/°C.

  1

  1

   T = Perubahan suhu (

  

C) = 35.0°C – 16.0°C = 19,0°C

  IF R A D

  L L t A  L = Perubahan panjang

      o

  M M A H U M R A T A L

  L L t    

  ( 0,000017/°C )(200 m)(19,0°C) = 0,0646 m o = 6,46 cm Contoh soal

1. Sebuah cincin besi berdiameter 1,5 m pada suhu

  20 C. Harus dipanaskan didalam ketel dengan suhu berapakah cincin tersebut agar diameternya

• 6

  menjadi 1,52 m, jika  = 12 x 10 / C besi

  8 /1 /8

  1

  1 IF R A D A M M A H U M R A T A L

  8 /1 /8

  11

2) Pemuaian Luas

  = Perubahan luas

  (m )

  2 A



  2 = Luas mula-mula(m )

  

A

D

  IF o

  A R M A

  2 M = Panjang akhir (m )

  A

A

  H T

  U M R o

  A = Kenaikan suhu ( C atau K)

  T 

  A x A x T T

      o

  A L o

• 1 -1

  = Koefsien muai luas ( C 

  8 /1 /8

  11

2) Pemuaian Luas

  D

  IF A R M A M A H A A A

     T o

  A x A x T U

      o

   M R A T A L A A (

1 T )

3) Pemuaian Volum

  = Pertambahan

  V

  8 

  3 volum (m )

  /1 /8

  11

  3 = Volum mula-mula(m )

  V D o

  IF A R M A

  3 M = Volum akhir (m )

  A

  V T H U M o

  R = Kenaikan suhu ( C atau K) A T V x

  V x T    

   T o

  A L = Koefsien muai

   o -1 -1 volum ( C atau K )

3) Pemuaian Volum

  8 /1 /8

  11 D

  IF A R M A M A H U V x V x T

  V V

  V      

   o

  T o M R A T A L

  V V (

1 T )

  Pemuaian Benda

• Pemuaian Zat Cair

  Zat cair hanya mengalami pemuaian volum

  8 /1 /8

  11 D

  IF A R M A M A H U V x V x T

      o

   M R A T A L

  V V (

  1 T )    

  T o

ANOMALI AIR

  o o

• 8 /1

4 C → 0 C : Volumenya membesar

  /8

• o o

4 C : Volumenya mengecil dengan massa

  1

  1 C →

  jenis (ρ) paling tinggi, sehingga perilaku air ini

  IF R A D

  sangat penting untuk bertahannya kehidupan di

  A M M

  dalam air laut selama musim dingin

  A H U M R A T A L Pemuaian Benda

• Pemuaian Gas

  P = tekanan

  V V = volum

  8 c

   T = suhu ( K )

  /1 /8 T

  11 D

  IF A R M A Pemuaian Hukum M Hukum A Gas Gay- H Boyle U Lussac M R A T A L

  V x P tetap 

  8 /1 /8 Pemuaian Benda

  11

• Pemuaian Gas

  Berdasarkan Hukum Boyle & Hukum Gay-

  = Koefsien muai

  1

  1 

   o -1 -1

  Lussac gas ( C atau K )

  C 

   gas

  D 273

  IF A R Pemuaian gas

  M A M A H U M Pada tekanan tetap Pada volum tetap

  R A T A L P P (

  1 T )

  V V (

1 T )   

     

   o o

  Tegangan termal : ...

  Pada berbagai bangunan , terdapat bagian-bagian tertentu yang dirancang secara khusus agar tidak . dapat memuai atupun menyusut dikala suhu berubah.Karena ukuran bendanya tidak

  8 /1 /8

  dapat berubah maka dalam bahan akan terjadi tegangan yang

  1

  1 disebut tegangan termal .

  IF R A

  Besarnya tegangan (σ) termal ini adalah :

  D A M M A

  σ (=F/A) = Y (∆L/L ) dengan ∆L = α L ∆T

  H U M R

   atau

  A T A L

  σ = Y α ∆T

  Soal Latihan: Pemuaian

1. Sebatang rel kereta api panjangnya 10 m dan suhu awalnya 30

  O

C. Karena gesekan dengan roda kereta api suhu rel menjadi 60

  O

• 5

  C. Jika koefsien muai panjang rel 1,1.10 /K , tentukan jarak renggang minimal yang aman pada tiap sambungan agar tidak O mengalami pembengkokan pada suhu 60 C?

  

2. Sebuah batang logam mula-mula mempunyai panjang 1m,

setelah dipanaskan hingga perubahan suhunya 100 K, batang bertambah panjang 1/5000 m. Koefsien muai panjang batang logam tersebut adalah….

  O

  

3. Sebatang perak suhu awalnya 40 C dipanaskan sehingga

O suhunya naik menjadi 90

  C. Setelah diteliti ternyata batang perak tersebut bertambah panjang 0,19 mm. Jika koefsien muai

• 6 O

  panjang perak 19.10 / C. Berapakah panjang mula-mula batang perak ?

  

4. Keping tembaga panjang 10 cm, lebar 10 cm, dan suhunya 20

O

• 5

C. Bila koefsien muai panjang tembaga 1,8.10 / K. Berapakah

  O

luas keping tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 80 C?

5. Suatu balok besi berukuran 4 cm x 10 cm x 5. cm Hitunglah

  O perubahan volume ketika temperaturnya dinaikkan dari 15 C

  O

• 5 O

  ke 65 C! (koefsien muai panjang besi 10 / C).

  O

  

6. Pada suhu 10 C sebuah gelas kaca volumenya 1000 mL penuh

berisi alkohol. Jika gelas dipanaskan sehingga suhu gelas dan O alkohol 50

C. Berapakah alkohol yang tumpah? (koef. muai

• 6 O

  panjang gelas kaca = 3.10 / C dan koef. muai alkohol=

• 6 O

  10 / C).

7. Gas mula-mula mempunyai volume V . Jika gas dipanaskan

  1 pada tekanan tetap sehingga volumenya menjadi tiga kali dari semula. Berapakah suhu gas harus dinaikkan ? (jawaban dalam satuan celcius)

  8 /1 /8

  1

  IF R A D A M M A H U M R A T A L

  1 III. KALOR

• Kalor merupakan transfer energi dari satu benda ke benda lain karena

  8 /1 /8

  1

  1

  adanya perbedaan temperatur

• IF R

  Dalam satuan SI, satuan kalor adalah

  A D A M

  joule dengan 1 kal = 4.186 J

  M A H

• U M

  1 kalori (kal) = kalor yang dibutuhkan

  R A T A

  untuk menaikkan temperatur 1 gr air

  L

  o sebesar 1 C

  8 /1 /8

  1

  1 IF R A D A M M A H U M R A T A L

• Jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu sistem m = massa (gr)

  Q = m c T

  8

  c = kalor jenis (kal/g

  C)

  /1 /8

  1

  C)

  1 T = Perubahan suhu ( 

  IF R A D A M M A H U M R A T A L

• Jika bagian yang berbeda dari sistem yang terisolasi berada pada temperatur yang berbeda, kalor akan mengalir dari temperatur tinggi ke rendah
• 8

  Jika sistem terisolasi seluruhnya, tidak ada

  /1 /8

  1

  1

  energi yang bisa mengalir ke dalam atau

  IF R

  keluar, maka berlaku kekekalan energi

  A D A M

  dengan

  M A H U M R A T A L Contoh soal Hitunglah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 20 Kg besi (c = 0,11 kal/g

  C) dari 10 C ke 90 C

  8 /1 /8

  1

  1 IF Jawab. R A D A M M A

  Q = m c T

  H U

3 M

  = 20 x 10 g x 0,11 cal/g C x (90 – 10) C

  R A T A L

  = 17600000 cal Perubahan Fasa

• Zat dapat berbentuk padat, cair atau gas. Ketika terjadi perubahan fasa, sejumlah kalor dilepas atau diserap suatu zat yaitu

  8 /1 /8

  1

  1 Q = m L Q = kalor (kalori)

  IF R A

  m = massa (gr)

  D A M M

  L = kalor laten (kal/gr)

  A H U M R A T A L

  Kalor penguapan air Kalor Contoh

• Berapa banyak energi yang harus dikeluarkan lemari es dari 150 kg air pada

20 C untuk membuat es pada – 12 C

  8 /1 /8

  Jawab

  1

  1 IF R A D

  Q = Q + Q + Q

  A

  tot

  1

  2

  3 M

  20  Q =m c T

  M

  1 air air

  A H U

  )

  M R

  C

  A T

  Q =m L 2 es es

  A

  (

  L

  ur at er p

   Q =m c T Perpindahan kalor

  8 /1 /8

  1

  IF R A D

  1 Kalor berpindah dari satu tempat

  atau benda ke yang lain dengan

  A M M A H

  tiga cara :

  U M R A T

  1. konduksi

  A L

  2. konveksi

3.1. Konduksi

  Berpindahnya kalor dari satu tempat ke tempat lain dengan cara tumbukan antar molekul, dengan laju aliran kalor (H)

  8 /1 K = Konduktivitas termal (J/s.m.

  C) /8

  1

  1

  A = Luas penampang (m )

  IF

  H - KA  

  2 Q T  

  R

  T = Suhu (

  C)

  A

  t l

  D

  

  A

  L = Tebal / panjang (m) M

  M A H U M R A T A L

  T T

  1

2 K besar konduktor

  K kecil isolator Contoh

1. Berapa laju aliran kalor melalui jendela kaca yang

  luasnya 2.0 m x 1.5 m dan tebalnya 3.2 mm, jika

  8 /1

  temperatur pada permukaan dalam dan luar

  /8

  1

  1

  jendela 15 C dan 30 C dengan konduktivitas

  IF

  termal 0.84 J/s.m. C

  R A D A M M A H U M R A T A L

3.2.Konveksi

  kalor ditransfer dari satu tempat ke tempat yang lain dengan pergerakan molekul, zat atau materi

  Konveksi paksa Konveksi alami

  8 /1 /8

  1

  1 IF R A D A M M A H U M R A T A L

  Formula:

  8 /1 /8

  1

  IF

  h . A .( T T )

  1 Q

  R

   

  2

  1 A

  D A

  t

  M M A H U M

  (Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)

  R A T

  2 A A = luas penampang (m )

  L

  2 h = koef. konveksi (W/m .K)

  O Δ T = selisih suhu ( C atau K)

  3.3 Radiasi Kecepatan sebuah benda meradiasikan energi/ persamaan stefan-Boltzmann

  8 /1

  Q

  /8

  

  4

  1

  1

  e AT  

  IF R

  t 

  A D A M M A H U

  e =koefisien pemancaran

  M R A T

• 8

  2

4 A

  s = 5.67 x 10 W/m K

  L

  A = Luas permukaan Penutup

• Kita telah mempelajari masalah:
• 8

  Suhu dan pemuaian

• /1

  Suhu dan perpindahan kalor

  /8

  1

• IF R

  1 Suhu, kalor dan perubahan fasa

• A D

  Bahasan selanjutnya adalah hukum-hukum

  A M M

  termodinamika yang mencakup

  A H

• U M

  Hukum I: mengenai hubungan antara energi

  R A T

  dalam, kerja dan kalor yang terjadi pada suatu

  A L

  sistem

• Hukum II: mengenai arah berjalannya suatu

  Sekian