Suhu dan Kalor

BAHAN AJAR
SUHU DAN KALOR
SAMSINUR
SUHU DAN KALOR
A. SUHU
suhu adalah suatu besaran untuk menyatakan ukuran derajat panas atau
dinginnya suatu bendA. Sedangkan kalor adalah satu bentuk energy (energy panas
atau kalor). Sebagai gambaran tentang suhu adalah saat mandi menggunakan air
hangat. Untuk mendapatkan air hangat tersebut kita mencampur air dingin dengan air
panas. Ketika tangan kita menyentuh air yang dingin, maka kita mengatakan suhu air
tersebut dingin. Ketika tangan kita menyentuh air yang panas maka kita katakan suhu
air tersebut panas.
1. Pengukuran Suhu
Dengan indra peraba, anda dapat merasakan bahwa es memiliki suhu yang
renda dan kopi panas yang memiliki suhu yang tinggi. Namun indra peraba tidak
dapat menyatakan secara tepat suhu yang dimilikisuatu benda. Dengan demikian,
anda memerlukan alatyang dapat menyatakansuhu secara kualitatif yang di sebut
thermometer.
Pada umummya cara kerja thermometer bergantung pada sifat
termometrik suatu zat. Jenis-jenis trmometer, antara lain thermometer cairan (kaca),
termokopel, thermometer gas, thermometer hambatan listrik dan lain-lain.
Thermometer yang biasa digunakan sehari-hari yaitu thermometer cairan (kaca) yang
didalamnya berisi raksa dan alcohol. Kedua cairan tersebut memiliki yang sifat fisis
zat yang sensitive terhadap perubahan, yaitu panjang, volume, hambatan listrik dan
tekanannya.
Raksa dapat menyerap kalor dengan cepat dari suatu benda sehingga suhunya
sama dengan suhu benda yang akan diukur. Selain itu raksa tidak membasahi dinding
tabung serta memiliki titik beku
-39°C dan titik didih 137°C. adapun alcohol
memebeku pada suhu -114°C dan mendidih pada suhu 78°C. Jadi termmometer raksa
sangat baik untuk mengukur benda yang memiliki suhu rendah
2. Skala Termometer
Untuk menentukan nilai suhu diperlukan suatu acuan atau patokan, yaitu
pemilihan titik lebur es murni sebagai titik bawah dan titik didih air sebagai titik tetap
atas. Kedua titik tetap ini menjadi beberapa bagian (skala) yang disebut derajat. Skala
thermometer yang sering digunakan terdiri atas skala celcius, skala reamur, skala
Fahrenheit, dan skala Kelvin. Perbandingan skala thermometer tersebut ditunjukkan
sebagai berikut.
Titik tetap bawah
: 0 °C = 0°R = 32°F = 273 K
Titik t etap atas
: 100°C = 80°R = 212°F = 373K dan 100 bagian K
Selisih titik tetap atas dan titik tetap bawah skala pada hubungantersebut
adalah 100 bagian °C = 80 bagian °R = 180 bagian °F.
Secara matematika dapat dinyatakan
C : R : (F – 32) = 100:80: 180
C : R : (F – 32) = 5:4: 9
Dengan demikian, skala thermometer tertentu dapat diubah keskala
thermometer yang lainnya.
a. Hubungan antara celcius (C) dan Reamur (R)
C : R = 5:4
C
5
4
R atau R  C
4
5
b. Hubungan antara celcius (C) dan Fahrenheit(F)
C : (F – 32) = 5:9
5
9
C  ( F  32) atau F  C  32°
9
5
c. Hubungan antara Reamur (R)dan Fahrenheit(F)
R : (F – 32)
4
9
R  ( F  32) atau F  R  32°
9
4
d. Hubungan antara celcius (C) dan Kelvin (K)
C = (K – 273) atau
K = (C + 273)
Namun, kita dapat melakukan konversi skala dari satu thermometer ke
thermometer lain dengan menggunakan satu tumes saja, kita hanya perlu mengetahui
titik bawa dan titik atas thermometer tersebut. Untuk perumusannya adalah sebagai
berikut
X  Xb
Y  Yb

X a  X b Ya  Yb
Keterangan:
X = suhu yang diketahui/dicari pada thermometer X
Xa = titik tetap atas thermometer X
Xb = titik tetap atas thermometer X
Y = suhu yang diketahui/dicari pada thermometer Y
Ya = titik tetap atas thermometer Y
Yb = titik tetap atas thermometer Y
Contoh soal
Suatu shu ruangan adalah 25°C. tentuka suhu ruangan tersebut dalam skala serajat
reamur, fakhrenheit, dan Kelvin.
4
°C
5
4
R  25°  20°R
5
9
b. F  C  32
5
9
F  25  32
5
F  77°F
a. R 
c. C  C  273
C  25  273  298 K
3. Beberapa jenis thermometer
Beberapa jenis-jenis thermometer adalah:
a. Thermometer cairan
b. Termokopel
c. Thermometer gas digunakan untuk mengukur suhu melalui erubahan tekanan
d. Pirometer (thermometer hambatan listrik)
B. KALOR
Air didalam panic akan menjadi panas dan suatu saat akan mendidih, jika diletakkan
diatas kompor yang menyala. Jika dua benda dengan temperature yang berbeda
bersentuhan terjadi perambatan kalor dari benda yang memiiki suhu tinggi kebenda
yang bersuhu rendah. Pada suatu saat kedua benda tersebut memiliki suhu yang sama.
Hal tersebut disebabkan tidak ada lagi perpindahan kalor dan adapat dikatakan kedua
benda berada dalam kesetimbangan termal.
1. Pengertian Kalor
Untuk memahami pengertian kalor, amatilah peristiwa berikut. Es yang
disimpan pada air hangat akan melebur dan dalam suatu waktu akan mencapai
kesetombangan termal. Peleburan es akan terjadi karena adanya perpindahan kalor
dari air panas ke es. Dengan demikian untuk memahami pengertian kalor diperlukan
dua benda yang berbeda suhu sehingga benda yang satu dapat menerima kalor dan
benda yang lain akan melepas kalor
Dari peristiwa tersebut disimpulkan bahwa atau energy yang pindah dari suatu
benda kebenda yang lainnnya terjadi karena adanya perbedaan suhu. Oleh karena itu
kalor adalah salah satu bentuk energy.satuan kalor sama dengan energy yaitu joule
(J), atau satuan kalor adalah kalori
Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhhu satu gram. Sebesar 1°C
1 kalori = 4,18 joule = 4,2 joule
1 joule = 0,24
Jika suatu benda menerima kalor maka suhu benda akan naik. Hasil
pengamatan menunjukkan bahwa banyaknya kalor yang diterima oleh suatu benda
berbanding lurus dengan besarnya kenaikan suhu, kalor jenis benda, dan bbanyaknya
massa air pada kenaikan suhu yang sama.
2. Kalor jenis dan kapasitas kalor
Jika kalor yang sama diberika pada dua benda yang berbeda, akan menghasilkan
perubahan suhu yang berbeda. Kalor jenis suatu benda adalah banyaknya kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg benda itu sebesar1°C. berdasarkan defenisi
kalor jenis tersebut, maka secara matematika kalor jenis dituliskan dalam bentuk
persamaan sebagai berikut
𝑐=
𝑄
𝑚∆𝑇
Keterangan :
atau Q = m c ∆𝑇
Q = kalor (joule atau kalori)
m = massa benda (kg)
∆𝑇 = perubahan suhu (°C)
c = kalor jenis (J/kg °C)
kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan suatu benda untuk
menaikkan suhu 1°C dan ditulis dalam bentuk persamaan
𝐶=
𝑄
∆𝑇
Dengan :
C = kapasitas kalor (J/°C)S
Contoh soal
Tentukan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 30 gram air dari
20°C dari 35°C (cair = 1 kal/g°C)
Penyelesaian
Q = m c ∆𝑇
Q = 30 x 1 x (35-20)
Q = 450 kal
Q = 0,45 k kal
PEMUAIAN
DEFINISI PEMUAIAN
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda disebabkan karena adanya
pemanasan sedangkan penyusutan adalah berkurangnya ukuran benda karena
pendinginan. Pada umumnya, benda akan memuai ketika dipanaskan atau menyusut
ketika didinginkan. Pemuaian atau penyusutan terjadi pada zat pada, zat cair, dan zat
gas. Besarnya pemuaian suatu zat bergantung pada sifatnya. Jadi, misalnya besi dan
kuningan dipanaskan dengan suhu yang sama, tetapi kedua logam tersebut akan
mengalami perubahan panjang yang berbeda.
PEMUAIAN ZAT PADAT
1. Alat Ukur
Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat disebut muschen
broek.
2. Pemuaian Zat Padat
Pemuaian zat padat dapat terjadi pada panjang, luas, atau volumenya.
a. Muai Panjang
1) Definisi
Pada pemuaian panjang dianggap bahwa benda mempunyai luas
penampang yang kecil, sehingga ketika dipanaskan hanya memuai pada
arah panjangnya saja. Besarnya per
tambahan panjang sebuah benda
yang dipanaskan adalah berbanding lurus dengan :
- panjang mula-mula benda
- kenaikan suhu
2) Matematis
Secara matematis, pemuaian panjang pada zat padat dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
L  L 0 T ……..(1)
Untuk menghitung panjang suatu benda setalah mengalami pemuaian,
maka digunakan persamaan berikut.
L  L 0  L ……..(2)
3) Jika persamaan (1) disubtitusi ke persamaan (2), maka akan diperoleh
L  L 0  L 0 T atau juga dapat ditulis.
L  L 0 1 T  ……..(3)
4) Jika T  T2  T1 , maka persamaan (3) di atas dapat ditulis menjadi:
L  L 0 1 T2  T1 ………(4)
Keterangan:
L = panjang total benda setelah pemanasan atau pendinginan (m)
L 0 = panjang mula-mula benda sebelum pemanasan atau pendinginan (m)
L = perubahan panjang benda setelah pemanasan atau pendinginan (m)
 = koefisien muai panjang benda (/0C)
T = perubahan suhu benda setelah pemanasan atau pendinginan (0C)
T1 = suhu benda sebelum pemanasan atau pendinginan (0C)
T1 = suhu benda setelah pemanasan atau pendinginan (0C)
5) Koefisien Muai Panjang
Berikut ini adalah beberpa koefisen muai panjang zat padat.
JENIS BENDA
KOEFISIEN MUAI PANJANG (K-1) atau (0C-1)
Timah hitam
29 x 10-6
Aluminium
24 x 10-6
Kuningan
19 x 10-6
Tembaga
17 x 10-6
Besi atau Baja
12 x 10-6
Beton dan Bata
Mendekati 12 x 10-6
9 x 10-6
Kaca (Biasa)
7,9 x 10-6
Grafit
3 x 10-6
Kaca (Pyrex)
1,4 – 3,5 x 10-6
Marmer
Intan
1,2 x 10-6
Invar (Paduan besi – nikel)
0,9 x 10-6
Kwarsa
0,4 x 10-6
b. Muai Luas
1) Definisi
Pada pemuaian luas, pemuaian terjadi pada arah melebar pada sisi luas dan
lebar benda.
2) Matematis
Pemuaian luas pada zat padat dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan:
A  L 0T ……..(1)
Untuk menghitung luas suatu benda setalah mengalami pemuaian, maka
digunakan persamaan berikut.
A  A 0  A ……..(2)
Jika persamaan (1) disubtitusi ke persamaan (2), maka akan diperoleh
L  L 0  L 0 T atau juga dapat ditulis.
A  A 0 1 T  ……..(3)
Jika T  T2  T1 , maka persamaan (3) di atas dapat ditulis menjadi:
A  A 0 1 T2  T1  ………(4)
Keofisien muai luas suatu zat merupakan dua kali koefisien muai
panjangnya.
  2
Keterangan:
A = Luas total benda setelah pemanasan atau pendinginan (m2)
A 0 = Luas mula-mula benda sebelum pemanasan atau pendinginan (m2)
A = perubahan Luas benda setelah pemanasan atau pendinginan (m2)
 = koefisien muai Luas benda (/0C)
T = perubahan suhu benda setelah pemanasan atau pendinginan (0C)
T1 = suhu benda sebelum pemanasan atau pendinginan (0C)
T1 = suhu benda setelah pemanasan atau pendinginan (0C)
c. Muai Volume
1) Definisi
Muai volume zat padat terjadi pada arah memanjang, melebar dan
meninggi.
2) Matematis
Pemuaian volume pada zat padat dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan:
V  V0 T ……..(1)
Untuk menghitung volume suatu benda setelah dipanaskan atau
didinginkan, maka digunakan persamaan berikut.
V  V0  V ……..(2)
Jika persamaan (1) disubtitusi ke persamaan (2), maka akan diperoleh
V  V0  V0 T atau juga dapat ditulis.
V  V0 1 T  ……..(3)
Jika T  T2  T1 , maka persamaan (3) di atas dapat ditulis menjadi:
V  V0 1 T2  T1  ………(4)
Koefisien muai volume juga dapat dinyatakan dalam koefisien muai
panjang atau koefisien muai luas.
3
  3  
2 …….(5)
Keterangan:
V = volume total benda setelah pemanasan atau pendinginan (m3)
V0 = volume mula-mula benda sebelum pemanasan atau pendinginan (m3)
V = perubahan volume benda setelah pemanasan atau pendinginan (m3)
 = koefisien muai volume benda (/0C)
T = perubahan suhu benda setelah pemanasan atau pendinginan (0C)
T1 = suhu benda sebelum pemanasan atau pendinginan (0C)
T1 = suhu benda setelah pemanasan atau pendinginan (0C)
3) Koefisien Muai Volume
Berikut ini adalah koefisien muai volume berbagai jenis zat.
JENIS BENDA
KOEFISIEN MUAI PANJANG (K-1)
atau (0C-1)
Timah hitam
87 x 10-6
Aluminium
75 x 10-6
Kuningan
56 x 10-6
Tembaga
51 x 10-6
Besi atau Baja
36 x 10-6
Beton dan Bata
Mendekati 36 x 10-6
ZAT
Kaca (Biasa)
PADAT
Grafit
Kaca (Pyrex)
Marmer
Intan
Invar (Paduan besi –
nikel)
Kwarsa
ZAT CAIR
ZAT GAS
23,7 x 10-6
9 x 10-6
4 – 10 x 10-6
3,6 x 10-6
2,7 x 10-6
1,6 x 10-6
Karbon disulfida
1150 x 10-6
Etil Alkohol
1100 x 10-6
Bensin
950 x 10-6
Etanol
750 x 10-6
Gliserin
500 x 10-6
Air
210 x 10-6
Air Raksa
180 x 10-6
Udara
3400 x 10-6
PEMUAIAN ZAT CAIR
1. Alat Ukur
27 x 10-6
Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair disebut labu didih.
2. Pemuaian Zat Cair
Salah satu sifat zat cair adalah memiliki bentuk yang sama seperti wadahnya. Oleh
karena itu, zat cair hanya memiliki muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang
diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat
cair untuk masingmasing jenis zat cair berbeda-beda sehingga walaupun mulamula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbedabeda.
3. Anomali Air
Hampir semua benda yang dipanaskan akan mengalami pemuaian dan jika
didinginkan akan mengalami penyusutan. Akan tetapi, pada air, pada suhu 00C
sampai 40C, hukum ini tidak berlaku. Peristiwa ini disebut anomali air.
Ketika air dipanaskan pada suhu 00C, maka air akan mengalami penyusutan
(volume berkurang). Penyusutan ini akan terus berlangsung sampai mencapai suhu
40C. di atas suhu 40C, air akan kembali normal sebagaimana zat lain yang akan
memuai ketika dipanaskan.
Ketika air didinginkan pada suhu 40C, maka air akan mengalami pemuaian
(volume bertambah). Pemuaian ini akan terus berlangsung sampai mencapai suhu
00C.
Perlu diingat kembali bahwa massa jenis suatu zat tidak pernah berubah. Namun,
pada air, massa jenisnya bisa saja berubah-ubah. Yang tetap adalah massanya. Jadi
misalnya kita memasukkan air sebanyak 1 kg ke dalam kulkas. Air tersebut
kemudian berubah menjadi es. Maka massa air maupun es akan tetap sama, yaitu 1
kg.
Oleh karena itu, ketika air dipanaskan, maka akan mengalami pertambahan
volume sehingga massa jenisnya akan semakin kecil. Sebaliknya, saat didinginkan,
massa jenisnya akan bertambah. Ketika air didinginkan terus menerus hingga
mecapai suhu di bawah 40C, maka volume air mulai meningkat, sehingga massa
jenisnya akan mengecil. Dengan demikian, massa jenis air terbesar ketika bersuhu
40C.
Peristiwa anomali air ini sangat bermanfaat bagi hewan akuatik, terutama yang
hidup di daerah dingin. Bisa kita bayangkan apa yang terjadi pada hewan-hewan
akuatik ketika musim dingin tiba seandainya fenomena aneh air ini tidak ada.
Sungai, danau, rawa dan daerah-daerah berair akan membeku dan tentunya seluruh
makhluk yang ada di dalamnya akan ikut membeku dan mati.
Pada musim dingin, permukaan air mengalami penyusutan volume sehingga massa
jenisnya meningkat. Dengan demikian, air yang berada di permukaan akan
bergerak ke dasar dan air yang ada di dasar akan bergerak ke atas karena memiliki
massa jenis yang lebih kecil. Peritiwa ini akan terus berlangsung hingga mencapai
suhu 40C.
Saat mencapai suhu 40C, volume air mulai memuai sehingga massa jenisnya lebih
kecil daripada massa jenis air yang ada di bawahnya. Dengan demikian, air yang
ada di permukaan akan tetap berada di permukaan. Seiring dengan menurunnya
suhu maka air di permukaan mulai membeku. Peristiwa ini akan terus berlangsung
sampai ke bagian bawahnya. Akan tetapi, biasanya suhu di dasar air tidak terlalu
dingin sehingga tidak mengalami pembekuan. Dengan demikian, makhlukmakhluk yang ada di dalamnya bisa selamat.
Namun, perlu diingat bahwa beberapa titik di bumi ini mengalami pembekuan
hingga ke dasarnya, misalnya pada daerah kutub.
PEMUAIAN GAS
1. Alat Ukur
Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair disebut dilatometer.
Salah satu perbedaan sifat zat cair dengan zat gas adalah volume zat gas yang lebih
mudah diubah-ubah. Oleh karena itu, pada zat gas, perlu memperhatikan hal-hal
yang terkait dengan pemuaiannya yaitu tekanan, volume, dan suhu.
2. Matematis
a. Volume terhadap perubahan suhu pada tekanan tetap
V  V0 1  P T2  T1 ……..(1) ∆𝑉 = 𝑉₀ 𝛾 ∆𝑇
b. Tekanan terhadap perubahan suhu pada volume tetap
P  P0 1  V T2  T1 ………(2) 𝑉 = 𝑉₀ {1 + 𝛾 ∆𝑇)
c. Muai volume gas (suhu tetap)
V  V0 1 T2  T1  ………(3)
d. Pemuaian gas dalam ruang tertutup dihitung dengan menggunakan hukum
Boyle-Gay Lussac
P1V1 P2 V2

……..(4)
T1
T2
Keterangan:
V  V2 = volume total benda setelah pemanasan atau pendinginan (m3)
V0  V1 = volume mula-mula benda sebelum pemanasan atau pendinginan (m3)
 = koefisien muai volume zat cair (1/273 /0C)
T1 = suhu benda sebelum pemanasan atau pendinginan (0C)
T2 = suhu benda setelah pemanasan atau pendinginan (0C)
Contoh pemuaian dalam kehidupan sehari-hari.
1. Sambungan pada rel kereta api
Sambungan pada rel kereta api diberi celah agar rel tidak bengkok pada saat
memuai
2. Keca jendela rumah
Keca jendela rumah dilonggarkan pada bingkainya agar tidak retak pada saat
memuai
3. Sambungan pada jembatan besi
Sambungan pada jembatan besi diberi celah agar jembatan tidak bengkok pada
saat memuai
4. Kabel telepon atau listrik
atau listrik pada tiang dikendorkan agar tidak putus pada saat terjadi
penyusutan.
5. Seng atap rumah
Seng pada siang hari biasanya berbunyi karena seng tersebut mengalami
pemuaian
6. Bingkai besi pada roda pedati
Pemasangan bingkai besi pada roda pedati harus dipanaskan terlebih dahulu
agar bingkai tersebut terpasang kuat pada roda kayu ketika sudah dingin.
7. Keping bimetal
Keping bimetal adalah dua buah keping logam yang memiliki koefisien
muaipanjang berbeda yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat
pekaterhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang keping bimetal akan
samadan kedua keping dam posisi lurus. Jika suhu naik kedia keping akan
mengalamipemuaian dengan pertambahan panjang yang berbeda. Akibatnya
keping bimetalakan membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien
muai panjang yangkecil. Keping bimetal dapat dimanfaatkan dalam berbagai
keperluan misalnya pada termometer bimetal, termostat bimetal pada setrika
listrik, saklar alarm bimetal, sekring listrik bimetal.
PERUBAHAN WUJUD ZAT
Pengaruh kalor terhadap suatu benda selain dapat mengakibatkan perubahan
suhu juga dapat mengakibatkan perubahan wujud benda, sebagai contoh, jika es
diberi kalor atau dipanaskan maka es akan mencair dan selanjutnya akan menjadi uap.
Peristiwa tersebut disebut sebagai perubahan wujud.
Zat-zat akan mengalami perubahan fase ketika dipenagruhi oleeh kalor, tetapi
tidak setiap saat zat akan mengalami perubahan fase sepetri yang dialami es.
Contohnya kapur barus (kamper) langsung menguap sat suhunya berubah
Perubahan wujud zat selalu diikuti oleh penyerapan kalor. Energy kalor yng
diserap atau dilepaskan tidak digunakan untuk menaikkan suhu tetapi digunakan
untuk mengubah fase. Jadi selama perubahan fase, suhu zat tidak berubah. Kalor ini
seakan-akan tersembunyi. Oleh karena itu kalor teersebut dinamakan kalor laten
Kalor laten adalah kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk berubah wujud
dari satu bentuk kebentuk yang lain. Secara matematika kalor laten dituliskan sebagai
berikut
L
Q
m
atau
Q  m.L
dengan:
Q = kalor (joule atau kalori)
m
= massa zat (kg)
L = kalor laten (J/kg atau Kal/g)
Contoh Soal :
Berapakah besarnya kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es sebanyak 500 gram
pada temperatur 0oC menjadi cair seluruhnya yang memiliki temperatur 10oC ?
Diketahui kalor laten peleburan es menjadi air sebesar 80 kal/g.
Jawaban :
Diketahui: L = 80 kal/g, dan
m = 500 gram.
Ditanya : Q total = ...?
Dijawab :
Q=mL
Q = 500 gram × 80 kal/g
Q = 40.000 kal
Q = 40 kkal
Jadi, besarnya kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es menjadi cair seluruhnya
adalah sebesar 40 kkal.
Hubungan Kalor Laten dan Perubahan Wujud
Apabila suatu zat padat, misalnya es dipanaskan, es tersebut akan menyerap kalor dan
beberapa lama kemudian berubah wujud menjadi zat cair. Perubahan wujud zat dari
padat menjadi cair ini disebut proses melebur. Temperatur pada saat zat mengalami
peleburan disebut titik lebur zat. Adapun proses perubahan wujud zat dari cair
menjadi padat disebut sebagai proses pembekuan dan temperatur ketika zat
mengalami proses pembekuan disebut titik beku zat.
Kalor laten pembekuan besarnya sama dengan kalor laten peleburan yang disebut
sebagai kalor lebur. Kalor lebur es L pada temperatur dan tekanan normal adalah 334
kJ/kg. Kalor laten penguapan besarnya sama dengan kalor laten pengembunan, yang
disebut sebagai kalor uap. Kalor uap air L pada temperatur dan tekanan normal adalah
2.256 kJ/kg.
Asas black
Menurut pengamatan Black tentang perubahan kalor ini menyatakan Bila dua
zat yang suhunya tidak sama dicampur maka zat yang bersuhu tinggi akan
melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan zat yang bersuhu rendah akan
menyerap kalor sehingga suhunya naik sampai terjadi kesetim- bangan termal.
Karena kalor merupakan suatu energi maka berdasar hukum kekekalan energi
diperoleh kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap.
Konsep tersebut sering disebut dengan azaz Black, yang secara matematis
dapat dinyatakan:
Qlepaskan = Qserap
Contoh soal
Air yang sedang mendidih ( 100 oC ) dengan massa 1 kg dituangkan ke dalam bejana
logam yang terbuat dari aluminium yang massanya 2 kg. Setelah tercapai
keseimbangan temperatur akhir menjadi 75 oC. Berapakah temperatur mula – mula
bejana tersebut? (c aluminium = 0,21 kal/gram oC).
Penyelesaian
Dik :
m aluminium = 2 kg = 2000 gram
m air
= 1 kg` = 1000 gram
Dit :
Suhu awal aluminium (t) =..?
Jawab :
Q serap
= Q lepas
Q alm
= Q air
(m.c. Δt)alm
= (m.c. Δt)air
2000 . 0,21 . (75 – t) = 1000 . 1. (100 – 75)
420 ( 75 – t )
= 1000 . 25
31500 – 420t
= 25000
= 31500 – 25000
420t
t
= 6500 / 420
t
= 15, 48 oC
PERPINDAHAN KALOR
Kalor berpindah dari benda atau system bersuhu tinggi ke benda atau system
bersuhu rendah. Ada tiga cara untuk kalor berpindah dari satu benda ke benda lain,
yaitu konduksi, dan radiasi.
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan zat penghantar.
Misalnya pada batang logam yang dipanaskan salah satu ujungnya, maka ujung
batang yang
lain akan ikut panas. Laju perpindahan kalor secara konduksi
bergantung pada panjang L, luas penampang A, konduktivitas termal k atau jenis
bahan, dan beda suhu ΔT. Oleh karena itu, banyak kalor Q yang dapat berpindah
selama waktu t tertentu ditulis dengan persamaan berikut.
𝑄
𝐻 = 𝑇 = 𝑘𝐴
∆𝑇
𝐿
∆𝑇
atau Q kAti 𝐿
Makin besar nilai k suatu bahan, makin mudah zat itu menghantarkan kalor. Bahan
koonduktor mempunyai nilai k besar, sedang bahan isolator mempunyai nilai k kecil.
Bahan yang bersifat konduktor maupun isolator masing-masing mempunyai manfaat
dalam kehidupan sehari-hari, tentu saja sesuai dengan penggunaannya. Sebagai
contoh, untuk memanaskan makanan, kita tidak perlu menyentuhkan kalor dari api
langsung ke makanan. Akan tetapi, dapat kita gunakan panic aluminium adalah
konduktor yang baik sebagai media untuk memindahkan kalor dari api ke makanan,
sedangkan gagang plastic adalah isolator yang baik sehingga dapat menahan panas
dari aluminium ke tangan.
2. Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel
zat. Terdapat dua jenis konveksi, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Pada
konveksi alami, pergerakan atau aliran energy kalor terjadi akibat perbedaan amssa
jenis. Pada konveksi paksa, aliran panas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju
dengan bantuan alat tertentu, misalnya dengan kipas angin atau blower. Konveksi
alami terjadi misalnya pada system ventilasi rumah, terjadinya angin darat dan angin
laut, dan pada reactor pembangkit tenaga nuklir.
Laju perpindahan kalor secara konveksibergantung pada luas permukaan
benda A yang bersentuhan, koefisien konveksi h, waktu t, dan perbedaan suhu antara
benda dan fluida. Banyaksya kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung
dengan persamaan
H
Q
 h A T atau Q  h A t T
t
3. Radiasi (Pancaran)
Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan
zat perantara ( medium) . sebagai contoh perpindahan kalor dari matahari kebumi.
Kalor dari matahari tidak dapat mengalir melalui atmosfer bumi secara konduksi
karena udara diatmosfer adalah konduktor yang buruk. Panas matahari tidak sampai
kebumi melalui proses konveksi karena konveksi juga harus melalui pemanasan bumi
terlebih dahulu. Selain itu konduksi dan konveksi memerlukan medium sebagai
perantara untuk membawa kalor. Jadi,
Energi matahari yang sampai ke bumi terjadi secara radiasi atau pancaran
tanpa melalui zat perantara. Pada umumnya benda yang berpijar memancarkan panas.
Pancaran panas itu sebagian diserap oleh benda dan sebagian dipantulkan. Permukaan
hitam dan kusam adalah penyerap dan pemancar radiasi yang baik, sedang
permukaan putih dan mengkilap adalah penyerap dan pemancar radiasi yang buruk.
Laju pemancaran kalor oleh permukaan hitam, menurut Stefan dinyatakan
sebagai berikut. Energi total yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam
sempurna dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu, tiap satuan luas permukaan
sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu. Secara matematis, laju
kalor radiasi ditulis dengan persamaan:
𝐻=
𝑄
𝑇
= 𝜎𝐴𝑇
Dengan 𝜎 adalah konstanta Stefan-Boltzmann dengan nilai 5,67 X 10 . Persamaan
tersebut berlaku untuk benda dengan permukaan hitam sempurna. Untuk setiap
permukaan dengan emisivitas e(0≤ e≤ 1), persamaan (6-23) harus ditulis menjadi:
Emisivitas benda (e) menyatakan suatu ukuran seberapa besar pemancaran radiasi
kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna dan besarnya
bergantung pada sifat permukaan benda. Untuk benda pemantul sempurna (penyerap
paling jelek) nilai e = 0, sedang penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna,
yaitu benda hitam sempurna nilai e=1. Emisivitas tubuh manusia ± 0,98.
Radiasi banyak dimanfaatkan orang, dari yang sederhana seperti api unggun
dan pendiangan rumah (khususnya di Negara-negara yang memiliki musim dingin),
sampai pada yang agak kompleks seperti termos dan rumah kaca.
Prinsip utama termos adalah mencega terjadinya perpindahan kalor,
khususnya yang melalui radiasi. Termos terdiri dari sebuah tabung kaca ganda, di
mana ruang vakum di antara kedua dinding tabung mengurangi kehilangan atau
mencegah masuknya kalor.