SUHU DAN KALOR

KEGIATAN BELAJAR 6
SUHU DAN KALOR
A. Pengertian Suhu
Suhu atau temperature adalah besaran yang menunjukkan derajat panas atau
dinginnya suatu benda. Pengukuran suhu didasarkan pada keadaan fisis zat ( padat,
cair, gas ) yang mengalami perubahan jika suhunya berubah. Sensitivitas benda
terhadap perubahan suhu dinamakan sifat termometrik zat. Perubahan termometrik
zat antara lain ( perubahan volume, perubahan wujud, perubahan daya hantar
listrik, dan perubahan warna.
B. Mengukur Suhu
Alat mengukur suhu berdasarkan sifat-sifat termometrik dinamakan thermometer.
Zat cair yang mempunyai sifat termometrik yang baik adalah air raksa dan alkohol,
karena raksa dan alkohol dapat memuai secara linier jika terjadi kenaikan suhu. Zat
cair yang digunakan untuk mengisi tabung termometer adalah raksa, karena raksa
memiliki kelebihan dibandingkan dengan zat cair lain. Kelebihan raksa sebagai
pengisi tabung termometer adalah:
a. Keseimbangan termal terhadap zat yang akan di ukur lebih cepat
b. Memiliki titik beku terendah ( -390C ) dan titik didih ( 3570C ).
c. Memiliki kenaikan volume yang teratur pada saat terjadi perubahan suhu
d. Tidak membasahi kaca yang ditempati, karena memiliki gaya kohesi besar
sehingga pengukuran suhu lebih akurat.
e. Mudah dilihat, karena warnanya putih seperti perak ( mengkilat )
Pada pengukuran dengan menggunakan termometer, suhu suatu zat yang diukur
sama besar dengan skala yang ditunjukkan oleh termometer saat terjadi
kesetimbangan termal antara zat dengan termometer. Skala termometer dibedakan
menjadi skala Celcius, skala Fahrenhait, skala Reamur dan skala Kelvin.
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
155
Perbandingan skala termometer Reamur, Celcius, Fahrenhait dan Kelvin
R
C
F
80
100
212
0
0
32
K
373
273
R : C : ( F – 32 ) = 80 : 100 : 180
R : C : ( F – 32 ) = 4 : 5: 9
Hubungan antara dua termometer sembarang
Jika dua termometer sembarang X dengan Y masing-masing memiliki titik tetap
bawah dan titik tetap atas yang berbeda, tetapi rentangan antara kedua acuan
tersebut sama. Hal ini karena titik tetap bawah menggunakan acuan suhu es yang
mulai melebur pada tekanan normal dan titik tetap atas menggunakan acuan suhu
air mendidih pada tekanan udara normal. Jika suhu benda dalam derajat X
diketahui, maka suhu dalam derajat Y dapat di cari.
X
Y
a
b
ar bs

pr qs
p
q
r
s
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
156
C. Pemuaian
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena suhunya dinaikkan.
Umumnya suatu zat baik padat, cair dan gas bila dipanaskan akan memuai, kecuali
air
a. Pemuaian zat padat
Zat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian panjang, pemuaian luas,
dan pemuaian volume.
1.
Muai panjang
Lo
Lt
∆L
∆L = Lo α ∆T
Lt = Lo + Lo α ∆T
Lt = Lo ( 1+ α ∆T )
Keterangan:
∆L = pertambahan panjang batang ( m )
Lo = panjang batang mula-mula ( m )
Lt = panjang batang estela suhu naik ( m )
α = koefisien muai panjang ( / 0C )
∆T= kenaikan suhu ( 0C )
2.
Muai luas
Jika suatu benda berbentuk bidang dinaikan suhunya, maka sisi-sisi bidang
tersebut ( panjang dan lebar ) akan bertambah panjang.
∆A = Ao β ∆T
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
157
At = Ao + Ao β ∆T
At = Ao ( 1+ β ∆T )
Keterangan:
∆A = pertambahan luas ( m2 )
Ao = luas bidang mula-mula ( m2 )
At = luas bidang setelah suhu naik ( m2 )
β = koefisien muai luas ( / 0C )
∆T= kenaikan suhu ( 0C )
3.
Muai volume
Jika suatu benda berbentuk tiga dimensi jika diberi kalor selain bertambah
panjang dan lebar juga akan bertambah tinggisehingga benda tersebut
mengalami pemuaian volume.
∆V = Vo γ ∆T
Vt = Vo + Ao γ ∆T
Vt = Vo ( 1+ γ ∆T )
Keterangan:
∆V = pertambahan volume ( m3 )
Vo = volume mula-mula ( m3 )
Vt = volume setelah suhu naik ( m3 )
γ = koefisien muai volume ( / 0C )
∆T= kenaikan suhu ( 0C )
b. Pemuaian zat cair
Untuk air ketika dipanaskan dari suhu 00C sehingga mencapai suhu 40C,
volumenya akan menyusut. Massa air tidak berubah selama penyusutan,
sehingga massa jenis mencapai maksimum pada suhu 40C, dimana suhu air
minimum. Pada suhu diatas 40C air akan memuai jika dipanaskan. Sifat
pemuaian air yang tidak teratur inilah dinamakan anomali air.
c. Pemuaian gas
Gas hanya mempunyai muai ruang saja dan besar koefisien muai ruangnya
sama untuk semua jenis gas yaitu:
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
158
γgas =
1
273
Ada 3 besaran yang harus diperhatikan pada pemuaian gas, yaitu tekanan, suhu
dan volume.
P1V 1 P 2V 2

T1
T2
Jika berlangsung pada suhu tetap
P1 V1 = P2 V2
Jika berlangsung pada volume tetap
P1 P 2

T1 T 2
Jika berlangsung pada trkanan tetap
V1 V 2

T1 T 2
D. Kalor
Kalor adalah suatu bentuk energi yang dipindahkan melalui perbedaan suhu. Kalor
berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Benda yang
menerima kalor suhunya akan naik, sedangkan benda melepas kalor suhunya akan
turun.
Besarnya kalor yang di serap atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus
dengan: massa benda ( m ), kalor jenis benda ( c ), dan perubahan suhu (∆T ). Jadi
besar kalor yang dilepaskan atau diserap secara matematis:
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
159
Q = m c ∆T
Keterangan:
m = massa benda ( kg )
c = kalor jenis ( J/kg K atau kal/gr C )
∆T = kenaikan suhu ( 0C )
Dalam satuan SI satuan kalor adalah Joule.
1 kalori = 4,2 joule
1 joule = 0,24 kalori
Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 10C
air yang massanya 1 gram.
Besaran dalam kalor
a. Kapasiras Kalor ( C )
Kapasitas kalor adalah perbandingan antara jumlah kalor yang diterima
benda dengan kenaikan suhu atau banyak panas yang diperlukan untuk
menaikan sejumlah zat tertentu sebesar satu derajat celcius atau satu kelvin.
C=
Q
T
Keterangan:
C = kapasitas panas ( J/K )
Q = kalor ( J )
∆T= kenaikan suhu ( K )
b. Kalor jenis ( c )
Merupakan perbandingan antara kapasitas kalor dengan massa benda atau
banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu derajat celcius
dari satu kilogram zat tersebut.
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
160
c=
C
Q

m mT
Keterangan:
C = kapasitas panas ( J/K )
Q = kalor ( J )
∆T= kenaikan suhu ( K )
c = kalor jenis benda ( J/kgK )
Kalor jenis hanya tergantung pada jenis benda tersebut, sehingga masingmasing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda.
Hukum kekekalan energi untuk kalor
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat
berubah dari satu bentuk energi kebentuk energi lainnya. Hukum kekekalan
energi kalor dapat diamati dengan menggunakan kalorimeter. Kalorimeter
adalah alat digunakan untuk mengukur kalor.
Menurut Azaz Black adalah jumlah kalor yang dilepas ( QL ) = jumlah kalor
yang diterima ( QT )
Qlepas = Qterima
( m c ∆T )lepas = ( m c ∆T )terima
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
161
Pengaruh Kalor terhadap Wujut Benda
Apabila sejumlah es di dalam tabung gelas dipanaskan terus menerus, maka es
akan melebur menjadi air, kemudian air akan menguap menjadi gas. Sebaliknya
jika air di dinginkan maka air akan membeku menjadi es. Hal tersebut
menunjukkan bahwa air mengalami perubahan wujud.
Pada peristiwa melebur, menguap, dan menyublim selalu dibutuhkan kalor. Pada
peristiwa membeku, mengembun, dan menyublim selalu dilepaskan kalor. Pada
saat terjadi perubahan wujud , suhu zat tetap.
Kalor yang diperlukan oleh tiap satuan massa zat untuk mengubah wujudnya
dinamakan kalor laten dan suhu yang terjadi selama perubahan wujud zat
dinamakan suhu transisi.
E. Perpindahan Kalor.
Perindahan kalor dibedakan menjadi 3 macam.
a. Perindahan kalor secara konduksi
Perpindahan kalor melalui zat perantara ( logam ) dengan tidak disertai
perpindahan partikel-partikel zat tersebut secara permanen dinamakan
hantaran atau konveksi. Laju perindahan kalor secara konduksi tergantung
pada panjang, luas, jenis bahan, dan perubahan suhu
Banyaknya kalor yang dapat berpindah selama waktu t adalah:
Q
T
 kA
t
L
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang waktu ( sekon )
∆T= perubahan suhu ( K )
L = panjang batang ( m )
A = luas penampang ( m2 )
k = koefisien konduksi termal zat ( J/msK )
b. Perindahan kalor secara konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel
zatnya, yang biasanya perjadi pada zat cair dan gas.
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
162
Q
 hAT
t
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang waktu ( sekon )
∆T= perubahan suhu ( K )
A = luas penampang ( m2 )
h = koefisien konveksi termal ( J/sm2C )
c. Perindahan kalor secara radiasi
Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor dari pancaran sinar
matahari ke bumi.
Q
 eAT 4
t
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang waktu ( sekon )
e = emitivitas permukaan (0 ≤ e ≤ 1 )
σ = konstanta Stepan-Boltman ( watt/ m2K4 )
T = suhu mutlak ( K )
A = luas permukaan benda ( m2)
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
163
CONTOH SOAL
1. Pada suhu berapakah skala Fahrenheit dan skala Celsius menunjukkan angka yang
sama.
Penyelesaian.
Misal skala Fahrenheit dan skala Celsius menunjukkan angka yang sama x, maka tF
= tC = x
( tF – 32 ) : tC = 9 : 5
( x – 32 ) : x = 9 : 5
9x = 5 ( x – 32 )
9x = 5x – 160
4x = - 160
X = - 40
2. Termometer X memiliki titik tetap bawah dan titik tetap atas masing-masing 250X
dan 1250X, sedangkan termometer Y masing-masing – 200Y dan 1800Y. Jika suhu
benda menunjukkan t0X = 500X, berapa suhu benda tersebut dalam derajat
termometer Y.
Penyelesaian.
ar bs

pr qs
50  25
b  (20)

125  25 180  (20)
25 b  20

100
200
b = 30
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
164
3. Sebatang baja dengan panjang 2,0 m dipanasi dari 290 K sampai 540 K. Hitunglah
batang baja pada suhu 540 K. Koefisien muai panjang baja adalah 1,2 x 10-5/K.
Penyelesaian.
Panjang awal Lo = 2,0 m , suhu awal To = 290 K suhu akhir T 540 K dan α = 1,2 x
10-5/K
∆L = Lo α ∆T
= 2 1,2 x 10-5 250
= 0,006 m
Lt = Lo + ∆L
Lt = 2,0 + 0,006
Lt = 2,006 m
4. Tentukan kalor pada 500 gram air dipanaskan dari 250C menjadi 650C. Jika kalor
jenis air 4200 J/kgC
Penyelesaian
Q = m c ∆T
Q = 0,5 4200 40
Q = 84000 J
5. Jika 75 gram air yang suhunya 00C dicampur dengan 50 gram air yang suhunya
1000C, berapa suhu akhir campuranitu?
Penyelesaian.
Q lepas = Q terima
50 ca ( 100 – x ) = 75 ca x
50 ( 100 – x ) = 75 x
3x = 200 – 2x
5x = 200
X = 400C
6. Suatu benda hitam pada suhu 270 C memancarkan energi R J/s. Benda hitam
tersebut dipenasi hingga suhunya menjadi 3270 C. Berapa energi yang dipancarkan.
Penyelesaian.
Q
 eAT 4
t
R : x = T14 : T24
R : x = 3004 : 6004
X = 16 R
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
165
Ayo mencoba
UJI PEMAHAMAN
Kerjakan dengan singkat dan jelas.
1. Nyatakan 68 F dan 5 F pada skala Celcius dan Fahrenhait
2. Suhu dalam skala derajat Celcius menunjukkan angka 600C. Tentukan skala yang
ditunjukkan oleh Reamur, Fahrenhait dan Kelvin.
3. Suatu termometer A mempunyai titik beku air 200A dan titik didih air 2200A. Bila
suatu benda diukur dengan termometer Celcius suhunya 450C, Berapa suhu yang
ditunjukkan oleh termometer A.
4. Suhu tubuh seorang yang sedang sakit panas mencapai 400C Berapa suhu ini jika
dinyatakan dalam skala Fahrenhait.
5. Panjang sebuah tembaga adalah 1,0 meter pada suhu 200C. Jika koefisien muai
tembaga 17 x 10-6/C, dan batang tembaga itu lebih pendek dari 1,0 mm tentukan
suhu pada saat itu.
6. Ketika suhunya dinaikan sebesar 600C, sebuah batang logam yang mula-mula
panjangnya 3 meter berubah menjadi 3,00091 meter. Hitung koefisien muai panjang
batang tersebut.
7. Luas suatu bidang kaca pada malam hari yang bersuhu 200C adalah 2000 cm2,
koefisien muai panjang gelas 8 x 10-6/C. Pada siang hari bidang kaca itu bertambah
luas 32 mm2. Tentukan suhu kaca pada siang hari tersebut.
8. Suatu gas berada pada suhu 500C. Berapa suhunya agar volume gas menjadi berlipat
dua jika tekanan dijaga konstan.
9. Sejumlah gas ideal menjalani proses isobarik sehingga suhunya menjadi dua kali
semula dan volumenya menjadi N kali semula. Tentukan nilai N
10. Jika kalor jenis es 0,5 kal/grC, tentukan kalor yang diperlukan untuk menaikan 50
gram es dari -450C menjadi -50C
11. Sebuah besi beton memiliki panjang 2 m dan luas penampang 20 cm2 serta
perbedaan suhu antara kedua ujungnya 1200C. Jika koefisien termal besi 4,6 J/ms0C.
Tentukan jumlah kalor yang dipindahkan tiap satuan waktu.
12. Sebuah balok besi massanya 1 kg dipanaskan dari suhu 140C sampai 300C. Ternyata
energi yang diperlukan sama dengan 7200 J. Hitung kalor jenis besi.
Modul Fisika SMAN 10 Samarinda
166