suhu dan kalor perambatan kalor

8/7/2017
SUHU DAN KALOR
PERAMBATAN KALOR
OLEH :
Ir. ARIANTO
PENGERTIAN SIFAT TERMAL ZAT
PEMUAIAN MASSA JENIS
PENGUKURAN SUHU
CONTOH SOAL 1
KA LO R
MACAM TERMOMETER
CONTOH SOAL 2
KAPASITAS PANAS
JENIS TERMOMETER
CONTOH SOAL 3
KALOR JENIS
PEMUAIAN PANJANG
CONTOH SOAL 4
KALOR LATEN
PEMUAIAN LUAS
CONTOH SOAL 5
PERUBAHAN WUJUD
PEMUAIAN VOLUME
CONTOH SOAL 6
AZAZ BLACK
ANOMALI AIR
CONTOH SOAL 7
RAMBATAN PANAS
IR. STEVANUS ARIANTO
1
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PENGERTIAN SIFAT
TERMAL ZAT
Sifat termal zat ialah bahwa setiap
zat
yang
menerima
ataupun
melepaskan kalor, maka zat tersebut
akan mengalami :
- Perubahan suhu / temperatur /
derajat panas.
- Perubahan panjang ataupun
perubahan volume zat tersebut.
- Perubahan wujud.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PENGUKURAN SUHU
Alat untuk mengukur suhu suatu zat disebut TERMOMETER.
Secara umum ada 3 jenis termometer, yaitu :
- Termometer celcius, mempunyai titik beku air 00
titik didih air 1000
- Termometer reamur, mempunyai titik beku air 00
titik didih air 800
- Termometer Fahrenheit, mempunyai titik beku air 320
titik didih air 2120
Titik Didih
Titik Beku
IR. STEVANUS ARIANTO
100
80
212
373
C
R
F
K
32
273
0
0
2
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
LANJUTAN
PENGUKURAN SUHU
0C
Jadi 100 bagian C = 80 bagian R = 180 bagian F
& 0R dimulai pada angka nol dan 0F dimulai pada angka 32
Maka C : R : (F-32) = 100 : 80 : 180
C : R : (F-32) = 5 : 4 : 9
4
tC
5
tR
tF
9
tC
5
32
tR
4
(tF 32)
9
Selain 3 jenis termometer di atas, derajat panas sering
dinyatakan dengan derajat mutlak atau derajat KELVIN ( 0K )
tK
tC
273
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
MACAM TERMOMETER
Macam – macam termometer.
Termometer alkohol.
Karena air raksa membeku pada – 400 C dan mendidih pada 3600, maka termometer
air raksa hanya dapat dipakai untuk mengukur suhu-suhu diantara interval tersebut.
Untuk suhu-suhu yang lebih rendah dapat dipakai alkohol (Titik beku – 1300 C) dan
pentana (Titik beku – 2000 C) sebagai zat cairnya.
Termoelemen.
Alat ini bekerja atas dasar timbulnya gaya gerak listrik (g.g.l) dari dua buah
sambungan logam bila sambungan tersebut berubah suhunya.
Pirometer Optik.
Alat ini dapat dipakai untuk mengukur temperatur yang sangat tinggi.
Termometer maksimum-minimum Six Bellani.
Adalah termometer yang dipakai untuk menentukan suhu yang tertinggi atau
terendah dalam suatu waktu tertentu.
Termostat.
Alat ini dipakai untuk mendapatkan suhu yang tetap dalam suatu ruangan.
Termometer diferensial.
Dipakai untuk menentukan selisih suhu antara dua tempat yang berdekatan.
IR. STEVANUS ARIANTO
3
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JENIS TERMOMETER
6"&9" Adjustable
Angle Thermometer
Industrial
Bimetal
Thermometer
Enclosed-Scale
Glass
Thermometer
Pocket Bimetal
Thermometer
Indoor &
Outdoor
Thermometer
Pressure
Gauge
Digital
Thermometer
Vapor Actuated
Dial
Thermometer
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PEMUAIAN PANJANG
Bila suatu batang pada suatu suhu tertentu panjangnya Lo, jika
suhunya dinaikkan sebesar t, maka batang tersebut akan
bertambah panjang sebesar
L yang dapat dirumuskan
sebagai berikut :
L
Lo . . t
= Koefisien muai panjang = koefisien muai linier
didefinisikan sebagai : Bilangan yang menunjukkan berapa cm atau
meter bertambahnya panjang tiap 1 cm atau 1 m suatu batang jika
suhunya dinaikkan 10 C.
Panjang batang pada suhu t1 0C adalah :
Lt
IR. STEVANUS ARIANTO
Lo
L
Lt
Lo (1
. t)
4
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PEMUAIAN LUAS
Bila suatu lempengan logam (luas Ao) pada t00, dipanaskan
sampai t10, luasnya akan menjadi At, dan pertambahan luas
tersebut adalah :
A
Ao . . t
adalah Koefisien muai luas ( = 2 )
Bilangan yang menunjukkan berapa cm2 atau m2
bertambahnya luas tiap 1 cm2 atau m2 suatu benda jika
suhunya dinaikkan 1 0C.
Luas batang pada suhu t1 0C adalah :
At
Ao
A
At
Ao (1
. t)
2
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PEMUAIAN VOLUME
Bila suatu benda berdimensi tiga (mempunyai volume)
mula-mula volumenya Vo pada suhu to, dipanaskan sampai
t1 , volumenya akan menjadi Vt, dan pertambahan
volumenya adalah :
V
Vo . . t
adalah Koefisien muai Volume ( = 3 )
Bilangan yang menunjukkan berapa cm3 atau m3
bertambahnya volume tiap-tiap 1 cm3 atau 1 m3 suatu benda
jika suhunya dinaikkan 1 0C.
Volume batang pada suhu t1 0C adalah :
Vt
Vo
IR. STEVANUS ARIANTO
V
Vt
Vo (1
. t)
3
5
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
ANOMALI AIR
Namun tidak semua benda menurut hukum
pemuaian ini, misalnya air. Didalam interval
00- 40 C air akan berkurang volumenya bila
dipanaskan, tetapi setelah mencapai
40 C
volume air akan bertambah (Seperti pada
benda-benda lainnya). Hal tersebut diatas
disebut ANOMALI AIR.
Jadi pada 40 C air mempunyai volume
terkecil, dan karena massa benda selalu
tetap jika dipanaskan maka pada 40 C
tersebut
air
mempunyai
massa
jenis
terbesar.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PEMUAIAN
MASSA JENIS
Misalkan :
* Vo dan o berturut-turut adalah volume dan massa jenis
benda sebelum dipanaskan.
* Vt dan t berturut-turut adalah volume dan massa jenis
benda setelah dipanaskan.
* m adalah massa banda.
o
m
Vo
t
m
Vt
sedang
Vt
Vo (1
o
t
IR. STEVANUS ARIANTO
Vo (1
. t)
o
. t)
t
(1
. t)
6
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
KALOR / ENERGI PANAS
Kalor dikenal sebagai bentuk energi yaitu energi panas
dengan notasi Q
Satuan Kalor :
Satuan kalor adalah kalori (kal) atau kilo kalori (k kal)
1 kalori/kilo kalori adalah : jumlah kalor yang
diterima/dilepaskan oleh 1 gram/1 kg air untuk
menaikkan/menurunkan suhunya 10 C.
Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energi.
Kesetaraan satuan kalor dan energi mekanik ini ditentukan
oleh PERCOBAAN JOULE.
1 kalori
4, 2 joule
1 joule 0, 24 kalori
Harga perbandingan di atas disebut TARA KALOR MEKANIK.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
HARGA AIR /
KAPASITAS KALOR
Kapasitas kalor suatu zat ialah banyaknya
kalor yang diserap/dilepaskan untuk
menaikkan/menurunkan suhu 10 C
Jika kapasitas kalor/Nilai air = H maka
untuk menaikkan/menurunkan suhu suatu
zat sebesar t diperlukan kalor sebesar :
Q
H. t
Q dalam satuan k kal atau kal
H dalam satuan k kal / 0C atau kal / 0C
t dalam satuan 0C
IR. STEVANUS ARIANTO
7
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
KALOR JENIS (c)
Kalor jenis suatu zat ialah : banyaknya kalor yang
diterima/dilepas untuk menaikkan/menurunkan suhu 1
satuan massa zat sebesar 10 C.
Jika kalor jenis suatu zat = c, maka untuk
menaikkan/menurunkan suatu zat bermassa m, sebesar t
0C, kalor yang diperlukan/dilepaskan sebesar :
Q
m.c. t
Q dalam satuan k kal atau kal
m dalam satuan kg atau g
c dalam satuan k kal/kg 0C atau kal/g 0C
t dalam satuan 0C
Dari persamaan di atas dapat ditarik suatu hubungan :
H. t= m.c. t
H=m.c
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
KALOR LATEN
Kalor laten suatu zat ialah kalor yang dibutuhkan untuk
merubah satu satuan massa zat dari suatu tingkat wujud ke
tingkat wujud yang lain pada suhu dan tekanan yang tetap.
Jika kalor laten = L, maka untuk merubah suatu zat bermassa
m seluruhnya ke tingkat wujud yang lain diperlukan kalor
sebesar :
Q
m.L
Q dalam kalori atau k kal
m dalam gram atau kg
L dalam kal/g atau k kal/kg
•Kalor lebur ialah kalor laten pada perubahan tingkat wujud
padat menjadi cair pada titik leburnya.
•Kalor beku ialah kalor laten pada perubahan tingkat wujud
cair menjadi padat pada titik bekunya.
•Kalor didih (kalor uap) ialah kalor laten pada perubahan
tingkat wujud cair menjadi tingkat wujud uap pada titik
didihnya.
IR. STEVANUS ARIANTO
8
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PERUBAHAN
WUJUD AIR
100O
Q1
m.ces . t
Q2
m.K l
0O
Q1
Q2
Membeku
padat
Q5
Q4
uap
Mengembun
Q3
cair
Mencair
Menguap
Q3 m.cair . t
Q4 m.K u
Q5 m.cuap . t
Padat berubah jadi gas disebut menyublim sebaliknya menghablur
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
HUKUM KEKEKALAN ENERGI
PANAS (AZAZ BLACK)
Jika 2 macam zat pada tekanan yang sama,
suhunya berbeda jika dicampur maka : zat yang
bersuhu
tinggi
akan
melepaskan
kalor,
sedangkan zat yang bersuhu lebih rendah akan
menyerap kalor.
Kalor yang diserap = kalor yang dilepaskan
Pernyataan di atas disebut “Asas Black” yang
biasanya digunakan dalam kalorimeter, yaitu
alat pengukur kalor jenis zat.
IR. STEVANUS ARIANTO
9
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
RAMBATAN KALOR
Panas dapat dipindahkan dengan
3 macam cara, antara lain :
Secara konduksi (Hantaran)
Secara konveksi (Aliran)
Secara Radiasi (Pancaran)
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
KONDUKSI
Pada peristiwa konduksi, atom-atom zat yang memindahkan panas
tidak berpindah tempat tetapi hanya bergetar saja sehingga
menumbuk atom-atom disebelahnya, (Misalkan terdapat pada zat
padat) Banyaknya panas per satuan waktu yang dihantarkan oleh
sebuah batang yang panjangnya L, luas penampang A dan
perbedaan suhu antara ujung-ujungnya t, adalah :
L
t1 A
to
t
t1 to
H
t
k.A
L
k adalah koefisien konduksi panas dari bahan dan besarnya
tergantung dari macam bahan.
Bila k makin besar, benda adalah konduktor panas yang baik.
Bila k makin kecil, benda adalah isolator panas.
IR. STEVANUS ARIANTO
10
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
KONVEKSI
Pada peristiwa ini partikelpartikel zat yang memindahkan
panas ikut bergerak. Kalor
yang merambat per satuan
waktu adalah :
H
h. A. t
h = koefisien konveksi
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
RADIASI
Adalah pemindahan panas melalui radiasi energi gelombang
elektromagnetik. Energi panas tersebut dipancarkan dengan
kecepatan
yang
sama
dengan
gelombang-gelombang
elektromagnetik lain di ruang hampa (3 x 108 m/det)
Banyaknya panas yang dipancarkan per satuan waktu menurut
Stefan Boltzman adalah :
W
e. .T 4
W = Intensitas radiasi yang dipancarkan per satuan luas,
dinyatakan dalam : J/m2.det atau watt/m2
e
= Emisivitas (Daya pancaran) permukaan
= Konstanta umum = 5,672 x 10 –8
T
IR. STEVANUS ARIANTO
watt
4
m2 ( K)
= Suhu mutlak benda
11
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
NILAI EMISIVITAS
Besarnya harga e tergantung pada macam permukaan benda 0 < e < 1
e=1
Permukaan hitam sempurna (black body)
-Sebagai pemancar panas ideal.
-Sebagai penyerap panas yang baik.
-Sebagai pemantul panas yang jelek.
e=0
Terdapat pada permukaan yang lebih halus.
-Sebagai pemancar panas yang jelek.
-Sebagai penyerap panas yang jelek.
-Sebagai pemantul yang baik.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
CONTOH SOAL 1
Es melebur
Termometer
skala X
Termometer
skala Y
- 400
200
Air
mendidih.
1600
1800
a. Maka 200 X = …………. Y
b. tX + tY = 880, maka t = ……… oC
IR. STEVANUS ARIANTO
12
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JAWABAN
CONTOH SOAL 1
a. X : Y
200 :160 5 : 4
4
{200 ( 40)} 20
5
tY
b. X : Y : C
tX
tY
10
tC
5
18
tC
5
4
240 20 212
5
tY
200 :160 :100 10 :8 : 5
880
40
900
8
tC
5
tC
20 880
5
.900
18
250
0
C
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
CONTOH SOAL 2
Kawat besi dan seng pada 10
0C panjangnya 158,21 cm.
Berapa
selisih
panjang
keduanya pada 100 0C jika
muai panjang besi dan seng
masing-masing 12 x 10-6/ 0C
dan 29 x 10–6 / 0C.
IR. STEVANUS ARIANTO
13
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JAWABAN
CONTOH SOAL 2
Lt
Lo (1
. t)
Lbesi
158, 21{1 12.10 6 (100 10)}
Lbesi
158, 21(1 0, 00108) 158, 2808668 cm
Lseng
158, 21{1 29.10 6 (100 10)}
Lbesi
158, 21(1 0,00261) 158, 6229281 cm
L
Lseng
Lbesi
L
0, 2420613 cm
158, 6229281 158,1808668
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
CONTOH SOAL 3
Bejana dari gelas penuh berisi air
raksa sebanyak 124,7 cm3 pada 0
0C.
Berapa gram air raksa
tumpah jika bejana beserta
isinya dipanaskan sampai 50 0C.
Muai ruang air raksa 0,000181 /
0C dan muai panjang gelas
adalah 8 x 10–6 / 0C. Massa jenis
air raksa 13,6 g/cm3 pada ssat
itu.
IR. STEVANUS ARIANTO
14
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JAWABAN
CONTOH SOAL 3
Vt
Vo (1
. t)
Vgelas
124, 7{1 3.0,000008 50 0 }
Vgelas
124, 7(1, 0012) 124,84964 cm3
VH g
124, 7{1 0, 000181 50 0 }
VHg
124, 7(1, 00905) 125,828535 cm3
VHgtumpah
mHgtumpah
125,828535 124,84964 0,978895 cm3
m
0,978895.13, 6 13,312972 gram
V
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
CONTOH SOAL 4
Ke dalam kalorimeter dengan
kapasitas kalor 12 kal/ 0C
ditambahkan 114 gram air dari
12 0C. Kemudian ditambahkan
50 gram logam dari 99 0C dan
ternyata temperatur akhir 15
0C. Berapa kalor jenis logam ?
IR. STEVANUS ARIANTO
15
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JAWABAN
CONTOH SOAL 4
99o
logam
Qdilepas
15o
12o
takhir
Qditerima
Air dan kalorimeter
Qditerima
Qkalorimeter
H . t mair .cair . t
Qdilepas
Qair
Qlog am
mlog am .clog am . t
12(15 12) 114.1(15 12) 50.clog am (99 15)
50.clog am .84 36 342
clog am
0, 09 kal / gram oC
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
CONTOH SOAL 5
Berapa
kalor
diperlukan
untuk mengubah 20 gram es
dari –8 0C menjadi air dari 40
0C.
Kalor
lebur
es
80
kal/gram. Kalor jenis es 0,5
kal/g 0C.
IR. STEVANUS ARIANTO
16
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JAWABAN
CONTOH SOAL 5
40 oC
0
es
Q2
Q1
- 8 oC
Q3
0
Q1 = m. ces
t = 20.0,5 .8
Q2 = m Kl = 20 . 80
Q3 = m . Cair .
=
80 kal
= 1.600 kal
t = 20 . 1 . 40 =
800 kal +
Kalor yang dibutuhkan = 2.480 kal
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
CONTOH SOAL 6
100 gram es suhunya -10 oC
dicampur dengan air 200 gram
bersuhu 60 oC, jika tidak ada kalor
yang
hilang
selama
terjadi
pertukaran panas, Hitunglah suhu
akhir campuran.
IR. STEVANUS ARIANTO
17
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JAWABAN
CONTOH SOAL 6
Air 40 oC
Qditerima Qdilepas
Q1 Q2 Q3 Q4
Q4
takhir
Q2
Q3
mes .ces . t mes .Kl mes .cair . t
Q1
100.0,5.10 100.80 100.1.(takhir )
-10 oC
es
500 8000 100takhir
300takhir
3500
takhir
mair .cair . t
200.1(60 t akhir )
12000 200takhir
3500
2
11 oC
300
3
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
CONTOH SOAL 7
Permukaan dinding bagian terluar
temperaturnya – 20 0C dan bagian
dalam 20 0C. Tebal dinding 40 cm.
Hitung koefisien konduksi termal
bahan
dinding
jika
telah
dikonduksikan kalor sebanyak 110
k kal lewat penampang 1 m2 tiap
jam.
IR. STEVANUS ARIANTO
18
8/7/2017
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
JAWABAN
CONTOH SOAL 7
k . A. t
L
H
k .1.{20 ( 20)}
0, 4
100k 110.000
110.000
k 1.100 kal / m oC
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. louis 1
PROFICIAT
SELAMAT ANDA TELAH MENYELESAIKAN
MATERI SUHU – KALOR - PERAMBATAN
BERLATIHLAH DENGAN :
SOAL-SOAL URAIAN
TESTLAH
KEMAMPUANMU
DENGAN SOAL TEST YANG TERSEDIA
IR. STEVANUS ARIANTO
19