FISIKA KELAS X Drs. Pristiad Pristiadii Utomo, Utomo, M.Pd. M.Pd.
BAB VII K A L O R dan PERPINDAHANNYA
Advance Organizer Kamu tentu sudah menyadari bahwa sumber panas yang uatama di dunia ini ada adalah lah mat mataha ahari. ri. Ene Energi rgi pan panas as ata atau u ene energi rgi kal kalor or yan yang g dira diradias diasikan ikan hingga ke bumi itu dimanfaatkan oleh tumbuhan hijau untuk fotosintesis. Manusia dan hewan mentransfer energi itu dengan memakan bagian dari tumbuhan. tumbu han. Tumbuh Tumbuhan-tumbuh an-tumbuhan an purba masih menyisaka menyisakan n energi tersebut dalam dal am wuj wujud ud bat batuba ubara, ra, dan hew hewan-h an-hewa ewan n pur purba ba men menyisa yisakan kan ene energi rgi itu dalam wujud minyak bumi.
Kamu akan memperdalam pengaruh energi kalor terhadap zat, cara-cara energi ene rgi kalo kalorr berp berpinda indah, h, dan pen penerap erapan an asa asas s Bla Black ck dal dalam am pem pemecah ecahan an masalah tentang kalor pada bab ini.
131
BAB VII K A L O R DAN PERPINDAHANNYA
Standar Kompetensi
Menerapkan konsep kalor dan prinsip konservasi energi pada berbagai perubahan energi Kompetensi Dasar
Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat Menganalisis cara perpindahan kalor Menerapkan asas Black dalam pemecahan masalah
Kamu tentu pernah merebus air bukan? Air yang tadinya terasa dingin dan sejuk setelah direbus beberapa saat akan terasa hangat dan lama-kelamaan menjadi panas. Tahukah Kamu mengapa demikian? Selama direbus air mendapat energi
132
dari api yang menyala di bawah air tersebut. energi yang dihasilkan oleh nyala api akan berpindah ke air dan berubah menjadi panas dalam air. Bentuk energi yang berpind berp indah ah kare karena na perb perbedaa edaan n suh suhu u dis disebut ebut seb sebaga agaii ener energi gi kalo kalor. r. Per Perpin pindaha dahan n energ en ergii ka kalo lorr se sela lalu lu ter terja jadi di dar darii be bend nda a ber bersu suhu hu ti ting nggi gi ke be bend nda a ya yang ng ber bersu suhu hu rendah. Jadi jika ada dua buah benda A dan B mempunyai suhu yang berbeda, dan suhu A lebih dari suhu B kemudian kedua benda tersebut disentuhkan maka suhu A akan menurun dan suhu B akan naik hingga suhu kedua benda tersebut setimbang. Dalam bab ini akan diperdalam tentang energi kalor.
A. Kalor Tujuan Pembelajaran • Menerapkan kalor sebagai bentuk energi yang dapat diserap dan
dilepas • Membedakan tiga cara perpindahan panas
Apa it Apa itu u ka kalo lor? r? Unt ntuk uk ap apa a ki kita ta mem empe pela laja jari ri ka kalo lor? r? Ap Apa a kegu ke guna naan an kal kalor or dal dalam am ke kehi hidu dupa pan n se sehar harii-ha hari? ri? Se Sebe berap rapa a penting bahasan kalor bagi kehidupan manusia? Mist Mi steri eri da dan n pe perta rtany nyaan aan te tent ntan ang g kal kalor or ti tida dak k kal kalii in inii saj saja a terjadi, tapi jauh pada abad 18 hingga 19 masih merupakan suat su atu u pe perta rtany nyaan aan yan yang g pe perl rlu u me mend ndap apat at pe penj njel elas asan an yan yang g logi lo gis s da dan n ras rasio ional nal,, gu guna na me menyi nying ngkap kap ta tabi birr pe pem mah aham aman an tentang kalor.
1. Pemahaman Tentang Kalor
Dari awal abad 18 hingga 19 Masehi, kalor masih diyakini oleh sebagian orang sebagai suatu fluida yang disebut
kalorik.
Fluida ini dapat berpindah dari suatu zat ke zat
yang lainnya. Arah perpindahan itu adalah dari zat yang bersuhu tinggi ke zat yang bersuhu rendah. Kalor adalah suatu bentuk energi. Istilah kalor berasal dari Caloric, pertama kali diperkenalkan oleh A.L. Lavoiser seorang ahli kimia dari Perancis. Oleh para ahli kimia dan
133
fisika kalor dianggap sejenis zat alir yang tidak terlihat oleh manusia, berdasarkan itulah satuan kalor ditetapkan dengan nama kalori disingkat kal. Kalori didefinisikan : Satu kalori (kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gr air sehingga suhunya naik 1ºC. Sedang pengertian suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda. Suhu umumnya diukur dengan alat ukur suhu berupa termometer. Adapun syarat terjadinya perpindahan benda yang berbeda suhu. Fluida
kalorik ini
kalorik
ini adalah adanya sentuhan kedua
akan berpindah dari zat yang bersuhu tinggi ke
zat yang bersuhu rendah, hingga tercapai suatu kesamaan suhu antara kedua benda yang disebut dengan kesetimbangan termal . Hingga pertengahan abad ke 18 pengertian kalor sebagai suatu fluida masih mengemuka dimasyarakat, bahkan pengertian kalor semakin rancu dengan pengertian suhu, yang sesungguhnya memang berbeda. Kalor adalah fluida atau zat alir, dan suhu adalah derajat panas atau dinginya suatu benda yang diukur dengan termometer. Namun pendapat tersebut berubah, ketika seorang bernama Benjamin Thompson menyatakan bahwa kalor bukanlah suatu fluida kalorik tetapi dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanis. Percobaan Joule :
Pemikiran bahwa kalor bukanlah suatu fluida, namun dihasilkan dari suatu usaha yang berarti berhubungan dengan energi, maka Prescot Joule melakukan percobaan untuk menghitung besar energi mekanik yang ekuivalen dengan kalor sebanyak 1 kalori. Percobaan joule adalah dengan menggantung beban pada suatu kontrol yang dihubungkan dengan kincir yang dapat bergerak manakala beban bergerak. Kincir tersebut dimasukkan kedalam air. Akibat gerakan kincir tersebut, maka suhu air akan berubah naik Penurunan ketinggian beban dapat menunjukkan adannya perubahan energi potensial gravitasi pada beban. Jika beban turun dengan kecepatan tetap, maka dapat dikatakan tidak
134
terdapat perubahan energi kinetic pada beban, sehingga seluruh perubahan energi potensial dari beban akan berubah menjadi energi kalor pada air. Berdasarkan teori bahwa terjadi perubahan energi potensial gravitasi menjadi energi kalor, maka diperoleh suatu nilai tara mekanik kalor, yaitu ekuivalensi energi mekanik menjadi energi kalor. 1 joule = 0,24 kalori 1 kalori = 4, 18 joule
Gambar 1. Kalorimeter
2. Kapasitas Kalor (C) dan Kalor Jenis (c)
Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu zat sebesar 1°C. jika sejumlah kalor Q menghasilkan perubahan suhu sebesar ∆t, maka kapasitas kalor dapat dirumuskan: C=
Q Δt
Dengan keterangan, C
: kapasitas kalor (Joule / K atau kal / K)
Q
: kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)
∆t
: perubahan suhu (K atau °C)
135
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan zat sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu sebesar 1 K atau 1°C. Kalor jenis merupakan karakteristik termal suatu benda, karena tergantung dari jenis benda yang dipanaskan atau didinginkan, serta dapat dinyatakan dalam persamaan : c=
C
atau
m
c=
Q m.∆t
Dengan keterangan, c
: kalor jenis (J/kg.K atau J/kg. °C)
C
: kapasitas kalor (Joule/K atau kal/K)
Q
: kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)
∆t
m
: perubahan suhu (K atau °C) : massa benda (kg)
Tabel kalor jenis beberapa zat
Bahan
C (J/kgK)
Tembaga Besi/ Baja Air Es
385 450 4200 2100
Contoh:
1.
Ubahlah satuan berikut ini : a. 5 J = …….kal b. 2 kal = …….J Jawab :
136
a. 5 joule = 5 : 4,184 kal = 20,92 kal b. 2 kal = 2 x 4,184 J = 8,368 J 2.
Tentukan kapasitas kalor suatu zat, jika untuk menaikkan suhu 4 °C dari zat itu diperlukan kalor 10 joule ! Jawab :
Q = C.∆t C= C=
3.
Q Δt 10
=
4
2,5J/ 0C
atau C = 2,5 J/K
Jika kalor sebanyak 12 joule digunakan untuk menaikkan suhu 10 °C zat sebanyak 0,5 kg , maka tentukan kalor jenis dari zat tersebut ! Jawab :
Q = m.c.∆t c
=
C=
Q m.∆t 12 0,5.10
=
2,4J/kg 0C
3. Pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud zat
Adanya pengertian, bahwa kalor bukanlah aliran fluida, melainkan merupakan suatu bentuk energi, yang dapat diperoleh dari perubahan energi mekanik, maka akan kita perhatikan apakah kalor tersebut akan mempengaruhi suatu benda atau temperatur dari suatu benda atau zat. Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti : a. terjadi pemuaian b. terjadi perubahan wujud
137
c. terjadi kenaikan suhu Kegiatan Percobaan Mandiri
•
Masukkan 1 kg es pada sebuah panci, kemudian letakkan panci diatas api.
•
Amatilah beberapa saat. Apa yang akan terjadi pada es pada beberapa waktu kemudian?
•
Pindahkan isi panci ke dalam gelas. Buatlah kesimpulanmu. Ternyata kalor dapat menyebabkan benda berubah wujud atau menyebabkan benda
mengalami perubahan suhu. Adanya pengaruh kalor terhadap perubahan wujud atau suhu, diteliti lebih lanjut oleh Joseph Black. Beberapa hal yang dikemukakan oleh Joseph Black berkaitan dengan perubahan suhu benda, ternyata dapat digunakan untuk menentukan besar kalor yang diserap oleh suatu zat.
a. Pemuaian
Pemberian kalor pada sustu zat selain dapat menaikkan atau menurunkan suhu zat, dapat juga merubah wujud suatu zat, atau menyebabkan benda mengalami pemuaian. Umumnya semua zat akan memuai jika ia mengalami kenaikan suhu, kecuali beberapa zat yang mengalami penyusutan saat terjadi kenaikan suhu, pada suatu interval suhu tertentu. Kejadian penyusutan wujud zat saat benda mengalami kenaikan suhu disebut anomali , seperti terjadi pada air. Air saat dipanaskan dari suhu 0 °C menjadi 4 °C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunya lebih besar dari 4 °C volumenya membesar. Anomali Air
138
Hal tersebut diatas tidak berlaku sepenuhnya pada air, pada air terjadi perkecualian. Misalnya volume air akan berkurang bila suhunya dinaikkan dari 0 °C, peristiwa ini disebut dengan anomali air. Peristiwa anomali air dapat diterangkan dengan meninjau bangun kristal es. Dari pengamatan kristal es disimpulkan bahwa kedudukan molekul-molekul H 2O teratur seperti bangun kristal es, yang penuh dengan rongga-rongga. Sedangkan molekul H2O dalam bentuk cair (air) lebih rapat dibandingkan dalam bentuk es, oleh karena itu es terapung dalam air. Bila air mulai 4 °C didinginkan molekul air mulai mengadakan persiapan untuk membentuk bangun berongga tersebut. °C.
Volume (V)
0
4 Suhu (t)°C Gambar 2. Grafik anomali air
Volume air terkecil pada suhu 4 °C, dan pada 0 °C terjadi loncatan volume dari air 0 °C sampai es 0 °C, dimana pada suhu 0 °C volume es > volume air Pada umumnya zat akan memuai menurut aturan sebagai berikut. 1) Pemuaian Panjang (Linier)
Suatu batang panjang mula-mula l o dipanaskan hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan suhunya Δt maka,
139
α = 1/lo . Δt/Δl Δl = αlo . Δt α = koefisien muai panjang suatu zat ( per °C ) Sehingga panjang batang suatu logam yang suhunya dinaikkan sebesar Δt akan menjadi lt = lo + Δl lt = lo ( l + α . Δt ) Tabel Beberapa koefisien Muai Panjang Benda (K 1)
Benda
Besi Tembaga Kaca Kuningan
1,2x10−5 1,7x10−5 8,5x10−6 1,8x10−5
Contoh Soal:
1. Suatu batang logam yang terbuat dari aluminium panjangnya 2 m pada suhu 30 °C. Bila koefisien muai panjang aluminium 25 x 10 –6 /°C.Berapakah pertambahan panjang batang aluminium tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 50 °C. Jawab :
Δl = lo . α . Δt = 2 . ( 25 x 10 -6 ) . (50 – 30 ) = 10 -3 m Δl = 0,1 cm 2. Jika besi sepanjang 20 m dengan koefisien muai panjang 1,2. 10 -5 /K dipanaskan
dari suhu 00C hingga 1000C, maka tentukan pertambahan
panjangnya !
140
Jawab :
∆l = lo .α. ∆t ∆l = 20 . 1,2.10-5. (100– 0) ∆l =2,4.10-3 m
Catatan : Perubahan suhu dalam satuan derajat Celcius senilai dengan perubahan suhu pada Kelvin. Namun perlu diingat bahwa suhu derajat Celcius tidak senilai dengan Kelvin. 2) Pemuaian Bidang ( Luas )
Suatu bidang luasnya mula-mula A o , terjadi kenaikkan suhu sebesar Δt sehingga bidang bertambah luas sebesar ΔA, maka dapat dituliskan : β = 1/Ao. ΔA / Δt ΔA = Ao β Δt β = Koefisien muai luas suatu zat ( per °C ) dimana β = 2 α Sehingga luas bidang yang suhunya dinaikkan sebesar t akan menjadi At = Ao + ΔA At = Ao ( 1 + β Δt ) Contoh Soal:
1. Plat besi luasnya 4 m2 pada 20 °C. Bila suhunya dinaikkan menjadi 100 °C maka berapa luasnya sekarang ? Jawab: α = 11 x 10-6/ °C β = 22 x10-6/ °C At = Ao (1 + β . Δt ) = 4 .[1 + 22 . 10-6 . (100 - 20 ) ] = 4 [ 1 + 1760 . 10-6 ] = 4 [ 1 + 0,00176 ]
141
= 4,00704 m2 2. Kaca seluas 2 m2 , dengan koefisien muai panjang 8,5.10 -6 K, mengalami pemanasan dari suhu 20 °C hingga 120 °C. Tentukan luas akhir dari kaca ! Jawab :
At =Ao (1+ β .∆t) At =2 (1+ 2 x 8,5.10 -6.(120 – 20 ) At =2,66 m2 3) Pemuaian Ruang ( volume )
Volume mula-mula suatu benda V o , kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus : γ = 1/Vo. ΔV/Δt ΔV = γ . Vo . Δt γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per °C ) γ =3α sehingga persamaan volumenya menjadi Vt = Vo + Δt Vt = Vo ( 1 + γ . Δt ) Contoh:
1. Sebuah balok kuningan mempunyai panjang 5 m, tinggi 2 m, dan lebar 1 m pada suhu 20 °C. Jika kalor jenis kuningan 1,8 . 10 -5 /K, tentukan volume kuningan pada suhu 120 °C ! Jawab :
Vt =Vo (1+ γ .∆t) Vt =(5 x 2 x 1) (1+3.x1,8.10 -5.(120 – 20 ) Vt =10,054 m3
142
a) Pemuaian Volume zat Cair
Zat cair yang hanya mempunyai koefisien muai volume ( γ ). Bila volume mula-mula suatu zat cair V 0 kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikut Vt = γ . Vo . Δt dan volumenya sekarang menjadi Vt = Vo + ΔV Vt = Vo ( 1 + γ Δt ) Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 4 °C, ingat anomali air. b) Pemuaian Volume Gas
Khusus untuk gas, pemuaian volume dapat menggunakan persamaan seperti pemuaian zat cair, Vt = Vo ( 1 + γ Δt )
dengan nilai γ =
1 273
Perubahan volume gas tidak hanya menggunakan persamaan tersebut di atas, namun ada besaran-besaran lain yang perlu diperhatikan seperti tekanan dan temperatur. Persamaan yang berlaku dalam pemuaian gas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut. •
Pada saat tekanan konstan, berlaku hukum Gay Lussac : V1 T1
=
V2 T2
143
•
Pada saat temperatur konstan , berlaku hukum Boyle : P1.V1 = P2.V2
•
Pada saat volume konstan , berlaku hukum Charles : P1 T1
•
=
P2 T2
Pada saat kondisi ideal dengan mol konstan, berlaku hukum Boyle-Gay Lussac : P1V1 T1
=
P2 V2 T2
dengan keterangan, V
= volume (liter atau m3)
T
= temperature (K)
P
= tekanan (N/m2 atau atm atau Pa)
Contoh:
1. Suatu gas mula-mula volumenya V, berapa besarkah suhu harus dinaikkan supaya volumenya menjadi 2 kali volume mula-mula, dengan tekanan tetap. Penyelesaian:
Diketahui : Vo = V dan Vt = 2V Ditanya : ∆t ....? Jawab : Vt = Vo ( 1 + 1/ 273 Δt ) 2V = V ( 1+ 1/ 273 Δt ) 2 = ( 1 + 1/ 273 Δt ) 1 = 1/ 273 Δt
144
Δt= 273 °C Jadi suhu gas tersebut harus dinaikkan sebesar 273 °C
b. Perubahan Wujud
Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka ada dua kemungkinan yang terjadi pada suatu benda, yaitu benda akan mengalami perubahan suhu, atau mengalami perubahan wujud. Kenaikan suhu suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang mengkaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor. Sedangkan pada saat benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi perubahan suhu, namun semua kalor saat itu digunakan untuk merubah wujud zat , yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung unsur kalor laten. Besar kalor laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan : Q = m.L Dengan keterangan, Q
: kalor yang diterima atau dilepas (Joule atau kal)
m
: massa benda (kg atau gram)
L
: kalor laten (J/kg atau kal/gr) (kalor uap atau kalor lebur) Tabel kalor lebur dan kalor didih beberapa zat
Nama Zat
Air (es) Raksa
Titik
lebur
Kalor
( C)
(J/kg)
0 -39
3,34.10 5 1,18.104
lebur Titik didih
145
Kalor (J/kg)
100 356,6
2,26.10 5 2,94.10 5
didih
Alkohol Hidrogen
-115 -2599
1,04.10 4 5,58.10 4
78,3 -252
8,57.10 6 3,8.105
Adanya kalor laten berupa kalor lebur dan kalor didih sangat sering dijumpai dalam kehidupan, seperti meleburnya es cream pada suhu normal, atau mendidihnya air sebelum dikonsumsi untuk kehidupan sehari-hari. Perubahan wujud ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik, yang menyatakan bahwa saat mencapai titik lebur atau titik didih, kecepatan getar zat akan bernilai maksimum, sehingga kalor yang diterima tidak digunakan untuk menambah kecepatan, namun digunakan untuk melawan gaya ikat antar molekul zat. Sehingga saat molekul-molekul itu dapat melepaskan ikatannya, maka zat akan berubah wujud melebur atau mendidih. Contoh:
1.
Tentukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan 10 kg es pada suhu 0 °C. jika kalor lebur es 3,35. 105 J/kg ! Jawab :
Q=m.L Q = 10 kg . 3,35. 10 5 J/kg Q = 3,35. 106 J 2.
Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es pada suhu 0 °C menjadi uap air pada suhu 100 °C ? (c air = 4.200 J/kg K, L es = 336 J/ g, L uap = 2.260 J/g)
Penyelesaian
:
Diketahui : m es = 0 °C t air = 0 °C tdidih = 100 °C c air = 4.200 J/kg K L es = 336 J/ Gajahmungkur
146
L uap = 2.260 J/g Ditanya : Q total……..? Jawab : Q1 = m es x L es = (2) x (336) = 672 Joule Q2 = m es x c air x ∆t = (2 x 10-3)(4.200)(100) = 840 Joule Q3 = mes x L uap = (2) (2.260) = 4.520 Joule Jadi Q total = Q1 + Q2 + Q3 = 672 + 840 + 4.520 = 6.032 Joule Latihan Kerjakan di buku latihanmu!
1.
Sebatang besi massanya 50 gr bersuhu 20 °C
kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 90 °C, jika kalor jenis besi 0,7 kalori/gr°C, hitunglah jumlah kalor yang diserap besi ! 2.
Sebatang besi massanya 50 gram bersuhu 30 °C
kemudian dipanaskan hingga mencapai
suhu 80 °C.Jika kalor jenis besi 0,7
kalori/gram °C.Hitunglah jumlah kalor yang diserap! 3.
Sebuah
benda
mempunyai
masa
0,5
kg
diberipanas jika suhu mula-mula benda 30°C menjadi 80°C. hitung kalor jenis benda jika basarnya kalor yang diberikan 250 joule?
147
4.
Sebatang besi massanya 50 gr bersuhu 20°C
kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 90°C, jika kalor jenis besi 0,7 kalori/gr°C, hitunglah jumlah kalor yang diserap besi !
Gambar 3. Percobaan mengukur kalor jenis berbagai logam menggunakan kalorimeter
c. Perubahan Suhu
Suhu merupakan suatu istilah yang dipakai untuk membedakan panas dinginnya suatu benda. Misalnya benda panas akan dikatakan mempunyai suhu tinggi dan benda dingin mempunyai suhu yang rendah. Zat cair yang biasanya dipakai untuk mengisi termometer adalah air raksa. Suhu dapat diukur dengan termometer. Kebaikan air raksa dari zat cair lainnya yaitu : a.
Air raksa dapat cepat mengambil panas benda yang diukur sehingga suhunya sama dengan suhu benda yang diukur tersebut.
b.
Dapat dipakai untuk mengukur suhu benda dari yang rendah sampai yang tinggi, karena air raksa punya titik beku –39 °C dan titik didih 357 °C.
c.
Tidak dapat membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya dapat lebih teliti.
d.
Pemuaian dari air raksa adalah teratur.
e.
Mudah dilihat, karena air raksa mengkilat.
148
Selain air raksa dapat juga digunakan alkohol untuk mengisi tabung termometer. Alkohol mempunyai titik rendah / beku –114 °C dengan titik didih 78 °C. Termometer ada berbagai macam menurut fungsinya, yaitu : a.
Termometer suhu badan
b.
Termometer udara
c.
Termometer logam
d.
Termometer maximum dan minimum
e.
Termograf untuk terminologi
f.
Termometer digital
Gambar 4. Termometer
Gambar 5. Termometer digital
Skala Termometer
Macam – macam satuan skala termometer : 1.
Termometer skala Celcius, titik didihnya 100 °C dengan titik beku 0 °C. Sehingga dari 0 ° – 100 °C, dibagi dalam 100 skala.
2.
Termometer skala Reamur, titik didihnya 80 °R dengan titik beku 0 °R. Sehingga dari 0 ° – 80 °R, dibagi dalam 80 skala.
3.
Termometer skala Kelvin, titik didihnya 373 °K dengan titik beku 273 °K. Sehingga dari 273 °K – 373 °K, dibagi dalam 100 skala.
4.
Termometer Fahrenheit, titik didihnya 212 °F dengan titik beku 32 °F. Sehingga dari 32 °F – 212 °F, dibagi dalam 180 skala.
149
5.
Termometer Rainkin, titik didihnya 672 °Rn dengan titik beku 492 °Rn. Sehingga dari 492 °Rn– 672 °Rn, dibagi dalam 180 skala. Gambar 6. Es yang mencair menurut Celcius dan Reamur bersuhu 0º, menurut Fahrenheit bersuhu 32º, menurut Kelvin bersuhu 273º, dan menurut Rainkin bersuhu 672º
Jadi, pembagian skala – skala tersebut diatas satu skala dalam derajat Celcius sama dengan satu skala dalam derajat Kelvin. 1 skala C = 1 skala K 1 skala C < 1 skala R 1 skala C > 1 skala F 1 skala C > 1 skala Rn Perbandingan Pembagian Skala C, R, F, K, Rn C : R : F : K : Rn = 100 : 80 : 180 : 100 : 180 =5 C, R, F
:4 :9
:5
:9
= 100 : 80 : 180 =5
:4 :9
Dalam perhitungan menjadi : a.
°C =
5 R 4
°C =
5 (F − 320 ) 9
°C =
5 (Rn − 4920 ) 9
°C = K - 273°
150
b. °R =
c.
4 °C 5
°R =
4 (F − 320 ) 9
°R =
4 (Rn − 4920 ) 9
°R =
4 ( K – 273° ) 5
°F =
9 0 C + 32 5
°F =
9 R + 320 4
°F = Rn - 4600
9 5
0 0 °F = {( F − 32 )} + 273
d. °K = °C + 273° °K =
5 R + 273° 4 5
0 0 °K = { ( (F − 273 )} + 32
9
5 9
0 0 °K = { (Rn − 492 )} + 273
e.
°Rn =
9 °C + 492° 5
°Rn = F + 460°
9 4
0 °Rn = ( R) + 492
9 5
0 °Rn = { (K − 273 ) + 492°
151
Dengan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa : Perubahan 2 termometer mengikuti aturan perbandingan sebagai berikut : X − TTB X Y − TTB Y = TTA X − TTB X TTA Y − TTB Y Contoh:
1.
Jawablah titik – titik di bawah ini dengan menggunakan rumus yang benar ! a.
16 °R = ……….. °Rn
b.
20 °R = ……….. °C
c.
123 °K = ……….. °Rn
d.
17 °R = ……….. °K
e.
69 °F = ……….. °R
f.
50 °Rn = ……….. °F
Jawab:
1.
a.
Rn =
9 R + 492 4
= 528 °Rn b.
C= =
5 R 4
5 . 20 4
= 25 °C c.
Rn = {
9 ( K – 273 ) + 492 } 5
={
9 ( 123 – 273 ) + 492 } 5
={
9 (−150 ) + 492 } 5
152
= {− 270 + 492 } = 222 ° Rn d.
K=
5 16 + 273 4
= 293 K e.
R=
4 ( 69° – 32 ) 9
4 . 36 9
=
= 16 °F f.
F = Rn – 460 = 50 – 460 = −410 °F
2.
Air mendidih bersuhu 30 °C termometer X mempunyai TTA 150 °X dan TTB −50 °X termometer Y mempunyai TTA 130 °Y dan TTB 30 °Y. Tentukan berapa suhu air mendidih menurut termometer X dan Y. Penyelesaian:
Diket : Air mendidih suhu = 30 °C TTAX = 130 °X, TTBX = −50 °X TTAY = 130 °Y, TTBY = 30 °Y Ditanya : Suhu termometer X dan Y …… ? Jawab :
C TTA 100°C 30°C TTB 0°C
X 150°X ? −50°X
Y 130°Y ? 30°Y
Termometer x
153
C − TTBC X − TTB X = TTA C − TTB C TTA X − TTB X 300
−0
1000
=
X + 500 1500
+ 50
0
300 X + 500 = 1000 200 0 X + 500 30° = 2 X + 50° = 60° X = 10 °X Termometer Y 300
−0
100 − 0
=
Y − 30
1300
0
− 30
0
300 Y − 300 = 100 100 Y – 30° = 30 Y = 60 °Y
Kegiatan Percobaan Mandiri
Tujuan
Untuk mengetahui bahwa aliran elektron menghasilkan panas. Alat dan Bahan
•
Baterai ukuran AA (ukuran kecil)
•
lembaran aluminium
154
•
gunting
• penggaris Petunjuk Teknis
•
Potong suatu pita lembaran aluminium berukuran 15 cm x 2,5 cm.
•
Lipat pita tersebut pada pertengahan arah membujur sebanyak dua kali untuk membentuk sebuah pita tipis 15 cm yang akan digunakan sebagai kawat.
•
Dengan satu tangan, pegang ujung-ujung kawat aluminium pada kutub-kutub baterai.
•
Setelah 10 detik, sentuh kawat aluminium sambil tetap memegang kawat pada. kedua kutub baterai.
Hati-hati: Jangan memegang kawat pada kutub-kutub baterai lebih dari 20 detik. Kawat akan bertambah panas dan muatan baterai dengan cepat berkurang (kehilangan dayanya).
Hasil
Kawat aluminium menjadi panas.
Mengapa demikian? Memegang kawat pada kedua kutub baterai membuat lintasan-tempat elektron bergerak (rangkaian listrik). Elektron bergerak keluar dari kutub negatif baterai. Gerakan elektron menyebabkan kawat menjadi panas. Jika sebuah bola lampu dipasang pada suatu rangkaian listrik, elektron bergerak melalui bola lampu tersebut. Gerakan elektron
155
memanaskan filamen kawat di dalam bola lampu. Filamen kawat yang panas tersebut menjadi berpijar, demikian panas sehingga mengeluarkan cahaya.
Latihan Kerjakan soal-soal berikut di buku latihanmu!
1. Termometer X pada es yang sedang melebur menunjukan -30 ° X dan pada air yang mendidih menunjukan 150 ° X. Apabila sebuah benda suhunya 40 ° C skala yang menunjukan oleh thermometer X? 2. Pengukuran suhu ruangan 301 ° K. Tentukan suhu ruangan tersebut jika diukur menggunakan thermometer Celcius? 3. Pada thermometer skala Y titik bekunya 20° Y dan titik didihnya 160 ° Y, maka benda suhu suatu benda bila diukur menggunakan thermometer skala Y apabila suhu suatu benda 30° C 4. Pada termometer skala Y titik bekunya 20° Y dan titik didihnya 160 ° Y, maka benda suhu suatu benda bila diukur menggunakan thermometer skala Y apabila suhu suatu benda 30° C 5. Suhu suatu benda menunjukan angka112 ° F. tentukan suhu benda tersebut bila diukur dengan termometer Kelvin? 6. Menurut thermometer kelvin suhu udara di sekitar kompor 323 ° berapa suhu udara di sekitar kompor yang menurut termometer D dan J. Apa bila TTA d =360° , TTBd= 170° dan TTA j = 150° TTB j =20° 7. Konversikan derajad suhu berikut: a. 680°R =
°C
b. 850°C =
°Rn
c. 113°F =
°C
d. 140°R =
°K
156
e. 240°C =
°F
f. 726°K =
°C
g. 545°Rn =
°K
h. 883°Rn =
°R
i. 860°C =
°R
j. 532°R =
°F
8. Ruda & Rudi sedang mengukur suhu tubuh temannya yang kejang-kejang. Ruda menggunakan termometer Celcius dan menunjukan 42º C, sedangkan Rudi menggunakan termometer Reamur. Berapakah suhunya dengan menggunakan termometer Reamur ? 9. Di sebuah gurun pasir yang panas banget termometer Celcius menunjukan 80º C. menurut termometer Reamur - Fahrenheit - Kelvin ? 10. Termometer bernama Phe dan Whe. Air mendidih termometer Phe 102º P & menurut Whe 130º W. Es yang melebur menurut Phe -40º P dan menurut Whe 10º W. Secangkir teh panas diukur termometer Phe 50º P. Berapa menurut termometer Whe ? 11. Menurut Reamur suhu Agnes Monica yang sedang demam 40º R. Berapa suhu Agnes menurut termometer ABC bila diketahui TTAa 110º A & TTBa 10º A, TTAb 130º B & TTBb 0º B, TTAc 150º C & TTBc -10º C ? 12. Menurut Celcius suhu bayi 34º C. Berapa suhu bayi tersebut menurut termometer P & D bila TTAp 110º P, TTBp -20º P, TTAd 150º D, TTBd 10º D ?
A.
Perpindahan Kalor
157
Konduksi Radiasi Konveksi
Gambar 7. Tiga macam cara perpindahan energi kalor
Setelah sekilas memahami adanya sejumlah kalor dapat menyebabkan perubahan wujud atau kenaikan suhu pada suatu benda, serta telah dipelajarinya proses pemuaian sebagai dampak adanya penyerapan kalor pada benda, yang tentunya menuntut pemahaman tentang adanya konsep konversi dari berbagai satuan dari besaran perubahan suhu, maka yang tak kalah pentingnya dari semua itu bahwa kalor sebagai suatu bentuk energi ternyata dapat mengalami perubahan tempat, atau dikatakan bahwa kalor dapat berpindah tempat. Tanpa usaha luar, maka kalor sebagai suatu bentuk energi dapat berpindah tempat dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dengan berbagai cara, yaitu : 1.
Konduksi
Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Pada hantaran kalor ini yang berpindah hanyalah energinya, tanpa melibatkan partikel perantaranya, seperti hantaran kalor pada logam yang dipanaskan dari satu ujung ke ujung lainnya. Saat ujung B dipanaskan, maka ujung A, lama kelamaan akan mengalami pemanasan juga, hal tersebut dikarenakan energi
158
kalor yang menggetarkan molekul-molekul di ujung B turut menggetarkan molekulmolekul yang ada disampingnya hingga mencapai titik A. Energi kalor yang dipindahkan secara konduksi sebesar, Q = k A ∆t
t l
Sedang besar laju aliran kalor dengan konduksi dirumuskan,
H
=
Q t
=
k. A.∆t
H
= laju aliran kalor (J/s atau watt)
Q
= kalor yang dipindahkan (joule)
t
= waktu (s)
k
= konduktivitas termal zat (W/mK)
A
= luas penampang melintang (m2)
∆t
l
= perubahan suhu ( °C atau K) = tebal penghantar (m)
Tabel konduktivitas termal zat (W/mK)
Bahan Emas Besi Kaca Kayu Beton Air Udara alumunium
k 300 80 0.9 0.1 – 0.2 0.9 0.6 0.024 240
Contoh soal:
159
l
1. Besi panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter, keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi adalah 500ºC dan suhu pada ujung kuningan 350ºC. Bila koefisien konduksi termal kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik sambungan antara besi dan kuningan! Jawab:
Misalkan suhu pada titik sambungan = T. maka [k . A ∆ T/L)] besi = [k . A ∆ T/L)] kuningan k . A (500 - T) / 2 = 3 k A (T - 350)/ l T= 2600/7= 371,4ºC
2.
Konveksi
Konveksi adalah hantaran kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Contoh dari peristiwa konveksi adalah seperti perpindahan kalor pada zat cair yang dipanaskan, ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturan katub udara pada kompor, dan kipas angin. Umumnya konveksi terjadi pada gas dan zat cair. Energi kalor yang dipindahkan secara konveksi sebesar, Q = k A ∆t . t Kecepatan perpindahan kalor di sekitar suatu benda dirumuskan :
H
H
=
Q t
=
h.A.∆t
= laju aliran kalor (J/s atau watt)
160
Q
= kalor yang dipindahkan (joule)
t
= waktu (s)
h
= koefisien konveksi (W/m 2K)
A
= luas penampang melintang (m2)
∆t
3.
= perubahan suhu ( °C) Radiasi
Radiasi adalah hantaran kalor yang tidak memerlukan medium perantara, seperti kalor dari matahari yang sampai ke bumi, kalor api unggun yang sampai pada orang yang ada di sekitarnya, pendingin (pemanas) rumah, pengeringan kopi, pembakaran dengan oven dan efek rumah kaca. Energi kalor yang dipindahkan secara radiasi sebesar, Q = e σ A T4 t Laju aliran kalor tiap satuan waktu dalam radiasi dirumuskan :
H
=
Q t
=
eσ .A. T 4
Intensitas radiasi sebesar, R = e σ T4 H
= laju aliran kalor tiap satuan waktu (J/s atau watt)
R
= intensitas radiasi ( W/m2)
Q
= kalor yang dialirkan (J)
t
= waktu (s)
A
= luas (m2), luas permukaan lingkaran = 4. π.r 2
T
= suhu (K)
161
e
= emisivitas benda (tanpa satuan) (e bernilai 1 untuk benda hitam sempurna, dan bernilai 0 untuk benda tidak
hitam sama sekali. Pengertian benda hitam sempurna disini adalah benda yang memiliki kemampuan menyerap semua kalor yang tiba padanya, atau mampu memancarkan seluruh energi yang dimilikinya). Contoh:
1. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m 2 dan suhunya 27 ºC. Jika suhu sekelilingnya 77 ºC, hitunglah: a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam. Jawab:
Benda hitam, maka e = 1 T1 = 300 K T2 = 350 K σ = 5,672.10-8 watt/m2K 4
a. R = e σ ( T24 - T14) = 1. 5,672.10-8 (3504 - 3004) = 391,72 watt/m2 b. R = Q/A.t Q = R. A. t Q = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule
162
C. Asas Black
Ilmuwan Inggris pada tahun 1761 Joseph Black menyatakan bahwa kalor yang diberikan suatu benda sama dengan kalor yang diterima pada suatu benda dalam suatu sistem tertutup. Sistem tertutup tersebut dapat dilakukan dalam suatu kalorimeter, misalkan ada jumlah masa m1 zat, bersuhu t1, kemudian dicampuri dengan sejumlah masa m 2 zat lain bersuhu t2 dan keduanya dapat ditentukan dengan persamaan: Qserap = Qlepas Bunyi asas Black “ Kalor yang diserap/diterima sama dengan kalor yang dilepas. Persamaan di atas dikenal dengan nama asas Black atau hukum kekekalan energi kalor.
Contoh:
1. Jika 2 kg air bersuhu 5 0C dicampur dengan 5 kg air bersuhu 26 0C, maka tentukan suhu akhir campuran kedua zat ! Jawab :
Karena kedua zat sejenis, maka kalor jenis dari kedua zat adalah sama, dan dapat saling meniadakan. Q serap = Q lepas m1.c. ∆t1 = m2.c. ∆t2 2.c.(t-5) = 5.c.(26-t) 2.t – 10 = 130-5.t t = 140 : 7
163
t = 200C 2. Jika 0,5 kg es bersuhu −10 0C dicampur dengan sejumlah air bersuhu 40 0C, sehingga suhu campurannya adalah 20 0C, maka tentukan massa dari air yang dicampurkan ! (ces = 2100 J/kg. 0C, c air = 4200 J/kg.K, Les = 3,35.105 J/kg) Jawab :
Dalam proses ini es akan mengalami tiga tahap wujud , yaitu padat (es), melebur dan wujud cair. Sedang air bersuhu 40 0C hanya mengalami satu tahapan, yaitu perubahan suhu. Q serap (es) = Q lepas (air) Q1 + Q2 +Q3 = Q4 m1.ces .∆t1 + m1.L + m1.cair .∆t2 = m2.cair .∆t3 0,5x2.100x(0−(−10)) + 0,5x3,35.10 5 + 0,5x4.200x(40-20)= m 2x4.200(40−20) 10.500 + 1,675.10 5 + 42.000 = 84.000 x m 2 m2 =2,61kg
Latihan Kerjakan di buku latihanmu!
1. Sebatang linggis massa 10 kg dimasukkan ke dalam api unggun hingga bersuhu 99°C. Jika kalor jenis linggis 280 J/kg °C, berapakah suhu akhir ketikaa linggis tersebut dicelupkan ke dalam bak mandi berisi 50kg air bersuhu 19°C, kalor jenis air 4200 J/kg°C ?
164
2. Secangkir air kopi pahit bersuhu 70 0C bermassa 200 gram, kedalamnya dituangkan susu sapi dingin dengan suhu 20 0C bermassa 60 gram.Jenis air kopi dan air susu sama
dengan kalor jenis air yaitu 1 kalori/gram 0C. Berapakah suhu campuran
sesudah tercapai keadaan setimbang ?
Rangkuman
1. Kalor adalah suatu bentuk energi. Sedangkan suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda. 2. Tara mekanik kalor adalah kesetaraan/ekuivalensi energi mekanik menjadi energi kalor. Dari hasil percobaan Joule besarnya adalah: 1 joule = 0,24 kalori 1 kalori = 4, 18 joule 3. Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu zat sebesar 1 °C. C=
Q Δt
4. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan zat sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu sebesar 1 K atau 1°C. c=
C m
atau
c=
Q m.∆t
5. Pengaruh kalor yang diberikan pada suatu benda dapat menyebabkan tiga hal, yaitu : a. terjadi pemuaian b. terjadi perubahan wujud c. terjadi perubahan suhu 6. Pemuaian digolongkan menjadi tiga macam.
Pemuaian Panjang (Linier)
:
165
lt = lo ( l + α . Δt )
Pemuaian Bidang ( Luas )
:
Pemuaian Ruang ( volume ):
Vt = Vo ( 1 + γ . Δt )
At = Ao ( 1 + β Δt )
7. Hukum-hukum pada pemuaian gas antara lain. Hukum Gay Lussac
:
Hukum Boyle
:
Hukum Charles
:
V1 T1
=
V2 T2
P1.V1 = P2.V2 P1 T1
=
P2 T2
8. Besar kalor yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan : Q = m.L 9. Macam – macam skala termometer antara lain : •
Termometer skala Celcius, titik didihnya 100 °C dengan titik beku 0 °C. Sehingga dari 0 ° – 100 °C, dibagi dalam 100 skala.
•
Termometer skala Reamur, titik didihnya 80 °R dengan titik beku 0 °R. Sehingga dari 0 ° – 80 °R, dibagi dalam 80 skala.
•
Termometer skala Kelvin, titik didihnya 373 °K dengan titik beku 273 °K. Sehingga dari 273 °K – 373 °K, dibagi dalam 100 skala.
•
Termometer Fahrenheit, titik didihnya 212 °F dengan titik beku 32 °F. Sehingga dari 32 °F – 212 °F, dibagi dalam 180 skala.
•
Termometer Rainkin, titik didihnya 672 °Rn dengan titik beku 492 °Rn. Sehingga dari 492 °Rn– 672 °Rn, dibagi dalam 180 skala.
10. Hubungan satuan derajad suhu satu sama lain sebagai berikut : • °C = °C =
5 R 4 5 (F − 320 ) 9
166
°C =
5 (Rn − 4920 ) 9
°C = K - 273° • °R =
4 °C 5
°R =
4 (F − 320 ) 9
°R =
4 (Rn − 4920 ) 9
°R =
4 ( K – 273° ) 5
• °F = °F =
9 0 C + 32 5 9 R + 320 4
°F = Rn - 4600
9 5
0 0 °F = {( F − 32 )} + 273
• °K = °C + 273° °K =
5 R + 273° 4 5 9
0 0 °K = { ( (F − 273 )} + 32
5 9
0 0 °K = { (Rn − 492 )} + 273
• °Rn =
9 °C + 492° 5
°Rn = F + 460°
167
9 4
0 °Rn = ( R) + 492
9 5
0 °Rn = { (K − 273 ) + 492°
11. Perbandingan skala dua termometer mengikuti aturan sebagai berikut : X − TTB X Y − TTB Y = TTA X − TTB X TTA Y − TTB Y 12. Perpindahan kalor digolongkan menjadi tiga macam antara lain, Konduksi :
Q = k A ∆t H
Konveksi :
Q t
=
k. A.∆t l
Q = k A ∆t . t H
Radiasi :
=
t l
=
Q t
=
h.A.∆t
Q = e σ A T4 t H
=
Q t
=
eσ .A. T
4
R = e σ T4 13. Asas Black menyatakan bahwa kalor yang diberikan suatu benda sama dengan kalor yang diterima pada suatu benda dalam suatu sistem tertutup. Qserap = Qlepas
Soal Latihan Ulangan Bab 7
168
Soal Pilihan Ganda Pilihlah jawaban yang paling tepat !
1.
0 0C = …….0F a. -320
d. 400
b. 00
e. 500
c. 320 2.
62 0F = …….0C a. 16.7
d. 52,2
b. 22,2
e. 54,0
c. 34,4 3.
Termometer Celcius dan Fahrenheit memiliki suhu yang sama pada nilai…. a. -400
d. 150
b. -12,50
e. 400
c. 00 4.
Termometer Celcius dan Reamur memiliki nilai suhu yang sama pada nilai…. a. -400
d. 150
b. -12,50
e. 400
c. 00 5.
Sebuah termometer X memiliki titik atas 800 dan titik bawah 200. jika termometer celcius menunjuk angka 50 0C. maka termometer X menunjuk angka …. a. 300
d. 600
b. 400
e. 750
c. 500 6.
Penggaris sepanjang 1 m terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 1,2 x 10-5 /K, dipanaskan dari suhu 10 0C menjadi suhu 110 0C, maka panjang penggaris adalah ….
169
a. 1,0012 m
d. 1,019 m
b. 1,0019 m
e. 1,12 m
c. 1,012 m 7.
Sebuah plat kuningan memiliki luas penampang 80 cm 2, dipanaskan dari suhu 200C menjadi 1700C. jika koefisien muai panjang kuningan 1,8 x 10 -5 /K, maka prtambahan luasnya adalah …. a. 0,234 cm2
d. 0,543 cm2
b. 0,324 cm2
e. 0,832 cm2
c. 0,432 cm2 8.
Sebuah balok dengan sisi 20 cm dipanaskan dari suhu 10 0C menjadi 1600C. Jika balok terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 1,2 x 10 -5 /K, maka volume akhir dari balok adalah …. a. 8003,2 cm3
d. 8033,2 cm3
b. 8014,2 cm3
e. 8043,2 cm3
c. 8023,2 cm3 9.
Gas pada suhu tetap, memiliki volume 4 liter pada tekanan 1 atm. Volume gas pada tekanan 1,5 atm adalah …. a. 1,67 liter
d. 4,67 liter
b. 2,67 liter
e. 5,67 liter
c. 3,67 liter 10.
Pada tekanan tetap 0,8 atm, volume gas 4 liter pada suhu 27 0C, maka volume gas pada suhu 1270C adalah …. a. 3,33 liter
d. 6,33 liter
b. 4,33 liter
e. 7,33 liter
c. 5,33 liter 11.
Pada suhu 00C, tekanan udara 1 atm, volume suatu gas adalah 2 liter, maka volume gas pada suhu 273 0C dan tekanan 5 atm adalah …. a. 0,8 liter
d. 2,5 liter
b. 1,5 liter
e. 4 liter
170
c. 2 liter 12.
Jika pada suhu 200C massa jenis emas 19,30 gr/cm 3, koefisien muai panjang emas 1,42 x 10 -5 /0C, maka massa jenis emas pada suhu 900C adalah …. a. 19,30 gr/cm3
d. 19,25 gr/cm3
b. 19,28 gr/cm3
e. 19,24 gr/cm 3
c. 19,27 gr/cm3 13.
Sebuah tabung aluminium memiliki volume 300 ml pada suhu 20 0C , dan berisi penuh gliserin. Jika suhu tabung dijadikan 110 0C dan jika koefisien muai panjang aluminium 2,25 x 10 -5/0C dan koefisien muai volume gliserin 5,3 x 10-4/0C, maka volume gliserin yang tumpah adalah …. a. 12,24 ml
d. 9,76 ml
b. 11,87 ml
E. 6,87 ml
c. 10,98 ml 14.
Gas memiliki suhu 500C. Jika tekanan gas dijaga konstan, dan volumenya dijadikan 2 kali lipat , maka suhunya sekarang adalah …. a. 1730
d. 4560
b. 2340
e. 4680
c. 3730 15.
Besi bermassa 1 kg dipanaskan dari suhu 14 0C menjadi 300C, dengan energi kalor sebesar 7200 J, maka kalor jenis besi adalah …. a. 254 J/kg.K
d. 450 J/kg.K
b. 345 J/kg.K
e. 543 J/kg.K
c. 425 J/kg.K 16.
Kapasitas kalor air bermassa 150gram (kalor jenis air 4200 J/kg.K) adalah…. a. 630 J/K
d. 450 J/K
b. 540 J/K
e. 350 J/K
c. 500 J/K
171
17.
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 100 gram es dari suhu -10 0C menjadi air bersuhu 10 0C adalah ….(kalor jenis es = 2100 J/kg.K, kalor jenis air = 4200 J/kg.K, kalor lebur es = 336 kJ/kg) a. 22.000 J
d. 45.250 J
b. 33.980 J
e. 45.750 J
c. 39.900 J 18.
Sepotong logam 50 gram bersuhu 95 0C dicelupkan dalam air 250 gram bersuhu 170C. Jika suhu campuran 19,4 0C, kalor jenis air = 4200 J/kg.K, maka kalor jenis logam itu adalah …. a. 0,16 kal/gr 0C
d. 0,54 kal/gr0C
b. 0,21 kal/gr 0C
e. 0,76 kal/gr0/C
c. 0,34 kal/gr 0C 19.
30 gram air bersuhu 500C dicampur dengan 60 gram air bersuhu 20 0C, akan memiliki suhu campuran sebesar …. a. 250C
d. 42,50C
b. 300C
e. 450C
c. 400C 20.
Sepotong plat besi memiliki luas 2 m2, dan tebal 0,5 cm, serta konduktivitas termal 80 W/m.K, akan memiliki laju aliran kalor sebesar …., jika terjadi perbedaan suhu 400 pada kedua sisi plat besi tersebut. a. 1,54 x 105 watt
d. 1,18 x 106 watt
b. 1,68 x 105 watt
e. 1,28 x 106 watt
c. 1,82 x 10 5 watt 21.
Jika suatu zat memiliki kalor jenis tinggi,maka zat itu …. a. lambat mendidih b. cepat mendidih c. lambat melebur d. lambat naik suhunya jika dipanaskan e. cepat naik suhunya jika dipanaskan
172
22.
Sebuah benda hitam berbentuk bola yang berjari-jari 5 cm dijaga pada suhu konstan 3270C, akan memiliki laju aliran kalor sebesar …. a. 231 J/s
d. 176 J/s
b. 221 J/s
e. 175 J/s
c. 198 J/s 23.
Jika 75 gram air yang suhunya 00C dicampur dengan 50 gram air yang suhunya 1000C. maka suhu akhir campuran itu adalah …. a. 250C
d. 650C
b. 400C
e. 750C
c. 600C 24.
Sebuah filamen lampu pijar dengan emisivitas 0,5, = 10-8 watt/m 2.K 4, memiliki suhu 1000K. Jika daya lampu 60 watt, maka luas permukaan filament adalah …. a. 5 cm2
d. 20 cm2
b. 10 cm2
e. 25 cm2
c. 15 cm2 25.
Jika suhu suatu permukaan dijadikan 2 kali semula, energi yang dipancarkan tiap satuan waktu menjadi x kali semula, maka x adalah…. a. 4
d. 32
b. 8
e. 64
c. 16
Soal Uraian Kerjakan dengan benar!
1.
Tabung gas dengan volume 4 lt bersuhu 270C. jika tekanan tabung tetap , tentukan volume gas saat bersuhu 127 0C !
173
2.
Sebuah benda bermassa 200 Gram memerlukan kalor sebesar 2760 Joule, sehingga mengalami kenaikan suhu sebesar 30 0C ? Hitunglah Kapasitas kalor dan kalor jenis ?
3.
Hitunglah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 200 Gram air menjadi uap, bila
4.
diketahui kalor uap air 540 Kkal/Kg ?
Suatu zat massanya 0,4 Kg, membeku pada titik bekunya, dengan melepaskan kalor sebesar 128 KiloJoule. Hitunglah kalor beku zat tersebut ?
5.
Suatu logam yang terbuat dari alumunium panjangnya 2 m pada suhu 30°C. Bila koefisien muai pamjang alumunium 25 x 10-6 /°C. Berapakah pertambahan pamjang batang alumunium tersebut bila suhunya dinaikan 50 0C ?
6.
Plat besi luasnya 4 m2 pada suhu 200C. Bila suhunya dinaikan menjadi 100 0C, hitung luasnya sekarang!
7.
Sebatang besi massanya 50 gr bersuhu 20 0C, kemudian dipanaskan hingga mencapai nsuhu 90 0C. Jika kalor jenis besi 0,7 kal/gr 0C, hitunglah jumlah kalor yang diserap besi ?
8.
Apabila suhu air yang massanya 200 gram dinaikkan dari suhu 20 °C sampai dengan 100 °C, Berapa kalor yang diperlukan ?
9.
Berapakan kalor jenis suatu zat bila massa benda tersebut sebesar 100 gram suhunya akan naik 8°C bila diberikan kalori sebanyak 400 kalori?
10.
Air sebanyak 2000 gram pada bejana aluminium yang kapasitas kalornya 50 kal / °C suhu air mula-mula 10 °C kemudian kedalam bejana dimasukan 200 gram etil alkohol (C=0,6 kal/gram°C) pada suhu 60°C. Beberapa saat kemudian terjadi keseimbangan suhu. Tentukan suhu akhir campuran?
11.
Suatu logam dipanaskan
X berbentuk kubik dengan rusuk 2 cm massa 80 gram dengan suhu 80ºC. Sebuah kalorimeter terbuat dari bahan
alumunium dengan massa
200 gram dan pengaduk dari bahan yang sama
174
