6-Suhu-dan-Kalor

SUHU DAN KALOR KALOR Pendahuluan Sebelum membahas secara mendalam tentang suhu dan kalor maka mari kita  bayangkan seekor beruang kutub sedang berjalan di antara bongkahan es. Beruang tidak tampak kedinginan. Mengapa? Sebab tubuhnya diselimuti bulu tebal sehingga tetap merasa hangat. Apakah bulu tebal pada beruang kutub berfungsi menghalangi hawa dingin di sekelilingnya memasuki tubuhnya sehingga tetap hangat? Apakah bulu tebal itu berfungsi menghalangi panas tubuhnya keluar ke lingkungan yang lebih dingin? Setelah mempelajari suhu dan kalor, kitadapat menjawab pertanyaan yang membingungkan ini. Pada siang hari yang panas maupun malam hari yang dingin, tubuh kitaperlu dijaga supaya tetap nyaman. ntuk menjaga tubuh supaya tetap nyaman, seringkali memerlukan beberapa alat bantu. Pada siang hari yang panas, kitamemakai pakaian tipis sehingga rasa panas menjadi berkurang. ntuk mempercepat proses pendinginan tubuh, mungkin kita minum air dingin serta duduk di dekat kipas angin. Pada malam hari yang dingin, kita memakai jaket serta mengkonsumsi minuman hangat supaya  badan tetap hangat. !onsep"konsep fisika yang akan kitapelajari kitapelajari dalam bab ini akan membantu kitadalam memahami cara menjaga suhu tubuh. Pertama"tama kita akan mempelajari pengertian suhu, skala suhu, dan cara  pengukurannya. Selanjutnya, kitaakan mempelajari mempelajari pengertian kalor. Pengetahuan tentang kalor sangat berguna untuk menjelaskan perpindahan kalor yang disebabkan oleh perbedaan suhu. !onsep tentang suhu dan kalor disajikan pada #ambar $. SUHU

Pada siang hari ketika matahari bersinar terang, biasanya udara terasa panas. Sebaliknya, pada malam hari udara terasa dingin. Bagaimanakah kita mengetahui  perbedaan rasa panas pada siang hari dan dingin pada malam hari? !etika kita menyen menyentuh tuh secangk secangkir ir kopi kopi panas, panas, tangan tangan terasa terasa panas. panas. Sebali Sebalikny knya, a, ketika ketika kita kita menyentuh menyentuh segelas es jeruk tangan terasa dingin. dingin. Bagaimanakah Bagaimanakah cara membedakan membedakan rasa panasnya panasnya kopi dan dinginny dinginnyaa es? %a, %a, dengan perasaan. perasaan. Akan tetapi, perasaan tidak dapat menjelaskan perbedaan panas dan dingin dengan teliti. ntuk mengetahui  perbedaan panas dan dinginnya benda, diperlukan diperlukan alat ukur. ukur. !onsep !onsep suhu suhu &tempe &temperatu ratur' r' berasal berasal dari dari ide kualit kualitatif atif tentan tentang g (panas (panas)) dan (dingin) yang didasarkan atas indera perasa. Suatu benda yang rasanya panas pada umumnya memiliki suhu yang lebih tinggi daripada benda yang dingin. *adi, suhu merupakan suatu besaran yang menunjukkan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. benda. +apatkah +apatkah kita menentukan menentukan suhu suhu benda hanya hanya dengan sentuhan sentuhan atau  perasaan? !etika kita menyentuh dua at cair dengan tangan, misalnya bejana berisi air hangat dan bejana berisi campuran air dan es, berdasarkan perasaan kita dapat menentukan menentukan benda yang suhunya lebih tinggi. tinggi. Air yang suhunya lebih tinggi adalah air yang terasa lebih panas. Akan tetapi, karena hanya dengan perasaan, kita tidak  dapat menentukan suhu benda dengan tepat. ntuk membuktikan bahwa perasaan tidak tepat untuk mengukur suhu, kita dapat melakukan kegiatan pengukuran suhu

$

 berhubungan dengan

Suhu

merupakan

!alor 

diukur dengan

Aliran energi -ermometer  skala

0elsius

berpindah   secara

bergantung pada

berdasarkan komponen utamanya

Massa, m

-ermometer 2at 0air 

!alor jenis, c

-ermometer #as

!elin

-ermometer Bimetal

Perubahan suhu, t 

1ahrenheit Pyrometer 3ptik 

!onduksi

!oneksi

terjadi pada

terjadi pada

2at Padat

2at 0air dan #as

4adiasi terjadi

-anpa Medium

#ambar $. Perbedaan konsep antara suhu dan kalor  Alat Pengukur Suhu Sepe Sepert rtii dike diketa tahu hui, i, alat alat untu untuk k meng menguk ukur ur suhu suhu dina dinama maka kan n term termom omet eter er.. -ermome ermometer ter dibuat dibuat berdas berdasark arkan an sifat sifat termome termometrik trik bahan, bahan, yaitu yaitu kepeka kepekaan an bahan bahan terhada terhadap p peruba perubahan han suhu suhu atau peruba perubahan han besaran besaran fisika fisika akibat akibat peruba perubahan han suhu. suhu. Beberapa contoh perubahan besaran fisika yang dapat digunakan untuk membuat termometer adalah pemuaian at cair dalam pipa kapiler, perubahan hambatan listrik  kawat platina, pemuaian keping bimetal, dan perubahan tekanan gas pada olume tetap.

/

1.

Termometer Zat Cair -ermometer at cair yang paling banyak dijumpai dalam kehidupan sehari"hari adalah termometer yang bahan pengisinya at cair, misalnya raksa. Pada umumnya at cair memiliki pemuaian yang tidak teratur. Misalnya, air apabila dipanaskan dari suhu 5o0 6 7 o0 olumenya justru menyusut. Akan tetapi, raksa memiliki pemuaian yang teratur. Termometer Raksa -ermometer raksa adalah termometer yang bahan pengisinya adalah raksa. Sebagai contoh termometer raksa adalah termometer skala 0elsius. #ambar / menunjukkan termometer raksa yang digunakan di laboratorium. Bagaimanakah  prinsip kerja termometer ini? 4aksa dalam termometer akan memuai apabila dipanaskan. Pemuaian ini menyebabkan raksa mengisi pipa kapiler dan menunjuk   pada skala tertentu. 8ah, skala yang ditunjukkan oleh termometer ini menunjukkan suhu benda yang diukur.

#ambar /. -ermometer raksa. & cannoninstrument.com'

Beberapa keuntungan apabila raksa digunakan sebagai bahan pengisi termometer adalah  raksa mengkilap dan tidak membasahi dinding kaca9  raksa merupakan penghantar yang baik sehingga suhunya mudah enyesuaikan dengan suhu benda yang diukur9   pemuaiannya teratur9  memiliki titik didih yang tinggi &:;< o0' sehingga dapat digunakan untuk  mengukur suhu tinggi9 dan  kalor jenisnya kecil sehingga dengan perubahan panas sedikit saja sudah cukup untuk mengubah suhu. Adapun kerugian menggunakan raksa sebagai bahan pengisi termometer adalah  mahal,  memiliki titik beku rendah &6:= o0' sehingga tidak dapat digunakan untuk  mengukur suhu rendah, dan   beracun, sehingga apabila termometer pecah dapat menyebabkan keracunan. $. /.

Mengapa pipa kapiler pada termometer memiliki lubang yang sangat kecil? Mengapa ujung bawah termometer yang digunakan sebagai tempat bahan  pengisi termometer dibuat dari kaca tipis?

:

Termometer Alkohol Alkohol juga dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer. Beberapa keuntungan apabila alkohol digunakan sebagai bahan pengisi termometer adalah   jika dibandingkan dengan raksa, alkohol lebih murah9   pemuaiannya teratur9 dan  titik beku alkohol sangat rendah &6$$;o0' sehingga termometer alkohol dapat digunakan untuk mengukur suhu rendah. Adapun kerugian menggunakan alkohol sebagai bahan pengisi termometer adalah  membasahi dinding9  titik didih alkohol sangat rendah &6<> o0' sehingga pemakaiannya menjadi terbatas9 dan   kalor jenisnya besar sehingga perlu perubahan panas yang besar untuk  mengubah suhu. Pertanyaan Mengapa air tidak dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer? Ada beberapa alasan sehingga air tidak dapat digunakan sebagai bahan pengisi termometer  air membasahi dinding9   pada kondisi normal air membeku pada suhu 5 o0 dan mendidih pada suhu $55o0 sehingga jangkauan pengukurannya menjadi sangat terbatas9 dan  air dipanaskan dari suhu 5 o0 6 7o0 olumenya justru menyusut.

Ada beberapa termometer at cair yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari"hari. Akan tetapi, kita hanya akan membahas tiga termometer saja, yaitu termometer  klinis, termometer dinding, dan termometer maksimum minimum Si@. Termometer Klinis -ermometer ini digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia. 3leh karena itu, termometer ini sering disebut termometer suhu badan. Bagian"bagian dari termometer klinis adalah tabung raksa, bagian yang menyempit, dan pipa kapiler  &#ambar :'. 2at cair yang digunakan untuk bahan pengisi termometer ini adalah raksa. Skala termometer klinis memiliki jangkauan di atas dan di bawah suhu rata"rata tubuh manusia, yaitu :< o0. Suhu terendah tubuh manusia tidak pernah kurang dari :;o0 dan tidak pernah lebih dari 7/ o0 sehingga skala termometer klinis terletak antara :;o0 dan 7/o0.

#ambar :. -ermometer klinis & eal.co.uk'

7

-ermometer yang telah dibicarakan di atas merupakan termometer klinis analog. +alam termometer analog, hasil pengukuran suhu dapat dibaca pada angka yang tertera pada termometer. +i samping termometer analog, sekarang sudah ada termometer klinis digital &#ambar 7'. +alam bentuk digital, hasil pengukuran langsung ditampilkan dalam bentuk angka.

#ambar 7. -ermometer klinis digital &nb"sensor.com' ntuk mengukur suhu badan, termometer klinis ditempatkan di bawah lidah atau dijepit pada ketiak. Setelah beberapa saat, termometer diambil dan raksa dalam tabung menjadi dingin dan menyusut. +engan adanya bagian yang menyempit, raksa di dalam pipa kapiler tidak dapat memasuki tabung dan tetap menunjukkan skala tertentu, misalnya :
rossbrownsales.com

#ambar ;.-ermometer dinding. Termometer MaksimumMinimum Si! -ermometer maksimum"minimum Si@ digunakan untuk mengukur suhu dalam rumah kaca, yaitu bangunan yang digunakan untuk menanam tumbuh"tumbuhan sebagai bahan penelitian. Pada umumnya suhu maksimum terjadi pada siang hari dan suhu minimum terjadi pada malam hari. -ermometer ini ditemukan oleh *ames Si@ pada akhir abad ke"$>. -ermometer ini terdiri atas tabung silinder A, tabung B, dan pipa . -abung silinder A yang berisi

;

alkohol atau minyak creasote dihubungkan dengan tabung B yang juga berisi alkohol melalui pipa  yang berisi raksa &#ambar '. -ermometer maksimum"minimum Si@ dilengkapi dengan dua skala, yaitu skala minimum pada pipa kiri dan skala maksimum pada pipa kanan. *adi, suhu maksimum dan suhu minimum dapat dibaca sesuai dengan tinggi kolom raksa pada masing" masing pipa. Pada masing"masing permukaan raksa terdapat penunjuk baja yang dilengkapi dengan pegas sebagai penahan. *ika suhu dalam rumah kaca naik, alkohol pada tabung silinder A memuai sehingga mendesak raksa yang terdapat pada pipa kiri. Akibatnya, permukaan raksa pada pipa kiri turun dan permukaan raksa pada pipa kanan naik. Penunjuk baja pada pipa kanan terdorong ke atas dan menunjuk suhu maksimum. *ika suhu dalam rumah kaca turun, alkohol pada tabung silinder A menyusut dan raksa pada tabung B turun. Perlu diketahui, meskipun raksa pada tabung B turun tetapi posisi penunjuk baja tetap tidak berubah. !etika raksa pada tabung B turun,  permukaan raksa pada tabung kiri naik dan mendorong penunjuk baja sampai kedudukan tertentu. !edudukan penunjuk baja pada tabung kiri ini menunjukkan suhu minimum pada saat itu. *adi, tinggi kolom raksa pada pipa kiri menunjukkan suhu minimum dan tinggi kolom raksa pada pipa kanan menunjukkan suhu maksimum. ntuk mengembalikan penunjuk baja supaya bersentuhan dengan permukaan raksa digunakan magnet.

#ambar . -ermometer maksimum"minimum Si@. & seton.co.uk' Pada saat mengukur suhu dengan menggunakan termometer, kita harus memperhatikan beberapa hal berikut ini.  !etika menggunakan termometer, suhu awal tidak perlu diatur terlebih dahulu. Misalnya, suhu awal tidak perlu dibuat 5 o0 terlebih dahulu.  !etika mengukur suhu at cair, ujung bawah termometer harus diletakkan di tengah"tengah cairan. jung bawah termometer ini tidak boleh menyentuh dasar  atau dinding bejana. !etika termometer diangkat dari cairan, suhu termometer  akan segera berubah menyesuaikan dengan suhu udara. 3leh karena itu,



 

 

 pembacaan termometer dilakukan ketika termometer masih berada di dalam cairan. ntuk mengukur suhu tinggi, pastikan kita menggunakan termometer yang dirancang untuk mengukur suhu tinggi. Pada saat mengukur suhu, tangan tidak boleh bersentuhan langsung dengan termometer. ntuk mengatasi masalah ini, termometer dapat dijepit dengan statif  atau digantung dengan benang melalui lubang yang ada pada ujung atas termometer. -ermometer tidak boleh digunakan untuk mengaduk cairan. +alam membaca skala termometer, posisi mata harus berada pada garis yang tegak lurus terhadap posisi skala termometer. al ini dilakukan untuk  menghindari kesalahan paralaks.

". Termometer #ain a. Termometer $imetal -ermometer bimetal dibuat dari dua lempeng logam yang berbeda jenisnya. !edua logam ini direkatkan satu sama lain &#ambar
goalfinder.com

oldhouseweb.com

&a' &b' #ambar <. &a' Cempeng bimetal akan melengkung apabila dipanaskan. &b' Cempeng  bimetal dapat digunakan sebagai termometer. %. Termometer Ham%atan Prinsip termometer hambatan &#ambar >' adalah memanfaatkan perubahan hambatan logam &platina' akibat perubahan suhu. Platina dililitkan pada mika dan dimasukkan ke dalam gelas silika atau tabung perak yang tahan panas. jung"ujung kawat platina dihubungkan dengan alat ukur hambatan, misalnya jembatan Dheatstone, yang diletakkan di luar tabung. Prinsip jembatan Dheatstone akan kita  pelajari di SMA. -ermometer hambatan memiliki ketelitian yang tinggi. !etelitian pengukuran dapat mencapai 5,555$ o0. *angkauan pengukuran sangat lebar, yaitu 6/;5 o0 sampai dengan $<5o0. -ermometer hambatan sering digunakan untuk mengukur suhu mesin mobil.

<

cannoninstrument.com

#ambar >. -ermometer hambatan.

&. Termometer 'as Prinsip termometer gas adalah pada olume tetap tekanan gas akan bertambah seiring dengan perubahan suhu. Secara sederhana bentuk termometer gas seperti ditunjukkan pada #ambar =. -ermometer gas dapat mengukur suhu yang lebih teliti daripada termometer at cair. -ermometer gas mampu mengukur suhu tinggi hingga $;55o0. -ermometer gas helium pada tekanan rendah mampu mengukur suhu hingga  6/;5o0.

#ambar =. -ermometer gas.&  um.edu' d. Pyrometer ()tik  Bagaimanakah cara mengukur suhu bara api? Apabila digunakan termometer  at cair, pasti termometernya pecah. ntuk mengukur suhu yang sangat tinggi, misalnya suhu tungku peleburan baja, digunakan pyrometer optik &#ambar $5'. Alat ini mengukur intensitas radiasi yang dihasilkan oleh bahan yang berpendar. Berbeda dengan penggunaan termometer at cair, pyrometer optik tidak menyentuh benda yang diukur suhunya. +engan demikian, pyrometer optik dapat mengukur suhu benda yang sangat tinggi

>

#ambar $5. Pyrometer optik & img.directindustry.com' Suhu pada alat penetas telur atau inkubator perlu diatur dan dipertahankan supaya nilai tetap. Artinya, inkubator memerlukan alat untuk mengatur suhu. Alat ini dikenal dengan istilah termostat. Bimetal merupakan salah satu alat yang dapat digunakan sebagai termostat. #ambar $$. menunjukkan prinsip kerja termostat. Apabila suhunya naik, kontak putus karena bimetal melengkung ke atas. Sebaliknya, jika suhu turun kontak tersambung lagi sehingga arus mengalir dan pemanasan berlangsung lagi. Proses ini berlangsung terus sehingga suhu dapat diatur pada interal tertentu.

homepage.moc.com

#ambar $$. Prinsip kerja termostat bimetal.

C. Skala Termometer ntuk menentukan skala sebuah termometer diperlukan dua titik tetap titik  lebur es sebagai titik tetap bawah dan titik didih air sebagai titik tetap atas. Seorang astronom Swedia, Anders 0elsius &$<5$"$<77', adalah orang yang pertama kali menetapkan skala suhu berdasarkan titik lebur es dan titik didih air. Sesuai dengan  penemunya, termometer yang ditemukan oleh Anders 0elsius dinamakan termometer  skala 0elsius. 1.

Termometer Skala Celsius -ermometer adalah alat untuk mengukur suhu. ntuk mengetahui suhu benda yang diukur, termometer perlu diberi skala. Proses memberi skala pada termometer  dinamakan kalibrasi. Bagaimanakah caranya? !ita dapat mengkalibrasi termometer  dengan langkah"langkah sebagai berikut. a. Menentukan -itik -etap Bawah Masukkan ujung bawah termometer secara tegak lurus ke dalam bejana yang  berisi es murni. -unggu beberapa saat sampai es melebur yang ditandai dengan adanya air dalam bejana. Apabila tinggi permukaan raksa pada pipa kapiler sudah tidak berubah lagi, artinya suhu termometer sama dengan suhu

=

es yang sedang melebur. Berilah tanda tepat pada permukaan raksa itu dan tulislah dengan angka. ntuk termometer skala 0elsius, titik tetap bawah ditulis 5o0.  b. Menentukan -itik -etap Atas Masukkan ujung bawah termometer ke dalam bejana yang berisi air murni. Panaskan air sampai mendidih. -unggu beberapa saat sampai suhu termometer  sama dengan suhu air mendidih. Apabila tinggi permukaan raksa pada pipa kapiler sudah tidak berubah lagi, artinya suhu termometer sama dengan suhu air mendidih. Berilah tanda tepat pada permukaan raksa itu dan tulislah dengan angka. ntuk termometer skala 0elsius, titik tetap atas ditulis $55 o0. c. Membuat Pembagian Skala Setelah titik tetap bawah dan titik tetap atas ditetapkan, selanjutnya jarak  antara kedua titik tetap ini dibagi menjadi beberapa bagian yang sama. Pada termometer skala 0elsius, kedua titik tetap ini dibagi menjadi $55 bagian yang sama. *adi, setiap bagian skala menunjukkan suhu $ o0. Pembagian skala ini dapat diperluas dengan memberi angka"angka tambahan,  baik di bawah titik tetap bawah maupun di atas titik tetap atas. Angka"angka di  bawah titik tetap bawah diberi angka negatif, sedangkan angka"angka di atas titik tetap atas diberi angka lebih dari $55o0. -ermometer skal 0elsius ditunjukkan pada #ambar $/.. Berapaka angka yang ditunjukkan pada termometer itu? tre.ngfl.go.uk 

#ambar $/. -ermometer skala 0elsius.

". Termometer Skala Kel*in Para ilmuwan lebih suka menggunakan termometer skala !elin. 3leh karena itu, dalam SE &Sistem Enternasional' satuan suhu adalah kelin &!'. Skala !elin tidak dikalibrasi berdasarkan titik lebur es dan titik didih air, tetapi dikalibrasi berdasarkan energi yang dimiliki oleh partikel"partikel dalam  benda. Apabila suhu benda turun, gerak partikel lambat. Sebaliknya, apabila suhu benda naik gerak partikel cepat. !etika suhu benda mencapai 6/<:,$; o0,  biasanya dibulatkan menjadi 6/<:o0, partikel"partikel tidak bergerak sama sekali. Suhu 6/<:o0 merupakan suhu paling rendah yang dapat dimiliki  benda. 3leh karena itu, suhu 6/<:o0 dinamakan suhu nol mutlak.

$5

Elmuwan yang pertama kali mengusulkan pengukuran suhu berdasarkan suhu nol mutlak adalah Cord !elin &$>/7"$=5<', fisikawan berkebangsaan Enggris. Sesuai dengan nama penemunya, skala suhu yang digunakan dinamakan skala !elin. Penulisan suhu !elin tanpa menggunakan simbol derajat & o', tetapi cukup ditulis dengan !. Suhu paling rendah yang dapat dimiliki benda adalah  6/<:o0. +alam skala !elin, suhu 6/<: o0 sama dengan 5 ! &nol mutlak'. Perlu diketahui, suhu skala !elin tidak mengenal suhu negatif. #ambar $: menunjukkan perbandingan skala 0elsius dan skala !elin.

internet7classrooms.com

#ambar $:. Perbandingan termometer skala 0elsius dan skala !elin. Seperti telah diuraikan di atas, 6/<: o0 sama dengan 5 ! atau 5 o0 F /<: !. 3leh karena itu, pada skala !elin titik lebur es 5 o0 diberi angka /<: ! dan titik didih air $55 o0 diberi angka :<: !. *adi, 5o0 F /<: ! dan $55 o0 F :<: !. +engan demikian, o

t  0



&7"$'

&t   /<:' !

atau t  !   &t   /<:' o 0.

&7"/'

+.

Termometer Skala ,ahrenheit +alam termometer skala 1ahrenheit, yang biasa digunakan di Amerika Serikat, suhu titik lebur es :/ o1 dan suhu titik didih air /$/ o1. *adi, antara titik lebur es dan titik didih air dibagi menjadi $>5 bagian yang sama. Pada skala 0elsius antara titik  lebur es dan titik didih air dibagi menjadi $55 bagian yang sama. *adi, perbandingan skala suhu 0elsius t 0 dan t 1 adalah

$$

t C  t  F 



$55 $>5



; =

  atau t C 



; =

t  F  .

Artinya, perubahan suhu sebesar satu derajat 0elsius sama dengan perubahan sebesar  ; =

derajat 1ahrenheit. ntuk mengubah suhu dari 1ahrenheit ke 0elsius &atau

sebaliknya' harus diperhatikan bahwa pada saat termometer skala 0elsius menunjukkan angka 5 o0 skala 1ahrenheit menunjukkan angka :/o1. +engan demikian, diperoleh t  F  

= ;

t C   :/

t C  

; =

&t  F 

o

&7":'

atau  :/

o

'.

&7"7'

Contoh Soal o o Sebuah benda suhunya berubah dari t $  <5 1  menjadi t /  => 1.  8yatakan suhu" suhu itu ke dalam skala 0elsius dan !elin, kemudian tentukan perubahan suhu t   t /  t $  untuk skala suhu 0elsius dan !elin. Penyelesaian

ntuk mengubah suhu dari skala 1ahrenheit ke skala 0elsius digunakan Persamaan &7"7'. +iperoleh, t $ 

; =

&<5 o

 :/

o

'  /$o 0,

t / 

; =

&=> o

 :/

o

'  :< o 0.

ntuk memperoleh suhu skala !elin digunakan Persamaan &7"$'. +iperoleh, t $



/$o 0  &/$  /<:' !  /=7 !,

:< o 0  &:<  /<:' !  :$5 !. Perubahan suhu dalam skala 0elsius dan !elin berturut"turut adalah o o o t   t /  t $  :< 0  /$ 0  $A 0, dan t   t /  t $  :$5 1  /=7 0  $A !. t /



*adi, perubahan suhu skala 0elsius sama dengan perubahan suhu skala !elin.

#atihan $. -ermometer dinding menunjukkan angka /; o0. Berapakah suhu kamar itu jika diukur dengan termometer skala &a' 1ahrenheit dan &b' !elin? /. 4ata"rata suhu tubuh orang Amerika kira"kira =o1. Berapakah suhu tubuh orang Amerika jika diukur dengan termometer skala &a' 0elsius dan &b' !elin?

$/

'a%riel Daniel ,ahrenheit -1/10+

#abriel +aniel 1ahrenheit lahir di +anig, Polandia, pada tanggal $7 Mei $>. Sejak kecil 1ahrenheit tinggal di Amsterdam, Belanda. Ea belajar fisika, ilmu dagang, dan cara membuat peralatan meteorologi. Pada usia :$ tahun, ia mencari nafkah dengan berdagang alat"alat meteorologi. Pada tahun $<5> 1ahrenheit bertemu dengan 3le 4omer, astronom berkebangsaan +enmark. 3le 4omer pernah membuat termometer dengan skala 5 o untuk titik didih air, > o untuk titik lebur es, dan //,; o untuk suhu tubuh manusia. Pada tahun $<5= 1ahrenheit membuat termometer yang diisi dengan alkohol. Akan tetapi, ia segera tahu bahwa alkohol kurang baik untuk   bahan pengisi termometer karena alkohol mendidih pada suhu rendah. Ea mencoba menggunakan at cair lain sebagai bahan pengisi termometer. Setelah mengadakan  percobaan selama ; tahun, pada tahun $<$7 1ahrenheit berhasil membuat termometer  raksa. Pada tahun $
KA#(R  Apakah yang dimaksud dengan kalor? ntuk menjelaskan pengertian kalor,  perhatikan kejadian yang sering terjadi dalam kehidupan sehari"hari. !etika sendok  dimasukkan ke dalam secangkir kopi panas, sendok menjadi hangat dan kopi  panasnya menjadi berkurang. al ini karena kalor mengalir dari kopi panas &suhu lebih tinggi' ke sendok &suhu lebih rendah'. Apabila secangkir kopi panas itu dibiarkan di atas meja, lama"kelamaan kopi panas itu akan menjadi dingin dengan sendirinya. al ini karena kalor mengalir dari kopi panas &suhu lebih tinggi' ke lingkungan sekitarnya &suhu lebih dingin'. !alor berhenti mengalir apabila suhu kopi  panas sama dengan suhu lingkungannya. *adi, apabila dua benda bersentuhan secara alamiah kalor berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. !alor akan berhenti berpindah apabila suhu kedua benda itu sama. +apatkah kita memberikan beberapa contoh yang menunjukkan perpindahan kalor  secara alamiah? Enteraksi antara sendok dan kopi panas serta kopi panas dan lingkungannya yang menyebabkan perubahan suhu pada dasarnya merupakan perpindahan energi dari satu benda ke benda lain. Perpindahan energi yang hanya terjadi karena  perbedaan suhu disebut aliran kalor atau perpindahan kalor. Pada peristiwa ini energi yang dipindahkan berupa panas. *adi, kesimpulannya, kalor adalah energi yang  berpindah dari satu benda ke benda lain karena adanya perbedaan suhu. Pengaruh Kalor Pada Zat Apakah yang terjadi apabila at diberi kalor? ntuk menjawab pertanyaan ini kita dapat melakukan !egiatan 7./.

$:

Alat dan $ahan #elas kimia, termometer skala 0elsius, pembakar spiritus, kaki tiga, kawat kasa, dan  beberapa pecahan es batu Prosedur Per&o%aan $. Masukkan beberapa pecahan es batu ke dalam gelas kimia. kurlah suhu awal es batu dengan termometer. -empatkan gelas kimia di atas kaki tiga dengan menggunakan alas kawat kasa. /. Panaskan gelas kimia yang telah berisi pecahan"pecahan es batu dengan menggunakan pembakar spiritus. :. Amati perubahan angka pada termometer sambil mengamati perubahan yang terjadi pada es batu mulai dari bentuk padat, cair, dan akhirnya mendidih. 7. Bagaimanakah kesimpulan kita tentang pengaruh kalor pada at?

Berdasarkan !egian 7./ dapat disimpulkan bahwa ketika kalor diberikan pada sejumlah es batu &wujud padat', suhu es naik sampai mencapai titik leburnya &kira"kira 5o0'. !etika es melebur menjadi air, suhu tetap 5 o0 sampai seluruh es melebur. Apabila kalor telur diberikan, suhu air terus meningkat sampai mencapai titik didih $55 o0. Berdasarkan !egiatan 7./ dapat disimpulkan bahwa pemberian kalor pada at dapat menyebabkan perubahan suhu at dan perubahan wujud at. A)akah Satuan Kalor2 Satuan kalor adalah kalori. Satuan ini didefinisikan berdasarkan perubahan suhu pada at. Satu kalori &$ kal' didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air dari $7,; o0 menjadi $;,;o0. Satuan lain yang sering digunakan adalah kilokalori &kkal', dengan $ kkal F $.555 kal. +engan mengingat kalor adalah energi yang berpindah, maka ada hubungan antara satuan kalor dan satuan energi. Berdasarkan percobaan, diperoleh $ kalori F 7,/ joule atau $ joule F 5,/7 kalori. Perlu diketahui, satuan kalor dalam sistem SE adalah joule &*'. Hu%ungan antara Kalor dan Peru%ahan Suhu Secara alamiah kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke  benda yang bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor sering diikuti oleh kenaikan suhu  benda. Apabila terjadi kenaikan suhu, jumlah kalor yang diterima oleh benda selalu sebanding dengan kenaikan suhu benda itu. ntuk membuktikannya, kita dapat melakukan Praktikum : di bawah ini.

Berdasarkan Praktikum : dapat disimpulkan bahwa semakin lama waktu pemanasan kenaikan suhu air semakin besar. Pemanasan yang semakin lama menunjukkan bahwa  jumlah kalor yang diterima at &air' juga semakin besar. *adi, jumlah kalor yang diterima at sebanding dengan perubahan suhunya. Artinya, apabila kalor yang diterima semakin besar perubahan suhunya juga semakin besar.

$7

Hu%ungan antara Kalor dan Massa Zat

Bagaimanakah hubungan antara kalor dan massa at? ntuk menjawab pertanyaan ini, kita dapat melakukan Praktikum: di atas, tetapi dengan massa air yang berbeda. Misalnya, menggunakan air sebanyak ;5 mC dan $55 mC. Apabila masing"masing air  dipanaskan dengan pemanas yang sama, air manakah yang mencapai suhu 75 o0 terlebih dahulu? Benar. Air sebanyak ;5 mC membutuhkan waktu yang lebih singkat untuk mencapai suhu 75 o0. Artinya, air sebanyak $55 mC membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mencapai suhu 75 o0. Pemanasan yang semakin lama menunjukkan  jumlah kalor yang diterima air juga semakin banyak. Sebaliknya, pemanasan yang lebih singkat menunjukkan jumlah kalor yang diterima juga semakin sedikit. *adi,  jumlah kalor sebanding dengan massa benda. Semakin besar massa benda, semakin  besar pula jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda benda itu. Semakin besar massa benda, semakin besar pula jumlah kalor yang diperlukan untuk  menaikkan suhu benda. Semakin kecil massa benda, semakin kecil pula jumlah kalor  yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda itu. Hu%ungan antara Kalor dan 3enis Zat

Daktu yang dibutuhkan berbagai jenis at untuk menaikkan suhu yang sama ternyata berbeda"beda. Apabila air /5 mC dan minyak goreng /5 mC yang mula"mula  bersuhu /; o0 dipanaskan dengan alat pemanas yang sama, minyak goreng akan lebih cepat mencapai suhu 75o0 daripada air. ntuk membuktikannya, kita dapat melakukan Praktikum7 di bawah ini. Air membutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai suhu 75 o0. Artinya, untuk  mencapai suhu 75o0 air membutuhkan kalor lebih banyak daripada minyak goreng. +engan demikian, jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu at  bergantung pada jenis at. Perbedaan jumlah kalor ini disebabkan oleh sifat khas yang dimiliki oleh air dan minyak goreng. +alam fisika, sifat khas ini dinamakan kalor   jenis dengan simbol c. *adi, air dan minyak goreng memiliki kalor jenis yang berbeda. Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa untuk menaikkan suhu suatu at bergantung pada tiga faktor, yaitu perubahan suhu, massa at, dan kalor   jenis. raian di atas juga menunjukkan bahwa jumlah kalor &Q' yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebanding dengan massa benda & m' dan sebanding dengan kenaikan suhu & t '. Secara matematis, ditulis Q



m  t 

Q



m  c   t .

atau &7";'

Apakah satuan kalor jenis c? Persamaan &7";' dapat ditulis menjadi c



Q m  t 

,

sehingga satuan c



satuan Q &satuan m'  &satuan t '

$;



* kg o 0

.

*adi, satuan kalor jenis adalah *Gkg o0 atau *Gkg !. +i samping itu, satuan kalor jenis  juga dapat dinyatakan dengan kalGgo0. Apakah yang disebut kalor jenis? !alor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu $ kg suatu at sebesar $ o0 atau $ !. Pada suhu $;o0 dan tekanan $ atm, kalor jenis air adalah c F $ kkkalGkg o0 F 7./55 *Gkg !. Artinya, untuk menaikkan suhu $ kg air sebesar $ o0 atau $ ! diperlukan kalor  sebanyak $ kkal atau 7./55 *. -abel $ menunjukkan kalor jenis beberapa at. arga kalor jenis bergantung pada suhu dan tekanan. Akan tetapi, untuk perubahan suhu yang tidak terlalu besar kalor jenis dianggap tetap.

-abel.$ !alor *enis 2at 2at

!alor *enis &*Gkg !' =55 :=5 <5 7;5 $:5 >5 /:5 $.<55 /.755 $75 /.$55 7./55 $.555

Aluminium -embaga !aca Besi atau Baja -imah hitam Marmer  Perak  !ayu Alkohol &etil' 4aksa Hs Air  dara

Berdasarkan -abel $ tampak bahwa air adalah at yang kalor jenisnya paling tinggi. Artinya, jika dibandingkan dengan at lain untuk massa dan kenaikan suhu yang sama, air mampu mengambil kalor yang lebih besar apabila air bersentuhan dengan  benda yang suhunya lebih tinggi. *adi, air merupakan bahan yang baik sekali untuk menyimpan energi panas. Air juga merupakan pendingin yang baik. Etulah sebabnya air dipilih sebagai bahan pendingin radiator mesin mobil. Pada siang hari ketika terik matahari, air dalam danau masih terasa dingin meskipun udara di sekitarnya terasa  panas. al ini karena kalor jenis air lebih tinggi daripada udara di sekelilingnya, sehingga udara lebih cepat naik suhunya daripada air. Contoh Soal Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya / kg dari :5 o0 menjadi =5o0?

Penyelesaian Berdasarkan -abel 7.$ diketahui bahwa kalor jenis besi adalah 7;5 *Gkg !. Seperti telah diuraikan sebelumnya,  perubahan suhu skala 0elsius sama dengan perubahan

$

o o o suhu skala !elin. *adi, t   t /  t $  =5 0  :5 0  A5 0  A5 !.  +engan menggunakan Persamaan &7";', diperoleh

Q



m  c  t   & / kg'  &7;5 *Gkg !'  &A5 !'



;7.555 *



;7 k*.

Contoh Soal Air sebanyak 5,; kg yang bersuhu /; o0 diberi kalor sebanyak $5.;55 *. Apabila kalor  jenis air 7./55 *Gkg !, berapakah suhu akhir air?

Penyelesaian Massa air  m F 5,; kg Suhu awal t $ F /;o0 *umlah kalor  Q F $5.;55 * !alor jenis air c F 7./55 *Gkg !  +engan menggunakan Persamaan &7";', diperoleh t  

Akan tetapi,

Q mc



$5.;55 * &5,; kg'  &7./55 *Gkg !'



; o 0.

t   t /  t $  atau t /  t $  t  

/; o 0  ; o 0  :5 o 0.

*adi, suhu akhir air :5 o0.

#atihan $. &a' Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu tembaga &kalor jenis c F :=5 *Gkg !' dengan massa 5,/; kg dari :5 o0 menjadi =5o0? &b' Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air &kalor jenis c F 7./55 *Gkg !' dengan massa :55 g dari /5 o0 menjadi $55o0? /. Besi dengan massa 5,/ kg dan bersuhu /; o0 diberi kalor sebanyak $/.555 *. Apabila kalor jenis besi 7;5 *Gkg !, berapakah perubahan suhu besi? :. Air sebanyak /;5 g dan bersuhu $; o0 diberi kalor sebanyak =.555 *. Apabila kalor jenis air 7./55 *Gkg !, berapakah suhu akhir air?

4. Peru%ahan 5u6ud !alor dapat mengubah wujud at. !ita tentu masih ingat bahwa at dapat  berwujud padat, cair atau gas. Perubahan wujud at bergantung pada jumlah kalor  yang diterima atau jumlah kalor yang dilepaskan oleh at yang bersangkutan. 2at  padat dapat berubah wujud menjadi at cair apabila at itu menerima kalor. 2at cair  dapat berubah wujud menjadi gas apabila at itu menerima kalor. Sebaliknya, gas dapat berubah wujud menjadi at cair apabila melepaskan kalor. 2at cair dapat  berubah wujud menjadi at padat apabila melepaskan kalor. Sebagai contoh, es &at  padat' berubah wujud menjadi air &at cair' apabila dipanaskan. Artinya, es menerima kalor. Air &at cair' berubah wujud menjadi uap &gas' apabila dipanaskan. Artinya, air  menerima kalor. Sebaliknya, uap air akan berubah wujud menjadi air apabila

$<

didinginkan. Artinya, uap air melepaskan kalor. Air &at cair' akan berubah wujud menjadi es &at padat' apabila didinginkan. Artinya, air melepaskan kalor. +iagram perubahan wujud at telah dijelaskan pada Bab : &#ambar :.7'. Perhatikan kembali #ambar :.7. Perubahan wujud dengan anak panah ke atas, misalnya mencair dan menguap, memerlukan kalor. Sebaliknya, perubahan wujud dengan anak panah ke bawah, misalnya mengembun dan membeku, memerlukan kalor. Mengua) Apabila sejumlah air dipanaskan terus"menerus, air akan menguap. al ini menunjukkan bahwa menguap memerlukan kalor. ntuk menunjukkan bahwa pada waktu menguap at memerlukan kalor, kita dapat memanaskan air dalam bejana dengan menggunakan pembakar spiritus. Setelah pembakar spiritus dinyalakan dan ditunggu beberapa saat, kita akan melihat uap muncul pada permukaan air. Ambillah beberapa tetes spiritus atau alkohol dengan pipet kemudian teteskan  pada tangan. 4asakan apa yang terjadi pada kulit yang basah karena spiritus atau alkohol. Apakah kulit kita terasa dingin? *ika tangan terasa dingin dan jumlah alkohol  berkurang, berarti spiritus atau alkohol telah menguap. Mengapa kulit tempat spiritus atau alkohol terasa dingin? Spiritus menguap memerlukan kalor. !alor yang diperlukan berasal dari tangan. !arena kehilangan kalor untuk proses penguapan spiritus tangan menjadi dingin. Bagaimanakah cara mempercepat proses penguapan? Proses penguapan dapat dipercepat dengan beberapa cara, yaitu memanaskan, memperluas permukaan, mengalirkan udara pada permukaan at cair, dan mengurangi tekanan pada permukaan at cair. &$' Memanaskan Seperti telah diuraikan di depan, semakin besar kalor yang diterima oleh suatu at semakin besar pula gerakan molekul"molekulnya. +engan memanaskan at  berarti kita telah memberikan tambahan kalor pada at itu. +engan demikian, molekul"molekul at cair menjadi cepat bergerak sehingga semakin cepat pula meninggalkan permukaan at cair. &/' Memperluas Permukaan Memperluas permukaan at cair untuk mempercepat proses penguapan sering dilakukan orang. Misalnya, saat mendinginkan tes panas yang akan segera diminum. -eh panas yang ditempatkan dalam piring akan lebih cepat menguap daripada teh panas dalam gelas. Mengapa demikian? Permukaan piring yang lebih luas menyebabkan molekul"molekul at cair yang berhubungan dengan udara lebih banyak.Akibatnya, molekul"molekul at cair yang dapat melepaskan diri ke udara juga semakin banyak. &:' Mengalirkan udara pada permukaan at cair  Supaya teh panas yang akan diminum cepat dingin, biasanya kita meniupkan udara pada permukaannya. Pakaian basah yang dijemur akan cepat kering apabila ada angin bertiup. dara yang bertiup pada permukaan teh panas menyebabkan molekul"molekul teh panas cepat bergerak meninggalkan  permukaannya. Angin yang bertiup pada pakaian basah menyebabkan molekul"molekul air lebih mudah meninggalkan pakaian sehingga pakaian menjadi cepat kering. &7' Mengurangi tekanan pada permukaan at cair  -eh panas yang berada dalam gelas terbuka lebih cepat dingin daripada teh  panas yang berada dalam gelas tertutup. Mengapa demikian? -ekanan udara

$>

 pada gelas tertutup lebih besar daripada tekanan udara pada gelas terbuka. Pada tekanan yang lebih besar molekul"molekul air sukar melepaskan diri dari  permukaannya. Pada tekanan yang lebih kecil molekul"molekul air mudah melepaskan diri dari permukaannya. *adi, apabila tekanan pada permukaan at semakin kecil at cair itu semakin mudah menguap. Berdasarkan uraian tentang cara mempercepat proses penguapan dapat disimpulkan  bahwa penguapan at cair dapat terjadi pada sembarang suhu. Mengem%un Mengembun adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi cair. 2at dapat mengembun apabila suhu turun, sedangkan suhu turun terjadi apabila at itu melepaskan kalor. Ada dua contoh peristiwa mengembun dalam kehidupan sehari" hari. !etika kita memasukkan pecahan"pecahan es ke dalam gelas, sisi luar gelas mula"mula kering. Akan tetapi, beberapa saat kemudian pada bagian sisi luar gelas terdapat bintik"bintik air. !etika kita naik mobil pada saat cuaca cerah, kaca jendela mobil bagian dalam masih kering. Akan tetapi, ketika hujan turun kaca mobil bagian dalam menjadi buram. Apabila kita menempelkan telapak tangan pada kaca, telapak  tangan menjadi basah. Bagimana kedua peristiwa ini dapat dijelaskan? Barangkali kita berfikir bahwa es yang mencair mampu menembus gelas sehingga sisi luar gelas menjadi basah. +emikian pula peristiwa yang terjadi pada kaca mobil ketika hujan air hujan dapat memasuki kaca melalui pori"pori kaca. Akan tetapi, cara berfikir kita salah. dara di sekitar kita banyak mengandung uap air. !etika uap air bersentuhan dengan benda"benda yang lebih dingin &suhunya rendah', uap air melepaskan kalor. !alor yang dilepaskan ini diterima oleh uap air di sekitar  gelas atau kaca mobil. !etika uap air melepaskan kalor suhunya turun sehingga uap air berubah menjadi bintik"bintik air. Mendidih Mendidih adalah proses perubahan wujud dari at cair menjadi gas &uap'. Mendidih terjadi pada seluruh bagian at cair. 2at cair dikatakan menguap apabila molekul"molekulnya sebagian meninggalkan permukaan at cair tersebut. Apabila suhu at cair dinaikkan, penguapan dapat terjadi di seluruh bagian at cair. Molekul" molekul at cair membentuk uap dalam bentuk gelembung"gelembung udara. #elembung"gelembung ini dapat terjadi di seluruh bagian at cair. Apabila pemanasan dilanjutkan, gelembung"gelembung udara akan naik ke  permukaan at cair dan akhirnya pecah. Apabila hal ini terjadi, at cair dikatakan mendidih. *adi, at cair dikatakan mendidih apabila gelembung"gelembung uap terjadi di seluruh bagian at cair dan meninggalkan at cair. Pada saat mendidih suhu at cair  tidak berubah, meskipun kalor diberikan terus"menerus. ntuk membuktikan hal ini, kita dapat melakukan Praktikum .;.

!enaikan suhu hanya terjadi ketika air mulai dipanaskan sampai air mendidih. Setelah air mendidih, tidak terjadi perubahan suhu. !etika air sudah mendidih, kalor yang diberikan hanya digunakan untuk mengubah wujud at dari at cair menjadi uap. Suhu at cair pada saat mendidih dinamakan titik didih. Berapakah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud at dari cair menjadi uap pada titik didihnya? asil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud at dari cair menjadi uap pada titik didihnya bergantung pada massa at dan kalor uap at yang bersangkutan. !alor uap merupakan salah satu sifat

$=

at. !alor uap adalah banyaknya kalor &dengan satuan joule' yang diperlukan untuk  menguapkan $ kg at pada titik didihnya. Satuan kalor uap adalah *Gkg. ntuk menguapkan at cair dengan massa m  pada titik didihnya diperlukan kalor sebanyak  Q = mL,

&7"'

dengan  L dinamakan kalor uap at yang bersangkutan. arga kalor uap untuk   beberapa at disajikan pada -abel 7./.

-abel / !alor ap Beberapa 2at 7ama Zat

Alkohol 4aksa Air  -imbal Perak  Hmas -embaga

Titik Didih 7ormal -oC <> :;< $55 $.<;5 /.$=: /.5 $.$><

Kalor Ua) -38kg >;7.555 /<$.555 /.::.555 $.;<>.555 ;.5=.555

al yang sama terjadi pada saat at cair mengembun. !alor yang dilepaskan uap tidak  digunakan untuk menurunkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah wujud at cair  dari uap menjadi cair. asil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud at dari uap menjadi cair pada titik embunnya bergantung  pada massa at dan kalor embun at yang bersangkutan. !alor embun merupakan salah satu sifat at. !alor embun adalah banyaknya kalor &dengan satuan joule' yang dilepaskan untuk mengembunkan $ kg at pada titik embunnya. Satuan kalor embun adalah *Gkg. Setiap at yang jenisnya sama, besarnya kalor uap sama sama dengan kalor embun dan titik uapnya sama dengan titik didihnya. 3leh karena itu, untuk   proses pengembunan tetap berlaku Persamaan &7";', dengan  L  menunjukkan kalor  embun.

Contoh Soal itunglah jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5,; kg uap air pada suhu $55o0. Penyelesaian

Massa uap air  m F 5,; kg Berdasarkan -abel 7./ kalor uap air L F /./;.555 *Gkg F /./; k*Gkg. +engan menggunakan Persamaan &7";', diperoleh Q F mL F &5,; kg'&/./; k*Gkg' F $$/> k*. ,aktor9aktor yang Mem)engaruhi Titik Didih

/5

-itik didih at cair dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu tekanan di atas  permukaan at cair dan ketidakmurnian at cair. Bagaimanakah kedua faktor ini mempengaruhi titik didih? &$'

Pengaruh -ekanan -erhadap -itik +idih -itik didih at cair sangat bergantung pada tekanan yang diterima oleh at tersebut. ntuk tekanan udara normal, yaitu < cmg atau $ atm, air mendidih  pada suhu $55 o0. -itik didih air pada tekanan $ atm dinamakan titik didih normal. Apabila tekanan pada at kurang dari < cmg, apa yang terjadi? ntuk  menjawab pertanyaan ini, kita dapat melakukan Praktikum.

Meskipun sudah tidak terjadi pemanasan ternyata air dalam labu didih mendidih kembali. Mengapa demikian? !etika labu didih disiram dengan air dingin, tekanan di atas permukaan air dalam labu didih turun. !arena tekanannya turun, air di dalam labu mendidih lagi. *adi, at cair dapat mendidih di bawah titik didih normal apabila tekanan pada permukaan at cair kurang dari $ atm. Seperti telah diuraikan sebelumnya, untuk tekanan udara normal, yaitu < cmg atau $ atm, air mendidih pada suhu $55 o0. Seperti diketahui, semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, tekanan udaranya semakin rendah. Akibatnya, titik  didih air juga semakin rendah. *adi, apabila kita mendidihkan air di puncak gunung yang memiliki ketinggian /:55 m di atas permukaan laut, air mendidih sekitar =; o0. Apabila tekanan pada permukaan at cair diperbesar, apa akibatnya terhadap titik didih? ntuk menjawab pertanyaan ini, kita dapat melakukan Praktikum<. Berdasarkan Praktikum< dapat disimpulkan bahwa air dalam labu didih belum mendidih meskipun suhu yang ditunjukkan oleh termometer telah menunjukkan angka $55o0. Setelah suhu mencapai angka di atas $55 o0, air dalam labu didih mulai mendidih. Mengapa demikian? !etika tekanan permukaan air $ atm, air mendidih pada suhu $55 o0. Pada tekanan $ atm ikatan molekul"molekul air yang mulai renggang sudah dapat bergerak   bebas untuk melepaskan diri dari permukaannya. *ika tekanan pada permukaan air  dinaikkan, meskipun suhu air sudah mencapai $55o0, air belum mendidih sebab tekanan yang besar menyebabkan molekul"molekul air masih memiliki ikatan molekul yang kuat sehingga belum dapat melepaskan diri dari permukaannya. Setelah suhu melebihi $55 o0 ikatan molekul"molekul air di seluruh bagian mulai renggang sehingga timbul gelembung"gelembung uap air di seluruh bagian. Air  telah mendidih. Molekul"molekul air di permukaan juga telah menguap. *adi, apabila tekanan di atas permukaan at cair lebih dari $ atm maka titik didih at cair lebih tinggi daripada titik didih normal. Pressure Cooker Pressure 0ooker adalah alat untuk memasak yang bekerja dengan tekanan tinggi sehingga air baru mendidih pada suhu di atas $55 o0 &#ambar 7.$;'. Seperti diketahui, titik didih suatu at dapat dinaikkan atau diturunkan dengan cara mengatur besarnya tekanan pada permukan at itu. 8ah, pressure cooker bekerja berdasarkan prinsip ini. Pressure cooker memiliki dinding dan tutup yang tebal. Pada bagian pinggir alat ini dilengkapi dengan gelang karet untuk mencegah keluarnya uap air. ntuk mengatur  tekanan, tutup pressure cooker dilengkapi dengan katup pengaman. !atup ini akan membuka apabila tekanan di dalam panci melebihi ketentuan sehingga uap air keluar  dan tekanan berkurang. !atup ini akan membuka dan menutup berulang"ulang untuk  menahan dan mengeluarkan uap air. Memasak dengan pressure cooker banyak 

/$

manfaatnya. +i samping praktis dan cepat matang, bahan makanan yang dimasak  tidak banyak kehilangan giinya karena uap air yang terbuang tidak terlalu banyak.

germesonline.com

#ambar 7.$; Pressure cooker.

Pertanyaan Diskusi $. Apakah perbedaan antara menguap dan mendidih? /. Mengapa kita merasa dingin ketika keluar dari kolam renang, khususnya jika ada angin bertiup? :. Mengapa pressure cooker lebih bermanfaat untuk memasak di daerah dataran tinggi? 7. Manakah yang titik bekunya lebih tinggi air sumur atau air laut?

Mele%ur dan Mem%eku Melebur adalah proses perubahan wujud at dari padat menjadi cair. Pada saat melebur, at memerlukan kalor. Sebaliknya, membeku adalah proses perubahan wujud at dari cair menjadi padat. Pada saat membeku, at melepaskan kalor. !edua  peristiwa ini dapat dipelajari melalui Praktikum > berikut ini. Pada proses melebur memerlukan kalor. Selama proses melebur, meskipun kalor diberikan terus"menerus suhu at tidak berubah. !alor yang diterima bukan digunakan untuk menaikkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah wujud at dari  padat menjadi cair. Sebaliknya, pada proses membeku at melepaskan kalor dan selama proses membeku suhu at tidak berubah. . *umlah kalor &dengan satuan joule' yang diperlukan untuk meleburkan $ kg at pada titik leburnya dinamakan kalor lebur. Satuan kalor lebur adalah *Gkg. *umlah kalor &dengan satuan joule' yang dilepaskan untuk membekukan $ kg at pada titik   bekunya dinamakan kalor beku. Setiap at yang jenisnya sama, besarnya kalor lebur  sama dengan kalor beku dan titik leburnya sama dengan titik bekunya. 3leh karena itu, untuk proses melebur tetap berlaku Persamaan &7"', dengan  L  menunjukkan kalor lebur. arga kalor lebur untuk beberapa at disajikan pada -abel 7.:.

-abel : !alor Cebur Beberapa 2at 7ama Zat

Titik #e%ur

//

Kalor #e%ur

7ormal -oC I$$7 I := 5 :/< =$ $.5: $.5>:

Htanol 4aksa Air  -imbal Perak  Hmas -embaga

-38kg $57.555 $/.555 ::.555 /7.;55 >>.555 7.555 $:7.555

Contoh Soal itunglah jumlah kalor yang diperlukan untuk meleburkan $ kg es pada suhu 6$5 o0 &kalor jenis es c F /.$55 *Gkgo0, kalor lebur es L F ::.555 *Gkg'. Penyelesaian Massa es m F $ kg Suhu awal t 5 F 6$5o0 !alor jenis es c F /.$55 *Gkgo0 !alor lebur es L F ::.555 *Gkg

Pada tekanan $ atm, es melebur pada suhu 5 o0. ntuk meleburkan es suhu 6$5 o0 diperlukan kalor Q$ untuk menaikkan suhu es dari 6$5 o0 ke titik leburnya, yaitu 5 o0. Selanjutnya, diperlukan kalor Q/ untuk meleburkan es dengan suhu 5 o0 menjadi air  dengan suhu 5 o0. o o  !alor yang diperlukan untuk suhu es dari t 5 F 6$5 0 ke titik leburnya t F 5 0 adalah Q$ 



mct   mc&t   t 5 '



o

o

o

&$ kg'  & /.$55 *Gkg 0'  K5 0  &$5 0'J  /$.555 *.

!alor yang diperlukan untuk meleburkan es 5 o0 menjadi air 5o0 adalah Q$   mL  &$ kg '  &::A .555 *Gkg'  ::A .555 *.

*adi, jumlah kalor yang diperlukan untuk meleburkan $ kg es pada suhu 6$5 o0 adalah Q F Q$ L Q/ F /$.555 * L ::.555 * F :;<.555 *.

#atihan $. -entukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan /;5 g es yang bersuhu 5 o0. /. -entukan kalor yang diperlukan untuk mengubah ;55 g es yang bersuhu 6; o0 menjadi air yang bersuhu 5 o0. :. -entukan kalor yang diperlukan untuk mengubah /55 g es yang bersuhu  6$5o0 menjadi air yang bersuhu $5 o0.

,aktor9aktor yang Mem)engaruhi Titik #e%ur

/:

Pada umumnya es melebur pada suhu 5 o0. Akan tetapi, apabila tekanan pada  permukaan es dinaikkan titik lebur es kurang dari 5 o0. Mengapa demikian? ntuk  menjelaskan persoalan ini, perhatikan #ambar 7.$. #ambar 7.$ menunjukkan balok es yang terletak di atas dua penumpu. Selanjutnya, seutas kawat halus yang kedua ujungnya diberi beban diletakkan di atas  balok. Setelah ditunggu beberapa saat, kawat mampu menembus es balok dan akhirnya jatuh ke lantai. Anehnya, balok tetap utuh tidak terbelah. Bagaimana  peristiwa ini dapat dijelaskan? !etika kawat menekan permukaan balok es, bagian es yang terkena kawat melebur terlebih dahulu. Artinya, tekanan yang diberikan dapat menurunkan titik  lebur es. Akibat es melebur, kawat dapat bergerak ke bawah melalui bagian es yang telah melebur. Akan tetapi, segera setelah dilewati kawat, tekanan pada air hasil  peleburan es sama dengan tekanan udara luar sehingga air kembali membeku menjadi es. *adi, lintasan yang dilewati kawat segera membeku kembali menjadi es. Akibatnya, kawat mampu menembus es balok tetapi es balok tetap utuh tidak  terbelah. Peristiwa meleburkan bagian balok es yang diberi beban dan membeku kembali sesaat setelah beban dihilangkan dinamakan regelasi. !etidakmurnian at juga dapat mempengaruhi titik lebur. Penambahan garam dapur pada campuran air dan es mampu menurunkan titik lebur es sampai 6 /5 o0. Peristiwa ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan ice cream. Pemberian garam dapur  dapat menurunkan titik lebur es, sehingga es dapat melebur di bawah suhu 5 o0. Proses melebur membutuhkan kalor. !alor tidak diberikan dari luar, tetapi diambil dari es itu sendiri. Akibatnya, suhu es turun meskipun es dalam keadaan cair &ice cream'. A:as $la&k  Apa yang terjadi apabila dua at yang berbeda suhunya dicampur dalam wadah yang terisolasi dari lingkungan sekitarnya? Sebagaimana telah diuraikan di depan, kalor mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah. Artinya, at yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor dan at yang suhunya rendah akan menerima kalor. !alor yang dilepaskan oleh at yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh at yang bersuhu rendah. Pernyataan ini mula"mula dikemukakan oleh fisikawan Enggris, *oseph Black &$"$<==', sehingga dikenal sebagai asas Black. Secara sederhana, aas Black dapat dirumuskan sebagai berikut

Qdilepaskan  F Qditerima

&7"<'

*adi, apabila dua at yang berbeda suhunya dicampur kedua at itu akhirnya akan memiliki suhu yang sama. ntuk memahami penerapan Aas Black, perhatikan contoh soal berikut. Contoh Soal Sepotong logam aluminium yang massanya 5,/; kg dipanaskan sampai $55 o0, kemudian dimasukkan ke dalam bejana yang berisi 5,/ kg air dengan suhu /; o0. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi antara aluminium dan air, berapakah suhu akhir yang dapat dicapai? +iketahui, kalor jenis aluminium =55 *Gkg o0 dan kalor jenis air 7./55 *Gkgo0.

Penyelesaian

/7

!arena suhu aluminium lebih tinggi daripada suhu air, sehingga ketika keduanya dicampur aluminium akan melepaskan kalor dan air akan menerima kalor. Misalnya, suhu akhir yang dapat dicapai adalah t o0. +engan demikian, suhu aluminium turun dari $55o0 menjadi t o0. Sebaliknya, suhu air naik dari /;o0 menjadi t o0. Perhatikan diagram di bawah ini. aluminium, $55o0

suhu akhir, t o0

air, /;o0 Aluminium Massa m$ F 5,/; kg !alor jenis c$ F =55 *Gkgo0 Perubahan suhu t $ F &$55 6 t 'o0 Aluminium melepaskan kalor  Q lepas



m$ c$ t $



&5,/; kg'  &=55 *Gkg o 0'  &$55  t ' o 0

Air  Massa !alor jenis Perubahan suhu Air menerima kalor Q terima

 



//;&$55  t ' *.



>75&t   /;' *.

m/ F 5,/ kg c/ F 7./55 *Gkg o0 t / F &t  6/;' o0 

m / c / t /

&5,/ kg'  &7./55 *Gkg o 0'  &t   /;' o 0

Berdasarkan Asas Black, Qlepas F Qterima. *adi, //;&$55  t '



>75&t   /;'

//.;55  //;t   >75t   /$.555 

//;t   >75t  

/$.555 

//.;55

 $.5A;t   7:.;55

t  

7:.;55 $.5A;



o

75,> 0.

*adi, suhu akhir yang dapat dicapai adalah 75,> o0.

#atihan $. Sepotong tembaga /55 g &kalor jenis :=5 *Gkg o0' dipanaskan sampai =5 o0, kemudian dimasukkan ke dalam bejana yang berisi ;55 g air &kalor jenis 7./55 *Gkgo0' yang bersuhu /5 o0. Berapakah suhu akhir tembaga dan air?

/;

/. Air sebanyak /55 g pada suhu =5 o0 dituangkan ke dalam cangkir aluminium yang bermassa $55 g dan bersuhu /; o0. Berapakah suhu akhir yang dicapai? Anggaplah pertukaran kalor hanya terjadi antara air dan aluminium. !alor   jenis air 7./55 *Gkgo0, kalor jenis aluminium =55 *Gkg o0.

RA7'KUMA7      



Suhu merupakan suatu besaran yang menunjukkan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. Alat untuk mengukur suhu dinamakan termometer. ubungan antara skala suhu termometer 1ahrenheit dan 0elsius adalah o o t  F   =; t C   :/  atau t C   ;= &t  F   :/ '. ubungan antara skala suhu termometer !elin dan 0elsius adalah o t  0  &t   /<:' ! atau t  !   &t   /<:' o 0. !alor adalah energi yang berpindah dari satu benda ke benda lain karena adanya perbedaan suhu. Satuan kalor adalah kalori. Satu kalori &$ kal' didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air dari $7,; o0 menjadi $;,;o0. *umlah kalor &Q' yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebanding dengan massa benda &m' dan sebanding dengan kenaikan suhu & t '. Secara matematis, Q











m  c  t .

!alor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu $ kg suatu at sebesar $ o0 atau $ !. Satuan kalor jenis adalah *Gkg o0 atau *Gkg !. Proses penguapan dapat dipercepat dengan beberapa cara, yaitu memanaskan, memperluas permukaan, mengalirkan udara pada permukaan at cair, dan mengurangi tekanan pada permukaan at cair. !alor uap adalah banyaknya kalor &dengan satuan joule' yang diperlukan untuk menguapkan $ kg at pada titik didihnya. Satuan kalor uap adalah *Gkg. ntuk menguapkan at cair dengan massa m  pada titik didihnya diperlukan kalor sebanyak Q = mL, dengan L dinamakan kalor uap. !alor yang dilepaskan oleh at yang bersuhu tinggi sama dengan kalor  yang diterima oleh at yang bersuhu rendah. Pernyataan ini dikenal sebagai asas Black.

S(A#S(A# A. Pilihan 'anda Petunjuk Pilihlah satu jawaban yang tepatN

/

1. Alkohol kadang"kadang digunakan sebagai bahan pengisi termometer, sebab O.  A. kalor jenisnya besar 0. massa jenisnya kecil  B. titik bekunya rendah +. tidak membasahi dinding 2. -ermometer 0elsius dan 1ahrenheit menunjuk angka yang sama pada suhu O.  A.  675o 0. :o  B.  6/;o +. o0, maka selisih suhu di luar dan di dalam lemari es adalah O!.  A. /: +. /=  B. :: +. :5 4. Sepotong besi bermassa m dan kalor jenis c serta sepotong aluminium  bermassa /m dan kalor jenis /c masing"masing diberi kalor yang sama. *ika aluminium mengalami kenaikan suhu > !, maka besi mengalami kenaikan suhu O.  A. 7 ! 0. $ !    B. > ! +. :/ !   o 5. Sejumlah air panas bersuhu $55 0 ditambahkan :55 g air bersuhu 5 o0. Apabila suhu campuran 75 o0, massa air panas yang ditambahkan adalah O.  A. /55 g 0. $/5 g  B. $>5 g +. <; g o 6. Air dengan massa $5 kg dan suhunya =5 0 dicampur dengan ; kg air yang suhunya :5o0. Suhu akhir campurannya adalah O o0.  A. 75 0. 5  B. ;5 +. <5 7. Apabila suatu at diberi kalor, maka suhunya O.  A.  pasti naik   B. mungkin turun C. mungkin naik, mungkin tetap  D. mungkin naik, mungkin turun 8. Benda  A  dan  B  apabila diberi sejumlah kalor yang sama ternyata kenaikan suhu A lebih tinggi daripada kenaikan suhu B. al ini membuktikan bahwa O.  A. massa A lebih besar daripada massa B  B. kalor jenis B lebih besar daripada kalor jenis A C. massa jenis A lebih kecil daripada massa jenis B  D. kapasitas kalor A lebih kecil daripada kapasitas kalor B . Apabila kalor jenis air c dan kalor beku air L, jumlah kalor yang dilepaskan apabila air dengan suhu ! dan bermassa m didinginkan menjadi es 5 o0 adalah O.  A. mc!  0. mc!  L mL  B. mc L mL!  +. mc!  L mL!  1". *umlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda tidak bergantung  pada O.  A. kalor jenis 0. massa jenis  B.  jenis at +. massa benda 11. 2at yang memiliki kalor jenis paling tinggi adalah O.  A. aluminium 0. udara  B. alkohol +. air  

/<

12. Air sebanyak /;5 g dan bersuhu 5 o0 dicampur dengan $55 g es bersuhu 5 o0. Setelah beberapa saat, keadaan yang terjadi adalah O.  A.  jumlah air dan es tidak berubah 0. sebagian es mencair   B. sebagian air membeku +. seluruh es mencair   13. !etika es melebur O.  A. es melepaskan kalor 0. suhunya naik    B. es menyerap kalor +. suhunya turun 14. Satuan kalor jenis adalah O.  A. * kgG! 0. *Gkg  B. *Gkg ! +. *G!   15. !etidakmurnian at cair akan menyebabkan O.  A. kenaikan titik didih 0. penurunan titik didih  B. kenaikan massa jenis +. penurunan kalor jenis

$. Uraian Petunjuk !erjakan soal"soal di bawah iniN Tingkat ;  Skala Termometer $. Suhu filamen bola lampu yang sedang menyala kira"kira $.>55 o0. Berapakah suhu ini dalam skala 1ahrenheit? /. Sebuah benda bersuhu /5o0. -entukan suhu benda itu apabila diukur dengan termometer skala &a' 1ahrenheit dan &b' !elin. :. Sebuah benda diukur dengan termometer skala 1ahrenheit menunjukkan angka $//o1. Berapakah suhu benda itu apabila diukur dengan termometer skala !elin?  Kalor  7. Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu $; kg air  dari /5o0 menjadi =5o0? ;. ntuk menaikkan suhu suatu bahan logam dengan massa ; kg dari /5 o0 menjadi :5o0 diperlukan kalor sebanyak $:;.555 *. Berapakah kalor jenis  bahan logam tersebut?  Perubahan Wujud  . Berapakah kalor yang diperlukan untuk meleburkan ;5 g es yang bersuhu 5o0? &kalor lebur es ::.555 *Gkg' <. Berapakah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 5,; kg es yang bersuhu 6  $5o0? &kalor jenis es /.$55 *Gkgo0, kalor lebur es ::.555 *Gkg' Tingkat ;; >. Hs dengan massa ;55 g dan bersuhu 5 o0 diberi kalor sebanyak >7.555 *. Berapa persen es yang belum melebur? &kalor lebur es ::.555 *Gkg' =. Berapakah kalor yang diperlukan untuk mengubah 5,; kg air dari $5 o0 menjadi uap pada suhu $55 o0? &kalor jenis air 7./55 *Gkgo0, kalor uap /./;.555 *Gkg' $5. Sebatang tembaga dengan massa 5,; kg dan bersuhu ;55 o0 diletakkan pada sebongkah es 5o0 dan bermassa ; kg. Berapakah massa es yang belum melebur? &kalor jenis tembaga :=5 *Gkg o0, kalor lebur es ::.555 *Gkg'

/>

/=