FISIKA KELAS X Drs. Pristiadi Utomo, 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 atau energi kalor yang diradiasika diradiasikan n hingga ke bumi itu dimanfaatkan oleh tumbuhan hijau untuk fotosintesis. Manusia dan hewan mentransfer energi itu dengan memakan bagian dari tumbuhan. tumbuh an. Tumbuha umbuhan-tumbuh n-tumbuhan an purba masih menyisak menyisakan an energi tersebut dalam wujud batubara, dan hewan-hewan purba menyisakan energi 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 asas Black dala dalam m pem pemecah ecahan an masalah tentang kalor pada bab ini.
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
131
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 kar karena ena perb perbedaa edaan n suh suhu u dis disebut ebut seba sebagai gai ene energi rgi kal kalor or.. Per Perpin pindaha dahan n energ en ergii ka kalo lorr se sela lalu lu te terj rjad adii da dari ri be bend nda a be bers rsuhu uhu ti ting nggi gi ke be bend nda a ya yang ng be bers rsuhu uhu 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 • Menerapkan persamaan asas Black untuk menyelesaikan persoalan
Apa it Apa itu u ka kalo lor? r? Un Untu tuk k ap apa a ki kita ta me memp mpel elaj ajar arii kal alor or? ? Ap Apa a kegun ke gunaan aan kal kalor or dal dalam am ke kehid hidupa upan n seh sehari ari-ha -hari? ri? Seb Seber erapa apa penting bahasan kalor bagi kehidupan manusia? Mist Mi ster erii dan pe pert rtan anya yaan an te tent ntang ang ka kalor lor ti tidak dak ka kali li in inii sa saja ja terjadi, tapi jauh pada abad 18 hingga 19 masih merupakan suatu sua tu per pertan tanyaa yaan n yan yang g per perlu lu men mendap dapat at pen penjel jelasan asan yan yang g logi lo gis s da dan n ra rasi sion onal al,, gu guna na me meny nyin ingk gkap ap ta tabi birr pe pema maha hama man n 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
132
dan 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 Hingga perte pertenga ngaha hann abad abad ke 18 penge pengerti rtian an kalor kalor sebag sebagai ai suatu suatu fluid fluidaa masih 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 Namun pendapa pendapatt tersebu tersebutt berubah berubah,, ketika ketika seorang seorang bernama bernama Benjamin Benjamin Thompson 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. Perco Percoba baan an joule joule adala adalahh denga dengann men mengg ggant antun ungg beban beban pada pada suatu suatu kon kontro troll yang 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 Penu Penurun runan an keting ketinggia giann beban beban dapat dapat men menunj unjukk ukkan an adanny adannyaa peruba perubaha hann ener energi gi potensial gravitasi pada beban. Jika beban turun dengan kecepatan tetap, maka dapat
133
dikatakan tidak 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, kalor, maka diperoleh diperoleh suatu suatu nilai nilai tara mekanik mekanik kalor, kalor, yaitu yaitu ekuivale ekuivalensi nsi energi energi mekanik 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
: ka kapasitas ka kalor (J (Joule / K at atau ka kal / K)
Q
: kal kalor or pada pada peru peruba baha hann suh suhuu ters terseb ebut ut (J atau atau kal) kal)
∆t
: perubahan suhu (K atau °C)
134
Kalor Kalor jenis jenis adala adalahh banya banyakny knyaa kalor kalor yang yang diper diperluk lukan an zat sebes sebesar ar 1 kg untuk 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
: ka kapasitas ka kalor (J (Joule/K at atau ka kal/K)
Q
: kal kalor or pada pada peru peruba baha hann suh suhuu ters terseb ebut ut (J atau atau kal) kal)
∆t
: perubahan suhu (K atau °C)
m
: massa benda (kg)
Tabel kalor jenis beberapa zat
Bahan
C (J/kgK)
Tembaga Besi/ Baja Air Es
385 450 4200 2100
Contoh:
1.
Ubahl bahlaah satua tuan beriku ikut ini ini : a. 5 J = …… …….kal b. 2 ka kal = …….J Jawab :
135
a. 5 joul joulee = 5 : 4,184 4,184 kal = 20,92 20,92 kal b. 2 kal = 2 x 4,184 J = 8,368 J 2.
Tentuk entukan an kap kapasi asitas tas kalor kalor suatu suatu zat, zat, jika jika untuk untuk mena menaikk ikkan an suhu 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 J/K
Jika Jika kal kalor or seba sebany nyak ak 12 12 joul joulee digu diguna naka kann un untu tukk mena menaik ikka kann suhu suhu 10 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
136
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 menyebabkan benda berubah wujud atau menyebabkan 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
Pemb Pember eria iann kalo kalorr pada pada sust sustuu zat zat sela selain in dapa dapatt me mena naik ikka kann atau 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 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.
137
Anomali Air
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 terkecil pada suhu suhu 4 °C, dan pada 0 °C terjadi loncatan loncatan volume 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)
138
Suatu batang panjang mula-mula l o dipanaskan hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan suhunya Δt maka, 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 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
139
2. Jika Jika besi besi sepa sepanj njan angg 20 m deng dengan an koef koefis isie ienn mu muai ai panj panjan angg 1,2. 1,2. 10 -5 /K dipanask dipanaskan an dari suhu 0 0C hingga 100 0C, maka tentukan pertambahan panjangnya ! 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 Bidang ( Luas )
Suatu bidang luasnya mula-mula A o , terjadi terjadi kenaikka kenaikkann suhu suhu sebesar 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 Plat besi besi luas luasny nyaa 4 m 2 pada 20 °C. Bila suhunya dinaikkan 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 )
140
= 4 .[1 + 22 . 10-6 . (100 - 20 ) ] = 4 [ 1 + 1760 . 10-6 ] = 4 [ 1 + 0,00176 ] = 4,00704 m 2 2. Kac Kaca se seluas 2 m2 , dengan koefisien muai panjang 8,5.10 -6 K, mengalami pemanasan dari suhu 20 °C hingga 120 °C. Tentukan 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 Ruang ( volume )
Volume mula-mula suatu benda V o , kemudian dipanaskan dipanaskan sehingga suhu suhuny nyaa naik naik sebe sebesa sarr Δt, Δt, dan dan volu volume meny nyaa bert bertam amba bahh sebe sebesa sarr ΔV ini ini dapa dapatt 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 :
141
Vt =Vo (1+ γ .∆t) Vt =(5 x 2 x 1) (1+3.x1,8.10 -5.(120 – 20 ) Vt =10,054 m3 a) Pemuaian Pemuai an 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 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.
142
•
Pada saat tekanan konstan, berlaku hukum Gay Lussac : V1
=
T1
•
V2 T2
Pada saat temperatur konstan , berlaku hukum Boyle : P1.V1 = P2.V2
•
Pada saat volume konstan , berlaku hukum Charles :
P1 T1
•
=
P2 T2
Pada saat kon kondisi disi ideal dengan dengan mol kon konstan stan,, berlaku berlaku huk hukum um Boyle-Gay Boyle-Gay Lussac : P1V1 T1
=
P2 V2 T2
dengan keterangan, V
= volume (liter atau m 3)
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 ....?
143
Jawab : Vt = Vo ( 1 + 1/ 273 Δt ) 2V = V ( 1+ 1/ 273 Δt ) 2 = ( 1 + 1/ 273 273 Δt ) 1 = 1/ 273 Δt Δt= 273 °C Jadi suhu gas tersebut harus dinaikkan sebesar 273 °C
b. Perubahan Wujud
Keti Ketika ka seju sejuml mlah ah kalo kalorr dite diteri rima ma atau atau dile dilepa pass oleh oleh suat suatuu zat, zat, ma maka ka ada ada dua kemungkinan yang terjadi terjadi pada suatu benda, benda, yaitu benda akan mengalami mengalami perubahan perubahan suhu, atau mengalami perubahan wujud. Kenaikan suhu suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang mengkaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor. Seda Sedangk ngkan an pada pada saat saat benda benda me menga ngalam lamii peruba perubahan han wujud, wujud, mak makaa tidak tidak terjad terjadii 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
: kal kalor or yang ang dit diter erim imaa ata atauu dil dilep epas as (Jou (Joule le atau atau kal) kal)
m
: massa benda (kg atau gram)
L
: kalor laten (J/kg atau kal/gr) (kalor uap atau kalor lebur)
144
Tabel kalor lebur dan kalor didih beberapa zat
Nama Zat
Air (es) Raksa Alkohol Hidrogen
Titik
lebur
Kalor Kalor lebur lebur Titik didih
Kalor
( C)
(J/kg)
(J/kg)
0 -39 -115 -2599
3,34.10 5 1,18.10 4 1,04.10 4 5,58.10 4
100 356,6 78,3 -252
didih
2,26.105 2,94.105 8,57.106 3,8.10 5
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, sehing sehingga ga kalor kalor yang yang diter diterima ima tidak tidak digun digunaka akann untuk untuk men menamb ambah ah kecepa kecepatan tan,, namun 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.
Tentuk entukan an kalo kalorr yang yang dipe diperlu rluka kann untu untukk mele melebur burkan kan 10 kg kg es pada pada suhu suhu 0 °C. jika kalor lebur es 3,35. 10 5 J/kg ! Jawab :
Q=m.L Q = 10 kg . 3,35. 10 5 J/kg Q = 3,35. 106 J 2.
Bera Berapa paka kahh bany banyakny aknyaa kalor kalor yang yang dipe diperl rluk ukan an untu untukk mengu menguba bahh 2 gram 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
:
145
Diketahui : m es = 0 °C t air = 0 °C tdidih = 100 °C c air = 4.200 J/kg K L es = 336 J/ Gajahmungkur 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 Sebatang besi massany massanyaa 50 gr bersu bersuhu hu 20 20 °C kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 90 °C, jika kalor jenis besi 0,7 kalori/gr°C, kalori/gr°C, hitunglah jumlah kalor yang diserap besi !
146
2. Seba Sebata tang ng besi besi ma mass ssan anyya 50 gram gram bers bersuh uhuu 30 °C kemudian kemudian dipanask dipanaskan an hingga hingga mencapai mencapai
suhu 80 °C.Jika kalor jenis besi 0,7 kalori/gram °C.Hitunglah jumlah
kalor yang diserap! 3. Sebuah Sebuah benda benda mempunyai mempunyai masa masa 0,5 kg diberipan diberipanas as jika suhu suhu mula-mula mula-mula benda benda 30°C menjadi 80°C. hitung kalor jenis benda jika basarnya kalor yang diberikan 250 joule? 4. Sebatang Sebatang besi besi massanya massanya 50 gr bersuhu bersuhu 20°C kemudian kemudian dipanask dipanaskan an hingga hingga mencapai mencapai suhu 90°C, jika kalor jenis besi 0,7 kalori/gr°C, hitunglah jumlah kalor yang diserap besi !
Gambar 3. Percobaan 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 raksa dapat cepat cepat mengambi mengambill panas benda benda yang diukur diukur sehingg sehinggaa suhunya suhunya sama dengan suhu benda yang diukur tersebut.
147
b. Dapat Dapat dipaka dipakaii untuk untuk menguk mengukur ur suhu benda benda dari dari yang rendah rendah sampai sampai yang yang tinggi, tinggi, karena air raksa punya titik beku –39 °C dan titik didih 357 °C. c. Tidak Tidak dapat membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya pengukurannya dapat lebih lebih teliti. teliti. d. Pemuaian Pemuaian dari air raksa raksa adalah adalah teratu teraturr. e. Mudah Mudah dilih dilihat, at, karena karena air air raksa raksa mengkila mengkilat.t. 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. Termo ermome mete terr suhu suhu bad badan an b. b. Termo ermome mete terr uda udara ra c. Termo ermome mete terr loga logam m d. Termom ermomete eterr maximu maximum m dan minim minimum um e. Termog ermograf raf untuk untuk term termin inolo ologi gi f. Termo ermome mete terr digi digita tall
Gambar 4. Termometer
Gambar 5. Termometer digital
Skala Termometer
Macam – macam satuan skala termometer : 1. Termom ermomete eterr skala skala Celciu Celcius, s, titik didihn didihnya ya 100 °C dengan titik beku 0 °C. Sehingga dari 0 ° – 100 °C, dibagi dalam 100 skala.
148
2. Termom ermomete eterr skala skala Reamur Reamur,, titik titik didihny didihnyaa 80 °R dengan titik beku 0 °R. Sehingga dari 0 ° – 80 °R, dibagi dalam 80 skala. 3. Termomete ermometerr skala skala Kelvin Kelvin,, titik titik didihny didihnyaa 373 °K dengan titik beku 273 °K. Sehingga dari 273 °K – – 373 °K, dibagi dalam 100 skala. 4. Termomete ermometerr Fahrenh Fahrenheit, eit, titik titik didihny didihnyaa 212 °F dengan titik beku 32 °F. Sehingga dari 32 °F – 212 °F, dibagi dalam 180 skala. 5. Termom ermomete eterr Rainkin, Rainkin, titik titik didihn didihnya ya 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
:4 :9
:5
:9
C, R, F = 100 : 80 : 180 =5
:4 :9
Dalam perhitungan menjadi :
149
a.
°C =
5 R 4
°C =
5 (F − 320 ) 9
°C =
5 (Rn − 4920 ) 9
°C = K - 273 °
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 9
0 0 °K = { ( (F − 273 )} + 32
150
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°
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 ini dengan dengan menggunakan menggunakan rumus yang yang benar 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
151
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
= {− 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 Air mend mendid idih ih ber bersu suhu hu 30 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:
152
Diket : Air mendidih suhu = 30 °C TTA TTAX = 130 °X, TTBX = −50 °X TTA TTAY = 130 °Y, TTBY = 30 °Y Ditanya : Suhu termometer X dan Y …… ? Jawab :
C TTA TTA 100°C 30°C TTB 0°C
X Y 150°X 130°Y ? ? −50°X 30°Y
Termometer x C − TTBC X − TTB X = TTA C − TTBC TTA X − TTB X 300
−0
1000
=
X + 500 1500
+ 50
0
300 X + 500 = 1000 200 0 X + 500 2 X + 50° = 60° X = 10 °X 30° =
Termometer Y 300
−0
100 − 0
=
Y − 30
130
0
0
− 30
0
300 Y − 300 = 100 100 Y – 30° = 30
153
Y = 60 °Y
Kegiatan Percobaan Mandiri
Tujuan
Untuk mengetahui bahwa aliran elektron menghasilkan panas. Alat dan Bahan
•
Baterai ukuran AA (ukuran kecil)
•
lembaran aluminium
•
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 Dengan satu tangan, tangan, pegang pegang ujung-u ujung-ujung jung kawat kawat aluminiu aluminium m pada pada kutub-ku kutub-kutub tub 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).
154
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 pada suatu suatu rangkaia rangkaiann listrik, listrik, elektro elektronn bergera bergerakk melalui melalui bola lampu lampu tersebut tersebut.. Gerakan Gerakan elektron 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. Termomete ermometerr X pada es yang yang sedang sedang melebur melebur menunj menunjukan ukan -30 -30 °X dan pada air yang mendidih menunjukan 150 °X. Apabila sebuah benda suhunya 40 °C skala yang menunjukan oleh thermometer X? 2. Peng Penguk ukur uran an suhu suhu ruang ruangan an 301 301 °K. Tentukan entukan suhu ruangan ruangan tersebut tersebut jika diukur diukur menggunakan thermometer Celcius?
155
3. Pada Pada thermom thermometer eter skala skala Y titik bekunya 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 Pada termom termomete eterr skala skala Y titik titik bekuny bekunyaa 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 Suhu suat suatuu bend bendaa me menu nunj njuk ukan an angk angka1 a112 12 °F. tentukan suhu benda tersebut bila diukur dengan termometer Kelvin? 6. Menurut Menurut thermom thermometer eter kelvin kelvin suhu suhu udara udara di sekitar sekitar kompor kompor 323 323 ° 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. Kon Konvers versikan ikan derajad derajad suhu suhu berikut: berikut: a. 680°R =
°C
b. 850°C =
°Rn
c. 113°F =
°C
d. 140°R =
°K
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 sedang menguku mengukurr suhu tubuh tubuh temannya temannya yang kejang kejang-kej -kejang. ang. Ruda Ruda mengg me nggun unaka akann termo termome meter ter Celciu Celciuss dan dan men menun unjuk jukan an 42º 42º C, sedang sedangka kann Rudi Rudi menggun men ggunakan akan termomet termometer er Reamur Reamur.. Berapak Berapakah ah suhunya suhunya dengan dengan mengguna menggunakan kan termometer Reamur ?
156
9. Di sebuah sebuah gurun gurun pasir yang yang panas panas banget banget termomete termometerr Celcius Celcius menunjuka menunjukann 80º C. menurut termometer Reamur - Fahrenheit - Kelvin ? 10. 10. Termom ermomete eterr berna bernama ma Phe dan Whe. Whe. Air mendidi mendidihh termom termomete eterr Phe Phe 102 102ºº 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. Menur Menurut ut Reamur Reamur suhu suhu Agnes Agnes Monica Monica yang sedang sedang demam 40º 40º R. Berap Berapaa suhu 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 Celcius suhu bayi 34º C. Berapa suhu bayi tersebut tersebut menurut termometer termometer P & D bila TTAp 110º P, TTBp -20º P, TTAd 150º D, TTBd 10º D ?
A. Perpinda Perpindahan han Kalor Kalor
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 proses pemuaian pemuaian sebagai sebagai dampak dampak adanya adanya penyerapan penyerapan kalor kalor pada benda, benda, yang
157
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 sebagai suatu bentuk energi energi ternyata dapat mengalami mengalami perubahan tempat, atau dikatakan bahwa kalor dapat berpindah tempat. Tanpa anpa usaha usaha luar luar,, mak makaa kalor kalor sebag sebagai ai suatu suatu bentu bentukk energ energii dapat 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. perantaranya. Pada hantaran kalor ini yang berpindah hanyalah energinya, 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 kalor yang menggetarkan molekul-molekul di ujung B turut menggetarkan molekul-molekul 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
= ka kalor ya yang di dipindahkan (j (joule)
t
= waktu (s)
k
= konduktivitas termal zat (W/mK)
158
l
A
= luas penampang melintang (m 2)
∆t
= perubahan suhu ( °C atau K)
l
= 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:
1. Besi panjang panjangnya nya 2 meter disambu disambung ng dengan dengan kuningan kuningan yang yang panjangn panjangnya ya 1 meter, keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujun ujungg besi besi adalah adalah 500 500ºC ºC dan suhu suhu pada pada ujun ujungg kunin kuningan gan 350º 350ºC. C. Bila Bila koefisien konduksi termal kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah 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
159
2. Konveksi
Konve Ko nveks ksii adala adalahh hanta hantaran ran kalor kalor yang yang disert disertai ai denga dengann perpin perpindah dahan an partikel perantaranya 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
=
Q t
=
h.A.∆t
H
= laju aliran kalor (J/s atau watt)
Q
= ka kalor ya yang di dipindahkan (j (joule)
t
= waktu (s)
h
= koefisien konveksi (W/m 2K)
A
= luas penampang melintang (m 2)
∆t
= perubahan suhu ( °C)
3. 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,
160
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
= la laju alir aliran an kalo kalorr tia tiapp sat satua uann wak waktu tu (J/s (J/s atau atau watt watt))
R
= intensitas radiasi ( W/m 2)
Q
= kalor yang dialirkan (J)
t
= waktu (s)
A
= luas (m2), luas permukaan lingkaran = 4. π.r 2
T
= suhu (K)
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 Benda hitam hitam sempur sempurna na luas luas permu permukaa kaanny nnyaa 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:
161
Benda hitam, maka e = 1 T1 = 300 K T2 = 350 K 5,672.10-8 watt/m2K 4 σ= a. R = e σ ( T24 - T14) = 1. 5,672.10-8 (3504 - 3004) = 391,72 watt/m 2 b. R = Q/A.t Q = R. A. t Q = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule C. Asas Black
Ilmuwan Ilmuwan Inggris Inggris pada pada tahun tahun 1761 Joseph Black meny menyatak atakan an bahwa bahwa kalor kalor yan yangg 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 m 1 zat, bersuhu t 1, 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.
162
Contoh:
1. Jika Jika 2 kg kg air air bers bersuh uhuu 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 t = 200C 2. Jika Jika 0,5 0,5 kg kg es es bers bersuh uhuu −10 0C dicampur dengan sejumlah air bersuhu 40 0C, sehingga suhu campurannya campurannya adalah 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
163
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. Seba Sebatan tangg linggi linggiss ma massa ssa 10 kg dimasuk dimasukkan kan ke dalam dalam api api ung unggu gunn hingga hingga bersuh bersuhuu 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 ? 2. Seca Secangk ngkir ir air air kopi kopi pahit pahit bersu bersuhu hu 70 0C bermassa 200 gram, kedalamnya dituangkan dituangkan susu sapi dingin dengan suhu 20 0C bermassa 60 gram.Jenis air kopi dan air susu sama
dengan dengan kalor kalor jenis jenis air yaitu yaitu 1 kalori/g kalori/gram ram 0C. Berapakah suhu campuran
sesudah tercapai keadaan setimbang ?
Rangkuman
1. Kalor Kalor adalah adalah suatu suatu bentuk bentuk energ energi. i. Sedang Sedangkan kan suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda. 2. Tara mekanik mekanik kalor adalah kesetara kesetaraan/e an/ekuiv kuivalen alensi si energi energi mekanik mekanik menjadi menjadi energi kalor. Dari hasil percobaan Joule besarnya adalah: 1 joule = 0,24 kalori 1 kalori = 4, 18 joule 3. Kapa Kapasi sita tass kalo kalorr adal adalah ah juml jumlah ah kalo kalorr yang yang dipe diperl rluk ukan an suat suatuu zat zat untu untuk k menaikkan suhu zat sebesar 1 °C.
164
C=
Q Δt
4. Kalor Kalor jenis adalah adalah banyakny banyaknyaa kalor yang yang diperlukan diperlukan zat zat sebesar sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu sebesar 1 K atau 1°C. c=
C
atau
m
c=
Q m.∆t
5. Pengaruh Pengaruh kalor kalor yang yang diberika diberikann pada pada suatu suatu benda benda dapat dapat menye menyebabk babkan an tiga hal, yaitu : a. terjadi pemuaian b. terjadi perubahan wujud c. terjadi perubahan suhu 6. Pemuaian Pemuaian digolong digolongkan kan menjadi menjadi tiga macam. macam.
Pemuaian Panjang (Linier)
:
Pemuaian Bidang ( Luas ) Pemuaian Ruang ( volume )
lt = lo ( l + α . Δt )
:
At = Ao ( 1 + β Δt )
:
Vt = Vo ( 1 + γ . Δt )
7. Hukum-hu Hukum-hukum kum pada pem pemuaia uaiann gas gas antara antara lain. lain. Hukum Gay Lussac
V1
:
T1
Hukum Boyle Hukum Charles
=
: P1
:
T1
V2 T2
P1.V1 = P2.V2 =
P2 T2
8. Besar kalor kalor yang yang digunakan digunakan untuk untuk mengubah mengubah wujud suatu zat zat dirumuskan dirumuskan : Q = m.L 9. Macam Macam – macam macam skala skala termome termometer ter antar antaraa lain lain : •
Termometer skala Celcius, titik didihnya 100 °C dengan titik beku 0 °C. Sehingga dari 0 ° – 100 °C, dibagi dalam 100 skala.
165
•
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 didihnya 672 °Rn dengan titik beku 492 ° Rn. Sehingga dari 492 ° Rn– 672 °Rn, dibagi dalam 180 skala.
10. Hubungan satuan satuan derajad suhu satu sama lain lain sebagai berikut : •
°C =
5 R 4
°C =
5 (F − 320 ) 9
°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 =
9 0 C + 32 5
166
°F =
9 R + 320 4
°F = Rn - 460 0
9 5
0 0 °F = {( F − 32 )} + 273
•
°K = °C + 273° °K =
5 R + 273° 4 5
0 0 °K = { ( (F − 273 )} + 32
9
5 9
0 0 °K = { (Rn − 492 )} + 273
•
°Rn =
9 °C + 492° 5
°Rn = F + 460°
9 4
0 °Rn = ( R) + 492
9 5
0 °Rn = { (K − 273 ) + 492°
11. Perbandingan Perbandingan skala dua termometer mengikuti mengikuti aturan sebagai berikut : X − TTB X Y − TTB Y = TTA X − TTB X TTA Y − TTB Y 12. Perpindahan Perpindahan kalor digolongkan digolongkan menjadi tiga macam macam antara lain, Konduksi
:
Q = k A ∆t H
Konveksi :
=
Q t
=
t l
k. A.∆t l
Q = k A ∆t . t
167
H
Radiasi :
=
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 menyataka menyatakann bahwa bahwa kalor kalor yan yangg diberik diberikan an suatu benda sama dengan kalor yang diterima pada suatu benda dalam suatu sistem tertutup. Qserap = Qlepas
Soal Latihan Ulangan Bab 7 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.
Termo ermome mete terr Celc Celciu iuss dan dan Fahr Fahren enhe heit it me memi mili liki ki suh suhuu yyan angg sam samaa pad padaa nil nilai ai…. ….
168
a. -400
d. 150
b. -12,50
e. 400
c. 00 4.
Termo ermome mete terr Celc Celciu iuss dan dan Ream Reamur ur me memi mili liki ki nila nilaii suh suhuu yyan angg sam samaa pad padaa nilai…. a. -400
d. 150
b. -12,50
e. 400
c. 00 5.
Sebua buah te termom rmomeeter ter X me mem mili iliki tit titik atas tas 80 80 0 dan titik bawah 20 0. jika termometer celcius menunjuk angka 50 0C. maka termometer X menunjuk angka …. a. 300
d. 600
b. 400
e. 750
c. 500 6.
Peng Pengga gari riss sepan sepanja jang ng 1 m terb terbua uatt dari dari besi besi deng dengan an koef koefis isie ienn muai muai panja panjang ng 1,2 x 10-5 /K, dipanaskan dari suhu 10 0C menjadi suhu 110 0C, maka panjang penggaris adalah …. a. 1,0012 m
d. 1,019 m
b. 1,0019 m
e. 1,12 m
c. 1,012 m 7.
Sebuah Sebuah plat kun kuninga ingann memiliki memiliki luas penampa penampang ng 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 cm 2
b. 0,324 cm 2
e. 0,832 cm2
c. 0,432 cm2 8.
Sebu Sebuah ah balo balokk den denga gann sis sisii 20 20 cm cm dip dipan anas aska kann dar darii suh suhuu 10 10 0C menjadi 160 0C. Jika balok terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 1,2 x 10 -5 /K, maka volume akhir dari balok adalah ….
169
a. 8003,2 cm3
d. 8033,2 cm3
b. 8014,2 cm 3
e. 8043,2 cm3
c. 8023,2 cm3 9.
Gas Gas pada pada suh suhuu teta tetap, p, mem memil ilik ikii volu volume me 4 lit liter er pad padaa teka tekana nann 1 atm. atm. Vol Volum umee 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. 10.
Pada Pada tekan tekanan an tetap tetap 0,8 atm, atm, volu volume me gas 4 lite literr pad padaa suhu suhu 27 0C, maka volume gas pada suhu 127 0C adalah …. a. 3,33 liter
d. 6,33 liter
b. 4,33 liter
e. 7,33 liter
c. 5,33 liter 11.
Pada suhu 0 0C, 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
c. 2 liter 12.
Jika pada suhu 20 0C massa jenis emas 19,30 gr/cm 3, koefisien muai panjang emas 1,42 x 10 -5 /0C, maka massa jenis emas pada suhu 90 0C adalah …. a. 19,30 gr/cm 3
d. 19,25 gr/cm 3
b. 19,28 gr/cm 3
e. 19,24 gr/cm 3
c. 19,27 gr/cm 3 13. 13.
Sebua Sebuahh tab tabung ung alumin aluminium ium me memil miliki iki volum volumee 300 300 ml pada pada suhu suhu 20 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
170
c. 10,98 ml 14.
Gas me memiliki su suhu 50 50 0C. 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. 15.
Besi Besi berm bermas assa sa 1 kg kg dip dipan anas aska kann dar darii suh suhuu 14 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. 16.
Kapasi Kapasitas tas kalor kalor air air berm bermas assa sa 150g 150gram ram (kalor (kalor jenis jenis air air 4200 4200 J/kg J/kg.K) .K) adalah…. a. 630 J/K
d. 450 J/K
b. 540 J/K
e. 350 J/K
c. 500 J/K 17. 17.
Kalor Kalor yang yang diperl diperluk ukan an untuk untuk melebu meleburka rkann 100 100 gram gram es es dari dari suhu suhu -10 -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
171
19.
30 gram air bersuhu 50 0C 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. 20.
Sepo Sepoto tong ng plat plat besi besi me memi mili liki ki luas luas 2 m 2, dan tebal 0,5 cm, serta konduktivitas termal 80 W/m.K, akan memiliki laju aliran kalor sebesar …., jika terjadi perbedaan suhu 40 0 pada kedua sisi plat besi tersebut. a. 1,54 x 10 5 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. 21.
Jika Jika sua suatu tu zat mem memili iliki ki kalor kalor jenis jenis tingg tinggi,m i,mak akaa zat zat itu …. a. lambat mendidih b. cepat mendidih c. lambat melebur d. lambat naik suhunya jika dipanaskan e. cepat naik suhunya jika dipanaskan
22. 22.
Sebua Sebuahh bend bendaa hitam hitam berb berbent entuk uk bola bola yang yang berja berjariri-ja jari ri 5 cm cm dijag dijagaa pada pada suhu suhu konstan 327 0C, 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 ika 75 gram ram air air yang ang su suhuny hunyaa 0 0C dicampur dengan 50 gram air yang suhunya 100 0C. maka suhu akhir campuran itu adalah …. a. 250C
d. 650C
b. 400C
e. 750C
c. 600C
172
24. 24.
Sebua Sebuahh filame filamenn lampu lampu pijar pijar denga dengann emisiv emisivita itass 0,5, 0,5, = 10-8 10-8 watt/m 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 cm 2
e. 25 cm2
c. 15 cm2 25. 25.
Jika Jika suhu suhu suatu suatu permu permuka kaan an dija dijadi dikan kan 2 kali kali semu semula, la, ener energi gi yang yang dipa dipanca ncarka rkann 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.
Tabun abungg gas gas den denga gann volu volume me 4 ltlt ber bersu suhu hu 27 0C. jika tekanan tabung tetap , tentukan volume gas saat bersuhu 127 0C !
2.
Sebua Sebuahh bend bendaa berma bermassa ssa 200 Gram Gram memer memerluk lukan an kalo kalorr sebe sebesar sar 276 27600 Joule Joule,, sehingga mengalami kenaikan suhu sebesar 30 0C ? Hitunglah Kapasitas kalor dan kalor jenis ?
3.
Hitun Hitungla glahh bany banyakn aknya ya kalo kalorr yang yang dipe diperlu rluka kann untuk untuk men mengub gubah ah 200 200 Gram Gram air air menjadi uap, bila
4.
diketahui kalor uap air 540 Kkal/Kg ?
Suatu zat massanya nya 0,4 Kg, membeku pada titik bekunya nya, dengan melepa melepaska skann kalor kalor sebesa sebesarr
128 KiloJo KiloJoule ule.. Hitung Hitungla lahh kalor kalor beku beku zat zat
tersebut ? 5.
Suatu Suatu logam logam yyang ang terbua terbuatt dari dari alum alumun unium ium panj panjang angnya nya 2 m pad padaa suhu suhu 30°C 30°C.. Bila Bila koef koefis isie ienn mu muai ai pamj pamjan angg alum alumun uniu ium m 25 x 10 -6 /°C. Berapaka Berapakahh
173
pertambahan pamjang batang alumunium tersebut bila suhunya dinaikan 500C ? 6.
Plat be besi lu luasnya 4 m 2 pada suhu 20 0C. Bila suhunya dinaikan menjadi 1000C, hitung luasnya sekarang!
7.
Sebat batang be besi ma massa ssanya nya 50 gr gr ber bersuh suhu 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.
Apabil Apabilaa suhu suhu air yang yang massan massanya ya 200 200 gra gram m dina dinaik ikkan kan dari dari suh suhuu 20 20 °C sampai dengan 100 °C, Berapa kalor yang diperlukan ?
9.
Berapa Berapaka kann kalor kalor jenis jenis suat suatuu zat zat bila bila mas massa sa ben benda da ters terseb ebut ut seb sebesa esarr 100 100 gram gram suhunya akan naik 8 °C bila diberikan kalori sebanyak 400 kalori?
10.
Air sebany sebanyak ak 2000 2000 gram gram pada pada bejana bejana aluminiu aluminium m yang yang kapasit kapasitas as kalorny kalornyaa 50 kal / °C suhu air mula-mula 10 °C kemudian kedalam bejana dimasukan 200 gram gram etil etil alkoh alkohol ol (C=0,6 (C=0,6 kal/g kal/gram ram °C) pada suhu 60 °C. Bebera Beberapa pa saat saat kemudian terjadi keseimbangan suhu. Tentukan suhu akhir campuran?
11.
Suat Suatuu loga logam m dipanask dipanaskan an
X berbe berbent ntuk uk kkub ubik ik den denga gann rusu rusukk 2 cm mass massaa 80 gram gram dengan dengan suhu suhu 80ºC. 80ºC. Sebuah Sebuah kalor kalorimet imeter er terbuat terbuat dari dari bahan bahan
alumunium dengan massa
200 gram dan pengaduk dari bahan yang sama
bermassa 25 gram. Bejana kalorimeter diisi air 100 gram ,ternyata suhu akhir 30 ºC ,maka berapakah kalor zat jenis tersebut? 12. 12.
Sebu Sebuah ah benda benda me memp mpun unya yaii ma masa sa 0,5 0,5 kg diber diberip ipan anas as jika jika suhu suhu mula-m mula-mul ulaa benda 30°C menjadi 80°C. hitung kalor jenis benda jika basarnya kalor yang diberikan 250 joule?
13.
Sepotong Sepotong besi diberika diberikalor lor sebes sebesar ar 400 joule joule sehingg sehinggaa mengalam mengalamii perubah perubahan an suhu dari 50 oC menjadi 100 oC , hitung kapasitas kalornya ?
14.
Kal Kalor jen jeniis es 0,5 0,5 ka kalor lor/g oC.500 gram es diberikalor sebesar 5000 joule . Hitunglah perubahan suhunya?
174
15. 15.
Alko Alkoho holl me memp mpun unya yaii ma masa sa 200g 200grr dipan dipanas aska kann dari dari suhu suhu 25 oC sampai 65oC. jika kalor jenisnya 0,7kal/g oc .Hitunglah kalor diserap?
16. 16.
Diket Diketahu ahuii sebuah sebuah benda benda memil memiliki iki masa masa 20gr 20gr, kalor kalor jenis jenis 1 joule joule/g /g oC ,dan mula-mula mula-mula memiliki suhu 10 oc kem kemudi udian an berub berubah ah suhu suhu 60 o C. Hitun Hitungg kapasitas kalornya?
17. 17.
Air Air seba sebany nyak ak 200 gr pada pada bejan bejanaa alum alumun uniu ium m yang yang kapas kapasit itas as kalor kalorny nyaa 20 kal/oC. Suhu air mula-mula 30 o,kemudian kedalam bejana dimasukkan 150 gram etil alkohol ( c=0,6 kal/gr oC ).pada suhu 60 oC. Beberapa saat kemudian terjadi keseimbangan suhu. Tentukan suhu akhir campuran?
18. 18.
Seba Sebata tang ng kawa kawatt yang ang ma masa sany nyaa 25 gr bers bersuh uhuu 22 oC kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 98 oC jika kalor jenis besi 0,6 kal/gr oC.hitunglah kalor yang diserap besi?
19. 19.
Sebat Sebatang ang besi besi masany masanyaa 200 gr dimasuk dimasukkan kan kedal kedalam am api ungg unggun un sehing sehingga ga bersuhu 90o C. Jika kalor jenis besi 100 joule/kg o C, berapa suhu akhir ketika besi tersebut dicelupkan ke dalam bak mandi berisi 50 kg air bersuhu 19 oC kalor jenis air 420 joule/kg oC.
20. 20.
Sebua Sebuahh benda benda memilik memilikii masa 20 gr dipana dipanaska skann dengan dengan suhu suhu mula-mu mula-mula la 20 o
C menjadi 75 oC. Jika kalor yang diserap 200 joule. Berapa kalor jenisnya?
21.
Sebuah kawat memiliki kapasitas kalor 200 kal/ oC.dan C.dan men menga galam lamii perubahan suhu 70 oC. Hitung kalor yang diterima?
175
