BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli kimia perancis yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 - 1794). Kalor memiliki satuan Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal). 1 Kal s ama dengan jumlah panas yang dibutuhkan dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius. Panas, atau kalor adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu. Satuan SI untuk panas adalah joule. adalah joule. Panas Panas bergerak dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Setiap benda memiliki energi dalam yang berhubungan dengan dengan gerak acak dari atom-atom dari atom-atom atau molekul atau molekul penyusunnya. penyusunnya.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apakah kalor itu? 2. Jenis-jenis kalor? 3. Apakah usaha itu? 4. Apa hubungan usaha dengan energi?
1.3 Batasan Masalah
Untuk menjaga agar pembahasan makalah ini lebi terarah, maka kami membuat batasan masalah sebagai berikut : 1. Membahas pengertian kalor 2. Jenis-jenis kalor 3. Pengertian usaha 4. Hubungan usaha dan energi
1.4 Tujuan
1. Mengetahui dan memahami dari kalor. 2. Mengetahui dan memahami jenis-jenis kalor. 3. Memahami mekanisme perpindahan kalor. 4. Memahami apa apa itu usaha dan hubungan dengan energi.
1
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Kalor atau Panas
Kalor atau panas adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu a tau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda. Teori Kalor Dasar : 1. Kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas : Az as/asas Black. - Penemu adalah Joseph Black (1720 - 1799) dari Inggris. 2. Kalor dapat terjadi akibat adanya suatu gesekan. - Penemunya adalah Benyamin Thompson (1753 - 1814) dari Amerika Serikat. 3. Kalor adalah salah satu bentuk energi. - Ditemukan oleh Robert Mayer (1814 - 1878). 4. Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energi disebut kalor mekanik. - Digagas oleh James Prescott (1818 - 1889)
Suatu hukum kesetimbangan panas, dimana panas yang masuk sama dengan panas yang di lepaskan. Persamaan laju perpindahan panas:
q = U . A . T dengan: q = kalor yang di pindahkan (Watt) U = Koefesien perpindahan kalor menyeluruh (W/m 2K) A = Luas permukaan perpindahan kalor (m 2) T=
beda temperatur rata-rata (K)
2
2.1.1 Satuan Panas
Kalori : Panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gram air dari 14.5 oC ke 15.5oC 1 cal = 4.186 J
British Thermal Unit (Btu) : Panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 lb air dari 63 oF ke 64oF 1 Btu = 1055 J =252 cal
2.1.2 Jenis-jenis Kalor
1) Panas
sensible
adalah
panas
yang
menyebabkan
terjadinya
kenaikan/penurunan temperatur, tetapi fase (wujud) tidak berubah. 2) Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah fase (wujud) benda, tetapi temperaturnya tetap. a. Panas laten penguapan (latent heat of vaporization) adalah jumlah panas yang harus ditambahkan kepada zat (cair)pada titik didihnya sampai wujudnya berubah menjadi uap seluruhnya pada suhu yang sama. b. Panas laten pengembunan (latent heat of condensation) adalah jumlah panas yang harus dibuang/dikeluarkan oleh zat (gas/uap) pada titik embunnya, untuk mengubah wujud zat dari gas menjadi cair pada suhu yang sama. c. Panas laten pencairan/peleburan (latent heat of fusion) adalah jumlah panas yangharus ditambahkan kepada zat (padat) pada titik leburnya sampai wujudnya berubah menjadicair semuanya pada suhu yang sama. d. Panas laten pembekuan (latent heat of solidification) adalah jumlah panas yang harus dibuang/dikeluarkan oleh zat (cair) pada titik bekunya untuk mengubah wujudnya dari cair menjadi padat pada suhu yang sama.
3
Contoh panas laten
2.1.3 Mekanisme Perpindahan Kalor
1. Konduksi (hantaran) Adalah proses perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ketempat yang suhunya lebih rendah, dengan media penghantar panas tetap. Contoh, misalnya saat kita membakar besi logam dan sejenisnya. Walau hanya salah satu ujung dari besi logam tersebut yang dipanaskan, namun panasnya akan menyebar ke seluruh bagian logam sampai ke ujung logam yang tidak ikut dipanasi. Hal ini menunjukkan panas berpindah dengan perantara besi logam tersebut.
Contoh perindahan panas konduksi
4
Konduksi panas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur
Tabel Konduktivitas Termal
5
Dasar : Hukum Fourier
Dimana, qk = laju perpindahan kalor ( Watt ) atau BTU/jam. k
= konduktivitas thermal, merupakan sifat material (W/m.K) atau
BTU/jam ftoF. Harga k tergantung pada suhu. A
= luas penampang dimana panas mengalir (m2) atau ft2.
dT/dx = Gradien suhu penampang atau laju perubahan suhu T terhadap jarak (ketebalan) dalam aliran panas x. Contoh soal : Suatu permukaan sebuah dinding berukuran 12x16 ft, dengan ketebalan 6 inc terbuat dari kaolin insulating fire brick bersuhu 1500 oF dan 300 oF dipermukaan lain. Berapa panas yang berpindah melewati dinding itu? Penyelesaian Diket : A = 12x16 = 192 ft 2 dx = 6 inc = 0.5 ft T2 = 300 oF T3 = 1500 oF K = 0.147 Btu/(Hr) (ft) ( oF) Ditanya : qk = .... Jawab : q k = -k A
= -(0.147)(192)
(300−1500) .5
= 67738 Btu/Hr
6
2. Konveksi Yaitu perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa fluida (cairan/gas). Macam-macam Konveksi:
Konveksi bebas/ konveksi alamiah ( free
convection/natural
convection) : perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhu dan beda rapat saja dan tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya. Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar
Konveksi paksaan ( forced convection) : perpindahan panas aliran gas atau cairan yang disebabkan adanya tenaga dari luar. Contoh perpindahan panas konveksi
Rumus : Dasar Hukum Newton
Dimana, qc = laju perpindahan kalor ( Watt ) atau BTU/jam.
hc = koefisien konveksi, ka l / s m 2 ° C A = luas penampang dimana panas mengalir (m 2) atau ft2 Tw = suhu awal, °C Ts = suhu akhir, °C
7
Contoh soal : Suhu udara dalam sebuah ruangan sebesar 20°C, sedangkan suhu permukaan jendela padaruangan tersebut 30°C. Berapa laju kalor yang diterima oleh jendelakaca seluas 1,5 m2, jika koefisien konveksi udara saat itu 7,5 X 10 J1 kal/s m2 °C. Penyelesaian Diket : dT = t w — ts =30°C-20°C= 10°C A =1,5m2 h =7,5x10 -1ka l / s m2° C ditanya :q c jawab : q c =h c .A.ΔT = (7,5 x 10 - 1 kal/sm 2 °C) (1,5m 2 ) (1 0° C) = 11,25kal Jadi, laju kalor yang diterima oleh jendela kaca 11,25 kal
3. Radiasi (sinaran) Adalah
perpindahan
panas
yang
terjadi
karena
pancaran/sinaran/radiasi gelombang elektro-magnetik, tanpa memerlukan media perantara. Contoh yaitu ketika kita mendekatkan tangan kita pada bola lampu yang sedang menyala. Rasa panas lampu akan memengaruhi tangan kita sehingga tangan kita terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa rasa panas dari lampu dipindahkan secara radiasi atau pancaran.
8
Dasar: Hukum Stefan-Boltzman
Dimana, qr = laju perpindahan kalor ( Watt ) atau BTU/jam. =
emisivitas
=
Jika koefisien Stefan-Boltzman, Btu/(Hr)(ft2)(oR 4)
A = luas penampang dimana panas mengalir (m 2) atau ft2 T = suhu, oR
Contoh soal Sebuah benda dengan luas permukaan 3 ft 2 bersuhu 750 oF Jika koefisien Stefan-Boltzman 0.173 x 10 −8 Btu/(Hr)(ft2)(oR 4) dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata energi radiasi benda tersebut! Penyelesaian Diket : A = 3 ft 2 T = 750 oF = 1210 oR =
0.173 x 10 −8 Btu/(Hr)(ft2)(oR 4)
=
0.6
Ditanya : qr = ....? Jawab :qr = A T4 = (0.6)( 0.173 x 10 −8)(3)(12104) = 6675.14 Btu/Hr
9
Perpindahan Kalor
10
2.2 Pengertian Usaha
Dalam kehidupan sehari-hari, kata usaha dapat diartikan sebagai kegiatan dengan mengerahkan tenaga, pikiran, atau badan untuk mencapai tujuan tertentu. Usaha dapat juga diartikan sebagai pekerjaan untuk mencapai tujuan tertentu. Dalam fisika, pengertian usaha hampir sama dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari. Kesamaannya adalah dalam hal kegiatan dengan mengerahkan tenaga. Pengertian usaha dalam fisika selalu menyangkut tenaga atau energi. Apabila sesuatu (manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha maka yang melakukan usaha itu harus mengeluarkan sejumlah energi untuk menghasilkan perpindahan. Nur Azizah (2007:46) menyatakan ”usaha merupakan hasil kali antara gaya dengan perpindahan yang dialami oleh gaya tadi. Jadi, jika suatu benda diberi gaya namun benda tidak mengalami perpindahan, maka dikatakan usaha pada benda tersebut nol”. Bila gaya bekerja pada sebuah benda sehingga benda berpindah selama gaya bekerja, maka gaya tersebut melakukan usaha. Rumusnya adalah Rumus Usaha
W = F.s
Dengan: W = usaha F = gaya S = perpindahan benda
Contohnya, Seseorang yang sudah menahan sebuah batu besar agar tidak menggelinding ke bawah tidak melakukan usaha, walaupun orang tersebut telah mengerahkan seluruh kekuatannya untuk menahan batu tersebut. Jadi, dalam fisika, usaha berkaitan dengan gerak sebuah benda. Saat kita mendorong atau menarik benda, kita mengeluarkan energi. Usaha yang kita lakukan tampak pada perpindahan benda itu.
11
2.2.1 Hubungan antara Usaha dan Energi
Anda sudah mengetahui bahwa energi adalah kemampuan melakukan usaha. Definisi tersebut menunjukkan bahwa usaha memiliki kaitan yang erat dengan energi. Ketika anda mendorong sebuah peti diatas lantai yang datar dan licin, hanya gaya dorong anda yang melakukan usaha pada peti, dan ternyata kelajuan peti bertambah. Kelajuan peti bertambah berarti energi kinetik pada peti juga bertambah. Tentu saja pertambahan energi kinetik berasal dari usaha yan dilakukan oleh gaya dorong anda. Contoh kualitatif itu dengan jelas menunjukan bahwa pertambahan energi kinetik melalui usaha merupakan proses lain energi. Untuk kasus anda mendorong peti, sebagian energi kimia dalam tubuh anda beralih menjadi energi kinetik sehingga energi kinetik anda bertambah. Dengan demikian, besarnya usaha sama dengan perubahan energi kinetik benda. Secara matematis ditulis sebagai berikut: Rumus
W = Δ Ek; W = Ek2 – Ek1
dengan: W = usaha (Joule) Ek = perubahan energi kinetik (Joule) Ek2 = energi kinetik akhir (Joule) Ek1 = energi kinetik awal (Joule)
12
Ketika anda mengangkat sebuah balok, kamu akan memberikan gaya dorong terhadap balok. Pada saat ke atas, berlaku: Wtangan = Ftangan . s = m g h Saat ke bawah: Wgravitasi = Fgravitasi . s = – m g h Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi (benda yang bergerak vertikal) sama dengan perubahan energi potensial gravitasi. Secara matematis ditulis sebagai berikut. W = Δ Ep; W = Ep2 – Ep1;W = m g (h2 – h1) dengan: W = usaha (J) ΔEp = perubahan ener gi potensial (J) Ep1 = energi potensial awal (J) Ep2 = energi potensial akhir (J)
13
BAB III KESIMPULAN
Panas adalah energi yang diterima oleh benda sehingga suhu benda atau wujudnyaberubah.Ukuran jumlah panas dinyatakan dalam notasi British Thermal Unit (BTU). Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah panas karena untuk menaikkan temperature 1o F untuk tiap 1 lb air diperlukan panas 1 BTU. Ada Dua jenis-jenis panas, yaitu : panas sensible dan panas laten. Sedangkan mekanisme perpindahan panas ada 3, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi. Usaha dalam fisika selalu menyangkut tenaga atau energi. usaha merupakan hasil kali antara gaya dengan perpindahan yang dialami oleh gaya tadi. Jadi, jika suatu benda diberi gaya namun benda tidak mengalami perpindahan, maka dikatakan usaha pada benda tersebut nol.
14
DAFTAR PUSTAKA
Utama, Pradipta. 2015. Makalah Panas. (Internet, https://www.scribd.com/doc/215202815/Makalah-Panas, diakses tanggal 27 Nopember 2017). Latip, Mas. 3 Cara Perpindahan Panas . (Internet, http://maslatip.com/3-cara-perpindahan-panas.html, Diakses tanggal 27 Nopember 2017). Carol, Uli. 2014. Makalah Usaha dan Energi. (Internet, http://carolinauli.blogspot.co.id/2014/01/makalah-usaha-danenergi-coy-hehehe.html, diakses tanggal 27 Nopember 2017).
15
