Kelvin
ILMU PENGETAHUAN ALAM MODUL 7 (2x tatap muka)
Celcius
°
Reamur
°
Fahrenheit
SUHU DAN PERUBAHANNYA
= − 273 = 45 − 273 = 95 − 273 + 32℉
PERBANDINGAN SKALA TERMOMETER X DAN Y
SUHU Alat untuk untuk mengukur besarnya suhu suatu benda adalah termometer. Termometer yang umum digunakan adalah termometer zat cair dengan pengisi pipa kapilernya adalah raksa atau alkohol. a. Raksa raksa tidak membasahi dinding kaca, raksa merupakan penghantar panas yang baik, kalor jenis raksa rendah akibatnya dengan perubahan panas yang kecil cukup dapat mengubah suhunya, jangkauan ukur raksa lebar karena titik bekunya -39ºC dan titik didihnya 357ºC. b. Alkohol Alkohol memiliki titik beku yang sangat rendah, yaitu -114ºC. Namun demikian, termometer alkohol tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu benda yang tinggi sebab titik didihnya hanya 78ºC.
Dengan membandingkan perubahan suhu dan interval kedua titik tetap masing-masing termometer, diperoleh hubungan sebagai berikut.
KONVERSI SUHU
Keterangan: Xa = titik tetap atas termometer X Xb = titik tetap bawah termometer X Tx = suhu pada termometer X Ya = titik tetap atas termometer Y Yb = titik tetap bawah termometer Y Ty = suhu pada termometer Y Pemuaian Zat Padat a. Muai panjang
= 1 + + −
Perbandingan skala antara temometer Celcius, thermometer Reaumur, termometer Fahrenheit dan thermometer Kelvin. C : R : F : K = 100 : 80 : 180: 100 C:R:F:K= 5:4:9: 5
Keterangan l = panjang setelah pemanasan pe manasan atau pendinginan (m) atau (cm) l o = panjang awal (m) atau (cm) = koefisien muai panjang ( / 0C ) t1 = suhu mula-mula ( 0C ) t2 = suhu akhir ( 0C )
b.
Tabel 1. Konversi Suhu Suhu Awal
Celcius
Suhu Yang Ingin Dituju Fahrenheit
Reamur Kelvin
Fahrenheit
Celcius Reamur Kelvin
Reamur
Celcius Fahrenheit Kelvin
°
°
°
°
°
°
°
= 9 −32 −32 +273 °
= 54 = 94 + 32 = 54 + 273 °
°
°
°
°
°
°
= 1 + −
Keterangan A = luas setelah pemanasan atau pendinginan (m2) atau (cm 2) Ao = luas awal (m 2) atau (cm2) = koefisien muai luas ( /0C )
Rumus
= 95 + + 32 32℉℉ = 45 = + 273 = 59 − 32 = 49 − 32 5
Muai luas
c.
Muai volume
= 1 + −
Keterangan V = volume setelah pemanasan atau pendinginan (m3) atau (cm3) Vo = volume awal (m 3) atau (cm3) = koefisien muai volume ( / 0C)
Pemuaian Zat Cair Muai volume
= 1 + −
A.
Pemuaian Zat Gas a. Untuk volume terhadap perubahan suhu pada tekanan tetap
= {1 + − }
B. C. D.
= koefisien muai gas pada tekanan ( / C) b.
0
Tekanan terhadap perubahan suhu pada volume tetap
= 1 + −
6.
Air sebanyak 2 kg yang suhunya 100ºC dicampur dengan 5 kg air yang suhunya 30ºC. Berapa suhu akhir campuran? A. 75ºC B. 50ºC C. 45ºC D. 30ºC
7.
Di bawah ini yang dapat mengalami muai panjang adalah …. A. raksa, air dan aluminium B. aluminium, besi, dan tembaga C. besi, tembaga, dan raksa D. raksa, air, dan kuningan
8.
Sebuah pipa tembaga panjang 1m dengan suhu 250C. Panjang pipa pada suhu 50 0C (koefien muai panjang tembaga = 0,000017/ 0C) adalah …. A. 100,00425 cm B. 100,0425 cm C. 100,425 cm D. 101,1875 cm
9.
Gambar berikut menununjukkan panjang beberapa logam sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan.
P = tekanan gas pada suhu t ( m 3) Po= tekanan gas mula-mula ( m 3) = koefisien muai gas pada volume tetap (/ 0C)
c.
Muai volume gas
) = (1 + 273
LATIHAN SOAL 1
1.
Termometer dinding yang menggunakan skala suhu Celsius menunjukkan suhu ruang kelas 300C. Suhu ruang tersebut sama dengan .... A. 560F B. 540F C. 620F D. 860F
2.
Termometer skala Fahrenheit yang tergantung pada dinding suatu ruang menunjuk angka 77 0. Suhu tersebut sama dengan .... A. 230C B. 250C C. 320C D. 450C
3.
Suhu air (t) pada thermometer Fahrenheit seperti pada gambar adalah… . A. 870F B. 990F C. 1310F D. 1400F
4.
5.
Pada saat kita berada di dalam ruangan tertutup dengan suhu 59 0F, maka kita merasakan …. A. sangat panas B. panas C. hangat D. dingin Pada saat kita berada di dalam ruangan tertutup dengan suhu 288 K, tindakan yang sebaiknya kita lalukan adalah ….
Cukup mengenakan baju atau kaos yang tipis Menghidupkan kipas angin. Mengenakan jaket atau baju hangat. Cukup mengenakan kaos dalam.
Berdasarkan tabel pemuaian, K-L-M-N adalah logam… .
A. B. C. D.
kuningan, besi, baja, aluminium besi, baja, kuningan, aluminium kuningan, baja, aluminium, besi aluminium, besi, baja, kuningan
10. Sebuah aluminium berbentuk kubus dengan rusuk 3 cm dipanaskan dari 20°C sampai 80°C. Jika koefisien muai aluminium 0,0000255°C -1, pertambahan volumenya adalah…. . A. 0,12393 cm3 B. 0,12394 cm3 C. 1,2393 cm3 D. 1,2394 cm3
11. Gambar berikut menununjukkan panjang beberapa logam sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan
Berdasarkan tabel pemuaian, 1-2-3-4 adalah logam… .
A. B. C. D.
tembaga, aluminium, besi, nikelin nikelin, aluminium, tembaga, besi besi, tembaga, nikelin, aluminium besi, aluminium, nikelin, tembaga
12. Suatu plat aluminium berbentuk persegi d engan panjang sisi 20 cm pada suhu 25 o C. Koefisien muai panjang aluminium 1,2x10 -5/oC. Pertambahan luas plat tersebut jika dipanasi hingga suhu 125 oC adalah… . A. 0,96 cm2 B. 0,98 cm2 C. 1,96 cm2 D. 1,98 cm2 13. Suatu gas di dalam ruang tertutup memiliki tekanan 1 atm dan volume 4 L. Jika suhu gas dijaga tetap dan tekanan diubah menjadi 2 atm, maka volume gasnya menjadi … . A. 0,1 L B. 0,2 L C. 1,0 L D. 2,0 L 14. Suatu gas di dalam ruangan tertutup memiliki tekanan 1 atm, suhu 27 oC, dan volume 2,4 L. Volume gas tersebut pada suhu 127 oC jika mengalami proses pemuaian pada tekanan tetap adalah…. A. 2,4 L B. 2,8 L C. 3,2 L D. 3,3 L 15. Alat berikut ini digunakan untuk mengetahui pemuaian pada zat padat adalah .... A. barometer B. dilatometer C. termoskop D. Musschenbrock
16. Zat cair akan lebih cepat memuai daripada zat padat. Hal ini terjadi pada peristiwa..... A. ketika termometer dimasukkan ke dalam air mendidih skalanya bertambah B. panci yang berisi penuh air akan tumpah ketika air mendidih C. panci lebih cepat panas daripada air D. air lebih cepat panas daripada panci 17. Berikut ini gambar bimetal terbuat dari logam A dan B.
Pernyataan yang tidak tepat dari gambar itu yaitu .... A. koefisien muai panjang logam A lebih kecil dari logam B B. koefisien muai panjang logam B lebih kecil dari logam A C. bimetal akan melengkung ke arah logam B bila didinginkan D. koefisien muai volume logam B lebih kecil dari logam A 18. Tukang kayu merancang ukuran bingkai jendela sedikit lebih besar daripada ukuran sebenarnya. Hal ini bertujuan …. A. memudahkan pemasangan B. untuk memberi ruang kaca saat terjadi pemuaian C. memudahkan saat pembongkaran dilakukan D. agar kelihatan rapi dan bagus 19. Berikut adalah manfaat pemuaian dalam kehidupan sehari-hari, yaitu …. A. pemasangan kawat telepon B. pemasangan kaca jendela C. pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api D. sambungan rel kereta api 20. Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud…. A. memudahkan pemasangan B. memudahkan saat perbaikan C. agar tidak putus saat terjadi penyusutan D. agar tidak putus saat terjadi pemuaian
KALOR
Kalor dapat Mengubah Wujud Zat
Kalor ysng dilepaskan 1 kg zat cair untuk membeku menjadi 1 kg zat padat pada titik bekunya disebut kalor beku. Q=m.L Keterangan Q = kalor yang diserap/dilepas (joule) m = massa zat (kg). L = kalor lebur atau kalor beku (joule / kilogram)
Ket: 1= mencair/melebur 2= membeku 3= menguap 4= mengembun 5= menyublim 6= mengkristal Perubahan wujud dan suhu zat oleh kalor mengakibatkan 1. Mempercepat penguapan a. Memperluas permukaan b. Mengurangi tekanan pada permukaan c. Mempercepat penguapan dengan meniupkan udara kering 2.
Kenaikan suhu oleh kalor Hubungan banyaknya kalor, massa zat, kalor jenis zat, dan perubahan suhu zat dapat dinyatakan dalam persamaan.
Ada tiga cara dalam perpindahan kalor yaitu: 1. Konduksi: perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. 2. Konveksi: perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. 3. Radiasi: perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.
LATIHAN SOAL 2
1.
Q = m ∙ c ∙ Δt Keterangan Q = Banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan (joule) M = Massa zat (kg) c = Kalor jenis zat (joule/kg oC) Δt = Perubahan suhu (oC) 3.
Proses mendidih , melebur dan membeku a. Menguap Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat cair menjadi uap seluruhnya pada titik didihnya disebut kalor uap (U ).
Grafik berikut melukiskan pemanasan 3kg air.
Jika kalor jenis air 4200J/kg0C, kalor yang diperlukan pada proses R ke S adalah .... A. 12600J B. 126000J C. 252000J D. 378000J 2.
Perhatikan bagan berikut!
perubahan wujud zat
Q = m. u Keterangan: Q = kalor yang diserap/dilepaskan (joule) m = massa zat (kg) U = kalor uap (joule/kg) b.
Melebur dan membeku Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat padat menjadi cair pada titik leburnya disebut kalor lebur (L).
Perubahan wujud yang ditunjukkan nomor 2, 4, dan 6 berturut-turut dinamakan … A. mencair, menguap, menyublim B. menguap, menyublim, mencair C. menyublim, mengembun, membeku D. mengembun, menyublim, mencair
3.
Perubahan wujud yang melepaskan energi adalah .… A. menguap B. melebur C. membeku D. mencair
4.
Sebongkah es dimasukkan ke dalam suatu wadah, kemudian dipanasi. Perubahan wujud yang mungkin terjadi secara berurutan adalah.… A. zat cair menjadi zat padat menjadi gas B. zat cair menjadi gas menjadi zat padat C. zat padat menjadi zat cair menjadi gas D. zat padat menjadi gas menjadi zat cair
5.
6.
Dinding termos dilapisi perak. Hal ini bertujuan untuk …. A. mencegah perpindahan kalor secara konduksi B. mencegah perpindahan kalor secara konveksi C. mencegah perpindahan kalor secara radiasi D. mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi Minyak wangi cair tercium harum saat tertumpah dilantai. Hal ini menunjukkan terjadi perubahan wujud dari cair menjadi …. A. padat B. gas C. es D. embun
7.
Energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 2 kg besi yang kalor jenisnya 460 J/kg0C, dari suhu 15 0C sampai 100 0C adalah… . A. 78.200 J B. 78.210 J C. 782.000 J D. 782.100 J
8.
Kalor jenis tembaga 390 J/kg 0C. Besarnya kapasitas kalor 0,1 kg tembaga adalah… . A. 36 J/0C B. 39 J/ 0C C. 40 J/ 0C D. 52 J/ 0C
9.
Perhatikan grafik berikut!
Es yang massanya 50 gram dipanaskan dari 50C menjadi air bersuhu 60 0C air. jika kalor lebur es = 80 kal/gram, kalor jenis es = 0,5 kal/gram 0C, kalor jenis air = 1 kal/gram 0C, maka banyaknya kalor yang diperlukan pada saat proses dari C ke D adalah… . A. 125 kalori B. 3.000 kalori C. 4.000 kalori D. 7.125 kalori 10. Grafik kalor-suhu perubahan 2 kg es.
berikut
menggambarkan
Jika kalor jenis es 2100J/kg0C, kalor lebur es 330000J/kg dan kalor jenis air 4200J/kg0C, kalor yang diperlukan pada proses G ke H adalah .... A. 42000J B. 126000J C. 165000J D. 660000J 11. Es sebanyak 500 gram bersuhu – 5oC dipanaskan sehingga mengalami proses seperti pada grafik.
Untuk mengubah semua es menjadi air yang bersuhu 100C diperlukan kalor sebanyak …. A. 15.750 J B. 164.750 J 170.000 J C. D. 177.350 J 12. Perhatikan Grafik pemanasan seluruhnya melebur berikut!
es
hingga
Kalor jenis es = 0,5 kal/g°C, kalor jenis air = 1 kal/g°C, kalor lebur es = 80 kal/g°C (1 kalori = 4,2 joule), maka kalor yang di perlukan untuk meleburkan es tersebut adalah .... A. 2,000 x 10 3 joule B. 1,600 x 10 5 joule C. 1,620 x 10 5 joule D. 6,804 x 10 5 joule 13. Air sebanyak 2 kg yang suhunya 100ºC dicampur dengan 5 kg air yang suhunya 30ºC. Suhu akhir campurannnya adalah… . A. 75ºC B. 50ºC C. 45ºC D. 30ºC 14. Es sebanyak 500 gram bersuhu – 5oC dipanaskan sehingga mengalami proses seperti pada grafik.
18. Pinsip kerja lemari es yaitu .... A. pengambilan kalor dari benda secara terus menerus dengan bantuan freon B. pengambilan kalor dari benda sampai freon habis C. penambahan kalor benda secara terus menerus dengan bantuan freon D. penambahan kalor ke benda melalui freon dari suhu 0oC-40oC air membeku menjadi es 19. Sepotong es dimasukkan ke dalam bejana, kemudian dipanaskan. Es berubah menjadi air. Apabila terus-menerus dipanaskan, air mendidih, dan menguap. Kesimpulan yang benar adalah .... A. melebur dan menguap memerlukan kalor B. menguap dan mengembun memerlukan kalor C. membeku dan melebur memerlukan kalor D. melebur dan mengembun melepaskan kalor 20. Alkohol atau spiritus yang diteteskan ke kulit menyebabkan kulit terasa dingin. Peristiwa itu termasuk .... A. penguapan B. mencair C. pengembunan D. mengkristal
Untuk mengubah semua es diperlukan kalor sebanyak …. A. 15.750 J B. 164.750 J C. 175.250 J D. 177.350 J
menjadi
air
15. Peristiwa berikut ini yang menunjukkan adanya perpindahan kalor secara konveksi adalah .... A. terjadinya angin darat dan angin laut B. sampainya energi panas dari Matahari ke bumi C. mencairnya es di daerah kutub D. memanaskan setrika listrik 16. Berikut ini yang termasuk proses perubahan wujud zat yang melepaskan kalor adalah pada saat zat .... A. membeku dan menguap B. membeku dan mengembun C. menguap dan melebur D. melebur dan mengembun 17. Kalor adalah suatu bentuk energi yang secara alamiah dapat berpindah dari benda yang bersuhu …. A. rendah ke tinggi B. tinggi ke rendah C. sama suhunya D. tetap
= 100 1 +0,000017 25 = 100 1 + 0,000425 = 100 1,000425 = 100,0425
KUNCI JAWABAN 1
1.
Kunci D
2.
Kunci B
° = 95 ° + 32℉ = 95 30+ 32℉ = 54 + 36 = 86℉ = 59 − 32 = 59 77−32 = 25 °
3.
°
°
°
Kunci C
= (27 cm3) × (0,0000765°/°C) × (60°C) = 0,12393 cm 3 11. Kunci D 12. Kunci A Diketahui : So = 20 cm ΔT = 100o C α = 1,2 x 10-5 /o C Ditanya : ΔA Jawab : A0 = S 0 x S 0 = 20 cm x 20cm A0 = 400 cm 2 β=2α β = 2 x 1,2 x 10-5 /oC = 2,4 x 10-5 /oC
55 = − 32 100 180 55x180 = 100 − 32100 + 3200 = 9900100 = 13100 100
5.
Δ A = A0 β ΔT 400 x 2,4x 10 -5x 100 ΔA = 0,96 cm2 =
Kunci D 590F = 5/9 (59 – 32) 0 C = 5/9 (27) 0 C = 15 0 C Jadi, kita merasakan dingin pada suhu 15 0C Kunci C
= − 273 = 288 − 273 = 15 ° °
Karena dingin, maka sebaiknya mengenakan jaket atau baju hangat. 6.
kita
Kunci B A berisi 2 kg air bersuhu 100 0C. Wadah B berisi 5 kg air bersuhu 30 0C. Jika dicampur, maka: Air A melepaskan kalor, suhunya turun ke Ta. Air B menerima kalor, suhunya naik ke Ta. QA = QB mA x C x (100 - Ta) = mB x C x (Ta -30) 2 x (100 - Ta) = 5 x (Ta -30) 200 - 2 Ta = 5 Ta – 150 7 Ta = 350 Ta = 50 0C Jadi suhu akhir campuran adalah 50 0C.
7.
Kunci B 8. Kunci B 1m= 100 cm
= 1 + − = 100 1 + 0,000017 50 − 25
∆ = ..∆
− = − − − 55 − 0 = − 32 100 − 0 212 −32
4.
9. Kunci C 10. Kunci A volume mula-mula (V 0) = (3 cm)3 = 27 cm 3 kenaikan suhu (∆T ) = 80 °C – 20 °C = 60 °C koefisien muai volume ( ) = 3(0,0000255 /°C) = 0,0000765 /°C
13. Kunci D Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal) P 1V 1 = P 2V 2 1 atm . 4 L = 2 atm. V 2 V 2= (1 atm x 4L)/2 atm V 2 = 2 L 14. Kunci C
= 2,4 = 300 400 V = 3,2 L 2
15. 16. 17. 18. 19. 20.
Kunci D Kunci B Kunci A Kunci B Kunci C Kunci C KUNCI JAWABAN 2 1. Kunci B Massa (m) = 3kg, C= 4200J/kg 0C dan perubahan suhu (∆t) = 30 – 10 = 20 oC Kalor yang diperlukan : Q = m.C. ∆t = 3kg . 4200J/kg0C . 20oC
2. 3. 4. 5. 6. 7.
8.
Q = 126000J Kunci D Kunci C Kunci C Kunci C Kunci B Kunci A Q = m x c x ∆t = 2 kg x 460 J/kg 0C x 85 0C = 78.200 J Kunci B C=mxc 0,1 kg x 390 J/kg 0C 39 J/0C Kunci B Q = m.C. ∆t = 50 g . 1 kal/gram 0C. 60 oC = 3.000 kalori Kunci B Pada proses perubahan dari G ke H terjadi perubahan suhu dan es sudah berubah menjadi air. Q = m . c . ∆t Q = 2 . 4200 . 15 = 126000 joule Kunci D Q1= m.Ces. ∆t = 0,5 kg. 2.100 J/kg 0C. 5 0C = 5250 Joule Q2 = m.L = 0,5 kg x340.000J/kg =170.000 (es sudah mencair menjadi air pada suhu konstan 00C) Q3 = mair. Cair. ∆T = 0,5 kg . 4200 J . 100C = 21.000 Q tot = Q1 + Q2 + Q3 = 177.350 J Kunci D Massa es = 2kg = 2000 g Ces = 0,5 kal/(g oC); Les = 80 kal/g Kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air adalah Q total = Q1 + Q2 = (massa es x Ces x ∆ t) + (massa es x Les) = 2000 g x 0,5 kal/(g oC) x 2 oC + (2000 g x 80 kal/g) = 2000 kal + 160.000 kal = 162.000 kal =
=
9.
10.
11.
12.
Q total dalam satuan joule = 162.000 x 4,2 J = 680400 J = 6,804 x 10 5 J. 13. Kunci B Wadah A berisi 2 kg air bersuhu 100ºC. Wadah B berisi 5 kg air bersuhu 30ºC. ika dicampur, maka: Air A melepaskan kalor, suhunya turun ke Ta. Air B menerima kalor, suhunya naik ke Ta. QA = QB mA x C x (100 - Ta) = mB x C x (Ta -30) 2 x (100 - Ta) = 5 x (Ta -30)
200 - 2 Ta = 5 Ta – 150 7 Ta = 350 Ta = 50 ºC 14. Kunci C Diketahui: Massa es = 500 g = 0,5 kg Ces = 2.100 J/(kgoC); Les = 340.000 J/kg Kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air adalah Q total = Q1 + Q2 = (massa es x Ces x ∆ t) + (massa es x Les) = (0,5 kg x 2.100 J/(kgoC) x 5 oC) + (0,5 kg x 340.000 J/kg) = 5250 J + 170.000 J = 175.250 J 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Kunci A Kunci B Kunci B Kunci A Kunci A Kunci A
