Docstoc

suhu

Document Sample
suhu Powered By Docstoc
					  SUHU DAN KALOR
FISIKA KELAS X SEM. 2


          OLEH:
 Dondy sukma permana, S.si.
 SMA KOSGORO KUNINGAN
Standar Kompetensi:
4. Menerapkan konsep kalor dan prinsip
konservasi energi pada berbagai perubahan
energi



Kompetensi dasar:
4.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat
4.2 Menganalisis cara perpindahan kalor
Indikator:
• Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan
  suhu benda
• Menganalisis pengaruh perubahan suhu benda
  terhadap ukuran benda (pemuaian)
• Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan
  wujud benda
• Menganalisis perpindahan kalor dengan cara
  konduksi
• Menganalisis perpindahan kalor dengan cara
  konveksi
• Menganalisis perpindahan kalor dengan cara
  radiasi
             SUHU/TEMPERATUR
SUHU
Suhu didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Alat
untuk mengukur suhu adalah termometer, termometer ini memiliki sifat
termometrik zat yang berubah jika dipanaskan. Jenis dan paparan
skala pada termometer ada beberapa macam, coba sebutkan?. Pada
prinsipnya semua termometer mempunyai acuan yang sama dalam
menetapkan skala, titik lebur es murni dipakai sebagai titik tetap
bawah, sedangkan suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada
tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas. Termometer Celcius menandai
titik tetap bawah dengan angka 0 oC dan titik tetap atas dengan 100 oC,
jarak antara kedua titik tetap dibagi atas 100 skala dan tiap bagian adalah
1 oC. Termometer Reamur menggunakan skala dari 0 oR sampai dengan
80 oR. Pada Termometer Fahrenheit titik lebur es diberi angka 32 oF dan
titik didih air diberi angka 212 oF sehingga memiliki range 180 skala.
Sedangkan skala Kelvin yang disepakati sebagai satuan Internasional
memiliki skala dari 273 Ksampai dengan 373 K. Maka tiap-tiap termometer
dapat dikalibrasi skalanya dengan termometer lainnya.
                            SKALA SUHU
Gambar 1:
Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan Reamur(R).
    100 --     373--            212--          80--    titik tetap atas(tta)




d     C-- l      K --       g    F--       s    R--
         c              k              f           r
      0 --     273--             32--           0--    titik tetap bawah(ttb)
LKS 1:
1. Dari gambar diatas, isilah tabel di bawah ini.

 Termometer     Titik lebur es Titik didih air      Pembagian
                    ( ttb )         ( tta )             skala
                                                    ( tta – ttb )
      C              ...             ...                ...
      K              ...             ...                ...
      F              …               …                  …
      R              …               …                  …
2. Berdasarkan tabel diatas, maka:
   0°C = … K
       = … °F
       = … °R
3. Menentukan hubungan antara C, K, F,
   dan R.
   a. Hubungan antara C dengan K.
    c   k                   C 0     K  273
                   atau                      sehingga
    d   ...                100  0     ...

    C= …     atau    K= ….

4. Tentukan hubungan antara dua skala suhu yang lain
PERCOB. JOULE
                          KALOR
• Kalor atau bahang adalah salah satu bentuk energi yang mengalir
  karena adanya perbedaan suhu dan atau karena adanya usaha
  atau kerja yang dilakukan pada sistem.
• Kalor mempunyai satuan kalori, satu kalori didefinisikan sebagai
  kalor yang dibutuhkan 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1OC.
  Dalam sistem SI satuan kalor adalah Joule. Satu kalori setara
  dengan 4,18 joule.
• Kalor jenis (c) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu
  setiap 1kg massa benda dan setiap 1 °C kenaikan suhu.
• Kapasitas kalor ( C ) adalah banyaknya kalor yang digunakan untuk
  menaikkan suhu benda setiap 1 °C.
Dari kenyataan bahwa:
• Kalor yang diberikan pada benda sebanding dengan kenaikan suhu.
• Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu sebanding
  massa benda.
• Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu tergantung jenis
  benda.
Maka kalor (Q) secara matematis dinyatakan:
• Q = ……….
• Apa satuan dan dimensi dari kalor jenis ?
• Apa satuan dan dimensi dari kapasitas kalor ?
PERUBAHAN WUJUD ZAT
• Kita kenal ada tiga wujud zat, yaitu padat, cair, dan gas. Pada
  umumnya semua zat pada suhu dan tekanan tertentu dapat
  berubah dari satu wujud ke wujud yang lain. Misalkan H20 pada
  wujud padat berupa es, dalam wujud cair berupa air, dan dalam
  wujud gas berupa uap.
• Jumlah kalor yang diperlukan/dilepaskan saat perubahan wujud
  (suhu tetap) dinyatakan dengan formula:
   Q=m.L
• Q=jumlah kalor, satuannya joule.
• m=massa zat, satuannya kg.
• L=kalor laten (kalor lebur, kalor beku, kalor uap, dan kalor embun)
  satuannya joule/kg.

ASAS BLACK
• Jika ada dua macam zat yang berbeda suhunya dicampurkan atau
  disentuhkan, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepas
  kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat
  yang suhunya lebih rendah.
• Q lepas = Q serap
• Kekekalan energi pada pertukaran kalor seperti persamaan diatas
  pertama kali dikemukakan oleh Black seorang ilmuwan Inggris.
                    Contoh Soal
 1.   0,5 kg besi dinaikkan suhunya 30OC diperlukan kalor
      6750 joule, tentukan:
      a. kapasitas kalor
      b. kalor jenis
      c. kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
      sebesar 40OC

                                        C 225
Penyelesaian:                    b.   c      450 j / kg.O C
M= 0,5 kg                               m 0,5
ΔT= 30 OC
                                  c. Q=m.c.ΔT
Q= 6759 j
      Q    6750 j                      =0,5 kg.450 j/kg.OC.40oC
a. C=             225 j / 0C
      T   300 C                       = 9.000 j
2. Seratus gram air dengan suhu 30OC
  dicampur dengan 50 gram air bersuhu
  80OC, tentukan suhu campurannya! (kalor
  jenis air-1 kal/gr.OC)
                                         Penyelesaian
                   Air panas
                   t2= 80OC ;m2= 50 gr
                                         Qdiserap=Qdilepas
                                         Q1=Q2

           t                             m1.c1.ΔT1=m2.c2.ΔT2
                                         100.1.(t-30) = 50.1.(80-t)
                                         2t-60 = 80-t
                                         3t = 140
   Air dingin
   t1=   30OC   ;m1= 100 gr              t = 46,7 OC
                      Soal Latihan
1.   Untuk mengerjakan soal perhatikan konstanta berikut;
     kalor lebur es 80 kal/gr; kalor jenis air.1 kal/gr°C; panas
     jenis es..0,5 kal/gr °C; kalor uap air.540 kal/gr.
2.   Untuk menaikkan suhu aluminium yang mempunyai
     massa 200 gram dari 298 K menjadi 348 K diperlukan
     kalor 8400 joule. Tentukan kalor jenis aluminium ….
     J.kgKalor lebur suatu zat 80kal/gr, maka kalor yang
     diperlukan untuk melebur 2 kg zat tersebut adalah….
3.   Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 10 gr es
     pada 0 °C menjadi air yang suhunya 20 °C!
4.   Berapa kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan 10 gr es
     yang suhunya -5 °C menjadi uap yang suhunya 100 °C.
5.   10 Kg air yang suhunya 80 °C dicampur dengan 5 kg air
     yang suhunya 20 °C . Suhu akhir campuran adalah….
6.   100 gr es pada suhu 0 °C dicampur dengan 200 gr air
     pada suhu 50 °C . Jika suhu akhir campuran 10 °C ,
     tentukan kalor lebur es?
          PEMUAIAN ZAT PADAT
1. PEMUAIAN PANJANG
Dari gambar di samping, diperoleh
                                               lo
a. lt = …      atau Δl = ….
b. Koefisien muai panjang(α) suatu                                    Δl
     bahan adalah perbandingan
     antara pertambahan panjang(Δl)
     terhadap panjang mula-mula(lо)                 lt
     persatuan kenaikan suhu(Δt). l = initial length
                                     o
     Secara matematis dinyatakan:
                                    lt = panjang pada suhu t
     α = … atau Δl = … ,
     sehingga       lt = ……………… Δl = the length increases
                                        to = suhu awal
c.   Apa satuan     α   dan   tuliskan t = suhu akhir
     dimensinya.                        α = coefficient of linier expansion
2. Pemuaian Luas.
Darigambar di samping, diperoleh
a. At= … atau ΔA = ….                      AO
b. Koefisien muai luas(β) suatu
    bahan adalah perbandingan
    antara pertambahan luas (ΔA)
                                                           ΔA
    terhadap luas mula-mula (Aо)
    persatuan kenaikan suhu(Δt).
    Secara matematis dinyatakan:
     β = … atau ΔA = … ,           Ao = luas mula-mula
    sehingga At= ………………            At = luas pada suhu t
c. Apa satuan β dan tuliskan       ΔA = pertambahan luas
    dimensinya.
                                   to = suhu awal
                                   t = suhu akhir
3. Pemuaian Volume
                                             VO
Dari gambar di samping, diperoleh                           Vt
a.   Vt= … atau ΔV = ….
b.   Koefisien muai volume(  )
     suatu     bahan      adalah
     perbandingan          antara                        ΔV
     pertambahan     volume(ΔV)
     terhadap    volume     mula-
     mula(Vо)          persatuan
     kenaikan suhu(Δt). Secara
     matematis dinyatakan:          Vo = volume mula-mula
       = … atau ΔV = … ,           Vt = volume pada suhu t
     sehingga Vt= ………………
c.   Apa satuan     
                    dan tuliskan
                                    ΔV = pertambahan volume
     dimensinya.                    to = suhu awal
                                    t = suhu akhir
4. Hubungan antara α , β , dan 
Persegi mula-mula mempunyai
panjang sisi 1m, dipanaskan
sampai suhunya naik 1 K.
Akibat pemanasan sisi persegi
bertambah menjadi
( 1 + α ), maka:                       AO
• Luas mula-mula, Ao = 1 m²
• Luas akhir, At = ( 1 + α )² = ….
• selisih luas, ΔA = At – Ao = ….
• sehingga koefisien luas (β) = …..
• karena α sangat kecil maka nilai
   α² dapat diabaikan.                At
              
• Jadi β = ….. α atau α = … β
• Dengan cara yang sama cari
   hubungan α dg 
Contoh Soal:Pemuaian Zat Padat
1. Sebatang baja berpenampang kecil yang
    panjangnya 20 meter bersuhu 20OC.
    Baja mengalami pemanasan sampai
    suhu 40OC kemudian didinginkan sampai
    suhu -30OC. Berapakah perbedaan thd
    pjng awal?.       b. Δl = lO α Δt
Penyelesaian:               = 20 m . 12. 10-6 /OC. (-30-
                         20)OC
αbaja= 12. 10-6 /OC         = -12 mm
 a. Δl = lO α Δt
       = 20 m . 12. 10-6 /OC. (40-20)OC
       = 4,8 mm
2. Sebuah plat baja berbentukpersegi dengan
   sisi 30 cm bersuhu 20OC. Bila Plat Baja
   dipanaskan sampai 130 OC,tentukan luas
   baja sekarang?.
Penyelesaian: β=2.α
  ΔA = AO β Δt
                                            Cara lain:
     = 900 cm2 . 24. 10-6 /OC. (130-30)OC
                                            (coba dihitung)
     = 2,38 cm2
                                            At = AO(1+ β Δt)
   At = AO+ ΔA
     = 900 cm2 + 2,38 cm2
     = 902,38 cm2
3. Sebuah kubus baja dengan sisi 10 cm bersuhu
   20OC. Bila kubus dipanaskan sampai 80 OC,
   tentukan volume baja sekarang?.
Penyelesaian:       
                  = 3.α


  ΔV = VO γ Δt
                                            Cara lain:
     = 1000 cm3 . 36. 10-6 /OC. (80-20)OC
                                            (coba dihitung)
     = 21,6 cm3
                                            Vt = VO(1+ γ Δt)
   Vt = VO+ ΔV
     = 1000 cm3 + 21,6 cm3
     = 1021,6 cm3
            PEMUAIAN ZAT CAIR
                                      Penyelesaian:
• Formula:                            Diket:                          Ditanya: Vt?
  Vt = VO ( 1 +  Δ t )               VO = 2 liter

Keterangan:                           Δt = 50OC-20OC= 30OC

 = koef. Muai volume zat              = 210. 10     -6/OC


                                      Jawab: Vt = VO ( 1 +       Δt)
    cair (diket. Dari data                           = 2 ( 1 + 210.10-6.30 )
     muai volume zat cair)                           = 2 (1,0063)
                                                     = 2,0126 liter

Contoh:
Air sebanyak 2 liter bersuhu 20OC dipanaskan
dalam panci hingga suhunya 50OC. Berapa
volume air setelah dipanaskan?(γ=210.10-6/OC)
             PEMUAIAN GAS
                            Contoh:
• Formula:                  Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27OC.

  Vt = VO ( 1 +  Δ t )
                            Berapa volume gas setelah
                            dipanaskan hingga suhunya 77OC?
Keterangan:                 Penyelesaian:
 = koef. Muai volume gas   Diket:                  Ditanya: V2?

  = 1/273                   V1 = 2 liter    T1= 27 +273 = 300 K
                            T2= 77+273= 350 K
T = suhu harus dlm Kelvin
                            Jawab:
Maka formula dapat dalam               V1   V2
                                          
                                       T1   T2
bentuk:
                                       2      V2
        V1 V2                              
                                     300    350
        T1 T2                         V2  2,33liter
            Soal Latihan: Pemuaian
1.   Sebatang rel kereta api panjangnya 10 m dan suhu awalnya 30 OC.
     Karena gesekan dengan roda kereta api suhu rel menjadi 60 OC. Jika
     koefisien muai panjang rel 1,1.10-5/K , tentukan jarak renggang minimal
     yang aman pada tiap sambungan agar tidak mengalami pembengkokan
     pada suhu 60 OC?
2.   Sebuah batang logam mula-mula mempunyai panjang 1m, setelah
     dipanaskan hingga perubahan suhunya 100 K, batang bertambah
     panjang 1/5000 m. Koefisien muai panjang batang logam tersebut
     adalah….
3.   Sebatang perak suhu awalnya 40 OC dipanaskan sehingga suhunya
     naik menjadi 90 OC. Setelah diteliti ternyata batang perak tersebut
     bertambah panjang 0,19 mm. Jika koefisien muai panjang perak
     19.10-6 /OC.
     Berapakah panjang mula-mula batang perak ?
4.   Keping tembaga panjang 10 cm, lebar 10 cm, dan suhunya 20 OC. Bila
     koefisien muai panjang tembaga 1,8.10-5/ K. Berapakah luas keping
     tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 80 OC?
5.   Suatu balok besi berukuran 4 cm x 10 cm x 5. cm Hitunglah perubahan
     volume ketika temperaturnya dinaikkan dari 15 OC ke 65 OC! (koefisien
     muai panjang besi 10-5/ OC).
6. Pada suhu 10OC sebuah gelas kaca volumenya 1000 mL
   penuh berisi alkohol. Jika gelas dipanaskan sehingga suhu
   gelas dan alkohol 50OC. Berapakah alkohol yang tumpah?
   (koef. muai panjang gelas kaca = 3.10-6/OC dan koef.
   muai alkohol= 10-6/OC).
7. Gas mula-mula mempunyai volume V1. Jika gas
   dipanaskan pada tekanan tetap sehingga volumenya
   menjadi tiga kali dari semula. Berapakah suhu gas harus
   dinaikkan ? (jawaban dalam satuan celcius)
         PERAMBATAN KALOR
1.   Konduksi
     Perambatan kalor secara konduksi terjadi pada logam yang
     dipanaskan. Partikel-partikel logam tidak berpindah, perpindahan
     kalornya terjadi secara berantai oleh partikel yang bergetar semakin
     cepat pada saat kalor yang masuk logam semakin besar dan getaran
     partikel akan memindahkan kalor pada partikel disampingnya,
     demikian dan seterusnya. (cari contohnya perambatan kalor dalam
     kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)
     Formula:

     Q   k.A
            (T2  T1 )                 (Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
     t    L
                                        A   = luas penampang (m2)
                                        L   = panjang bahan (m)
                                        K    = kondusivitas bahan (W/m.K)
                                        Δ T = selisih suhu (OC atau K)
  2. Konveksi
    Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada
    zat cair dan gas. Pada perpindahan kalor ini
    bagian yang mendapat kalor partikel-partikelnya
    akan berpindah ke suhu yang lebih rendah,
    demikian dan seterusnya sehingga terjadi arus
    konveksi. (cari contoh perambatan kalor ini dalam kehidupan
     sehari-hari, minimal 3 contoh)
     Formula:

Q
   h. A.(T2  T1 )                   (Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
t                                     A   = luas penampang (m2)
                                      h   = koef. konveksi (W/m2.K)
                                      Δ T = selisih suhu (OC atau K)
 3. Radiasi/ Pancaran
    Proses perpindahan kalor secara radiasi terjadi dari
    benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu
    rendah yang terpisah di dalam ruang, bahkan terjadi di
    ruang hampa. Jadi perpindahan kalor secara radiasi
    tanpa memerlukan medium (zat perantara) dan dalam
    perambatannya dalam bentuk gelombang
    elektromagnetik. (cari contoh perambatan kalor ini dalam
    kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)
    Formula:
                                       (Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
Q
     . A.T 4       Satu benda     A   = luas penampang (m2)
t
                                       σ   = koef. Stefan-Boltzman (W/m2.K4)
                                           = 5,67 x 10-8
Q
    . .(T1  T2 )
             4    4
                         Dua benda     T   = suhu permukaan benda (K)
t
                                       ε   = emisivitas bahan
Contoh Soal Perpindahan Kalor
1. Balok besi berpenampang kecil dengan suhu
   kedua ujung dibuat tetap yaitu 500OC dan
   100OC. Jika panjang besi 50 cm. Berapakah
   laju kalor persatuan luas yang melewati
   balok tersebut. (konduksivitas termal besi=
   75 W/m.K)
Penyelesaian:
L=50 cm= 0,5 m k= 75 W/m.K         ΔT=400K

     Q   k     75
         T      400  60000 W / m 2
    t. A L     0,5
2. Udara dengan suhu 30OC bertiup melewati permukaan plat panas dan
   kalor yang berasal dari bagian dalam plat. Ukuran plat 2 m x 5 m dan
   suhu permukaan plat dijaga tetap sebesar 110OC. Jika koef. Konveksi
   di permukaan plat 40 W/m2.K, tentukan: a. jumlah kalor yang
   berpindah setiap detik, b. Bila plat terbuat dari alumunium tebal 20
   cm, hitung suhu dalam plat tersebut. (k=200 W/m.K)
   Penyelesaian:
   a. ΔT= 80 K A= 10 m2           h= 40 W/m2.K
    Q
      t
        = h.A.ΔT
        = 40.10.80 = 32.000 j/s
   b. L= 20 cm=0,2 m k=200 W/m.K

        Q
           h. A.(T2  T1 )
        t
                   10
     32.000=200.          (T-110)
                   0, 2

          T = 111,6OC
3. Sebuah benda sumber panas mempunyai luas
  permukaan 10 cm2 dan emisivitasnya 0,4 bersuhu
  727OC. Hitung kalor yang dipancarkan benda
  selama 1 menit.

Penyelesaian:
  A=10 cm2=0,001 m2        ε= 0,4
  T=727+273=1000K          σ= 5,67.10-8 W/m2.K4
  t=60 sekon               Q?

Q= ε.σ.A.T4.t
 = 0,4. 5,67.10-8. 0,001. (1000)4.60
 = 136,08 j
     Soal Latihan: Perpindahan Kalor
1.   Sebatang logam (k=4,2x10-1kj/s.m.K) memiliki luas
     penampang 10-3 m2 dan panjang 2x103 m.Hitunglah
     jumlah kalor yang dirambatkan oleh batang logam
     selama 4 menit.

2.   Bola memiliki radius 2 cm dan dan emisivitanya 0,8.Jika
     bola menyerap energi kalor dari lingkungannya sebesar
     4,536 π j/s. Berapakah suhu bola tersebut?

3.   Silinder logam (T1=250OC) dengan diameter 10 cm dan
     panjang 20 cm dimasukkan ke dalam bak air sehingga
     air mendidih (Ta=100OC). Jika h=500 W/m2.OC,
     hitunglah laju perpindahan kalor secara konveksi dari
     logam tersebut.

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:3136
posted:4/29/2010
language:Indonesian
pages:34