1

Pertemuan 11(OFC)

SUHU DAN KALOR

Matakuliah : K0252/Fisika Dasar I

Tahun : 200

Versi : 0/2

2

Learning Outcomes

Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa

dapat :

• Menjelaskan konsep dasar sahu dan kalor :

macam-macam skala suhu, titik tripel,pemuaian,

kalor dan usaha → C2 (TIK - 9)

3

Outline Materi

• Materi 1

Pendahuluan

- Suhu/Kalor

- Standar Skala Suhu

• Materi 2

Pemuaian

-Tegangan Termal

• Materi 3

Peralihan Wujud

- Kapasitas Kalor

- Panas Laten

- Azas Black

• Materi 4

Kalor dan Usaha

- Proses Adiabatik/ Isoterem

- Proses Isobarik/Isovolum

4

ISI

• Pertemuan ini membahas mengenai konsep suhu

dan kalor. Beberapa pokok bahasan dalam

pertemuan ini meliputi suhu, peralatan pengukur

suhu, kalor, pemuaian, tegangan termal, peralihan

wujud, kalor dan usaha (disertai simulasi) dan

contoh-contoh soal

• Penggunaan ilmu ini mulai dari bidang teknik

sipil/arsitektur, industri baja/semen

perminyakan/petrokimia/chip dan lain-lain .

5

1. Pendahuluan.

Suhu dan kalor merupakan suatu fenomena yang

lain dalam bidang fisika. Kalau dalam mekanika

keadaan setimbang suatu sistem mekanik dapat

dinyatakan dalam besaran-besaran dasar seperti

panjang , massa dan waktu maka dalam

fenomena panas diperlukan besaran lain ; yaitu

panas atau kalor

• Suhu : menyatakan ukuran kuantitatif keadaan

panas dinginnya suatu benda

• Panas (kalor) : menyatakan ukuran energi

panas yang terdapat pada suatu benda karena

pengaruh perbedaan suhu

6

• Alat ukur suhu ( termometer)

Prinsip kerja termometer adalah berdasarkan

pada pemuaian atau panas yang dipancarkan

• Standar skala suhu :

Titik tripel air (273.16 0C)

Titik didih air (373.16 0C)

• Skala termometer :

Perbandingan skala termometer Kelvin , Celcius ,

Rankine dan Fahrenheit

0 K 0 C 0 R 0 F

Titik uap 373 100 672 212

Titik beku 273 0 492 32

Titikmutlak 0 -273 0 -460

7

• Hubungan antara suhu Celsius (tC ) dengan

suhu Kelvin (TK)

tC = TK – 273.16

• Hubungan antara Rankin dengan Kelvin

TR = 9 / 5 TK

• Hubungan antara Celsius dengan Fahrenheit

tC = 5 / 9 ( tF - 320 )

Kesetimbangan termal : beberapa buah sistem

yang berada dalam keadaan tingkat suhu yang

sama

8

2. Pemuaian:

Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda

sebagai akibat adanya perubahan suhu.

Dikenal tiga macam pemuaian , yaitu : pemuaian

panjang , pemuaian bidang dan pemuaian volum.

• Pemuaian panjang , α = koefisien muai panjang

∆L = α L ∆T ...........(01a)

• Pemuaian bidang , β = koefisien muai luas

∆A = β A ∆T , β = 2 α ……...(01b)

• Pemuaian vol , γ = koefisien muai volum :

∆V = γ V ∆T , γ = 3 α ………(01c)

9

- Tegangan termal :

... Pada berbagai bangunan , terdapat bagian-bagian

.... tertentu yang dirancang secara khusus agar tidak

... dapat memuai atupun menyusut dikala suhu beru-

.... bah.Karena ukuran bendanya tidak dapat berubah

........ maka dalam bahan akan terjadi tegangan yang

.... disebut tegangan termal .

.... Besarnya tegangan (σ) termal ini adalah :

σ (=F/A) = Y (∆L/L0 ) dengan ∆L = α L0 ∆T

atau σ = Y α ∆T …………..(02)

Y = modulus Young , ∆T = kenaikan suhu

α = koefisien muai panjang

10

3. Peralihan wujud :

Titik tripel : titik (suhu) dimana terdapat tiga

macam wujud benda , yaitu : padat , cair dan gas

• Kalor : merupakan energi panas

• Satuan kalor : kalori

1 kalori = banyaknya energi panas yang diperlu

kan untuk menaikkan suhu 1 gram benda

sebesar 1 0C

I kal = 4.186 Joule atau 1 J = 0.24 kal

• Kapasitas kalor ,C dan kapasitas kalor

jenis , c :

C = ∆ Q / ∆ T ...........(03)

11

c = C / m = (1/m) (∆Q/∆T) ..........(04)

• Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

benda yang bermassa m dari suhu T1 ke T2

adalah :

Q = mc (T2 – T1) .........(05)

• Panas laten ,L (kal) :

Penyerapan energi dapat terjadi pada suhu

konstan yaitu ; saat terjadi perubahan wujud

benda(meleleh , menguap, membeku dan lain-

lain.)

Banyaknya kalor yang diserap persatuan massa

saat terjadi perubahan wujud adalah :

Q = m L ……..(06)

12

• Asas Black :

Q yang dilepas benda bersuhu tinggi =

Q yang diterima benda bersuhu rendah

Contoh 1 :

Kalorimeter ( cCU = 0.093 kal / (gr. 0C)) massa

nya 100 gram , berisi 150 gram air dan 8 gram es.

Ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram

timah ( cPb = 0.031 kal / (gr.0C )) bersuhu 200 0C .

Berapa suhu akhir sistem ? (cair = 1kal / (gr.0C))

Jawaban :

Qdilepas = Qditerima

Qdilepas = 100 gr x 0.031 kal/(gr.0C) x (200 0C - t)

13

Qditerima = 8 gr x 80 kal/gr + (8 + 150)gr x

kal/(gr. 0C) x t + 100 gr x 0.093

kal/(gr. 0C) x t

170.4 t = -20 0C → t = - 0.12 0C

t negatif berarti tidak semua es melebur

Jumlah es yang melebur adalah :

80 gr x M = 100 gr x 0.31 kal/(gr. 0C) x 200 0C

M = 7.78 gram

14

4. Kalor dan Usaha

Sering terjadi transformasi dari kalor menjadi usaha

ataupun sebaliknya Proses ini harus memenuhi

hukum kekekalan energi yaitu :

• Kalor yang diterima = Usaha + perubahan

energi dakhil

dQ = dW + dU .......(07)

Hukum Pertama Termodinamika

• Usaha : W = ∫ p dV .......(08)

Berbagai proses perubahandari kalor ke usaha

atau sebaliknya

• Proses adiabatic:

Tidak ada kalor yang masuk ataupun keluar dari

system, dQ = 0

15

pVγ = konstan

W = ∫ p dV

W = (p1 V1 - p2 V2 ) / (1 - γ) ......(09)

• Proses isotermis :

Proses yang berlangsung pada suhu etap

dU = 0

dQ = dW .....(10)

• Proses isobaric :

Proses berlangsung pada tekanan system

tetap

W = p (V2 - V1) ......(11)

• Proses isovolum :

Proses berlangsung pda volum tetap

dW = 0

dU = dQ ......(12)

16

simulasi macam- macam proses

http://www.walter-fendt.de/ph11e/gaslaw.htm

17

Contoh 1 :

Luas penampang silinder baja adalah 0.1ft3 .

Silinder berisi 0.4 ft glyserin dan berpiston yang

dapat menutup rapat silinder. Di atas piston

diletakkan beban 6000 lb. Kemudian silinder

dipanaskan dari 60 0F manjadi 160 0F. Pemuaian

silinder diabaikan. Ditanayakan :

a). Tambahan volum gliserin

b). Usaha mekanik terhadap gaya beban 6000 lb

yang dilakukan gliserin

c). Panas yang ditimbulkan pada gliserin

( c = 0.58 kal/(gr. 0C )

d). Perubahan energi dakhil gliserin.

Jawaban :

18

a). ∆V = β x V60 x ∆T

= 0.4 ft3 x 0.485 x 10-3 / 00 x 5/9 x

(160 -60) 0F

= 0.0108 ft3 atau

= 0.0108 ft3 x m3 /(0.3048ft )3 = 0.38 m3

b). W = p ∆V = F/A x ∆V

= 6000 lb/(0.1 ft2 ) x 0.0108 ft3

= 648 lb-ft atau

= 648 lb-ft x (1.356 J/ lb-ft) = 879 J

c). Q = m c ∆T

= 0.4 ft3 x 1.26 x 62.4 lb/ ft3 x 0.58 Btu/ 0F

x (160 - 60) 0F

= 1827 Btu atau

= 1827 Btu x 252 kal/Btu = 460.4 kkal.

19

d). Perubahan tenaga dakhil :

U = Q - W

= (1827 x 778 - 648 ) lb – ft

= 1420758 lb - ft

20

Rangkuman :

1. Suhu merupakan ukuran dari panas / dinginnya

suatu benda .

* Alat pengukur suhu adalah termometer

Kkasifikasi skala termometer :

- Termometer Celsius , 0C

- Termometer Fahrenheit , 0F ; tF = 9/5(tC) + 320F

- Termometer Kelvin , 0K ; T 0K = tC + 273 0K

2. Pemuaian panjang , ∆L [m] :

∆L = α L0 ∆T ; α = koefisien muai panjang

L0 = panjang awal

∆T = kenaikan suhu

3. Tegangan termal , σ [N/m2] :

σ = Y α ∆T ; Y = modulus Young

21

4. Peralihan wujud

Titik tripel : titik (suhu) dimana terdapat

tiga macam wujud benda , yaitu : padat , cair dan gas • Kalor : merupakan energi panas • Satuan kalor : kalori 1 Joule = 0.24 kal

• Kapasitas kalor spesifik , c (kal/(gr.0C)

c = (1/m) (∆Q/∆T) ; m =massa benda ∆Q = pertambahan kalor

• Panas laten , L (kal/gr) :

Banyaknya kalor yang dilepas/diserap pada saat

terjadi perubahan wujud benda .

22

5. Azas Black

Q yang dilepas benda bersuhu tinggi =

Q yang diterima benda bersuhu rendah 6. Kalor dan usaha

• Kalor yang diterima = Usaha + perubahan energi dakhil(dalam) dQ = dW + dU Hukum Pertama Termodinamika

23

<< CLOSING>>

Setelah mengikuti dengan baik seluruh materi bahasan dalam pertemuan ini, mahasiswa diharapkan sudah dapat menyelesaikan/menghitung masalah-masalah yang ada kaitannya dengan suhu dan kalor serta mampu mengaplikasikannya dalam bidang sistem komputer.

24