SUHU DANKALOR

DEPARTEMEN FISIKA IPB

Pendahuluan• Dalam kehidupan sehari-hari sangat

banyak didapati penggunaan energidalam bentuk kalor:– Memasak makanan– Ruang pemanas/pendingin– Dll.

TUJUAN INSTRUKSIONAL• Menentukan besaran suhu, kalor

jenis, kalor, konduktivitas dalamkaitannya dengan pemuaian,penjalaran kalor, dan perubahan fasa

Suhu dan Pemuaian

•Pada kehidupan sehari-hari temperaturmerupakan ukuran mengenai panasatau dinginnya benda.

•Es dikatakan memiliki temperatur rendah • Api dikatakan panas ataubertemperatur tinggi

•Temperatur merupakan sifat sistem yangmenentukan apakah sistem berada dalamkeadaan kesetimbangan dengan sistem lain

Kesetimbangan

termal ?

•Jika dua sistem dengan temperatur yang berbedadiletakkan dalam kontak termal, maka kedua sistem tersebutpada akhirnya akan mencapai temperatur yang sama.

•Jika dua sistem dalam kesetimbangan termal dengansistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangantermal satu sama lain

Tsetimbang

► Alat yang digunakan untuk mengukur temperaturdisebut termometer

► Untuk mengukur temperatur secara kuantitatif,perlu skala numerik seperti oC, oF, K, oR

Pemuaian• Suatu zat jika dipanaskan pada umumnya

akan memuai dan menyusut jika didinginkan

ΔL = α Lo ΔT

ΔA = β Ao ΔT

ΔV = γ Vo ΔT

ΔL, ΔA, ΔV = Perubahanpanjang, luas dan volume

L0, Ao, Vo = Panjang, luas danvolume awal

ΔT = Perubahan suhu (0C)

α, β, γ= Koefisien muai panjang,luas dan volume (0C-1)

γ= 3αdan β= 2α

Contoh soal1. Sebuah cincin besi berdiameter 1,5 m pada

suhu 200C. Harus dipanaskan didalam keteldengan suhu berapakah cincin tersebutagar diameternya menjadi 1,52 m, jika αbesi= 12 x 10-6 / 0C

T?

•4oC → 0oC : Volumenya membesar

•0oC → 4oC : Volumenya mengecil denganmassa jenis (ρ) paling tinggi, sehingga perilaku airini sangat penting untuk bertahannya kehidupan didalam air laut selama musim dingin

ANOMALI AIR

KalorKalor merupakan transfer energi dari satubenda ke benda lain karena adanyaperbedaan temperaturDalam satuan SI, satuan kalor adalahjoule dengan 1 kal = 4.186 J1 kalori (kal) = kalor yang dibutuhkan

untuk menaikkan temperatur 1 gr airsebesar 1oC

Jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubahsuhu suatu sistem

Q = m c ΔTm = massa (gr)c = kalor jenis (kal/g0C)ΔT = Perubahan suhu (0C)

Jika bagian yang berbeda dari sistemyang terisolasi berada pada temperaturyang berbeda, kalor akan mengalir daritemperatur tinggi ke rendahJika sistem terisolasi seluruhnya, tidak adaenergi yang bisa mengalir ke dalam ataukeluar, maka berlaku kekekalan energidengan

Qserap = Qlepas

Contoh soalHitunglah jumlah kalor yang diperlukan untukmenaikkan suhu 20 Kg besi (c = 0,11 kal/g0C) dari100C ke 900C

Jawab.

Q = m c ΔT= 20.103 gr x 0,11 kal/g0C x (90 – 10)0C= 17600000 kal

Perubahan FasaZat dapat berbentuk padat, cair atau gas. Ketikaterjadi perubahan fasa, sejumlah kalor dilepasatau diserap suatu zat yaitu

Q=mL

Kalor penguapan air(1000C) = 530 kal/gr

Q = kalor (kalori)m = massa (gr)L = kalor laten (kal/gr)

Kalor peleburan es(00C) = 80 kal/gr

Tem

pera

tur (

0C)

Contoh► Berapa banyak energi yang harus dikeluarkan

lemari es dari 150 kg air pada 200C untukmembuat es pada – 120C

Jawab

-12

Q2=mes Les

Q3=mescesΔT

Q1=maircairΔT

0

20

Kalor yang ditambahkan

Qtot = Q1 + Q2 + Q3

Kalor laten untuk mengubah cairan menjadi gastidak hanya pada titik didih (1000C) tetapi jugapada suhu ruang. Hal ini disebut evaporasi

Perpindahan kalorKalor berpindah dari satu tempatatau benda ke yang lain dengan tigacara :1. konduksi2. konveksi3. radiasi

ΔQΔt

K = Konduktivitas termal (J/s.m. C)

Konduksi

ΔTl

Berpindahnya kalor dari satu tempat ke tempat laindengan cara tumbukan antar molekul, dengan laju

aliran kalor

H - KA

0

A = Luas penampang (m2)

T = Suhu (0C)

L = Tebal / panjang (m)

T1 T2

L

K besar

K kecil

konduktor

isolator

Contoh1. Berapa laju aliran kalor melalui jendela

kaca yang luasnya 2.0 m x 1.5 m dantebalnya 3.2 mm, jika temperatur padapermukaan dalam dan luar jendela 150Cdan 300C dengan konduktivitas termal0.84 J/s.m.0C

Konveksikalor ditransfer dari satu tempat ketempat yang lain dengan pergerakanmolekul, zat atau materi

Konveksi paksa Konveksi alami

•Aliran udara panas/dingin dipantai

•Arus samudra yang hangat/dinginkarena perubahan cuaca

Sepanci air dipanaskan

Radiasi

Kecepatan sebuah benda meradiasikanenergi/ persamaan stefan-Boltzmann

4e σATΔQΔt

e =koefisien pemancaran

σ= 5.67 x 10-8 W/m2K4

A = Luas permukaan

T = suhu

Penutup• Kita telah mempelajari masalah:

– Suhu dan pemuaian– Suhu dan perpindahan kalor– Suhu, kalor dan perubahan fasa

• Bahasan selanjutnya adalah hukum-hukum termodinamika yang mencakup– Hukum I: mengenai hubungan antara energi

dalam, kerja dan kalor yang terjadi pada suatusistem

– Hukum II: mengenai arah berjalannya suatuproses