FISIKA DASAR: SUHU DAN PANAS

1

1

Oleh:

Adhi Setiawan

Laboratorium Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknik

Universitas Negeri Semarang

KONSEP SUHU Suhu adalah besaran fisis yang menentukan ukuran panas

suatu benda secara relatif

Suhu suatu sistem menentukan apakah suatu sistem berada

dalam keadaan setimbang termal dengan sistem lain atau

tidak. Jika suatu sistem dalam kesetimbangan termal dengan

sistem lain maka memiliki suhu yang sama

Beberapa sifat besaran yang berubah akibat adanya

perubahan temperatur seperti volume cairan, panjangsebuah

logam, volume gas, warna sebuah kawat pijar

Dengan mengukur perubahan besaran-besaran tersebut

maka dapat dibuat alt pengukur temperatur yang disebut

termometer

2

SIFAT TERMOMETRIS

Besaran yang dipengaruhi oleh adanya perubahan suhu disebut

sifat termometris

Salah satu sifat termometris adalah panjang kolom zat cair pipa

kapiler termometer dan zat cair pengisi termometer

Misalkan X adalah sifat termometris. Temperatur pada nilai x

tertentu, dapat dinyatan sebagai:

T(x)= aX

dengan a adalah konstanta yang bergantung pada jenis bahan.

Untuk dua kondisi dengan bahan yang sama, dari persamaan

diatas diperoleh:

()

()=

3

Sebagai standart suhu digunakan titik tripel air

yaitu 273,16 K, dari ketentuan itu diperoleh:

T(Xs)= 273,16

K

Dengan a= 273,16

Untuk gas pada suhu yang sama mendekati

nol:

T(Xs)= 273,16 lim

K

Ps0

4

SIFAT TERMOMETRIS

Contoh soal

Suatu termometer hambatan platina

mempunyai hambatan R sebesar

90,35 ohm bila pentolan termometer

ditempatkan di dalam sebuah sel titik

tripel. Berapa harga suhu bila pentolan

ditempatkan dalm sebuah lingkungan

sehingga hambatannya berharga

96,28 ohm?

5

100-0 = 100 skala

80-0 = 80 skala

212-32 = 180 skala

Air mendidih ( 1000 )

Air mendidih ( 800 )

Air mendidih ( 2120 )

Air membeku ( 320 ) Air membeku ( 00 )

Air membeku ( 00 )

Hubungan skala

C,F,R dan K

0C ke 0F t0C= (9/5.t +32)0F 0C ke 0R t0C= 4/5.t 0R

Perbandingan skala R : C : F

80 : 100 : 180 = 4 : 5 : 9

CELCIUS

REAMUR

FAHRENHAIT

0C ke 0K t0C=(t +273) K

MACAM-MACAM TERMOMETER

Termometer zat cair dalam gelas

termometer ini dilengkapi dengan cairan yang dapat memuai

bila temperatur dinaikkan atau diturunkan. Untuk temperatur

rendah (-1 oC sampai 150 oC) digunakan alkohol. Sedangkan

pada temperatur tinggi (mencapai 550 oC) digunakan raksa

7

Termometer gas volume tetap

Termometer tahanan listrik

Termometer optik

8

MACAM-MACAM TERMOMETER

PEMUAIAN

Koefisien muai panjang

Salah satu sifat zat pada umumnya mengalami perubahan

(panjang, luas, volume) bila dikenai panas. Seandainya benda

berwujud batang maka yang banyak menarik perhatian adalah

perubahan panjangnya. Untuk mendefinisikan besaran yang

disebut koefisien muai panjang () yaitu perubahan fraksi

panjang L/L dibagi perubahan suhu T, sehingga:

= /

9

LO

Lt

LO = Panjang mula-mula (t0)

t0 = suhu mula-mula (0C)

Lt = Panjang setelah diberi kalor (t)

t = suhu setelah diberi kalor (0C)

DL =Pertambahan panjang = Lt LO

Dt = perubahan suhu = t t0

Lt = L0 ( 1+ a.D t)

a = koefisien muai panjang Batang logam dipanaskan untuk

beberapa saat sehingga tampak

perubahan panjang batang

Hubungan angtara panjang mula-mula dengan panjang setelah

diberi kalor di rumuskan :

MUAI PANJANG

Koefisien muai luas Jika suatu benda berbentuk lempengan/luasan dinaikkan

temperaturnya, baik panjang atau lebarnya luasan mengalami

perubahan pula.

= /

Luas lempeng setelah pemanasan:

At= Ao (1 + .T) dimana =2

11

PEMUAIAN

AO

At

AO = Luas mula-mula ( pada suhu t0)

At = Luas setelah diberi kalor ( pada suhu t)

DA =Perubahan luas = At AO Dt =Perubahan suhu = t t0 b = 2 a

At = A0 ( 1+ b.D t)

b = koefisien muai luas

Bagaimana caranya agar bola besi dapat masuk ke dalam cincin

logam ?

Cincin logam dipanaskan untuk

beberapa saat sehingga tampak perubahan luas

dari cincin

Cincin dipanaskan mungkin itu jawabannya.

MUAI LUAS

Koefisien muai ruang Tinjau suatu bangun epipedum pejal dimana panjang, lebar,

maupun tebalnya akan berubah jika temperaturnya berubah.

Koefisien muai ruang di definisikan:

= /

Vo= volume epipedum pada pada To

Sehingga volume setelah epipedum setelah dipanaskan:

Vt= Vo (1 + .T) dimana =3

13

PEMUAIAN

VO

V

Vt

VO = Volume mula-mula (t0)

Vt = Volume setelah diberi kalor (t)

DV = Vt VO Dt = t t0 g = 3 a

Vt = V0 ( 1+ g.D t)

g = koefisien muai volume

Panci logam diisi penuh dengan air kemudian diberi

kalor dengan cara dipanaskan. Apa

yang terjadi kemudian ?

Panasi untuk beberapa menit.

Sampai tampak air meluap keluar.

Untuk menghitung berapa besar perubahan volume air setelah dipanasi,

dapat digunakan gelas ukur dimana tutupnya diberi pipa kecil. Air yang

keluar dari pipa dapat ditampung dan merupakan pertambahan volume (DV)

setelah dipanasi.

Maka muai volume dapat dirumuskan :

1. volume bola termometer air raksa dalam gelas muai pada 0

oC adalah 0,15 cm3. Sedangkan luas penampang tabungnya

10-3 m2. koefisien muai panjang kaca adalah 5x10-6 oC-1

sedangkan koefisien muai ruang air raksa 0,182 x 10-3 oC-1.

kalau pada suhu 0oC raksa tepat memenuhi bola, berapa

tinggi kolom raksa pada temperatur 100 oC?

15

KONSEP PANAS

KONSEP PANAS

Dari percobaan dan penelitian Count Rumford (1953-1814) serta Joule

(1818-1889) muncul pendapat bahwa

aliran panas adalah bentuk energi

1 kalori adalah jumlah panas yang

diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gr

air sebesar 1oC

1 kalori= 4,186 joule

Besarnya energi panas yang

diperlukan untuk menaikkan suhu dari

temperatur T1 hingga temperatur T2

yaitu:

Q= m c (T2-T1)

16

PERUBAHAN FASE DAN ASAS BLACK

Panas laten adalah banyaknya panas

persatuan massa benda pada waktu

terjadi perubahan fase.

Contoh pada peristiwa peleburan,

mengembun, sublimasi, membeku

Besarnya panas laten pada peristiwa

perubahan fase dapat ditulis:

Q = m L

Q= panas yang diserap/dilepaskan

M= massa benda

L = panas laten

17

PERUBAHAN FASE

Panas Laten Asas Black

18

Q Total = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

soal

Suatu bejana berisi 1 kg es dengan temperatur

-10oC. Kapasitas panas bejana dapat diabaikan.

Kepada sistem diberi 2000 kal/menit selama

100 menit.

Buatlah diagram fasa yang menyatakan

hubungan temperatur dan waktu dari es

tersebut

Berapa banyak es yang menguap?

19