HAND OUT

HAND OUTSEKOLAH: SMAN 2 BATUSANGKARMATA PELAJARAN: FISIKAKELAS/SEMESTER: X/2MATERI POKOK: SUHU & KALORALOKASI WAKTU : 8 X 40 MENIT

STANDAR KOMPETENSIMenerapkan konsep kalor dan prinsip konservasi pada berbagai perubahan energiKOMPETENSI DASAR2.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zatINDIKATORDiharapkan selama dan setelah mengikuti pelajaran ini peserta didik dapat:1. Mendefinisikan pengertian suhu2. Menjelaskan sifat termometrik suatu zat3. Mampu menyelesaikan soal mengkonversi skala suhu pada berbagai termometer4. Mendefinisikan pengertian kalor5. Menjelaskan faktor yang mempengaruhi banyaknya kalor yang berpindah dalam menaikkan suhu suatu zat 6. Menyelesaikan soal-soal dengan menggunakan persamaan kalor 7. Menjelaskan tentang pemuaian 8. Menjelaskan peristiwa perubahan wujud dari berbagai zat padat, cair, dan gas9. Menjelaskan perbedaan jenis-jenis kalor laten10. Merumuskan persamaan kalor laten11. Menyelesaikan soal-soal yang berhubungan dengan pemuaian dan perubahan wujud

B. Materi Pembelajaran1. Suhusuhu adalah derajat panas atau dingin suatu benda. Alat pengukur suhu yaitu temometer.

Gambar. Termometer

Sifat Termometrik suatu zatSifat termometrik adalah sifat zat yang peka terhadap perubahan suhu. Dengan mengukur sifat termometrik maka nilai suhu dapat ditentukan. Beberapa contoh sifat termometrik: Panjang, panjang kolom cairan dalam termometer berubah bila suhu berubah. Hambatan listrik, hambatan listrik berubah bila suhu berubah. Tekanan, tekanan gas (massa dan volum tetap) berubah bila suhu berubah. Tegangan listrik, tegangan listrik yang dihasilkan oleh termokopel berubah bila suhunya berubah Skala Termometer Skala CelsiusSkala celsius menggunakan titik lebur es murni dan titik didih air murni sebagai dua titik tetap. Titik lebur es murni ditetapkan sebagai suhu 00. Titik didih air murni pada tekanan standar ditetapkan sebagai suhu 1000. Skala ReamurPada Penentuan skala Reamur, es melebur dan air mendidih juga dipilih sebagai dua titik tetap. Es yang melebur didefinisikan memiliki suhu 00, sedangkan titik didih air murni pada tekanan standar ditetapkan memiliki suhu 800. Skala FahrenheitPada skala Fahrenheit juga ditetapkan dua titik tetap, yaitu titik lebur es dan titik didih air pada tekanan standar. Titik lebur es ditetapkan memiliki suhu 320, sedangkan titik didih air murni pada tekanan standar ditetapkan memilki suhu 2120. Skala KelvinSkala kelvin merupakan satuan SI untuk suhu. Skala Kelvin tidak dikalibrasi berdasarkan titik lebur dan titik didih air, tetapi dikalibrasi berdasarkan titik batasan energi yang dimiliki oleh benda itu sendiri. Suhu nol mutlak berarti partikel di dalam benda sama sekali tidak memiliki energi kinetik. Hubungan skala suhu Celsius, Reamur, Kelvin dan Fahrenheit

tC = tR = tF =

tC = tR = tF = tk = tC + 273 KCONTOH SOALPada suhu berapa skala Celsius dan skala Fahrenheit akan menunjukkan angka yang sama?Misal : C = F = X

4X = - 160 X = - 40Jadi, skala Celsius dan skala Fahrenheit menunjukkan angka yang sama pada - 4002. KalorKalor adalah salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.ketika kedua benda tersebut bersentuhan. Satuan kalor dalam SI adalah Joule. sedangkan berdasarkan sistem CGS satuan kalor adalah kalori ( kal ). Kesetaraan kedua satuan ini 1 J =0,24 kalori atau 1 kalori = 4.2 J Kalor berbeda dengan suhu. suhu merupakan besaran pokok sedangkan kalor adalah besaran turunan.Tiga faktor yang mempengaruhi banyaknya kalor yang diperlukan dalam menaikkan suhu suatu zat yaitu:a. Kenaikan suhu

Jika semakin banyak kalor yang diberikan maka kenaikan suhunya akan semakin besar disaat massanya konstan

QGrafik Kalor terhadap Perubahan suhub. Massa

Semakin besar massa benda maka kalor yang dibutuhkan juga semakin besar.

mQGrafik Kalor terhadap massa c. Kalor Jenis Zat

Semakin besar kalor jenis suatu zat kalor yang dibutuhkan juga semakain besar,begitu juga sebaliknya. Kalor jenis zat adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 K. maka persamaan kalor dapat dirumuskan sebagai berikut:

.......................(1)Q: Banyaknya kalor yang dilepaskan atau diterima (J) atau kalori ( kal )m: Massa benda (Kg)

: Perubahan suhu (K)c : kalor jenis zat.

Berdasarkan rumusan diatas maka kalor jenis zat dapat dirumuskan sebagai berikut:

...............( 2 )

Satuannya secara SI adalah

Sedangkan dalam satuan CGS Daftar kalor jenis beberapa zat padat dan zat cair ( pada 20 0 C dan tekanan 1 atm )ZatKalor Jenis Zat( J/kg 0 C )ZatKalor Jenis Zat( J/kg 0 C )

Aluminium900Alkohol2400

Tembaga390Raksa140

Gelas / Kaca840AirEs ( - 5 0 C )Cair ( 15 0 C )Uap (110 0 C )210042002010

Besi/ Baja450Tubuh Manusia3470

Timbal130Protein1700

Marmer860

Perak230

Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu yang sama dari benda pada umumya berbeda. Perbandingan banyaknya kalor yang diberikan terhadap kenaikan suhu benda disebut kapasitas kalor. Jadi, kapasitas kalor adalah kemampuan suatu benda dalam menerima atau melepaskan kalor untuk menaikan atau menurunkan suhu benda sebesar 1 0 C atau 1 K.Kapasitas kalor dapat dirumuskan dengan persamaan :

..................................( 3)dengan :C : Kapasitas Kalor ( J/K atau kal/0C )Q : kalor yang diserap atau dilepaskan ( J atau kal )

: Perubahan suhu (K)Jika disubsitusikan persaman 1 ke dalam persamaan 3 maka kapasitas kalor dapat juga dirumuskan dengan :

...................................( 4 )Artinya zat yang sama akan memiliki kapasitas kalor yang berbeda jika massanya berbeda. Sebaliknya, zat yang sama dapat memiliki kapasitas kalor yang sama bila memiliki perbandingan massa tertentu.

CONTOH SOAL 1. Kony memasak air sebanyak 5 kg. Jika suhu ai rmula-mula adalah 200C dan Kony memanaskan air sampai mendidih. Berapa kalor yang dibutuhkan untuk mendidihkan air tersebut ?Penyelesaian : Diketahui:m = 5 kgT1 = 20 0C = 20 +273 = 293 KT2 = 100 0C = 100+273 =373 Kc = 4200 J/kg K Ditanya : Q=?

Jawab :

= 373-293 = 80 Kmaka kalor yang dibutuhkan untuk mendidihkan air tersebut adalah

Q = mc = 5 kg.4200 J/kg K.80 KQ = 16800000 J = 403200 kalori.Kalor berpengaruh pada perubahan suhu , ukuran (terjadi pemuaian) dan wujud benda.

3. Pemuaian ZatPemuaian timbul akibat getaran atom yang makin cepat bila suhu dinaikkan. Getaran atom yang cepat akan berimbas pada makin jauhnya jarak antar-atom dalam bahan. Efek keseluruhan dari jarak antar-atom yang makin besar adalah volume benda bertambah atau benda dikatakan memuai.a. Pemuaian Zat Padat1) Pemuaian panjangMisalkan sebuah benda memiliki panjang Lo. Benda tersebut dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar T . Akibat pemanasan maka terjadi pertambahan panjang benda sebesar L, seperti pada gambar berikut:

LoL

Pertambahan panjang (L) suatu batang tergantung pada:1. Panjang batang mula-mula (Lo)2. Kenaikan suhu zat (T) 3. Jenis logam atau bahanBesaran yang besarnya tergantung jenis bahan dinyatakan sebagai Koefisien muai panjang ()Secara matematis dapat ditulis:L = Lo T.3Dengan: L = perubahan panjang benda (m)Lo = panjamg awal benda (m)T = perubahan suhu (K) = koefisien muai panjang (K-1)Panjang benda setelah mengalami kenaikan suhu menjadi: L = L0 +LTabel 1. Koefisien muai panjamg beberapa zatNama Zat (K-1)

Aluminium BismuthKuninganTembagaGelasEmasBesi TimbalNikelPlatinaPerakBajaTungstenSengEsTimah putihPyrexKuarsa0.00002550.00001570.00001930.00001670.00000830.00001390.00001190.00002760.00001280.00000890.00001880.0000120.00000440.00002630.0000510.0000270.00000360.0000004

Sifat pemuaian harus dipertimbangkan dengan seksama pada saat membangun jembatan, memasang rel kereta api, memasang kaca jendela, memasang tegel pada lantai, dan sebagainya. CONTOH SOALSebuah jembatan baja pada suhu 50C panjangnya 500 m. Tentukan perubahan panjang jembatan jika suhu naik menjadi 550C. Jika diketahui koefisien muai panjang baja 1,1x 10-6/0C.Penyelesaian: L = Lo T = Lo (T2 T1) 2) Pemuaian Luas

AoAoJika suatu benda pelat (misalnya) empat persegi panjang mengalami perubahan suhu, maka selain terjadi pertambahan panjang, juga pertambahan lebarnya atau benda tersebut mengalami pertambahan luas

A = Ao T4 Dimana = 2Dengan:A = pertambahan luas lempeng (m2)Ao = luas lempeng mula-mula (m2)T = perubahan suhu (K) = koefisien muai luas(K-1)Dengan demikian, panjang benda setelah mengalami kenaikan suhu menjadi:A = Ao + ASalah satu pemanfaatan pemuaian luas terjadi pada saat pemasangan roda delman pada kerangkanya CONTOH SOAL: Luas permukaan suatu benda adalah 900 m2 pada suhu 250C. Jika koefisien muai luas 0,0000004 C-1. Tentukan pertambahan luas benda tersebut pada suhu 500C.Penyelesaian: A = Ao T = Ao (T2 T1)3) Pemuaian VolumeJika balok mengalami perubahan suhu, maka selain terjadi pertambahan panjang, pertambahan lebar, juga tingginya atau balok tersebut mengalami pertambahan volume. Seperti pada gambar berikut;

VoVoVV

umumnya benda volumenya bertambah, apabila suhunya naik, atau volume benda menyusut apabila suhunya diturunkan. Sehingga diperoleh:V = Vo T .5 Dimana, = 3denganV = pertambahan volume benda (m3)Vo = volume benda mula-mula (m3)T = perubahan suhu (K) = koefisien muai volum (K-1)Dengan demikian, volume benda setelah mengalami kenaikan suhu menjadi:V = Vo + VCONTOH SOALSebuah gelas kaca yang volumenya 500 ml berisi penuh zat cair pada suhu 100C. Bila gelas tersebut dipanaskan hingga suhu 500C, berapa volume zat cair yang tumpah? kaca = 3 x 10-6/0C dan zat cair = 11x 10-4/0C

Penyelesaian:Jika suhunya dinaikkan menjadi 500C maka volume gelas kaca V = Vo + V = 3 = 3 (3 x 10-6/0C) = 9 x 10-6/0CV = Vo ( 1 + T) = (500 ml) {1 + (9 x 10-6/0C) (500C-100C)} = 500,18 mlVolume zat cair: V = Vo + V V = Vo ( 1 + T) = (500 ml) {1 + (11 x 10-4/0C) (500C-100C)} = 522 mlJadi, Volume zat cair yang tumpah ( 522 500,18)ml = 21,82 mlb. Pemuaian Zat CairPemuaian pada zat cair yaitu terjadi pemuaian volume.Suatu zat jika dipanaskan biasanya akan memuai, tapi lain halnya dengan air. Jika air dipanaskan, pada suhu 00C - 40C air menyusut dan pada suhu diatas 40C air kemudian memuai. Sifat air yang tidak normal itulah dikenal dengan anomali air

Anomali air dapat dinyatakan dengan grafik:

0 1 2 3 4 5 6 T (0C) V

c. Pemuaian Gas1) Hukum BoyleHukum yang menghubungkan volume dengan tekanan gas pada suhu yang konstan. PV= konstan.7 V = Vo ( 1 + T)

Dimana = 2) Hukum Charles ( Gay Lussac) Pada tekanan konstan, volume gas sebanding dengan suhu T

= Konstan.83) Hukum TekananPada volume tetap dapat dihubungkan

= Konstan.9 P = Po ( 1 + T)4. Perubahan Wujud Zat Zat memiliki tiga wujud, yaitu padat, cair dan gas, oleh karena pengaruh kalor, wujud zat dapat berubah.

GASPADATCAIR126543Keterangan 1. Mengembun (melepaskan kalor) 4. melebur (menyerap kalor)2. Menguap (menyerap kalor) 5. Mengkristal 3. Membeku (melepaskan kalor) 6. MenyublimEs yang memiliki suhu minus beberapa derajat Celcius, apabila diberikan kalor akan naik suhunya. Akan tetapi, ketika suhu telah mencapai 0 0C, suhu es tidak berubah meskipun kalor tetap diberikan. Apa yang terjadi adalah es meleleh menjadi air. Suhu es tidak berubah sampai seluruh es berubah menjadi air yang juga memiliki suhu 0 0C. Setelah es meleleh seluruhnya dan kalor terus diberikan, maka suhu air tidak berubah, meskipun kalor tetap diberikan. Apa yang terjadi adalah air berubah menjadi uap air. Suhu tetap 100 0C hingga seluruh air menguap. Setelah menjadi uap seluruhnya dan kalor tetap diberikan maka suhu uap mulai meningkat. Secara skematik, proses perubahan wujud es karena pengaruh kalor dapat diungkapkan dalam gambar berikut:

ABCDEF1000esT 0CQ (J)

Q1 = mes. Ces . tProses A ke B, terjadi perubahan suhu tanpa perubahan wujud

Q2 = mes. LeProses B ke C, terjadi perubahan wujud

Q3 = mair. Cair . tProses C ke D, terjadi perubahan suhu tanpa perubahan wujud

Q4 = mair. LuProses B ke C, terjadi perubahan wujud

Q5 = mair. Cair . tProses C ke D, terjadi perubahan suhu tanpa perubahan wujud

Jadi banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan es menjadi uap

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Kalor LatenKalor laten adalah kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk berubah wujud. Kalor laten peleburan: kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk melebur. Dapat dihitung dengan rumus Q = Le m dengan m = massa zat padat (kg), Q = kalor lebur (J) dan Le = kalor laten peleburan (J/kg).Tabel Kalor laten peleburan sejumlah zatZatLf (KJ/g)

AluminiumTembagaEs Besi TimbalPerak RaksaEmas39713433428923,288,211,564,4

Kalor Laten Penguapan: kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menguap Dapat dihitung dengan rumus Q = Lv m dengan m = massa zat padat (kg), Q = kalor lebur (J) dan Lv = kalor laten penguapan (J/kg).Tabel Kalor laten penguapan sejumlah zatZatLf (KJ/g)

AluminiumTembagaEs Besi TimbalPerak RaksaEmas11.4005.0602.2606.3408702.3302.9701.580

Contoh SoalSebanyak 10 kg air bersuhu 100 0C mengalami penguapan sampai habis. Berapakah massa aluminium cair akan menguap bila dipanaskan dengan kalor yang sama dengan kalor untuk penguapan air?Jawab:Q = m Lv air = 10 kg x 2.260 J/kg = 22.600 JJika jumlah kalor yang sama diberikan pada aluminium cair, maka diperoleh massa aluminium

m = = BUKU SUMBER: 1. Abdullah, Mikrajudin. 2007.Fisika 1B SMS & MA Untuk Kelas X Semester 2. Bandung : PT. Gelora Aksara Pratama. 2. Kanginan, Marthen. 2004. Fisika Untuk SMA Kelas X Semester 2. Jakarta: Erlangga. 3. M, Dewi & S, Maryatun. 2007. GITA Fisika SMA Kelas X Semester 2. Jakarta: PT. Pabelan Cerdas Nusantara.

LATIHAN

1. a. Jelaskan perbedaan suhu dengan kalor?b. Jelaskan sifat termometrik suatu zat?2. Mengapa anggota tubuh kita dikatakan bukan pengukur suhu yang baik?3. Pada sebuah termometer x, titik beku air adalah 400x dan titik didih air adalah 1900. Bila sebuah benda diukur dengan termometer Reamur, maka suhunya 300 R. Berapa suhu ini jika diukur dengan termometer x? Dan pada angka berapa kedua skala menunjukkan angka yang sama?4. Jelaskan faktor yang mempengaruhi banyaknya kalor yang berpindah dalam menaikkan suhu suatu zat?5. Berapa kalorikah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 500 g air dari suhu 300C sampai mendidih. Jika kalor jenis air 4200J/Kg K. 6. Sebuah logam dengan massa 5 kg dipanaskan dari suhu 20 0 C sampai suhu 90 0 C. Jika kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan logam ini adalah 720 J. Berapakah kalor jenis dari logam ? Tentukan juga kapasitas kalornya?7. Mengapa sambungan pada rel kereta api tidak boleh disambung dengan rapat? 8. Sebuah logam mengalami pertambahan panjang sebesar 0,1 cm jika dipanaskan dari suhu 30 0C hingga 600C. Berapakah pertambahan panjang logam jika dipanaskan dari suhu 300C hingga 800C.9. Bejana baja kapasitas 4 liter, 95% dari total volumenya berisi alkohol dipanaskan dari 00C sampai dengan 700C. Bila koefisien muai panjang baja 11 x 10-4 c-1 dan koefisien muai volume alkohol 10-3. Tentukan volume alkohol yang tumpah.10. Jika koefisien muai ruang air raksa 0,000180C pada suhu 150C dinaikkan suhunya sehingga volumenya dari 1000 cc menjadi 1001,8 cc. Tentukanlah suhu akhir air raksa tersebut.11. Sebuah bola berongga yang terbuat dari besi mula-mula berada pada suhu 100C, kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 600C. Hitung penambahan jari-jari bola jika jari-jari awal bola ini adalah 14 cm.

SELAMAT BELAJAR