5.2 Mendeskripsikan cara perpindahan kalor Membedakan peristiwa perpindahan kalor cara konduksi, konveksi dan radiasiMenentukan faktor-faktor yang berpengaruh pada peristiwa perpindahan kalor melalui konduksi, konveksi, dan radiasi Memberikan contoh melalui percobaan peristiwa konduksi, konveksi, dan radiasi dalam kehidupan sehari-hari, serta penerapannya dalam bentuk teknologi sederhanaMendemonstrasikan cara untuk mengurangi/ mencegah perpindahan kalor melalui konduksi, konveksi, dan radiasi

SUHU/TEMPERATUR: Panas dan dinginnya suatu benda KALOR: Merupakan salah satu bentuk energi

SUHUThermometer (C, R, F, K)MuaiCairPadatGasPanjang (l), Luas (A), Volume (V)Volume (V)Suhu (T), Tekanan (P), Volume (V)KALORKalor Jenis Kapasitas Kalor Kalori meter Perubahan WujudPerpindahan Kalor

PEMBAHASAN KALI INI MENGENAI SUHU KHUSUSNYA THERMOMETERTHERMOMETER MERUPAKAN ALAT YANG DIGUNAKAN UNTUK MENGUKUR DERAJAD PANAS/SUHU SUATU BENDA.BERIKUT INI BEBERAPA JENIS TERMOMETER YANG DIGUNAKAN SESUAI DENGAN KEBUTUHAN

100-0 = 100 skala80-0 = 80 skala212-32 = 180 skalaAir mendidih ( 1000 )Air mendidih ( 800 )Air mendidih ( 2120 )Air membeku ( 320 )Air membeku ( 00 )Air membeku ( 00 )Hubungan skala C,F,R dan K0C ke 0Ft0C= (9/5.t +32)0F0C ke 0Rt0C= 4/5.t 0RPerbandingan skala R : C : F 80 : 100 : 180 = 4 : 5 : 9CELCIUSREAMURFAHRENHAIT0C ke 0Kt0C=(t +273) K

1001350-15Termometer X dalam mengukur titik beku air pada tekanan udara normal menunjukkan pada skala 150 X dan dalam mengukur air yang sedang mendidih menunjukkan 1350 X. Jika suatu benda diukur dengan termometer Celcius menunjukkan skala 800 C, jika benda itu diukur dengan termometer X berapa skala yang ditunjukkan.Thermometer CThermometer X135 (-15) = 150 skala100 0 = 100 skalaPenyelesaian :100 skala C = 150 Skala X1 skala C = 1,5 skala X00 C = -150 Xt0 C = (1,5 t 15) 0 X800 C = ( 1,5 x 80 15 ) 0 X = ( 120 15) 0 XJadi, 800 C = 1050 XatauC : X = 100 : 150 = 2 : 3X = (3/2 x 80) -15 = 120 - 15 = 1050 X

Air mendidih ( 1350 )Air mendidih ( 1000 )Air membeku ( 00 )Air membeku ( -150 )

Perubahan ukuran benda (panjang, luas, volume) dikarenakan panas/kalorMenentukan koefisien muai panjang ( a ) bendaPada percobaan untuk menentukan koefisien muai panjang digunakan 4 buah batang logam yang berbeda jenis dengan ukuran panjang yang sama(Lo), kemudian dipanaskan. Setelah beberapa saat kemudian tampak bahwa pertambahan panjang dari masing-masing logam tidak samaPertambahan panjang(DL) tidak sama

LOLtLO = 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 LODt = perubahan suhu = t t0Lt = L0 ( 1+ a.D t) a = koefisien muai panjangBatang logam dipanaskan untuk beberapa saat sehingga tampak perubahan panjang batangHubungan angtara panjang mula-mula dengan panjang setelah diberi kalor di rumuskan :

AOAtAO = Luas mula-mula ( pada suhu t0)At = Luas setelah diberi kalor ( pada suhu t)DA =Perubahan luas = At AODt =Perubahan suhu = t t0b = 2 aAt = A0 ( 1+ b.D t) b = koefisien muai luasBagaimana caranya agar bola besi dapat masuk ke dalam cincin logam ?Cincin logam dipanaskan untuk beberapa saat sehingga tampak perubahan luas dari cincinCincin dipanaskan mungkin itu jawabannya.

VO = Volume mula-mula (t0)Vt = Volume setelah diberi kalor (t)DV = Vt VODt = t t0g = 3 aVt = V0 ( 1+ g.D t) g = koefisien muai volumePanci 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 :

Pada Zat padat dan cair saat menerima atau melepas kalor yang terjadi adalah perubahan suhu ( T ) dan perubahan bentuknya ( Lt , At, Vt ) Bagaimana dengan Gas ? Ternyata gas saat menerima atau melepas kalor terjadi perubahan pada suhu ( T ), volume ( V ) dan tekanannya ( P ). Mengukur takanan Gas (udara) yang ada dalam roda mobilApa yang terjadi pada saat gas dipanaskan (menerima kalor)Partikel-partikel gas bergerak semakin cepat Seiring dengan pertambahan suhu dan menumbuk dinding, ini merupakan tekanan dari gasBagaimana mengukur tekanan Gas

Apa yang kita amati pada saat gas Gas menerima atau melepas kalor ? Tekanan ( P) ; Volume (V) ; Suhu ( T )Hukum Gay Lussac: Gas pada tekanan tetap( P ) apabila mengalami perubahan suhu mengakibatkan perubahan volume. Proses ini disebut ISOBARIK Hukum Boyle: Gas pada suhu tetap( T ) apabila mengalami perubahan tekanan mengakibatkan perubahan volume. Proses ini disebut ISOTERMIS V1V2T1T2V1V2T1T1P1P1P1P2Gas dipanaskan, apa yang terjadi ?Suhu dan volume gas menjadi T2 , V2Apa yang terjadi pada Gas jika tekanannya ditambah ?Volumenya mengalami perubahan menjadi V2Pada proses ini diperoleh hubungan volume (V), suhu (T) dan dirumuskan : V1 V2 = T1 T2Pada proses ini diperoleh hubungan volume(V) , tekanan(P) dan dirumuskan :P1 . V1 = P2 . V2V = k T P . V = k

Hukum Boyle - Gay Lussac : Apabila dalam suatu proses variable gas tidak ada yang dibuat tetap (konstan)ISOKHORIK.Pada Gas suhunya dinaikkan dengan cara memberi kalor, selama proses volume gas diper-tahankan tetap. Ternyata peru-bahan suhu sebanding dengan perubahan (T) tekanan ( P )T1T2Gas dipanaskan, apa yang terjadi ?Volume gas bertambah menjadi V2. Ka-rena proses ini dikehendaki volumenya tetap V1, maka pada gas ditambah tekanannya menjadi P2P1P2Pada proses ini diperoleh hubungan Tekanan (P), suhu (T) dan dirumuskan : Pada proses ini tekanan, volume dan suhu gas dibuat bebas, maka hubungan Tekanan (P), suhu (T) dan volume (V) dirumuskan : Persamaan Gas ideal

Gas dalam ruang tertutup sebanyak 5 liter, tekakannya diubah menjadi 2 kali semula pada suhu tetap. Berapa besar volumenya saat itu ?CONTOHSOALDIKETAHUI : PROSES ISOTHERMIS V1 = 5 liter P1 = P P2 = 2P1 = 2PDITANYAKAN : V2 = . ?JAWAB :Penyelesaian:

P1 . V1 = P2 . V2 P . 5 = 2P . V2 V2 = 5/2 = 2,5 literSuatu gas dalam ruang tertutup yang bersuhu 270 C tekanannya dinaikkan empat kali semula pada volume tetap. Hitunglah suhunya saat ituDIKETAHUI : PROSES ISOKHORIK T1 = 27 + 273 = 300 K P1 = P P2 = 4P1 = 4PDITANYAKAN : T2 = . ?JAWAB :Penyelesaian:

T2 = 4 x 300 = 1200 K

Gas dalam ruang tertutup sebanyak 6 liter, suhunya 270 C . Kemudian gas dipanaskan pada tekanan tetap sehinga suhunya beru- bah menjadi 770 C . Berapa besar volume-nya saat itu ?CONTOHSOALDIKETAHUI : PROSES ISOBARIK V1 = 6 liter T1 = 273 + 27 = 300 T2 = 273+77 = 350DITANYAKAN : V2 = . ?JAWAB :Penyelesaian:

Suatu gas ideal volume mula-mula 3 liter dengan tekanan 2 atm dan suhu 270 C. Kemudian gas dipanaskan sehingga suhu nya menjadi 770 C dan volumenya menja-di 5 liter. Berapa tekanannya saat ituDIKETAHUI : Gas ideal T1 =27+273= 300 K ; T2 =77+273= 350 K V1 = 3 liter ; V2 = 5 liter P1 = 2 atm DITANYAKAN : P2 = . ?JAWAB :Penyelesaian:

P2 = 1,4 atmosfirV2 = 7 liter

KALORKapasitas Kalor Kalori meter Perubahan WujudPerpindahan Kalor Alat yang digunakan un tuk pengukuran kalorKalor Lebur : banyaknya kalor yang diperlukan tiap satuan massa zat itu untuk melebur pada titik leburnya.Kalor uap/didih : banyaknya kalor yang diperlukan tiap satuan massa zat itu untuk menguap pada titik didihnya KonduksiRadiasiKonveksiBanyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap satu gram massa, untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar 10 C atau 1 KKalor Jenis Banyak kalor yang diperlukan/dilepaskan oleh suatu zat untuk menaikan/menurunkan suhunya 10 C atau 1 KSalah satu dari bentuk energi

Kalor Jenis Q = Kalor yang diserap atau di lepas ( J atau kal ) m = Massa zat ( kg atau gram ) Dt = Perubahan suhu ( K atau 0C ) c = Kalor jenis zat ( J.kg-1.K-1 atau kal.g-1 .0C-1 )

Q = Kalor yang diserap atau di lepas ( J atau kal )Dt = Perubahan suhu ( K atau 0C ) C = Kapasitas Kalor ( J.K-1 atau kal.0C-1 )

Qserap = Qlepas

cs . ms . Dt = cl . ml . Dt

NILAI KALOR JENI S BEBERAPA ZAT

Alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Berdasarkan Azas BlackDua kilogram air pada suhu 200C, kedalamnya dimasukkan 1 kg besi yang bersuhu 800C. Berapa suhu akhir setelah keadaannya setimbang (suhu sama). Jika kalor jenis air 4,18.103 J/kg.K dan kalor jenis besi 4,50.102 J/kg.Kbesitbesi= 800Ctair= 200Csuhu sama( takhir )besiBesi memberikan kalor, air menerima kalorDiketahui :mair = 2 kgmbesi = 1 kg tair = 200 C tbesi = 800 C cair = 4,18.103 J/kg.K cbesi = 4,50.102 J/kg.K

Ditanya : takhir = . ?

Besi 800CtakhirDt2Dt1Jawab :Qserap = Qlepasmair . cair . Dt1 = mbesi. Cbesi . Dt22. 4,18.103 . (takhir - tair ) = 1 . 4,50.102.(tbesi - takhir) 8,36.103 . (takhir 20 ) = 4,50.102.(80 - takhir) 83,6 takhir 1,672 = 360 - 4,50 takhir 83,6 takhir + 4,50 takhir = 360 + 1,672 88,1 takhir = 2032 takhir = 23,10 CAir 200CPenyelesaian :

Sebuah benda dengan massa 20 gram ber-suhu 100oC dimasuk-kan kedalam zat cair bermassa 50 gram yang bersuhu 25oC sehingga terjadi kese-imbangan pada suhu 50oC. Jika kalor jenis zat cair 20 kal/groC, Hitunglah kalor jenis benda tersebut .bendatbenda= 1000Ctair= 250Csuhu sama( takhir )bendaBenda memberikan kalor, air menerima kalorDiketahui :mair = 50 grmbenda = 20 gr tair = 250 C tbenda = 1000 C takhir = 500 C cair = 20 kal/g.0C Ditanya : cbenda = . ?

Benda 1000Ctakhir = 500CDt2Dt1Air 250CPenyelesaian :Jawab : Qserap = Qlepas mair . cair . Dt1 = mbenda . Cbenda . Dt250. 20. (takhir - tair ) = 20 . Cbenda.(tbenda - takhir) 1000 (50 25) = 20. Cbenda (100 - 50) 25000 = 1000 Cbenda Cbenda = 25 kal/g.0C

Berapa kalor yang diperlukan untuk melebur 5 kg es pada suhu 100 C agar semua menjadi uap pada suhu 1000 C . Kalor jenis es 0,5 kal/gr.0C, kalor lebur es 80 kal/gr, kalor jenis air 1 kal/gr .0C dan kalor uap 540 kal/gr.Diketahui :mair = 5 kg = 5000 grces = 0,5 kal /gr.0CLes = 80 kal/grcair = 1 kal /gr.0CLuap = 540 kal/gr

Ditanya : Qtotal = . ?

Jawab :

Qt1001000Q3Q2Q1Q4Penyelesaian:Es mulai mencari dari 100C sd, 00C, kalor yang diperlukan Q1Q1 = mes.ces. Dt1 =5000.0,5.( 0 (-10)) = 25.000 kal Es berubah wujudnya menjadi air seluruhnya pada suhu tetap 00 C, kalor yang diperlukan Q2Q2 = mes. Les =5000.80 = 400.000 kalAir dipanaskan dari 00C sd, 1000C,, kalor yang diperlukan Q3Q3 = mair.cair. Dt3 =5000.1.(100 0) = 500.000 kalAir berubah wujudnya menjadi uap seluruhnya pada suhu tetap 1000 C, kalor yang diperlukan Q4Q4 = muap. Luap =5000.540 = 2.700.000 kal

Jumlah kalor yang diperlukan seluruh-nya untuk merubah es menjadi uap QtotalQtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 25.000+400.000+500.000+2.700.000 = 3.625.000 kal atauQtotal = 3.625.000 x 4,18 = 15.152.500 J

00

Konduksi : Proses perpindahan kalor melalui suatu zat, tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya Konveksi : Proses perpindahan kalor melalui suatu zat, disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya R a d i a s i : Perpindahan kalor/energi dari permukaan semua benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik

Ilustrasi yang menggambarkan upaya masyarakat memadamkan api saat terjadi kebakaran. Ada tiga cara untuk memadamkan api. Ketiga cara tersebut ada kesamaan dengan peristiwa hantaran kalor yaitu Konduksi, Konveksi dan Radiasi. Maka No. 1. adalah peristiwa.. No. 2. adalah peristiwa.. No. 3. adalah peristiwa..RadiasiKonduksiKonveksiPada saat memasak air dan nampak air mendidih. Anda cermati gambar maka Peristiwa Konduksi terjadi Peristiwa Konveksi terjadi Peristiwa Radiasi terjadi

KonveksiKonduksiRadiasisaat tangan memegang gagang terasa panas Pada air yang mendidihDari panas yang dipancarkan api

Ujung batang yang dipanaskan menerima kalor sebesar Q dan suhunya menjadi T1 sedangkan ujung yang lain suhunya lebih rendah T2 , karena perbedaan suhu ini terjadi rambatan kalor dari ujung yang bersuhu T1 ke ujung yang bersuhu T2. Besarnya kalor yang dihantarkan yaitu :T1T2AdQ = Jumlah kalor yang mengalir/ dipindahkan (J) A = Luas permukaan (m2)DT = T1-T2 = perbedaan suhu ke dua permukaand = tebal bahan\benda (m)k = konduktivitas termal/daya hantar kalor (J/m.s.K)t = lamanya kalor mengalir (s)T1dT2ADIKETAHUI :d = 4 cm = 4.10-2 m ; A = 10.000 cm2= 1 m2 DT = 120-110 = 100 C ; k = 4,82 J/m.s.K. DITANYAKAN : H = Q/t =. ?JAWAB :Pipa besi yang dipanaskan ujungnya ujung yang lain dipegang, apa yang dirasakan tangan setelah beberapa saat kemudian ? Panas itu jawaban anda .Bagaimana ini bisa terjadi dan berapa besar panas yang dihantarkan dari ujung ke tangan ? Perhatikan ilustrasi beikut iniPANASQPelat besi yang memiliki tebal 4 cm dan luas permukaan 10.000 cm2, salah satu permukaannya bersuhu 1200 C dan permukaan lainnya bersuhu 1100 C. Konduktivitas termalnya 4,82 J/m.s.K. Berapa kalor yang melalui pelat besi tersebut setiap sekon ?

Konduktivitas panas dan kapasitas panas beberapa gas pada tekanan1 atm.

GasSuhuKonduktivitaspanasKapasitaspanasT(K) k(W/mK) Cp(J/kgK)H21000,0679911.1922000,128213.6673000,177914.316O21000,009049102000,018339113000,02657920NO2000,0177810153000,02590997CO22000,009507343000,01665846CH41000,0106320732000, 0218420873000,034272227

Soal 1Sebatang spatula yang terbuat dari kaca digunakan untuk mengaduk larutan yang bersuhu 500C. Panjang spatula itu 0,25 m dan luas permukaannya 2,0 x 10-3 m2. Jika ujung spatula lainnya berada di ruangan yang bersuhu 200C. Hitunglah jumlah kalor yang mengalir sepanjang batang dalam 5 menit? Konduktivitas termal kaca 0,8 W/mK

r < r V=V (1+g.Dt )Pada saat air mendidih tampak ada gelembung-gelembung bergerak naik dan turun selama air dipanaskan. Begitu pula bagaimana balon dapat diatur posisi terbangnya dengan cara membakar gas. Perhatikan ilustrasi berikut.Molekul yang menerima kalor volumenya memuai bertambah besar, sehingga massa jenisnya mengecil (r). Sesuai dengan hukum Archimides bahwa yang memiliki massa jenis kecil akan melayang. Pada saat melayang molekul yang membawa kalor bersentuhan dengan molekul-molekul lainnya.Akibatnya molekul akan kehilangan kalor dan suhunya turun sehingga volumenya menyusut. Hal ini akan mengakibatkan massa jenisnya menjadi besar, molekul akan tenggelam kebawah. Saat dibawah molekul menerima kalor lagi, volumenya bertamabah, massa jenisnya mengecil, dan molekul melayang. Kejadian ini berulang terus selama kalor diberikan pada air, peristiwa inilah yang disebut mendidih. Jadi kalor dari bawah dihantarkan molekul air keatas. Besarnya kalor yang dihantarkan/dipindahkan dirumuskan.Molekul air setelah menerima kalorSelama pemanasan air perhatikan massa jenis molekul air sebelum dan setelah menerima kalorMolekul air belum menerima kalorH = h.A.DtLAJU PERPINDAHAN KALOR (H)H = Laju perpindahan kalor atau banyak kalor per satuan waktu (J/s atau kal/s)A = Luas permukaan (m2)Dt = T1-T2 = perbedaan suhu ke dua permukaanh = koefisien konveksi J.s-1.m-2.K-1 atau kal.s-1.cm-2.0C-1CONTOHSOALUdara dalam sebuah kamar bersuhu 250 C, sedangkan suhu permukaan jendela kaca kamar 150 C. Berapa laju kalor yang diterima oleh jendela kaca seluas 0,6 m2, jika koefisien konveksi pada suhu itu 7,5.10-5 kal.s-1.cm-2.0C-1Diketahui :Dt = t1-t2 = 25 10 = 100 C A = 0,6 m2 = 6000 cm2 h = 7,5.10 5 kal.s-1.cm-2.0C-1Ditanya : H = . ?Penyelesaian:H = h.A.Dt = 7,5.10 5 x 6.000 x 10 = 4,5 kal.s-1

Soal 2Suhu kulit seseorang tanpa pakaian kira-kira 320C. Jika orang tersebut berada dalam ruangan yang bersuhu 220C dan luas permukaan tubuhnya 1,6 m2. Berapakah kalor yang dilepaskan tubuh orang melalui konduksi selama 5 menit? h = 7,1 Js-1m-2K-1

E = e . t . T4Energi yang dipancarkan atau diserap per satuan waktu per satuan luas ( J.s-1.m-2 ), dirumuskan :E = Laju perpindahan kalor atau banyak kalor per satuan waktu (J/s atau kal/s)e = emisivitas permukaan (koefisien pancara/serapan benda) = tetapan Stefan = 5,67.10-8 watt.m-2.K-4 T = suhu mutlak (K)Energi yang dipancarkan atau diserap per satuan waktu per satuan luas dapat juga dirumuskan : PE = AE = Laju perpindahan kalor atau banyak kalor per satuan waktu (watt.m-2)P = Daya pancar ( watt )A = luas permukaan benda (m2)P = E . A = e . t . T4 . ADaya pancar

CONTOHSOALSebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna, 270 C. Berapa besarnya energi yang dipancarkan tiap satuan waktu tiap satuan luas permukaan benda itu ?DIKETAHUI : e = 1 (benda hitam sempurna)T = 27 + 273 = 300 K = 5,67.10-4 watt.m-2.K-4DITANYAKAN : E = . ?JAWAB :Penyelesaian:

E = e . t . T4 = 1 x 5,67.10-4 x (300)4 = 5,67.10-4 x 81.108 = 459,27 watt/m2

Sebuah bola memiliki jari-jari 20 cm dipanaskan sampai suhu 500 K, sedangkan benda-benda disekitar-nya bersuhu 300 K. Berapa daya yang diperlukan untuk memperta-hankan suhu bola jika permukaan-nya memiliki emisivitas ?DIKETAHUI : e = r = 20 cm = 0,2 mT1 = 300 K ; T2 = 500 K = 5,67.10-4 watt.m-2.K-4DITANYAKAN : Daya = P = . ?JAWAB :Penyelesaian:Luas bola =A= 4p.r2 = 4x3,14x (0.2)2 A = 0,5 m2Daya pancar tiap satuan luas E = e . t . DT4 = x 5,67.10-4 x (200)4 = 1542 watt/m2 Daya yang diperlukan P = E.A = 1542 x 0,5 = 771 watt

Contoh Soal 3Sebuah pelat baja tipis berbentuk persegi dengan panjang sisi 10 cm dipanaskan dalam sebuah tungku sampai suhunya mencapai 7270C. Jika pelat baja itu memiliki emisivitas 0,9, berapa laju kalor radiasinya?

Increase Pressure at Constant Temperatur :Pada proses ini tekanan diubah-ubah pada suhu tetap, bagaimana dengan volume gasIncrease Temperatur at Constant Volume :Pada proses ini temperatur diubah-ubah pada volume tetap, bagaimana dengan tekanan gasIncrease Temperatur at Constant Pressure :Pada proses ini temperatur diubah-ubah pada tekanan tetap, bagaimana dengan volume gasIncrease Number of Gas particles :Pada proses ini jumlah molekul di tambah, bagaimana dengan volume, tekanan dan suhu gas

YANG MEMPENGARUHI TITIK LEBUR DAN TITIK DIDIH SUATU BENDAJENIS BENDALUAS PERMUKAANTEKANAN