Materi

Standar Kompetensi 4. Menerapkan konsep kalor dan prinsip konsevasi energi pada berbagai perubahan energi

Komptensi Dasar

4.1. Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat Menentukan suhu benda berdasarkan termometer tertentu Menganalisis pengaruh perubahan suhu benda terhadap ukuran benda (pemuaian) Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan wujud benda

4.2 Menerapkan Asas Black dalam pemecahan masalah Mendeskripsikan perbedaan kalor yang diserap dan kalor yang dilepas Menerapkan asas Black dalam peristiwa pertukaran kalor

4.3. Menganalisis cara perpindahan kalor Menganalisis perpindahan kalor dengan cara konduksi Menganalisis perpindahan kalor dengan cara konveksi Menganalisis perpindahan kalor dengan cara radiasi

SUHU DAN KALOR

BAB2

Standar Kompetensi :

4. Menerapkan konsep kalor dan prinsip konsevasi energi pada berbagai perubahan energi

Kompetensi dasar :4.1. Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat

2.1. S u h u

Pengertian suhu

Sebuah konsep penting yang menghubungkan perasaan panas dan dingin adalah suhu. Bila dirasa sebuah benda “panas” dikatakan bahwa benda itu memiliki suhu yang tinggi dan bila dirasa “dingin”, dikatakan suhunya rendah. Jadi kita dapat menyimpulkan bahwa ukuran atau derajat panas dinginnya suatu benda disebut suhu.

Ada beberapa sifat fisis benda yang berubah akibat pengaruh suhu. Misalnya, sebatang besi atau zat cair bila dipanaskan pada suhu tertentu akan memuai. Demikian pula sebaliknya, air yang didinginkan sampai suhu di bawah nol, akan membeku. Sifat-sifat fisis benda yang bisa berubah akibat adanya perubahan suhu ini disebut sifat termometrik atau sifat termal zat.

Sifat termometrik suatu zat dapat dimamfaatkan sebagai alat pengukur suhu yang lebih dikenal dengan termometer. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu. Jenis-jenis termo-meter yang dibuat berdasarkan sifat termometrik zat adalah sebagai berikut:

1. Termometer Bimetal ( bekerja berdasarkan prinsip muai panjang logam)2. Termometer Hambatan ( bekerja berdasarkan prinsip hambatan listrik penghantar)3. Termokopel ( bekerja berdasarkan prinsip Gaya Gerrak listrik atau GGL)4. Termometer Gas ( bekerja berdasarkan prinsip perubahan tekanan pada volume tetap)5. Pyrometer ( bekerja berdasarkan prinsip intensitas radiasi yang dipancarkan oleh

benda panas)

Prinsip alat alat ukur temometer secara umum adalah adanya keseimbangan antara termometer dengan benda yang diukur suhunya. Dalam hal ini, dikatakan seimbang apabila temperaturnya sama sehingga tidak ada lagi aliran kalor antara kedua zat.

Untuk penentuan skala pada termometer, diperlukan dua titik acuan yaitu titik beku dan titik didih normal air atau titik tetap bawah dan titik tetap atas. Perhatikan dua titik acuan beberapa termo-meter di bawah ini.

Suhu dan Kalor16

Indikator :Menentukan suhu benda berdasarkan termometer tertentuMenganalisis pengaruh perubahan suhu benda terhadap ukuran benda (pemuaian)Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan suhu bendaMenganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan wujud benda

100 skala 180 skala 100 skala 80 skala

Perbandingan skala termometerPerbandingan skala termometer secara umum, misalnya termometer A dan B

sebagai berikut:to X = panjang skala thermometer xto Xb= titik beku skala thermometer xto Xd= titik didih skala thermometer xto Y = panjang skala thermometer Yto Yb= titik beku skala thermometer Yto Yd= titik didih skala thermometer Y

1. Skala Celcius dan Fahrenheit 100 skala C = 180 skala F 5 skala C = 9 skala F 1 skala C = 9/5 skala F

0oC = 32oF

2. Skala Celcius dan Reamur 100 skala C = 80 skala R 5 skala C = 4 skala R 1 skala C = 4/5 skala R

0oC = 0oR3. Skala Celcius dan Kelvin

100 skala C = 100 skala K 1 skala C = 1 skala K 0oC = 273o K 1oC = (1 + 273o K)

Contoh Soal:1. Suhu suatu benda adalah 25 0C. Berapakah suhu benda tersebut bila diukur

dengan termometer skala : a. Fahrenheit ?b. Reamur ?c. Kelvin ?

Jawab: Dik. T = 25 0C; ditanyakan :

Suhu dan Kalor17

Gambar termometer skala Celcius, Fahrenheit, Kelvin dan Reamur

toC = 5/9 (toF –32)atautoF =( 9/5. toC

toC = 5/4 (toR)atautoR = 4/5 (toC)

T = (toC+ 273) K

T= Besaran suhu mutlak

0R = …? toR = 4/5 (toC) = 4/5 (25 oC) = 200R

a. 0F =..? to F= (9/5. toC

+32) = (9/5. 25oC

+32) = 770 F

0K = …? T = (toC+ 273 ) K = (25oC+ 273) K = 298 K

2. Pada sebuah termmometer X, es membeku pada suhu –500X dan air mendidih pada suhu 2500X. Bila sebuah benda suhunya 500C, Berapa suhu benda saat diukur dengan termo-meter X? Jawab: dik: n sakala X = 300; n skala C= 100; selisih titik beku = 50

1. Jelaskan pengertian suhu !2. Jelaskan pengertian tentang sifat termetrik zat!3. Tuliskan 4 jenis thermometer yang anda ketahui!4. Tuliskan langkah-langkah dalam menentukan suhu suatu benda dengan

menggunakan thermometer skala celcius!5. Pada suhu berapakah skala Celcius dan Fahrenheit menunjukkan angka yang

sama?6. Termometer X yang telah ditera menunjuk angka -30 pada titik beku dan 90 pada

titik didih air. Apabila suhu suatu cairan 600 X, hitung suhu cairan tersebut dalam termometer Fahrenheit!

7. Suatu benda bersuhu 800C. Berapakah suhu benda tersebut bila diukur dengan ter-mometer skala Reamur ?

8. Enam puluh dua derajat Fahrenheit sama dengan berapa derajat dalam Celsius9. Pada sebuah termometer X, titik beku air adalah 40 X dan titik didih air adalah

240 X Apabila sebuah benda diukur dengan termometer Celsius suhunya 50 C,maka bila diukur dengan termometer X, suhunya berapa

2.2 Pemuaian

Pemuaian merupakan perubahan wujud benda akibat pengaruh kalor. Kalor yang diterima atau dilepas oleh suatu benda karena adanya perubahan suhu pada benda itu. Sehingga kebanyakan benda bila dipanaskan akan memuai dan bila diturunkan suhunya akan menyusut. Besarnya pemuaian yang dialami oleh suatu benda bergantung pada:

1. ukuran benda semula,2. kenaikan suhu ,3. jenis benda.

Pemuaian yang terjadi pada benda meliputi muai panjang, muai luas dan muai volume (muai ruang).

A. Pemuaian Zat Padat

1. Muai panjang atau muai linearSebuah benda dengan panjang mula-mula l0 dipanaskan dari suhu T1 menjadi

suhu T2, maka besar pertambahan panjang benda adalah:

lo Δl

ltKeterangan:

Suhu dan Kalor18

Indikator :1. Memaparkan faktor-faktor yang mempengaruhi pemuaian zat padat, zat cair dan gas.2. Membedakan besar pemuaian (panjang , luas, volum) pada berbagai

zat secara kuantitatif.

Δl l0 ΔT

Latihan 1

Δl = pertambahan panjang benda . ( m ) = koefisien muai panjang benda.(0C-1) l0 = panjang benda mula-mula…...( m )ΔT = perubahan suhu …….……...( 0C )

Panjang akhir benda setelah dipanaskan menjadi:

Dengan lt = Panjang akhir benda……..( m )

Contoh soal:

Suatu batang logam yang terbuat dari aluminium panjangnya 2 meter pada suhu 300 C. Bila koefisien muai panjang aluminium 25 x 10-6/0 C. Berapakah pertambahan panjang batang aluminium tersebut bila suhunya dinaikan menjadi 500 C.Jawab:Dik: lo = 2 m ∆T = 50-30 = 20 α = 25 x 10-6/0 CDit: ∆l = ……..?Peny: ∆l = α lo ∆T ∆l = 25 x 10-6/0 C.x 2 x(50-30) = 1 x 10-3 m = 0,1 cm = 1 mm

1. Muai luasPada benda persegi dengan luas mula-mula A0, bila dipanaskan dari suhu T1

menjadi suhu T2, maka besar pertambahan luas benda adalah:

l

Keterangan: loΔA = pertambahan luas benda . ( m2 ) = koefisien muai luas benda.(0C-1) = 2 l A0 = luas benda mula-mula…...( m2 ) loΔT = perubahan suhu …….….( 0C )

Luas akhir benda setelah dipanaskan menjadi:

Dengan At = Luas akhir benda dalam satuan m2

Suhu dan Kalor19

lt l0 + Δl l0 + l0 ΔTlt l0 (1 + ΔT)

ΔA A0

ΔT

At A0 + ΔA A0 + A0 ΔTAt A0 (1 + ΔT)

Contoh soal:Plat besi luasnya 4 m2 pada suhu 200 C. Bila suhunya dinaikan menjadi 100 0C.Tentukanlah luas plat besi tersebut.Koefisien muai panjang besi 11 x 10-6/0 C.Jawab:Dik: Ao = 4 m2

∆T = 100-20 = 80 α = 11x 10-6/0 C β = 2 α = 22x 10-6/0 CDit: At = ……..?Peny: At = Ao ( 1 + β ∆T) = 4 ( 1 + 22x 10-6/0 C x (100-20) = 4 ( 1 + 0,00176) = 4,00704 m2

2. Muai volumSebuah benda dengan volume mula-mula V0 dipanaskan dari suhu T1 menjadi

suhu T2, maka besar pertambahan volume benda adalah:

Keterangan:ΔV = pertambahan volume benda . ( m3 ) = koefisien muai volume benda.(0C-1) = 3 V0 = volume benda mula-mula…...( m3 )ΔT = perubahan suhu …….……...( 0C )

Volume akhir benda setelah dipanaskan menjadi:

Dengan Vt = volume akhir benda……..( m3 )

Contoh soal:Sebuah kelereng yang terbuat dari kaca,dengan koefisien muai panjan 3 x 10-6/0 C. Diameter kelereng tersebut 2 cm,pada suhu 0 0 C.Berapakah volume kelereng tersebut bila dipanaskan hingga mencapai suhu 1000 C. Jawab: Dik: Vo = 4/3 ᴫR3 cm3 = 4/3ᴫ 13 cm3

∆T = 100-0

α = 3x 10-6/0 C γ = 3 α = 9 x 10-6/0 CDit: Vt = ……..?Peny: Vt = Vo ( 1 + γ ∆T) = 4/3ᴫ ( 1 + 9 x 10-6 x100) = 4/3ᴫ ( 1 + 0,0009) = 1,3345 x 3,14 Vt = 4,19 cm3

Suhu dan Kalor20

ΔV V0

ΔT

Vt V0 + ΔV V0 + V0 ΔTVt V0 (1 + ΔT)

B. Pemuaian Zat CairSeperti hal nya pada zat padat, zat cair pun mengalami pemuaian. Pemuaian pada

zat cair mengikuti bentuk wadah yang ditempati. Oleh karena itu pemuaian zat cair hanya meliputi pemuaian volume saja. Besar pertambahan volume zat cair akibat pemuaian adalah :

Koefisien mua volume zat cair dapat ditentukan dengan dilatometer yang dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:Vt = volume akhir zat cair …………… ( m3 )c = koefisien muai volume zat cair ……(0C-1)dil = koefisien muai volume dilatometer. (0C-1) V0 = volume zat cair mula-mula……..... ( m3 )T1 = suhu akhir pemanasan…….….……...( 0C )

Anomali AirAda ketidak teraturan pada pemuaian air , yaitu antara suhu 00C dan 4 0C. Air

disini akan menyusut namun massanya tetap. Sifat pemuaian air yang tidak teratur ini dinamakan Anomali Air

Contoh soal

1. Sebuah dilatometer diisi 120 cm3 zat cair pada suhu 00C, kemudian dipanaskan sampai suhu 900C. Volume zat cair bertambah 1,5 cm3. Berapa c bila diketahui dil = 3,0x10-5/0C ?

Penyelesaian:Dik:: a = 120 cm3

b = 121,5 cm3

T ( 0C ) = 90 dil = 3,0 x 10-6oC-1

Dit:: koefisien muai volume zat cair( )Jawab:

= di

= 3,0x10-5 = 1,39 x 10-4 + 3,0x10-5 = 1,69 x10-4o C-1

C. Pemuaian GasHukum Gay Lussac menyatakan bahwa pada tekanan tetap, volum gas sebanding

dengan suhu mutlaknya, yaitu:

Suhu dan Kalor21

ΔV V0 ΔTDanVt V0 (1 + ΔT)

c -dil (V0T1) Vt -V0

T0C Vt

00C V0

Dilatometer

Demikian pula pada volume tetap, tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya, yaitu:

Hukum Boyle menyatakan bahwa pada batas-batas volume tertentu dan suhu rendah yang konstan, berlaku :

Berdasarkan kedua hukum di atas, didapat persamaan keadaan gas ideal sebagai berikut :

Hukum Boyle-Gay Lussac

Keterangan:V = volume gas …………… ( m3 )p = tekanan gas ……(Nm-2 atau Pa)c = konstantaT1 = suhu mutlak…….….……...( K )

1. Tuliskan 3 faktor yang mempengaruhi besar pemuaian suatu benda !2. Panjang batang besi adalah 100 cm pada suhu 300C. Berapakah panjang batang

bila dipanaskan sampai suhu 1300C ? (diketahui koefisien muai panjang besi 1x10-5 / 0C)

3. Sebuah batang baja dengan panjang 2,0 m dipanasi dari 290 K sampai 540 K , Hitunglah panjang baja pada suhu 540 K , jika koefisien muai panjang baja adalah 1,2 x 10 -5 K -1

4. Panjang batang rel kereta api masing-masing 10 m dipasang berurutan pada suhu 200 C .Diharapkan pada suhu 300 C rel tersebut saling bersentuhan , Koefisien muai batang rel kereta api 12 x 10-6 /0 C Berapakah jarak antara kedua batan yang diperlukan pada suhu 20 0C

5. Volume bejana adalah 1 liter pada suhu 250C. Jika koefisien muai panjang bejana 2 x 10-5 /0C, tentukan volume bejana pada suhu 1250C !

6. Suatu gas ideal mula-mula 1 liter pada tekanan 1 atm dan suhu 270C. Kemudian gas tersebut dipanaskan hingga suhunya mencapai 770C dan volumenya menjadi 2 liter. Berapakah tekanan gas sekarang ?

7. Suatu lempeng tipis yang lebarnya 20 cm dan panjangnya 50 cm, terbuat dari logam dengan koefisien muai linearnya 1,2 x 10-5 /0C, pada suhu 250C. Berapakah luas logam bila dipanaskan hingga suhu 1000C?

8. Sebuah cincin tembaga memiliki diameter dalam dan luar masing-masng 180 mm dan 200 mm Jika suhu cincin dinaikan 500 K , Hitunglah; (a) perubahan diameter (b) perubahan luas lubang

Suhu dan Kalor22

P1V1 P2V2

Latihan

9. Suatu batang logam mula-mula panjangnya l cm kemudian batang tersebut dipanaskan sehingga perubahan suhunya sebesar 100 oC dan batangnya bertambah panjang 0,2% dari keadaan semula. Tentukan koefisien muai panjang batang tersebut

2.3. Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Suhu

Suhu dan Kalor23

Indikator :1. Menganlisis pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud zat

Menerapkan azas Black secara kuantitasMendekripsikan peristiwa perubahan wujud dan karakteristiknya dalam kehidupan sehari-hari.

Memberikan gambaran tentang factor yang mempengaruhi peristiwa perubahan wujud.Melakukan analsis kuantitatif tentang perubahan wujud

A. Pengertian Kalor

Kalor merupakan bentuk energi yaitu energi panas. Secara alamiah kalor dapat berpindah dari benda yang panas ke benda yang dingin dalam rangka mencapai keseimbangan termal. Kalor dapat menaikkan atau menurunkan suhu dan mengubah wujud suatu zat. Banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu suatu zat, sangat bergantung pada :

1. (m) massa zat,2. (C) kenaikan suhunya,3. jenis zat.Secara matematis dapat ditulis :

Keterangan : ( 1 joule = 0,24 Kal)Q = Kalor yang diserap/ dilepas dalam satuan J atau kalori (1 kalori = 4,18 J)m = massa zat………… dalam satuan kg atau gram

c = kalor jenis ……… dalam satuan J/kg K atau kal/gr oC . T = perubahan suhu …… dalam satuan K atau 0C

A. Kalor jenis (c)Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk

menaikkan suhu satu kilogram zat sebesar 10C atau I K. Secara matematis dapat ditulis :

B. Kapasitas Kalor(C)= mc Kapasitas kalor suatu benda adalah kemampuan suatu benda menerima atau melepas

kalor untuk menaikkan / menurunkan suhu benda sebesar 10C atau I K. Secara matematis dapat ditulis :

Dari kedua persamaan di atas dapat digabung menjadi :

Keterangan : C = Kapasitas kalor dalam satuan J /K atau J/ oCm = massa zat… dalam satuan kg atau g

c = kalor jenis … dalam satuan J/kg K atau kal/g oC

Suhu dan Kalor24

Q = m.c.T

c = Q/ m..T

C = Q/.T

C = m.c

Contoh soal

1. Berapakah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 2 kg air dari suhu 300C menjadi 700C bila kalor jenis air = 4,2 x 103 J/kg.K = 1 kal/gr °c

Jawab: dik. m = 2 kg, ; t1= 300C ; t2= 700C ; c = 4,2.103 J/kg.K Dit. Q =..?

Q = m.c.T

= 2x4,2x103 (70-30)= 2000 grm x1x( 70-30)

= 336 x 103 Joule. = 80000 kalori

C. Azas Black

Seorang ilmuwan Inggris bernama Joseph Black mengemukakan tentang hukum kekekalan energi atau lebh dikenal dengan azas Black yang berbunyi: “Jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang diterima”, atau ditulis dengan persamaan :

Jadi apabila dua benda yang berbeda suhu disentuhkan, maka benda yang suhunya tinggi akan memberikan kalor kepada benda yang suhunya lebih rendah. Sehingga kalor jenis zat dapat dihitung bila kalor jenis zat yang lain diketahui dengan menggunakan persamaan azas Black sebagai berikut:

Keterangan :ml = massa zat yang melepas kalor ( kg) mt = massa zat yang menerima kalor ( kg)

c l = kalor jenis yang melepas kalor ( J/kg K ) atau ( kal/g oC) c t = kalor jenis yang menerima kalor (J/kg K )atau (kal/g oC

Tl= (Tl –T) = selisih suhu yang melepas kalor ( K atau oC)Tt= (T – Tt ) = selisih suhu yang menerima kalor ( K atau oC)

1. Sepotong logam massanya 1 kg dan suhunya 800C ; dimasukkan kedalam 2 kg air yang suhunya 200C. Setelah keadaan seimbang , suhu campuran menjadi 230C. Bila kalor jenis air 1 kal/g0C, tentukan kalor jenis logam !Jawab:

Suhu dan Kalor25

Qdilepas = Qterima

Qdilepas = Qditerima

ml..cl.. Tl = mt . ct T t

dik. ml = 1000 gr; ma= 2000 gr ; Tl= 800C ; Ta= 200C ; T = 230C ; ca = 1 kal/g0Cdit. Cl = ..?

Q dilepas = Qditerima

ml..cl..Tl = ma . ca T a

m c (T1-T) = ma ca (T-T2

1000.cl.(80-23)= 2000. 1 (23-20)c l = 0,105 kal/g0C

Contoh soal

2. Sebuah calorimeter yang mempunyai kapasitas kalor 1000J/K diisi dengan 200 gr air kalor jenis air 4180 J/Kg K pada mulanya suhu calorimeter dan air 30 C selanjutnya ke dalam calorimeter dimasukan 160 gr besi yang suhunya 80 C dan setelah diaduk ternyata suhunya 32 C Hitunglah kalor jenis besi tersebut

3. Sebuah botol berisi 150 gr air bersuhu 273 K kedalam botol dimasukan 800 gr logam yang suhunya 353 K setelah seimbang suhu campuran 300 K berapakah panas jenis logam itu jika panas jenis air 4180 J/K

D. Pengaruh Kalor Terhadap Wujud ZatSelain untuk menaikkan suhu, kalor yang diserap atau dilepas benda

digunakan untuk meng-Ubah wujud. Pada saat berubah wujud, suhu zat tetap. Hal ini dapat kita amati ketika memanas- kan air, suhu air naik dan akhirnya akan mendidih bila terus dipanasi. Setelah mendidih, suhu air tetap, meskipun dipanasi terus. Hal itu disebabkan pada saat mendidih, berlangsung proses per-ubahan wujud dari air menjadi uap. Jadi kalor yang diserap tidak untuk menaikkan suhu, melainkan digunakan untuk mengubah wujud zat.

Ada perubahan wujud yang memerlukan kalor, tetapi ada juga yang melepaskan kalor. Proses perubahan wujud yang memerlukan atau melepaskan kalor dapat dilihat pada diagram di bawah ini.

I. Menguap dan mengembunMenguap adalah proses perubahan wujud dari cair menjadi gas (uap). Proses

ini dapat terjadi pada sembarang suhu tetapi, penguapan hanya terjadi di bagian permukaan saja. Sedangkan untuk penguapan pada seluruh bagian zat akan berlangsung saat zat mendidih. Suhu pada keadaan ini dinamakan titik didih. Setiap zat memiliki titik didih yang berbeda-beda. Kalor yang diperlukan untuk

Suhu dan Kalor26

0

PADAT CAIR

GASMELEBUR

MEMBEKU

MENYUBLIN

MENGUAP

MENGEMBUN

=MENYERAP KALOR

=MELEPASKAN KALOR

menguap dinamakan kalor uap.Hubungan antara proses penguapan dan pengembunan digambarkan secara grafik berikut:

suhu

waktu

Tabel titik lebur, kalor lebur, titik didih dan kalor beberapa zat.

ZatTitik Lebur Kalor Lebur Titik Didih Kalor Uap

(0C) J/kg (0C) J/kgAir 0 3,34 x 105 100 2,26 x 106

Alkohol -114 1,04 x 105 78 8,53 x 105

Asam Sulfat 8,6 1,63x 105 326 5,10 x 105

Bismut 271 5,22 x 104 920 7,94 x 105

Nitrogen -210 2,55x 104 -196 2,01 x 105

Oksigen -319 1,38 x 104 -183 2,13 x 105

Raksa -39 1,17 x 104 358 2,97 x 105

Seng 420 1,00 x 105 918 1,99 x 106

Timbal 330 2,47 x 104 1178 7,31 x 105

Mengembun adalah kebalikan menguap, yaitu proses perubahan wujud yang mepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan dianakan kalor embun..

Pengembunan terjadi jika pemanasan dihentikan. Suhu pada titik ini disebut titik embun. Jadi titik embun = titih didih zat. Banyaknya kalor yang diperluakan atau dilepaskan pada proses ini dinamakan Kalor laten yang besarnya bergantung pada massa zat.

Keterangan:

Q = kalor (joule atau kal) m = massa (kg)

L = kalor Lebur (J/kg)II. Melebur dan Membeku

Suhu dan Kalor27

Definisi kalor uap adalah kalor yang diprlukan untuk mengubah 1 kg zat cair menjadi uap tanpa ada perubahan suhu.

Definisi kalor embun adalah kalor yang dilepaskan untuk mengubah I kg uap menjadi zat cair tanpa ada perubahan suhu.

Q = m L Q = m L

gas

T0C

-10

0

Q(kal)7500600

Melebur dan membeku merupakan dua proses yang berkebalikan. Melebur adalah proses perubahan wujud dari padat ke cair, sedangkan membeku adalah proses perubahan wujud dari cair ke padat. Hubungan keduanya dapat dijelaskan secara grafik berikut:

suhu

waktu

Kalor yang diperlukan untuk membekukan 1 kg air sama dengan kalor yang digunakan untuk meleburkan (mencairkan) 1 kg es. Secara umum dapat dikatakan bahwa kalor lebur zat sama dengan kalor bekunya. Kalor lebur dan kalor beku zat juga disebut kalor laten

1. Jelaskan secara singkat tentang perubahan kalor

2. Air sebanyak 1 liter = 1 kgr bersuhu 40C dipanaskan sampai mendidih. t= 100 Hitunglah jumlah kalor yang diperlukan ! (c air =1 kal/groC)

3. Berapa kalor yang diterima oleh air yang suhunya naik 500C jika diketahui kapasitas kalor air = 4180 J K-1

4. Berapakah jumlah kalor yang digunakan oleh sebuah pemanas listrik 350 Watt yang digunakan selama 30 menit

5. Air bersuhu 500C sebanyak 10 gram dicampur dengan air bersuhu 800C sebanyak 50 gram. Berapakah suhu akhir campuran?

6. Es sebanyak 20 gram bersuhu -100C dicampur dengan air bersuhu 1000C sebanyak 400 gram. Apabila kalor jenis es 0,5 kal/g0C .kalor jenis air 1 kal /gr0C dan kalor laten es (L es) = 80 kal/g, hitung suhu akhir campuran!

7. Es sebanyak 40 gram bersuhu -200C dicampur dengan air bersuhu 1000C sebanyak 500 gram. Apabila kalor jenis air 1 kal/gr0C dan kalor jenis Es 0,5 kal/gr C .kalor laten es (L es) = 80 kal/gr, Tentukan suhu akhir campuran 00C.

8

Suhu dan Kalor28

Titik lebur atau titik beku

cair

padat

0

Latihan 3

Grafik di samping menunjukkan pemanasan es dari -100C hingga melebur semua. Berapakah besarnya kalor lebur es ?(diketahui kalor jenis es = 0,6 kal/g0C)

Indikator :Membedakan peris-tiwa perpindahan kalor secera konduksi,konveksi dan radiasi.Menentukan factor-faktor yang berpengaruh pada peristiwa perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi.Memberikan contoh melalui percobaan peristiwa perpin-dahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi dalam kehidupan sehari-hari.Mendemonstrasikan cara untuk mengurangi atau mencegah perpindahan kalor melalui konduksi, konveksi dan radiasi.

9 Suatu zat mempunyai kalor jenis 5 kal/g0C. Jika diberi kalor 50 kkal, temperatur zat tersebut menjadi 500C. Hitung massa zat tersebut!

10. Tuliskan 3 macam proses perubahan wujud yang melepaskan kalor !11. Tuliskan 3 macam proses perubahan wujud yang menyerap kalor !

12. Sebatang besi bermassa 1 kg memiliki suhu 200C. Suhu besi dinaikkan menjadi 300C dengan sebuah pemanas listrik berdaya 1 kW. Jika efisiensi pemanas 100% dan waktu yang diperlukan 20 sekon, hitunglah :

a. kalor jenis besib. kapasitas kalor besi.

13. Sekolompok siswa melakukan suatu percobaan dengan kalorimeter , Jika kalorimeter dengan batang pengocoknya terbuat dari tembaga (c = 3909 J Kg-1 K-1) dan bermassa55 gram,kemudian kalorimeter diisi 200 gram air bersuhu 15 C ,Sepotong timah hitam (c = 130 J Kg-1 K-1) massanya 150 gram dan bersuhu 95 C dimasukan kedalam kalorimeter Tentukanlah : a. Suhu akhir campuran jika kalor yang dilepaskan timah semuanya diterimah air dan kalorimeter b. Jika kenyataan menunjukan bahwa suhu akhir campuran adalah 15,5 C berapa persenkah kalor yang diserap air dan kalorimeter

Kompetensi dasar: 4.3 Menganalisis cara perpindahan kalor

2.4. Perpindahan KalorKalor dapat berpindah melalui zat padat, zat cair dan gas. Bahkan kalor dapat

merambat melalui ruang hampa. Perpindahan kalor dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dengan tiga cara, yaitu : cara konduksi, konveksi dan radiasi.

Suhu dan Kalor29

A. KonduksiJika anda memegang sendok lalu mencelupnya ke dalam segelas air teh yang panas,

maka beberapa saat kemudian sendok tersebut akan anda rasakan panas juga. Hal tersebut menunjukkan bahwa kalor merambat dari zat yang bersuhu tinggi (air teh) ke zat yang bersuhu rendah (ujung sendok yang di pegang) melalui logam (sendok tadi). Dari deskripsi di atas, jelaslah bahwa kalor hanya dapat berpindah jika ada perbedaan suhu. Perpindahan kalor melalui logam (zat padat) tidak diikuti oleh perpindahan partikel-patikel logam itu. Perpindahan kalor Semacam itu disebut konduksi.

Proses terjadinya perpindahan kalor secara konduksi karena adanya getaran-getaran partikel logam ketika dipanasi. Makin tinggi suhu logam semakin cepat pula getaran partikel dan dapat meningkatkan energi kinetik partikel. Getaran-getaran partikel selanjutnya dapat mengakibatkan getaran pada partikel bertetangga. Demikian seterusnya getaran partikel berkelanjutan sehingga seluruh partikel dalam logam ikut bergetar. Jadi dalam hal ini partikel tidak berpindah, tetapi energi zatlah yang merambat.

Banyaknya kalor yang mengalir melalui bahan dengan cara konduksi, sangat ditentukan oleh sifat konduktivitas zat. Berdasarkan konduktivtas zat inilah kita dapat menggolongkan konduktor dan isolator. Konduktor adala zat yang sangat baik atau mudah menghantarkan kalor (panas), sedangkan isolator adalah zat yang sulit menghantarkan kalor.

Zat/BahanKonduktivitas (k)

( kJ/m s K )Zat/Bahan

Konduktivitas (k)( kJ/m s K )

Logam :PerakTembaga AlumniumKuninganBesi/Baja

Zat padat lain : Beton Kaca Batu bata Kayu cemara

4,2 x 10-1

3,8 x 10-1

2,1 x 10-1

1,0 x 10-2

4,6 x 10-3

1,7 x 10-3

8,0 x 10-3

7,1 x 10-4

1,2 x 10-4

Zat cair : Air

Bahan Isolator : Serbuk gergajian Gabus Wol Gelas Kapuk

Gas : Hidrogen Udara

7,1 x 10-4

7,1 x 10-5

7,1 x 10-5

7,1 x 10-5

7,1 x 10-5

7,1 x 10-5

7,1 x 10-5

Selain konduktivitas zat atau jenis bahan, factor-faktor yang mempengaruhi jumlah kalor yang mengalir adalah sebagai berikut:

1. selisih suhu kedua ujng bahan,2. luas penampang bahan,3. panjang atau tebal bahan,4. lamanya kalor mengalir

Berdasarkan factor-faktor tersebut, maka banyaknya kalor yang mengalir dapat dirumuskan menjadi :

Keterangan :Q = Banyak kalor yang mengalir ( J )A = luas penampang ( m2)

Suhu dan Kalor

L

tTAkQ

.

30

Kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah

∆T = selisih suhu ( oK )t = waktu ( s )L = panjang bahan ( m )k = konduktivitas termal bahan ( J/m.s.K atau k/m.s.K )

1 kalori = 4,20 Joule atau 1 J = 0,24 kaloriDengan demikian laju aliran kalor melalui bahan adalah :

H = laju aliran kalor ( J/s)

Contoh

1. Sebuah batang logam luas penampangnya 20 cm2 dan panjangnya 50 cm. salah satu ujungnya dipanaskan sehingga beda suhu antara kedua ujungnya 60oC. Jika konduktivitas termalnya, k = 0,2 kal/m.s.K hitunglah banyaknya kalor yang merambat selama 20 sekon. (Q)Jawab: Dik. A = 20 cm2 = 2 x 10-3 m2

L = 0.5 m ∆T = 60 oK

k = 0,2 kal/m.s.K

x20= 0, 48/5

= 0,096 kal x 4,2 Joule = 0,4032 Joule

2. Sebatang tembaga panjang 1 m luas penampangnya 10 cm2 ujung yang satu menempel pada air yang sedang mendidih 1000 C dan ujung yang menempel pada air yang dingin dengan suhu 00 Ckoefisien konduktifitas tembaga 0,9 kal/cm C sekon panas yang merambat ke bak yang dingin 270 kalori hitunglah lamanya waktu yang dipakai (t)

3. Batang-batang dari Tembaga merah , Kuningan dan Baja di las menjadi bentuk Y luas penampang masing-masing 2 cm2 sedangkan daya hantar panasnya berturut-turut 0,92 ; 0,26 ; dan 0,12kal/C cm det suhu ujung tenbaga merah tetap 1000C sedangkan kuningan dan baja 00C dan panjang batang tembaga 92 cm, kuningan 26, dan baja 24 cm Tentukanlah. a). Temperatur sambunganb). Arus kalor pada tembaga merah

B. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan aliran partikel-parikel. Konveksi terjadi zat alir (fluida), yaitu air dan udara. Konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Contoh konveksi alami : air yang dipanaskan berat jenisnya berkurang sehingga bergerak vertical, sedang konveksi paksa : air sumur yang dipompa.

Banyaknya kalor yang mengalir pada zat alir, secara matematis ditulis;

Suhu dan Kalor31

L

TAkH

t

QH

.

H= Q/t = h A ∆T

konveksi alami dalam zat cair

Keterangan :Q = Banyak kalor yang mengalir ( Joule )A = luas penampang ( m2)∆T = selisih suhu ( oC )t = waktu ( s )h = koefisien konveksi ( J/m2.s.K)

ContohSuatu fluida mengalir dengan luas penampang aliran 40 cm2 dari tempat yang suhunya 100oC ketempat yang suhunya 60oC. Jika koefisien konveksi termal fluida 0,01 kal/m2.s.oC, hitunglah banyaknya kalor yang merambat tiap sekon. (H)

Jawab : Dik. A = 40 cm2 = 4 x 10-3 m2 = 40 x 10 -4m2

T1 = 100o ; T2 = 60oC h = 0,01 kal/m2.s.oC

H = h.A ∆T= 0,01 x 4 x 10-3 x (100-60)

H = 16 x 10-4 Kalori/s = 1,6 x 10-3kal/s Latihan

1. Permukaan dalam suatu dinding rumah dijaga bersuhu tetap 20,0 0C saat udara luar bersuhu 30,0 0C ,Berapa banyak kalor yang masuk kedalam rumah akibat konveksi alami udara melalui dinding rumah berukuran 10,0 m x 5,00m selama 1 menit jika koefisien konveksi 4,00 W m-2 K-1 …..(Q)

2. Sebuah lampu sorot memiliki lampu pijar 50 W yang berada dalam suatu kerudung logam yang bersuhu 600C saat suhu ruang 200C. Jika lampu 50 Watt diganti dengan lampu 75 Watt , Berapakah suhu kerudung logamnya (T)

3. Sebuah panci yang digunakan merebus air ujung bawahnya dipanaskan dengan suhu 1000C bila koefisien konveksi 4,1 kal/m2 0C dan luas penampangany panci 120 cm2 maka Tentukanlah :

a). Perpindahan kalor tiap satuan waktub). kalor yang berpindah selama 20 sekon

C. Radiasi

Kalor tidak hanya merambat melalui zat padat,zat cair dan gas, tetapi kalor juga dapat merambat melalui ruang hampa. Sinar matahari sampai ke bumi, gelombang radio, gelombang TV dapat menjangkau belahan bumi yang lain serta gelombang electromagnet lainnya karena merambat di ruang hampa. Cara perambatan energi seperti ini disebut radiasi.

Setiap benda panas memancarkan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetit. Radiasi gelombang tersebut mempunyai pajang gelombang dan frekuensi yang bergantung suhunya. Jika mengenai benda, gelombang elektromagnetik mengalami tiga kemungkinan, yaitu diserap, dipantulkan,atau diserap sebahagian dan sebagian yang lain dipantulkan. Diserap atau dipantulkannya gelombang elektromgnetik oleh sangat

Suhu dan Kalor32

ditentukan oleh permukaan benda tersebut. Untuk benda hitam sempurna akan menyerap semua energi yang diterima.

Menurut Stefan dan Boltzman, energi yang dipancarkan oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Secara matematis ungkapan tersebut dirumuskan :

Keterangan :Q = Banyak kalor yang merambat ( Joule )A = luas penampang ( m2)T4 = suhu mutlak ( K )t = waktu ( s )δ = konstanta Stefan – Boltzman (= 5,7 x 10-8 J/m2.s.K4)e = koefisien emitivitas (antara 0 dan 1)W = energi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu (W/m2)

Contoh

Hitung energi yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna yang bersuhu 1270C dan luas permu-kaannya 2 m2 selama 2 menit!

Jawab : Dik. e = 1 ; T = 127 + 273 = 400 K ; A = 2 m2 ; t = 120 s.

W = Q/t = eAδT4/t =1x2x5,7x10-8(400)4/120

W = 5,7 x 10-8 x (400)4/60

W = 1459,2 Joule/sekon Latihan1. Kawat lampu pijar yang memiliki luas permukaan kira-kira 50 mm2 memancarkan

energi dengan laju 2,87 J s-1. Jika kawat pijar dianggap benda hitam, tentukan suhu permukaan kawat pijar

2. Sebuah bola permukaan mengkilap mempunyai emisivitas = 0,04 jari-jari bola 12 cm dan suhu permukaannya 127 0C sedangkan suhu disekitarnya 27 0C . Anggaplah tidak ada konduksi dan koveksi pada peristiwa ini ,Tentukanlah kalor total yang pancarkan oleh permukaan bola tersebut

S U H USuhu dan Kalor33

W = Q/t = e σ A T4

WeATt

QH 4.

LKS/X-2

Mata Pelajaran : FisikaKelas/Semester : X/2Waktu : 2 x 45 MenitTempat : Laboratorium FisikaPetunjuk Belajar :

a. Baca literatur yang berkaitan dengan Suhub. Baca cermat petunjuk percobaan sebelum anda melakukan percobaan c. Lakukan percobaan menurut langkah-langkah yang telah disajikand. Kumpulkan data dan gambar hasil percobaan

Kompetensi dasar : 5.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat

Indikator : 1. Menentukan suhu benda berdasarkan termometer tertentu 2. Menunjukkan kemampuan psikomotorik dan kecakapan hidup dalam

praktek kerja kelompok Informasi

- Alat pengukur suhu adalah termometer. - Beberapa jenis thermometer antara lain : thermometer zat cair (thermometer klinis,

thermometer dinding,thermometer maksimum/ minimum ); thermometer bimetal; thermometer hambatan, termokopel, thermometer gas dan pyrometer.

- Prinsip kerja thermometer Raksa : ketika suhu naik, raksa memuai dan bergerak naik dal;am suatu pipa kapiler

- Perbandingan skala termometer C,F,dan RtoC = 5/9 (toF –32); toC = 5/4 (toR);

Masalah

-Bagaimanakah menentukan suhu suatu benda -Bagaimanakah menentukan titik beku dan titik didih air-Bagaimana merumuskan hubungan berbagai macam alat ukur suhu

Tujuan :Menentukan suhu suatu benda Menentukan besaran-besaran fisis yang memiliki sifat termometrikMenentukan hubungan berbagai alat ukur suhu

Alat Dan Bahan :

Kaki tiga dan kasa Es batu dan airBeker gelas 4 buah Pemanas Bunsen 4 buahTermometer tanpa skala 4 buah korek apiTermometer berskala 1 buah statip dan benang

Pra PercobaanApa yang anda rasakan panas dinginnya udara pada siang hari dan malam hariBagaimanakah cara anda menggunakan alat untuk mengetahui suhu benda.Bagaimanakah cara mengukur titik beku dan titik didih air

Cara Kerja 1. Berilah label pada termometer A,B,C dan D ?2. Termometer A masukan pada beker gelas yang berisi es dan air (titik beku),

penunjukkannya diberi skala 0o, kemudian masukkan termometer tersebut pada di atas air yang mendidih (titik didih) berilah skala 1000

3. Lakukan pada termometer B, seperti langkah 2, tetapi pada titik didih diberi skala 80o

4. Lakukan pada termometer C, seperti langka 2, tetapi pada titik beku diberi skala 32o dan titik didih diberi skala 212o

Suhu dan Kalor34

Thermometer

beker air dan es

Kaki tiga

statif

5. Lakukan pada termometer D, seperti langkah 2, tetapi pada titik beku diberi skala 273o dan titik didih/uap diberi skala 373o

A B C D

Pertanyaan dan Tugas1. Tentukan jumlah skala (derajat) dari termometer A,B,C dan D2. Tentukan perbandingan jumlah skala oA, oB, oC dan oD3. Tentukan transformasi(persamaan) termometer A, B, C dan D4. Apakah nama derajat yang sesuai dengan oA, oB, oC dan oD

5. Rumuskan hubungan skala berbagai macam termometer berikut ! t oC= ……… o R t oC = ……… oF t oC = ……… K t oC = ……… oX

6. Lengkapi gambar thermometer berikut C R F K

RankineTitik Didih air …… …… …… ….. …..

Titik beku air …… …… …… ….. …..

Kesimpulan Dari percobaan yang dilakukan diatas , kesimpulan apa yang anda dapatkan ?

ANOMALI AIRMata Pelajaran : FisikaKelas/Semester : X/2Waktu : 2 x 45 MenitTempat : Laboratorium FisikaPetunjuk Belajar :

a. Baca literatur yang berkaitan dengan Suhu

Suhu dan Kalor35

b. Baca cermat petunjuk percobaan sebelum anda melakukan percobaan c. Lakukan percobaan menurut langkah-langkah yang telah disajikand. Kumpulkan data dan gambar hasil percobaan

Kompetensi dasar : 5.1 Melakukan percobaan yang berkaitan dengan kalor

Indikator : 1. Menentukan suhu suatu benda dengan thermometer tertentu

2. Menunjukkan kemampuan psikomotorik dan kecakapan hidup dalam praktek kerja kelompok

Informasi- Anomali air adalah sifat pemuaian air yang tidak teratur Masalah

1. Mengapa didaerah kutub walaupun permukaan laut membeku tetapi kehidupan di dasar laut tetap berlangsung

2. Mengapa pada kemasan minuman yang beredar dipasaran selalu tidak berisi penuh

Alat Dan Bahan :- Kaki tiga- Labu erlenmeyyer- Pipa kapiler dari plastik- Sumbat labu berlubang dua- Pemanas benzen- Es batu dan air- Termometer

Prapercobaan1. Bagaimana bunyi hukum pemuaian2. Termometer apa yang cocok untuk pengukuran suhu zat cair.

Percobaan

Data pengamatanNo Suhu (t C) Skala pada pipa kapiler (volume)1 ………………………….. …………………………………..

2 …………………………. …………………………………….

3 …………………………… …………………………………….

Analisis Data- Berapa suhu pada skala volume terkecil ?................................................................- Berapa suhu pada skala volume terbesar ?...............................................................- Buatlah grafik hubungan antar volume dan suhu pada percobaan ini dengan

menggunakan yertas grafik ?

Suhu dan Kalor36

Pipa kapiler

termometer

kasah

1. isilah labu elemeyer dengan air dan segumpal es

1. susunlah alat-alat seperti pada gambar2. catat suhu mula-mala dan skala pada pipa

kapiler3. panaskan labu erlenmeyyer 4. catat suhu dan skala pada pipa

kapiler,isikan dalam table di bawah ini !

- bagaiaman massa jenis air pada volume terbesar ?....................................................- bagai mana massa jenis air pada volume terkecil ?…………………………….......- apakah keuntungan dari adanya anomaly air ?..........................................................

KesimpulanTulis kesimpulanmu tentang percobaan ini ?

KALOR JENIS ZATMata Pelajaran : FisikaKelas/Semester : X/2Waktu : 2 x 45 MenitTempat : Laboratorium FisikaPetunjuk Belajar :

a. Baca literatur yang berkaitan dengan Kalor b. Baca cermat petunjuk percobaan sebelum anda melakukan percobaan c. Lakukan percobaan menurut langkah-langkah yang telah disajikand. Kumpulkan data dan gambar hasil percobaan

Kompetensi dasar : 5.1 Melakukan percobaan yang berkaitan dengan kalor

Indikator : 1. Menganalisis pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud zat. 2. Menunjukkan kemampuan psikomotorik dan kecakapan hidup dalam

praktek kerja kelompok Informasi

MasalahBagaimana hubungan antara masa, perubahan suhu dan jenis zat ?

Tujuan :

Menemukan hubungan antara kalor, massa, suhu dan jenis zat

Alat Dan Bahan :- Kaki tiga dan kasa ………… 1 buah- Gelas kimia ………………. 3 buah - Termometer ………………. 1 buah - arloji/stopwatch …………… 1 - Pemanas Bunsen ………….. 1 buah - Air ……………………….. 500 gram - minyak tanah ……………… 100 gram- minyak tablet ……………. 100 gram- neraca ……………………… 1 buah

Suhu dan Kalor37

Pra Percobaan1. Bagaimana anda menggunakan alat/bahan untuk menemukan hubungan antara kalor, massa,

jenis zat dan suhu zat ?2. Bagaimana anda memperkirakan jumlah bahan yang di butuhkan dalam percobaan ?

Percobaan 1.Hubungan kalor dengan massa

Panaskan air dengan massa berbeda, dengan perubahan suhu ( t ) yang sama. ( t ) = ……….. oC

No Massa air ( gram ) lama pemanasan ( menit )1

……………………………. ……………………………….2

……………………………. ………………………………3

……………………………. ……………………………….. Catatan : Lama pemanasan menyatakan banyak kalor .

2.Hubungan kalor dengan perubahan suhu Panaskan air dengan perubahan suhu berbeda, dengan massa sama massa air ( m ) = ………..gram

No Perubahan suhu ( t ) lama pemanasan ( menit )1

…………………………………… ………………………………….2

…………………………………. …………………………………3

…………………………………. …………………………………

3.Hubungan kalor dengan perubahan suhu Panaskan zat yang jenisnya berbeda, dengan massa sama massa air ( m ) = ………..gram

No Jenis zat lama pemanasan ( menit )1 air

………………………………….2 minyak tanah

…………………………………3

Minyak goreng …………………………………

Analisa Data Dari data diatas di dapat :

1. Bagaimana hubungan antara kalor dengan massa ………………………..2. Bagaimana hubungan antara kalor dengan perubahan suhu ……………….3. Bagaimana hubungan antara kalor dengan jenis zat ……………………….

Jika kalor dilambangkan Q, massa dilambangkan m, perubahan suhu dilambangkan ( t ) Konstanta pembanding yang berhubungan dengan jenis zat disebut c

Suhu dan Kalor38

Nyatakan hubungan antara kalor , massa , jenis zat dan perubahan suhu dalam bentuk persamaan

…………………………………………………………………………………………………

Jika ( t ) = perubahan suhu m = massa c = kalor jenis Q = kalor deskripsikan pengertian kalor jenis……………..

Kesimpulan Dari hasil percobaan yang telah di lakukan ,apa yang dapat anda simpulkan ?

PENGARUH KALOR TERHADAP WUJUD BENDAMata Pelajaran : FisikaKelas/Semester : X/2Waktu : 2 x 45 MenitTempat : Laboratorium FisikaPetunjuk Belajar :

a. Baca literatur yang berkaitan dengan Kalor b. Baca cermat petunjuk percobaan sebelum anda melakukan percobaan c. Lakukan percobaan menurut langkah-langkah yang telah disajikand. Kumpulkan data dan gambar hasil percobaan

Kompetensi dasar : 5.1 Melakukan percobaan yang berkaitan dengan kalor

Indikator : 1. Menganalisis pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud zat. 2. Menunjukkan kemampuan psikomotorik dan kecakapan hidup dalam

praktek kerja kelompok

Informasi

MasalahDari konsep pemberian kalor pada benda akan mengakibatkan adanya perubahan suhu, tetapi masalahnya :

1.Bilamana perubahan suhu itu terjadi ? 2.Bilamana pemberian kalor menimbulkan akibat yangn berbeda pada benda ?

Tujuan :Menemukan suhu transisi dan kalor laten pada perubahan wujud benda

Alat Dan Bahan :

Labu Erlenmeyer Lampu spirtusTermometer PengadukStatip BenangNeraca Es batuSpirtus Kertas grafik

Pra Percobaan

Suhu dan Kalor39

Alat apakah yang digunakan untuk mengetahui bahwa temperatur benda mengalami perubahanBagaimanakah cara menggunakan alat tersebut

Percobaan1. Masukkan butiran butiran es ke

dalam labu erlemeyyer2. Ukurlah temperatur butiran es

dalam labu3. Catat temperatur terendah4. Labu erlenmeyyer berisi es

dipanaskan5. Mengamati perubahan suhu setiap

10 detik sampai mendidih6. Mencatat hasil pengamatan ke

dalam kolom data

No Waktu ( sekon ) Suhu ( Oc)12345

Analisa Data- Buatlah grafik waktu terhadap suhu .- Bagaimana hasil analisa grafik dan hasil pengamatan yang anda lakukan ?- Tunjukkan , kapan Es habis melebur dan air mulai mendidih .

Kesimpulan

Dari percobaan yang dilakukan , apa yang dapat anda simpulkan .

KONDUKSI, KONVEKSI, RADIASI

Mata Pelajaran : FisikaKelas/Semester : X/2Waktu : 2 x 45 MenitTempat : Laboratorium FisikaPetunjuk Belajar :

a. Baca literatur yang berkaitan dengan Kalor b. Baca cermat petunjuk percobaan sebelum anda melakukan percobaan c. Lakukan percobaan menurut langkah-langkah yang telah disajikand. Kumpulkan data dan gambar hasil percobaan

Kompetensi dasar : 5.2 Mendeskripsi-kan cara perpindahan kalor.

Indikator : 1. Menjelaskan faktor-faktor penting yang berpengaruh pada peristiwa perpindahan panas melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.

2. Menentukan besar hantaran kalor pada peristiwa konduksi, konveksi dan radiasi

Suhu dan Kalor40

termometer

Bejana berisi es batu

plastisin

3. Mendemonstrasikan cara untuk mengurangi/ mencegah perpindahan kalor melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.

4. Menunjukkan kemampuan psikomotorik dan kecakapan hidup dalam praktek kerja kelompok

Informasi

Masalah1. Mengapa Kalau Kita Dekat Api Unggun Merasa Hangat ?2. Mengapa Sendok Untuk Penggoreng , Pegangannya Diberi Kayu/

Plastik.Tujuan :Memahami Konsep Konduksi, Konveksi, Radiasi

Alat Dan Bahan :

- Kaki tiga Karton bentuk T- Gelas kimia Obat nyamuk gulung- Logam Air- Lampu spirtus Kacang Hijauh / potongan kertas

Prapercobaan - Alat apa saja yang kamu pergunakan untuk mengetahui tentang

konduksi,konveksi dan radiasi- Bagaimanakah cara menggunakan alat agar mengetahui fluida merupakan zat alir

Percobaan

1.Konduksi - amati plastisin sebelum dan sesudah logam dipanaskan

- tuliskan hasil pengamatan- diskusi dan simpulkan tentang konduksi

2. Konveksi

1. Buatlah kotak bercerobong dua.Letakkan pemanas di bawah cerobong yang kiri.

2. Nyalakan obat nyamuk baker di atas cerobong yang kanan dan amati asap obat nyamuk

3. Apa yang anda dapat simpulkan dari pengamatan tersebut ?

4. Diskusikan dikelas dan simpulkan tentang konveksi

3.Radiasi . Termometer yang ditempatkan dekat lampu listrik yang sedang

menyala :

Suhu dan Kalor41

. Amati suhu pada termometer mulai lampu sebelum menyala sampai . lampu menyala beberapa menit lamanya.

- tuliskan hasil pengamatan- diskusi dan simpulkan tentang radiasi

Diskusi

a. faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi :- konveksi,- konduksi,- radiasi

c. bagaimanakah persamaan matematis (a ) di atas ?b. zat apa saja yang dapat mengalir dalam kehidupan sehari-hari

KesimpulanTulis kesimpulan anda tentang percobaan diatas

1. Uraikan perbedaan perambatan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi 2. Tuliskan 3 faktor yang mempengaruhi perpindahan kalor secara konveksi!3. Tuliskan pula 3 faktor yang mempengaruhi perpindahan kalor secara radiasi!

4. Batang besi homogen yang salah satu ujungnya dipanasi memiliki luas penampang 17 cm2. Konduktifitas termal besi 4 x 105 J/m.s.oC. Jika panjang batang 1 meter dan perbedaan suhu kedua ujung 30oC, hitunglah banyaknya kalor yang merambat dalam waktu 2.s(40800)

5. Suatu bahan dengan luas permukaan 1,2 m2 diletakkan dalam suatu ruangan dengan suhu 26oC. Bila laju kalor yang dipindahkan bahan itu 85,2 J/s dan koefisien konveksinya 7,1 J/s m2K, tentukan suhu bahan tersebut! ( 36o C )

6. Batang A dan B mempunyai luas penampang dan panjang yang sama. Bila koefisien konduksi batang A = ¼ kali koefisien konduksi batang B, kemudian keduanya dipanaskan pada ujung sama, tentukan perbandingan laju hantaran batang A dan B!

7. Berapakah besar energi yang dipancarkan sebuah benda hitam dengan luas 200 cm2 dan suhu 117oC tiap satuan waktu? (diketahui σ =5,67 x 10-8 W.m-2.K-4 )

8. Dua buah benda hitam sempurna A dan B, dengan luas benda A = 2 kali lu` as B dan suhu B = 3 kali suhu benda A. Tentukan perbandingan energi tiap satuan waktu yang dipancarkan benda A dan B.

9. Tuliskan tiga cara untuk mencegah atau mengurangi perpindahan kalor melalui radiasi!

10. Es massanya 125 gram suhu 0oC dimasukkan ke dalam 500 gram air suhu 20oC. Ternyata es melebur seluruhnya.Bila kalor lebur = 80 kal/gram dan kalor jenis air 1 kal/gram oC, tentukan suhu akhir campuran !

Suhu dan Kalor42

Latihan 4

logam11.

air

12. Jelaskan beberapa peristiwa perubahan fase dalam kehidupan sehari-hari 13. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan wujud suatu zat !

Soal Uji Kompetensi

1. Suhu suatu zat 48oC, maka suhu zat tersebut dalam skala Kelvin dan Fahrenheit adalah….. A.321 K dan 28,8 oF C.321 K dan 118,4 oF E.321 K dan 144 oF B.225 K dan 144 oF D.225 K dan 118,4 oF

2. Tabel berikut menggambarkan hasil percobaan pengukuran suhu suatu zat cair dengan termometer A dan termometer B.

No. Zat cair

Pembacaan termometerA B

123

XYZ

0o

100o

60o

-10o

110t

Nilai t dalam tabel tersebut adalah …. A. 40o B. 50o C. 62o D. 72o E.82o

3. Suhu suatu zat 212 C , Maka suhu mutlaknya adalah . . . . . A. 485 K B. 453 K C. 391 K D. 373 K E. 100 K

4. Sebatang baja dengan koefisien muai panjang 1 x 10-5 /C yang mempunyai panjang 100,0 cm pada suhu 300C, Apabila panjang batang baja itu sekarang menjadi 100,1cm maka suhu baja adalah . . . . .

A. 700C B. 1000C C. 1300C D. 1500C E. 2000C

5. Sebuah pot aluminium memiliki volum 1000 cm3pada 200C dan volume 1006 cm3pada 1000C .Koefisien muai panjang aluminium adalah . . . .

A. 2,5 x 10-5 (0C)-1

B. 6,0 x 10-5 (0C)-1

C. 7,5 x 10-5 (0C)-1

D. 2,25 x 10-4 (0C)-1

E. 3,00 x 10-4 (0C)-1

Suhu dan Kalor43

Sepotong logam massanya 1 kg dan suhunya 80 oC dimasukkan ke dalam 2 kg air yang suhunya 20oC. Setelah keadaan setimbang suhu campuran menjadi 23oC .Bila kalor jenis air 1 kal/gr oC, Tentukan kalor jenis logam tersebut !

6. Jika diketahui sebuah batang emas berukuran 20 cm x 10 cm x 10 cm memiliki koefisien muai panjang 14 x 10 -6/0C, Maka koefisien muai volum adalah . . . . .

A. 14 x 10-6/0CB. 21 x 10-6/0CC. 28 x 10-6/0CD. 35 x 10-6/0CE. 42 x 10-6/0C

7. Dalam sistim SI . satuan kalor adalah . . . . .F. Kalori D. KelvinG. Joule E. Derajat CelsiusH. Watt

8. Air yang bermassa 200 gram pada suhu 10oC ditambah dengan air yang bersuhu 80oC. Jika pada saat akan terjadi keseimbangan suhu akhir 30 oC,( kalor jenis air = 1 kal.g-1 .oC-

1) ,maka massa air panas paling sedikit adalah…. A.120 g B.100 g C.80 g D.60 g E.50 g

9. Satu kilogram batang timah hitam yang mempunyai kalor jenis 1300 J /Kg0C dengan suhu 800Cdicelupkan kedalam 2,00 kg air dengan suhu 200C ( c = 4200 J/kg0C, maka suhu akhir batang timah hitam adalah

A.22 0 C B. 28 0 C C. 30 0 C D. 40 0 C E. 50 0 C

10. Jika diketahui kapasitaskalor air = 4180 JKg-1 K-1 maka kalor yang diterima oleh air yang suhunya naik 25 0C adalah . . . . A .104 500 Joule B. 156 750 Joule C..209 000 Joule D. 261 250 Joule E. 313 500 Joule

11. Es (kolor jenis 0,5 kal/goC ) sebanyak 10 gram pada suhu 0 0 C diberi kalor sebanyak 1000 kalori, bila kalor lebur es sama dengan 80 kalori/gram, maka air yang terjadi mempunyai suhu ..........

A. 0O C B. 10 OCC. 20O C D. 40 OC E. 100OC

12. Ke dalam gelas berisi 200 mg air 40oC dimasukan 40 gram es 0oC. Jika kapasitas kalor gelas 20 kal/oC dan kalor lebur es adalah 80 kal/gram, maka suhu setimbangnya .........

A. 0oC B. 18,5 0CC.12,6 0C D. 21,6 0C E. 28,00C

13. 60 gram campuran es dan air pada suhu 00C berada dalam suatu bejana yang kapasitas kalornya dapat diabaikan. Kemudian dimasukkan 80 gram uap air suhu 100 0C kedalam bejana. Jika kalor keluar es 80 kal/gram dan kalor uap air 540 kal/gram, sedangkan temperatur akhirnya 80 0C, maka banyaknya air semula adalah ............

A. 80 gram B. 100 gramC.360 gram D.380 g E, 400 gram

14. Sebuah ketel listrik berdaya 3 kW berisi 2 liter air 200C, dialiri arus selama 15 menit. Jika kalor jenis air 4,2 kl/kg-1(0C)1, kalor penguapan air = 2,3 x 103kJ kg -1 dan dinding katel tidak menyerap kalor, maka sisa air yang berada didalam ketel adalah ..........

Suhu dan Kalor44

100 X

A. 0,8 liter B. 1,1 liter C,1,5 liter D. 1,8 liter E 20 liter.

15. Perhatikan diagram berikut !

1 3 PADAT CAIR GAS 2 4 Perubahan wujud yang melepas kalor sesuai gambar nomor ….. A.1 dan 2 B.1 dan 3 C. 2 dan 4 D.3 dan 4 E. 2 dan 3

16. 13

t(oC) uap

100

air

20 Q (Joule)

A. 4,20 x 103 Joule B. 5,46 x 103 Joule D. 2,26 x 106 Joule

C. 1,00 x 106 Joule E. 4,20 x 106 Joule

17. Batang besi homogen yang salah satu ujungnya dipanasi memiliki luas penampang 17 cm 2. Konduktifitas termal besi 4x105 J/ m.s.K.Jika panjang batang 1 m dan perbedaan suhu kedua ujung 30oC,maka besarnya kalor yang merambat dalam 2 sekon adalah….

A.1,13.102 J B.2,27.102 J C.6,80.102 J D.4,08.104 J E.8,02.104 J

18 t(oC)

75

0

-20

A C B

19.

110oC 40oCDua batang P dan Q disambungkan dengan suhu ujung-ujungnya berbeda . Apabila koefisien conductivitas logam P = ½ kali koefisien conductivitas logam Q, serta AC = 2 CB, maka suhu di C hádala …..

Suhu dan Kalor45

Grafik kalor terhadap suhu dari 1 kg uap pada tekanan normal ditunjukkan seperti pada gambar di samping.Jika kalor didih air 2,26x106 J kg-1 dan kalor jenis air 4,2 x 103 J kg-1

K-1, maka kalor yang dilepas pada perubahan uap menjadi air adalah ….

P Q

Q(kal)

Grafik disamping menunjukkan hubungan antara kenaikan suhu (t) dan kalor (q) yang diserap oleh 100 gram es. Jika kalor lebur es 80 kal /gram, maka nilai x pada grafik adalah …

a. 3000 kalb. 6000 kalc. 7000 kald. 8000 kale. 9000 kal

a. 35 oC d. 70 oCb. 40 oC e. 80 oCc. 54 oC

20. Tiga batang konduktor mempunyai panjang dan luas penampang yang sama masing-masing 60 cm dan 10 cm2. Ketiga konduktor tersebut adalah aluminium (k = 208,333 W/m.K), tembaga (k =375,000 W/m.K). dan perak (k = 416,667 W/m.K) yang disambung sehingga menjadi bentuk Y. Suhu ujung aluminium 100 0C, sedangkan suhu ujung-ujung tembaga dan perak sama yaitu 00C. Suhu pada sambungan adalah ............A. 2.083 0C D. 20,83 0C

B. 20,83 0C E. 20830 0C C. 208,3 0C

21. Sebuah zat cair berada didalam suatu kotak yang dibatasi oleh dua dinding vertikal. Suhu kedua dinding masing-masing 30 0 C dan 35 0C. Jika luas kedua dinding sama, yaitu 1 m2 dan koefisien konveksi 216 W/m2K, maka jumlah kalor yang mengalir tiap satuan waktu adalah ........

A. 1 050 W D. 1080 W B. 1 060 W E. 1090 W C. 1 070 W

22. Kawat wolfram yang emivisitasnya 0,5 di dalam bola lampu berpijar pada suhu 1 000 K. Jika luas permukaan yang berpijar 10 -6 m2 dan berpijar selama 4 sekon, maka jumlah energi radiasi yang dipancarkan adalah ............. ( α = 5,67 x 10-8 W m2 K-4)

A. 1,134 x 10 -3 x 10-3 joule D. 5,67 x 10 -1 joule B. 5,67 x 102 joule E. 5,67 x 10 -1 joule C. 1,134 x 10 -1 joule

23 Suhu kulit seseorang kira-kira 32 0C.Jika orang yang luas permukaan tubuhnya 1,6 m2 berada dalam ruang yang suhunya 22 0C, maka kalor yang dilepaskan tubuh orang itu melalui konveksi selama 5 menit adalah ….. ( h=7,0 Wm-2K-1)a. 10,2 J d. 33.600 Jb. 336 J e. 168.000 Jc. 1.020 J

24. Gambar di bawah adalah benda hitam sempurna yang meradiasi kalor. Perbandingan energi yang diradiasikan antara benda A dan B tiap detik adalah ….

A B 1 cm2 3 cm2

TA= 300 K TB= 300 K

a. 1: 2 b. 1: 3 c. 3:1 d. 4 : 1 e. 1 : 9

Suhu dan Kalor46

Suhu dan Kalor47