SUHU DAN KALOR Fisika Kelas XSemester 2

PETA KONSEP

Menyebabkan perubahan

Tergantung pada

Merupakan bentuk energi

suhu

Termometer

Kelvin Celcius

Fahrenheit

Reamur

Kalor

Zat

Sifat termome

trik

Wujud Ukuran

Tekanan

Daya Hanta

rWarna

Perpndahan Kalor

Kalor Jenis

Kapasitas Kalor

Konduksi

Konveksi

Radiasi

memiliki

SUHU DAN TERMOMETER Suhu /temperatur:merupakan keadaan

panas dinginnya suatu zat Termometer merupakan alat ukur suhu Termometer bekerja berdasar sifat-sifat fisis zat akibat perubahan suhu

Termometer dapat berupa Termometer zat cair

(Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kalvin) Termometer logam Termometer listrik Termometer cahaya

KONVERSI SUHU BERDASARKAN PERBANDINGAN SKALACelcius ke Kelvin atau sebaliknya

273273

K CC K

Celcius ke Reamur atau sebaliknya

4554

R C

C R

Celcius ke Fahrenheti atau sebaliknya

9 325

5329

F C

C F

Alat Hitung Konversi

suhu

TERMOMETER P YANG TELAH DITERA MENUNJUKKAN ANGKA -300 PADA TITIK BEKU AIR DAN 900 PADA TITIK DIDIH AIR BERAPA DERAJAT SUHU 600P DALAM FAHRENHEIT

Titik beku pada P = -30Titik didih pada P = 90Rentang P =90-(-30)=120Titik beku pada F = 32Titik didik pada F=212Rentang F=212-32=180Diketahui suhu di P=60o PBerapa suhu di F?

0

60

18060 30 32120

390 322

270 322

135 32

167

oP

FF P P F

P

t PSt t tb tbS

F

0

167

120167 32 30180

2135 303

270 303

90 30

60

oF

PP F F P

F

t FSt t tb tbS

P

SUHU ES MENCAIR DIUKUR OLEH TERMOMETERN X SEBESAR 50X DAN SUHU AIR MENDIDIH 800X SUATU BENDA BERSUHU 40OC BERAPAPAKAH SUHU TERSEBUT DIUKUR DENGAN TERMOMETER XTitik beku pada x (tbx)= 50

Titik didih pada x (tdx)= 800

Rentang x (Sx)=80-5=75Titik beku pada C (tbc)= 00

Titik didik pada C (tdc)=1000

Rentang C (SC)=100-0=100Diketahui suhu di C (tc)=40o

CBerapa suhu di X (tx)?

40oC

XX C C X

C

t CSt t tb tbS

0

7540 0 5100

340 54

30 5

35 X

SUHU ARI TERMOMETER Z = 500Z SAMA DENGAN 30 0C. BERAPA TITIK BEKU TERMOMETER Z JIKA TITIK DIDIH NYA 1250Z BERAPAPAKAH SUHU TERSEBUT DIUKUR DENGAN TERMOMETER Xsuhu di Z (tZ)=500Z

Titik didih pada x (tdx)= 1250

Rentang Z (SZ)=125-tbz

Titik beku pada C (tbc)= 00

Titik didik pada C (tdc)=1000

Rentang C (SC)=100-0=100Diketahui suhu di C (tc)=30o

CTitik beku pada Z (tbZ)=?

030 ; 50oC Z

ZZ C C Z

C

t C t ZSt t tb tbS

12550 30 0100

5000 30 125 100

5000 3750 30 1005000 3750 100 30

1250 125 17,85770 7

ZZ

Z Z

Z Z

Z

Z

tb tb

tb tb

tb tbtb

tb

PEMUAIAN ZAT Pernahkah memperhatikankejadian: perbedaan kabel listrik PLN atau kabel Telephon di siang hari dan malam hari?

Gelas tiba-tiba pecah saat diisi air panas?Air yang dipanaskan luber?Balon atau korek gas yang dijemur pecah/meledak?

Apa penyebabny?

PEMUAIAN (CONTINUOUS) Pemuaian merupakan gerakan atom penyusun zat karena mengalami pemanasan. Makin panas suhu suatu benda, makin cepat getaran antaratom yang menyebar ke segala arah. Karena adanya getaran atom inilah yang menjadikan benda tersebut memuai ke segala arah. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas

PEMUAIAN ZAT PADAT Besar pemuaian tergantung pada: ukuran awal benda, karakteristik bahan, dan besar perubahan suhu benda

Setiap zat padat mempunyai besaran yang disebut koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang suatu zat adalah angka yang menunjukkan pertambahan panjang zat apabila suhunya dinaikkan 1° C

PEMUAIAN PANJANG Muai Panjang Jika sebuah batang mempunyai panjang mula-mula L1, koefisien muaipanjang (α ), suhu mula-mula t1, lalu dipanaskan sehingga panjangnya menjadi L2 dan suhunya menjadi t2, maka akan berlaku persamaan, sebagai berikut

2 1

1

2 1

L L LL L tt t t

2 1 1

2 1 1L L L tL L t

CONTOH SOAL Sebuah benda yang terbuat dari besi (α=0,000012 /0C) memiliki panjang 1000 cm. Berapakah pertambahan panjang besi itu, jika terjadi perubahan suhusebesar 50°C?

1

6

3 5 1

5 3 1 1

1000 12 10 50

10 1,2 10 5 10

6 10 6 10 0,6

l l t

cm

PEMUAIAN LUAS Untuk benda-benda yang berbentuk lempengan plat (dua dimensi), akan terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebar berati benda mengalami pemuaian luas

Pada pemuaian Luas berlaku persamaan:

2 1

1

2 1

2 1

. .(1 . )

2(1 2 . )

A A AA A TA A T

A A T

CONTOH SOAL Pada suhu 30° C sebuah pelat besi luasnya 10 m2. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90° C dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/° C, maka tentukan luas pelat besi tersebut!

2 1

6

5

2

1 2

10 1 2 12 10 60

10 1 144 10

10,0144

A A t

m

PEMUAIAN VOLUM Untuk benda-benda yang berbentuk balok (tiga dimensi), akan terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebar dan tinggi berati benda mengalami pemuaian Volum

Pada pemuaian Volum berlaku persamaan:

2 1

1

2 1

2 1

. .(1 . )

3(1 3 . )

V V VV V TV V T

V V T

CONTOH SOAL Sebuah bejana memiliki volume 1 liter pada suhu 25° C. Jika koefisien muai panjang bejana 2 × 10-5 /°C, tentukan volume bejana padasuhu 75° C!

3 31

2 1

3 5

3 3

3 3

1 101 3

1 10 1 3 2 10 50

1 10 1 3 10

1,003 10

V mV V t

m

PEMUAIAN PADA ZAT CAIR Seperti halnya zat padat, zat cair akan memuai volumenya jika dipanaskan. Sebagai contoh, ketika kita memanaskan panci yang berisi penuh dengan air, apa yang akan terjadi pada air di dalam panci tersebut? Pada suhu yang sangat tinggi, sebagian dari air tersebut akan tumpah. Hal ini berarti volume air di dalam panci tersebut memuai atau volumenya bertambah.

PEMUAIAN ZAT CAIR (CONTINOUS)

Sebagian besar zat akan memuai secara beraturan terhadap penambahan suhu. Akan tetapi, air tidak mengikuti pola yang biasa. Bila sejumlah air pada suhu 0 oC dipanaskan, volumenya menurun sampai mencapai suhu 4 oC. Kemudian, suhu di atas 4 oC air berperilaku normal dan volumenya memuai terhadap bertambahnya suhu, seperti Gambar 6.10. Pada suhu di antara 0 oC dan 4 oC air menyusut dan di atas suhu 4 oC air memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian air yang tidak teratur ini disebut anomali air.

PEMUAIAN ZAT CAIR (CONTINOUS) Perilaku yang tidak biasa

dari air di bawah 4 oC, menyebabkan jarang terjadi sebuah benda yang besar membeku seluruhnya, dan hal ini dibantu oleh lapisan es di permukaan, yang berfungsi sebagai isolator untuk memperkecil aliran panas ke luar dari air ke udara dingin di atasnya. Tanpa adanya sifat yang aneh tapi istimewa dari air ini, kehidupan di planet kita mungkin tidak bisa berlangsung.

Air tidak hanya memuai pada waktu mendingin dari 4 oC sampai 0 oC, air juga memuai lebih banyak lagi saat membeku menjadi es. Hal inilah yang menyebabkan es batu terapung di air dan pipa pecah ketika air di dalamnya membeku.

CONTOH SOAL Sebuah benjana baja 4 L 95% volumenya disia alkohol. Jika suhu awal bejana 00C dan bejana dipanaskan menjadi 700C berapakah volume alkohol yang tumpah jika koefisien muan panjang banja 0,000011/0C dan koefisien muai alkohol 0,001/0C. Zat padat V=4 L= 4000cm3= 4x10-3 m3

t1= 00C t2=700C ∆t=700C

Zat Cair V=9% x4 L= 38000cm3= 3,8x10-3 m3

t1= 00C t2=700C ∆t=700C

6 3

3

3 11 10 4 10 70

9,24

baja bajaV V T

cm

3 3

3

1 10 3,8 10 70

266

alk alkV V T

cm

0

34000 9, 24 4009,24baja baja bajaV V V

cm

0

33800 266 4066Alk Ak AlkV V V

cm

3

4066 4009,24

56,76

Alktumpah Alk bajaV V V

cm

PEMUAIAN PADA GAS Gambar memperlihatkan perubahan volume zat cair akibat pemuaian, ternyata tidak cukup untuk mendeskripsikan pemuaian gas. Hal ini karena pemuaian gas tidak besar, dan karena gas umumnya memuai untuk memenuhi tempatnya. Persamaan tersebut hanya berlaku jika tekanan konstan. Volume gas sangat bergantung pada tekanan dan suhu. Dengan demikian, akan sangat bermanfaat untuk menentukan hubungan antara volume, tekanan, temperatur, dan massa gas. Hubungan seperti ini disebut persamaan keadaan. Jika keadaan sistem berubah, kita akan selalu menunggu sampai suhu dan tekanan mencapai nilai yang sama secara keseluruhan.

HUKUM BOYLE Untuk jumlah gas tertentu, ditemukan secara eksperimen bahwa sampai pendekatan yang cukup baik, volume gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikan padanya ketika suhu dijaga konstan, yaitu:

HUKUM CHARLES volume gas dengan jumlah tertentu berbanding lurus dengan suhu mutlak ketika tekanan dijaga konstan

HUKUM GAY LUSSAC pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak

Contoh nyata dalam kehidupan sehari-hari adalah botol yang tertutup atau kaleng aerosol, jika dilemparkan ke api, maka akan meledak karena naiknya tekanan gas di dalamnya

PERSAMAAN GAS IDEAL

KALOR1. Hubungan Kalor dengan Suhu Benda2. Kapasitas Kalor3. Perubahan wujud

1. Kalor lebur2. Kalor didih

4. Azas Black5. Perpindahan Kalor

1. Konduksi2. Konveksi

1. Zat Gas2. Zat Cair

3. Radiasi

1. HUBUNGAN KALOR VS SUHU BENDA

Suatu benda yang dipanaskan akan menyerap kalor. Banyakanya kalor yang diserap tergantung pada massa zat, jenis zat dan perubahan suhu. Secara matematis:

Kalor jenis benda (zat) menunjukkan banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan suhunya sebesar satu satuan suhu (° C)

CONTOH SOAL Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20° C menjadi 100° C, jika kalor jenis besi 450 J/kg0C?

Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.

2. KAPASITAS KALOR

Kapasitas kalor sebenarnya banyaknya energi yang diberikandalam bentuk kalor untuk kenaikkan suhu benda sebesar satu derajat. Pada sistem SI, satuan kapasitas kalor adalah J/K . Secara matematis ditulis:

karena maka

QCTQ mc T

C mc

Keterangan:Q : kalor yang diserap/dilepas (J)C : kapasitas kalor benda (J/K) atau (J/0C)∆T : perubahan suhu benda (K) atau (0C)m: massa benda (kg)c: kalor jenis (J/kgK) atau (J/kg0C)

CONTOH SOAL Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20° C hingga 120° C. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ. Tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi?

KALOR DAN PERUBAHAN WUJUD Kalor Lebur dan Kalor DidihKalor yang diserap benda digunakan untuk untuk mengubah wujud benda

Kalor laten merupakan kalor yang dibutuhkan 1 kg zat untuk berubah wujud. Kalor laten terdiri dari kalor lebur dan kalor didih. Kalor lebur merupakan kalor yang dibutuhkan 1 kg zat untuk melebur. Kalor yang dibutuhkan untuk melebur sejumlah zat yang massanya (m) dan kalor leburnya (L) dapat dirumuskan sebagai berikut

Q = mL atau L =Q/m

TABEL KALOR LEBUR BEBERAPA ZAT

kalor didih merupakan kalor yang dibutuhkan 1 kg zat untuk mendidih/menjadi uap. Kalor uap sama dengan kalor embun.

Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan sejumlah zat yang massanya m dan kalor didih atau uapnya u, dapat dinyatakan sebagai berikut

Q=mu

Keterangan:Q : kalor yang diperlukan (J)m : massa zat (kg)u : kalor didih/uap zat (J/kg)

TABEL KALOR DIDIH/UAP BEBERAPA ZAT

CONTOH SOAL Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es pada suhu 0° C menjadi uap air pada suhu 100° C? (cair = 4.200 J/kg °C, L = 336 J/g, dan u = 2.260 J/g)

1 2 3

672 840 44205932 J

totQ Q Q

ASAS BLACK

Joseph Black adalah seorang ilmuwan dari Skotlandia. Dia menyatakan bahwa es dapat mencair tanpa berubah suhunya. Hal ini berarti bahwa es dapat menyerap panas dan menggunakan energi panas tersebut untuk mengubah bentuknya menjadi cair. Ia juga menemukan bahwa kejadian yang sama akan terjadi saat air berubah menjadi uap air. Energi yang diserap oleh suatu bahan untuk berubah dari padat menjadi cair disebut kalor laten peleburan, sedangkan saat benda cair berubah menjadi gas disebut kalor laten penguapan. Black juga menyatakan bahwa sejumlah substansi yang berbeda akan membutuhkan sejumlah energi panas yang berbeda pula untuk menentukan suhunya dengan kenaikan yang sama.

CONTOH SOAL: Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100° C di tuangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25° C, kalor jenis aluminium 900 J/kg °C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg °C, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan)

RANGKUMAN1. Suhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu benda.

2. Untuk mengukur suhu suatu benda digunakan termometer.

3. Berdasarkan penetapan skala termometer dibedakan menjadi empat jenis, yaitu termometer Celsius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin.

4. Pada umumnya zat padat, cair, dan gas memuai bila dipanasakan.

5. Contoh penerapan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari, antara lain, bimetal, pengelingan, pemasangan ban baja pada roda kereta api, dan pemasangan kaca pada jendela.

6. Kalor adalah salah satu bentuk energi panas yang dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

7. Perpindahan kalor ada tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

8. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan 1 kg zat untuk menaikkan suhu 1° C.

9. Selain menaikkan suhu, kalor juga dapat untuk mengubah wujud zat.

10. Warna hitam adalah penyerap dan pemancar kalor radiasi yang baik.

SOLUSI UJI KEMAMPUAN BUKU FIS X

0

5329

5131 329

599 559

c ft t

C

532 2739

5131 32 2739

599 2739

55 273 328

K fT t

K

0

9273 3259288 273 325

915 325

27 32 59

f Kt T

F

550C1310F

328 K328 K

150C 590F

Solusi Uji kemampuan Buku FIS X

01 2

6 02

2 1

21

6

295 ; 331; 36

3,7 ; 25 10 /1

1

3,71 25 10 36

3,7 3,69667 m1,0009

T K T T

L m CL L T

LLT

0 0 01 2

6 01

2 1

62

20 ; 90 ; 70

10 ; 210 10 /1

10 1 210 10 70

10 1,014710,147

t C t C T

V L CV V T

V

Liter

Solusi Uji kemampuan Buku FIS X

1 1 1

2 2 2

1 1 2 2

1 2

1 22 1

2 1

7 ; 293 ; 26 ; 348 ; ....

2 348 76 2932,77

V L T K P atmP atm T K VPV PVT T

PTV VPT

Liter

Solusi Uji kemampuan Buku FIS X

0 0

1 2

1 2

2

10 ; 202100 J/kg; =4186 J/kg333 J/kg....

2 2100 10 333 4186 20

2 21000 333 837202 105.053210.106 J

es aires

es aires

es air

es

es lebur air

es air

m kg m

t C t Cc clQQ Q Q Q

mc t ml mc tm c t l c t

0

0

500 0,5 ; 8 ;

750 0,75 ; 24 ; 12100 J/kg; =4186 J/kg333 J/kg....

0,5 2100 8 333 4186 0 0,75 4186 24

1050 8

es es

air air

es air

es

serap lepas

es es es es air aires air air air

m g kg t C

m g kg t C P atmc clt

Q Q

m c t l c t m c t

t t t

t

0

400 166,5 2.093 75.348 3.139,5

1.050 2.093 3.139,5 8400 166,5 +75.348

6.282 66.781,566.781,5 10,63

6.282

t t

t t t

t

t C