SUHU DAN SUHU DAN KALORKALOR

DEPARTEMEN FISIKA IPBDEPARTEMEN FISIKA IPB

PendahuluanPendahuluan• Dalam kehidupan sehari-hari sangat

banyak didapati penggunaan energidalam bentuk kalor:–Memasak makanan–Ruang pemanas/pendingin–Dll.

TUJUAN INSTRUKSIONALTUJUAN INSTRUKSIONAL• Menentukan besaran suhu, kalor

jenis, kalor, konduktivitas dalamkaitannya dengan pemuaian, penjalaran kalor, dan perubahan fasa

SuhuSuhu dandan PemuaianPemuaian

••PadaPada kehidupankehidupan seharisehari--harihari temperaturtemperaturmerupakanmerupakan ukuranukuran mengenaimengenai panaspanasatauatau dinginnyadinginnya bendabenda..

•Es dikatakan memiliki temperatur rendah • Api dikatakan panas ataubertemperatur tinggi

••TemperaturTemperatur merupakanmerupakan sifatsifat sistemsistem yang yang menentukanmenentukan apakahapakah sistemsistem beradaberada dalamdalamkeadaankeadaan kesetimbangankesetimbangan dengandengan sistemsistem lainlain

Kesetimbangan

termal ?

•Jika dua sistem dengan temperatur yang berbedadiletakkan dalam kontak termal, maka kedua sistem tersebutpada akhirnya akan mencapai temperatur yang sama.

•Jika dua sistem dalam kesetimbangan termal dengansistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangantermal satu sama lain

Tsetimbang

►► AlatAlat yang yang digunakandigunakan untukuntuk mengukurmengukur temperaturtemperaturdisebutdisebut termometertermometer

►► UntukUntuk mengukurmengukur temperaturtemperatur secarasecara kuantitatifkuantitatif, , perluperlu skalaskala numeriknumerik sepertiseperti ooCC, , ooFF, K, , K, ooRR

PemuaianPemuaian

•• SuatuSuatu zatzat jikajika dipanaskandipanaskan padapada umumnyaumumnyaakanakan memuaimemuai dandan menyusutmenyusut jikajika didinginkandidinginkan

ΔL = α Lo ΔT

ΔA = β Ao ΔT

ΔV = γ Vo ΔT

ΔL, ΔA, ΔV = Perubahanpanjang, luas dan volume

L0, Ao, Vo = Panjang, luas danvolume awal

ΔT = Perubahan suhu (0C)

α, β, γ = Koefisien muai panjang, luas dan volume (0C-1)

γ = 3α dan β = 2α

ContohContoh soalsoal1.1. SebuahSebuah cincincincin besibesi berdiameterberdiameter 1,5 m 1,5 m padapada

suhusuhu 202000C. C. HarusHarus dipanaskandipanaskan didalamdidalam ketelketeldengandengan suhusuhu berapakahberapakah cincincincin tersebuttersebutagar agar diameternyadiameternya menjadimenjadi 1,52 m, 1,52 m, jikajika ααbesibesi= 12 x 10= 12 x 10--66 / / 00CC

T ?

•4oC → 0oC : Volumenya membesar

•0oC → 4oC : Volumenya mengecil denganmassa jenis (ρ) paling tinggi, sehingga perilaku air ini sangat penting untuk bertahannya kehidupan didalam air laut selama musim dingin

ANOMALI AIRANOMALI AIR

KalorKalorKalorKalor merupakanmerupakan transfer transfer energienergi daridari satusatubendabenda keke bendabenda lain lain karenakarena adanyaadanyaperbedaanperbedaan temperaturtemperaturDalamDalam satuansatuan SI, SI, satuansatuan kalorkalor adalahadalahjoule joule dengandengan 1 1 kalkal = 4.186 J= 4.186 J1 1 kalorikalori ((kalkal) = ) = kalorkalor yang yang dibutuhkandibutuhkan

untukuntuk menaikkanmenaikkan temperaturtemperatur 1 1 grgr air air sebesarsebesar 11ooCC

JumlahJumlah kalorkalor yang yang diperlukandiperlukan untukuntuk mengubahmengubahsuhusuhu suatusuatu sistemsistem

Q = m c ΔTm = massa (gr)c = kalor jenis (kal/g0C)ΔT = Perubahan suhu (0C)

JikaJika bagianbagian yang yang berbedaberbeda daridari sistemsistemyang yang terisolasiterisolasi beradaberada padapada temperaturtemperaturyang yang berbedaberbeda, , kalorkalor akanakan mengalirmengalir daridaritemperaturtemperatur tinggitinggi keke rendahrendahJikaJika sistemsistem terisolasiterisolasi seluruhnyaseluruhnya, , tidaktidak adaadaenergienergi yang yang bisabisa mengalirmengalir keke dalamdalam atauataukeluarkeluar, , makamaka berlakuberlaku kekekalankekekalan energienergidengandengan

Qserap = Qlepas

ContohContoh soalsoalHitunglah jumlah kalor yang diperlukan untukmenaikkan suhu 20 Kg besi (c = 0,11 kal/g0C) dari100C ke 900C

Jawab.

Q = m c ΔT= 20.103 gr x 0,11 kal/g0C x (90 – 10)0C= 17600000 kal

PerubahanPerubahan FasaFasaZatZat dapatdapat berbentukberbentuk padatpadat, , caircair atauatau gas. gas. KetikaKetikaterjaditerjadi perubahanperubahan fasafasa, , sejumlahsejumlah kalorkalor dilepasdilepasatauatau diserapdiserap suatusuatu zatzat yaituyaituQ = m LQ = m L Q = Q = kalorkalor ((kalorikalori))

m = m = massamassa ((grgr))L = L = kalorkalor latenlaten ((kal/grkal/gr))

KalorKalor penguapanpenguapan air air KalorKalor peleburanpeleburan eses(100(10000C) = 530 C) = 530 kal/grkal/gr (0(000C) = 80 C) = 80 kal/grkal/gr

ContohContoh►► BerapaBerapa banyakbanyak energienergi yang yang harusharus dikeluarkandikeluarkan

lemarilemari eses daridari 150 kg air 150 kg air padapada 202000C C untukuntukmembuatmembuat eses padapada –– 121200CC

JawabJawab

-12

Q3=mescesΔT

Q2=mes Les

Q1=maircairΔT

0

20

Kalor yang ditambahkan

Tem

pera

tur(

0 C)

Qtot = Q1 + Q2 + Q3

KalorKalor latenlaten untukuntuk mengubahmengubah cairancairan menjadimenjadi gas gas tidaktidak hanyahanya padapada titiktitik didihdidih (100(10000C) C) tetapitetapi jugajugapadapada suhusuhu ruangruang. Hal . Hal iniini disebutdisebut evaporasievaporasi

PerpindahanPerpindahan kalorkalorKalor berpindah dari satu tempatatau benda ke yang lain dengan tigacara :1. konduksi2. konveksi3. radiasi

KonduksiKonduksi

lTKA-

tQ ΔΔΔ

==H

Berpindahnya kalor dari satu tempat ke tempat lain dengan cara tumbukan antar molekul, dengan lajualiran kalor

K = Konduktivitas termal (J/s.m.0C)

A = Luas penampang (m2)

T = Suhu (0C)

L = Tebal / panjang (m)

T1 T2

L

K besar konduktor

K kecil isolator

ContohContoh1. Berapa laju aliran kalor melalui jendela

kaca yang luasnya 2.0 m x 1.5 m dan tebalnya 3.2 mm, jika temperatur padapermukaan dalam dan luar jendela 150Cdan 300C dengan konduktivitas termal0.84 J/s.m.0C

KonveksiKonveksikalorkalor ditransferditransfer daridari satusatu tempattempat keketempattempat yang lain yang lain dengandengan pergerakanpergerakanmolekulmolekul, , zatzat atauatau materimateriKonveksi paksa Konveksi alami

•Aliran udara panas/dingin dipantai

•Arus samudra yang hangat/dinginkarena perubahan cuaca

Sepanci air dipanaskan

Radiasi

Kecepatan sebuah benda meradiasikanenergi/ persamaan stefan-Boltzmann

4AT e σ=ΔΔ

tQ

e =koefisien pemancaran

σ= 5.67 x 10-8 W/m2K4

A = Luas permukaan

T = suhu

PenutupPenutup• Kita telah mempelajari masalah:

– Suhu dan pemuaian– Suhu dan perpindahan kalor– Suhu, kalor dan perubahan fasa

• Bahasan selanjutnya adalah hukum-hukum termodinamika yang mencakup– Hukum I: mengenai hubungan antara energi

dalam, kerja dan kalor yang terjadi pada suatusistem

– Hukum II: mengenai arah berjalannya suatuproses