8/6/2019 Suhu&Kalor

1/7

SUHU DAN KALOR1. Kalor dan Perubahan Wujud

Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yangsuhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan.Suhu adalah ukuran rata -rata energi kinetik partikel dalam suatu benda.Kalor yang diberikan dalam sebuah benda dapat digunakan untuk 2 cara, yaitu untukmerubah wujud benda atau untuk menaikkan suhu benda itu.Besar kalor yang diberikan pada sebuah benda yang digunakan untuk menaikkan suhutergantung pada : massa benda kalor jenis benda perbedaan suhu kedua bendaSecara matematis persamaan dapat ditulis dengan :Q = m. c. DtSedangkan bila kalor yang diberikan digunakan untuk merubah wujud zatlbenda, makakalor yang diberikan tergantung pada massa benda saja, sesuai dengan per samaan :Q= m . LSetiap benda pada umumnya mempunyai 3 bentuk/fase, yaitu padat, cair dan gas.Perubahan wujud yang terjadi pad ketiga bentuk benda itu adalah : membeku, melebur,mencair, mengembun, menyublim, deposisi dan menguap seperti gambar di bawa h ini.

mengembunSedangkan di bawah digambarkan diagram fase pada air.

suhu -cair dan gas

owaktu (menit)

Beberapa zat tidak selalu memuai ketika dipanaskan, contohnya air pada suhu OO( - 4C.Pada suhu tersebut air akan menyusut ketika dipanaskan dan men capai volume minimumpada suhu 4C. Sehingga pada suhu tersebut es mencapai massa jenis maksimum. Di atas4(, air akan memuai lagi bila dipanaskan. Peristiwa sifat pemauaian air yang tidak teraturini disebut dengan peristiwa anomali air. Zat lain yang me mpunyai sifat seperti ini adalahparafin dan bismuth.

volume - I

volume min

5 '0

8/6/2019 Suhu&Kalor

2/7

2. PemuaianJika sebuah benda dipanaskan/ diberikan kalor, maka partikel -partikel dalam benda ituakan bergetar lebih kuat sehingga saling menjauh. Sehingga ukuran benda akan menjad ilebih besar. Kita katakan bahwa benda itu memuai. Pemuaian dapat terjadi baik padabenda padat, cair maupun gas.a) Pemuaian Panjang

Pada pemuaian panjang dianggap bahwa benda mempunyai luas penampang yang kecil,sehingga ketika dipanaskan hanya memuai pada arah panjangnya saja. Besarnyapertambahan panjang sebuah benda yang dipanaskan adalah berbanding lurus dengan : panjang mula-mula benda kenaikan suhuSecara matematis dituliskan :n, = L. o: MSedangkan panjang benda setelah dipanaskan adalah :Lt = Lo + n,

b) Pemuaian LuasPada pemuaian luas, pemuaian terjadi pada arah melebar pada sisi panjang dan lebarbenda. Analog dengan pemuaian panjang, pada pemuaian luas berlaku persamaan :I1A= Ao. 1 3 . Dt dimana berlaku hubungan : 1 3 = ZAt = Ao + I1A

c) Pemuaian VolumePemuaian volume biasanya terjadi pada zat cair dan gas. Pemuaian ini terjadi padaarah memanjang, melebar dan meninggi. Analog dengan pemuaian panjang, persamaanpada pemuaian volume adalah :I1V= Vo. y . Dt dimana berlaku hubungan : y = 3uVt=Vo+I1V

LATIHAN:1. Sebatang baja yang panjangnya 1 m dipanaskan dari 00 C menjadi 100 0(. Bila koefisienmuai panjang batang 12 x 106 /oc, tentukan :a. pertambahan panjang batang itub. panjang batang setelah dipanaskanc. panjang batang bila dipanaskan menjadi 50C

2. Sebuah plat berukuran 50 x 40 cm dipanaskan dari 20C menjadi 700(. Bila koefisienmuai panjang plat itu 6 x 105 /oc, tentukan :a. pertambahan luas plat itub. luas plat setelah dipanaskanc. luas plat bila dipanaskan sampai 1000(.

3. Sebuah kubus yang terbuat dari tembaga dengan sisi 20 cm dipanaskan dari 30Cmenjadi 800(. Bila koefisien muai panjang tembaga 16 x 106 /oc, tentukan :a. pertambahan luas kubus itub. volume kubus setelah dipanaskanc. volume kubus bila dipanaskan sampai 900(.

4. Sebuah botol gelas dengan volume 200 cm3, diisi penuh dengan air yang bersuhu 50Ckemudian dipanaskan sehingga mencapai suhu 600(. Bila koefisien muai panjang botol 9x 106/oC dan koefisien muai volume air 2 x 104/oC, tentukan banyaknya air yangtumpah bila :a. pemuaian botol diperhitungkanb. pemuaian botol diabaikan

5. Sebatang baja yang panjangnya 4 m mengalami pertambahan panjang 2 mm ketikadipanaskan dari suhu 20C menjadi 600(. Berapakah pertambahan batang baja ked uayang mempunyai panjang 2 m bila dipanaskan sampai suhu 40C?

6. Sebuah keping bimetal terdiri atas perunggu dan besi yang memiliki panjang 10 cmpada suhu 200(. Keping itu dipegang dengan besi secara horizontal. Ketika dipanaskandengan nyala api bunsen, suhu perunggu 800C dan suhu besi 7500(. Hitung perbedaanpanjang besi dan perunggu.

8/6/2019 Suhu&Kalor

3/7

7. Sebuah termometer raksa memiliki suatu pipa kapiler dengan luas penampang 1,0 x 103rnrrr '. Volume raksa dalam tabung cadangan adalah 1,0 mm 2. Berapa ketinggian raksadalam pipa kapiler bila suhu dinaikkan sampai 600C.

8. Sebuah wadah 95%dari kapasitasnya diisi dengan suatu cairan.Suhu wadah dan cairanadalah Oc. Wadah terbuat dari bahan dengan koefisien muai volume 80 x 106 1C. Padasuhu 100C, cairan sudah mulai luber ke luar dari wadah. Tentukan koefisien muaivolume dari cairan itu.

3. Perpindahan KalorPerpindahan kalor dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :1. konduksi,2. konveksi dan3. radiasi1. Konduksi

Adalah proses perpindahan kalor yang terjadi tanpa disertai dengan perpin dahanpartikel-partikel dalam zat itu, contoh : zat padat (logam) yang dipanaskan.Berdasarkan kemampuan kemudahannya menghantarkan kalor, zat dapat dibagimenjadi : konduktor yang mudah dalam menghantarkan kalor dan isolator yang lebihsulit dalam menghantarkan kalor. Contoh konduktor adalah aluminium, logam besi,dsb, sedangkan contoh isolator adalah plastik, kayu, kain, dll.

dinginanas

Besar kalor yang mengalir per satuan waktu pada proses konduksi ini tergantung pada : Berbanding lurus dengan luas penampang batang Berbanding lurus dengan selisih suhu kedua ujung batang, dan Berbanding terbalik dengan panjang batangSecara matematis pernyataan di atas dapat ditulis dengan :

Q/t = banyaknya kalor yang melalui dinding batang selama selang waktu t - J/ sk = konduktivitas thermal - W Im KA = luas penampang batang - m2d = panjang batang - m~T = perbedaan suhu kedua ujung batang - K

2. KonveksiAdalah proses perpindahan kalor yang terjadi yang disertai dengan perpindahanpergerakan fluida itu sendiri. Ada 2 jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksipaksa. Pada konveksi alamiah pergerakan fluida terjadi karena perbedaan massa jenis,sedangkan pada konveksi paksa terjadinya pergerakan fluida karena ada paksaan dariluar. Contoh konveksi alamiah : nyala lilin akan menimbulkan konveksi udaradisekitarnya, air yang dipanaskan dalam panci, terjadinya angin laut dan angin darat,dsb. Contoh konveksi paksa : sistim pendingin mobil, pengering rambut, kipas angin,dsb.

8/6/2019 Suhu&Kalor

4/7

Besar laju kalor ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida di sekitarnyaadalah berbanding lurus dengan luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluidadan perbedaan suhu antara benda dengan fluida. Secara matematis persamaan te rsebutdapat ditulis :

Q/t = laju aliran kalor secara konveksi - WattH = koefisien konveksi - WI m2KA = luas penampang permukaan benda - m2~T = perbedaan suhu antara benda dengan fluida - K

3. RadiasiAdalah perpindahan kalor dala m bentuk gelombang elektromagnetik, contoh : cahayamatahari, gelombang radio, gelombang TV, dsb.

Berdasarkan hasil eksperimen besarnya laju kalor radiasi tergantung pada : luaspermukaan benda dan suhu mutlak benda seperti dinyatakan dalam hukum Stefan-Boltzman berikut ini :Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam dalam bentuk radiasi kalortiap satuan waktu sebanding dengan luas permukaan benda (A) dan sebanding denganpangkat empat suhu mutlak permukaan benda itu.se cara matematis persamaan di atasdapat ditulis : I~~ .e . A T 4 1Q/t = laju aliran kalor secara radiasi - Watt(J (sigma) = tetapan Stefan-Boltzman = 5,67 x 1008 W/m2K4A = luas permukaan benda - m2T = suhu permukaan benda - K4e = koefisien emisivitas bendaDalam kehidupan sehari -hari, radiasi dimanfaatkan dalam : pendiangan rumah, efekrumah kaca, panel surya, dsb.

4. Efek Rumah KacaEfek rumah kaca, pertama kali ditemukan oleh Joseph Fourier pada 1824 , merupakansebuah proses di mana atmosfer memanaskan sebuah planet. Mars, Venus, dan bendalangit beratmosfer lainnya (seperti satelit alami Saturnus, Titan) memiliki efek rumahkaca, tapi artikel ini hanya membahas pengaruh di Bumi. Efek rumah kaca dapatdigunakan untuk menunjuk dua hal berbeda: efek rumah kaca alami yang terjadi secaraalami di bumi, dan efek rumah kaca ditingkatkan yang terjadi akibat aktivitas manusia(lihat juga pemanasan global). Yang belakang diterima oleh semua; yang pertamaditerima kebanyakan oleh ilmuwan, meskipun ada beberapa perbedaan pendapat.

Penyebab. Efek rumah kaca disebabkan karena naiknya konsentrasi gas karbondioksida(C 0 2) dan gas-gas lainnya di atmosfe r. Kenaikan konsentrasi gas CO 2 ini disebabkan olehkenaikan pembakaran bahan bakar minyak (BBM), batu bara dan bahan bakar organiklainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan -tumbuhan dan laut untukmengabsorbsinya. Energi yang masuk ke bumi mengalami : 25% dipantulkan oleh awanatau partikellain di atmosfer 25% diserap awan 45% diadsorpsi permukaan bu mi 5%dipantulkan kembali oleh permukaan bumi. Energi yang diadsoprsi dipantulkan kembalidalam bentuk radiasi infra merah oleh awan dan permukaan bumi. Namun sebagianbesar infra merah yang dipancarkan bumi tertahan oleh awan dan gas CO 2 dan gas

8/6/2019 Suhu&Kalor

5/7

lainnya, untuk dikembalikan ke permukaan bumi. Dalam keadaan normal, efek rumahkaca diperlukan, dengan adanya efek rumah kaca perbedaan suhu antara siang danmalam di bumi tidak terlalu jauh berbeda. Selain gas CO 2, yang dapat menimbulkanefek rumah kaca adalah su lfur dioksida (502), nitrogen monoksida (NO) dan nitrogendioksida (N02) serta beberapa senyawa organik seperti gas metana (CH 4) dan khlorofluoro karbon (CFC). Gas-gas tersebut memegang peranan penting dalam meningkatkanefek rumah kaca.F o n t r i b u s iu m b e rm i s il o b a lI-

F F I B a t u b a r a I-1 1 r - - - - - I M i n y a k B u m - i I-I l l G a s a l a m rI I P e n g g u n d u l a nu t a nI-1 I I I a i n n y a I-F F r - - - - - 1 - I

Sumber : Kantor Menteri Negara KLH, 1990Dampak pemanasan globalMenurut perkiraan, efek rumah kaca telah meningkatkan suhu bumi rata -rata 1-5 c C.Bila kecenderungan peningkatan gas rumah kaca tetap seperti sekarang akanmenyebabkan peningkatan pemanasan global antara 1,5 -4, 5 C C sekitar tahun 2030.Dengan meningkatnya konsentrasi gas CO2 di atmosfer, maka akan semakin banyakgelombang panas yang dipantulkan dari permukaan bumi diserap atmosfer. Hal ini akanmengakibatkan suhu permukaan bum i menjadi meningkat. Mekanisme terjadinya efekrumah kaca adalah sebagai berikut (gambar 1). Bumi secara konstan menerima energi,kebanyakan dari sinar matahari tetapi sebagian juga diperoleh dari bumi itu sendiri,yakni melalui energi yang dibebaskan dari proses radioaktif (Holum, 1998:237). Sinartampak dan sinar ultraviolet yang dipancarkan dari matahari. Radiasi sinar tersebutsebagian dipantulkan oleh atmosfer dan sebagian sampai di permukaan bumi. Dipermukaan bumi sebagian radiasi sinar tersebut ada yang dipantulkan dan ada yangdiserap oleh permukaan bumi dan menghangatkannya. Akibat meningkatnya suhupermukaan bumi akan mengakibatkan adanya perubahan iklim yang sangat ekstrim dibumi. Hal ini dapat mengakibatkan terganggunya hutan dan ekosistem lainnya,sehingga mengurangi kemampuannya untuk menyerap karbon di oksida di atmosfer.Pemanasan global mengakibatkan mencairnya gunung -gunung es di daerah kutub yangdapat menimbulkan naiknya permukaan air laut. Efek rumah kaca juga akanmengakibatkan meningkatnya suhu air laut sehingga air laut mengembang dan terjadikenaikan permukaan laut yang mengakibatkan negara kepulauan akan mendapatkanpengaruh yang sangat besar.

8/6/2019 Suhu&Kalor

6/7

LATIHAN1. Jelaskan perbedaan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi.2. Sebuah pengaduk dari bahan aluminium dengan tinggi 0,5 m, panjang 6 x 103 m dan

tebal 5 x 103 m digunakan untuk mengaduk larutan gula bersuhu 108e. Berapa kaloryang mengalir melalui pengadu k selama 5 menit bila suhu pada ujung lain 28( dankonduktivitas thermal aluminium 200 W ImK.

3. Sebuah batang silinder dengan luas penampang 5 mm 2 dibuat dengan menyambungkan0,3 m batang perak dengan 0,12 m batang nikel. Ujung bebas perak dijaga pada suhutetap 200 K dan ujung bebas nikel dijaga pada suhu tetap 400 K. Jika konduktivitasthermal perak dan nikel masing -masing 42 W Im K dan 84 W Imk, hitung :a. suhu pada titik sambunganb. laju konduksi kalor sepanjang batang

4. Suhu kulit seseorang tanpa pakaian adalah 32e. Jika luas permukaan tubuhnya 1,6 m 2dan orang itu berada dalam ruangan yang suhunya 22(, hitung kalor yan~ dilepaskanorang itu melalui konveksi selama 5 menit bila koefisien konveksi 7 W I m K.

5. Batang baja dan kuningan mempunyai luas penampang dan panjang sama, salah satuujungnya dihubungkan. Suhu ujung batang baja yang bebas 2500( dan ujung batangkuningan 100e. Jika koefisien konduksi kalor baja dan kuningan masing -masing 0,12kal/s cm dan 0,24 kal/s cm, hi tung suhu pada titik hubung kedua batan g tersebut.

6. Sebatang perunggu bersuhu 127( meradiasikan kalor dengan laju 20 W. Jika suhunyadinaikkan menjadi 227(, hitung laju radiasi kalor yang dipancarkannya.

7. Dua batang logam P d an Q memiliki ukuran sama akan tetapi jenisnya berbeda,dilekatkan seperti gambar di bawah ini. Ujung kiri P bersuhu 900( dan ujung kanan Qbersuhu Oe. Jika koefisien konduksi thermal P 2 kali koefisien konduksi thermal Q,tentukan suhupada bidang batas P dan Q.

8. Sebuah bola tembaga mempunyai luas penampang 10 mm 2, dipanaskan pada sebuahtungku perapian bersuhu 427C. Jika emisivitas bola 0,25 dan konstanta StefanBoltzman 5,7 x 10-8 W Im2K4 , berapakah laju kalor yang dipancarkannya?

9. Kawat lampu pijar memiliki luas penampang 50 mm2, memancarkan energi dengan lajukalor 2,85 J /s . Jika kawat pijar dianggap sebagai benda hitam (e = 1), tentukan suhupermukaan kawat pijar itu.

10. Kawat wolfram mempunyai emisivitas 0,5 di dalam bola lampu yang berpijar pada suhu727C. Jika luas permukaan kawat 10-6 m2 dan berpijar selama 4 s sert a konstantaStefan Boltzman 5,7 x 10-8 W /m2K4 , tentukan energi radiasi yang dipancarkan lampuitu.

4. Azas BlackTeori kalorik menyatakan bahwa setiap benda mengandung sejenis zat alir (kalorik) yangtidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori ini diperkena lkan oleh Antoine Lavoiser. Teoriini juga menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalor daripada benda yang suhunya rendah. Ketika kedua benda disentuhkan, benda yang suhunyatinggi akan kehilangan sebagian kalor yang diberikan kepada benda bersuhu rendah.Akhirnya para ilmuwan mengetahui bahwa kalor sebenarnya merupakan ssalah satu bentukenergi. Karena merupakan energi maka berlaku prinsip kekekalan energi yaitu bahwasemua bentuk energi adalah ekivalen (setara) dan ketika sej umlah energi hilang, prosesselalu disertai dengan munculnya sejumlah energi yang sama dalam bentuk lainnya.Kekekalan energi pada pertukaran kalor pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwanInggris Joseph Black dengan pernyataan : kalor yang dilepaskan 0 leh air panas (Qlepas) samadengan kalor yang diterima air dingin (Qterima). Secara matematis pernyataan tersebut dapatditulis dengan :

Oiepas = Qterima

KalorimeterKalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat.Kalorimeter yang paling banyak digunakan adalah kalorimeter aluminium. Alat ini dirancangsehingga pertukaran kalor tidak terjadi diluar bejana. Untuk mengurangi radiasi kalor dankehilangan kalor karena penyerapan dinding bejana, maka kedua dinding bejana bagiandalam dan luar dibuat mengkilap. Cincin serat fiber yang memisahkan kedua bejana dengan

8/6/2019 Suhu&Kalor

7/7

tutup kayu adalah penghantar panas yang jelak. Ruang antara kedua dinding bejana berisiudara yang berfungsi sebagai isolator kalor sebab udara adalah penghantar kalor yangjelek.

Sebuah bahan contoh panas yang kalor jenisnya diketahui dicelupkan ke dalam air dinginyang terdapat dalam bejana bagian dalam. Kalor jenis zat dapat dihitung dengan mengukurmassa air dingin, massa bahan contoh, massa kalorimeter (bejana dalam) dan mengukursuhu air dan bahan contoh sebelum dan sesuah pencampuran.LATIHAN1. Hitung kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 100 gram air 200e menjadi 700e

bila kalor jenis air 1 kal/ g0c.2. Hitung kalor yang diperlukan untuk merubah wujud 200 gr am es o o e menjadi air o o e

bila kalor lebur es B O kal/gr.3. Hitung kalor yang diperlukan utnuk menaikkan suhu 200 gram -100e es menjadi air 500e

bila kalor jenis es Y2kal/g'C, kalor jenis air 1 kal/g=C dan kalor lebur es B O kal/gr.

4. 100 gram air panas bersuh u 1000e dicampur dengan 50 gram air dingin bersuhu 200esehingga tercapai kesetimbangan thermal. Hitung suhu setimbangnya.

5. Air 200 gram B O o e dicampur dengan 100 gram air dingin sehingga tercapaikesetimbangan thermal pada suhu 60C. Hitung suhu air dingin mula-mula.

6. Dalam botol thermos terdapat 230 gram kopi 900e ditambahkan 20 gram susu 5C. Bilakalor jenis air, kopi dan susu sama yaitu 1 kal /gr=C, hitung suhu campurannya.

7. Air panas 1000e ditambahkan pada 300 gr air dingin o o e sehingga campuran mencapaikesetimbangan thermal pada suhu 40C. tentukan massa air panas yang ditambahkan.

B . Satu kilogram batang timah hitam (kalor jenis 1.300 kal/grC) B O o e dicelupkan dalam 2kg air 200e (kalor jenis 4200 Joule/kgC). Hitung suhu akhir batang timah.

9. Ke dalam gelas berisi 200 mg air 400e dimasukkan 40 gr es O'C, Jika kapasitas kalorgelas 20 kal/rC dan kalor lebur es B O kal/gr, hitung suhu setimbangnya.

10. Grafik di bawah ini menunjukkan hubungan antara suhu dan kalor (Q) yang diserarpoleh es. Jika kalor lebur es 3,3 x 10 5 J/kg, hitung massa es yang melebur.

)uhu(0C)107550

9,9 1:6,5