SUHU DAN KALOR

SUHU DAN KALOR

7.1 PENGERTIAN SUHU :

     Suhu adalah ukuran derajat panas dinginnnya suatu benda, benda panas suhunya tinggi dan benda dingin suhunya rendah.

Alat ukur suhu adalah thermometer.                                              

Pedoman membuat thermoneter;

 1. Titik didih air pada tekanan  udara 1 atm.

 2. Titik beku air pada tekanan  udara 1atm.

Ada beberapa jenis thermometer  :

3. Sebuah benda diukur menggunakan termometer Celsiuss menunjukkan 400 C.  Hitung suhu benda tersebut saat diukur dengan menggunakan skala : a) Fahrenheit?   b)Reamur?

7.2 PEMUAIAN

Pada umumnya benda dipanaskan (suhu naik) akan memuai (ukurannya bertambah) dan bila didinginkan (suhu turun) ukuran berkurang (menyusut).

7.2.1 Pemuaian zat padat

          Muai panjang :

Sebuah benda pada suhu mula-mula t0 panjangnya L0 kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik menjadi t dan panjangnya berubah menjadi Lt, maka akan terjadi perubahan panjang ΔL,dapat dituliskan :

   ΔL = Lt – L0  
Faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan panjang (ΔL) adalah

*Panjang mula-mula (L0)

 *Perubahan suhu(Δt = t –t0)   

 *jenis benda (α = koefisien muai panjang)

 Dapat dirumuskan : 

              ΔL  = α.L0.Δt

4. Sepotong kawat logam bersuhu 20 ⁰C mempunyai panjang 2 m.

     Hitung panjang kawat tersebut saat dipanaskan mencapai suhu 110⁰ C,

     dengan koefisien muai panjang kawat logan 1,2 10⁴ / ⁰ C?

 5. sepotong kawat pada suhu 30⁰ C mempunayi panjang 8 m kemudian dipanaskan,

     dengan koefisien muai panjang 1,2 . 10^-5 / ⁰ C,  hitung panjang kawat tersebut saat

     suhu kawat mencapai 80⁰ C?

Muai luas :

 Muai luas adalah pemuaian dua komponen panjang ( Luas bidang )

Sebuah bidang suhu mula-mula t0 mempunyai luas A0

kemudian dipanaskan suhunya menjadi t dan luasnya At, maka perubahan luas ΔA  dapat dituliskan 

                               ΔA  = At – A0 

Karena bidang mempunyai dua komponen panjang, maka perubahab luas dapat juga dirumuskan :

          ΔA =  β.A0.Δt                dengan :  β  = 2 α  

 

Muai Volume.

Volume adalah  panjang X lebar X tinggi,, contoh sebuah balok pada suhu mula-mula t0 mempunyai volume V0 kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik menjadi t  Volumenya menjadi Vt,  maka ada perubahan volume     ΔV.                                                                                                                                                                                                                                                       Dapat dituliskan :

                                            ΔV = Vt – V0  

Karena Volume mempunyai tiga komponen panjang , maka perubahan Volume dapat juga dirumuskan :

            ΔV = ץ.V0. Δt                     dengan  :     ץ = 3α          

7.2.2 PEMUAIAN ZAT CAIR

      

Zat cair adalah zat yang mudah berubah bentuknya, maka hanya dibahas muai volume  saja.

Dengan rumus   :    ΔV  =  Vt -  V0      atau

                                 ΔV  = ץ V0.Δt        

                                dengan ץ = koefisien muai volume zat cair                       

Anomali air.

Khusus air suhunya naik dari 00C menuju 40C volumenya menyusut yang disebut anomali air.Jadi air mempunyai massa jenis terbesar pada suhu 40C.

Soal latihan

6. Seseorang sedang memasak air dengan menggunakan panci logam. Panci yang mempunyai
    volume 2 liter diisi penuh dengan airdengan suhu 30 0 C, hitung volume air yang tumpah saat mencapai

    suhu 900 C, dengan koefisien muai volum air    dan koefisien muai panjang panci 1,2 . 10-5 / 0 C   ?

      

7.3 KALOR

7.3.1 Pengertian kalor

Kalor adalah kata lain dari energi panas.

Satuan kalor adalah kalori

                                              1kalori = 4,186 Joule

Satukalori adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air pada tekanan 1 atmosfer naik 1 ⁰K (suhunya naik dari 14,5 ⁰C menjadi 15,5 ⁰C.)

7.3.2 Kalor jenis ( c ) dan kapasitas kalor ( C ).

           Kalor jenis kalor ( c yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda tiap satuan massa naik tiap derajat Kelvin.

Dapat dirumuskan :         c = Q/m.ΔT     atau     Q = m.c.ΔT

Dalam SI satuan kalor jenis Jkg-1K^-1

  1 kalori/gram ⁰K = 4,186 J/gram ⁰K    = 4186 J/kg ⁰K   
7. Hitung kalor yang diperlukan untuk memasak 2 litre air dari suhu 30 ⁰C sampai
     mendidih ( 100 ⁰C ) dengan kalor jenis air 4200 J/kg ⁰C ? 

Kapasitas kalor ( C ): 
adalah banyaknya kalor yang  diperlukan untuk menaikkan suhu sejumlah zat naik tiap derajat Kelvin.

            Dapat dirumuskan  :      C =  Q/ΔT  atau   Q =C.ΔT 
     Satuannya dalam SI  …..  JK^-1        

Hubungan kalor jenis ( c ) dan Kapasitas Kalor ( C )

  C = m.c

Asas Black :Dua jenis zat dengan suhu berbeda apabila dicampur maka zat yang dinginakan naik suhunya karena menyerap panas (kalor) sedangkan zat yang panas suhunya turun karena melepas panas  (kalor) sehingga suhu kedau zat sama ( setimbang ).

Dapat dirumuskan :          Qserap  = Q lepas

Contoh soal latihan :

8. 50 gram  air mendidih bersuhu 100 ⁰C dituangkan ke dalam gelas

    massa 100 gram, mula-mula suhu gelas 20  ⁰C, dengan kalor jenis gelas 840 J/kg ⁰K

   dan kalor jenis air 4200J/kg ⁰K,  hitung suhu campuran air dan gelas saat

   mencapai keseimbangan ( anggap hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan gelas ) ?  

Proses pada perubahan wujud

A – B : Proses  memuai Es  dari -10 ⁰C ketitik lebur ( 0 ⁰C )

B – C : Proses melebur pada suhu tetap ( wujud Es dan air suhu 0 ⁰C )

C – D : Proses  memuai air suhu naik dari 00C ketitik didih (100 ⁰C) 

D – E : Proses   mendidih pada suhu tetap ( wujud air dan uap suhu 100 C )

E – F : Proses uap suhu naik dari 100 ⁰C

Titik B : adalah titik lebur ES ( 0 ⁰C )

Titik C : adalah titik beku Es ( 0 ⁰C)

Titik D : adalah titik didih air ( 100 ⁰ C )

Titik E : adalah titik embun uap ( 100 ⁰C )

Kalor yang diperlukan pada setiap proses :

                    

                        QAB = m.cEs.ΔtAB

                        QBC = m Les

                        QCD = m.cair.Δtair

                        QDE = m.Luap

                        QEF = m.cuap.Δtuap

QABCDEF= QAB+ QBC+ QCD+ QDE+ QEF

9. Hitung kalor yang diperlukan untuk mengubah sepotong es massa  500 gram
    bersuhu – 10 ⁰C  menjadi uap air bersuhu 120  ⁰C ( kalor jenis es = 2100 J kg^{-1 0}C,
    kalor lebur es = 335200 J kg^-1 , kalor jenis air = 4200 J kg^{-1 0}C, , kalor didih air = 2.258.00 J kg^-1 ,
   kalor jenis uap = 2010 J kg^{-1 0}C ?

Konveksi : adalah perpindahan kalor dengan cara molekul molekul panas mengalir ( berpindah tempat )

Laju kalor konveksi dapat dituliskan

                  Q/t      = h.A.ΔT

                

Dengan :     h = koefisien konveksi                                                                     

        A = Luas permukaan                                                        

       ΔT = perbedaan suhu

Radiasi : adalah perpindahan kalor secara pancaran yang berupa gelombang elektromagnet.

Laju radiasi yang dipancarkan suatu benda menurut  Stefan – Boltzman dapat dirumuskan  

                                               Q/t        =   e δ T⁴ A