2-Kalor Dan Perubahan Wujud

SERIEBOOKGURUMUDA

KalordanPerubahanWujud

EdisiKedua

UntukSMAkelasX

(TelahdisesuaikandenganKTSP)

AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com

1

LisensiDokumen:Copyright20082011GuruMuda.ComSeluruhdokumendiGuruMuda.Com dapatdigunakan dandisebarkan secarabebasuntuktujuanbukankomersial(nonprofit),dengansyarattidakmenghapusataumerubahatributpenulisdanpernyataancopyrightyangdisertakandalamsetiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang, kecualimendapatkanijinterlebihdahuludariGuruMuda.Com.

Penulis

Alexandersanlohat

(san)

SERIEBOOKGURUMUDA


2

ContactPerson

Andabisamenghubungisayamelaluibeberapajalurdibawah:

Blog:http://www.gurumuda.com

Email:[email protected]

TestimonialdanSaran

Apapunpendapatandamengenaitulisansaya,silahkanmemberikantestimonialatausarankonstruktifdemipengembanganebookinimenjadilebihbaik.Testimonialatausaranyangbersifatmembangun

dariandabisadikirimkeemailberikut:

[email protected]

Terimakasihataspartisipasianda

http://www.gurumuda.com/mailto:[email protected]:[email protected]

SERIEBOOKGURUMUDA


3

MateriPembelajaran :

KalordanPerubahanWujud

TujuanPembelajaran :

KompetensiDasar:

Menganalisispengaruhkalorterhadapsuatuzat

Indikator:

a. Menganalisispengaruhkalorterhadapperubahansuhubenda

b. Menganalisispengaruhkalorterhadapperubahanwujudbenda

Tujuan pembelajaran di atas merupakan tuntutan dari Depdiknas RI dalam KTSP. Jadi dirimu harusmencapaiKompetensidasardanIndikatortersebut.Kalautidakbisa,ntardapatnilaimerah:)aliastidaklulus.Nah,kaliiniGurumudamembimbingdirimuuntukbisamencapaitujuanpembelajarandiatas.

SelamatBelajar

SERIEBOOKGURUMUDA


4

PengetahuanPrasyarat

Sebelummempelajarimaterikalordanperubahanwujud,terlebihdahulukitapahamibeberapakonsepdasar yang akan selalu digunakan. Ini merupakan pengetahuan prasyarat, maksudnya kalau konseptersebut tidakdipahamidenganbaikdanbenarmakaketikamempelajarimaterikalordanperubahanwujudbenda,dirimuakankebingungan

KonsepSuhu

Dirimu pernahmenyentuh eskah ?wah, jangankanmenyentuh, kalau lagi gerah, langsung disikat.rasanya nikmat. Tubuh serasa sejuk. Tapi kalau pas lagimusim hujan, apalagi udaranya juga dingin,dirimumasihmauminumestidak?he2kalauudaranyalagisejuk,lebihasyikminumminumanyanghangat. Lebih nikmat, soalnya tubuh serasa lebih hangat. Kalau di rumah punya kulkas, coba bukakulkasmasukantangankedalamkulkasaliaslemaries.Rasanyabagaimanakah?iihhh,tangannyarismembeku.Hiks2 ataukalaumau iseng,cobasentuhairyangmendidihawas tangannyamelepuh.Ketika dirimu memasukkan tangan ke dalam kulkas, tangan terasa dingin. Ketika menyentuh airmendidih,tanganterasapanas.Panas,dingin,sejuk,hangatdkktuhsebenarnyaapasich?

Sejakdilahirkan, setiapkita sudahmempunyai inderaperaba.Ketikamenyentuhairmendidih, inderaperabamemberitahukitabahwaairyangdisentuhitupanas.Demikianjugaketikamenyentuhes,inderaperabamemberitahukitabahwaesitudingin.Ukuranpanasdandingininisebenarnyaberbeda2untuksetiaporang.Bayiyangbaru lahirbisa langsungmenjeritkesakitankalaudiberiminumairhangatatautangannyaditempelinesbatu.Sebaliknya,orangdewasamerasabiasasaja.Ketikamenyentuhbaraapi,mungkin tanganmu langsungkepanasan.Tapikalauorangyang tangannyakasarmenyentuhbaraapi,panasyangdirasakannyamungkintidaksedasyatyangdirimurasakan.

Konsepsuhualiastemperatursebenarnyaberawaldarirasapanasdandinginyangdialamioleh inderaperaba kita. Berdasarkan apa yang dirasakan oleh indera peraba, kita bisamengatakan suatu bendalebihpanasdaribenda yang lain.Atau suatubenda lebihdingindaribenda lain.Ukuranpanas ataudinginnya suatu benda ini dikenal dengan julukan suhu alias temperatur. Benda yang terasa panasbiasanyamemilikisuhuyanglebihtinggi.Sebaliknya,bendayangterasadinginmemilikisuhuyanglebihrendah.Semakindinginsuatubenda,semakinrendahsuhunya.Sebaliknya,semakinpanassuatubenda,semakintinggisuhunya.

Btw,ukuranpanasataudinginnyasuatubendayanghanyadidasarkanpadasentuhan (inderaperaba)ini sebenarnya tidak terlalu jelas.Apa yangdirasakanoleh setiaporangbisa sajaberbeda.Demikianjuga,walaupunmenyentuhbendayangsama,panasyangdirasakanolehbagian tubuhyangberbeda

SERIEBOOKGURUMUDA


5

bisasajaberbeda.Dirimubisamembuktikannyadenganmelakukanpercobaankecilkecilanberikut ini.Siapkan3wadah,misalnya3gelas.Masukanairpanaskedalamgelas1 (airnya jangan terlalupanas,nantitanganmubisamelepuh).Masukanjugaairdinginkedalamgelas2.Campurkanairpanasdanairdingin,lalumasukkankedalamgelas3.Sekarangtariknapaspendekseratuskali;)sesaknapastidak?hiks2Cumacanda.Silahkanmasukkantangankananmukedalamgelas1dantangankirimukedalamgelas 2. Diamkan selama beberapa saat. Setelah itu, masukkan kedua tanganmu ke dalam gelas 3.Rasanya bagaimanakah ? gurumuda yakin, tangan kananmu akan merasa lebih dingin, sebaliknyatangankirimumerasalebihhangat.Anehkhan?padahalairnyasamasiairbikindirimukebingungan:) maubilang airdalam gelas 3panas, tangan kananmubisa ngamuk2menurut tangan kanan, airdalamgelas3dingin.Sebaliknyakalaumaubilangairdalamgelas3dingin, tangankirimungamuk2menurut tangan kiri, air dalam gelas 3 hangat. Hiks2. Dunia dijungkirbalikkan. Itulah keterbatasaninderamanusia.. Oya,percobaanseperti inipertamakalidilakukanolehalmahrumJohnLockepadatahun1690.Wah,sudahkadaluarsa;)

Berdasarkanpenjelasanpanjangpendekdanberteletelediatas,bisadisimpulkanbahwainderaperabakitamemilikiketerbatasandalammenentukanukuranpanasataudinginnyasuatubenda.Karenainderaperabadkkbisamembuatkitaterkecoh,makakitamembutuhkansuatualatyangbisadigunakanuntukmengukursuhusecaratepat.Alatpengukursuhuyangdimaksudadalahsitermometer.Btw,sebelumjalanjalanbersamatermometer,terlebihdahulukitapahamikonsepkeseimbangantermaldanhukumkenoltermodinamika.

KeseimbanganTermaldanHukumKenolTermodinamika

Dirimu pernahminum es tehkah ? ataumungkin es sirup, es susu dkk. biasanya kalau kitamauminumestehdkk,kitamencampurairpanasatauairhangatyangadadidalamgelasdenganesbatu.Jikadiperhatikansecarasaksama,esbatuperlahanlahanmulaimencair.Padasaatesbatumencair,airpanas yang ada di dalam gelasmenjadi dingin. Setelah beberapamenit, campuran es batu dan tehhangatpunberubahmenjadiestehyangbegitusejukdanmengundangseleraapalagipas lagigerahataukepanasan.

Mencampur es batu dengan air panas dalam gelas hanyamerupakan salah satu contoh saja.Masihbanyakcontohlainyangseringkitalakukandalamkehidupanseharihari.Kalaukitainginmandidenganair hangat, biasanya kita mencampur air mendidih dengan air yang lebih dingin. Ketika kita inginmendinginkanbendapadat,sepertibesipanas,kitabisamencelupkanbesikedalamair.Apayangkitalakukaninikelihatannyasederhanadansepele.Walaupundemikian,haltersebutmerupakansalahsatukonsepyangpentingdalamilmufisika.

SERIEBOOKGURUMUDA

KeseimbanganTermal

Sebagaimanayangtelahgurumudajelaskansebelumnya,jikakitainginmemperolehairhangat,kitabisamencampurairpanasdenganairdingin.Kitabisamengatakanairpanasmemilikisuhutinggisedangkanairdinginmemilikisuhuyang lebihrendah.Setelahdicampur,perlahanlahanairpanasmenjadidingin(suhuairpanasmenurun),sebaliknyaairdinginmenjadihangat(suhuairdinginmeningkat).Beberapasaat kemudian, campuran air panas dan air dingin berubah menjadi air hangat. Adanya air hangatmenunjukkanbahwasuhucampuranairpanasdanairdingintelahsama.Ketikacampuranairpanasdanairdinginmencapaisuhuyangsama,keduanyadikatakanberadadalamkeseimbangantermal.

Prosesyang sama juga terjadiketikakitamemasukanesbatukedalamgelasyangberisi tehhangat.Setelah dimasukan ke dalam gelas, es batu mulai mencair dan air teh yang pada mulanya hangatmenjadi dingin. Setelah saling bersenggolan di dalam gelas, campuran es batu dan teh hangat punberubahmenjadi es teh yang sejuk danmengundang selera.Adanya es tehmenujukan bahwa suhucampuransama.Ketikaesbatudantehhangatmencapaisuhuyangsama,keduanyadikatakanberadadalamkeseimbangantermal.

Masihbanyakcontohlain.Seandainyadirimupunyakoleksikulkasdirumah,silahkanbukapintukulkasdan masukan tanganmu ke dalam kulkas tersebut. Tanganmu akan terasa dingin Sebaiknya tariktanganmudaridalamkulkassebelumterjadikeseimbangantermaldandarahakanmembeku;)hiks2.Contohlaindipikirkansendiriya..masihsangatbuanyak

Pada dasarnya, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal, jika setelah bersentuhan,keduabendatersebutmencapaisuhuyangsama.Misalnyaterdapat2benda,sebutsajabendaAdanbendaB.PadamulanyabendaAmemilikisuhutinggi(bendaApanas)sedangkanbendaBmemilikisuhurendah(BendaBdingin).Setelahbersentuhancukup lama,keduabendatersebutmencapaisuhuyangsama. Dalam hal ini, benda A dan benda B dikatakan berada dalam keseimbangan termal. Untukmemperjelas,amatigambardibawah.

Ini cuma ilustrasi saja.Gambar ini kayaknya lebih cocok untuk benda padat. Perlu diketahui bahwabenda yang bersentuhan bisa berupa benda padat, cair atau gas. Apabila yang saling bersentuhanadalahbendapadat,makakeduabendabisaditempelin sepertigambardiatas.Sebaliknya, jikayangsaling bersentuhan adalah benda padat dan cairan, maka benda padat dicelupkan ke dalam cairan(misalnyabesi yangpanasdimasukkan kedalam air).Apabila yang salingbersentuhan adalah cairan,


6

SERIEBOOKGURUMUDA

makakitabisamenuangkansalahsatucairankedalamcairan lainnya (misalnyamencampurairpanasdenganairdingin).

HukumKenolTermodinamika

Sejauh ini kitabarumeninjau keseimbangan termal yangdialamiolehduabenda yangbersentuhan.Untukmemahamikonsepkeseimbangantermalsecaralebihmendalam,marikitatinjau3benda(sebutsajabendaA,bendaBdanbendaC).BendaCbisadianggapsebagaitermometer.MisalnyabendaAdanbendaB tidak salingbersentuhan, tetapibendaAdanbendaBbersentuhandenganbendaC.Amatigambardibawah

Karenabersentuhan,maka setelahbeberapa saatbendaAdanbendaCberadadalamkeseimbangantermal.DemikianjugabendaBdanbendaCberadadalamkeseimbangantermal.Btw,apakahbendaAdanbendaByangtidaksalingbersentuhanjugaberadadalamkeseimbangantermal?

Kalau cuma main logika, kita bisa mengatakan bahwa benda A dan benda B juga berada dalamkeseimbangan termal, sekalipun keduanya tidak bersentuhan. Benda A dan benda C berada dalamkeseimbangantermal,berartisuhubendaA=suhubendaC.BendaBdanbendaC jugaberadadalamkeseimbangantermal(suhubendaB=suhubendaC).KarenaA=CdanB=C,makaA=B.hiks2.

Berhubunginibukanpermainanlogikaatautebak2an,makaperludibuktikanmelaluipercobaan.Dirimutidakperlurepot2membuatpercobaankarenaomdantanteilmuwanyangsudahpensiundialambakatelahmelakukanpercobaan.Berdasarkanhasilpercobaan,ternyatabendaAdanbendaB jugaberadadalamkeseimbangantermal.Dalamhal ini,suhubendaA=suhubendaB.JadiwalaupunbendaAdanbendaB tidakbersentuhan, tapi karena keduanyabersentuhandenganbendaC,makabendaAdanbendaB juga ikut2anberadadalam keseimbangan termal.Hal inidisimpulkandalam sebaris kalimatindahdibawahini:


7

SERIEBOOKGURUMUDA


8

Jikaduabendaberadadalamkeseimbangantermaldenganbendaketiga,makaketigabendatersebutberadadalamkeseimbangantermalsatusamalain.

Iniadalahhukumke0termodinamika.Kedengarannyaagakaneh,jarangjaranghukumdimulaidarinol.KisahnyabeginiSetelahparailmuwanmenemukanhukumtermodinamikapertama,keduadanketiga,merekabarusadarkalauhukuminibelumdinyatakan.Bagaimanapun,hukuminimerupakandasarbagihukumtermodinamikapertama,keduadanketiga,makapara ilmuwanharusmenyatakannyaterlebihdahulu.Munculnyabelakangan,lagianilmuwanjugabingungmaunempelindimana,yalebihbagusdanlebihtepatkalaudiberijulukanhukumke0saja.

Oya,nyaris lupaHukum kenol termodinamika sebenarnyamaumenyatakanbahwa terdapat suatukuantitasyangsangatpentingdalamfisika,yakniSuhualiasTemperaturSeandainyaketigabendayangsalingbersentuhantidakberadadalamkeseimbangantermalsatusamalain,makasuhualiastemperturmenjadi sesuatu yang tidak berguna. Bagaimanapun pengalaman kita menunjukkan bahwakeseimbangantermaldapattercapaiapabilabendayangsalingbersentuhanmencapaisuhuyangsama.

SERIEBOOKGURUMUDA

JENISJENISTERMOMETERDANPRINSIPKERJATERMOMETER

Alat yang dirancang untuk mengukur suhu adalah termometer. Terdapat banyak jenis termometer,tetapi prinsip kerjanya sebenarnya sama. Biasanya, kita memanfaatkan materi yang bersifattermometrik(sifatmateriyangberubahterhadaptemperatur).Maksudnya,kalausuhumateritersebutberubah, bentuk dan ukuran materi tersebut juga ikut2an berubah. Kebanyakan termometermenggunakanmateriyangbisamemuaiketikasuhunyaberubah.

Termometeryangseringdigunakansaat initerdiridaritabungkaca,dimanaterdapatalkoholatauairraksapadabagiantengahtabung.Ketikasuhumeningkat,alkoholatauairraksayangberadadidalamwadahakanmemuaisehinggapanjangkolomalkoholatauairraksaakanbertambah.Sebaliknya,ketikasuhumenurun, panjang kolom alkohol atau air raksa akan berkurang. Pada bagian luar tabung kacaterdapatangkaangkayangmerupakanskalatermometertersebut.Angkayangditunjukkanolehujungkolomalkoholatauairraksamerupakannilaisuhuyangdiukur.Lihatgambar..

Jenistermometer lainyangbiasadigunakanadalahtermometeryangmenggunakan lembaranbimetal(dua logam yang jenisnya berbeda dan kecepatan pemuaiannya juga berbeda). Pada saat suhumeningkat,salahsatu logammengalamipemuaianyang lebihbesardari logam lain.Akibatnyakepingtersebutmelengkung.Biasanyakepingbimetalberbentukspiral,dimanasalahsatuujungkepingtetap,sedangkanujung laindihubungkankepenunjuk skala.Ketika suhuberubah,penunjukakanberputar.Termometer yang menggunakan lembaran bimetal biasanya digunakan sebagai termometer udarabiasa,termometerruangan,termometerovendll.


9

SERIEBOOKGURUMUDA


10

Termometer yang lebih akurat alias lebih tepat, biasanya menggunakan sifat elektris suatu materi.Misalnya termometerhambatan.Pada termometerhambatan,biasanyadiukurperubahanhambatanlistriksuatukumparankawattipisatausilinderkarbonataukristalgermanium.Karenahambatanlistrikbiasanyadapatdiukursecaratepat,makatermometerhambatanbisamengukursuhusecaralebihtepatdaripadatermometerbiasa.

SkalaSuhu

Agartermometerbisadigunakanuntukmengukursuhumakaperluditetapkanskalasuhu.Terdapat2skala suhu yang sering digunakan, antara lain skala celcius dan skala Fahrenheit. Skala yang palingbanyak digunakan saat ini adalah skala celcius (nama lain skala celcius adalah skala centigrade.Centigrade=seratus langkah).SkalaFahrenheitpalingbanyakdigunakandiAmerikaSerikat,mungkinpinginbedasendirikali ;)SkalasuhuyangcukuppentingdalambidangsainsadalahskalamutlakaliasskalaKelvin.MengenaiskalaKelvinakankitabahaskemudian(tuhdibawah).

TitiktetapskalacelciusdanskalaFahrenheitmenggunakantitikbekudantitikdidihair.Titikbekusuatuzatmerupakantemperaturdimanawujudpadatdanwujudcairberadadalamkeseimbangan(tidakadaperubahanwujudzat).Sebaliknya,titikdidihsuatuzatmerupakantemperaturdimanawujudcairdanwujudgasberadadalamkeseimbangan.Perludiketahuibahwatitikbekudantitikdidihselaluberubahterhadap tekanan udara., karenanya tekanan perlu ditetapkan terlebih dahulu. Biasanya kitamenggunakantekananstandar,yakni1atm(satuatmosfir)

SkalaCelcius

Untukskalacelcius, temperatur titikbekunormalair (disebut jugasebagai titikes)dipilihsebagainolderajatcelcius(0oC)dantemperaturtitikdidihnormalair(disebutjugasebagaititikuap)dipilihsebagaiseratusderajatcelcius(100oC).Diantaratitikesdantitikuapterdapat100derajat.Padatermometeryang menggunakan skala celcius, temperatur yang lebih rendah dari temperatur titik es biasanyaditandaidenganangkanegatif.

SkalaFahrenheit

OmFahrenheitmenghendakiagarsemuatemperaturyangdiukurbernilaipositif.Karenanya,iamemilih0oFuntuktemperaturcampuranesdanairgaram (temperaturterdinginyangbisadicapaiair).Ketikamengukur temperatur titik es dan titik uap, angka yang ditunjukkan pada skala Fahrenheit berupabilanganpecahan.Akhirnyabeliaumengoprek lagiskalanyasehingga temperatur titikesdan titikuapberupabilanganbulat.

SERIEBOOKGURUMUDA

UntukskalaFahrenheit,temperaturtitikbekunormalair(titikes)dipilihsebagai32derajatFahrenheit(32oF)dantemperaturtitiktitikdidihnormalair(titikuap)dipilihsebagai212derajatFahrenheit(212oF).Diantaratitikesdantitikuapterdapat180derajat.

Normaltuhmaksudnyadidalamairtidakadaunsurlain,tidakadagaram,tidakadagula,tidakadateh,tidakadasusu;).JadimurniH20

KonversiskalaSuhu

Sekarangmarikitabermainoprek2an.SebelumnyakitasudahberkenalandenganskalaomFahrenheitdan skala om Celcius. Karena kedua skala ini berbeda, maka alangkah baiknya jika kita belajarmengoprek skalacelciusmenjadi skala fahrenheit.Demikian juga sebaliknya, skala fahrenheitdioprekmenjadiskalacelcius.

Catatan:

Apabilakitamengatakansuatusuhutertentu,makakitamenyebutnyaderajatCelcius(oC)atauderajatFahrenheit(oF).Contoh:Padatekanan1atm,suhuairpanas=100oCatau180oF.Suhutubuhsaya=98oF.Sebaliknya, jikakitamengatakanperubahansuhuatauselisihsuhu,makakitamenyebutnyaCelciusderajat (Co) atau Fahrenheit derajat (Fo). Contoh : suhu air mulamula 20 oC. Setelah dipanaskan,suhunyaberubahmenjadi50oC.Dengandemikian,airmengalamiperubahansuhusebesar30Celciusderajat(30Co).lanjutya.

Pada tekanan1atm, suhu titikesuntuk termometerberskala celcius=0 oC, sedangkan termometerberskalaFahrenheit=32oF.Sebaliknya,padatekanan1atm,suhutitikuapuntuktermometerberskalaCelcius=100oC,sedangkantermometerberskalaFahrenheit=212oF.Amatigambardibawah.


11

SERIEBOOKGURUMUDA

Untuk memudahkanmu mengubah skala Celcius menjadi skala Fahrenheit atau mengoprek skalaFahrenheitmenjadi skalaCelcius, ingat saja0 oC=32 oFdan100 oC=212 oF.Sambil lihatgambardiatasPadaskalaCelcius,antara0 oCsampai100 oC terdapat100o.SedangkanpadaskalaFahrenheit,antara32oFsampai212oFterdapat180o.

MengubahskalaCelciusmenjadiskalaFahrenheit


12

TF=100180

TC+32o

TF=59TC+32

o

UntukmemperolehsuhudalamskalaFahrenheit(TF),kalikanterlebihdahulusuhudalamskalaCelcius(TC)dengan9/5.Setelahitutambahkandengan32

o

Contohsoal1:

Suhuairyanglagikepanasan=60oC.BerapakahsuhuairpanasdalamskalaFahrenheit?

Panduanjawaban:

Guampangkok.Kalikanterlebihdahulu60oCdengan9/5.Setelahitubarutambahkandengan32o.60x9/5=108.108+32=140oF.kesimpulannya,60oC=140oF

MengubahskalaFahrenheitmenjadiskalaCelcius

TC=180100

(TF32o)

TC=95(TF32

o)

UntukmemperolehsuhudalamskalaCelcius(TC),kurangiterlebihdahulusuhudalamskalaFahrenheit(TF)dengan32

o, setelah itubaru kalikandengan5/9. Janganpakehafal tuh rumus,ntardirimubisapusink seribu keliling. Syukur kalau cumapusink.Pasmauujian rumusnya lupa ;)wah, jadi stressseribukeliling

Contohsoal2:

Suhuairyanglagikepanasan=140oF.BerapakahsuhuairpanasdalamskalaCelcius?

SERIEBOOKGURUMUDA

Panduanjawaban:

Inimahanaksdjugabisaoprek;)Kurangidulu140oFdengan32o.Setelahitubarukalikandengan5/9.14032=108.108x5/9=60oC

KalibrasiTermometer

Kalibrasi tuh proses membuat skala pada sebuah termometer. Berikut ini beberapa petunjuk darigurumuda

Langkahpertama,keluarkanduitdaridompetdanbelilah sebuah termometerair raksa tanpa skala.Syukur kalaudi laboratorium sekolahmu sudah ada. Langkah kedua, keluarkanduitdaridompetdanbelilah esbatu secukupnya. Langkah ketiga, curi airpunya tetangga secukupnya. Langkah keempat,siapkansebuahpemanasairyangbisadigunakanuntukmemanaskansiairhinggamendidih.

Masukanesbatudanairkedalamsebuahwadah(usahakanairdanesbatusamabanyak).Setelahitu,masukkan termometer ke dalamwadah yang berisi air dan es batu tersebut. Karena padamulanyatermometerlebihpanasdariaires,makasetelahdimasukkankedalamwadah,panjangkolomairraksaakanberkurang.Biarkansampaipanjangkolomairraksatidakberubah(siairraksatidakjalanjalanlagi).Ketika panjang kolom air raksa tidak berubah, campuran es batu dan air telah berada dalamkeseimbangantermal.Tandaiposisikolomairraksatersebut (tandaibagianujungkolomairraksa). Iniadalahsuhutitikesaliastitikbekunormalair.Amatigambardibawahbiarpaham.

Air sudah dipanaskan belum ? kalau belum, silahkan memanaskan air. Masukkan si termometer kedalamwadahyangberisiairyangsedangdipanaskan.Tunggusampaisiairkepanasandanberdiskoriadalamwadah(maksudnyasiairmendidih).Jikapanjangkolomairraksasudahtidakberubahlagi,tandaiujungkolomairraksatersebut.Iniadalahtemperaturtitikdidihnormalairaliastitikuap.Amatigambardibawah.


13

SERIEBOOKGURUMUDA

Jika dirimu ingin membuat skala Celcius, jarak antara kedua tanda dibagi menjadi 100 garis/titik.Usahakanjarakantarasetiapgaris/titikharussama.Tandabagianbawah=0oC,sedangkantandabagianatas=100oC.Lihatgambardibawah

Jikadirimu inginmembuat skala Fahrenheit, jarak antara kedua tandadibagimenjadi180 garis/titik.Usahakanpanjangsetiapgaris/titikharussama.Tandabagianbawah=32oF,sedangkantandabagianatas=212oF.32oFtuhbarusuhutitikes.Karenanyadirimubisamenambahkangarisatautitiksampai0oF. Tambahkan juga garis/titik di sebelah atas 212 oF. Panjang setiap garis/titik harus sama dengansebelumnya.

Catatan:


14

SERIEBOOKGURUMUDA


15

Suhutitikesdansuhutitikuaptergantungpadatekananudara.Karenanyatermometeryangdikalibrasidi tempat yang tekanannya berbeda akan memberikan hasil berbeda. Termometer biasa sepertitermometerairraksaatautermometeralkohol,biasanyabersifatterbatas.Termometertersebuttidakbisadigunakanuntukmengukursuhuyangsangatrendahatausuhuyangsangattinggi.

TermometerGasVolumeKonstandanSkalaKelvin

Sebelumnya kita sudah mempelajari cara mengkalibrasi suatu termometer. Termometer yang kitagunakanadalah termometerair raksa yangbelumpunya skala.Btw, seandainya kitamengkalibrasi2termometer yang jenisnya berbeda, misalnya termometer air raksa dan termometer alkohol, skalakedua termometer tersebutmungkin hanya cocok pada 0 oC (atau 32 oF) dan 100 oC (atau 212 oF).Apabila kita menggunakan kedua termometer tersebut untuk mengukur suhu ruangan, angka yangditunjukkan belum tentu sama. Bisa saja termometer air raksamenujukkan angka 48 oC, sedangkantermometeralkoholmenunjukkanangka46 oC.Hal inidisebabkankarenakecepatanpemuaiansetiapmateriberbeda2.Demikian jugadengan jenis termometeryang lain,seperti termometerbimetaldkk.Skalasuhuyangditetapkandengancarainisangatbergantungpadasifatmateriyangdigunakan.Materiyanggurumudamaksudadalahsiairraksa,alkohol,kepingbimetaldkk.

Karena skala suhu yang ditetapkanmenggunakan termometer biasamempunyai keterbatasan (skalasuhu tergantung pada sifat materi yang digunakan), maka kita membutuhkan sebuah termometerstandar.Adanyatermometerstandarmembantukitauntukmenetapkanskalasuhusecara lebihtepat,tanpaharusbergantungpadasifatsuatumateri.

Termometer yang nyaris sempurna/ideal adalah termometer gas volumekonstan. Prinsip kerja sitermometergasvolumekonstanadalahsebagaiberikut.Volumegasdijagaagarselalutetapaliastidakberubah.Nah,ketikasuhubertambah,tekanangasjugaikut2anbertambah.

SERIEBOOKGURUMUDA

Inicumagambarankasarnyasaja.Termometergasvolumekonstansekarangcanggih2...Dalampipa1dan pipa 2 terdapat air raksa. Volume gas dijaga agar selalu konstan, dengan cara menaikan ataumenurunkanpipa2 sehinggapermukaanair raksadalampipa1 selaluberadapada tandaacuan. Jikasuhualiastemperaturmeningkat,tekanangasdalamtabungjugaikut2anbertambah.Karenanya,pipa2harusdiangkatlebihtinggiagarvolumegasselalukonstan.Tekanangasbisadiketahuidenganmembacatinggikolomairraksa(h)dalampipa2.Kalaupakaicaramanual,ingatsajakolomairraksasetinggi760mm=tekanan1atm(1atmosfir).Mengenaihal inibisadipelajaripadapokokbahasanTekananpadaFluida.Materinyasudahadadiblog ini.Biasanyapada termometergasvolumekonstanyangcanggihsudahadaalatpenghitungtekanan.Wadahyangberisigasjugasudahdirancangagargasselaluberadadalamvolumeyangtetap.Jadiyangdiukurcumaperubahantekanannyasaja...

Untukmengkalibrasi termometer gas volume konstan, kitabisamengukur tekanan gaspada2 suhu.Misalnyakitagunakansuhutitikesdansuhutitikuap.Suhutitikesdansuhutitikuapbergantungpadatekananudara.Biasanyapadatekanan1atm,suhutitikes=0oCdansuhutitikuap=100oC.Anggapsajakitamengkalibrasitermometergasvolumekonstanpadatempatyangmempunyaitekananudara1atm.

Pertama,tabunggasdimasukkankedalamwadahyangberisiesbatudanair.Volumegasdijagaagarselalutetap,karenanyapipa2harusditurunkansehinggapermukaanairraksapadapipa1tetapberadapadatitikacuan.Jikavolumegassudahtidakberubah,catatketinggiankolomairraksa(h)padapipa2.Gunakanhuntukmenghitung tekanan.Btw, kalau pakai termometer gas yang canggih, tabung yangberisigas langsungdicelupsajakedalamwadahyangberisiesbatudanair.Sudahadaalatpengukurtekanan, tinggal dibaca saja tekanan gas berapa... Catat besar tekanan gas tersebut (anggap saja initekanan1=P1)


16

SERIEBOOKGURUMUDA

Kedua, tabung gas dimasukkan ke dalam wadah yang berisi air yang lagi dipanaskan. Seperti biasa,volumegasdijagaagarselalutetap,karenanyapipa2dinaikkansehinggapermukaanairraksapadapipa1tetapberadapadatitikacuan.Jikavolumegassudahtidakberubah,catatketinggiankolomairraksa(h)padapipa2.Gunakanhuntukmenghitungtekanangas....(anggapsajainitekanan2=P2)

Ketiga,buatgrafikyangmenyatakanhubunganantaratekanandansuhu...lihatcontohdibawah.

P1adalahtekanangasuntuksuhutitikes(0oC)danP2adalahtekanangasuntuksuhutitikuap(100

oC).Gambarkan sebuah garis yangmenghubungkan titik temuP1dan0

oCdan titik temuP2dan100oC.

Denganberpedomanpadagrafik,walaupunkitahanyamengetahuibesartekanangas,besarsuhujugabisadiketahuidenganmudahbahkanbisadiramalkan.

SkalaKelvin

Sekarang tataplahgrafikdiatasdenganpenuhkelembutan..... Jikagarismiringditarikkekiri sampaimemotongsumbuToC,kitaakanmenemukanbahwaketikatekanangas=0,besarsuhu= 273,15oC.Mungkin kita berpikir bahwa besar suhu tersebut berbedabeda, tergantung pada jenis gas yangdikurungdalamtabungtermometergasvolumekonstan.Btw,berdasarkanhasilpercobaan,walaupunjenis gas berbeda, ketika tekanan gas menjadi nol, besar suhu tetap bernilai 273,15 oC. Dengandemikian,kitabisamenggunakanbesarsuhuinisebagaipatokanskalasuhu(disebutjugasebagaisuhualiastemperaturnolmutlak).

TemperaturnolmutlakinidikenaldenganjulukanskalamutlakaliasskalasuhuKelvin.Kirainskalasuhugurumuda;)KelvinadalahnamaalmahrumLordKelvin(18241907),mantanfisikawanInggris.Sekarangbeliau sudah beristirahat di alam baka, karenanya gurumuda menyebutnya mantan fisikawan. Padaskala ini,suhudinyatakandalamKelvin(K).Selangantaraderajatsamaspertipadaskalacelcius,tetapiharganoldigeserhingga0K.Jadi0K=273,15oCdan273,15K=0oC.SuhudalamskalaCelciusdapatdiubahmenjadiskalaKelvindenganmenambahkan273,15,suhudalamskalaKelvinbisadiubahmenjadiskalaCelciusdenganmengurangi273,15.Secaramatematis,bisaditulissebagaiberikut:

T(K)=T(oC)+273,15


17

SERIEBOOKGURUMUDA


18

T(oC)=T(K)273,15

Contohsoal1:

20oC=....K?

Panduanjuawaban....

T=20+273,15=293,15K

Contohsoal2:

293,15K=....oC?

Panduanjuawaban....

T=293,15273,15

T=20oC

Contohsoal3:

100oF=.....K?

YanginibuatPRdirumah;)ubahdulusiFahrenheitkeCelcius.SetelahitubaruubahsicelciuskeKelvin.Guampangkok.....

SERIEBOOKGURUMUDA


19

KALORDANPERUBAHANWUJUD

Katanyakalauorangyanggemukinginmengurangilemak,makaiaharusbanyakberolahraga,misalnyalarilaridimalamhari;)atauberenangdikolamrenang.Pokoknyaolahragalah.Kenapaya,sigemukdisuruhharusbanyakolahraga.Semuanyakokmaujadiatlet..

Btw,dirimusukamakankhan?ya,iyalahpalinghobikalausoalmakan.Pagingemil,sorepunngemilKalaubelibiskuit,dirimubiasabaca2 tulisanyangadadibungkusan tidak?Protein30kkal. lemak20kkal.karbohidrat40kkal.besi10kkal.batu15kkal.pasir90kkaltuhmaksudnyaapaya?Bingungkah?hiks2.Metbelajarya.

Catatan:

Lebih baik gurumuda pakai istilah kalor saja.Memang nama lain dari kalor adalah panas, tapi nantidirimubisabingungMasalahnyakatapanas (dalamhal inipanas=kalor),miripdengankatapanasdalamkalimat:tubuhyangpanas,airpanasdkk.Jadibiarlebihaman,gurumudapakaikatakalorsaja.Btw,dirimujanganlupaya,namalaindarikalortuhpanas

KonsepKalor

Pernahminumesteh,essusu,essirupdkk?Nah,ketikamembuatesteh,biasanyakitamencampurairpanasatauairhangatyangadadidalamgelasdenganesbatu.Airpanasatauairhangatmemilikisuhuyang lebihtinggi,sebaliknyaesbatumemilikisuhuyang lebihrendah.Setelahbersenggolanbeberapasaat,campuranesbatudantehpanaspunberubahmenjadiesteh(campuranesbatudantehhangattelahmencapaisuhuyangsama).Prosesyangsamaterjadiketikakitamencampurairpanasdenganairdingin.Setelahbersentuhan,airpanasdanairdinginberubahmenjadiairhangat(Campuranairpanasdan airdingin telahmencapai suhu yang sama).Btw,mengapabisa terjadi seperti itu ?maksudnya,mengapa setelahbersentuhanbendabenda tersebutbisamencapai suhuyang sama?bingun, sebel,pusinkhuft.he2

Apabila benda2 yangmemiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, akan ada aliran kalor dari bendayangbersuhutinggimenujubendayangbersuhurendah.Alirankalorakanterhentisetelahkeduabendayang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Misalnya kalau kita mencampur air panas dengan airdingin,biasanyakalormengalirdariairpanasmenujuairdingin.Kalorberhentimengalirjikacampuranairpanasdanairdingintelahberubahmenjadiairhangat.Ketikakitamemasukkanbesipanaskedalamair dingin, kalor mengalir dari besi menuju air. Kalor akan berhenti mengalir setelah besi dan airmencapai suhu yang sama. Ketika dokter atau perawat menempelkan termometer ke tubuhmu(misalnya kalau dirimu lagi demam), kalor mengalir dari tubuhmu menuju termometer. Kalor akan

SERIEBOOKGURUMUDA

berhenti mengalir kalau tubuhmu dan termometer telah mencapai suhu yang sama. Kalautermometernyapakaiairraksa,makaketika tubuhmudan termometermencapaisuhuyangsama,airraksatidakjalanjalanlagi.Angkayangditunjukkanpermukaanairraksamerupakansuhutubuhmusaatitu.Kalautermometeryangdipakaiberupatermometerdigital,angkapadabagiantengahtermometerakan terhenti setelah tubuhmu dan termometermencapai suhu yang sama.Angka yang ditunjukkantermometeradalahsuhutubuhmu.

Biasanyakalormengalirdengansendirinyadaribendayangbersuhutinggimenujubendayangbersuhurendah.Alirankalor cenderungmenyamakan suhubendayangbersentuhan. Jangan tanyagurumudamengapademikiandari sononyamemang sudahbegitu.Mirip sepertikalaudirimu lihatcewekataucowokcakep,dirimupenasaran.Lagikangenberatsamapacar,malamnyacumabolakbalikditempattidur. Mengapa bisa demikian ? dari sononya sudah begitu :) mengapa laki2 harus kawin denganperempuan?darisononyasudahbegitumengapatikustidakpacarandengankucing?darisononyasudahbegitu

Padaabadke18,parailmuwanberpikirbahwaalirankalormerupakangerakansuatufluida,suatujenisfluidayangtidakkelihatan(fluidatuhzatyangdapatmengalir.Yangtermasukfluidaadalahzatcairdanzatgas.Misalnyaairairkhanbisamengalir.AtauudaraUdara jugabisamengalir).FluidatersebutdinamakanCaloric.TeorimengenaiCaloric iniakhirnya tidakdigunakan lagikarenaberdasarkanhasilpercobaan,keberadaansicaloricinitidakbisadibuktikan.

Padaabad ke19, seorangpembuatminumandari Inggris yangbernama JamesPrescott Joule (18181889) mempelajari cara bagaimana agar air yang ada di dalam sebuah wadah bisa dipanaskanmenggunakanrodapengaduk.BerikutinikilasansingkatpercobaanyangdilakukanolehomJimi.

Tataplahgambardiatasdenganpenuhkelembutan.Pengadukmenempeldengansumbuputar.Sumbuputar dihubungkan dengan bebanmenggunakan tali. Ketika beban jatuh, tali akanmemutar sumbusehinggapengadukikut2anberputar.Jikajumlahlilitantalisedikitdanjarakjatuhnyabebankecil,maka


20

SERIEBOOKGURUMUDA


21

kenaikansuhuairjugasedikit.Sebaliknya,jikalilitantalidiperbanyakdanbendajatuhlebihjauh,makakenaikansuhuairjugalebihbesar.

Ketikapengadukberputar,pengadukmelakukanusahaaliaskerjapadaair.Besarnyakerjaaliasusahayangdilakukanolehpengadukpada air sebandingdenganbesarnya kerja aliasusaha yangdilakukanolehgayagravitasiterhadapbebanhinggabebanjatuhsejauhh.Ingatrumususahaaliaskerja:Usaha(W)=Gaya(F)xperpindahan(s)=Gayaberatbeban(w)xperpindahanbeban(h)=massabeban(m)xpercepatangravitasi(g)xketinggian(h).Ketikamelakukankerjaterhadapair,pengadukmenambahkanenergipadaair(ingatkonsepusahadanenergi).Karenanyakitabisamengatakanbahwakenaikansuhuair disebabkan oleh energi yang dipindahkan dari pengaduk menuju air. Semakin besar kerja yangdilakukan,semakinbanyakenergiyangdipindahkan.Semakinbanyakenergiyangdipindahkan,semakinbesarkenaikansuhuair(airsemakinpanas).

Dirimu jangan pake bingung dengan konsep usaha dan energi ini Mirip seperti ketika dirimumendorongsepedamotoryanglagimogok.Sepedamotorbisabergeraksejauhjaraktertentu(s)akibatadanyagayadorong(F).Dalamhalini,sepedamotorbisabergerakkarenadirimumelakukanusahaaliaskerjapadasepedamotor tersebut. Ingat :Usahaaliaskerja=W=Gayadorong (F)xPerpindahan (s).Nah,ketikamendorongsepedamotor,dirimukelelahanaliascapejugakhan?Halitudisebabkankarenaenergi dalam tubuhmu berkurang, dimana sebagian energi dalam tubuhmu dipindahkan ke sepedamotor tersebut.Ketikabergerak, sepedamotor jugapunyaenergi (energi kinetik=EK=mv2.m=massamotor,v=kecepatanmotor).Energisepedamotor inisebenarnyaberasaldarienergitubuhmu.Kesimpulan:kitabisamengatakanbahwaketikadirimumelakukanusaha/kerjapadamotor,energidaritubuhmudipindahkanpada sepedamotor.Kasus inimiripdenganpercobaanom Jimidi atas.Ketikaberputardalamair,pengadukmelakukankerja/usahapadaairsehinggaenergipengadukdipindahkankeair.Adanyatambahanenergidaripengadukiniyangmembuatsiairkepanasan(suhuairmeningkat).

Berdasarkanhasilpercobaannya,omJimiJoulemembuatperbandingan.Ketikaibukesayanganhendakmemanaskanairdidapur,wadahyangberisiairdisentuhkandengannyalaapiyangmenyemburdarikompor.Ketikanyalaapidanwadahyangberisiairbersentuhan,kalormengalirdariapi (suhu tinggi)menujuair(suhurendah).Oya,alirankalormampirsebentardiwadah.Karenaadanyaalirankalordariapimenujuair,makaairyangpadamulanyakedinginanmenjadikepanasan(suhuairmeningkat).

Setelah membuat perbandingan antara meningkatnya suhu air karena bersentuhan dengan api danmeningkatnya suhu air akibat adanya kerja yang dilakukan oleh pengaduk, om Jimi menyimpulkanbahwa kalor sebenarnyamerupakan pemindahan energi. Ingat ya, kalor bukan energi (kalor bukansuatujenisenergitertentu).Kaloradalahenergiyangberpindah.Jadiketikakalormengalirdaribendayangbersuhu tinggimenujubenda yangbersuhu rendah, sebenarnyaenergilah yangberpindahdaribenda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Proses perpindahan energi akanterhenti ketika benda2 yang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Berdasarkan penjelasan yangpanjang pendek dan bertele2 di atas, kita bisa menyimpulkan bahwa kalor merupakan energi yangberpindahdarisatubendakebendayanglainakibatadanyaperbedaansuhu.

SERIEBOOKGURUMUDA


22

Satuankaloradalahkalori (disingkatkal).Kaloriadalah jumlahkaloryangdiperlukanuntukmenaikansuhu1 gram air sebesar 1Co (Tepatnyadari14,5 oCmenjadi15,5 oC). Jumlah kalor yangdiperlukanberbeda2untuksuhuairyangberbeda.Untuk jumlahkaloryangsama,kenaikansuhuairsebesar1oChanyaterjadiantarasuhu14,5oCsampai15,5oC.Satuankaloryangseringdigunakan,terutamauntukmenyatakannilaienergimakananadalahkilokalori(kkal).1kkal=1000kalori.Namalaindari1kkal=1Kalori(hurufKbesar).

Satuan kalor untuk sistem Bristish adalah Btu (British thermal unit = satuan termal Inggris). 1 Btu =jumlah kalor yang diperlukan untukmenaikkan suhu 1 pound air sebesar 1 Fo (Tepatnya dari 63 oFmenjadi64oF).

Kalormemiliki keterkaitandenganenergi (Dalamhal ini, kalormerupakan energiyangberpindah),karenanya kita perlu mengetahui hubungan antara satuan kalor dengan satuan energi. Berdasarkanpercobaanyangdilakukanolehom Jimidanpercobaan2 sejenis lainnya,diketahuibahwausahaaliaskerjasebesar4,186Joulesetaradengan1kalorikalor.

1kalori=4,186Joule

1kkal=1000kalori=4186Joule

1Btu=778ft.lb=252kalori=1055Joule

(1kalori=4,186Jouledan1kkal=4186dikenaldenganjulukantarakalormekanik)

LambangkaloradalahQ

Catatan:

Pertama, kalori bukan satuan Sistem Internasional. Satuan Sistem Internasional untuk kalor adalahJoule.Gunakantarakalormekanikdiatasuntukmengoprek Joulekekaldankkal,atausebaliknyakaldankkaldioprekmenjadiJoule.

Contohsoal1:

Padabungkusan sebuahbiskuit terdapat tulisan : karbohidrat=10 kkal.Berapakah tambahanenergiyangdiperolehtubuhjikabiskuittersebutdimakan?

PanduanJawaban:

1kkal=1000kalori=4.186Joule

SERIEBOOKGURUMUDA


23

10kkal=(10)(4186Joule)=41.860Joule

Catatan:

Tubuhkitatidakmengubahsemuakarbohidratmenjadienergi. Sebagianenergipastiterbuangselamaberlangsungnyaprosespencernaan..Efisiensinyasebesar20%.Jadihanya20%yangdipakaitubuh,80%energiterbuang.

Contohsoal2:

Setelah menghabiskan banyak cemilan, seorang gadis yang sangat cantik baru sadar kalau ia telahkelebihan makan 200 Kalori (huruf K besar). Si gadis ingin mengurangi kelebihan energi yangdiperolehnyadari cemilan.Karenanya iamemutuskanuntukmengangkatbatudaripermukaan tanahhingga ketinggian 1meter. Jikamassa batu = 10 kg, berapa kalikah si gadis harusmengangkat batutersebut?

PanduanJawaban:

1Kalori=1kkal=1000kalori=4186Joule

200kkal=(200)(4186Joule)=837.200Joule

Ketikamengangkatbatu,sigadismelakukanusahaaliaskerjapadabatu.Besarnyausahayangdilakukanadalah:

Usaha (W)=Gaya (F) xPerpindahan (s)=Gayaberat (w) x ketinggian (h)=massa (m) xpercepatangravitasi(g)xKetinggian(h)

Usaha(W)=(10kg)(10m/s2)(1m)

Usaha(W)=100N.m=100Joule

Untukmengangkatbatusetinggi1meter,besarnyausahayangdilakukan=100Joule.Pertanyaannya,berapakalisigadisharusmengangkatbatu

837.200Joule/100Joule=8372.

Hahaha..sigadisharusmengangkatbatu8372kali;)sampaiteler

Catatan:

Pertama, tidak semuamakanan diubahmenjadi energi. Selama proses pencernaan, pasti ada energiyangterbuang.Kedua, jikagadistersebutmengangkatbatubermassa10kghinggaketinggian1meter

SERIEBOOKGURUMUDA


24

makaiaharusmengangkatbatutersebutsebanyak8372kali.Jikagadistersebuttidakinginmengangkatbatusebanyak8372kali,iabisamenambahmassabatuataumenambahketinggian.

PersamaanKalor

Jikabenda yangmemilikiperbedaan suhu salingbersentuhan,dengan sendirinya kalormengalirdaribenda yang memiliki suhu tinggi menuju benda yang memiliki suhu rendah. Kalor akan berhentimengalir jika kedua benda mencapai suhu yang sama. Kita bisa mengatakan bahwa aliran kalormenyebabkanperubahansuhupadabendayangbersentuhan.Berdasarkanpenjelasansingkat ini,bisadisimpulkanbahwakalor (Q)memilikiketerkaitandengansuatubendadanperubahansuhu (deltaT)yangdialamibendatersebut. Ingatya,setiapbendapastimempunyaimassa(m)dan jenisbenda jugaberbedabeda.

Padakesempatan ini,kitamencobamenyelidikibagaimanahubunganantara jumlahkalor (Q)denganbesarnya perubahan suhu (delta T), massa benda dan jenis benda. Untuk membantu menurunkanhubungan ini, alangkah baiknya jika kita tinjau 2 benda yang memiliki perbedaan suhu salingbersentuhan.Misalnyakitamemanaskanairmenggunakannyalaapikompor.

Catatan:

Perludiketahuibahwagurumudahanyamembuatpenalaransajadancontohyanggurumudapakaijugadekat dengan kehidupanmu, karenanya mudah2an dirimu cepat paham. Kalau bingung denganpenjelasangurumuda,dirimubisamelakukanpercobaan(dirumahataudisekolah).

HubunganantaraKalor(Q)danPerubahansuhu(deltaT)

Misalnya kita ingin memanaskan segelas air. Setelah dipanaskan, suhu air pasti bertambah (airmengalami perubahan suhu). Apabila nyala api kecil, perubahan suhu yang dialami air juga kecil.Sebaliknyajikaketikamemanaskanair,nyalaapilebihbesar,perubahansuhuyangdialamiairpastilebihbesar(airlebihcepatpanas)

Untukmembantumemahamipersoalan ini,coba lakukanpercobaankecil2anberikut ini.Sediakanduagelasair, termometerdanpemanasair (gunakanpemanasyangbisadikontrol,misalnyakompordll).Percobaan1 :Masukan segelas airdalam sebuahwadahdanpanaskan air tersebut selama5menit.Gunakantermometeruntukmengukursuhuakhir (suhuairsetelahdipanaskanselama5menit).Catatsuhuairtersebut Percobaan2:Kalauwadahnyamasihpanas,dinginkanterlebihdahulu.Buangsajaair yang sudah kepanasan tadi dan ganti dengan segelas air yang masih dingin. Kali ini nyala apidiperbesar 2 kali Silahkan panaskan air tersebut selama 5menit. Setelah itu ukur suhu akhir airBandingkan suhu akhir air yang diperoleh pada percobaan 2 dengan percobaan 1. Manakah yangmengalami perubahan suhu yang lebih besar ? Kalau percobaan dilakukan dengan baik dan benar,

SERIEBOOKGURUMUDA

dirimupasti setujukalaugurumudamengatakanbahwaperubahan suhuairdalampercobaan2 lebihbesardaripadaperubahansuhuairpadapercobaan1.

Nyala api dalam percobaan mewakili jumlah kalor (Q). Pada percobaan 1, nyala api kecil (Q kecil).Sebaliknyapadapercobaan 2,nyala apibesar (Qbesar).ApabilaQ kecil,perubahan suhu juga kecil.Sebaliknya jikaQbesar,perubahansuhu jugabesar.SemakinbesarQ,semakinbesarperubahansuhubenda.Kitabisamengatakanbahwa jumlahkalor (Q)sebandingdenganperubahansuhuyangdialamibenda.Secaramatematisbisaditulissebagaiberikut:

TQ Persamaan1

Keterangan:


25

Q

=Sebanding

=Kalor

T

mQ

=T2T1=Perubahansuhu

T1=suhuawal

T2=suhuakhir

Hubunganantarajumlahkalor(Q)danmassabenda(m)

Sekarang mari kita tinjau hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa benda (m). Mulamula kitamemanaskan segelas air, setelah itu kitamemanaskan2 gelas air. Jikanyala api samadan suhu airmula2 jugasama,manakahyang lebihcepatpanas : segelasairatau2gelasair? Jikadirimupernahmemanaskanair,dirimuakan setujukalaugurumudamengatakan segelasairakan lebih cepatpanasdaripada2gelasair.Dengankatalain,untukkenaikansuhuyangsama,segelasairmembutuhkanselangwaktuyang lebih singkatdibandingkandengan2gelasair. Jikakita inginagar selangwaktukenaikansuhusegelasairdan2gelasairsama,makaketikamemanaskan2gelasair,nyalaapiharusdiperbesar2kali.

Besarnyanyalaapimewakili jumlahkalor(Q)sedangkansegelasairdan2gelasairmewakilimassaairtersebut.Segelasairmempunyaimassa (m)yang lebihkecil,sedangkan2gelasairmempunyaimassa(m)yanglebihbesar.Untukkenaikansuhuyangsama,segelasair(mkecil)membutuhkannyalaapiyanglebihkecil(Qkecil)sedangkan2gelasair(mbesar)membutuhkannyalaapiyanglebihbesar(Qbesar).Kitabisamengatakanbahwajumlahkalor(Q)sebandingdenganmassaair.Secaramatematis,hubunganantarajumlahkalor(Q)danmassa(m)dapatditulissebagaiberikut:

Persamaan2

SERIEBOOKGURUMUDA

Keterangan:


26

Q

cQ

Q

TmcQ

= TmcQ

=Sebanding

=Kalor

m=Perubahansuhu

Hubunganantarajumlahkalor(Q)danJenisbenda(m)

Untukmembantumenurunkanhubunganantarakalor(Q)dan jenisbenda, lakukanpercobaanberikutini.Siapkan sepotongbesidan sepotongkayu (usahakanpanjangnyaharus sama).Panaskanbesidankayu tersebut dengan nyala lilin. Walaupun nyala lilin sama, biasanya besi akan lebih cepat panasdaripadakayu(malahkayubisakebakar;)).Padadasarnya, jika jenisbendaberbedamakaperubahansuhuyangdialamibendajugaberbedabeda.Halinidisebabkankarenasifatsetiapbendaberbeda.Kitabisamengatakanbahwakalor (Q)sebandingdengan jenisbenda.Secaramatematis,hubunganantarajumlahkalor(Q)danjenisbendadapatditulissebagaiberikut:

Persamaan3

Keterangan:

=Sebanding

=Kalor

c=kalorjenis(kharakteristik/sifat/cirikhassuatubenda)

Persamaan1,persamaan2danpersamaan3bisadituliskembalisebagaiberikut:

PersamaanKalor(Q)

Persamaan inimenyatakan hubungan antara Kalor (Q) denganmassa benda (m), kalor jenis (c) danperubahansuhu(deltaT).

Keterangan:

Q=Kalor

m=Massabenda

SERIEBOOKGURUMUDA

c=Kalorjenis

T =T2T1=Perubahansuhu

T2=Suhuakhir

T1=Suhuawal

KalorJenis(churufckecil)

Kalorjenis(c)=banyaknyakalor(Q)yangdibutuhkanuntukmenaikkansuhu(T)satusatuanmassa(m)bendasebesarsatuderajat.Secaramatematis,kalorjenisdinyatakanmelaluipersamaandibawah:


27

TmQc

=

Keterangan:

c=kalorjenis

Q=kalor(J)

m=massabenda(Kg)

deltaT=perubahansuhu=suhuakhir(T2)suhuawal(T1).SatuannyaK

(J=Joule,K=Kelvin)

Satuankalorjenis(c)

KitabisamenurunkansatuanKalorJenisdenganmengoprekpersamaankalorjenis:

TmQc

=

))(( SatuanSuhuaSatuanMassrSatuanKaloc =

SERIEBOOKGURUMUDA

KKgJc.

=

SatuanSistemInternasionaluntukkalorjenisbendaadalahJ/Kg.K

KapasitasKalor(ChurufCbesar)

Kapasitaskalor (C)=banyaknyakaloryangdibutuhkanuntukmenaikkansuhuseluruhbendasebesarsatuderajat.Dengandemikian,bendayangmempunyaimassamdankalorjeniscmempunyaikapasitaskalorsebesar:

C=mc

Keterangan:

C=kapasitaskalor

m=massabenda(Kg)

c=kalorjenis(J/Kg.K)

Satuankapasitaskalor(C)

Untukmenurunkansatuankapasitaskalor(C),kitaopreksajapersamaankapasitaskalor(C)diatas:

mcC =

( )( )rJenisSatuanKaloaSatuanMassC =

( )

=

KKgJKgC.

KJC =

SatuanSistemInternasionaluntukkapasitaskalorbenda=J/K(J=Joule,K=Kelvin)


28

SERIEBOOKGURUMUDA


29

TabelKalorJenisbenda(Padatekanan1atmdansuhu20oC)

Catatan:

Kalorjenisbendabiasanyabergantungpadasuhu.Btw,apabilaperubahansuhutidakterlalubesarmakabesarkalorjenisbisadianggaptetap

JenisBendaKalorJenis(c)

J/kgCo kkal/kgCo

Air 4180 1,00

Alkohol(ethyl) 2400 0,57

Es 2100 0,50

Kayu 1700 0,40

Aluminium 900 0,22

Marmer 860 0,20

Kaca 840 0,20

Besi/baja 450 0,11

Tembaga 390 0,093

Perak 230 0,056

Raksa 140 0,034

Timahhitam 130 0,031

Emas 126 0,030

Contohsoal1:

Berapakahkaloryangdiperlukanuntukmenaikkan suhu sebuahkawat tembagayangbermassa2kg,dari20oCsampai80oC?

PanduanJawaban:

SERIEBOOKGURUMUDA

mtembaga=2kg

ctembaga=390J/kgoC

T1=20oC

T2=80oC

T =80oC20oC=60Co

TmcQ =

)60)(./390)(2( CCKgJKgQ oo=

=Q

46800J=46,8kJ(KiloJoule)

Contohsoal2:

Berapakahkaloryangharusdilepaskanuntukmenurunkansuhulempengbesiyangbermassa20kg,dari80oCmenjadi20oC?

PanduanJawaban:

mbesi=20kg

cbesi=450J/kgoC

T1=80oC

T2=20oC

T

TmcQ =

=20oC80oC=60Co

)60)(./450)(20( CCKgJKgQ oo =

=Q 540.000J=540kJ

Tandanegatifmenunjukkanbahwakalortersebutdilepas


30

SERIEBOOKGURUMUDA


31

KalorLaten

Apabilakitamemanaskansuatubenda,airmisalnya,semakin lamasiairbersentuhandengansumberpanas(misalnyanyalaapi),suhuairsemakinbertambah.Dalamhal iniairmengalamiperubahansuhuakibat adanya tambahan kalor dari nyala api. Perlu diketahui bahwa adanya tambahan kalor tidakselamanya menyebabkan perubahan suhu. Hal ini biasanya terjadi selama proses perubahan wujudsuatubenda.Untukmembuktikanhalini,dirimubisamelakukanpercobaankecil2anberikutini

Siapkan es batu secukupnya, termometer dan pemanas (gunakan saja pemanas listrik kalau ada).Masukan termometer ke dalamwadah yang berisi es batu dan tunggu sampai permukaan air raksaberhenti bergerak. Selanjutnya, nyalakan pemanas listrik. Karena mendapat tambahan kalor daripemanas listrikmakaesbatuperlahanlahanmencair.Seiringdenganmencairnyaesbatu,permukaanair raksadalam termometerakanbergeraknaik.Meskipunesbatu selalumendapat tambahankalor,padasuatu titik tertentu,permukaanairraksaakanberhentibergerakselamabeberapasaat.Esbatumemangtetapmencair,tapisuhunyatidakberubah.Biasanyahaliniterjadipadatitikesaliastitikbekunormalair.Pada tekananatm, titikesberadapada0 oC. Ingatya, titikesberubah terhadap tekanan,karenanyatermometeryangdirimupakaibelumtentumenunjukangka0oC.

Setelahparkirsebentardititikes,permukaanairraksaakanjalanjalanlagi.Semakinbanyakkaloryangdiserapair,semakinpanasairtersebut.Bertambahnyasuhuairditunjukkanolehkenaikanpermukaanairraksadalamtermometer.Walaupuntetapmendapattambahankalor,ketikasuhuairmencapaititikuapalias titikdidihnormalair,permukaanair raksaakanberhenti jalanjalan (suhuair tetap).Padatekananatm,titikuapberadapada100oC.Tambahankaloryangdiperolehairdaripemanaslistriktidakmembuatsuhuairberubah.Tambahankalortersebuthanyamengubahairmenjadiuap.Amatigrafikdibawah.

SERIEBOOKGURUMUDA

Grafik inimenunjukkanprosesperubahansuhudanperubahanwujudairsetelahpendapat tambahankalor (pada tekanan1atm).Penambahankalordaribc tidakmenyebabkanperubahansuhu, tetapihanyameleburkan esmenjadi air.Demikian juga penambahan kalor dari d e hanyamengubah airmenjadiuap.Airhanya salah satu contoh saja.Padadasarnya semuabenda akanmengalamiprosesyangsamajikabendatersebutdipanaskan.

Tambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah1kgbendadariwujudpadatmenjadi cairdisebutkalorpeleburan.Kalorpeleburanjugaberkaitandenganjumlahkaloryangdilepaskanuntukmengubahwujudbendadaricairmenjadipadat.Lambangkalorlebur=LF(F=fusion).Perludiketahuibahwakaloryangterlibatdalamperubahanwujudbendatidakhanyabergantungpadakalorpeleburansaja,tetapijugamassabendatersebut.Secaramatematisbisaditulissepertiini:

Q=mLF

Keterangan:

Q=Jumlahkaloryangdiperlukanataudilepaskanselamaprosespencairanataupembekuan

m=massabenda

LF=Kalorpeleburan


32

SERIEBOOKGURUMUDA


33

Tambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah1kgbendadariwujudcairkegasdinamakankalorpenguapan. Kalor penguapan juga berkaitan dengan jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubahwujudbendadarigasmenjadicair.Lambangkalorpenguapan=LV(v=vaporization).Secaramatematis,kalor yang diperlukan atau kalor yang dilepaskan selama proses penguapan atau pengembunan bisaditulissebagaiberikut:

Q=mLV

Keterangan:

Q=Jumlahkaloryangdiperlukanataudilepaskanselamaprosespenguapanataupengembunan

m=massabenda

LF=Kalorpenguapan

KalorPeleburandanKalorPenguapandikenaljugadenganjulukanKalorLaten.LambangkalorLaten=L

Catatan:

Setiap benda mempunyai titik lebur dan titik didih yang berbedabeda. Kalor peleburan dan kalorpenguapansetiapbendajugaberbeda2.Lihattabeldibawah.

Benda Titiklebur Kalorlebur (LF) Titikdidih Kalorpenguapan (LV)

K oC J/Kg Kkal/Kg =Kal/g

K oC J/Kg Kkal/Kg =Kal/g

Helium 4,126 268,93 20,9x103 5

Hidrogen 13,84 259,31 58,6x103 14,1 20,26 252,89 452x103 108,5

Nitrogen 63,18 210 26x103 6,2 77,38 195,8 200x103 48

Oksigen 54,36 218,79 14x103 3,3 90,15 183 210x103 51

Etanol 159 114 104,2x103 239,75 351,15 78 850x103 204

Amonia 195,35 77,8 33x103 8,0 239,75 33,4 137x103 33

Raksa 234 39 11,8x103 2,8 630 357 272x103 65,3

SERIEBOOKGURUMUDA


34

Air 273,15 0 334x103 79,5 373,15 100 2256x103 539

Sulfur 392 119 38,1x103 9,1 717,75 444,60 326x103 78,2

Timbal 600,5 327,3 24,5x103 5,9 2023 1750 871x103 209

Perak 1233,95 960,80 88,3x103 21,2 2466 2193 2336x103 560,6

Besi 2081,15 1808 289x103 69,1 3296,15 3023 6340x103 1520

Tembaga 1356 1083 134x103 32,2 1460 1187 5069x103 1216,6

Emas 1336,15 1063,00 64,5x103 15,5 2933 2660 1578x103 378,7

Contohsoal1:

Berapakahtambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah5kgesbatumenjadiair?

PanduanJawaban:

Q=mLFLFair=79,5kkal/kg(lihattabel)

Q=(5kg)(79,5kkal/kg)

Q=397,5kkal=397,5Kalori(hurufKbesar)=397,5x103kalori(hurufkkecil)


397,5kkal=397,5x4.186Joule=1.663.935Joule=1,66kJ(kiloJoule)

Untukmengubah5 kgesbatumenjadiair,diperlukan tambahan kalor sebesar397kkalatau tambahanenergisebesar1,66Joule

Contohsoal2:

Berapakahjumlahkaloryangharusdilepaskanuntukmengubah5kgairmenjadies?

PanduanJawaban:

Q=mLFLFair=79,5kkal/kg(lihattabel)

Q=(5kg)(79,5kkal/kg)

SERIEBOOKGURUMUDA


35

Q=397,5kkal=397,5Kalori(hurufKbesar)=397,5x103kalori(hurufkkecil)


397,5kkal=397,5x4.186Joule=1.663.935Joule=1,66kJ(kiloJoule)

Untukmengubah5kgairmenjadies,kaloryangharusdilepaskan=397kkalataupenguranganenergisebesar1,66Joule

Contohsoal3:

Berapakahenergiyangdiperlukanuntukmencairkan2kgemas?

Panduanjawaban:

Q=mLFLFemas=64,5x103J/kg(lihattabel)

Q=(2kg)(64,5x103J/kg)

Q=129x103Joule

Catatan:

Perubahanwujudsuatubendadapatdijelaskansecara lengkapdalampokokbahasanTeoriKinetikGas(materiKelasXI).

SERIEBOOK GURUMUDA


36

Referensi:

Giancoli,DouglasC.2001.FisikaJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.

HallidaydanResnick.1991.FisikaJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.

Tipler,P.A.1998.FisikauntukSainsdanTeknikJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenebitErlangga.

Young,HughD.&Freedman,RogerA.2002.FisikaUniversitas(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.

Documents

2-Kalor Dan Perubahan Wujud