Upload
jumadil-putra
View
268
Download
9
Embed Size (px)
DESCRIPTION
dsD
Citation preview
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
1/33
SUHU DAN KALOR
FISIKA KELAS X SEM. 2
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
2/33
Standar Kompetensi:4. Menerapkan konsep kalor dan prinsip
konservasi energi pada berbagai perubahan
energi
Kompetensi dasar:4.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat
4.2 Menganalisis cara perpindahan kalor
4.3 Menerapkan asas Black dalam pemecahan masalah
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
3/33
Indikator:
Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahansuhu benda
Menganalisis pengaruh perubahan suhu bendaterhadap ukuran benda (pemuaian)
Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahanwujud benda
Menerapkan Asas Black dalam berbagai masalah Menganalisis perpindahan kalor dengan cara
konduksi
Menganalisis perpindahan kalor dengan cara
konveksi Menganalisis perpindahan kalor dengan cara
radiasi
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
4/33
SUHU/TEMPERATUR
Suhu didefinisikan sebagai derajat panasdinginnya suatu benda. Alat untuk mengukursuhu adalah termometer, termometer inimemiliki sifat termometrik zat yang berubah jika
dipanaskan.
Prinsip semua termometer mempunyai acuanyang sama dalam menetapkan skala yaitu titiklebur es murni dipakai sebagai titik tetap bawah,sedangkan suhu uap air yang sedang mendidihpada tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas.
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
5/33
SKALA SUHU TERMOMETER
Gambar 1:Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan Reamur(R).
100 -- 373-- 212-- 80-- titik tetap atas(tta)
d C-- l K -- g F-- s R--
c k f r
0 -- 273-- 32-- 0-- titik tetap bawah(ttb)
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
6/33
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
7/33
LKS 1:
1. Dari gambar diatas, isilah tabel di bawah ini.
Termometer Titik lebur es
( ttb )
Titik didih air
( tta )
Pembagian
skala
( ttattb )
C
K
F
R
...
...
...
...
...
...
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
8/33
2. Berdasarkan tabel diatas, maka:
0C = K
= F
= R
3. Menentukan hubungan antara C, K, F,
dan R.
a. Hubungan antara C dengan K.
atau sehingga
C
= atauK
= .
4. Tentukan hubungan antara dua skala suhu yang lain
...
k
d
c
...
273
0100
0
KC
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
9/33
PERCOB. JOULE
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
10/33
KALOR Kalor atau bahang adalah salah satu bentuk energi yang mengalir
karena adanya perbedaan suhu dan atau karena adanya usahaatau kerja yang dilakukan pada sistem.
Kalor mempunyai satuan kalori, satu kalori didefinisikan sebagaikalor yang dibutuhkan 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1OC.Dalam sistem SI satuan kalor adalah Joule. Satu kalori setaradengan 4,18 joule.
Kalor jenis (c) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhusetiap 1kg massa benda dan setiap 1 C kenaikan suhu.
Kapasitas kalor ( C ) adalah banyaknya kalor yang digunakan untukmenaikkan suhu benda setiap 1 C.
Dari kenyataan bahwa:
Kalor yang diberikan pada benda sebanding dengan kenaikan suhu.
Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu sebanding
massa benda. Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu tergantung jenis
benda.
Maka kalor (Q) secara matematis dinyatakan:
Q = .
Apa satuan dan dimensi dari kalor jenis ?
Apa satuan dan dimensi dari kapasitas kalor ?
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
11/33
PERUBAHAN WUJUD ZAT
Kita kenal ada tiga wujud zat, yaitu padat, cair, dan gas. Padaumumnya semua zat pada suhu dan tekanan tertentu dapatberubah dari satu wujud ke wujud yang lain. Misalkan H20 padawujud padat berupa es, dalam wujud cair berupa air, dan dalam
wujud gas berupa uap. Jumlah kalor yang diperlukan/dilepaskan saat perubahan wujud
(suhu tetap) dinyatakan dengan formula:
Q=m.L Q=jumlah kalor, satuannya joule.
m=massa zat, satuannya kg. L=kalor laten (kalor lebur, kalor beku, kalor uap, dan kalor embun)
satuannya joule/kg.
ASAS BLACK
Jika ada dua macam zat yang berbeda suhunya dicampurkan ataudisentuhkan, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepaskalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zatyang suhunya lebih rendah.
Q lepas = Q serap
Kekekalan energi pada pertukaran kalor seperti persamaan diataspertama kali dikemukakan oleh Black seorang ilmuwan Inggris.
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
12/33
Contoh Soal1. 0,5 kg besi dinaikkan suhunya 30OC diperlukan kalor
6750 joule, tentukan:a. kapasitas kalor
b. kalor jenis
c. kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
sebesar 40OC
Penyelesaian:
M= 0,5 kg
T= 30 OC
Q= 6759 j
a. C= CjC
j
T
Q 00
/22530
6750
b. Ckgjm
Cc
O./450
5,0
225
c. Q=m.c.T
=0,5 kg.450 j/kg.OC.40oC
= 9.000 j
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
13/33
2. Seratus gram air dengan suhu 30OC
dicampur dengan 50 gram air bersuhu
80OC, tentukan suhu campurannya! (kalor
jenis air-1 kal/gr.OC)
Air dingin
t1= 30OC ;m1= 100 gr
Air panas
t2= 80OC ;m2= 50 gr
t
Penyelesaian
Qdiserap=Qdilepas
Q1=Q2
m1.c1.T1=m2.c2.T2
100.1.(t-30) = 50.1.(80-t)
2t-60 = 80-t
3t = 140
t = 46,7 OC
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
14/33
Soal Latihan1. Untuk mengerjakan soal perhatikan konstanta berikut; kalor
lebur es 80 kal/gr; kalor jenis air.1 kal/grC; panas jenis es
0,5 kal/gr C; kalor uap air 540 kal/gr.2. Untuk menaikkan suhu aluminium yang mempunyai massa
200 gram dari 298 K menjadi 348 K diperlukan kalor 8400joule. Tentukan kalor jenis aluminium . J/kg K.
3. Kalor lebur suatu zat 80 kal/gr, maka kalor yang diperlukan
untuk melebur 2 kg zat tersebut adalah.4. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 10 gr es
pada 0 C menjadi air yang suhunya 20 C!
5. Berapa kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan 10 gr esyang suhunya -5 C menjadi uap yang suhunya 100 C.
6. 10 Kg air yang suhunya 80 C dicampur dengan 5 kg airyang suhunya 20 C . Suhu akhir campuran adalah.
7. 100 gr es pada suhu 0 C dicampur dengan 200 gr air padasuhu 50 C . Jika suhu akhir campuran 10 C , tentukankalor lebur es?
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
15/33
PEMUAIAN ZAT PADAT
1. PEMUAIAN PANJANGDari gambar di samping, diperoleh
a. lt = atau l= .
b. Koefisien muai panjang() suatubahan adalah perbandingan
antara pertambahan panjang(l)terhadap panjang mula-mula(l)persatuan kenaikan suhu(t).Secara matematis dinyatakan:
= atau l = ,
sehingga lt =
c. Apa satuan dan tuliskandimensinya.
lo
lt
l
lo= initial length
lt= panjang pada suhu t
l = the length increases
to= suhu awal
t = suhu akhir
= coefficient of linier expansion
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
16/33
2. Pemuaian Luas.Darigambar di samping, diperoleh
a. At= atau A= .
b. Koefisien muai luas() suatubahan adalah perbandinganantara pertambahan luas (A)
terhadap luas mula-mula (A)persatuan kenaikan suhu(t).Secara matematis dinyatakan:
= atau A= ,
sehingga At=
c. Apa satuan dan tuliskandimensinya.
AO
A
Ao= luas mula-mula
At= luas pada suhu tA = pertambahan luas
to= suhu awal
t = suhu akhir
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
17/33
3. Pemuaian Volume
Dari gambar di samping, diperoleha. Vt= atau V= .
b. Koefisien muai volume( )suatu bahan adalahperbandingan antara
pertambahan volume(V)terhadap volume mula-mula(V) persatuankenaikan suhu(t). Secaramatematis dinyatakan:
= atau V= ,
sehingga Vt=
c. Apa satuan dan tuliskandimensinya.
VO
V
Vt
Vo= volume mula-mula
Vt= volume pada suhu tV = pertambahan volume
to= suhu awal
t = suhu akhir
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
18/33
4. Hubungan antara , , dan
Persegi mula-mula mempunyai
panjang sisi 1m, dipanaskansampai suhunya naik 1 K.
Akibat pemanasan sisi persegi
bertambah menjadi
( 1 + ), maka:
Luas mula-mula, Ao = 1 m
Luas akhir, At = ( 1 + ) = .
selisih luas,A= AtAo = .
sehingga koefisien luas () = ..
karena sangat kecil maka nilaidapat diabaikan.
Jadi = .. atau =
Dengan cara yang sama carihubungan dg
AO
At
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
19/33
Contoh Soal:Pemuaian Zat Padat
1. Sebatang baja berpenampang kecil yang
panjangnya 20 meter bersuhu 20OC.Baja mengalami pemanasan sampai
suhu 40OC kemudian didinginkan sampai
suhu -30O
C. Berapakah perbedaan thdpjng awal?.
Penyelesaian:
baja= 12. 10-6
/O
Ca. l = lO t
= 20 m . 12. 10-6/OC. (40-20)OC
= 4,8 mm
b. l = lO t
= 20 m . 12. 10-6/OC. (-30-
20)OC
= -12 mm
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
20/33
2. Sebuah plat baja berbentukpersegi dengan
sisi 30 cm bersuhu 20OC. Bila Plat Baja
dipanaskan sampai 130O
C,tentukan luasbaja sekarang?.
Penyelesaian: =2.
A = AO t
= 900 cm2. 24. 10-6/OC. (130-30)OC
= 2,38 cm2
At = AO+ A
= 900 cm2+ 2,38 cm2
= 902,38 cm2
Cara lain:
(coba dihitung)
At = AO
(1+ t)
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
21/33
3. Sebuah kubus baja dengan sisi 10 cm bersuhu
20OC. Bila kubus dipanaskan sampai 80 OC,
tentukan volume baja sekarang?.
Penyelesaian: = 3.
V = VO t
= 1000 cm3. 36. 10-6/OC. (80-20)OC
= 21,6 cm3
Vt = VO+ V
= 1000 cm3+ 21,6 cm3
= 1021,6 cm3
Cara lain:
(coba dihitung)
Vt = VO(1+ t)
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
22/33
PEMUAIAN ZAT CAIR
Formula:
Vt= VO( 1 + t )
Keterangan:
= koef. Muai volume zat
cair (diket. Dari data
muai volume zat cair)
Penyelesaian:Diket: Ditanya: Vt?
VO= 2 liter
t = 50OC-20OC= 30OC
= 210. 10-6/OC
Jawab: Vt= VO ( 1 + t )
= 2 ( 1 + 210.10-6.30 )
= 2 (1,0063)
= 2,0126 liter
Contoh:
Air sebanyak 2 liter bersuhu 20OC dipanaskan
dalam panci hingga suhunya 50OC. Berapa
volume air setelah dipanaskan?(=210.10-6
/O
C)
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
23/33
PEMUAIAN GAS
Formula:Vt= VO( 1 + t )
Keterangan:
= koef. Muai volume gas= 1/273
T = suhu harus dlm Kelvin
Maka formula dapat dalam
bentuk:
Contoh:
Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27O
C.Berapa volume gas setelah
dipanaskan hingga suhunya 77OC?
Penyelesaian:
Diket: Ditanya: V2?
V1= 2 liter T1= 27 +273 = 300 K
T2= 77+273= 350 K
Jawab:
2
2
1
1
T
V
T
V
literV
V
T
V
T
V
33,2
350300
2
2
2
2
2
1
1
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
24/33
Soal Latihan: Pemuaian1. Sebatang rel kereta api panjangnya 10 m dan suhu awalnya 30
OC. Karena gesekan dengan roda kereta api suhu rel menjadi 60OC. Jika koefisien muai panjang rel 1,1.10-5/K , tentukan jarakrenggang minimal yang aman pada tiap sambungan agar tidakmengalami pembengkokan pada suhu 60 OC?
2. Sebuah batang logam mula-mula mempunyai panjang 1m,setelah dipanaskan hingga perubahan suhunya 100 K, batangbertambah panjang 1/5000 m. Koefisien muai panjang batanglogam tersebut adalah.
3. Sebatang perak suhu awalnya 40 OC dipanaskan sehinggasuhunya naik menjadi 90 OC. Setelah diteliti ternyata batangperak tersebut bertambah panjang 0,19 mm. Jika koefisien muai
panjang perak 19.10-6
/O
C.Berapakah panjang mula-mula batang perak ?
4. Keping tembaga panjang 10 cm, lebar 10 cm, dan suhunya 20OC. Bila koefisien muai panjang tembaga 1,8.10-5/ K. Berapakahluas keping tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 80 OC?
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
25/33
5. Suatu balok besi berukuran 4 cm x 10 cm x 5. cmHitunglah perubahan volume ketika temperaturnya
dinaikkan dari 15O
C ke 65O
C! (koefisien muai panjangbesi 10-5/ OC).
6. Pada suhu 10OC sebuah gelas kaca volumenya 1000 mLpenuh berisi alkohol. Jika gelas dipanaskan sehingga suhu
gelas dan alkohol 50O
C. Berapakah alkohol yang tumpah?(koef. muai panjang gelas kaca = 3.10-6/OC dan koef.muai alkohol= 10-6/OC).
7. Gas mula-mula mempunyai volume V1. Jika gas
dipanaskan pada tekanan tetap sehingga volumenyamenjadi tiga kali dari semula. Berapakah suhu gas harusdinaikkan ? (jawaban dalam satuan celcius)
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
26/33
PERAMBATAN KALOR
1. KonduksiPerambatan kalor secara konduksi terjadi pada logam yang
dipanaskan. Partikel-partikel logam tidak berpindah, perpindahan
kalornya terjadi secara berantai oleh partikel yang bergetar semakin
cepat pada saat kalor yang masuk logam semakin besar dan getaran
partikel akan memindahkan kalor pada partikel disampingnya,
demikian dan seterusnya. (cari contohnya perambatan kalor dalamkehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)
Formula:
)(.
12 TT
L
Ak
t
Q (Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
L = panjang bahan (m)
K = kondusivitas bahan (W/m.K)
T = selisih suhu (OC atau K)
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
27/33
2. Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada
zat cair dan gas. Pada perpindahan kalor inibagian yang mendapat kalor partikel-partikelnya
akan berpindah ke suhu yang lebih rendah,
demikian dan seterusnya sehingga terjadi arus
konveksi. (cari contoh perambatan kalor ini dalam kehidupansehari-hari, minimal 3 contoh)
Formula:).(. 12 TTAh
t
Q
(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
h = koef. konveksi (W/m2.K)
T = selisih suhu (OC atau K)
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
28/33
3. Radiasi/ Pancaran
Proses perpindahan kalor secara radiasi terjadi dari
benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu
rendah yang terpisah di dalam ruang, bahkan terjadi diruang hampa. Jadi perpindahan kalor secara radiasi
tanpa memerlukan medium (zat perantara) dan dalam
perambatannya dalam bentuk gelombang
elektromagnetik. (cari contoh perambatan kalor ini dalamkehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)
Formula:(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
= koef. Stefan-Boltzman (W/m2.K4)
= 5,67 x 10-8
T = suhu permukaan benda (K)
= emisivitas bahan
Satu benda4.. TA
t
Q
).(. 4
2
4
1 TTt
Q Dua benda
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
29/33
Contoh Soal Perpindahan Kalor
1. Balok besi berpenampang kecil dengan suhu
kedua ujung dibuat tetap yaitu 500OC dan100OC. Jika panjang besi 50 cm. Berapakah
laju kalor persatuan luas yang melewati
balok tersebut. (konduksivitas termal besi=
75 W/m.K)
Penyelesaian:
L=50 cm= 0,5 m k= 75 W/m.K T=400K
2/600004005,0
75
.mWT
L
k
At
Q
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
30/33
2. Udara dengan suhu 30OC bertiup melewati permukaan plat panas dan
kalor yang berasal dari bagian dalam plat. Ukuran plat 2 m x 5 m dan
suhu permukaan plat dijaga tetap sebesar 110OC. Jika koef. Konveksi
di permukaan plat 40 W/m
2
.K, tentukan: a. jumlah kalor yangberpindah setiap detik, b. Bila plat terbuat dari alumunium tebal 20
cm, hitung suhu dalam plat tersebut. (k=200 W/m.K)
Penyelesaian:
a.T= 80 K A= 10 m2 h= 40 W/m2.K
= h.A.T= 40.10.80 = 32.000 j/s
b. L= 20 cm=0,2 m k=200 W/m.K
32.000=200. (T-110)
T = 111,6OC
).(.12
TTAht
Q
2,0
10
t
Q
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
31/33
3. Sebuah benda sumber panas mempunyai luas
permukaan 10 cm2dan emisivitasnya 0,4 bersuhu
727OC. Hitung kalor yang dipancarkan benda
selama 1 menit.
Penyelesaian:
A=10 cm2=0,001 m2 = 0,4
T=727+273=1000K = 5,67.10-8W/m2.K4
t=60 sekon Q?
Q= ..A.T4.t
= 0,4. 5,67.10-8. 0,001. (1000)4.60
= 136,08 j
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
32/33
Soal Latihan: Perpindahan Kalor
1. Sebatang logam (k=4,2x10-1kj/s.m.K) memiliki luas
penampang 10-3m2dan panjang 2x103m.Hitunglahjumlah kalor yang dirambatkan oleh batang logamselama 4 menit.
2. Bola memiliki radius 2 cm dan dan emisivitanya 0,8.Jikabola menyerap energi kalor dari lingkungannya sebesar4,536 j/s. Berapakah suhu bola tersebut?
3. Silinder logam (T1=250OC) dengan diameter 10 cm dan
panjang 20 cm dimasukkan ke dalam bak air sehinggaair mendidih (Ta=100OC). Jika h=500 W/m2.OC,hitunglah laju perpindahan kalor secara konveksi darilogam tersebut.
5/27/2018 Suhu Dan Kalor - x (Suwito)
33/33