Suhu Dan Panas

うディハルモコ _物理＿ディポネゴロだいんがく

SUHU DAN PANAS

Udi HarmokoGeophysics laboratory,Diponegoro University


• Ketika air diletakkan di atas kompor temperature air naik kalor dialirkan dari kompor ke air

• Aliran kalor berkecenderungan menyamakantemperature jika kedua benda disentuhkan

• Kalor berhubungan dengan kerja dan energi

• Panas didefinisikan sebagai transfer energi yang melintasi batas dua sistem karena perbedaantemperatur antara suatu sistem denganlingkungannya


Pengukuran Temperature Benda

• Hubungan antarabeberapa skala :

L=temperatur benda terukur padatermomoter L

Lo=titik es temometer LLt=titik uap termometer LX=temperatur benda terukur pada

termometer XXo=titik es termometer XXt=titik uap termometer X


Konversi antar skala temperature


α = Koefisien ekspansi linear

Ekspansi Linear

TLL iΔ=Δ α

( )TLL i Δ+= α1

Ekspansi Thermal


Ekspansi Thermal

Ekspansi Volume

TVV iΔ=Δ γ

( )TVV i Δ+= γ1

αγ 3=

Karena αΔT<<1 untuk temperature ΔT<~100oCkita bisa abaikan 3(αΔT)2 dan (αΔT)3

TVV iΔ=Δ α3



Panjang dasar baja pada sebuah jembatan gantung adalah200 m pada 20oC. Jika titik-titik ekstrim temperature yang bisa dialaminya adalah -30oC sampai +40oC, seberapabesar jembatan tersebut akan menyusut dan memuai?

• Diket:Lo=200 mT1=-30o , T2=+40o

α=12x10-6(Co)-1

Penambahan panjang pada 40oC:

Ketika temperature menyusut -30oC, ΔT=-50oC,

TLL o Δ=Δ α

Rumus dasar

( )( )( )20402001012 6 −=Δ −xL mx 2108,4 −=

( )( )( )502001012 6 −=Δ −xL mx 21012 −−=


Jika batang dibiarkan bebas berekspansi:

TL

L

thermalo

Δ=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ α

Tegangan Thermal

Jika kita menjepit ujung-ujung suatu batang secara eratuntuk mencegah ekspansi atau kontraksi dan kemudianmengubah suhu.

Dari definisi modulus Young

oLLAFY

Δ=


AYF

LL

tariko

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ≈

01 L

AF

YL =Δ

TYAF

Δ−= α

(tegangan thermal)

Dari definisi modulus Young

oLLAFY

Δ=

001 L

AF

YTL =Δα


Jalan Semarang-Lasem sedang dibuat dari balok-balok beton yang panjangnya 10 m secara bersambungan tanpa adanya ruang di antaranya untuk memungkinkan pemuaian. Jika balok tersebut dipasang pada temperatur 10oC, berapa gaya tekanan yang akanterjadi jika temperatur mencapai 40oC? Daerah kontak antara tiap balok adalah 0,20 m2. Apakah akan terjadi retakan? (Diket: modulus young beton:20x109 N/m2; Kekuatantarik beton: 2x106 N/m2)

Diket:Lo=10 mT1=10o , T2=40o

α=12x10-6(Co)-1

A=0,20 m2

Besarnya gaya yang terjadi:

Tekanan yang akan terjadi:

Rumus dasar

TYAF

Δ−= α

TAYF Δ−= α ( )( )( )( )2,01020301012 96 xx −= Nx 6104,1=

( )2,0

104,1 6xAF

=26 /100,7 mNx=


Kuantitas PanasKalori : jumlah panas yang diperlukan untuk

menaikkan suhu satu gram air sebesar 1oC.

1 kal = 4,186 J1 Btu = 252 kal =1055 J

Kalor Energy


Kapasitas Panas Jenis

TmcQ Δ=

Panas yang dibutuhkan untuk perubahan suhu pada massa m


Perubahan Fasa Air

H2O

Padat

Cair

Gas

Es

Aqua

Uap

Untuk mengubah 1 kg es pada 0oC menjadi 1 kg air pada 0oC dan tekanan atmosfer normal dibutuhkan panas 3,34 x 105J

Lf = 3,34 x 105 J/kg =79,6 kal/g = 143 Btu/lb

fmLQ =


Sedangkan untuk mendidihkan 1 kg air pada 100oC menjadi 1 kg uap air pada 100oC dan tekananatmosfer normal dibutuhkan panas 2,256 x 106 J

Lv = 2,256 x 106 J/kg = 539 kal/g = 970 Btu/lb

Untuk menaikkan suhu 1 kg air dari 0oC menjadi 100oC dibutuhkan

JCCkgJkgTmcQ oo

51019,4)100)(./4190)(1(

×=

=Δ=


Dibutuhkan energi untuk mengubah fase air


-25

0

25

50

75

100

125

a

b c

d e

Fasa padat (es)

Fasa cair (aqua)

Fasa gas (uap)

waktu

Titik lebur

Titik didih

T(oC)

うディハルモコ _物理＿ディポネゴロだ

いんがく

Transfer Energy Panas

♨Energy panas ditransfer dari satu tempatke tempat lain melalui 3 proses:

✺Konduksi✺Konveksi✺Radiasi

Energy panas ditransfer lewat interaksiantara atom-atom atau molekul, walaupunatom-atom dan molekulnya sendiri tidakberpindah

Energy panas ditransfer lewat interaksiantara atom-atom atau molekul, walaupunatom-atom dan molekulnya sendiri tidakberpindah


いんがく

Transfer Energy Panas♨Energy panas ditransfer dari satu tempatke tempat lain melalui 3 proses:

✺Konduksi

✺Konveksi✺Radiasi

Energy panas ditransfer lewat interaksi antaraatom-atom atau molekul, walaupun atom-atom dan molekulnya sendiri tidak berpindah

Jika salah satu ujung batangdipanaskan, maka maka atom2 diujung yang dipanaskan bergetardengan energi yang lebih besardibandingkan atom2 di ujungyang lebih dingin.

Karena interaksi atom2 yang lebih energetik dengan sekitarnya, energi dipindahkan sepanjanglogam

Jika padatan adalah logam, perpindahan energi panasdibantu oleh elektron2 bebasyang bergerak di seluruh logamsambil menerima dan memberienergi termis ketikabertumbukan dengan atom2 logam

Dalam gas, panas dikonduksioleh tumbukan langsung molekul-molekul gas.

Bila molekul berenergi tinggibertumbukan dengan molekulberenergi rendah, sebagianmolekul energi tinggi diberikan . .


いんがく



Panas dipindahkan langsung lewatperpindahan massa

Contoh:-Air di ketel dipanaskan-Radiator mobil-Aliran darah dalam tubuh- Udara dekat lantai dipanaskan udara memuai dan naik karenakerapatannya lebih rendah.


いんがく

♨Konveksi paksa: jika fluida tersirkulasi olehblower atau pompa.

♨Konveksi bebas/konveksi alami: jika alirandisebabkan karena perbedaan densitas akibatekspansi termal, seperti udara panas yang naik.


いんがく

Air memiliki kapasitas panasspesifik lebih tinggi daripadadaratan.Panas matahari menghasilkanefek yang kecil pada suhulautanSebaliknya daratan menjadipanas sepanjang siang danmenjadi dingin dengan cepatpada malam hariDi dekat pesisir perbedaan suhuantara daratan dan lautanmenimbulkan angin laut di sianghari dan angin darat di malam hari


いんがく

Berdasarkan percobaan

♨Arus panas karena konveksi berbanding lurus denganluas permukaan.

♨Kekentalan fluida memungkinkan konveksi alamiberjalan lambat di dekat permukaan stasioner, akanmenghasilkan suatu lapisan permukaan. Konveksipaksa mengurangi ketebalan lapisan ini, danmeningkatkan laju perpindahan panas. kita merasalebih cepat dingin oleh angin dingin dibandingkandengan udara diam pada suhu yang sama.


いんがく



Energi dipancarkan dan diserapoleh benda-benda dalam bentukradiasi elektromagnetik.

Bila benda dlm kesetimbangan termis dengan sekitarnya, benda memancarkan dan menyerap dgn laju yang sama.

Radiasi bergerak dalam ruang dengan kelajuan cahaya

Bila benda dipanaskan sampai temperatur yang lebih tinggidari sekitarnya, benda meradiasi keluar lebih banyak enrgidaripada yang diserapnya benda lebih dingin, sekitarnyalebih panas.


いんがく

Laju Konduksi-Konveksi Energi Termis

♨Gradien temperatureLaju perubahan panassepanjang batang

♨Perubahantemperatur:

I=arus termis (watt)=Joule/sekonk=konduktifitas termis

Resisitansi thermis


いんがく

Laju Radiasi Energi Thermis

♨Ditemukanoleh J. Stefan (1879) danditurunkansecara teoritisolehL.Boltzman

P=daya yang diradiasikan (watt)

e=emisifitas benda (pecahan 0-1)

A=luas

σ=konstanta stefan

=5,6703x10-8 W/m2.K4

Radiasi mengenai benda yang tak tembus cahaya, sebagianradiasi direfleksikan, sebagian diserap

Laju penyerapan benda:

To= temperatur lingkungan


いんがく

♨Jika benda memancarkan radiasi yang lebih banyakdrpd yang diserapnya, benda menjadi dingin dansekitarnya menjadi lebih panas dan sebaliknya.

♨Bila benda dalam kesetimbangan termis dengansekitarnya, T=To, benda memancarkan danmenyerap radiasi dengan laju yang sama.

♨Daya netto yang diradiasi oleh benda pada temperatur T dan lingkungan temperatur To

♨Benda yang menyerap semua radiasi yang jatuh padanyaadalah benda Hitam (emisivitas = 1)


いんがく

♨Radiasi yang dipancarkan benda padatemperatur <600oC tidak tampak.

♨Bila sebuah benda dipanaskan, lajupancaran energi akan naik dan energy yang diradiasi akan meluas ke panjanggelombang yang semakin pendek.

♨ Pada suhu 600oC-700oC, cukup banyakenergy yang diradiasikan dalamspektrum tampak yang menyebabkanbenda berpijar merah pudar


いんがく

♨Daya yang diradiasikanoleh benda hitam sebagaifungsi panjanggelombang pada variasitemperatur

♨Panjang gelombang padasaat daya maksimumberubah secara terbalikterhadap temperatur

Documents

Suhu Dan Panas