FISIKA D

ASAR ZAT DAN KALORZAT DAN KALOR

Hardani, M.SiHardani, M.Si

D3 FARMASID3 FARMASIPOLITEKNIK MEDICA FARMA HUSADA POLITEKNIK MEDICA FARMA HUSADA

MATARAMMATARAM20162016

FISIKA D

ASARPendahuluan Zat Padat

Apabila gaya yang diterapkan terhadap suatu bahan dihilangkan, bahan tersebut akan kembali ke bentuknya semula, contohnya pegas dan karet. Ada juga benda yang mengalami bentuk secara permanen jika dikenai gaya, contohnya tanah liat dan lilin. Untuk membedakan karakteristik kedua jenis benda ini, benda dikatakan memiliki sifat elastis

FISIKA D

ASAR Elastisitas

Untuk memahami elastisitas benda dapat dilakukan percobaan menggunakan pegas. Jika hasil yang diperoleh digambarkan dalam bentuk grafik antara gaya berat benda (F) dengan pertambahan panjang pegas (x), akan tampak pada grafik berikut

FISIKA D

ASAR

0 Pertambahan panjang x

Batas elastisitasBatas

linearitas

Daerah elastis

Daerah plastis

Gaya

F Titik patah

A

C

Dari grafik:•Garis lurus 0 – A : F sebanding dengan x•Garis A – B : batas linearitas pegas•Garis 0 – B : daerah elastis•Garis B – C : daerah plastis

B

Tegangan dan ReganganAda tiga jenis perubahan bentuk benda: regangan , mampatan, dan geseran

Perubahan bentuk benda terjadi karena gaya yang bekerja pada benda, disebut tegangan.Tegangan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas

Jika benda diberi gaya, akan mengalami perubahan panjang. Perbandingan perubahan panjang mula-mula dengan panjang benda disebut regangan

AF

F = gaya (N)A = luas (m2) = Tegangan (N/m2)

0LL

L= perubahan panjang (m)L = panjang mula-mula (m) = regangan

mampatan regangan geseran

ModulusModulus (E) merupakan perbandingan antara tegangan dengan regangan

Pada benda elastis, dikenal sebagai modulus Young

E

0LL

AF

Y

LALFY

.. 0

Hukum Hooke menyatakan hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dengan pertambahan panjang pegas pada daerah elastis pegas.

Berdasarkan Hukum III Newton (aksi-reaksi), pegas akan mengadakan gaya yang besarnya sama tetapi arah berlawanan

Hukum Hooke

xkF

xkF

FF

p

p

F = gaya pada pegas (N)x = pertambahan panjang (m)k = tetapan pegas (N/m)

Fp = gaya pegas

Tahukah anda, bagaimana kalor dapat berpindah?

Bagaimana pula cara perpindahannya ?

Kalor dapat berpindah dengan berbagai cara, yaitu dengan melalui :A. KONDUKSI (hantaran) Adalah perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui zat padat.

Berdasarkan daya hantar kalornya, zat dapat dibedakan sebagai:Konduktor : zat yang mudah menghantarkan kalor

Contoh : logam Isolator : zat yang sukar menghantarkan kalor

Contoh : kayu, karet, air, udara

lAT1

T2

ΔT =T2-T1

k (konstansa konduksi)

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konduksi kalor :1.Beda suhu antara kedua permukaan (∆T) makin besar beda suhu, makin cepat perpindahan kalor.

2.Jarak antara kedua permukaan /tebal /panjang (l), makin tebal, makin lambat perpindahan kalor.3.Luas permukaan (A), makin luas permukaan makin cepat perpindahan kalor.4.Konduktivitas termal zat (k), merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor; makin besar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.

Laju konduksi kalor :

B. KONVEKSI (aliran)adalah perpindahan kalor melalui zat perantara, diikuti perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui fluida, misal : udara, air

Macam konveksi : 1. konveksi alami contoh : angin darat, angin laut, aliran udara melalui ventilasi / cerobong asap. 2. konveksi paksa contoh : konveksi udara pada hair dryer, sistem pendingin mesin mobil lemari es, AC.

Proses pemanasan air dalam suatu panci. Partikel air pada dasar panci menerima kalor dan menjadi panas.

Pertikel yang telah panas bergerak ke atas karena berat jenisnya mengecil, Sedangkan air dingin turun menempati tempat yang ditinggalkan air panas yang naik.Demikian ini terjadi selama air dipanaskan, sehingga air masak secara merata

Manfaat konveksi kalor

Merebus air

Perhatikan tayangan berikut ini, apa yang akan terjadi ?

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konveksi kalor :Luas permukaan benda (A), semakin luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan.Perbedaan suhu (∆T), semakin besar beda suhu benda dengan permukaan fluida, semakin cepat kalor dipindahkanKoefisien konveksi (h), bergantung pada bentuk, kedudukan permukaan dan diperoleh dengan percobaan. Misal h tubuh manusia adalah 7,1 Js-1m-2K-1

Laju konveksi kalor :

C. RADIASI (PANCARAN) adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.(pancaran energi dari permukaan sebuah benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik)

Misal, panas matahari sampai ke bumi melalui ruang hampa udara.

Catatan : 1. Permukaan hitam sempurna sebagai pemancar dan penyerap kalor yang baik (e=1) 2. Pemukaan putih mengkilap sebagai pemancar dan penyerap kalor radiasi yang buruk (0<e<1).

Pemanfaatan radiasi : Pendiangan rumah, efek rumah kaca, panel surya.

Radiasi gelombang elektromagnetik matahari menghangatkan kita sebagai makhluk hidup dibumi, walaupun melewati hampa udara

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi : (dinyatakan dalam hukum Stefan-Boltzman)

“Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan (T4)”

Dapat ditulis dengan persamaan :

Tidak semua benda dianggap hitam sempurna, sehingga rumus dapat ditulis :

Dimana : σ = 5,67 x 10-8 Wm-2K-4

1. Sumber utama masuknya kalor kedalam ruang yang suhunya lebih

rendah dari udara luar adalah melalui jendela kaca.Sebuah ruang

dengan pendingin AC memiliki kaca jendela yang luasnya 2,0 m x 1,5

m dan tebal 3,2mm.Jika suhu permukaan dalam kaca 25oC dan suhu

pada permukaan luar 30oC, laju konduksi kalor yang masuk adalah

sebesar....watt (k = 0,8 W/m K)

A. 3750B. 5370C. 5730

D. 7350E. 7530

PEMBAHASAN

PILIH SOAL :

A = 2,0 m x 1,5 m = 3,0 m2.d = 3,2 mm = 3,2 x 10-3 m.k = 0,8 W/m K.∆T = T2-T1 = 30oC-25oC = 5oC = 5K

Ditanyakan : Q/t = ?

DIKETAHUI :

DITANYAKAN :

dTkA

tQ

)102,3()5)(0,3)(/8,0(

3

2

mxKmmKW

tQ

= 3750 W

DIJAWAB :

2. Gas dengan koefisien konveksi termal 0,05 kal/s m2 oC dirambatkan

didalam pipa dengan luas penampang 10 cm2. Gas mengalir dari

tempat bersuhu 80oC ke tempat lain yang suhunya 70oC. besar kalor

yang dipindahkan selama satu jam adalah.... Joule

C. 1,8

B. 6,1

A. 8,1 D. 1,4E. 0,8

PEMBAHASAN

PILIH SOAL :

h = 0,05 kal/s m2 oCA = 10 cm2 = 0,001 m2

ΔT = (80-70)oC =10oCt = 1 jam = 3.600 sekon

DIKETAHUI :

DITANYAKAN :

Q = ?

= 1,8 kalori

DIJAWAB :

Q = H.t = h.A. ΔT.tQ = 0,05 x 0,001 x 10 x 3.600

3. Sebuah benda hitam berbentuk bola dengan jari-jari 5 cm dijaga pada

suhu konstan 327oC. Laju kalor yang dipancarkan adalah sebesar....

Joule/s

E. 203,73B. 373,20

A. 730,23 D. 230,73

C. 337,20PEMBAHASAN

PILIH SOAL :

e = 1A = 4r2= 4(4,13)(5x10-2)2

= 3,14 x 10-2 m2

T = 327 + 273 = 600 10-2

= 5,67 x 10-8 W/m2 K4

DIKETAHUI :

DITANYAKAN :

H = Q/t

= 230,73 J/s

DIJAWAB :

H = eAT4

H = (1)(5,67 x 10-8)(3,14 x 10-2)(600) 4

FISIKA D

ASAR

TERIMA KASIHTERIMA KASIH