SUHU DAN KALOR
A.
Pengertian Suhu
Suhu atau temperature adalah besaran yang menunjukkan
derajat panas atau dinginnya suatu benda. Pengukuran suhu didasarkan pada
keadaan fisis zat ( padat, cair, gas ) yang mengalami perubahan jika suhunya
berubah. Sensitivitas benda terhadap perubahan suhu dinamakan sifat termometrik
zat. Perubahan termometrik zat antara lain ( perubahan volume, perubahan wujud,
perubahan daya hantar listrik, dan perubahan warna.
B.
Mengukur Suhu
Alat mengukur suhu berdasarkan
sifat-sifat termometrik dinamakan thermometer. Zat cair yang mempunyai sifat
termometrik yang baik adalah air raksa dan alkohol, karena raksa dan alkohol
dapat memuai secara linier jika terjadi kenaikan suhu. Zat cair yang digunakan
untuk mengisi tabung termometer adalah raksa, karena raksa memiliki kelebihan
dibandingkan dengan zat cair lain. Kelebihan raksa sebagai pengisi tabung
termometer adalah:
a.
Keseimbangan
termal terhadap zat yang akan di ukur lebih cepat
b.
Memiliki
titik beku terendah ( -390C ) dan titik didih ( 3570C ).
c.
Memiliki
kenaikan volume yang teratur pada saat terjadi perubahan suhu
d. Tidak membasahi kaca yang ditempati,
karena memiliki gaya kohesi besar sehingga pengukuran suhu lebih akurat.
e.
Mudah
dilihat, karena warnanya putih seperti perak ( mengkilat )
Pada pengukuran dengan
menggunakan termometer, suhu suatu zat yang diukur sama besar dengan skala yang
ditunjukkan oleh termometer saat terjadi kesetimbangan termal antara zat dengan
termometer. Skala termometer
dibedakan menjadi skala Celcius, skala Fahrenhait, skala Reamur dan skala
Kelvin.
Perbandingan skala termometer
Reamur, Celcius, Fahrenhait dan Kelvin
R C F K
80 100
212 373 0 0 32 273
R : C : ( F – 32 ) = 80 : 100
: 180
R : C : ( F – 32 ) = 4 : 5: 9
Hubungan antara dua termometer sembarang
Jika dua termometer sembarang
X dengan Y masing-masing memiliki titik tetap bawah dan titik tetap atas yang
berbeda, tetapi rentangan antara kedua acuan tersebut sama. Hal ini karena
titik tetap bawah menggunakan acuan suhu es yang mulai melebur pada tekanan
normal dan titik tetap atas menggunakan acuan suhu air mendidih pada tekanan
udara normal. Jika suhu benda dalam derajat X diketahui, maka suhu dalam
derajat Y dapat di cari.
X Y
 |
|
|
a b p q
r s
C.
Pemuaian
Pemuaian adalah bertambahnya
ukuran suatu benda karena suhunya dinaikkan. Umumnya suatu zat baik padat, cair
dan gas bila dipanaskan akan memuai, kecuali air
a.
Pemuaian
zat padat
Zat padat yang dipanaskan akan
mengalami pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.
1.
Muai
panjang
Lo
 |
Lt ∆L
∆L
= Lo α ∆T
Lt = Lo + Lo α ∆T
Lt = Lo ( 1+
α ∆T )
Keterangan:
∆L = pertambahan panjang batang ( m )
Lo
= panjang batang mula-mula ( m )
Lt = panjang batang estela suhu naik ( m )
α = koefisien muai panjang ( / 0C
)
∆T= kenaikan suhu ( 0C )
2.
Muai
luas
Jika suatu
benda berbentuk bidang dinaikan suhunya, maka sisi-sisi bidang tersebut (
panjang dan lebar ) akan bertambah panjang.
∆A = Ao β ∆T
At = Ao + Ao β ∆T
At = Ao ( 1+
β ∆T )
Keterangan:
∆A
= pertambahan luas ( m2 )
Ao
= luas bidang mula-mula ( m2 )
At = luas bidang setelah suhu naik ( m2 )
β = koefisien muai luas ( / 0C
)
∆T=
kenaikan suhu ( 0C )
3.
Muai
volume
Jika suatu
benda berbentuk tiga dimensi jika diberi kalor selain bertambah panjang dan lebar
juga akan bertambah tinggisehingga benda tersebut mengalami pemuaian volume.
∆V = Vo γ ∆T
Vt = Vo + Ao γ
∆T
Vt = Vo ( 1+ γ
∆T )
Keterangan:
∆V = pertambahan volume ( m3 )
Vo
= volume mula-mula ( m3 )
Vt = volume setelah suhu naik ( m3
)
γ =
koefisien muai volume ( / 0C )
∆T=
kenaikan suhu ( 0C )
b.
Pemuaian
zat cair
Untuk air ketika dipanaskan
dari suhu 00C sehingga mencapai suhu 40C, volumenya akan menyusut. Massa air tidak
berubah selama penyusutan, sehingga massa jenis mencapai maksimum pada suhu 40C,
dimana suhu air minimum. Pada suhu diatas 40C air akan memuai jika
dipanaskan. Sifat pemuaian air yang tidak teratur inilah dinamakan anomali air.
c.
Pemuaian
gas
Gas hanya mempunyai muai ruang
saja dan besar koefisien muai ruangnya sama untuk semua jenis gas yaitu:
γgas = 
Ada 3 besaran yang harus
diperhatikan pada pemuaian gas, yaitu tekanan, suhu dan volume.
Jika
berlangsung pada suhu tetap
P1
V1 = P2 V2
Jika berlangsung pada volume
tetap
Jika berlangsung pada trkanan
tetap
D.
Kalor
Kalor adalah suatu bentuk
energi yang dipindahkan melalui perbedaan suhu. Kalor berpindah dari benda
bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Benda yang menerima kalor suhunya akan naik, sedangkan benda melepas kalor suhunya
akan turun.
Besarnya kalor yang di serap
atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus dengan: massa benda ( m ), kalor
jenis benda ( c ), dan perubahan suhu (∆T ). Jadi besar kalor yang dilepaskan
atau diserap secara matematis:
Q = m c ∆T Keterangan:
m = massa
benda ( kg )
c = kalor
jenis ( J/kg K atau kal/gr C )
∆T = kenaikan suhu ( 0C )
Dalam satuan SI satuan kalor adalah Joule.
1 kalori = 4,2 joule
1 joule = 0,24 kalori
Satu kalori adalah banyaknya
kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 10C air yang massanya 1
gram.
Besaran dalam kalor
a. Kapasiras Kalor ( C )
Kapasitas kalor adalah
perbandingan antara jumlah kalor yang diterima benda dengan kenaikan suhu atau
banyak panas yang diperlukan untuk menaikan sejumlah zat tertentu sebesar satu
derajat celcius atau satu kelvin.
C = 
Keterangan:
C
= kapasitas panas ( J/K )
Q = kalor ( J )
∆T=
kenaikan suhu ( K )
b. Kalor jenis ( c )
Merupakan perbandingan antara
kapasitas kalor dengan massa benda atau banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu satu derajat celcius dari satu kilogram zat tersebut.
c = 
Keterangan:
C =
kapasitas panas ( J/K )
Q
= kalor ( J )
∆T= kenaikan suhu ( K )
c =
kalor jenis benda ( J/kgK )
Kalor jenis
hanya tergantung pada jenis benda tersebut, sehingga masing-masing benda
mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda.
Hukum
kekekalan energi untuk kalor
Energi tidak
dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah dari
satu bentuk energi kebentuk energi lainnya. Hukum kekekalan energi kalor dapat
diamati dengan menggunakan kalorimeter. Kalorimeter adalah alat digunakan untuk mengukur kalor.
Menurut Azaz
Black adalah jumlah kalor yang dilepas ( QL ) = jumlah kalor yang
diterima ( QT )
Qlepas = Qterima
( m c ∆T )lepas = ( m c
∆T )terima
Pengaruh Kalor terhadap Wujut Benda
Apabila
sejumlah es di dalam tabung gelas dipanaskan terus menerus, maka es akan
melebur menjadi air, kemudian air akan menguap menjadi gas. Sebaliknya jika air
di dinginkan maka air akan membeku menjadi es. Hal tersebut menunjukkan bahwa
air mengalami perubahan wujud.
Pada
peristiwa melebur, menguap, dan menyublim selalu dibutuhkan kalor. Pada
peristiwa membeku, mengembun, dan menyublim selalu dilepaskan kalor. Pada saat
terjadi perubahan wujud , suhu zat tetap.
Kalor yang
diperlukan oleh tiap satuan massa zat untuk mengubah wujudnya dinamakan kalor laten dan suhu yang terjadi selama
perubahan wujud zat dinamakan suhu
transisi.
E.
Perpindahan Kalor.
Perindahan kalor dibedakan
menjadi 3 macam.
a.
Perindahan
kalor secara konduksi
Perpindahan kalor melalui zat
perantara ( logam ) dengan tidak disertai perpindahan partikel-partikel zat
tersebut secara permanen dinamakan hantaran
atau konveksi. Laju perindahan kalor secara konduksi tergantung pada panjang, luas, jenis bahan, dan perubahan
suhu
Banyaknya
kalor yang dapat berpindah selama waktu t adalah:
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang
waktu ( sekon )
∆T= perubahan suhu ( K )
L
= panjang batang ( m )
A = luas penampang ( m2 )
k
= koefisien konduksi termal zat ( J/msK )
b.
Perindahan
kalor secara konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai
perpindahan partikel-partikel zatnya, yang biasanya perjadi pada zat cair dan
gas.
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang
waktu ( sekon )
∆T= perubahan suhu ( K )
A = luas penampang ( m2 )
h = koefisien konveksi termal ( J/sm2C
)
c.
Perindahan
kalor secara radiasi
Perpindahan kalor secara
radiasi adalah perpindahan kalor dari pancaran sinar matahari ke bumi.
Keterangan:
Q = banyaknya kalor ( J )
t = selang
waktu ( sekon )
e
= emitivitas permukaan (0 ≤ e ≤ 1 )
σ = konstanta Stepan-Boltman ( watt/
m2K4 )
T
= suhu mutlak ( K )
A = luas permukaan benda ( m2)
No comments:
Post a Comment