SUHU, KALOR DAN PEMUAIAN

1. SUHU, KALOR DAN PEMUAIAN • SUHU • KALOR • AZAZ BLACK • PEMUAIAN GURU MATA PELAJARAN FISIKA SMK N 4 PELAYARAN DAN PERIKANAN PAMUJI WASKITO R, M.Pd.Si

2. Suhu didefinisikan sebagai derajat/tingkatan panas suatu benda atau kuantitas panas suatu benda. Alat yang tepat untuk mengukur suhu benda adalah termometer. Macam – macam Termometer Termometer zat padat Termometer zat cair Termometer gas

4. Alasan pemilihan raksa atau alkohol sebagai isi termometer yang sering digunakan adalah sebagai berikut: • mudah Dilihat karena raksa terlihat mengkilap sedangkan alkohol dapat diberi warna merah. • Daerah ukurannya sangat luas (raksa : – 390c s/d 3370c dan alkohol: -1140c – 780c) • Keduanya merupakan panghantar kalor yang baik • Keduanya mempunyai kalor jenis yang kecil.

5. Skala dalam termometer 1) termometer Celcius 2) termometer Fahrenheit 3) termometer Reamur 4) termometer Kelvin SKALA STANDAR INTERNASIONAL ADALAH SKALA KELVIN

6. Celcius Fahrenheit Reamur Kelvin Water boiling point Water freezing point Comparison of freezing and boiling point of water for each thermometer scale -373 -100 -212 -80 -0 -273 -32 -0 -0 -0

7. FORMULA

9. KONVERSI ANTAR SKALA TERMOMETER

11. CONTOH SOAL 1. KONVERSIKAN SUHUDIBAWAH INI 500C = ..... OR= ..... OF= ..... K 2. BUKTIKAN NILAI X0C = X OF LATIHAN SOAL 1. KONVERSIKAN SUHUDIBAWAH INI 250C = ..... OF= ..... K= ..... OR 2. BUKTIKAN NILAI X0R = X K

12. Semua zat menempati ruang, mempunyai massa, dan dapat berada dalam wujud yang berbeda. Pada dasarnya ada tiga wujud zat: padat, cair, dan gas. Wujud dari suatu zat tergantung pada suhunya. c) Gas (a) Padat (b) Cair

13. (a) Pada wujud gas, partikel-partikel mempunyai energi yang cukup untuk melawan gaya tarik yang mengikat partikel- partikel itu. (b) Partikel-partikel yang menyusun zat cair tidak mempunyai energi cukup untuk melawan seluruh gaya tarik, namun partikelpartikel itu mempunyai energi yang cukup untuk bergerak mengembara. (c) Zat padat tersusun dari partikel-partikel yang tidak mempunyai cukup energi untuk mengembara. Bagaimanakah ketidak cukupan energi itu mempengaruhi bentuk zat padat?

14. Massa Jenis Untuk menentukan besar massa jenis suatu benda, kamu harus membagi massa benda tersebut dengan volumenya. Bila massa jenis diberi simbol ( ρdibaca: rho),massa m, dan volume V. Contoh, suatu benda massanya 79 g memiliki volume 10 m3, maka massa jenisnya adalah: Ternyata massajenisnya 7,9 g/cm3.

15. Kalor Kalor diukur dalam satuan kalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkansuhu sebesar 1 Co dari 1 gram air. Akan dibutuhkan 500 kalori untuk memanaskan 500 gram air dari 20 oC menjadi 21 oC. Namun, satuan kalor dalam SI adalah joule. Satu kalori sama dengan 4,184 joule, dan sering dibulatkan menjadi 4,2 joule.

16. Kalor Jenis Kalor Jenis Beberapa Bahan [J/(kg.K)] Air 4184 Alkohol 2450 Aluminium 920 Karbon (grafit) 710 Pasir 664 Besi 450 Tembaga 380 Perak 235

17. Penghitungan Kalor Q = m × C × ΔT m = massa C = kalor jenis ΔT = Perubahan suhu Simbol Δ (delta) berarti “perubahan,” jadi ΔΤ adalah perubahan suhu. “Perubahan” yang ditunjukkan oleh Q, merupakan simbol perubahan energi panas (benda menerima kalor atau melepas kalor). ΔT = T akhir - T awal

18. Soal Contoh: Sebuah sendok perak yang massanya 32 g didinginkan dari 60 oC menjadi 20 oC. Berapakah kalor yang dilepaskan oleh sendok itu? Langkah-langkah Penyelesaian: 1. Apa yang diketahui? Massa sendok, m = 32 g = 0,032 kg Sendok terbuat dari perak. Kalor jenis, C, perak adalah 235 J/(kg.K). Suhu awal, T awal = 60 oC Suhu akhir, T akhir = 20 oC ΔΤ = 20 oC - 60 oC = -40 oC = -40 K

19. 2. Apa yang ditanyakan? Perubahan energi panas (kalor yang dilepas), Q 3. Gunakan persamaan Q = m x C x ΔΤ. 4. Penyelesaian: Q = m x C x (Takhir - Tawal) = 0,032 kg x 235 J/(kg.K) x -40 K = - 301 J Sendok melepas kalor sebesar 301 J sehingga sendok itu menjadi lebih dingin.

20. SOAL DAN PEMBAHASAN 1. Berapa energi kalor yang diperlukan oleh 1,5 kg alumunium jika dipanaskan dan 20°C sampai 60°C dan kalorjenis alumunium 9 x 10 J/kg°C?Penyelesaian :Diketahui :m = 1,5 kgc = 9 x 10kuadrat J/kg°C = 900 J/kg°CAt = 60°C - 20°C = 40°CDitanya •: Q=....?Jawab :Q = m.c.AtQ = 1,5x900x40Q =d54.000 JouleTanda + berarti memerlukan kalor.

21. 2. Berapa kalor yang dilepaskan oleh Alkohol jika suhunya turun dan 75° menjadi 25°C. Massa alkohol 8kg dan kalor alkohol 2300 J/kg°C.Penyelesaian:Diketahui :m = 8 kgc = 2300 J/kg°CΔt 25° - 75° = -50°CDitanya Q =....?JawabQ = m . c. Δt= 8.2300 x -50= -920.000 JouleTanda-berarti melepaskan kalor.

22. 3. Untuk menaikkan suhu benda dan 30°C menjadi 80°C diperlukan kalor sebanyak 80.000 Joule. Bila massa benda yang dipanaskan 5 kg.a) Berapa kapasitas kalor benda itu?b) Berapakah kalor jenisnya?Penyelesaian:Diketahui :Q = 80000 Joulem = 5kgDt = 80°C - 30°C = 50°CDitanyaa) H = ........?b) c = ........?Jawab :a) H = Q/At = 80.000 = 1600 J/°C L’t 50b) c = c/m = 1600/5 = 320 J/kg°C

23. 4. Pada 0,5 kg panci alumunium yang bersuhu 15°C diberikan kalor sebesar 22.500 J. Berapakah suhu akhir panci alumunium tersebut? (Kalorjenis alumunium = 900 KIkg°C)Penyelesaian:Diketahui :Massa panci alumunium m = 0,5 k9Suhu awal = 15°CKalor yang diberikan Q = 22.500 JKalorjenis alumunium c = 900 J/kg°CDitanya : Suhu akhir panci

24. Jawab Oleh karena panci alumunium menerima kalor, maka suhunya akan naik.Kenaikan suhu (At) dapat dihitung dengan persarnaanQ = m.c.AtAt = Q/mxc = 22.500J/(0,5 kg) (900 JIkg°C) = 50°CSuhu akhir = suhu awal + kenaikan suhu At= 15°C + 50°C = 65°C

25. Soal Latihan 1. Hitunglah kalor yang diterima oleh 230 g air yang dipanaskan dari 12 oC menjadi 90 oC. Petunjuk: Jawabanmu mengenai Q, akan berharga positif atau negatif? 2. Sebuah benda bermassa 45 kg membutuhkan kalor sebesar 180.480 J untuk menaikkan suhunya dari 28 oC menjadi 40 oC. Berapakah kalor jenis benda itu? Petunjuk: Informasi apa yang tidak diketahui?

26. Kalor Dapat Mengubah Suhu BendaKalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah karena adanya perbedaan suhu. Kalor dapat menyebabkan perubahan suhu suatu bënda.Dalam Fisika, pengertian kalor berbeda dengan suhu. Kalor sebagai bentuk energi menyatakan jumlah (kuantitas) panas, sedangkan suhu menyatakan ukuran derajat panas. Secara ilmiah, kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju benda yang suhunya rendah bila kedua benda dicampur.Karena kalor sebagai bentuk energi, maka berlaku hukum kekekalan energi untuk kalor.

27. Menurut Joseph Black, kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas. Pernyataan ini disebut Asas Black.Kalor yang diterima = kalor yang dilepaskanQterima = Qlepas(m . c. At)terima = (m . c. At)lepas Contoh soal:0,2 kg tembaga yang suhunya 100° C dimasukkan ke dalam 0,256 kg air yang suhunya 31°C, sehingga suhu air naik menjadi 36°C. Berapa kalorjenis tembaga, bila kalor jenis air 4200 J/Kg°C?Penyelesaian:Diketahui :

28. mt 0,2 kgt = 100°Cma = 0,256kgta = 31°Ctc = 36°CCa = 4200 J/kg°CDitanya : c =....?Jawab :Q yang dilepas tembaga = Q yang diterima airmt x ct x (tt-tc) = ma x ca x (tc-ta)O,2 x Ct x (lOO-36) = 0,256 x 4200 x (36-31 Keterangan t= TEMBAGA a = AIR

29. Kalor jenis suatu zat adalah bilangan yang menunjukkan banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1°C dan 1 kg zat. Bila dinyatakan dengan rumus:C= Q/ m. AtKapasitas KalorKapasitas kalor suatu zat adlah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat itu sebesar 1°C. Jika dinyatakan dengan rumus dapat di tulis:H = Q/At

30. H = Q/AtKeterangan:H = Kapasitas kalor, satuan Joule/°CHubungan antara kapasitas kalor dan kalorjenis zat dapat ditulis:H = Q/At = mxcxt/At = m xcC = H/mUntuk menentukan kalorjenis zat dapat digunakan alat yang disebut kalorimeter.

31. Kalor Dapat Mengubah Wujud ZatKita telah mengetahui bahwa zat terdiri atas tiga tingkat wujud zat, yaitu padat, cair dan gas. Akibat perubahan energi kalor yang terjadi pada zat itu, zat dapat mengalami perubahan wujud. Misalnya sepotong es jika dipanaskan akan berubah menjadi air dan jika dipanaskan terus air berubah menjadi uap. Pada peristiwa ini terjadi perubahan wujud dari cair yang disebut melebur dan perubahan wujud dari cair menjadi gas yang disebut menguap. Perubahan-perubahan wujud zat ini ada yang memerlukan kalor dan ada yang membebaskan kalor. Perubahan wujud suatu zat tidak selalu mengikuti kaidah tersebut, tetapi ada zat tertentu yang langsung mengalami perubahan wujud dan padat langsung menjadi gas tanpa melalui wujud cair, yang disebut menyublim. Contoh: kapur barus, yodium dan naftalena.

32. Untuk memahami peristiwa perubahan wujud, perhatikan diagram perubahan wujud zat di bawah ini

33. Ketika zat sedang mengalami perubahan wujud, suhu zat tetap meskipun terus diberi kalor. Kalor yang diserap itu tidak dipakai untuk menaikkan suhu, tetapi dipakai untuk mengubah wujud zat, Kalor yang dipakai untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten (tersembunyi).

34. Pada zat padat molekul-mo)ekulnya sangat rapat dan mempunyai gaya tarik-menarik antar molekul yang cukup besar. Ketika jumlah kalor diberikan pada balok es, energi getaran molekul-molekul bertambah dan rnengakibatkan molekul-molekul itu lepas dan ikatannya. Pada akhirnya es (zat padat) berubah menjadi air (zat cair). Pada Waktu Menguap Zat Memerlukan KalorMenguap adalah perubahan wujud dari cair menjadi gas. Bila zat dipanaskan, molekul-molekul zat cair itu bergerak makin cepat dan bebas, sehingga dapat meninggalkan permukaan zat cair tersebut.

35. Penistiwa ini disebut penguapan. Pada saat menguap memerlukan kalor. Penguapan dapat terjadi pada berbagai suhu Untuk mempercepat proses penguapan dapat dilakukan dengan 4 cara, yaitu: a. Pemanasan/diberi kalorb. Memperluas permukaan zat cairc. Mengalirkan (meniupkan) udara ke permukaan zat cair.d. Mengurangi tekanan uap di atas permukaan zat cair.

36. Pengembunan adalah proses kebalikan dan penguapan yaltu perubahan wujud dari cair ke gas. Bila ke dalam gelas yang berisi air kita masukkan sepotong es, maka pada dinding luar gelas terjadi pengembunan (terdapat butir-butir air). Butir-butir air terjadi dan uap di udara mengenai dinding gelas sehingga mengalami pendinginan. Uap air ini melepaskan kalor dan terjadilah pengembunan pada dindin gelas. Jadi saat mengembun zat melepaskan kalor.

37. Zat Mendidih Dengan Suhu Tetap Asalkan Tekanan Tidak BerubahMendidih adalah peristiwä penguapan di seluruh bagian zat cair dan terjadi pada titik didih. Suhu zat cair saat mendidih disebut titik didih. Titik didih normal adalah suhu zat cair yang mendidih pada tekanan 76 cmHg (1 atmosfer). Misalnya titik didih normal air adalah 100°C. Bilã tekanan udara kurang dari 1 atmosfer, maka zat cair dapat mendidih di bawah titik didih normalnya dan kenaikan tekanan pada permukaan air akan menaikkan titik didihnya. Jadi titik didih zat bergantung pada tekanan udara di atas permukaan zat itu

38. Banyaknya kalor yang diperlukan selama mendidih sebanding dengan massa zat dan kalor uapnya.Persamaannya dapat ditulis:Q = m x UKeterangan:Q = kalor yang diperlukan, satuannya joulem = massa zat, satuannya kgU = kalor uap, satuannya joule/kg Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menguap pada titik didihnya. Kalor embun adalah banyaknya kalor yang dilepaskan pada zat berubah dan wujud uap menjadi cair pada titik didihnya.Kalor uap = kalor embun

39. Contoh Soal:Hitunglah banyak kalor yang diperlukan untuk menguapkan 3 kg air pada suhu 100°C. Dimana kalor uap air adalah 2260 KJ/kg.Penyelesaian:Diketahui :m = 3 kgU = 2260 KJ/kgDitanya Q = .....?Jawab :Q = m.U= 3x2260= 6780 KJ = 6780000 Joule

40. Pada Waktu Zat Melebur Diperlukan Kalor dan Suhunya TetapMelebur adalah peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi cair dan terjadi pada titik leburnya. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk melebur sebanding dengan massa zat dan bergantung pada jenis zatnya.Jumlah kalor yang diperlukan untuk melebur dapat ditulis dengan persamaan:Q = mxLKeterangan:Q = kalor yang diperlukan, satuan JOulem = massa zat, satuan kgL = kalor lebur, satuan J/kg

41. Contoh soal:Berapa banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan es 2 kg dan suhu 0°C menjadi air pada suhu 0°C?Penyelesaian:Diketahui :m = 2 kgL = 336000 J/kgDitanya Q = ........?JawabQ = mxL= 2 x 336000 = 672000 Joule

42. Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat padat menjadi zat cair pada titik leburnya. Titik lebur adalah suhu zat ketika melebur. Pada waktu membeku, zat melepaskan kalor dan terjadi pada titik bekunya. Banyak kalor yang dilepaskan oleh satu satuan massa zat cair menjadi titik bekunya disebut kalor beku. Titik beku adalah suhu zat ketika membeku. Titik lebur zat sama dengan titik bekunya.

43. Tabel Nilai Kalor Lebur Berbagai Zat

44. PEMANFAATAN SIFAT KALOR Manfaat sifat kalor dalam kehidupan sehari-hari antara lain : untuk memasak makanan atau air, membuat es, penyulingan air dan mensterilkan alat-alat kedokteran (otokiaf). Uap.

45. Peralatan yang memanfaatkan prinsip kerja kalor, antara lain alat penyulingan air, alat canting untuk membatik, panci tekan (pressure cooker), lemari es. Cara kerja alat penyulingan yaitu air tak murni dalam labu didih dipanaskan sampai titik didihnya sehingga menjadi Kemudian uap air murni hasil penguapan tersebut dialirkan melalui pipa yang diselubungi oleh kondesor yang secara terus-menerus dialiri air dingin, sehingga uap air murni dalam pipa ni mengembun menghasilkan air murni dan ditampung dalam gelas.

46. PengertianPemuaian Pemuaianadalahbertambahnyaukuransuatubendakarenapengaruhperubahansuhuataubertambahnyaukuransuatubendakarenamenerimakalor. Pemuaianterjadipada 3 zatyaitupemuaianpadazatpadat, padazatcair, danpadazat gas. Pemuaianpadazatpadatada 3 jenisyaitupemuaianpanjang (untuksatudemensi), pemuaianluas (duadimensi) danpemuaian volume (untuktigadimensi). Sedangkanpadazatcairdanzat gas hanyaterjadipemuaian volume saja, khususpadazat gas biasanyadiambilnilaikoofisienmuaivolumenyasamadengan 1/273.

47. Pemuaianpanjang adalahbertambahnyaukuranpanjangsuatubendakarenamenerimakalor. Padapemuaianpanjangnilailebardantebalsangatkecildibandingkandengannilaipanjangbendatersebut. Sehinggalebardantebaldianggaptidakada. Contohbenda yang hanyamengalamipemuaianpanjangsajaadalahkawatkecil yang panjangsekali. Pemuaianpanjangsuatubendadipengaruhiolehbeberapafaktoryaitupanjangawalbenda, koefisienmuaipanjangdanbesarperubahansuhu. Koefisienmuaipanjangsuatubendasendiridipengaruhiolehjenisbendaataujenisbahan. Secaramatematispersamaan yang digunakanuntukmenentukanpertambahanpanjangbendasetelahdipanaskanpadasuhutertentuadalah

48. PEMUAIAN Alat Musschenbroek

49. A Pemuaian Panjang KETERANGAN : Lt = panjang akhir Satuan Cm / M Lo= panjang mula-mula Satuan Cm / M α = koefisien muai panjang Satuan ( /oC ) Δt = perubahan suhu Satuan ( oC ) Δl = Penambahan panjang Satuan Cm / M