Social Icons

Senin, 21 Januari 2013

Suhu Dan Kalor


A. SUHU
SUHU, (bukan suhu bahasa cina = guru) sama dengan istilah TemPeratuR yaitu ukuran /derajat/tingkat panas suatu benda.
nilai suhu suatu benda tidak dapat ditentukan dengan alat indra,misal telapak tangan.
Macam Termometer berdasarkan Skala ukur :
1. Termometer Celcius, 0 – 1000
2. Termometer Reamur, 0- 80
3. Termometer Fahrenheit, 32 – 212
4. Termometer Kelvin, 273 – 373
Kalibrasi skala thermometer :
Misalkan dua thermometer masing –masing : thermometer X dengan titik bawah A dan titik atas B: Sedangkan thermometer kedua, thermometer Y denan titik bawah C dan titik atas D, maka antara thermometer X dan thermometer dapat dibuat persamaan :
KALOR
KaLOr merupakan suatu bentuk energi, yang ada karena terjadi perbedaan suhu.Energi dari kalor dipindahkan dari suau benda ke benda lain yang suhunya berbeda.
Satuan kalor sama dengan satuan energi, yaitu JOULE
1 Joule = 0,24 kalori Joule = J
1 kalori = 4,18 Joule Kalori = kal
• Kalor jenis yaitu banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap satu kg
massa, agar suhu naik atau turun 1 K.
Lambang = c
Pengaruh Kalor terhadap suatu zat :
1. Suhu benda naik
2. benda mengalami pemuaian
3. benda mengalami perubahan wujud.
PENENTUAN JUMLAH KALOR UNTUK MENAIKKAN/MENURUNKAN SUHU BENDA:
Besar kalor yang diperlukan zat bermassa m untuk menaikkan suhu t sebesr Q sebanding dengan:
1. massa zat.
2. kenaikan suhu
Atau
Q  m.. t
Dan bergantung pada jenis zat, sehingga ditulis persamaan :
Q = m.c t
Benda akan mengalami pertambahan ukuran (panjang,atau luas,atau volume) jika ada perubahan Kalor.
PERISTIWA PERTAMBAHAN PANJANG,atau Luas, atau Volume suatu benda karena ada kenaikan suhu, dinamakan PEMUAIAN.
Pada umunya setiap benda akan memuai bila dipanaskan. Besar pemuaian bergantung pada 3 hal :
1. ukuran awal benda
2. Karakteristik bahan
3. besar perubahan suhu benda.
a. Pemuaian Zat Padat dan Zat Cair
1. Muai Panjang
dirumuskan :
ΔL = Lo.α. Δt
Lt = Lo(1 + α Δt )
Keterangan : Lt = panjang benda setelah suhu ke t (m)
Lo = panjang awal benda/ panjang benda saat suhu awal (m)
α = koefisien muai panjang (/◦C)
= pertambahan panjang benda setiap kenaikan suhu
1◦C
Δt = kenaikan/perubahan suhu (◦C)
ΔL=pertambahan panjang (m)
2. Muai Luas
dirumuskan :
ΔA = Ao.β. Δt
At = Ao(1 + β. Δt )
Keterangan : At = Luas benda setelah suhu ke t (m2)
Ao = Luas awal benda/ luas benda saat suhu awal (m2)
β. = koefisien muai luas (/◦C)
= pertambahan luas benda setiap kenaikan suhu
1◦C
ΔA=pertambahan luas (m 2)
3. Muai Volume
dirumuskan :
ΔV = Vo.γ. Δt
At = Ao(1 + γ. Δt )
Keterangan : Vt = Volume benda setelah suhu ke t (m3)
Vo = Volume awal benda/ volume benda saat suhu awal (m3) γ. = koefisien muai volume (/◦C)
= pertambahan volume benda setiap kenaikan suhu
1◦C
Δt = kenaikan/perubahan suhu (◦C)
ΔV=pertambahan volume (m 3)
b. Pemuaian Pada Gas
1. Pemuaian pada Suhu tetap
Sesuai dengan HUKUM BOYLE
2. Pemuaian pada Volume tetap
3. Pemuaian pada tekanan tetap
Sesuai dengan HUKUM GAY-LUSS
4. Pemuaian pada suhu, volume dan tekanan yang berubah.
Sesuai dengan HUKUM BOYLE-GAY LUSSAC
Keterangan :
V1 = Volume keadaan 1
V1 = Volume keadaan 2
T1 = suhu pada keadaan 1
T1 = suhu pada keadaan 2
P1 = tekanan pada keadaan 1
P1 = tekanan pada keadaan 2
PENGARUH KALOR PADA PERUBAHAN WUJUD ZAT.
wujud zat : padat, cair dan wujud gas.
zat dapat mengalami perubahan wujud dengan cara melepas atau menyerap(membutuhkan ) kalor.
SELAMA BERUBAH WUJUD, SUHU ZAT TETAP, sehingga besar kalor yang diserap/dilepas :
                                Q = m.L
L = kalor laten yaitu kalor yang dibutuhkan/dilepas zat untuk berubah wujud.

Suhu adalah derajat panas atau dingin suatu zat.
Sifat Termometrik adalah sebagi dasar pengukur suhu suatu zat, yaitu kepekaan suatu zat terhedap perubahan suhu. Misalnya, volume benda bertambah jika suhunya naik, warna benda berubah jika suhunya berubah jika suhunya berubah, hambatan jenis berubah jika suhunya berubah, dan lain-lain
Alat pengukur suhu adalah Termometer.
Secara Umum Termometer terbagi tiga, yaitu Termometer Celcius, Termometer Reamur, Termometer Kelvin dan Termometer Fahrenheit.
Untuk menentukan system skala suhu digunakan titik acuan bawah dan titik acuan atas. Titik acuan bawah yaitu titik lebur es pada tekanan 1 atm, sedangkan titik acuan atas adalah suhu titik didih air pada tekanan 1 atm.
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah karena perbedaan suhu.
Satuan kalor adalah joule (J), satuan yang lain adalah kalori (kal), 1 kal adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 10 C pada 1 gram air.
Kapasitas Kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda satu satuan suhu.
Kalor Jenis (panas jenis) adalah kapasitas kalori tiap satuan massa.
Perpindahan Kalor ada tiga macam yaitu Konduksi, Konveksi, dan Radiasi.
Konduksi (hantaran panas) adalah rambatan kalor yang tidak di ikuti perpindahan massa.
Konveksi (aliran panas) adalah rambatan kalor yang mengikuti perpindahan partikel-partikel zat perantara.
Radiasi (pancaran kalor) adalah perpindahan kalor yang tidak memerlukan zat perantara.

Kalor jenis

Rumus:
\!Q=\!m\times\!c\times\Delta\!t
dengan ketentuan:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!c = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
  • \Delta\!t = Perubahan suhu (°C) → (t2 – t1)
Untuk mencari kalor jenis, rumusnya adalah:
\!c=\frac{Q}{\!m\times\Delta\!t}
Untuk mencari massa zat, rumusnya adalah:
\!m=\frac{Q}{\!c\times\Delta\!t}

Kapasitas kalor

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1°C.
Rumus kapasitas kalor:
\!H=\frac{Q}{\Delta\!t}
\!H=\frac{\!m\times\!c\times\Delta\!t}{\Delta\!t}
\!H=\!m\times\!c
dengan syarat:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!H = Kapasitas kalor (Joule/°C)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!c = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
  • \Delta\!t = Perubahan suhu (°C) → (t2 – t1)
contoh soal: sebuah zat dipanaskan dari suhu 10°C menjadi 35°C. Kalor yang dikeluarkan adalah 5000 Joule. Jika masa zat adalah 20 kg. Berapakah kalor jenis dan kapasitas kalor zat tersebut? Jawab = Diketahui=
          t1 =10°C
          t2 =35°C
          Q  =5000 J
          m  =20 kg
Ditanya = b. Kapasitas kalor (H)
           a. kalor jenis (c)
           delta t = t2-t1
                  = 35°-10°
                  = 25°
        c  = Q:(m*delta t)
        c  = 5000:(20*25)
        c  = 5000: 500
        c  = 10 J/kg C°
 H = m × c
   = 20kg × 10 J/kg C°
   = 200 J/ C°

Kalor lebur

Rumus:
\!Q=\!m\times\!L
dengan ketentuan:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!L = Kalor lebur zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)

Kalor uap

Rumus:
\!Q=\!m\times\!U
dengan ketentuan:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!U = Kalor uap zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
Contoh Soal :
Berapa energi kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5 Kg air pada titik didihnya, jika kalor uap 2.260.000 Joule/Kilogram ?
Jawab :
Diketahui  : m = 5 Kg
U = 2.260.000 J/Kg

Ditanyakan : Q =….. ?
Jawab Q = m x U
= 5 Kg x 2.260.000 J/Kg
= 11.300.000 J
= 11,3 x 106 J

Asas Black

Rumus:
\!Q_{terima}=\!Q_{lepas} 
Asas Black : Jumlah kalor yang diterima sama dengan jumlah kalor yang dilepas.



CONTOH SOAL

Soal No. 1
Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30oC. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/groC, tentukan suhu akhir logam!
Pembahasan
Data :
Q = 12 kilojoule = 12000 joule
m = 2500 gram = 2,5 kg
T1 = 30oC
c = 0,2 kal/groC = 0,2 x 4200 joule/kg oC = 840 joule/kg oC
T2 =...?

Q = mcΔT
12000 = (2,5)(840)ΔT
ΔT = 12000/2100 = 5,71 oC

T2 = T1 + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 oC

Soal No. 2
500 gram es bersuhu −12oC dipanaskan hingga suhu −2oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!

Pembahasan
Data :
m = 500 gram
T1 = −12oC
T2 = −2oC
ΔT = T2 − T1 = −2o − (−12 ) = 10oC
c = 0,5 kalori/groC
Q = ....?

Q = mcΔT
Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

1 kalori = 4,2 joule
Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule

Soal No. 3
500 gram es bersuhu 0oC hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
L = 80 kalori/gr
Q = ....?

Q = mL
Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal

Soal No. 4
500 gram es bersuhu 0oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
cair = 1 kalori/groC
Les = 80 kalori/gr
Suhu akhir → 5oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es 0oC hingga menjadi air 5oC ada dua proses yang harus dilalui:
→ Proses meleburkan es 0oC menjadi air suhu 0oC, kalor yang diperlukan namakan Q1
Q1 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0oC hingga menjadi air 5oC, kalor yang diperlukan namakan Q2
Q2 = mcairΔTair = (500) (1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:
Q = Q1 + Q2 = 40000 + 2500 = 42500 kalori

Soal No. 5
500 gram es bersuhu −10oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
ces = 0,5 kalori/groC
cair = 1 kal/groC
Les = 80 kal/gr
Suhu akhir → 5oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es − 10oC hingga menjadi air 5oC ada tiga proses yang harus dilalui:
→ Proses untuk menaikkan suhu es dari −10oC menjadi es bersuhu 0oC, kalor yang diperlukan namakan Q1
Q1 = mcesΔTes = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

→ Proses meleburkan es 0oC menjadi air suhu 0oC, kalor yang diperlukan namakan Q2
Q2 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0oC hingga menjadi air 5oC, kalor yang diperlukan namakan Q3
Q3 = mcairΔTair = (500)(1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:
Q = Q1 +Q2 + Q3 = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori

Soal No. 6
200 gram air bersuhu 80oC dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20oC. Tentukan suhu campurannya!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m1 = 200 gram
m2 = 300 gram
ΔT1 = 80 − t
ΔT2 = t − 20
Suhu akhir = t = ......?

Qlepas = Qterima
m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2
(200)(1) (80 − t) = (300)(1)(t − 20)
(2)(1)(80 − t) = (3)(1)(t − 20)
160 − 2t = 3t − 60
5t = 220
t = 44oC

Soal No.7
Sepotong es bermassa 100 gram  bersuhu 0°C dimasukkan kedalam secangkir air bermassa 200 gram bersuhu 50°C.

Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C, kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor lebur es 80 kal/gr dan cangkir dianggap tidak menyerap kalor, berapa suhu akhir campuran antara es dan air tersebut?   
Pembahasan
Soal di atas tentang pertukaran kalor / Asas Black. Kalor yang dilepaskan air digunakan oleh es untuk mengubah wujudnya menjadi air dan sisanya digunakan untuk menaikkan suhu es yang sudah mencair tadi.



dengan Qadalah kalor yang dilepaskan air, Q2 adalah kalor yang digunakan es untuk melebur/mencair dan Q3 adalah kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu es yang telah mencair.

Berikutnya adalah contoh soal tentang pencampuran air panas dan air dingin dengan memperhitungkan kalor yang diserap oleh bejana atau wadahnya:

Soal No. 8
Air bermassa 100 g bersuhu 20°C berada dalam wadah terbuat dari bahan yang memiliki kalor jenis 0,20 kal/g°C dan bermassa 200 g. Ke dalam wadah kemudian dituangkan air panas bersuhu 90°C sebanyak 800 g. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/g°C, tentukan suhu akhir air campuran!

Pembahasan
Kalor yang berasal dari air panas 90°C saat pencampuran, sebagian diserap oleh air yang bersuhu 20° dan sebagian lagi diserap oleh wadah. Tidak ada keterangan terkait dengan suhu awal wadah, jadi anggap saja suhunya sama dengan suhu air di dalam wadah, yaitu 20°C.

Data :
-Air panas
m1 = 800 g
c1 = 1 kal/g°C

-Air dingin
m2 = 100 g
c2 = 1 kal/g°C

-Wadah
m3 = 200 g
c3 = 0,20 kal/g°C



Qlepas = Qterima
m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 + m3c3ΔT3



Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut! Dua buah logam terbuat dari bahan yang sama disambungkan.



Jika panjang logam P adalah dua kali panjang logam Q dan konduktivitas thermal logam P adalah setengah dari logam Q, tentukan suhu pada sambungan antara kedua logam!

Pembahasan
Banyaknya kalor persatuan waktu yang melalui logam P sama dengan kalor yang melalui logam Q. Gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi :



Soal No. 10
Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10-6/°C, dan bervolume 0,05 mdiisi penuh dengan bensin yang memiliki koefisien muai ruang 950 x 10-6/°C pada temperatur 20°C. Jika kemudian tangki ini dipanaskan sampai 50°C, tentukan besar volume bensin yang tumpah! (Sumber : Soal SPMB)

Pembahasan




| LG |

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar