Tampilkan postingan dengan label fisika suhu dan kalor. Tampilkan semua postingan
Tampilkan postingan dengan label fisika suhu dan kalor. Tampilkan semua postingan

Selasa, 24 Februari 2015

Dinding termos dibuat sedemikian rupa agar panas tidak mudah keluar. Memasak air dengan wadah panci alumunium lebih cepat mendidih dibandingkan dengan wadah periuk tanah liat.
Sampai akhir abad ke-18, kalor dianggap sebagai yang mengaliri zat yang mengalir dan disebut kalorik. Sejak awal abad 19, kalor mulai dianggap sebagai energi. Hal ini dibuktikan dengan berbagaimacam eksperimen. Salah satu eksperimen yang dikenal adalah eksperimen yang dilakukan oleh James Prescott Joule.
Skema Alat Uji Eksperimen Joule

Kalor didefinisikan sebagai energi yang berpindah karena perbedaan suhu. Jadi energi harus dalam keadaan berpindah. Oleh karena itu tidak pernah dikatakan kalor yang dimiliki oleh sebuah benda, tetapi kalor yang diterima atau dilepas oleh sebuah benda. Benda yang menerima kalor suhunya akan naik sedangkan benda yang melepas kalor suhunya akan turun.
Apakah benda yang dipanaskan suhunya akan selalu naik ?
Kita akan membuktikan dengan berbagai eksperimen.
Coba amati, apa yang terjadi ketika batang tembaga dipanaskan. Selama  masih berwujud tembaga (padat), suhu tembaga akan naik dan tembaga akan mengalami pemuaian. Jika terus menerus dipanaskan hingga mencapai suhu 327 o C tembaga akan mengalami perubahan wujud menjadi cair. Selama mengalami perubahan wujud, suhu akan tetap. Kalor yang diserap dugunakan untuk melakukan perubahan wujud. Jika terus dipanaskan, cairan tembaga akan mengalami kenaikan suhu dan pemuaian. Ketika suhu mencapai  1759 oC tembaga akan mengalami perubahan wujud menjadi gas tembaga. Selama terjadi perubahan wujud, suhu tidak berubah, jika dipanaskan , maka suhu gas akan naik dan volume akan bertambah.
Demikian juga pada air. Mulai dari fase padat berupa es, jika dipanaskan maka akan mencair pada suhu 0 oC. Selama proses perubahan  dari fase padat ke cair, tidak mengalami kenaikan suhu. Jika terus dipanaskan maka air akan mendidih pada suhu 100oC, air akan mengalami penguapan menjadi gas. Jika digambarkan dengan grafik sebagaiberikut :


Keterangan :
Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 oC kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 oC maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)
Untuk mengetahui pengaruh banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda  perlu dilakukan eksperimen sebagai berikut :
Penentuan Kalor Jenis Air
Tujuan : menentukan tara kalor listrik
Alat dan bahan : Kalorimeter, air, saklar, thermometer, sumber tegangan, stopwatch,pemanas  dan kawat penghubung.
Langkah kerja :
Rangkai alat-alat seperti gambar berikut :
Percobaan I
isi kalorimeter listrik dengan air sebanyak 1/3 volume kalori meter,  tutup saklar dan hidupkan stopwatch, kemudian catat kenaikan selama 5 menit pertama, catat kenaikan suhu untuk 5 menit kedua dan seterusnya sampat mendapatkan data sebanyak 5 kali.
Percobaan II
isi kalorimeter dengan air sebanyak 1/4 bagian, tutup dengan saklar dan nyalakan stopwatch; catat waktu yang diperlukan untuk menaaikkan suhu air sebesar 5 C; ulangi langkah tersebut dengan 1/2 bagian air pada wadah.
Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor :
-perubahan suhu,  kenaikan suhu untuk selang waktu yang sama adalah sama, hal ini dikarenakan energy listrik sebanding dengan waktu dan suhu sebanding dengan waktu. Jadi energy yang diserap sebanding dengan kenaikan suhu.
Q ~ ΔT
-massa zat, dalam percobaan ini energy yang di serap sebanding dengan massa air
Q ~ m
-jenis zat (kalor jenis)

 Contoh soal :
Untuk menaikkan suhu sebuah benda  dari  10 oC  menjadi 15oC diperlukan kalor sbesar 10000J. Berapa kalor yang deperlukan untuk menaikkan suhu benda tersebut menjadi  20oC. Jika massa benda di kurangi setengahnya maka berapa kalor yang diperlukan ?
Jawab :
a. Q ~ ΔT
ΔT1  =  15 – 10  = 5
ΔT2 = 20 – 10   = 10
Q1  :  Q2    =  ΔT1  :  ΔT2
10000 :  Q2  =  5 : 10
Q2 = 20000J

b. Q ~ m atau 
Q1  :  Q2  =   m1  :  m2
20000  :  Q2   =   m1  :   (1/2) m1  =  2  :  1
Q2  =  10000 J

Kalor yang diperlukan timbal bermassa 1 gram untuk melebur pada titik leburnya adalah 4000 Joule. Berapa massa timbal yang sejenis jika kalor sebanyak 5000 Joule diserap timbal untuk melebur pada titik leburnya
Jawab :
Q1  :  Q2  =   m1  :  m2
5000 : 4000 = m   :   1
m = 5/4 gram = 1,25 gram
Melalui kegiatan diatas telah dibuktikan bahwa banyaknya kalor (Q) yang diterima atau dilepaskan sebuah benda sebanding dengan massa (m) dan perubahan suhu (ΔT)
Q~ ΔT
Perbandingan kalor dengan massa dikalikan perubahan suhu ( mΔT) adalah tetap untuk sebuah benda, dan disebut juga kalor jenis benda tersebut
c = Q / (mΔT)
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :
Q =m . c .  ΔT
Q = m.c.(t2 – t1)
Dimana :
Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)
m adalah massa benda (kg)
c adalah kalor jenis (J/kgC)
(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah calorimeter.  kalor  jenis antara zat satu dengan zat lainnya berbeda-beda.
Berikut tersaji data kalor jenis berbagai  zat :


Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
C = Q/(t2-t1)
c = Q/m.(t2-t1)
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
C = m.c

Hubungan Satuan Kalori dan Joule.
Bejana diisi air. Jika beban dijatuhkan , maka air menjadi panas karena diaduk oleh bilah-bilah yang berputar akibat turunnya beban. Dalam percobaan kesetaraan kalor mekanik, Joule membandingkan energi potensial beban dengan kalor yang diterima air dalam wadah. Melalui percobaan didapatkan bah wa :
1 kal = 4, 186 kJ atau 1 kal = 4186 J













Sumber : http://rumushitung.com/2013/03/14/asas-black-kalor/
FISIKA untuk SMS/MA kelas XI, Goris Seran Daton, dkk, Penerbit Grasindo. 2007


Materi Suhu dan Kalor lainnya :
  1. KALOR ATAU PANAS
  2. PEMUAIAN
  3. PERUBAHAN WUJUD DAN ASAS BLACK
  4. SUHU DAN SKALA PADA TERMOMETER
  5. soal suhu dan kalor
Pada umumnya benda akan memuai jika di panaskan. Ada tiga macam pemuaian pada benda padat, yaitu muai panjang, muai luas dan muai volume. Muai panjang terjadi pada benda yang memiliki satu dimensi, yaitu luas penempang jauh lebih kecil dibandingkan panjangnya. Muai luas berlaku pada benda yang berwujud lembaran atau dua dimensi yang memiliki ketebalan jauh lebih kecil dibanding luasnya. Ketiga adalah muai volume yang berlaku pada benda tiga dimensi. Benda cair dan gas hanya mengalami muai volume atau muai ruang.
Pengetahuan tentang pemuaian zat sangat berguna dalam berbagai masalah sehari-hari, misalnya ;
a. paku keling dipanaskan dulu ketika akan dipasang
b. antara badan jembatan dan jalan diberi gelung ;
c. roda kereta api dipanaskan dulu ketika akan di pasang;
d. sambungan rel diber jarak;
e. pipa minyak yang panjang diberi gelung
f. bimetal untuk saklar otomatis, termostat, dan termometer bimetal
g. pemasangan kaca jendela harus diberi jarak

1. Muai Panjang
Hasil eksperimen yang teliti menunjukkan bahwa besarnya pemuaian tergantung pada bahan material, panjang awal dan perubahan suhu sepotong kawat yang panjang awalnya lo, bertambah panjang Δl saat suhu dinaikkan ΔT. Jika panjang awalnya 2lo maka pertambahan panjangnya 2Δl. Secara umum dapat dituliskan sebagai berikut :

     Δl = α lo ΔT
Keterangan :
Δl perubahan panjang (m)
α koeffisien muai panjang (/oC)
lo panjang awal (m)
ΔT perubahan suhu (oC)

Contoh Soal
Panjang batang logam berukuran 1 meter pada suhu 20 oC. Ukuran tersebut berubah menjadi 1.001 meter saat suhu 40 oC. Jika logam jenis memiliki panjang 2 meter pada suhu 20 oC, tentukan panjang logam tersebut saat dipanaskan hingga suhu 60 oC?
 Jawab
Δl1  :  Δl2   =    lo ΔT1  :  lo ΔT 2
0,001  :  Δl 2   =  1 x 20    :   2 x 40  =  1 : 4
Δl2 = 0,004
Jadi panjang batang logam tersebut saat mencapai suhu 60 oC adalah  2   +   0,004  =   2,004 m

2. Muai Luas

Jika pada suhu t1 luas benda adalah A1 dan pada suhu t2 luasnya A2 maka berlaku persamaan muai luas dengan pendekatan sebagai berikut.

A2 = A1 {1+2α (t2-t1)}
atau
A2 = A1 {1+β (t2-t1)}
A2 = A1 {1+β . Δt} 
ΔA = Aβ ΔT
β = 2α
Keterangan :
A = luas (m2)
β = koefisien muai luas
Persamaan di atas cukup memadai untuk menghitung persoalan sederhana sehubungan dengan pemuaian luas benda padat (terutama untuk benda-benda padat dengan koefisien muai panjang yang kecil).
Koefisien muai luas zat padat adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan luas suatu benda tiap satuan luas jika suhunya naik 1oC. 

3. Muai Volume

Rumus perubahan volume benda yang mengalami perubahan suhu .


ΔV = Vo γ ΔT
γ=3α
keterangan : γ koeffisien muai volum (/oC)

Sama halnya dengan zat cair, gas juga mengalami muai volume. Hal ini dikarenakan sifat kedua zat selalu berubah sesuai dengan wadahnya. Bukti gas memuai dapat kita lihat saat kita menaruh air panas di dalam botol dan pada tutup botol kita ikatkan balon yang belum terisi angin. Kalau kita perhatikan, lama kelamaan balon akan mengembang. Namun jika bagian bawah botol kita siram dengan air dingin, balon akan menempis. Hal ini menunjukkan gas mengalami muai volume.
untuk jumlah yang tetap. keadaan suatu gas dinyatakan oleh tiga variabel yaitu Tekanan (P), volume (V), dan suhu mutlak (T). Berikut di cantumkan tabel nilai koeffisien muai panjang dan muai volume berbagai zat :


Anomali Air :
Pada umumnya benda yang dipanaskan akan memuai, tetapi tidak demikian dengan air pada suhu antara 0oC sampai 4oC. Kristal es menempati ruang yang lebih besar daripada susunan molekul air sehingga ketika berubah menjadi air volumenya menyusut. Itulah sebabnya mengapa es mengapung di atas air. Hal lain yang menarik adalah pada waktu musim dingin permukaan air danau membeku, tetapi di bawah permukaannya suhu air lebih hangat.

Berikut gambar gravik hubungan volume terhadap suhu dan massa jenis air terhadap suhu.

Subscribe to RSS Feed Follow me on Twitter!