-
SERIEBOOKGURUMUDA
KalordanPerubahanWujud
EdisiKedua
UntukSMAkelasX
(TelahdisesuaikandenganKTSP)
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
1
LisensiDokumen:Copyright20082011GuruMuda.ComSeluruhdokumendiGuruMuda.Com
dapatdigunakan dandisebarkan
secarabebasuntuktujuanbukankomersial(nonprofit),dengansyarattidakmenghapusataumerubahatributpenulisdanpernyataancopyrightyangdisertakandalamsetiap
dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang,
kecualimendapatkanijinterlebihdahuludariGuruMuda.Com.
Penulis
Alexandersanlohat
(san)
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
2
ContactPerson
Andabisamenghubungisayamelaluibeberapajalurdibawah:
Blog:http://www.gurumuda.com
Email:[email protected]
TestimonialdanSaran
Apapunpendapatandamengenaitulisansaya,silahkanmemberikantestimonialatausarankonstruktifdemipengembanganebookinimenjadilebihbaik.Testimonialatausaranyangbersifatmembangun
dariandabisadikirimkeemailberikut:
[email protected]
Terimakasihataspartisipasianda
http://www.gurumuda.com/mailto:[email protected]:[email protected]
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
3
MateriPembelajaran :
KalordanPerubahanWujud
TujuanPembelajaran :
KompetensiDasar:
Menganalisispengaruhkalorterhadapsuatuzat
Indikator:
a. Menganalisispengaruhkalorterhadapperubahansuhubenda
b. Menganalisispengaruhkalorterhadapperubahanwujudbenda
Tujuan pembelajaran di atas merupakan tuntutan dari Depdiknas RI
dalam KTSP. Jadi dirimu
harusmencapaiKompetensidasardanIndikatortersebut.Kalautidakbisa,ntardapatnilaimerah:)aliastidaklulus.Nah,kaliiniGurumudamembimbingdirimuuntukbisamencapaitujuanpembelajarandiatas.
SelamatBelajar
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
4
PengetahuanPrasyarat
Sebelummempelajarimaterikalordanperubahanwujud,terlebihdahulukitapahamibeberapakonsepdasar
yang akan selalu digunakan. Ini merupakan pengetahuan prasyarat,
maksudnya kalau konseptersebut
tidakdipahamidenganbaikdanbenarmakaketikamempelajarimaterikalordanperubahanwujudbenda,dirimuakankebingungan
KonsepSuhu
Dirimu pernahmenyentuh eskah ?wah, jangankanmenyentuh, kalau
lagi gerah, langsung disikat.rasanya nikmat. Tubuh serasa sejuk.
Tapi kalau pas lagimusim hujan, apalagi udaranya juga
dingin,dirimumasihmauminumestidak?he2kalauudaranyalagisejuk,lebihasyikminumminumanyanghangat.
Lebih nikmat, soalnya tubuh serasa lebih hangat. Kalau di rumah
punya kulkas, coba
bukakulkasmasukantangankedalamkulkasaliaslemaries.Rasanyabagaimanakah?iihhh,tangannyarismembeku.Hiks2
ataukalaumau iseng,cobasentuhairyangmendidihawas
tangannyamelepuh.Ketika dirimu memasukkan tangan ke dalam kulkas,
tangan terasa dingin. Ketika menyentuh
airmendidih,tanganterasapanas.Panas,dingin,sejuk,hangatdkktuhsebenarnyaapasich?
Sejakdilahirkan, setiapkita sudahmempunyai
inderaperaba.Ketikamenyentuhairmendidih,
inderaperabamemberitahukitabahwaairyangdisentuhitupanas.Demikianjugaketikamenyentuhes,inderaperabamemberitahukitabahwaesitudingin.Ukuranpanasdandingininisebenarnyaberbeda2untuksetiaporang.Bayiyangbaru
lahirbisa
langsungmenjeritkesakitankalaudiberiminumairhangatatautangannyaditempelinesbatu.Sebaliknya,orangdewasamerasabiasasaja.Ketikamenyentuhbaraapi,mungkin
tanganmu langsungkepanasan.Tapikalauorangyang
tangannyakasarmenyentuhbaraapi,panasyangdirasakannyamungkintidaksedasyatyangdirimurasakan.
Konsepsuhualiastemperatursebenarnyaberawaldarirasapanasdandinginyangdialamioleh
inderaperaba kita. Berdasarkan apa yang dirasakan oleh indera
peraba, kita bisamengatakan suatu bendalebihpanasdaribenda yang
lain.Atau suatubenda lebihdingindaribenda lain.Ukuranpanas
ataudinginnya suatu benda ini dikenal dengan julukan suhu alias
temperatur. Benda yang terasa
panasbiasanyamemilikisuhuyanglebihtinggi.Sebaliknya,bendayangterasadinginmemilikisuhuyanglebihrendah.Semakindinginsuatubenda,semakinrendahsuhunya.Sebaliknya,semakinpanassuatubenda,semakintinggisuhunya.
Btw,ukuranpanasataudinginnyasuatubendayanghanyadidasarkanpadasentuhan
(inderaperaba)ini sebenarnya tidak terlalu jelas.Apa
yangdirasakanoleh setiaporangbisa
sajaberbeda.Demikianjuga,walaupunmenyentuhbendayangsama,panasyangdirasakanolehbagian
tubuhyangberbeda
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
5
bisasajaberbeda.Dirimubisamembuktikannyadenganmelakukanpercobaankecilkecilanberikut
ini.Siapkan3wadah,misalnya3gelas.Masukanairpanaskedalamgelas1
(airnya jangan
terlalupanas,nantitanganmubisamelepuh).Masukanjugaairdinginkedalamgelas2.Campurkanairpanasdanairdingin,lalumasukkankedalamgelas3.Sekarangtariknapaspendekseratuskali;)sesaknapastidak?hiks2Cumacanda.Silahkanmasukkantangankananmukedalamgelas1dantangankirimukedalamgelas
2. Diamkan selama beberapa saat. Setelah itu, masukkan kedua
tanganmu ke dalam gelas 3.Rasanya bagaimanakah ? gurumuda yakin,
tangan kananmu akan merasa lebih dingin,
sebaliknyatangankirimumerasalebihhangat.Anehkhan?padahalairnyasamasiairbikindirimukebingungan:)
maubilang airdalam gelas 3panas, tangan kananmubisa ngamuk2menurut
tangan kanan,
airdalamgelas3dingin.Sebaliknyakalaumaubilangairdalamgelas3dingin,
tangankirimungamuk2menurut tangan kiri, air dalam gelas 3 hangat.
Hiks2. Dunia dijungkirbalikkan. Itulah keterbatasaninderamanusia..
Oya,percobaanseperti
inipertamakalidilakukanolehalmahrumJohnLockepadatahun1690.Wah,sudahkadaluarsa;)
Berdasarkanpenjelasanpanjangpendekdanberteletelediatas,bisadisimpulkanbahwainderaperabakitamemilikiketerbatasandalammenentukanukuranpanasataudinginnyasuatubenda.Karenainderaperabadkkbisamembuatkitaterkecoh,makakitamembutuhkansuatualatyangbisadigunakanuntukmengukursuhusecaratepat.Alatpengukursuhuyangdimaksudadalahsitermometer.Btw,sebelumjalanjalanbersamatermometer,terlebihdahulukitapahamikonsepkeseimbangantermaldanhukumkenoltermodinamika.
KeseimbanganTermaldanHukumKenolTermodinamika
Dirimu pernahminum es tehkah ? ataumungkin es sirup, es susu
dkk. biasanya kalau
kitamauminumestehdkk,kitamencampurairpanasatauairhangatyangadadidalamgelasdenganesbatu.Jikadiperhatikansecarasaksama,esbatuperlahanlahanmulaimencair.Padasaatesbatumencair,airpanas
yang ada di dalam gelasmenjadi dingin. Setelah beberapamenit,
campuran es batu dan
tehhangatpunberubahmenjadiestehyangbegitusejukdanmengundangseleraapalagipas
lagigerahataukepanasan.
Mencampur es batu dengan air panas dalam gelas hanyamerupakan
salah satu contoh
saja.Masihbanyakcontohlainyangseringkitalakukandalamkehidupanseharihari.Kalaukitainginmandidenganair
hangat, biasanya kita mencampur air mendidih dengan air yang lebih
dingin. Ketika kita
inginmendinginkanbendapadat,sepertibesipanas,kitabisamencelupkanbesikedalamair.Apayangkitalakukaninikelihatannyasederhanadansepele.Walaupundemikian,haltersebutmerupakansalahsatukonsepyangpentingdalamilmufisika.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
KeseimbanganTermal
Sebagaimanayangtelahgurumudajelaskansebelumnya,jikakitainginmemperolehairhangat,kitabisamencampurairpanasdenganairdingin.Kitabisamengatakanairpanasmemilikisuhutinggisedangkanairdinginmemilikisuhuyang
lebihrendah.Setelahdicampur,perlahanlahanairpanasmenjadidingin(suhuairpanasmenurun),sebaliknyaairdinginmenjadihangat(suhuairdinginmeningkat).Beberapasaat
kemudian, campuran air panas dan air dingin berubah menjadi air
hangat. Adanya air
hangatmenunjukkanbahwasuhucampuranairpanasdanairdingintelahsama.Ketikacampuranairpanasdanairdinginmencapaisuhuyangsama,keduanyadikatakanberadadalamkeseimbangantermal.
Prosesyang sama juga
terjadiketikakitamemasukanesbatukedalamgelasyangberisi
tehhangat.Setelah dimasukan ke dalam gelas, es batu mulai mencair
dan air teh yang pada mulanya hangatmenjadi dingin. Setelah saling
bersenggolan di dalam gelas, campuran es batu dan teh hangat
punberubahmenjadi es teh yang sejuk danmengundang selera.Adanya es
tehmenujukan bahwa
suhucampuransama.Ketikaesbatudantehhangatmencapaisuhuyangsama,keduanyadikatakanberadadalamkeseimbangantermal.
Masihbanyakcontohlain.Seandainyadirimupunyakoleksikulkasdirumah,silahkanbukapintukulkasdan
masukan tanganmu ke dalam kulkas tersebut. Tanganmu akan terasa
dingin Sebaiknya
tariktanganmudaridalamkulkassebelumterjadikeseimbangantermaldandarahakanmembeku;)hiks2.Contohlaindipikirkansendiriya..masihsangatbuanyak
Pada dasarnya, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan
termal, jika setelah
bersentuhan,keduabendatersebutmencapaisuhuyangsama.Misalnyaterdapat2benda,sebutsajabendaAdanbendaB.PadamulanyabendaAmemilikisuhutinggi(bendaApanas)sedangkanbendaBmemilikisuhurendah(BendaBdingin).Setelahbersentuhancukup
lama,keduabendatersebutmencapaisuhuyangsama. Dalam hal ini, benda A
dan benda B dikatakan berada dalam keseimbangan termal.
Untukmemperjelas,amatigambardibawah.
Ini cuma ilustrasi saja.Gambar ini kayaknya lebih cocok untuk
benda padat. Perlu diketahui bahwabenda yang bersentuhan bisa
berupa benda padat, cair atau gas. Apabila yang saling
bersentuhanadalahbendapadat,makakeduabendabisaditempelin
sepertigambardiatas.Sebaliknya, jikayangsaling bersentuhan adalah
benda padat dan cairan, maka benda padat dicelupkan ke dalam
cairan(misalnyabesi yangpanasdimasukkan kedalam air).Apabila yang
salingbersentuhan adalah cairan,
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
6
-
SERIEBOOKGURUMUDA
makakitabisamenuangkansalahsatucairankedalamcairan lainnya
(misalnyamencampurairpanasdenganairdingin).
HukumKenolTermodinamika
Sejauh ini kitabarumeninjau keseimbangan termal
yangdialamiolehduabenda
yangbersentuhan.Untukmemahamikonsepkeseimbangantermalsecaralebihmendalam,marikitatinjau3benda(sebutsajabendaA,bendaBdanbendaC).BendaCbisadianggapsebagaitermometer.MisalnyabendaAdanbendaB
tidak salingbersentuhan,
tetapibendaAdanbendaBbersentuhandenganbendaC.Amatigambardibawah
Karenabersentuhan,maka setelahbeberapa
saatbendaAdanbendaCberadadalamkeseimbangantermal.DemikianjugabendaBdanbendaCberadadalamkeseimbangantermal.Btw,apakahbendaAdanbendaByangtidaksalingbersentuhanjugaberadadalamkeseimbangantermal?
Kalau cuma main logika, kita bisa mengatakan bahwa benda A dan
benda B juga berada dalamkeseimbangan termal, sekalipun keduanya
tidak bersentuhan. Benda A dan benda C berada
dalamkeseimbangantermal,berartisuhubendaA=suhubendaC.BendaBdanbendaC
jugaberadadalamkeseimbangantermal(suhubendaB=suhubendaC).KarenaA=CdanB=C,makaA=B.hiks2.
Berhubunginibukanpermainanlogikaatautebak2an,makaperludibuktikanmelaluipercobaan.Dirimutidakperlurepot2membuatpercobaankarenaomdantanteilmuwanyangsudahpensiundialambakatelahmelakukanpercobaan.Berdasarkanhasilpercobaan,ternyatabendaAdanbendaB
jugaberadadalamkeseimbangantermal.Dalamhal
ini,suhubendaA=suhubendaB.JadiwalaupunbendaAdanbendaB
tidakbersentuhan, tapi karena
keduanyabersentuhandenganbendaC,makabendaAdanbendaB juga
ikut2anberadadalam keseimbangan termal.Hal inidisimpulkandalam
sebaris kalimatindahdibawahini:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
7
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
8
Jikaduabendaberadadalamkeseimbangantermaldenganbendaketiga,makaketigabendatersebutberadadalamkeseimbangantermalsatusamalain.
Iniadalahhukumke0termodinamika.Kedengarannyaagakaneh,jarangjaranghukumdimulaidarinol.KisahnyabeginiSetelahparailmuwanmenemukanhukumtermodinamikapertama,keduadanketiga,merekabarusadarkalauhukuminibelumdinyatakan.Bagaimanapun,hukuminimerupakandasarbagihukumtermodinamikapertama,keduadanketiga,makapara
ilmuwanharusmenyatakannyaterlebihdahulu.Munculnyabelakangan,lagianilmuwanjugabingungmaunempelindimana,yalebihbagusdanlebihtepatkalaudiberijulukanhukumke0saja.
Oya,nyaris lupaHukum kenol termodinamika
sebenarnyamaumenyatakanbahwa terdapat
suatukuantitasyangsangatpentingdalamfisika,yakniSuhualiasTemperaturSeandainyaketigabendayangsalingbersentuhantidakberadadalamkeseimbangantermalsatusamalain,makasuhualiastemperturmenjadi
sesuatu yang tidak berguna. Bagaimanapun pengalaman kita
menunjukkan
bahwakeseimbangantermaldapattercapaiapabilabendayangsalingbersentuhanmencapaisuhuyangsama.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
JENISJENISTERMOMETERDANPRINSIPKERJATERMOMETER
Alat yang dirancang untuk mengukur suhu adalah termometer.
Terdapat banyak jenis termometer,tetapi prinsip kerjanya sebenarnya
sama. Biasanya, kita memanfaatkan materi yang
bersifattermometrik(sifatmateriyangberubahterhadaptemperatur).Maksudnya,kalausuhumateritersebutberubah,
bentuk dan ukuran materi tersebut juga ikut2an berubah. Kebanyakan
termometermenggunakanmateriyangbisamemuaiketikasuhunyaberubah.
Termometeryangseringdigunakansaat
initerdiridaritabungkaca,dimanaterdapatalkoholatauairraksapadabagiantengahtabung.Ketikasuhumeningkat,alkoholatauairraksayangberadadidalamwadahakanmemuaisehinggapanjangkolomalkoholatauairraksaakanbertambah.Sebaliknya,ketikasuhumenurun,
panjang kolom alkohol atau air raksa akan berkurang. Pada bagian
luar tabung
kacaterdapatangkaangkayangmerupakanskalatermometertersebut.Angkayangditunjukkanolehujungkolomalkoholatauairraksamerupakannilaisuhuyangdiukur.Lihatgambar..
Jenistermometer
lainyangbiasadigunakanadalahtermometeryangmenggunakan
lembaranbimetal(dua logam yang jenisnya berbeda dan kecepatan
pemuaiannya juga berbeda). Pada saat suhumeningkat,salahsatu
logammengalamipemuaianyang lebihbesardari logam
lain.Akibatnyakepingtersebutmelengkung.Biasanyakepingbimetalberbentukspiral,dimanasalahsatuujungkepingtetap,sedangkanujung
laindihubungkankepenunjuk skala.Ketika
suhuberubah,penunjukakanberputar.Termometer yang menggunakan
lembaran bimetal biasanya digunakan sebagai termometer
udarabiasa,termometerruangan,termometerovendll.
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
9
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
10
Termometer yang lebih akurat alias lebih tepat, biasanya
menggunakan sifat elektris suatu materi.Misalnya
termometerhambatan.Pada
termometerhambatan,biasanyadiukurperubahanhambatanlistriksuatukumparankawattipisatausilinderkarbonataukristalgermanium.Karenahambatanlistrikbiasanyadapatdiukursecaratepat,makatermometerhambatanbisamengukursuhusecaralebihtepatdaripadatermometerbiasa.
SkalaSuhu
Agartermometerbisadigunakanuntukmengukursuhumakaperluditetapkanskalasuhu.Terdapat2skala
suhu yang sering digunakan, antara lain skala celcius dan skala
Fahrenheit. Skala yang palingbanyak digunakan saat ini adalah skala
celcius (nama lain skala celcius adalah skala
centigrade.Centigrade=seratus
langkah).SkalaFahrenheitpalingbanyakdigunakandiAmerikaSerikat,mungkinpinginbedasendirikali
;)SkalasuhuyangcukuppentingdalambidangsainsadalahskalamutlakaliasskalaKelvin.MengenaiskalaKelvinakankitabahaskemudian(tuhdibawah).
TitiktetapskalacelciusdanskalaFahrenheitmenggunakantitikbekudantitikdidihair.Titikbekusuatuzatmerupakantemperaturdimanawujudpadatdanwujudcairberadadalamkeseimbangan(tidakadaperubahanwujudzat).Sebaliknya,titikdidihsuatuzatmerupakantemperaturdimanawujudcairdanwujudgasberadadalamkeseimbangan.Perludiketahuibahwatitikbekudantitikdidihselaluberubahterhadap
tekanan udara., karenanya tekanan perlu ditetapkan terlebih dahulu.
Biasanya kitamenggunakantekananstandar,yakni1atm(satuatmosfir)
SkalaCelcius
Untukskalacelcius, temperatur titikbekunormalair (disebut
jugasebagai
titikes)dipilihsebagainolderajatcelcius(0oC)dantemperaturtitikdidihnormalair(disebutjugasebagaititikuap)dipilihsebagaiseratusderajatcelcius(100oC).Diantaratitikesdantitikuapterdapat100derajat.Padatermometeryang
menggunakan skala celcius, temperatur yang lebih rendah dari
temperatur titik es biasanyaditandaidenganangkanegatif.
SkalaFahrenheit
OmFahrenheitmenghendakiagarsemuatemperaturyangdiukurbernilaipositif.Karenanya,iamemilih0oFuntuktemperaturcampuranesdanairgaram
(temperaturterdinginyangbisadicapaiair).Ketikamengukur temperatur
titik es dan titik uap, angka yang ditunjukkan pada skala
Fahrenheit berupabilanganpecahan.Akhirnyabeliaumengoprek
lagiskalanyasehingga temperatur titikesdan
titikuapberupabilanganbulat.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
UntukskalaFahrenheit,temperaturtitikbekunormalair(titikes)dipilihsebagai32derajatFahrenheit(32oF)dantemperaturtitiktitikdidihnormalair(titikuap)dipilihsebagai212derajatFahrenheit(212oF).Diantaratitikesdantitikuapterdapat180derajat.
Normaltuhmaksudnyadidalamairtidakadaunsurlain,tidakadagaram,tidakadagula,tidakadateh,tidakadasusu;).JadimurniH20
KonversiskalaSuhu
Sekarangmarikitabermainoprek2an.SebelumnyakitasudahberkenalandenganskalaomFahrenheitdan
skala om Celcius. Karena kedua skala ini berbeda, maka alangkah
baiknya jika kita belajarmengoprek skalacelciusmenjadi skala
fahrenheit.Demikian juga sebaliknya, skala
fahrenheitdioprekmenjadiskalacelcius.
Catatan:
Apabilakitamengatakansuatusuhutertentu,makakitamenyebutnyaderajatCelcius(oC)atauderajatFahrenheit(oF).Contoh:Padatekanan1atm,suhuairpanas=100oCatau180oF.Suhutubuhsaya=98oF.Sebaliknya,
jikakitamengatakanperubahansuhuatauselisihsuhu,makakitamenyebutnyaCelciusderajat
(Co) atau Fahrenheit derajat (Fo). Contoh : suhu air mulamula 20
oC. Setelah
dipanaskan,suhunyaberubahmenjadi50oC.Dengandemikian,airmengalamiperubahansuhusebesar30Celciusderajat(30Co).lanjutya.
Pada tekanan1atm, suhu titikesuntuk termometerberskala celcius=0
oC, sedangkan
termometerberskalaFahrenheit=32oF.Sebaliknya,padatekanan1atm,suhutitikuapuntuktermometerberskalaCelcius=100oC,sedangkantermometerberskalaFahrenheit=212oF.Amatigambardibawah.
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
11
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Untuk memudahkanmu mengubah skala Celcius menjadi skala
Fahrenheit atau mengoprek skalaFahrenheitmenjadi skalaCelcius,
ingat saja0 oC=32 oFdan100 oC=212 oF.Sambil
lihatgambardiatasPadaskalaCelcius,antara0 oCsampai100 oC
terdapat100o.SedangkanpadaskalaFahrenheit,antara32oFsampai212oFterdapat180o.
MengubahskalaCelciusmenjadiskalaFahrenheit
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
12
TF=100180
TC+32o
TF=59TC+32
o
UntukmemperolehsuhudalamskalaFahrenheit(TF),kalikanterlebihdahulusuhudalamskalaCelcius(TC)dengan9/5.Setelahitutambahkandengan32
o
Contohsoal1:
Suhuairyanglagikepanasan=60oC.BerapakahsuhuairpanasdalamskalaFahrenheit?
Panduanjawaban:
Guampangkok.Kalikanterlebihdahulu60oCdengan9/5.Setelahitubarutambahkandengan32o.60x9/5=108.108+32=140oF.kesimpulannya,60oC=140oF
MengubahskalaFahrenheitmenjadiskalaCelcius
TC=180100
(TF32o)
TC=95(TF32
o)
UntukmemperolehsuhudalamskalaCelcius(TC),kurangiterlebihdahulusuhudalamskalaFahrenheit(TF)dengan32
o, setelah itubaru kalikandengan5/9. Janganpakehafal tuh
rumus,ntardirimubisapusink seribu keliling. Syukur kalau
cumapusink.Pasmauujian rumusnya lupa ;)wah, jadi
stressseribukeliling
Contohsoal2:
Suhuairyanglagikepanasan=140oF.BerapakahsuhuairpanasdalamskalaCelcius?
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Panduanjawaban:
Inimahanaksdjugabisaoprek;)Kurangidulu140oFdengan32o.Setelahitubarukalikandengan5/9.14032=108.108x5/9=60oC
KalibrasiTermometer
Kalibrasi tuh proses membuat skala pada sebuah termometer.
Berikut ini beberapa petunjuk darigurumuda
Langkahpertama,keluarkanduitdaridompetdanbelilah sebuah
termometerair raksa tanpa skala.Syukur kalaudi laboratorium
sekolahmu sudah ada. Langkah kedua,
keluarkanduitdaridompetdanbelilah esbatu secukupnya. Langkah
ketiga, curi airpunya tetangga secukupnya. Langkah
keempat,siapkansebuahpemanasairyangbisadigunakanuntukmemanaskansiairhinggamendidih.
Masukanesbatudanairkedalamsebuahwadah(usahakanairdanesbatusamabanyak).Setelahitu,masukkan
termometer ke dalamwadah yang berisi air dan es batu tersebut.
Karena
padamulanyatermometerlebihpanasdariaires,makasetelahdimasukkankedalamwadah,panjangkolomairraksaakanberkurang.Biarkansampaipanjangkolomairraksatidakberubah(siairraksatidakjalanjalanlagi).Ketika
panjang kolom air raksa tidak berubah, campuran es batu dan air
telah berada
dalamkeseimbangantermal.Tandaiposisikolomairraksatersebut
(tandaibagianujungkolomairraksa).
Iniadalahsuhutitikesaliastitikbekunormalair.Amatigambardibawahbiarpaham.
Air sudah dipanaskan belum ? kalau belum, silahkan memanaskan
air. Masukkan si termometer
kedalamwadahyangberisiairyangsedangdipanaskan.Tunggusampaisiairkepanasandanberdiskoriadalamwadah(maksudnyasiairmendidih).Jikapanjangkolomairraksasudahtidakberubahlagi,tandaiujungkolomairraksatersebut.Iniadalahtemperaturtitikdidihnormalairaliastitikuap.Amatigambardibawah.
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
13
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Jika dirimu ingin membuat skala Celcius, jarak antara kedua
tanda dibagi menjadi 100
garis/titik.Usahakanjarakantarasetiapgaris/titikharussama.Tandabagianbawah=0oC,sedangkantandabagianatas=100oC.Lihatgambardibawah
Jikadirimu inginmembuat skala Fahrenheit, jarak antara kedua
tandadibagimenjadi180
garis/titik.Usahakanpanjangsetiapgaris/titikharussama.Tandabagianbawah=32oF,sedangkantandabagianatas=212oF.32oFtuhbarusuhutitikes.Karenanyadirimubisamenambahkangarisatautitiksampai0oF.
Tambahkan juga garis/titik di sebelah atas 212 oF. Panjang setiap
garis/titik harus sama dengansebelumnya.
Catatan:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
14
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
15
Suhutitikesdansuhutitikuaptergantungpadatekananudara.Karenanyatermometeryangdikalibrasidi
tempat yang tekanannya berbeda akan memberikan hasil berbeda.
Termometer biasa
sepertitermometerairraksaatautermometeralkohol,biasanyabersifatterbatas.Termometertersebuttidakbisadigunakanuntukmengukursuhuyangsangatrendahatausuhuyangsangattinggi.
TermometerGasVolumeKonstandanSkalaKelvin
Sebelumnya kita sudah mempelajari cara mengkalibrasi suatu
termometer. Termometer yang kitagunakanadalah termometerair raksa
yangbelumpunya skala.Btw, seandainya kitamengkalibrasi2termometer
yang jenisnya berbeda, misalnya termometer air raksa dan termometer
alkohol, skalakedua termometer tersebutmungkin hanya cocok pada 0
oC (atau 32 oF) dan 100 oC (atau 212 oF).Apabila kita menggunakan
kedua termometer tersebut untuk mengukur suhu ruangan, angka
yangditunjukkan belum tentu sama. Bisa saja termometer air
raksamenujukkan angka 48 oC,
sedangkantermometeralkoholmenunjukkanangka46 oC.Hal
inidisebabkankarenakecepatanpemuaiansetiapmateriberbeda2.Demikian
jugadengan jenis termometeryang lain,seperti
termometerbimetaldkk.Skalasuhuyangditetapkandengancarainisangatbergantungpadasifatmateriyangdigunakan.Materiyanggurumudamaksudadalahsiairraksa,alkohol,kepingbimetaldkk.
Karena skala suhu yang ditetapkanmenggunakan termometer
biasamempunyai keterbatasan (skalasuhu tergantung pada sifat materi
yang digunakan), maka kita membutuhkan sebuah
termometerstandar.Adanyatermometerstandarmembantukitauntukmenetapkanskalasuhusecara
lebihtepat,tanpaharusbergantungpadasifatsuatumateri.
Termometer yang nyaris sempurna/ideal adalah termometer gas
volumekonstan. Prinsip kerja
sitermometergasvolumekonstanadalahsebagaiberikut.Volumegasdijagaagarselalutetapaliastidakberubah.Nah,ketikasuhubertambah,tekanangasjugaikut2anbertambah.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Inicumagambarankasarnyasaja.Termometergasvolumekonstansekarangcanggih2...Dalampipa1dan
pipa 2 terdapat air raksa. Volume gas dijaga agar selalu konstan,
dengan cara menaikan ataumenurunkanpipa2 sehinggapermukaanair
raksadalampipa1 selaluberadapada tandaacuan.
Jikasuhualiastemperaturmeningkat,tekanangasdalamtabungjugaikut2anbertambah.Karenanya,pipa2harusdiangkatlebihtinggiagarvolumegasselalukonstan.Tekanangasbisadiketahuidenganmembacatinggikolomairraksa(h)dalampipa2.Kalaupakaicaramanual,ingatsajakolomairraksasetinggi760mm=tekanan1atm(1atmosfir).Mengenaihal
inibisadipelajaripadapokokbahasanTekananpadaFluida.Materinyasudahadadiblog
ini.Biasanyapada
termometergasvolumekonstanyangcanggihsudahadaalatpenghitungtekanan.Wadahyangberisigasjugasudahdirancangagargasselaluberadadalamvolumeyangtetap.Jadiyangdiukurcumaperubahantekanannyasaja...
Untukmengkalibrasi termometer gas volume konstan,
kitabisamengukur tekanan gaspada2
suhu.Misalnyakitagunakansuhutitikesdansuhutitikuap.Suhutitikesdansuhutitikuapbergantungpadatekananudara.Biasanyapadatekanan1atm,suhutitikes=0oCdansuhutitikuap=100oC.Anggapsajakitamengkalibrasitermometergasvolumekonstanpadatempatyangmempunyaitekananudara1atm.
Pertama,tabunggasdimasukkankedalamwadahyangberisiesbatudanair.Volumegasdijagaagarselalutetap,karenanyapipa2harusditurunkansehinggapermukaanairraksapadapipa1tetapberadapadatitikacuan.Jikavolumegassudahtidakberubah,catatketinggiankolomairraksa(h)padapipa2.Gunakanhuntukmenghitung
tekanan.Btw, kalau pakai termometer gas yang canggih, tabung
yangberisigas
langsungdicelupsajakedalamwadahyangberisiesbatudanair.Sudahadaalatpengukurtekanan,
tinggal dibaca saja tekanan gas berapa... Catat besar tekanan gas
tersebut (anggap saja initekanan1=P1)
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
16
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Kedua, tabung gas dimasukkan ke dalam wadah yang berisi air yang
lagi dipanaskan. Seperti
biasa,volumegasdijagaagarselalutetap,karenanyapipa2dinaikkansehinggapermukaanairraksapadapipa1tetapberadapadatitikacuan.Jikavolumegassudahtidakberubah,catatketinggiankolomairraksa(h)padapipa2.Gunakanhuntukmenghitungtekanangas....(anggapsajainitekanan2=P2)
Ketiga,buatgrafikyangmenyatakanhubunganantaratekanandansuhu...lihatcontohdibawah.
P1adalahtekanangasuntuksuhutitikes(0oC)danP2adalahtekanangasuntuksuhutitikuap(100
oC).Gambarkan sebuah garis yangmenghubungkan titik
temuP1dan0
oCdan titik temuP2dan100oC.
Denganberpedomanpadagrafik,walaupunkitahanyamengetahuibesartekanangas,besarsuhujugabisadiketahuidenganmudahbahkanbisadiramalkan.
SkalaKelvin
Sekarang tataplahgrafikdiatasdenganpenuhkelembutan.....
Jikagarismiringditarikkekiri
sampaimemotongsumbuToC,kitaakanmenemukanbahwaketikatekanangas=0,besarsuhu=
273,15oC.Mungkin kita berpikir bahwa besar suhu tersebut
berbedabeda, tergantung pada jenis gas
yangdikurungdalamtabungtermometergasvolumekonstan.Btw,berdasarkanhasilpercobaan,walaupunjenis
gas berbeda, ketika tekanan gas menjadi nol, besar suhu tetap
bernilai 273,15 oC.
Dengandemikian,kitabisamenggunakanbesarsuhuinisebagaipatokanskalasuhu(disebutjugasebagaisuhualiastemperaturnolmutlak).
TemperaturnolmutlakinidikenaldenganjulukanskalamutlakaliasskalasuhuKelvin.Kirainskalasuhugurumuda;)KelvinadalahnamaalmahrumLordKelvin(18241907),mantanfisikawanInggris.Sekarangbeliau
sudah beristirahat di alam baka, karenanya gurumuda menyebutnya
mantan fisikawan. Padaskala
ini,suhudinyatakandalamKelvin(K).Selangantaraderajatsamaspertipadaskalacelcius,tetapiharganoldigeserhingga0K.Jadi0K=273,15oCdan273,15K=0oC.SuhudalamskalaCelciusdapatdiubahmenjadiskalaKelvindenganmenambahkan273,15,suhudalamskalaKelvinbisadiubahmenjadiskalaCelciusdenganmengurangi273,15.Secaramatematis,bisaditulissebagaiberikut:
T(K)=T(oC)+273,15
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
17
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
18
T(oC)=T(K)273,15
Contohsoal1:
20oC=....K?
Panduanjuawaban....
T=20+273,15=293,15K
Contohsoal2:
293,15K=....oC?
Panduanjuawaban....
T=293,15273,15
T=20oC
Contohsoal3:
100oF=.....K?
YanginibuatPRdirumah;)ubahdulusiFahrenheitkeCelcius.SetelahitubaruubahsicelciuskeKelvin.Guampangkok.....
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
19
KALORDANPERUBAHANWUJUD
Katanyakalauorangyanggemukinginmengurangilemak,makaiaharusbanyakberolahraga,misalnyalarilaridimalamhari;)atauberenangdikolamrenang.Pokoknyaolahragalah.Kenapaya,sigemukdisuruhharusbanyakolahraga.Semuanyakokmaujadiatlet..
Btw,dirimusukamakankhan?ya,iyalahpalinghobikalausoalmakan.Pagingemil,sorepunngemilKalaubelibiskuit,dirimubiasabaca2
tulisanyangadadibungkusan tidak?Protein30kkal.
lemak20kkal.karbohidrat40kkal.besi10kkal.batu15kkal.pasir90kkaltuhmaksudnyaapaya?Bingungkah?hiks2.Metbelajarya.
Catatan:
Lebih baik gurumuda pakai istilah kalor saja.Memang nama lain
dari kalor adalah panas, tapi
nantidirimubisabingungMasalahnyakatapanas (dalamhal
inipanas=kalor),miripdengankatapanasdalamkalimat:tubuhyangpanas,airpanasdkk.Jadibiarlebihaman,gurumudapakaikatakalorsaja.Btw,dirimujanganlupaya,namalaindarikalortuhpanas
KonsepKalor
Pernahminumesteh,essusu,essirupdkk?Nah,ketikamembuatesteh,biasanyakitamencampurairpanasatauairhangatyangadadidalamgelasdenganesbatu.Airpanasatauairhangatmemilikisuhuyang
lebihtinggi,sebaliknyaesbatumemilikisuhuyang
lebihrendah.Setelahbersenggolanbeberapasaat,campuranesbatudantehpanaspunberubahmenjadiesteh(campuranesbatudantehhangattelahmencapaisuhuyangsama).Prosesyangsamaterjadiketikakitamencampurairpanasdenganairdingin.Setelahbersentuhan,airpanasdanairdinginberubahmenjadiairhangat(Campuranairpanasdan
airdingin telahmencapai suhu yang sama).Btw,mengapabisa terjadi
seperti itu ?maksudnya,mengapa setelahbersentuhanbendabenda
tersebutbisamencapai suhuyang sama?bingun, sebel,pusinkhuft.he2
Apabila benda2 yangmemiliki perbedaan suhu saling bersentuhan,
akan ada aliran kalor dari
bendayangbersuhutinggimenujubendayangbersuhurendah.Alirankalorakanterhentisetelahkeduabendayang
bersentuhan mencapai suhu yang sama. Misalnya kalau kita mencampur
air panas dengan
airdingin,biasanyakalormengalirdariairpanasmenujuairdingin.Kalorberhentimengalirjikacampuranairpanasdanairdingintelahberubahmenjadiairhangat.Ketikakitamemasukkanbesipanaskedalamair
dingin, kalor mengalir dari besi menuju air. Kalor akan berhenti
mengalir setelah besi dan airmencapai suhu yang sama. Ketika dokter
atau perawat menempelkan termometer ke tubuhmu(misalnya kalau
dirimu lagi demam), kalor mengalir dari tubuhmu menuju termometer.
Kalor akan
-
SERIEBOOKGURUMUDA
berhenti mengalir kalau tubuhmu dan termometer telah mencapai
suhu yang sama. Kalautermometernyapakaiairraksa,makaketika
tubuhmudan
termometermencapaisuhuyangsama,airraksatidakjalanjalanlagi.Angkayangditunjukkanpermukaanairraksamerupakansuhutubuhmusaatitu.Kalautermometeryangdipakaiberupatermometerdigital,angkapadabagiantengahtermometerakan
terhenti setelah tubuhmu dan termometermencapai suhu yang
sama.Angka yang ditunjukkantermometeradalahsuhutubuhmu.
Biasanyakalormengalirdengansendirinyadaribendayangbersuhutinggimenujubendayangbersuhurendah.Alirankalor
cenderungmenyamakan suhubendayangbersentuhan. Jangan
tanyagurumudamengapademikiandari sononyamemang sudahbegitu.Mirip
sepertikalaudirimu
lihatcewekataucowokcakep,dirimupenasaran.Lagikangenberatsamapacar,malamnyacumabolakbalikditempattidur.
Mengapa bisa demikian ? dari sononya sudah begitu :) mengapa laki2
harus kawin
denganperempuan?darisononyasudahbegitumengapatikustidakpacarandengankucing?darisononyasudahbegitu
Padaabadke18,parailmuwanberpikirbahwaalirankalormerupakangerakansuatufluida,suatujenisfluidayangtidakkelihatan(fluidatuhzatyangdapatmengalir.Yangtermasukfluidaadalahzatcairdanzatgas.Misalnyaairairkhanbisamengalir.AtauudaraUdara
jugabisamengalir).FluidatersebutdinamakanCaloric.TeorimengenaiCaloric
iniakhirnya tidakdigunakan
lagikarenaberdasarkanhasilpercobaan,keberadaansicaloricinitidakbisadibuktikan.
Padaabad ke19, seorangpembuatminumandari Inggris yangbernama
JamesPrescott Joule (18181889) mempelajari cara bagaimana agar air
yang ada di dalam sebuah wadah bisa
dipanaskanmenggunakanrodapengaduk.BerikutinikilasansingkatpercobaanyangdilakukanolehomJimi.
Tataplahgambardiatasdenganpenuhkelembutan.Pengadukmenempeldengansumbuputar.Sumbuputar
dihubungkan dengan bebanmenggunakan tali. Ketika beban jatuh, tali
akanmemutar
sumbusehinggapengadukikut2anberputar.Jikajumlahlilitantalisedikitdanjarakjatuhnyabebankecil,maka
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
20
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
21
kenaikansuhuairjugasedikit.Sebaliknya,jikalilitantalidiperbanyakdanbendajatuhlebihjauh,makakenaikansuhuairjugalebihbesar.
Ketikapengadukberputar,pengadukmelakukanusahaaliaskerjapadaair.Besarnyakerjaaliasusahayangdilakukanolehpengadukpada
air sebandingdenganbesarnya kerja aliasusaha
yangdilakukanolehgayagravitasiterhadapbebanhinggabebanjatuhsejauhh.Ingatrumususahaaliaskerja:Usaha(W)=Gaya(F)xperpindahan(s)=Gayaberatbeban(w)xperpindahanbeban(h)=massabeban(m)xpercepatangravitasi(g)xketinggian(h).Ketikamelakukankerjaterhadapair,pengadukmenambahkanenergipadaair(ingatkonsepusahadanenergi).Karenanyakitabisamengatakanbahwakenaikansuhuair
disebabkan oleh energi yang dipindahkan dari pengaduk menuju air.
Semakin besar kerja
yangdilakukan,semakinbanyakenergiyangdipindahkan.Semakinbanyakenergiyangdipindahkan,semakinbesarkenaikansuhuair(airsemakinpanas).
Dirimu jangan pake bingung dengan konsep usaha dan energi ini
Mirip seperti ketika
dirimumendorongsepedamotoryanglagimogok.Sepedamotorbisabergeraksejauhjaraktertentu(s)akibatadanyagayadorong(F).Dalamhalini,sepedamotorbisabergerakkarenadirimumelakukanusahaaliaskerjapadasepedamotor
tersebut. Ingat :Usahaaliaskerja=W=Gayadorong (F)xPerpindahan
(s).Nah,ketikamendorongsepedamotor,dirimukelelahanaliascapejugakhan?Halitudisebabkankarenaenergi
dalam tubuhmu berkurang, dimana sebagian energi dalam tubuhmu
dipindahkan ke sepedamotor tersebut.Ketikabergerak, sepedamotor
jugapunyaenergi (energi
kinetik=EK=mv2.m=massamotor,v=kecepatanmotor).Energisepedamotor
inisebenarnyaberasaldarienergitubuhmu.Kesimpulan:kitabisamengatakanbahwaketikadirimumelakukanusaha/kerjapadamotor,energidaritubuhmudipindahkanpada
sepedamotor.Kasus inimiripdenganpercobaanom Jimidi
atas.Ketikaberputardalamair,pengadukmelakukankerja/usahapadaairsehinggaenergipengadukdipindahkankeair.Adanyatambahanenergidaripengadukiniyangmembuatsiairkepanasan(suhuairmeningkat).
Berdasarkanhasilpercobaannya,omJimiJoulemembuatperbandingan.Ketikaibukesayanganhendakmemanaskanairdidapur,wadahyangberisiairdisentuhkandengannyalaapiyangmenyemburdarikompor.Ketikanyalaapidanwadahyangberisiairbersentuhan,kalormengalirdariapi
(suhu
tinggi)menujuair(suhurendah).Oya,alirankalormampirsebentardiwadah.Karenaadanyaalirankalordariapimenujuair,makaairyangpadamulanyakedinginanmenjadikepanasan(suhuairmeningkat).
Setelah membuat perbandingan antara meningkatnya suhu air karena
bersentuhan dengan api danmeningkatnya suhu air akibat adanya kerja
yang dilakukan oleh pengaduk, om Jimi menyimpulkanbahwa kalor
sebenarnyamerupakan pemindahan energi. Ingat ya, kalor bukan energi
(kalor
bukansuatujenisenergitertentu).Kaloradalahenergiyangberpindah.Jadiketikakalormengalirdaribendayangbersuhu
tinggimenujubenda yangbersuhu rendah, sebenarnyaenergilah
yangberpindahdaribenda yang bersuhu tinggi menuju benda yang
bersuhu rendah. Proses perpindahan energi akanterhenti ketika
benda2 yang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Berdasarkan
penjelasan yangpanjang pendek dan bertele2 di atas, kita bisa
menyimpulkan bahwa kalor merupakan energi
yangberpindahdarisatubendakebendayanglainakibatadanyaperbedaansuhu.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
22
Satuankaloradalahkalori (disingkatkal).Kaloriadalah
jumlahkaloryangdiperlukanuntukmenaikansuhu1 gram air sebesar 1Co
(Tepatnyadari14,5 oCmenjadi15,5 oC). Jumlah kalor
yangdiperlukanberbeda2untuksuhuairyangberbeda.Untuk
jumlahkaloryangsama,kenaikansuhuairsebesar1oChanyaterjadiantarasuhu14,5oCsampai15,5oC.Satuankaloryangseringdigunakan,terutamauntukmenyatakannilaienergimakananadalahkilokalori(kkal).1kkal=1000kalori.Namalaindari1kkal=1Kalori(hurufKbesar).
Satuan kalor untuk sistem Bristish adalah Btu (British thermal
unit = satuan termal Inggris). 1 Btu =jumlah kalor yang diperlukan
untukmenaikkan suhu 1 pound air sebesar 1 Fo (Tepatnya dari 63
oFmenjadi64oF).
Kalormemiliki keterkaitandenganenergi (Dalamhal ini,
kalormerupakan energiyangberpindah),karenanya kita perlu mengetahui
hubungan antara satuan kalor dengan satuan energi.
Berdasarkanpercobaanyangdilakukanolehom Jimidanpercobaan2 sejenis
lainnya,diketahuibahwausahaaliaskerjasebesar4,186Joulesetaradengan1kalorikalor.
1kalori=4,186Joule
1kkal=1000kalori=4186Joule
1Btu=778ft.lb=252kalori=1055Joule
(1kalori=4,186Jouledan1kkal=4186dikenaldenganjulukantarakalormekanik)
LambangkaloradalahQ
Catatan:
Pertama, kalori bukan satuan Sistem Internasional. Satuan Sistem
Internasional untuk kalor
adalahJoule.Gunakantarakalormekanikdiatasuntukmengoprek
Joulekekaldankkal,atausebaliknyakaldankkaldioprekmenjadiJoule.
Contohsoal1:
Padabungkusan sebuahbiskuit terdapat tulisan : karbohidrat=10
kkal.Berapakah
tambahanenergiyangdiperolehtubuhjikabiskuittersebutdimakan?
PanduanJawaban:
1kkal=1000kalori=4.186Joule
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
23
10kkal=(10)(4186Joule)=41.860Joule
Catatan:
Tubuhkitatidakmengubahsemuakarbohidratmenjadienergi.
Sebagianenergipastiterbuangselamaberlangsungnyaprosespencernaan..Efisiensinyasebesar20%.Jadihanya20%yangdipakaitubuh,80%energiterbuang.
Contohsoal2:
Setelah menghabiskan banyak cemilan, seorang gadis yang sangat
cantik baru sadar kalau ia telahkelebihan makan 200 Kalori (huruf K
besar). Si gadis ingin mengurangi kelebihan energi
yangdiperolehnyadari cemilan.Karenanya
iamemutuskanuntukmengangkatbatudaripermukaan tanahhingga ketinggian
1meter. Jikamassa batu = 10 kg, berapa kalikah si gadis
harusmengangkat batutersebut?
PanduanJawaban:
1Kalori=1kkal=1000kalori=4186Joule
200kkal=(200)(4186Joule)=837.200Joule
Ketikamengangkatbatu,sigadismelakukanusahaaliaskerjapadabatu.Besarnyausahayangdilakukanadalah:
Usaha (W)=Gaya (F) xPerpindahan (s)=Gayaberat (w) x ketinggian
(h)=massa (m) xpercepatangravitasi(g)xKetinggian(h)
Usaha(W)=(10kg)(10m/s2)(1m)
Usaha(W)=100N.m=100Joule
Untukmengangkatbatusetinggi1meter,besarnyausahayangdilakukan=100Joule.Pertanyaannya,berapakalisigadisharusmengangkatbatu
837.200Joule/100Joule=8372.
Hahaha..sigadisharusmengangkatbatu8372kali;)sampaiteler
Catatan:
Pertama, tidak semuamakanan diubahmenjadi energi. Selama proses
pencernaan, pasti ada energiyangterbuang.Kedua,
jikagadistersebutmengangkatbatubermassa10kghinggaketinggian1meter
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
24
makaiaharusmengangkatbatutersebutsebanyak8372kali.Jikagadistersebuttidakinginmengangkatbatusebanyak8372kali,iabisamenambahmassabatuataumenambahketinggian.
PersamaanKalor
Jikabenda yangmemilikiperbedaan suhu salingbersentuhan,dengan
sendirinya kalormengalirdaribenda yang memiliki suhu tinggi menuju
benda yang memiliki suhu rendah. Kalor akan berhentimengalir jika
kedua benda mencapai suhu yang sama. Kita bisa mengatakan bahwa
aliran
kalormenyebabkanperubahansuhupadabendayangbersentuhan.Berdasarkanpenjelasansingkat
ini,bisadisimpulkanbahwakalor
(Q)memilikiketerkaitandengansuatubendadanperubahansuhu
(deltaT)yangdialamibendatersebut.
Ingatya,setiapbendapastimempunyaimassa(m)dan jenisbenda
jugaberbedabeda.
Padakesempatan ini,kitamencobamenyelidikibagaimanahubunganantara
jumlahkalor (Q)denganbesarnya perubahan suhu (delta T), massa benda
dan jenis benda. Untuk membantu menurunkanhubungan ini, alangkah
baiknya jika kita tinjau 2 benda yang memiliki perbedaan suhu
salingbersentuhan.Misalnyakitamemanaskanairmenggunakannyalaapikompor.
Catatan:
Perludiketahuibahwagurumudahanyamembuatpenalaransajadancontohyanggurumudapakaijugadekat
dengan kehidupanmu, karenanya mudah2an dirimu cepat paham. Kalau
bingung
denganpenjelasangurumuda,dirimubisamelakukanpercobaan(dirumahataudisekolah).
HubunganantaraKalor(Q)danPerubahansuhu(deltaT)
Misalnya kita ingin memanaskan segelas air. Setelah dipanaskan,
suhu air pasti bertambah (airmengalami perubahan suhu). Apabila
nyala api kecil, perubahan suhu yang dialami air juga
kecil.Sebaliknyajikaketikamemanaskanair,nyalaapilebihbesar,perubahansuhuyangdialamiairpastilebihbesar(airlebihcepatpanas)
Untukmembantumemahamipersoalan ini,coba
lakukanpercobaankecil2anberikut ini.Sediakanduagelasair,
termometerdanpemanasair
(gunakanpemanasyangbisadikontrol,misalnyakompordll).Percobaan1
:Masukan segelas airdalam sebuahwadahdanpanaskan air tersebut
selama5menit.Gunakantermometeruntukmengukursuhuakhir
(suhuairsetelahdipanaskanselama5menit).Catatsuhuairtersebut
Percobaan2:Kalauwadahnyamasihpanas,dinginkanterlebihdahulu.Buangsajaair
yang sudah kepanasan tadi dan ganti dengan segelas air yang masih
dingin. Kali ini nyala apidiperbesar 2 kali Silahkan panaskan air
tersebut selama 5menit. Setelah itu ukur suhu akhir airBandingkan
suhu akhir air yang diperoleh pada percobaan 2 dengan percobaan 1.
Manakah yangmengalami perubahan suhu yang lebih besar ? Kalau
percobaan dilakukan dengan baik dan benar,
-
SERIEBOOKGURUMUDA
dirimupasti setujukalaugurumudamengatakanbahwaperubahan
suhuairdalampercobaan2
lebihbesardaripadaperubahansuhuairpadapercobaan1.
Nyala api dalam percobaan mewakili jumlah kalor (Q). Pada
percobaan 1, nyala api kecil (Q kecil).Sebaliknyapadapercobaan
2,nyala apibesar (Qbesar).ApabilaQ kecil,perubahan suhu juga
kecil.Sebaliknya jikaQbesar,perubahansuhu
jugabesar.SemakinbesarQ,semakinbesarperubahansuhubenda.Kitabisamengatakanbahwa
jumlahkalor
(Q)sebandingdenganperubahansuhuyangdialamibenda.Secaramatematisbisaditulissebagaiberikut:
TQ Persamaan1
Keterangan:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
25
Q
=Sebanding
=Kalor
T
mQ
=T2T1=Perubahansuhu
T1=suhuawal
T2=suhuakhir
Hubunganantarajumlahkalor(Q)danmassabenda(m)
Sekarang mari kita tinjau hubungan antara jumlah kalor (Q) dan
massa benda (m). Mulamula kitamemanaskan segelas air, setelah itu
kitamemanaskan2 gelas air. Jikanyala api samadan suhu airmula2
jugasama,manakahyang lebihcepatpanas : segelasairatau2gelasair?
Jikadirimupernahmemanaskanair,dirimuakan
setujukalaugurumudamengatakan segelasairakan lebih
cepatpanasdaripada2gelasair.Dengankatalain,untukkenaikansuhuyangsama,segelasairmembutuhkanselangwaktuyang
lebih singkatdibandingkandengan2gelasair. Jikakita inginagar
selangwaktukenaikansuhusegelasairdan2gelasairsama,makaketikamemanaskan2gelasair,nyalaapiharusdiperbesar2kali.
Besarnyanyalaapimewakili
jumlahkalor(Q)sedangkansegelasairdan2gelasairmewakilimassaairtersebut.Segelasairmempunyaimassa
(m)yang
lebihkecil,sedangkan2gelasairmempunyaimassa(m)yanglebihbesar.Untukkenaikansuhuyangsama,segelasair(mkecil)membutuhkannyalaapiyanglebihkecil(Qkecil)sedangkan2gelasair(mbesar)membutuhkannyalaapiyanglebihbesar(Qbesar).Kitabisamengatakanbahwajumlahkalor(Q)sebandingdenganmassaair.Secaramatematis,hubunganantarajumlahkalor(Q)danmassa(m)dapatditulissebagaiberikut:
Persamaan2
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Keterangan:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
26
Q
cQ
Q
TmcQ
= TmcQ
=Sebanding
=Kalor
m=Perubahansuhu
Hubunganantarajumlahkalor(Q)danJenisbenda(m)
Untukmembantumenurunkanhubunganantarakalor(Q)dan jenisbenda,
lakukanpercobaanberikutini.Siapkan sepotongbesidan sepotongkayu
(usahakanpanjangnyaharus sama).Panaskanbesidankayu tersebut dengan
nyala lilin. Walaupun nyala lilin sama, biasanya besi akan lebih
cepat panasdaripadakayu(malahkayubisakebakar;)).Padadasarnya, jika
jenisbendaberbedamakaperubahansuhuyangdialamibendajugaberbedabeda.Halinidisebabkankarenasifatsetiapbendaberbeda.Kitabisamengatakanbahwakalor
(Q)sebandingdengan
jenisbenda.Secaramatematis,hubunganantarajumlahkalor(Q)danjenisbendadapatditulissebagaiberikut:
Persamaan3
Keterangan:
=Sebanding
=Kalor
c=kalorjenis(kharakteristik/sifat/cirikhassuatubenda)
Persamaan1,persamaan2danpersamaan3bisadituliskembalisebagaiberikut:
PersamaanKalor(Q)
Persamaan inimenyatakan hubungan antara Kalor (Q) denganmassa
benda (m), kalor jenis (c) danperubahansuhu(deltaT).
Keterangan:
Q=Kalor
m=Massabenda
-
SERIEBOOKGURUMUDA
c=Kalorjenis
T =T2T1=Perubahansuhu
T2=Suhuakhir
T1=Suhuawal
KalorJenis(churufckecil)
Kalorjenis(c)=banyaknyakalor(Q)yangdibutuhkanuntukmenaikkansuhu(T)satusatuanmassa(m)bendasebesarsatuderajat.Secaramatematis,kalorjenisdinyatakanmelaluipersamaandibawah:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
27
TmQc
=
Keterangan:
c=kalorjenis
Q=kalor(J)
m=massabenda(Kg)
deltaT=perubahansuhu=suhuakhir(T2)suhuawal(T1).SatuannyaK
(J=Joule,K=Kelvin)
Satuankalorjenis(c)
KitabisamenurunkansatuanKalorJenisdenganmengoprekpersamaankalorjenis:
TmQc
=
))(( SatuanSuhuaSatuanMassrSatuanKaloc =
-
SERIEBOOKGURUMUDA
KKgJc.
=
SatuanSistemInternasionaluntukkalorjenisbendaadalahJ/Kg.K
KapasitasKalor(ChurufCbesar)
Kapasitaskalor
(C)=banyaknyakaloryangdibutuhkanuntukmenaikkansuhuseluruhbendasebesarsatuderajat.Dengandemikian,bendayangmempunyaimassamdankalorjeniscmempunyaikapasitaskalorsebesar:
C=mc
Keterangan:
C=kapasitaskalor
m=massabenda(Kg)
c=kalorjenis(J/Kg.K)
Satuankapasitaskalor(C)
Untukmenurunkansatuankapasitaskalor(C),kitaopreksajapersamaankapasitaskalor(C)diatas:
mcC =
( )( )rJenisSatuanKaloaSatuanMassC =
( )
=
KKgJKgC.
KJC =
SatuanSistemInternasionaluntukkapasitaskalorbenda=J/K(J=Joule,K=Kelvin)
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
28
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
29
TabelKalorJenisbenda(Padatekanan1atmdansuhu20oC)
Catatan:
Kalorjenisbendabiasanyabergantungpadasuhu.Btw,apabilaperubahansuhutidakterlalubesarmakabesarkalorjenisbisadianggaptetap
JenisBendaKalorJenis(c)
J/kgCo kkal/kgCo
Air 4180 1,00
Alkohol(ethyl) 2400 0,57
Es 2100 0,50
Kayu 1700 0,40
Aluminium 900 0,22
Marmer 860 0,20
Kaca 840 0,20
Besi/baja 450 0,11
Tembaga 390 0,093
Perak 230 0,056
Raksa 140 0,034
Timahhitam 130 0,031
Emas 126 0,030
Contohsoal1:
Berapakahkaloryangdiperlukanuntukmenaikkan suhu sebuahkawat
tembagayangbermassa2kg,dari20oCsampai80oC?
PanduanJawaban:
-
SERIEBOOKGURUMUDA
mtembaga=2kg
ctembaga=390J/kgoC
T1=20oC
T2=80oC
T =80oC20oC=60Co
TmcQ =
)60)(./390)(2( CCKgJKgQ oo=
=Q
46800J=46,8kJ(KiloJoule)
Contohsoal2:
Berapakahkaloryangharusdilepaskanuntukmenurunkansuhulempengbesiyangbermassa20kg,dari80oCmenjadi20oC?
PanduanJawaban:
mbesi=20kg
cbesi=450J/kgoC
T1=80oC
T2=20oC
T
TmcQ =
=20oC80oC=60Co
)60)(./450)(20( CCKgJKgQ oo =
=Q 540.000J=540kJ
Tandanegatifmenunjukkanbahwakalortersebutdilepas
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
30
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
31
KalorLaten
Apabilakitamemanaskansuatubenda,airmisalnya,semakin
lamasiairbersentuhandengansumberpanas(misalnyanyalaapi),suhuairsemakinbertambah.Dalamhal
iniairmengalamiperubahansuhuakibat adanya tambahan kalor dari nyala
api. Perlu diketahui bahwa adanya tambahan kalor tidakselamanya
menyebabkan perubahan suhu. Hal ini biasanya terjadi selama proses
perubahan
wujudsuatubenda.Untukmembuktikanhalini,dirimubisamelakukanpercobaankecil2anberikutini
Siapkan es batu secukupnya, termometer dan pemanas (gunakan saja
pemanas listrik kalau ada).Masukan termometer ke dalamwadah yang
berisi es batu dan tunggu sampai permukaan air raksaberhenti
bergerak. Selanjutnya, nyalakan pemanas listrik. Karena mendapat
tambahan kalor daripemanas
listrikmakaesbatuperlahanlahanmencair.Seiringdenganmencairnyaesbatu,permukaanair
raksadalam termometerakanbergeraknaik.Meskipunesbatu selalumendapat
tambahankalor,padasuatu titik
tertentu,permukaanairraksaakanberhentibergerakselamabeberapasaat.Esbatumemangtetapmencair,tapisuhunyatidakberubah.Biasanyahaliniterjadipadatitikesaliastitikbekunormalair.Pada
tekananatm, titikesberadapada0 oC. Ingatya, titikesberubah terhadap
tekanan,karenanyatermometeryangdirimupakaibelumtentumenunjukangka0oC.
Setelahparkirsebentardititikes,permukaanairraksaakanjalanjalanlagi.Semakinbanyakkaloryangdiserapair,semakinpanasairtersebut.Bertambahnyasuhuairditunjukkanolehkenaikanpermukaanairraksadalamtermometer.Walaupuntetapmendapattambahankalor,ketikasuhuairmencapaititikuapalias
titikdidihnormalair,permukaanair raksaakanberhenti jalanjalan
(suhuair
tetap).Padatekananatm,titikuapberadapada100oC.Tambahankaloryangdiperolehairdaripemanaslistriktidakmembuatsuhuairberubah.Tambahankalortersebuthanyamengubahairmenjadiuap.Amatigrafikdibawah.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Grafik
inimenunjukkanprosesperubahansuhudanperubahanwujudairsetelahpendapat
tambahankalor (pada tekanan1atm).Penambahankalordaribc
tidakmenyebabkanperubahansuhu, tetapihanyameleburkan esmenjadi
air.Demikian juga penambahan kalor dari d e hanyamengubah
airmenjadiuap.Airhanya salah satu contoh saja.Padadasarnya
semuabenda
akanmengalamiprosesyangsamajikabendatersebutdipanaskan.
Tambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah1kgbendadariwujudpadatmenjadi
cairdisebutkalorpeleburan.Kalorpeleburanjugaberkaitandenganjumlahkaloryangdilepaskanuntukmengubahwujudbendadaricairmenjadipadat.Lambangkalorlebur=LF(F=fusion).Perludiketahuibahwakaloryangterlibatdalamperubahanwujudbendatidakhanyabergantungpadakalorpeleburansaja,tetapijugamassabendatersebut.Secaramatematisbisaditulissepertiini:
Q=mLF
Keterangan:
Q=Jumlahkaloryangdiperlukanataudilepaskanselamaprosespencairanataupembekuan
m=massabenda
LF=Kalorpeleburan
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
32
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
33
Tambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah1kgbendadariwujudcairkegasdinamakankalorpenguapan.
Kalor penguapan juga berkaitan dengan jumlah kalor yang dilepaskan
untuk
mengubahwujudbendadarigasmenjadicair.Lambangkalorpenguapan=LV(v=vaporization).Secaramatematis,kalor
yang diperlukan atau kalor yang dilepaskan selama proses penguapan
atau pengembunan bisaditulissebagaiberikut:
Q=mLV
Keterangan:
Q=Jumlahkaloryangdiperlukanataudilepaskanselamaprosespenguapanataupengembunan
m=massabenda
LF=Kalorpenguapan
KalorPeleburandanKalorPenguapandikenaljugadenganjulukanKalorLaten.LambangkalorLaten=L
Catatan:
Setiap benda mempunyai titik lebur dan titik didih yang
berbedabeda. Kalor peleburan dan
kalorpenguapansetiapbendajugaberbeda2.Lihattabeldibawah.
Benda Titiklebur Kalorlebur (LF) Titikdidih Kalorpenguapan
(LV)
K oC J/Kg Kkal/Kg =Kal/g
K oC J/Kg Kkal/Kg =Kal/g
Helium 4,126 268,93 20,9x103 5
Hidrogen 13,84 259,31 58,6x103 14,1 20,26 252,89 452x103
108,5
Nitrogen 63,18 210 26x103 6,2 77,38 195,8 200x103 48
Oksigen 54,36 218,79 14x103 3,3 90,15 183 210x103 51
Etanol 159 114 104,2x103 239,75 351,15 78 850x103 204
Amonia 195,35 77,8 33x103 8,0 239,75 33,4 137x103 33
Raksa 234 39 11,8x103 2,8 630 357 272x103 65,3
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
34
Air 273,15 0 334x103 79,5 373,15 100 2256x103 539
Sulfur 392 119 38,1x103 9,1 717,75 444,60 326x103 78,2
Timbal 600,5 327,3 24,5x103 5,9 2023 1750 871x103 209
Perak 1233,95 960,80 88,3x103 21,2 2466 2193 2336x103 560,6
Besi 2081,15 1808 289x103 69,1 3296,15 3023 6340x103 1520
Tembaga 1356 1083 134x103 32,2 1460 1187 5069x103 1216,6
Emas 1336,15 1063,00 64,5x103 15,5 2933 2660 1578x103 378,7
Contohsoal1:
Berapakahtambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah5kgesbatumenjadiair?
PanduanJawaban:
Q=mLFLFair=79,5kkal/kg(lihattabel)
Q=(5kg)(79,5kkal/kg)
Q=397,5kkal=397,5Kalori(hurufKbesar)=397,5x103kalori(hurufkkecil)
1kkal=1000kalori=4.186Joule
397,5kkal=397,5x4.186Joule=1.663.935Joule=1,66kJ(kiloJoule)
Untukmengubah5 kgesbatumenjadiair,diperlukan tambahan kalor
sebesar397kkalatau tambahanenergisebesar1,66Joule
Contohsoal2:
Berapakahjumlahkaloryangharusdilepaskanuntukmengubah5kgairmenjadies?
PanduanJawaban:
Q=mLFLFair=79,5kkal/kg(lihattabel)
Q=(5kg)(79,5kkal/kg)
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
35
Q=397,5kkal=397,5Kalori(hurufKbesar)=397,5x103kalori(hurufkkecil)
1kkal=1000kalori=4.186Joule
397,5kkal=397,5x4.186Joule=1.663.935Joule=1,66kJ(kiloJoule)
Untukmengubah5kgairmenjadies,kaloryangharusdilepaskan=397kkalataupenguranganenergisebesar1,66Joule
Contohsoal3:
Berapakahenergiyangdiperlukanuntukmencairkan2kgemas?
Panduanjawaban:
Q=mLFLFemas=64,5x103J/kg(lihattabel)
Q=(2kg)(64,5x103J/kg)
Q=129x103Joule
Catatan:
Perubahanwujudsuatubendadapatdijelaskansecara
lengkapdalampokokbahasanTeoriKinetikGas(materiKelasXI).
-
SERIEBOOK GURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
36
Referensi:
Giancoli,DouglasC.2001.FisikaJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.
HallidaydanResnick.1991.FisikaJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.
Tipler,P.A.1998.FisikauntukSainsdanTeknikJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenebitErlangga.
Young,HughD.&Freedman,RogerA.2002.FisikaUniversitas(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.