-
5.2 Mendeskripsikan cara perpindahan kalor Membedakan peristiwa
perpindahan kalor cara konduksi, konveksi dan radiasiMenentukan
faktor-faktor yang berpengaruh pada peristiwa perpindahan kalor
melalui konduksi, konveksi, dan radiasi Memberikan contoh melalui
percobaan peristiwa konduksi, konveksi, dan radiasi dalam kehidupan
sehari-hari, serta penerapannya dalam bentuk teknologi
sederhanaMendemonstrasikan cara untuk mengurangi/ mencegah
perpindahan kalor melalui konduksi, konveksi, dan radiasi
-
SUHU/TEMPERATUR: Panas dan dinginnya suatu benda KALOR:
Merupakan salah satu bentuk energi
-
SUHUThermometer (C, R, F, K)MuaiCairPadatGasPanjang (l), Luas
(A), Volume (V)Volume (V)Suhu (T), Tekanan (P), Volume
(V)KALORKalor Jenis Kapasitas Kalor Kalori meter Perubahan
WujudPerpindahan Kalor
-
PEMBAHASAN KALI INI MENGENAI SUHU KHUSUSNYA
THERMOMETERTHERMOMETER MERUPAKAN ALAT YANG DIGUNAKAN UNTUK MENGUKUR
DERAJAD PANAS/SUHU SUATU BENDA.BERIKUT INI BEBERAPA JENIS
TERMOMETER YANG DIGUNAKAN SESUAI DENGAN KEBUTUHAN
-
100-0 = 100 skala80-0 = 80 skala212-32 = 180 skalaAir mendidih (
1000 )Air mendidih ( 800 )Air mendidih ( 2120 )Air membeku ( 320
)Air membeku ( 00 )Air membeku ( 00 )Hubungan skala C,F,R dan K0C
ke 0Ft0C= (9/5.t +32)0F0C ke 0Rt0C= 4/5.t 0RPerbandingan skala R :
C : F 80 : 100 : 180 = 4 : 5 : 9CELCIUSREAMURFAHRENHAIT0C ke
0Kt0C=(t +273) K
-
1001350-15Termometer X dalam mengukur titik beku air pada
tekanan udara normal menunjukkan pada skala 150 X dan dalam
mengukur air yang sedang mendidih menunjukkan 1350 X. Jika suatu
benda diukur dengan termometer Celcius menunjukkan skala 800 C,
jika benda itu diukur dengan termometer X berapa skala yang
ditunjukkan.Thermometer CThermometer X135 (-15) = 150 skala100 0 =
100 skalaPenyelesaian :100 skala C = 150 Skala X1 skala C = 1,5
skala X00 C = -150 Xt0 C = (1,5 t 15) 0 X800 C = ( 1,5 x 80 15 ) 0
X = ( 120 15) 0 XJadi, 800 C = 1050 XatauC : X = 100 : 150 = 2 : 3X
= (3/2 x 80) -15 = 120 - 15 = 1050 X
Air mendidih ( 1350 )Air mendidih ( 1000 )Air membeku ( 00 )Air
membeku ( -150 )
-
Perubahan ukuran benda (panjang, luas, volume) dikarenakan
panas/kalorMenentukan koefisien muai panjang ( a ) bendaPada
percobaan untuk menentukan koefisien muai panjang digunakan 4 buah
batang logam yang berbeda jenis dengan ukuran panjang yang
sama(Lo), kemudian dipanaskan. Setelah beberapa saat kemudian
tampak bahwa pertambahan panjang dari masing-masing logam tidak
samaPertambahan panjang(DL) tidak sama
-
LOLtLO = Panjang mula-mula (t0) t0 = suhu mula-mula (0C)Lt =
Panjang setelah diberi kalor (t) t = suhu setelah diberi kalor
(0C)DL =Pertambahan panjang = Lt LODt = perubahan suhu = t t0Lt =
L0 ( 1+ a.D t) a = koefisien muai panjangBatang logam dipanaskan
untuk beberapa saat sehingga tampak perubahan panjang
batangHubungan angtara panjang mula-mula dengan panjang setelah
diberi kalor di rumuskan :
-
AOAtAO = Luas mula-mula ( pada suhu t0)At = Luas setelah diberi
kalor ( pada suhu t)DA =Perubahan luas = At AODt =Perubahan suhu =
t t0b = 2 aAt = A0 ( 1+ b.D t) b = koefisien muai luasBagaimana
caranya agar bola besi dapat masuk ke dalam cincin logam ?Cincin
logam dipanaskan untuk beberapa saat sehingga tampak perubahan luas
dari cincinCincin dipanaskan mungkin itu jawabannya.
-
VO = Volume mula-mula (t0)Vt = Volume setelah diberi kalor (t)DV
= Vt VODt = t t0g = 3 aVt = V0 ( 1+ g.D t) g = koefisien muai
volumePanci logam diisi penuh dengan air kemudian diberi kalor
dengan cara dipanaskan. Apa yang terjadi kemudian ?Panasi untuk
beberapa menit. Sampai tampak air meluap keluar.Untuk menghitung
berapa besar perubahan volume air setelah dipanasi, dapat digunakan
gelas ukur dimana tutupnya diberi pipa kecil. Air yang keluar dari
pipa dapat ditampung dan merupakan pertambahan volume (DV) setelah
dipanasi.Maka muai volume dapat dirumuskan :
-
Pada Zat padat dan cair saat menerima atau melepas kalor yang
terjadi adalah perubahan suhu ( T ) dan perubahan bentuknya ( Lt ,
At, Vt ) Bagaimana dengan Gas ? Ternyata gas saat menerima atau
melepas kalor terjadi perubahan pada suhu ( T ), volume ( V ) dan
tekanannya ( P ). Mengukur takanan Gas (udara) yang ada dalam roda
mobilApa yang terjadi pada saat gas dipanaskan (menerima
kalor)Partikel-partikel gas bergerak semakin cepat Seiring dengan
pertambahan suhu dan menumbuk dinding, ini merupakan tekanan dari
gasBagaimana mengukur tekanan Gas
-
Apa yang kita amati pada saat gas Gas menerima atau melepas
kalor ? Tekanan ( P) ; Volume (V) ; Suhu ( T )Hukum Gay Lussac: Gas
pada tekanan tetap( P ) apabila mengalami perubahan suhu
mengakibatkan perubahan volume. Proses ini disebut ISOBARIK Hukum
Boyle: Gas pada suhu tetap( T ) apabila mengalami perubahan tekanan
mengakibatkan perubahan volume. Proses ini disebut ISOTERMIS
V1V2T1T2V1V2T1T1P1P1P1P2Gas dipanaskan, apa yang terjadi ?Suhu dan
volume gas menjadi T2 , V2Apa yang terjadi pada Gas jika tekanannya
ditambah ?Volumenya mengalami perubahan menjadi V2Pada proses ini
diperoleh hubungan volume (V), suhu (T) dan dirumuskan : V1 V2 = T1
T2Pada proses ini diperoleh hubungan volume(V) , tekanan(P) dan
dirumuskan :P1 . V1 = P2 . V2V = k T P . V = k
-
Hukum Boyle - Gay Lussac : Apabila dalam suatu proses variable
gas tidak ada yang dibuat tetap (konstan)ISOKHORIK.Pada Gas suhunya
dinaikkan dengan cara memberi kalor, selama proses volume gas
diper-tahankan tetap. Ternyata peru-bahan suhu sebanding dengan
perubahan (T) tekanan ( P )T1T2Gas dipanaskan, apa yang terjadi
?Volume gas bertambah menjadi V2. Ka-rena proses ini dikehendaki
volumenya tetap V1, maka pada gas ditambah tekanannya menjadi
P2P1P2Pada proses ini diperoleh hubungan Tekanan (P), suhu (T) dan
dirumuskan : Pada proses ini tekanan, volume dan suhu gas dibuat
bebas, maka hubungan Tekanan (P), suhu (T) dan volume (V)
dirumuskan : Persamaan Gas ideal
-
Gas dalam ruang tertutup sebanyak 5 liter, tekakannya diubah
menjadi 2 kali semula pada suhu tetap. Berapa besar volumenya saat
itu ?CONTOHSOALDIKETAHUI : PROSES ISOTHERMIS V1 = 5 liter P1 = P P2
= 2P1 = 2PDITANYAKAN : V2 = . ?JAWAB :Penyelesaian:
P1 . V1 = P2 . V2 P . 5 = 2P . V2 V2 = 5/2 = 2,5 literSuatu gas
dalam ruang tertutup yang bersuhu 270 C tekanannya dinaikkan empat
kali semula pada volume tetap. Hitunglah suhunya saat ituDIKETAHUI
: PROSES ISOKHORIK T1 = 27 + 273 = 300 K P1 = P P2 = 4P1 =
4PDITANYAKAN : T2 = . ?JAWAB :Penyelesaian:
T2 = 4 x 300 = 1200 K
-
Gas dalam ruang tertutup sebanyak 6 liter, suhunya 270 C .
Kemudian gas dipanaskan pada tekanan tetap sehinga suhunya beru-
bah menjadi 770 C . Berapa besar volume-nya saat itu
?CONTOHSOALDIKETAHUI : PROSES ISOBARIK V1 = 6 liter T1 = 273 + 27 =
300 T2 = 273+77 = 350DITANYAKAN : V2 = . ?JAWAB :Penyelesaian:
Suatu gas ideal volume mula-mula 3 liter dengan tekanan 2 atm
dan suhu 270 C. Kemudian gas dipanaskan sehingga suhu nya menjadi
770 C dan volumenya menja-di 5 liter. Berapa tekanannya saat
ituDIKETAHUI : Gas ideal T1 =27+273= 300 K ; T2 =77+273= 350 K V1 =
3 liter ; V2 = 5 liter P1 = 2 atm DITANYAKAN : P2 = . ?JAWAB
:Penyelesaian:
P2 = 1,4 atmosfirV2 = 7 liter
-
KALORKapasitas Kalor Kalori meter Perubahan WujudPerpindahan
Kalor Alat yang digunakan un tuk pengukuran kalorKalor Lebur :
banyaknya kalor yang diperlukan tiap satuan massa zat itu untuk
melebur pada titik leburnya.Kalor uap/didih : banyaknya kalor yang
diperlukan tiap satuan massa zat itu untuk menguap pada titik
didihnya KonduksiRadiasiKonveksiBanyaknya kalor yang diperlukan
atau dilepas tiap satu gram massa, untuk menaikkan atau menurunkan
suhu sebesar 10 C atau 1 KKalor Jenis Banyak kalor yang
diperlukan/dilepaskan oleh suatu zat untuk menaikan/menurunkan
suhunya 10 C atau 1 KSalah satu dari bentuk energi
-
Kalor Jenis Q = Kalor yang diserap atau di lepas ( J atau kal )
m = Massa zat ( kg atau gram ) Dt = Perubahan suhu ( K atau 0C ) c
= Kalor jenis zat ( J.kg-1.K-1 atau kal.g-1 .0C-1 )
Q = Kalor yang diserap atau di lepas ( J atau kal )Dt =
Perubahan suhu ( K atau 0C ) C = Kapasitas Kalor ( J.K-1 atau
kal.0C-1 )
Qserap = Qlepas
cs . ms . Dt = cl . ml . Dt
-
NILAI KALOR JENI S BEBERAPA ZAT
-
Alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Berdasarkan Azas
BlackDua kilogram air pada suhu 200C, kedalamnya dimasukkan 1 kg
besi yang bersuhu 800C. Berapa suhu akhir setelah keadaannya
setimbang (suhu sama). Jika kalor jenis air 4,18.103 J/kg.K dan
kalor jenis besi 4,50.102 J/kg.Kbesitbesi= 800Ctair= 200Csuhu sama(
takhir )besiBesi memberikan kalor, air menerima kalorDiketahui
:mair = 2 kgmbesi = 1 kg tair = 200 C tbesi = 800 C cair = 4,18.103
J/kg.K cbesi = 4,50.102 J/kg.K
Ditanya : takhir = . ?
Besi 800CtakhirDt2Dt1Jawab :Qserap = Qlepasmair . cair . Dt1 =
mbesi. Cbesi . Dt22. 4,18.103 . (takhir - tair ) = 1 .
4,50.102.(tbesi - takhir) 8,36.103 . (takhir 20 ) = 4,50.102.(80 -
takhir) 83,6 takhir 1,672 = 360 - 4,50 takhir 83,6 takhir + 4,50
takhir = 360 + 1,672 88,1 takhir = 2032 takhir = 23,10 CAir
200CPenyelesaian :
-
Sebuah benda dengan massa 20 gram ber-suhu 100oC dimasuk-kan
kedalam zat cair bermassa 50 gram yang bersuhu 25oC sehingga
terjadi kese-imbangan pada suhu 50oC. Jika kalor jenis zat cair 20
kal/groC, Hitunglah kalor jenis benda tersebut .bendatbenda=
1000Ctair= 250Csuhu sama( takhir )bendaBenda memberikan kalor, air
menerima kalorDiketahui :mair = 50 grmbenda = 20 gr tair = 250 C
tbenda = 1000 C takhir = 500 C cair = 20 kal/g.0C Ditanya : cbenda
= . ?
Benda 1000Ctakhir = 500CDt2Dt1Air 250CPenyelesaian :Jawab :
Qserap = Qlepas mair . cair . Dt1 = mbenda . Cbenda . Dt250. 20.
(takhir - tair ) = 20 . Cbenda.(tbenda - takhir) 1000 (50 25) = 20.
Cbenda (100 - 50) 25000 = 1000 Cbenda Cbenda = 25 kal/g.0C
-
Berapa kalor yang diperlukan untuk melebur 5 kg es pada suhu 100
C agar semua menjadi uap pada suhu 1000 C . Kalor jenis es 0,5
kal/gr.0C, kalor lebur es 80 kal/gr, kalor jenis air 1 kal/gr .0C
dan kalor uap 540 kal/gr.Diketahui :mair = 5 kg = 5000 grces = 0,5
kal /gr.0CLes = 80 kal/grcair = 1 kal /gr.0CLuap = 540 kal/gr
Ditanya : Qtotal = . ?
Jawab :
Qt1001000Q3Q2Q1Q4Penyelesaian:Es mulai mencari dari 100C sd,
00C, kalor yang diperlukan Q1Q1 = mes.ces. Dt1 =5000.0,5.( 0 (-10))
= 25.000 kal Es berubah wujudnya menjadi air seluruhnya pada suhu
tetap 00 C, kalor yang diperlukan Q2Q2 = mes. Les =5000.80 =
400.000 kalAir dipanaskan dari 00C sd, 1000C,, kalor yang
diperlukan Q3Q3 = mair.cair. Dt3 =5000.1.(100 0) = 500.000 kalAir
berubah wujudnya menjadi uap seluruhnya pada suhu tetap 1000 C,
kalor yang diperlukan Q4Q4 = muap. Luap =5000.540 = 2.700.000
kal
Jumlah kalor yang diperlukan seluruh-nya untuk merubah es
menjadi uap QtotalQtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 =
25.000+400.000+500.000+2.700.000 = 3.625.000 kal atauQtotal =
3.625.000 x 4,18 = 15.152.500 J
00
-
Konduksi : Proses perpindahan kalor melalui suatu zat, tanpa
disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya Konveksi : Proses
perpindahan kalor melalui suatu zat, disertai dengan perpindahan
partikel-partikelnya R a d i a s i : Perpindahan kalor/energi dari
permukaan semua benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik
-
Ilustrasi yang menggambarkan upaya masyarakat memadamkan api
saat terjadi kebakaran. Ada tiga cara untuk memadamkan api. Ketiga
cara tersebut ada kesamaan dengan peristiwa hantaran kalor yaitu
Konduksi, Konveksi dan Radiasi. Maka No. 1. adalah peristiwa.. No.
2. adalah peristiwa.. No. 3. adalah
peristiwa..RadiasiKonduksiKonveksiPada saat memasak air dan nampak
air mendidih. Anda cermati gambar maka Peristiwa Konduksi terjadi
Peristiwa Konveksi terjadi Peristiwa Radiasi terjadi
KonveksiKonduksiRadiasisaat tangan memegang gagang terasa panas
Pada air yang mendidihDari panas yang dipancarkan api
-
Ujung batang yang dipanaskan menerima kalor sebesar Q dan
suhunya menjadi T1 sedangkan ujung yang lain suhunya lebih rendah
T2 , karena perbedaan suhu ini terjadi rambatan kalor dari ujung
yang bersuhu T1 ke ujung yang bersuhu T2. Besarnya kalor yang
dihantarkan yaitu :T1T2AdQ = Jumlah kalor yang mengalir/
dipindahkan (J) A = Luas permukaan (m2)DT = T1-T2 = perbedaan suhu
ke dua permukaand = tebal bahan\benda (m)k = konduktivitas
termal/daya hantar kalor (J/m.s.K)t = lamanya kalor mengalir
(s)T1dT2ADIKETAHUI :d = 4 cm = 4.10-2 m ; A = 10.000 cm2= 1 m2 DT =
120-110 = 100 C ; k = 4,82 J/m.s.K. DITANYAKAN : H = Q/t =. ?JAWAB
:Pipa besi yang dipanaskan ujungnya ujung yang lain dipegang, apa
yang dirasakan tangan setelah beberapa saat kemudian ? Panas itu
jawaban anda .Bagaimana ini bisa terjadi dan berapa besar panas
yang dihantarkan dari ujung ke tangan ? Perhatikan ilustrasi beikut
iniPANASQPelat besi yang memiliki tebal 4 cm dan luas permukaan
10.000 cm2, salah satu permukaannya bersuhu 1200 C dan permukaan
lainnya bersuhu 1100 C. Konduktivitas termalnya 4,82 J/m.s.K.
Berapa kalor yang melalui pelat besi tersebut setiap sekon ?
-
Konduktivitas panas dan kapasitas panas beberapa gas pada
tekanan1 atm.
GasSuhuKonduktivitaspanasKapasitaspanasT(K) k(W/mK)
Cp(J/kgK)H21000,0679911.1922000,128213.6673000,177914.316O21000,009049102000,018339113000,02657920NO2000,0177810153000,02590997CO22000,009507343000,01665846CH41000,0106320732000,
0218420873000,034272227
-
Soal 1Sebatang spatula yang terbuat dari kaca digunakan untuk
mengaduk larutan yang bersuhu 500C. Panjang spatula itu 0,25 m dan
luas permukaannya 2,0 x 10-3 m2. Jika ujung spatula lainnya berada
di ruangan yang bersuhu 200C. Hitunglah jumlah kalor yang mengalir
sepanjang batang dalam 5 menit? Konduktivitas termal kaca 0,8
W/mK
-
r < r V=V (1+g.Dt )Pada saat air mendidih tampak ada
gelembung-gelembung bergerak naik dan turun selama air dipanaskan.
Begitu pula bagaimana balon dapat diatur posisi terbangnya dengan
cara membakar gas. Perhatikan ilustrasi berikut.Molekul yang
menerima kalor volumenya memuai bertambah besar, sehingga massa
jenisnya mengecil (r). Sesuai dengan hukum Archimides bahwa yang
memiliki massa jenis kecil akan melayang. Pada saat melayang
molekul yang membawa kalor bersentuhan dengan molekul-molekul
lainnya.Akibatnya molekul akan kehilangan kalor dan suhunya turun
sehingga volumenya menyusut. Hal ini akan mengakibatkan massa
jenisnya menjadi besar, molekul akan tenggelam kebawah. Saat
dibawah molekul menerima kalor lagi, volumenya bertamabah, massa
jenisnya mengecil, dan molekul melayang. Kejadian ini berulang
terus selama kalor diberikan pada air, peristiwa inilah yang
disebut mendidih. Jadi kalor dari bawah dihantarkan molekul air
keatas. Besarnya kalor yang dihantarkan/dipindahkan
dirumuskan.Molekul air setelah menerima kalorSelama pemanasan air
perhatikan massa jenis molekul air sebelum dan setelah menerima
kalorMolekul air belum menerima kalorH = h.A.DtLAJU PERPINDAHAN
KALOR (H)H = Laju perpindahan kalor atau banyak kalor per satuan
waktu (J/s atau kal/s)A = Luas permukaan (m2)Dt = T1-T2 = perbedaan
suhu ke dua permukaanh = koefisien konveksi J.s-1.m-2.K-1 atau
kal.s-1.cm-2.0C-1CONTOHSOALUdara dalam sebuah kamar bersuhu 250 C,
sedangkan suhu permukaan jendela kaca kamar 150 C. Berapa laju
kalor yang diterima oleh jendela kaca seluas 0,6 m2, jika koefisien
konveksi pada suhu itu 7,5.10-5 kal.s-1.cm-2.0C-1Diketahui :Dt =
t1-t2 = 25 10 = 100 C A = 0,6 m2 = 6000 cm2 h = 7,5.10 5
kal.s-1.cm-2.0C-1Ditanya : H = . ?Penyelesaian:H = h.A.Dt = 7,5.10
5 x 6.000 x 10 = 4,5 kal.s-1
-
Soal 2Suhu kulit seseorang tanpa pakaian kira-kira 320C. Jika
orang tersebut berada dalam ruangan yang bersuhu 220C dan luas
permukaan tubuhnya 1,6 m2. Berapakah kalor yang dilepaskan tubuh
orang melalui konduksi selama 5 menit? h = 7,1 Js-1m-2K-1
-
E = e . t . T4Energi yang dipancarkan atau diserap per satuan
waktu per satuan luas ( J.s-1.m-2 ), dirumuskan :E = Laju
perpindahan kalor atau banyak kalor per satuan waktu (J/s atau
kal/s)e = emisivitas permukaan (koefisien pancara/serapan benda) =
tetapan Stefan = 5,67.10-8 watt.m-2.K-4 T = suhu mutlak (K)Energi
yang dipancarkan atau diserap per satuan waktu per satuan luas
dapat juga dirumuskan : PE = AE = Laju perpindahan kalor atau
banyak kalor per satuan waktu (watt.m-2)P = Daya pancar ( watt )A =
luas permukaan benda (m2)P = E . A = e . t . T4 . ADaya pancar
-
CONTOHSOALSebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna, 270 C.
Berapa besarnya energi yang dipancarkan tiap satuan waktu tiap
satuan luas permukaan benda itu ?DIKETAHUI : e = 1 (benda hitam
sempurna)T = 27 + 273 = 300 K = 5,67.10-4 watt.m-2.K-4DITANYAKAN :
E = . ?JAWAB :Penyelesaian:
E = e . t . T4 = 1 x 5,67.10-4 x (300)4 = 5,67.10-4 x 81.108 =
459,27 watt/m2
Sebuah bola memiliki jari-jari 20 cm dipanaskan sampai suhu 500
K, sedangkan benda-benda disekitar-nya bersuhu 300 K. Berapa daya
yang diperlukan untuk memperta-hankan suhu bola jika permukaan-nya
memiliki emisivitas ?DIKETAHUI : e = r = 20 cm = 0,2 mT1 = 300 K ;
T2 = 500 K = 5,67.10-4 watt.m-2.K-4DITANYAKAN : Daya = P = . ?JAWAB
:Penyelesaian:Luas bola =A= 4p.r2 = 4x3,14x (0.2)2 A = 0,5 m2Daya
pancar tiap satuan luas E = e . t . DT4 = x 5,67.10-4 x (200)4 =
1542 watt/m2 Daya yang diperlukan P = E.A = 1542 x 0,5 = 771
watt
-
Contoh Soal 3Sebuah pelat baja tipis berbentuk persegi dengan
panjang sisi 10 cm dipanaskan dalam sebuah tungku sampai suhunya
mencapai 7270C. Jika pelat baja itu memiliki emisivitas 0,9, berapa
laju kalor radiasinya?
-
Increase Pressure at Constant Temperatur :Pada proses ini
tekanan diubah-ubah pada suhu tetap, bagaimana dengan volume
gasIncrease Temperatur at Constant Volume :Pada proses ini
temperatur diubah-ubah pada volume tetap, bagaimana dengan tekanan
gasIncrease Temperatur at Constant Pressure :Pada proses ini
temperatur diubah-ubah pada tekanan tetap, bagaimana dengan volume
gasIncrease Number of Gas particles :Pada proses ini jumlah molekul
di tambah, bagaimana dengan volume, tekanan dan suhu gas
-
YANG MEMPENGARUHI TITIK LEBUR DAN TITIK DIDIH SUATU BENDAJENIS
BENDALUAS PERMUKAANTEKANAN