FISIKA D AS AR ZAT DAN KALOR ZAT DAN KALOR Hardani, M.Si Hardani, M.Si D3 FARMASI D3 FARMASI POLITEKNIK MEDICA FARMA POLITEKNIK MEDICA FARMA HUSADA MATARAM HUSADA MATARAM 2016 2016
FISIKA D
ASAR ZAT DAN KALORZAT DAN KALOR
Hardani, M.SiHardani, M.Si
D3 FARMASID3 FARMASIPOLITEKNIK MEDICA FARMA HUSADA POLITEKNIK MEDICA FARMA HUSADA
MATARAMMATARAM20162016
FISIKA D
ASARPendahuluan Zat Padat
Apabila gaya yang diterapkan terhadap suatu bahan dihilangkan, bahan tersebut akan kembali ke bentuknya semula, contohnya pegas dan karet. Ada juga benda yang mengalami bentuk secara permanen jika dikenai gaya, contohnya tanah liat dan lilin. Untuk membedakan karakteristik kedua jenis benda ini, benda dikatakan memiliki sifat elastis
FISIKA D
ASAR Elastisitas
Untuk memahami elastisitas benda dapat dilakukan percobaan menggunakan pegas. Jika hasil yang diperoleh digambarkan dalam bentuk grafik antara gaya berat benda (F) dengan pertambahan panjang pegas (x), akan tampak pada grafik berikut
FISIKA D
ASAR
0 Pertambahan panjang x
Batas elastisitasBatas
linearitas
Daerah elastis
Daerah plastis
Gaya
F Titik patah
A
C
Dari grafik:•Garis lurus 0 – A : F sebanding dengan x•Garis A – B : batas linearitas pegas•Garis 0 – B : daerah elastis•Garis B – C : daerah plastis
B
Tegangan dan ReganganAda tiga jenis perubahan bentuk benda: regangan , mampatan, dan geseran
Perubahan bentuk benda terjadi karena gaya yang bekerja pada benda, disebut tegangan.Tegangan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas
Jika benda diberi gaya, akan mengalami perubahan panjang. Perbandingan perubahan panjang mula-mula dengan panjang benda disebut regangan
AF
F = gaya (N)A = luas (m2) = Tegangan (N/m2)
0LL
L= perubahan panjang (m)L = panjang mula-mula (m) = regangan
mampatan regangan geseran
ModulusModulus (E) merupakan perbandingan antara tegangan dengan regangan
Pada benda elastis, dikenal sebagai modulus Young
E
0LL
AF
Y
LALFY
.. 0
Hukum Hooke menyatakan hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dengan pertambahan panjang pegas pada daerah elastis pegas.
Berdasarkan Hukum III Newton (aksi-reaksi), pegas akan mengadakan gaya yang besarnya sama tetapi arah berlawanan
Hukum Hooke
xkF
xkF
FF
p
p
F = gaya pada pegas (N)x = pertambahan panjang (m)k = tetapan pegas (N/m)
Fp = gaya pegas
Tahukah anda, bagaimana kalor dapat berpindah?
Bagaimana pula cara perpindahannya ?
Kalor dapat berpindah dengan berbagai cara, yaitu dengan melalui :A. KONDUKSI (hantaran) Adalah perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui zat padat.
Berdasarkan daya hantar kalornya, zat dapat dibedakan sebagai:Konduktor : zat yang mudah menghantarkan kalor
Contoh : logam Isolator : zat yang sukar menghantarkan kalor
Contoh : kayu, karet, air, udara
lAT1
T2
ΔT =T2-T1
k (konstansa konduksi)
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konduksi kalor :1.Beda suhu antara kedua permukaan (∆T) makin besar beda suhu, makin cepat perpindahan kalor.
2.Jarak antara kedua permukaan /tebal /panjang (l), makin tebal, makin lambat perpindahan kalor.3.Luas permukaan (A), makin luas permukaan makin cepat perpindahan kalor.4.Konduktivitas termal zat (k), merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor; makin besar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.
Laju konduksi kalor :
B. KONVEKSI (aliran)adalah perpindahan kalor melalui zat perantara, diikuti perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui fluida, misal : udara, air
Macam konveksi : 1. konveksi alami contoh : angin darat, angin laut, aliran udara melalui ventilasi / cerobong asap. 2. konveksi paksa contoh : konveksi udara pada hair dryer, sistem pendingin mesin mobil lemari es, AC.
Proses pemanasan air dalam suatu panci. Partikel air pada dasar panci menerima kalor dan menjadi panas.
Pertikel yang telah panas bergerak ke atas karena berat jenisnya mengecil, Sedangkan air dingin turun menempati tempat yang ditinggalkan air panas yang naik.Demikian ini terjadi selama air dipanaskan, sehingga air masak secara merata
Manfaat konveksi kalor
Merebus air
Perhatikan tayangan berikut ini, apa yang akan terjadi ?
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konveksi kalor :Luas permukaan benda (A), semakin luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan.Perbedaan suhu (∆T), semakin besar beda suhu benda dengan permukaan fluida, semakin cepat kalor dipindahkanKoefisien konveksi (h), bergantung pada bentuk, kedudukan permukaan dan diperoleh dengan percobaan. Misal h tubuh manusia adalah 7,1 Js-1m-2K-1
Laju konveksi kalor :
C. RADIASI (PANCARAN) adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.(pancaran energi dari permukaan sebuah benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik)
Misal, panas matahari sampai ke bumi melalui ruang hampa udara.
Catatan : 1. Permukaan hitam sempurna sebagai pemancar dan penyerap kalor yang baik (e=1) 2. Pemukaan putih mengkilap sebagai pemancar dan penyerap kalor radiasi yang buruk (0<e<1).
Pemanfaatan radiasi : Pendiangan rumah, efek rumah kaca, panel surya.
Radiasi gelombang elektromagnetik matahari menghangatkan kita sebagai makhluk hidup dibumi, walaupun melewati hampa udara
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi : (dinyatakan dalam hukum Stefan-Boltzman)
“Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan (T4)”
Dapat ditulis dengan persamaan :
Tidak semua benda dianggap hitam sempurna, sehingga rumus dapat ditulis :
Dimana : σ = 5,67 x 10-8 Wm-2K-4
1. Sumber utama masuknya kalor kedalam ruang yang suhunya lebih
rendah dari udara luar adalah melalui jendela kaca.Sebuah ruang
dengan pendingin AC memiliki kaca jendela yang luasnya 2,0 m x 1,5
m dan tebal 3,2mm.Jika suhu permukaan dalam kaca 25oC dan suhu
pada permukaan luar 30oC, laju konduksi kalor yang masuk adalah
sebesar....watt (k = 0,8 W/m K)
A. 3750B. 5370C. 5730
D. 7350E. 7530
PEMBAHASAN
PILIH SOAL :
A = 2,0 m x 1,5 m = 3,0 m2.d = 3,2 mm = 3,2 x 10-3 m.k = 0,8 W/m K.∆T = T2-T1 = 30oC-25oC = 5oC = 5K
Ditanyakan : Q/t = ?
DIKETAHUI :
DITANYAKAN :
dTkA
tQ
)102,3()5)(0,3)(/8,0(
3
2
mxKmmKW
tQ
= 3750 W
DIJAWAB :
2. Gas dengan koefisien konveksi termal 0,05 kal/s m2 oC dirambatkan
didalam pipa dengan luas penampang 10 cm2. Gas mengalir dari
tempat bersuhu 80oC ke tempat lain yang suhunya 70oC. besar kalor
yang dipindahkan selama satu jam adalah.... Joule
C. 1,8
B. 6,1
A. 8,1 D. 1,4E. 0,8
PEMBAHASAN
PILIH SOAL :
h = 0,05 kal/s m2 oCA = 10 cm2 = 0,001 m2
ΔT = (80-70)oC =10oCt = 1 jam = 3.600 sekon
DIKETAHUI :
DITANYAKAN :
Q = ?
= 1,8 kalori
DIJAWAB :
Q = H.t = h.A. ΔT.tQ = 0,05 x 0,001 x 10 x 3.600
3. Sebuah benda hitam berbentuk bola dengan jari-jari 5 cm dijaga pada
suhu konstan 327oC. Laju kalor yang dipancarkan adalah sebesar....
Joule/s
E. 203,73B. 373,20
A. 730,23 D. 230,73
C. 337,20PEMBAHASAN
PILIH SOAL :
e = 1A = 4r2= 4(4,13)(5x10-2)2
= 3,14 x 10-2 m2
T = 327 + 273 = 600 10-2
= 5,67 x 10-8 W/m2 K4
DIKETAHUI :
DITANYAKAN :
H = Q/t
= 230,73 J/s
DIJAWAB :
H = eAT4
H = (1)(5,67 x 10-8)(3,14 x 10-2)(600) 4
FISIKA D
ASAR
TERIMA KASIHTERIMA KASIH