Suhu-dan-kalor-13 4c354h

SUHU

Selasa, 20 Februari 2018

Tujuan Tugas :

Memahami pengertian suhu Mengidentifikasi skala

termometer Mengidentifikasi jenis-jenis termometer Memahami Konversi suhu

SUHU  Suhu

didefinisikan

sebagai

besaran

yang

diukur

berdasarkan keseimbangan termis.  Perubahan suhu dapat mengakibatkan perubahan wujud,

perubahan volume, perubahan warna dan perubahan kimia.  Setiap

benda

termometrik

memiliki adalah

perubahan suhu.

sifat

kepekaan

termometrik. benda

Sifat

terha.dap

Zat yang digunakan untuk mengisi

thermometer adalah raksa dan alcohol, tetapi raksa paling banyak digunakan. Karena : 1.Mudah dilihat 2.Pemuaiannya teratur 3.Tidak membasahi dinding 4.Peka terhadap perubahan suhu

SKALA SUHU Gambar 1: Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan Reamur(R).

100

373

212

80 titik tetap

atas(tta)

C

K c 0 --

tetap bawah(ttb)

F k

f 273--

R r 32--

0- - titik

KONVERSI SUHU

Contoh Soal Bagian 1

Contoh Soal Bagian 2

KALOR Kalor adalah salah satu bentuk energi yang

mengalir karena adanya perbedaan suhu dan atau karena adanya usaha atau kerja yang dilakukan pada sistem. Kalor mempunyai satuan kalori, satu kalori didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1OC. Dalam sistem SI satuan kalor adalah Joule. Satu kalori setara dengan 4,18 joule. Kalor jenis (c) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu setiap 1kg massa benda dan setiap 1 °C kenaikan suhu. Kapasitas kalor ( C ) adalah banyaknya kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu benda setiap 1 °C.

HUBUNGAN ANTARA KALOR, KALOR JENIS,MASSA DAN PERUBAHAN SUHU

Q = m.c.∆T Q = banyaknya kalor (joule) m = Massa benda (Kg) c = kalor jenis (J/Kg˚C) ∆T = Perubahan Suhu

Air bermassa 250 gr

dengan suhu -20oC dipanasi mendidih pada suhu 65oC, bila kalor jenis air 4200 j/kgoC, berapa kalor yang diperlukan air tersebut?

Sebatang linggis massa 10 kg

dimasukkan ke dalam api unggun hingga bersuhu 99°C. Jika kalor jenis linggis 280 J/kg °C, berapakah suhu akhir ketika linggis tersebut dicelupkan ke dalam bak mandi berisi 50kg air bersuhu 19°C, kalor jenis air 4200 J/kg°C ?

PERUBAHAN WUJUD ZAT  Kita kenal ada tiga wujud zat, yaitu padat, cair, dan gas. Pada umumnya semua zat pada suhu dan tekanan tertentu dapat berubah dari satu wujud ke wujud yang lain. Misalkan H 20 pada wujud padat berupa es, dalam wujud cair berupa air, dan dalam wujud gas berupa uap.  Jumlah kalor yang diperlukan/dilepaskan saat perubahan wujud (suhu tetap) dinyatakan dengan formula:

Q=m.L

dan Q = m.U

Q=jumlah kalor, satuannya joule. m=massa zat, satuannya kg. L= kalor lebur (J/Kg) U=kalor uap (J/Kg) ASAS BLACK  Jika ada dua macam zat yang berbeda suhunya dicampurkan atau disentuhkan, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepas kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah.  Q lepas = Q serap  Kekekalan energi pada pertukaran kalor seperti persamaan diatas pertama kali dikemukakan oleh Black seorang ilmuwan Inggris.

PERHITUNGAN KALOR DALAM BENTUK GRAFIK

Contoh Soal:Pemuaian Zat Padat 1. Sebatang baja berpenampang kecil yang panjangnya 20 meter bersuhu 20OC. Baja mengalami pemanasan sampai suhu 40OC kemudian didinginkan sampai suhu -30OC. Berapakah perbedaan thd pjng awal?. Penyelesaian: αbaja= 12. 10-6 /OC b. Δl = lO α Δt

= 20 m . 12. 10-6 /OC. (-30-20)OC = -12 mm a. Δl = lO α Δt

= 20 m . 12. 10-6 /OC. (40-20)OC = 4,8 mm

2. Sebuah plat baja berbentukpersegi dengan sisi 30 cm bersuhu 20OC. Bila Plat Baja dipanaskan sampai 130 OC,tentukan luas baja sekarang?. Penyelesaian: β=2.α

ΔA = AO β Δt = 900 cm2 . 24. 10-6 /OC. (130-30)OC = 2,38 cm2 At = AO+ ΔA = 900 cm2 + 2,38 cm2 = 902,38 cm2

Cara lain: (coba dihitung) At = AO(1+ β Δt)

3. Sebuah kubus baja dengan sisi 10 cm bersuhu 20OC. Bila kubus dipanaskan sampai 80 OC, tentukan volume baja sekarang?. Penyelesaian:  = 3.α ΔV = VO γ Δt = 1000 cm3 . 36. 10-6 /OC. (80-20)OC = 21,6 cm3 Vt = VO+ ΔV = 1000 cm3 + 21,6 cm3 = 1021,6 cm3

Cara lain: (coba dihitung) Vt = VO(1+ γ Δt)

Soal Latihan: Pemuaian 1.

2.

3.

4. 5.

Sebatang rel kereta api panjangnya 10 m dan suhu awalnya 30 OC. Karena gesekan dengan roda kereta api suhu rel menjadi 60 OC. Jika koefisien muai panjang rel 1,1.10-5/K , tentukan jarak renggang minimal yang aman pada tiap sambungan agar tidak mengalami pembengkokan pada suhu 60 OC? Sebuah batang logam mula-mula mempunyai panjang 1m, setelah dipanaskan hingga perubahan suhunya 100 K, batang bertambah panjang 1/5000 m. Koefisien muai panjang batang logam tersebut adalah…. Sebatang perak suhu awalnya 40 OC dipanaskan sehingga suhunya naik menjadi 90 OC. Setelah diteliti ternyata batang perak tersebut bertambah panjang 0,19 mm. Jika koefisien muai panjang perak 19.10-6 /OC. Berapakah panjang mula-mula batang perak ? Keping tembaga panjang 10 cm, lebar 10 cm, dan suhunya 20 OC. Bila koefisien muai panjang tembaga 1,8.10 -5/ K. Berapakah luas keping tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 80 OC? Suatu balok besi berukuran 4 cm x 10 cm x 5. cm Hitunglah perubahan volume ketika temperaturnya dinaikkan dari 15 OC ke 65 OC! (koefisien muai panjang besi 10-5/ OC).

6. Pada suhu 10OC sebuah gelas kaca volumenya 1000 mL penuh berisi alkohol. Jika gelas dipanaskan sehingga suhu gelas dan alkohol 50OC. Berapakah alkohol yang tumpah? (koef. muai panjang gelas kaca = 3.10-6/OC dan koef. muai alkohol= 10-6/OC). 7. Gas mula-mula mempunyai volume V1. Jika gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga volumenya menjadi tiga kali dari semula. Berapakah suhu gas harus dinaikkan ? (jawaban dalam satuan celcius)

PERAMBATAN KALOR 1.

Konduksi Perambatan kalor secara konduksi terjadi pada logam yang dipanaskan. Partikel-partikel logam tidak berpindah, perpindahan kalornya terjadi secara berantai oleh partikel yang bergetar semakin cepat pada saat kalor yang masuk logam semakin besar dan getaran partikel akan memindahkan kalor pada partikel disampingnya, demikian dan seterusnya. (cari contohnya perambatan kalor dalam kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh) Formula:

Q k.A  (T2  T1 ) t L

(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W) A

= luas penampang (m2)

L

= panjang bahan (m)

K

= kondusivitas bahan (W/m.K)

Δ T = selisih suhu (OC atau K)

2. Konveksi Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair dan gas. Pada perpindahan kalor ini bagian yang mendapat kalor partikelpartikelnya akan berpindah ke suhu yang lebih rendah, demikian dan seterusnya sehingga terjadi arus konveksi. (cari contoh perambatan kalor ini dalam kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)

Formula: Q  h. A.(T2  T1 ) t

(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W) A

= luas penampang (m2)

h

= koef. konveksi (W/m2.K)

Δ T = selisih suhu (OC atau K)

3. Radiasi/ Pancaran Proses perpindahan kalor secara radiasi terjadi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah yang terpisah di dalam ruang, bahkan terjadi di ruang hampa. Jadi perpindahan kalor secara radiasi tanpa memerlukan medium (zat perantara) dan dalam perambatannya dalam bentuk gelombang elektromagnetik. (cari contoh perambatan kalor ini dalam kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)

Formula: Q    . A.T 4 t

Q 4 4   . .(T1  T2 ) t

(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W) Satu benda

A

= luas penampang (m2)

σ

= koef. Stefan-Boltzman (W/m2.K4) = 5,67 x 10-8

Dua benda

T

= suhu permukaan benda (K)

ε

= emisivitas bahan

Contoh Soal Perpindahan Kalor Balok besi berpenampang kecil dengan suhu kedua ujung dibuat tetap yaitu 500OC dan 100OC. Jika panjang besi 50 cm. Berapakah laju kalor persatuan luas yang melewati balok tersebut. (konduksivitas termal besi= 75 W/m.K) Penyelesaian: L=50 cm= 0,5 m k= 75 W/m.K ΔT=400K Q k 75 2  T  400  60000W / m t. A L 0,5 1.

2. Udara dengan suhu 30OC bertiup melewati permukaan plat panas dan kalor yang berasal dari bagian dalam plat. Ukuran plat 2 m x 5 m dan suhu permukaan plat dijaga tetap sebesar 110 OC. Jika koef. Konveksi di permukaan plat 40 W/m2.K, tentukan: a. jumlah kalor yang berpindah setiap detik, b. Bila plat terbuat dari alumunium tebal 20 cm, hitung suhu dalam plat tersebut. (k=200 W/m.K) Penyelesaian: a. ΔT= 80 K A= 10 m2 h= 40 W/m2.K = h.A.ΔT Q= 40.10.80 = 32.000 j/s t b. L= 20 cm=0,2 m k=200 W/m.K

Q  h. A.(T2  T1 (T-110) ) 32.000=200. t 10OC T = 111,6 0,2

3. Sebuah benda sumber panas mempunyai luas permukaan 10 cm2 dan emisivitasnya 0,4 bersuhu 727OC. Hitung kalor yang dipancarkan benda selama 1 menit. Penyelesaian: A=10 cm2=0,001 m2 T=727+273=1000K t=60 sekon Q?

ε= 0,4 σ= 5,67.10-8 W/m2.K4

Q= ε.σ.A.T4.t = 0,4. 5,67.10-8. 0,001. (1000)4.60 = 136,08 j

Soal Latihan: Perpindahan Kalor 1.

Sebatang logam (k=4,2x10-1kj/s.m.K) memiliki luas penampang 10-3 m2 dan panjang 2x103 m.Hitunglah jumlah kalor yang dirambatkan oleh batang logam selama 4 menit.

2.

Bola memiliki radius 2 cm dan dan emisivitanya 0,8.Jika bola menyerap energi kalor dari lingkungannya sebesar 4,536 π j/s. Berapakah suhu bola tersebut?

3.

Silinder logam (T1=250OC) dengan diameter 10 cm dan panjang 20 cm dimasukkan ke dalam bak air sehingga air mendidih (Ta=100OC). Jika h=500 W/m2.OC, hitunglah laju perpindahan kalor secara konveksi dari logam tersebut.