KALOR

Pengertian Kalor dan Perbadaannya dengan Suhu dan Energi Dalam

         Kalor merupakan energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda tersentuhan. Karena kalor timbul akibat perbedaan suhu, maka sampai dengan pertengahan abad ke delapan belas, istilah kalor dan suhu memiliki arti yang sama. Joseph Black pada tahun 1760 merupakan orang pertama yang menyatakan perbedaan antara suhu dan kalor. Suhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda yang diukur oleh termometer. Sedangkan kalor adalah sesuatu yang mengalir dari benda panas ke benda yang lebih dingin untuk menyamakan suhunya.

Maka dapat dinyatakan bahwa perbedaan antara suhu, kalor, dan energi dalam yaitu:

· Suhu merepresentasikan energi kinetiksatu molekul zat

· Energi dalam adalah ukuran energi seluruh molekul dalam zat.

· Kalor adalah perpindahan sebagian energi dalam dari karena adanya perbedaan suhu.

22. Teori Kalorik dan Teori Kinetik

· Teori Kalorik

         Teori Kalorik menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalori daripada benda yang suhunya rendah. Ketika kedua benda yang disentuhkan, benda kaya kalori kehilangan sebagian kalorinya yang diberikan kepada benda sedikit kalori hingga kedua benda mencapai suhu yang sama. Teori kalorik dapat menjelaskan pemuaian benda ketika dipanaskan dan proses hantaran kalor dalam sebuah kalorimeter dengan memuaskan. Serta teori kalori juga tidak dapat menjelaskan mengapa kedua telapak tangan terasa hangat saat digesekkan antara keduanya.

· Teori Kinetik

         Pada pertengahan abad ke 19, ilmuwan mengembangkan teori kinetik sebagai pengganti teori kalorik. Teori kietik menyatakan bahwa zat disusun oleh partikel-partikel yang sangat kecil yang selalu bergerak. Pada benda yang panas, partikel-partikel tersebut akan lebih cepat bergerak dan memiliki energi yang lebih besar daripada benda dingin.

Read More

PENERAPAN KALOR PADA LEMARI ES

         Aplikasi dalam bidang teknologi yang menggunakan prinsip bahwa pada waktu menguap diperlukan kalor adalah pada lemari es dan pendingin ruangan. Udara yang ditiupkan melalui eter mempercepat penguapan eter. Untuk menguap, eter memerlukan kalor yang diambil dari eter cair itu sendiri sehingga eter cair mendingin, yaitu di bawah C. Pada saat yang sama, karena suhu eter rendah maka terjadi perpindahan kalor dari air ke eter, sehingga pada akhirnya air membeku menjadi es.

         Prinsip kerja mesin pendingin seperti penguapan eter. Jika pada kegiatan tersebut eter yang menguap menghilang, maka pada lemari es, zat pendingin yang telah menguap tidak dibuang tetapi dimampatkan oleh sebuah pompa sehingga mencair kembali. Alat pendingin lemari es terdiri dari pompa pembeku, penukar panas, dan katup pemuaian.

        Pompa menarik uap freon yang keluar dari pembeku, memampatkannya dan meneruskannya ke penukar panas pada tekanan tinggi. Suhu uap freon sekarang menjadi lebih besar daripada suhu udara sekitar penukar panas sehingga uap freon akan melepaskan kalornya ke udara sekitar, dan uap freon mengembun menjadi cair. Bukti dari pelepasan kalor ke udara sekitar adalah tangan kita yang akan merasa panas ketika menyentuh sirip-sirip penukar panas pada bagian belakang lemari es.

         Freon cair yang keluar dari kondensor menuju ke katup pemuaian. Disini freon cair memuai dan kelajuan pemuaiannya diatur oleh katup pemuaian. Akibat pemuaian, freon cair akan menyerap kalor dari bahan yang disimpan di dalam lemari es sehingga bahan tersebut akan mendingin, sedangkan freon cair akan menguap. Uap freon yang keluar dari pembeku kemudian ditarik oleh pompa untuk mengulangi siklus berikutnya.

         Siklus akan berulang terus-menerus sehinga lemari es seakan-akan berfungsi mengambil kalor dari bahan-bahan makanan dalam lemari es dan membebaskan kalor-kalor ini ke lingkungan.

Read More

PERPINDAHAN KALOR SECARA RADIASI

         Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor yang tidak memerlukan perantara apapun. Contohnya: ketika kita duduk dan mengelilingi api unggun, kita  merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan apinya secara langsung. Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang dipancarkan oleh asal panas tersebut sehingga disebut dengan Radiasi.

Contoh lainnya yaitu ketika kita mendekatkan tangan kita pada bola lampu yang sedang menyala. Rasa panas lampu akan memengaruhi tangan kita sehingga tangan kita terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa rasa panas dari lampu dipindahkan secara radiasi atau pancaran.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Perpindahan Kalor Secara Radiasi

1. Tetapan Stefan Boltzmann
2. Luas permukaan A, makin besar luas permukaan makin cepat perpindahan kalor
3. Suhu, makin besar beda suhu makin cepat perpindahan kalor
4. Emisivitas

dengan persamaan :

Keterangan : H = laju aliran kalor tiap satuan waktu (J/s atau watt)

Q = kalor yang dialirkan (J)

t = waktu (s)

A = luas (m²), luas permukaan lingkaran = 4.p.r²

T = suhu (K)

e = emisivitas benda (tanpa satuan)

(e bernilai 1 untuk benda hitam sempurna, dan bernilai 0 untuk benda tidak hitam sama sekali. Pengertian benda hitam sempurna disini adalah benda yang memiliki kemampuan menyerap semua kalor yang tiba padanya, atau mampu memancarkan seluruh energi yang dimilikinya).

Contoh:

1. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m² dan suhunya 27 ºC. Jika suhu sekelilingnya 77 ºC, hitunglah:
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam.

Jawab:

Benda hitam, maka e = 1

T₁ = 300 K

T₂ = 350 K

= 5,672.10 s ^-8 watt/m²K⁴

a. R = e s ( T₂⁴ - T₁⁴)
= 1. 5,672.10^-8 (350⁴ - 300⁴)
= 391,72 watt/m²

b. R = Q/A.t

Q = R. A. t
Q = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule

Perpindahan Kalor Secara Radiasi Dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Pendiangan rumah
2. Rumah kaca dan efek rumah kaca
3. Panel surya

Read More

ASAS BLACK

         Jika kita ingin mendinginkan secangkir kopi panas, maka kita tinggal menuangkan air dingin ke dalam air panas tersebut dan mengaduknya agar tercampur merata. Setelah keseimbangan tercapai, kita akan memperoleh air hangat, yang suhunya diantara suhu air panas dan air dingin. Dalam pencampuran ini tentulah air panas melepaskan energi sehingga suhunya turun dan air dingin menerima energi sehingga suhunya naik. Jika pertukaran kalor hanya terjadi antara air panas dan air dingin (tidak ada kehilangan kalor ke udara sekitar dan kecangkir) maka sesuai prinsip kekekalan energi ; kalor yang dilepaskan oleh air panas (Q_lepas) sama dengan kalor yang diterima air dingin (Q_terima)

Asas Black

Q_lepas = Q_terima

         Kekekalan energi pada pertukaran kalor, seperti persamaan di atas pertama kali diukur oleh Joseph Black (1728-1799), seorang ilmuwan Inggris. Oleh karena itu persamaan tersebut dikenal sebagai asas Black.

Contoh soal

Sepotong aluminiun dengan massa 300g dipanaskan sampai suhunya mencapai 90°C, kemudian segera dijatuhkan ke dalam suatu bejana yang berisi 120g air pada suhu 30°C. Dengan mengabaikan pertukaran kalor terhadap lingkungan sekitar dan kalor yang diserap bejana, hitunglah suhu akhir campuran. Kalor jenis aluminium 900J/KgK, kalor jenis air 4200 J/KgK.

Penyelasaian

aluminium air

m₁ = 300 g =0,3 kg m₂ = 120 g = 0,12 kg

c₁ = 900 J/KgK c₂ = 4200 J/KgK

T₁ = 90°C T₂ = 30° C

Misal suhu akhir campuran (air dan aluminium) = x°C. Tentu saja nilai x°C di antara 30°C dan 90°C

Suhu aluminium turun:

DT₁ = T₁-x

= (90 - x)°C atau (90 - x) K

Aluminium melepas kalor :

Q₁= m₁c₁DT

= (0,3 kg)(900 J/KgK)(90-x) K

= 270 (90-x) J

Suhu air naik:

DT₂ = x-T₂

= (x-30)°C atau (x - 30) K

Air menerima kalor :

Q₂= m₂c₂DT

= (0,12 kg)(4200J/KgK)(x-30) K

= 504 (x-30) J

Dengan menggunakan persamaan asas Black:

Q_lepas = Q_terima

504(x-30) =270(90-x)

504x-15120 = 24300-270x

504x+270x = 24300+15120

774x = 9180

x = 11,86

jadi, suhu akhir campuran adalah 11,86 °C

 

 

 

Referensi
prasodjo, Budi. dkk.2006. Teori dan Aplikasi Fisika.Jakarta:Yudhistira

Kanginan, Marthen.2006.Fisika untuk SMA Kelas X. Jakarta:Erlangga

Read More

PEMUAIAN GAS

Untuk memahami pemuaian gas , perhatikan gambar di bawah ini

        Ketika bagian bawah botol dimasukkan ke dalam ember atau baskom airpanas. Udara dalam botol memuai. Ini menyebabkan balon mengembang. Ketika bagian bawah ketika bagian bawah botol disiram denga air dingin , suhu udara berkurang. Hal ini jelas menunjukkan bahwa udara ( termasuk gas) memuai jika dipanaskan.

        khusus untuk gas, perubahan volume tidak menggunakan persamaan pemuaian pada gas. Namun, ada besaran-besaran lain yang perlu diperhatikan seperti tekanan dan temperatur. Persamaan yang berlaku dalam pemuaian gas dinyatakan sebagai berikut :

pada saat tekanan konstan, berlaku Hukum Gay Lussac:

V₁/T₁ = V₂/T₂

pada saat temperatur konstan, berlaku Hukum Boyle:

P₁V₁ = P₂V₂

pada saat volume konstan, berlaku hukum Charles:

P₁/T₁ = P₂/T₂

pada saat kondisi ideal dengan mol konstan, berlaku hukum Boyle-Gay Lussac:

P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂

Dimana :

V= volume (m³ atau liter)

P = tekanan (N/m² atau Pa)

T = suhu (K)

 

 

 

Referensi

Utomo, pristiadi.2007.Fisika Interaktif.Jakarta:Azka Press

Kanginan, Marthen.2006.Fisika untuk SMA Kelas X.Jakarta:Erlangga

Read More

SIFAT ANOMALI AIR

         Kebanyakan zat memuai ketika dipanaskan. Akan tetapi hal itu tidak berlaku untuk air pada rentang suhu 0 °C hingga 4C°. Jika air dipanaskan pada rentang suhu ini, air tidak memuai justru menyusut seiring kenaikan suhu. Di atas suhu 4°C, air memuai jika dipanaskan. Perlaku aneh air ini dinamakan sifat anomali air. Pada gambar disamping menunjukkan volum yang ditempati 1 g air sebagai fungsi suhu. Nampak bahwa volum air minimum terjadi pada suhu 4°C. Karena massa jenis zat berbanding terbalik dengan volumnya, maka massa jenis air maksimum terjadi 4°C. Air juga memuai saat membeku menjadi es. Itulah sebabnya es mengapung pad permukaan air.

        Sifat anomali air mempunyai efek penting pada kehidupan hewan dan tumbuhan air selama musim dingin. Ketika suhu air danau berada di atas 4°C dan mulai mendingin karena kontak dengan udara dingin di atasnya, air dipermukaan tenggelam karena mempunyai massa jenis yang lebih besar dan digantikan oleh air yang lebih hangat di bawahnya. Proses ini berlangsung sampai suhunya mencapai 4 °C. Ketika suhu permukaan turun menjadi kurang dari 4 °C, massa jenis air di dekat permukaan menjadi lebih kecil daripada massa jenis air yang lebih hangat dipermukaannya. Akibatnya, aliran ke bawah berhenti dan air didekat permukaan tetap terjaga lebih dingin daripada air dibawahya. Pada saat air dipermukaan membeku, es terapung karena mempunyai massa jenis yang lebih kecil daripada air. Air di dasar tetap terjaga 4°C sampai seluruh air danau membeku.

         Jika air beprilaku seperti zat lain, penyusutan akan terjadi terus-menerus pada saat pendinginan dan pembekuaan. Sehingga air di dasar danau akan membeku terlebih dahulu. Sirkulasi akibat perubahan massa jenis akan terus mengalirkan air yang hangat kepermukaan untuk pendinginan secara efesien. Sehingga danau akan membeku dengan mudah. Tentu saja hal ini akan membinasakan dengan segera seluruh kehidupan hewan dan tumbuhan yang tidak tahan beku. Jadi, dengan adanya sifat anomali ini jarang air membeku seluruhnya. Lapisan es dipermukaan akan bertindak sebagai isolator untuk mengurangi aliran kalor dari air ke udara dingin di atasnya. Sifat aneh air tetapi menakjubkan ini memungkinkan adanya kehidupan di dasar danau pada daerah-daerah yang mengalami musim dingin.

 

 

 

Referensi

Ruwanto, Bambang.2007.Asas-asas Fisika. Jakrata:Erlangga

Kanginan, Marthen.2006.Fisika untuk SMA Kelas X. Jakarta:Erlangga

Read More

SKALA PADA TERMOMETER

         Suhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu benda. Suhu termasuk besaran skalar dengan satuan pokoknya adalah Kelvin (K). Namun ada beberapa jenis skala yang dibuat oleh para ilmuwan yaitu:

a) Skala Fahrenheit

        Saat ini, kebanyakan dari beberapa orang awan lebih sering menggunakan temometer Merkuri. Termometer Merkuri pertama kali dibuat oleh Daniel G. Fahrenheit. Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan Merkuri di ujung bawahnya. Karena untuk pengukuran, pipa ini dibuat sedemikian rupa sehingga hampa udara. Jika temperatur meningkat, maka merkuri akan mengembang naik ke arah atas pipa dan memberikan petunjuk tentang suhu di sekitar alat ukur sesuai dengan skala yang telah ditentukan. Pada skala Fahrenheit titik beku air bernilai 32 dan titik didih air diberi angka 212. Suhu es yang dicampur dengan garam ditetapkan sebagai 0ºF. Di antara titik beku dan titik didih dibagi 180 skala.

b) Skala Reamur

        Skala Reamur adalah skala suhu yang dinamai menurut penemunya yaitu Rene Antoine Ferchault de Reaumur. Pada tahun 1731 Reamur mengusulkan titik beku air 0 derajat dan titik didih air 80 derajat Reamur. Jadi, satu derajat Reamur sama dengan 1,25 derajat Celsius atau kelvin. Skala ini mulanya dibuat dengan alcohol. Skala Reamur digunakan secara luas di Eropa, terutama di Perancis dan Jerman. Namun kemudian digantikan oleh Celsius. Saat ini skala Reamur jarang digunakan kecuali di industri permen dan keju.

c) Skala Celcius

         Skala suhu yang paling banyak dipakai di seluruh dunia adalah Skala Celcius. Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders Celcius sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan sebagai pedoman pengukuran suhu yaitu dengan nilai 0 untuk titik beku dan nilai 100 untuk titik didih. Pada tahuntersebut pula Anders Celsius mempublikasikan sebuah buku berjudul “Penemuan Skala Temperatur Celsius” yang sebagian isinya menjelaskan metoda kalibrasi alat termomometer

d) Skala Kelvin

          Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut dengan kondisi nol mutlak. Namun, skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini. Lord Kelvin (1842 - 1907) adalah orang pertama yang mengusulkan skala mutlak dari suhu. Studinya terhadap teori Carnot (teori tentang mesin ideal dengan efisiensi mendekati 100%) menuntunnya ke ide bahwa kalor tidak pernah berpindah secara spontan dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi.Teori ini dikenal sebagai hukum kedua termodinamika. Pada skala Kelvin, tidak ada skala negatif karena titik beku air ditetapkan sebesar 273 K dan titik didih air ditetapkan sebesar 373 K. Hal ini berarti suhu 0 K sama dengan –273 °C. Yang kemudian suhu ini dikenal sebagai suhu nol mutlak. Para ilmuwan yakin bahwa pada suhu nol mutlak, molekul-molekul diam atau tidak bergerak. Dengan alasan inilah skala Kelvin sering digunakan untuk keperluan ilmiah. Skala Kelvin merupakan satuan internasional untuk temperatur.

Jarak skala termometer

· C = 100-0 ; 100:20 = 5

· R = 80-0 ; 80:20 = 4

· F = 212-32 ; 212:20 = 9

· K= 373-273 ; 373:20 = 5

·

Untuk mengubah dari X ke skala Y dapat dilakukan dengan cara angka perbandingan dikalikan dengan “P” ditambah titik beku

· C = 5P + 0

· R = 4P + 0

· F = 9P + 32

· K= 5P + 273

 

 

Referensi

Kanginan, Marthen.2006.Fisika untuk SMA Kelas X.Jakarta:Erlangga
Seran, Goris. 2004. Fisika SMA/MA Kls X. Jakarta : Grasindo.
http://fisikarudy .com/2010/04/01/termometer-suhu-dan-kalor-1/

Read More