IPA VII BAB 4 Suhu dan Kalor
Suhu adalah derajat (tingkat) panas suatu benda, atau ukuran panas-dinginnya satu benda. Suhu sering juga disebut temperatur.
Suhu dapat dirasakan dan dapat diukur. Oleh karena itu, suhu termasuk dalam besaran pokok. Suhu dilambangkan dengan T dengan satuan derajat (°)
Alat pengukur suhu adalah termometer. Adapun cara kerja termometer dijelaskan sebagai berikut:
1. Bila tendon zat cair terkena panas, maka zat cair yang ada di dalam tendon akan mengembang (atau memuai).
2. Oleh karena zat cair dalam tendon memuai, maka zat cair tersebut akan masuk ke dalam celah kapiler. Skala itulah yang menunjukkan suhu benda yang bersangkutan.
Zat cair yang sering digunakan sebagai pengisi termometer yaitu raksa atau alkohol. Keduanya dipilih karena masing-masing memiliki kelebihan.
Raksa membeku pada suhu -39°C dan mendidih pada suhu 357°C. Sedangkan alkohol membeku pada suhu -114,9°C dan mendidih pada suhu 78°C.
Berdasarkan data ini termometer raksa paling tepat untuk memngukur suhu-suhu tinggi (sampai dengan 357°C).
Sementara itu, termometer alkohol paling sesuai untuk mengukur suhu-suhu rendah (sampai dengan -114,9°C.
Kelebihan lain yang dimiliki raksa, yaitu mengilap sehingga mudah dilihat. Raksa tampak jelas saat naik maupun turun akibat memuai atau menyusut karena mengalami pemanasan atau pendinginan.
Suhu dapat dirasakan dan dapat diukur. Oleh karena itu, suhu termasuk dalam besaran pokok. Suhu dilambangkan dengan T dengan satuan derajat (°)
Alat pengukur suhu adalah termometer. Adapun cara kerja termometer dijelaskan sebagai berikut:
1. Bila tendon zat cair terkena panas, maka zat cair yang ada di dalam tendon akan mengembang (atau memuai).
2. Oleh karena zat cair dalam tendon memuai, maka zat cair tersebut akan masuk ke dalam celah kapiler. Skala itulah yang menunjukkan suhu benda yang bersangkutan.
Zat cair yang sering digunakan sebagai pengisi termometer yaitu raksa atau alkohol. Keduanya dipilih karena masing-masing memiliki kelebihan.
Raksa membeku pada suhu -39°C dan mendidih pada suhu 357°C. Sedangkan alkohol membeku pada suhu -114,9°C dan mendidih pada suhu 78°C.
Berdasarkan data ini termometer raksa paling tepat untuk memngukur suhu-suhu tinggi (sampai dengan 357°C).
Sementara itu, termometer alkohol paling sesuai untuk mengukur suhu-suhu rendah (sampai dengan -114,9°C.
Kelebihan lain yang dimiliki raksa, yaitu mengilap sehingga mudah dilihat. Raksa tampak jelas saat naik maupun turun akibat memuai atau menyusut karena mengalami pemanasan atau pendinginan.
Hingga saat ini, dikenal beberapa jenis termometer. Perbedaan termometer tersebut terletak pada skala derajat suhu, patokan tetap titib bawah, dan patokan tetap titik atas.
1. Termometer Celcius
Termometer Celcius ditemukan oleh Andreas Celcius (1701-1744), seorang ahli fisika dan Swedia.
Celcius menentukan titik tetap bawah skala termometer dengan patokan suhu es yang sedang mencair, yang diberi skala 0°.
Titik tetap atasnya berpatokan pada suhu air mendidih pada tekanan 76 cmHg, yang diberi skala 100°. Satuan suhu yang diukur menggunakan termometer Celcius yaitu derajat Celcius ditulis °C.
2. Termometer Reamur
Termometer ini dikenal oleh Reamur, seorang ahli fisika berkebangsaan Prancis.
Reamur menentukan titik tetap bawah dan titik tetap atas skala termometer sama seperti Andreas Celcius. Namun, Reamur memberi skala 0° untuk titik tetap bawah dan 80° untuk titik tetap atas termometernya.
Satuan suhu yang diukur menggunakan termometer Reamur yaitu derajat reamu, ditulis °R
3. Termometer Fahrenheit
Termometer jenis ini dikenalkan oleh Gabriel D. Fahrenheit, seorang ahli fisika berkebangsaan Jerman.
Fahrenheit menetapkan titik tetap bawah yaitu suhu campuran es dan garam amonium klorida. Titik ini ditetapkan menjadi 0°F.
Suhu campuran antara air dan es (titik beku air) pada termometer Fahrenheit diberi skala 32°F. Sementara titik tetap atas termometer ini yaitu suhu air mendidih diberi skala 212°F.
1. Termometer Celcius
Termometer Celcius ditemukan oleh Andreas Celcius (1701-1744), seorang ahli fisika dan Swedia.
Celcius menentukan titik tetap bawah skala termometer dengan patokan suhu es yang sedang mencair, yang diberi skala 0°.
Titik tetap atasnya berpatokan pada suhu air mendidih pada tekanan 76 cmHg, yang diberi skala 100°. Satuan suhu yang diukur menggunakan termometer Celcius yaitu derajat Celcius ditulis °C.
2. Termometer Reamur
Termometer ini dikenal oleh Reamur, seorang ahli fisika berkebangsaan Prancis.
Reamur menentukan titik tetap bawah dan titik tetap atas skala termometer sama seperti Andreas Celcius. Namun, Reamur memberi skala 0° untuk titik tetap bawah dan 80° untuk titik tetap atas termometernya.
Satuan suhu yang diukur menggunakan termometer Reamur yaitu derajat reamu, ditulis °R
3. Termometer Fahrenheit
Termometer jenis ini dikenalkan oleh Gabriel D. Fahrenheit, seorang ahli fisika berkebangsaan Jerman.
Fahrenheit menetapkan titik tetap bawah yaitu suhu campuran es dan garam amonium klorida. Titik ini ditetapkan menjadi 0°F.
Suhu campuran antara air dan es (titik beku air) pada termometer Fahrenheit diberi skala 32°F. Sementara titik tetap atas termometer ini yaitu suhu air mendidih diberi skala 212°F.
-
-
Udara atau gas akan memuai jika dipanaskan, seperti halnya zat padat dan zat cair. Pemuaian volume gas terjadi pada tekanan tetap, yang memenuhi persamaan:
Sepeda yang diletakkan di tempat panas oleh teriknya matahari, bannya dapat meletus. Peristiwa ini dapat terjadi karena suhu udara/gas di dalam ban sepeda naik, lalu memuai.
Ketika volume udara di dalam ban tetap, tekanan udara dalam ban bertambah besar. Pada saat ban tidak kuat lagi menahan tekanan udara yang semakin besar ini, ban tersebut meletus.
Dengan demikian, bila gas suhunya rendah, tetapi volume ruangannya tetap maka tekanan gas tersebut bertambah.
Besar tekanan gas setelah dipanaskan pada volume tetap dapat ditentukan dengan rumus berikut:
Keterangan:
Vt = Volume setelah suhu
V0 = Volume mula-mula pada suhu t0
Pt = Tekanan gas pada suhu t
P0 = Tekanan gas mula-mula pada suhu t0
Ketika volume udara di dalam ban tetap, tekanan udara dalam ban bertambah besar. Pada saat ban tidak kuat lagi menahan tekanan udara yang semakin besar ini, ban tersebut meletus.
Dengan demikian, bila gas suhunya rendah, tetapi volume ruangannya tetap maka tekanan gas tersebut bertambah.
Besar tekanan gas setelah dipanaskan pada volume tetap dapat ditentukan dengan rumus berikut:
Vt = Volume setelah suhu
V0 = Volume mula-mula pada suhu t0
Pt = Tekanan gas pada suhu t
P0 = Tekanan gas mula-mula pada suhu t0
Energi yang diterima atau dilepaskan oleh suatu zat sehingga zat tersebut naik turun atau bahkan berubah wujudnya disebut kalor.
Kalor berbeda dengan suhu. Suhu adalah ukuran derajat (tingkat) panas suatu zat, sedangkan kalor adalah ukuran banyaknya panas yang diterima atau dilepaskan oleh zat.
Satu kalori setara dengan usaha (energi potensial) sebesar 4,2 joule.
Bilangan 4.2 joule ini disebut tara kalor mekanik. Satu kalori adalah banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1°C
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda dari T0 menjadi dapat dihitung dengan rumus berikut.
Q = m c (T)
Keterangan :
Q = banyak kalor dengan satuan joule (J)
m = massa benda dengan satuan kg
T = kenaikan suhu benda dengan satuan °C
C = konstanta pembanding yang dinamakan kalor jenis benda dengan satuan J/kg C
Kalor jenis (c) adalah banyak kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikan suhu sebesar 1°C. Nilai kalor jenis (c) ini bergantung pada jenis zat.
Kalor berbeda dengan suhu. Suhu adalah ukuran derajat (tingkat) panas suatu zat, sedangkan kalor adalah ukuran banyaknya panas yang diterima atau dilepaskan oleh zat.
Satu kalori setara dengan usaha (energi potensial) sebesar 4,2 joule.
Bilangan 4.2 joule ini disebut tara kalor mekanik. Satu kalori adalah banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1°C
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda dari T0 menjadi dapat dihitung dengan rumus berikut.
Q = m c (T)
Keterangan :
Q = banyak kalor dengan satuan joule (J)
m = massa benda dengan satuan kg
T = kenaikan suhu benda dengan satuan °C
C = konstanta pembanding yang dinamakan kalor jenis benda dengan satuan J/kg C
Kalor jenis (c) adalah banyak kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikan suhu sebesar 1°C. Nilai kalor jenis (c) ini bergantung pada jenis zat.
Proses perpindahan kalor terjadi melalui tiga ara sebagai berikut:
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas (kalor) melalui zat padat. Energi yang diterima ujung zat pedal diteruskan ke ujung lainnya.
Selama perpindahan energi kalor, bagian-bagian zat pedal (molekul) yang dilaluinya tidak ikut berpindah karena sifat molekul zat padat tidak berpindah-pindah.
Jadi, kalor hanya merambat saja, sedangkan zat pedal sebagai penghantarnya. Perpindahan kalor pada zat padat dipengaruhi oleh daya hantar zat tersebut.
Jadi, zat yang daya hantar kalornya tinggi, lebih epat menghantarkan kalor atau lebih cepat panas.
2. Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis zat.
Perpindahan kalor secara konveksi dapat kita amati salah satunya pada saat kita mendidihkan air. Air yang dididihkan akan memanas, lalu memuai sehingga massa jenisnya berkurang.
Akibatnya, air bergerak naik pada tempatnya digantikan oleh air yang bersuhu rendah yang bergerak turun karena massa jenisnya lebih besar.
Selain pada zat cair seperti contoh di atas, konveksi juga terjadi pada gas (udara). Arus konveksi dapat kamu temui di pantai, berupa angin laut dan angin darat.
3. Radiasi
Pada siang hari, kamu pasti akan merasakan panasnya sinar matahari. Mengapa panasnya matahari dapat kita rasakan? Padahal matahari letaknya sangat jauh dan tidak ada benda yang menghantarkannya.
Peristiwa tersebut menunjukkan pada kita bahwa kalor dapat berpindah tanpa adanya zat perantara yang disebut dengan radiasi.
Apakah kamu merasakan perbedaan panas saat kamu memakai baju hitam dengan saat kamu memakai baju putih? Apa yang menyebabkan ini terjadi?
Peristiwa ini terjadi karena adanya pengaruh warna benda terhadap banyaknya radiasi kalor yang diserap atau dipancarkan.
Benda-benda yang memiliki warna gelap merupakan penyerap dan pemancar kalor yang baik sementara benda-benda dengan warna terang dan mengkilap merupakan benda yang tidak baik untuk menyerap atau memancarkan kalor.
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas (kalor) melalui zat padat. Energi yang diterima ujung zat pedal diteruskan ke ujung lainnya.
Selama perpindahan energi kalor, bagian-bagian zat pedal (molekul) yang dilaluinya tidak ikut berpindah karena sifat molekul zat padat tidak berpindah-pindah.
Jadi, kalor hanya merambat saja, sedangkan zat pedal sebagai penghantarnya. Perpindahan kalor pada zat padat dipengaruhi oleh daya hantar zat tersebut.
Jadi, zat yang daya hantar kalornya tinggi, lebih epat menghantarkan kalor atau lebih cepat panas.
2. Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis zat.
Perpindahan kalor secara konveksi dapat kita amati salah satunya pada saat kita mendidihkan air. Air yang dididihkan akan memanas, lalu memuai sehingga massa jenisnya berkurang.
Akibatnya, air bergerak naik pada tempatnya digantikan oleh air yang bersuhu rendah yang bergerak turun karena massa jenisnya lebih besar.
Selain pada zat cair seperti contoh di atas, konveksi juga terjadi pada gas (udara). Arus konveksi dapat kamu temui di pantai, berupa angin laut dan angin darat.
3. Radiasi
Pada siang hari, kamu pasti akan merasakan panasnya sinar matahari. Mengapa panasnya matahari dapat kita rasakan? Padahal matahari letaknya sangat jauh dan tidak ada benda yang menghantarkannya.
Peristiwa tersebut menunjukkan pada kita bahwa kalor dapat berpindah tanpa adanya zat perantara yang disebut dengan radiasi.
Apakah kamu merasakan perbedaan panas saat kamu memakai baju hitam dengan saat kamu memakai baju putih? Apa yang menyebabkan ini terjadi?
Peristiwa ini terjadi karena adanya pengaruh warna benda terhadap banyaknya radiasi kalor yang diserap atau dipancarkan.
Benda-benda yang memiliki warna gelap merupakan penyerap dan pemancar kalor yang baik sementara benda-benda dengan warna terang dan mengkilap merupakan benda yang tidak baik untuk menyerap atau memancarkan kalor.
Dalam kehidupan sehari-hari banyak kamu jumpai peralatan rumah tangga yang prinsip kerjanya menggunakan konsep perpindahan kalor, misal panci tekan, setrika, alat penyulingan, dan alat pendingin.
Berikut beberapa contoh penerapan perindahan kalor secara radiasi dalam kehidupan sehari-hari:
Berikut beberapa contoh penerapan perindahan kalor secara radiasi dalam kehidupan sehari-hari:
- Pada siang hari yang panas, orang lebih suka memakai baju cerah daripada baju gelap. Hal ini bertujuan untuk mengurangi penyerapan kalor.
- Cat mobil atau motor dibuat mengkilap untuk mengurangi penyerapan kalor.
- Mengenakan jaket tebal atau meringkuk di bawah selimut tebal saat udara dingin badanmu merasa nyaman. Udara termasuk isolator yang baik. Beberapa bahan penyekat terdiri dari banyak kantong-kantong udara kecil terbungkus. Kantong tersebut berfungsi mencegah perpindahan kalor secara konveksi.
- Termos. Dinding termos dilapisi perak. Hal ini bertujuan untuk mencegah hilangnya kalor secara radiasi. Ruang hampa antara dinding kaca pada termos bertujuan untuk mencegah perpindahan kalor secara konveksi.
Berapa kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500 g air dari 25 °C menjadi 100 °C, jika kalor jenis air adalah 4.200 J/kg°C?
Diketahui :
massa air (m) : 500 g = 0,5 kg
kalor jenis air (c) : 4.200 J kg-1 °C-1
kenaikan suhu air (ΔT) :100 °C – 25 °C = 75 °C
Ditanya : Kalor (Q)………?
Jawab :
Q = m c ΔT
= (0,5 kg) × (4.200 J kg-1 °C-1) × (75 °C)
= 157.500 J
Jadi, kalor yang diperlukan adalah 157.500 J
Diketahui :
massa air (m) : 500 g = 0,5 kg
kalor jenis air (c) : 4.200 J kg-1 °C-1
kenaikan suhu air (ΔT) :100 °C – 25 °C = 75 °C
Ditanya : Kalor (Q)………?
Jawab :
Q = m c ΔT
= (0,5 kg) × (4.200 J kg-1 °C-1) × (75 °C)
= 157.500 J
Jadi, kalor yang diperlukan adalah 157.500 J
-
Posting Komentar