02._temperatur__kalor pada energi dan jenis energi

menjelaskan skal temperatur dan pemuaian termal

1. SuhudanKalor(Panas)
➢SKALATEMPERATUR
➢PEMUAIANTERMAL
➢KALOR DAN ENERGI
INTERNAL
➢KALORJENIS
➢TRANSFERKALOR

2. Hukum Ke Nol Termodinamika
JikabendaAdanBsecaraterpisah
beradadalamkesetimbangantermal
denganbendaketigaC,makaAdanB
dalamkesetimbangan termalsatu
samalain

3. TermometerdanSkalaSuhu
►Termometerdapatdikalibrasidengan
menempatkannyadalamkontaktermaldengan
suhulingkunganyangdijaga konstan.
Lingkunganbisaberupa:
•campuranesdanairdalamkesetimbangan
termal
•Campuranairdanuapdalamkesetimbangan
termal

4. Skala Celsius
►Suhudaricampuranesdanairditetapkanpada0ºC
▪Nilaiiniadalahtitikbekuair
►Suhucampuranairdanuapditetapkanpada100ºC
▪Nilaiiniadalahtitikdidihair
►Selangantaratitik-titikinidibagimenjadi100bagian
Skala Kelvin
►Ketikatekanangasmenujunol,suhunyaadalah–273.15º
C
►Suhuinidisebutnolmutlak
►TitikinimerupakantitiknoldariskalaKelvin
▪–273.15ºC=0K
►Untukmengubah:T
C=T
K–273.15

5. TermometerGasdan
SkalaKelvin
►BeberapamewakilisuhuKelvin
►Catatan,skalainilogaritmik
►Nolmutlaktidakpernah
tercapai

6. Skala Fahrenheit
►Skalayang banyak digunakan dalam
USA
►Suhutitik beku adalah 32º
►Suhutitk didih adalah 212º
►Titiknyadibagi menjadi 180 bagian
9
5
9
5
T
CT
K273.15
T
C32T
F
T
FT
C

7. Pemuaian Termal
•Pemuaiantermalsebuahbendaadalahkonsekuensi
dariperubahanjarakrata-rataantaraatomatau
molekul.
•Padasuhukamar,molekulbervibrasidengan
amplitudoyangkecil
•Denganpertambahansuhu,amplitudopunbertambah
▪Halinimenyebabkanseluruhbagianbendamemuai

8. Pemuaian Linier (Luas, Volume)
•Untukperubahansuhuyang kecil
•L L
oT
•Koefisienpemuaianlinier,, bergantungpada
bahan
•Dalamduadimensi(luaspemuaian)
•AA
oT,2
•dandalamtigadimensi(volume pemuaian)
•V V
oT untukzatpadat, 3

10. AnomaliAir
Padasaatsuhuairmeningkatdari0ºCsampai4
o
C,
airmenyusutdankerapatannyabertambah
Diatas4
o
C,airmenunjukanpemuaianyangsesuai
denganpeningkatansuhu
Kerapatanmaksimumdariairadalah1000kg/m
3
pada4
o
C

11. Example17.2Lengthchangeduetotemperature
change
Asurveyorusesasteelmeasuringtapethatisexactly50.000m
longatatemperatureof20°C.Themarkingsonthetapeare
calibratedforthistemperature.
(a)Whatisthelengthofthetapewhenthetemperatureis35°C?
(b)Whenitis35°C,thesurveyorusesthetapetomeasurea
distance.Thevaluethatshereadsoffthetapeis35.794m.
Whatistheactualdistance?
Solution.
(a)ThetemperaturechangeisT=T-T0=15°C;
L=L
0T=(1.2*10
-5
K
-1
(50m)(15K)
=9.0*10
-3
m=9.0mm
L=L
0+L=50.000m+0.009m=50.009m.
(b)L=L
0+Lat35°Canytruedistancewillbegreaterthanthe
readingbythefactor50.00950.000=1+T=1+1.8*10
-4
.
Thetruedistanceistherefore
(1+1.8*10
-4
)(35.794m)=35.800m

12. Sample Problem 18.02 Thermal expansion of a volume
OnahotdayinLasVegas,anoiltruckerloaded37000Lof
dieselfuel.Heencounteredcoldweatheronthewayto
Payson,Utah,wherethetemperaturewas23.0Klowerthan
inLasVegas,andwherehedeliveredhisentireload.How
manylitersdidhedeliver?Thecoefficientofvolume
expansionfordieselfuelis9.50x10
-4
/
0
C,andthe
coefficientoflinearexpansionforhissteeltrucktankis
11x10
-6
/
0
C.
Solution
V=VT.
Calculations:Wefind
V=(37000L)(9.50x10
-4
/
0
C)(-23.0K)=-808L.
Thus,theamountdeliveredwas
Vdel=V+V=37000L-808L
=36190L.

13. Contoh17.3 PerubahanVolume akibatperubahansuhu
Penyelesaian
Raksatumpahkarenaraksalebihbesardarikaca
Koefisienekspansivolumeraksaadalah18x10
-5
K
-1
gelas=3gelas=3(0.40x10
-5
K
-1
)
=1.2x10
-5
K
-1
Kenaikanvolumgelaskaca
∆??????
????????????�??????=??????
????????????�????????????
0∆??????
=1.2??????10
−5
????????????
−1
)200????????????
−3
100
0
??????−20
0
??????
=0.19????????????
−3
Kenaikanvolume raksaadalah:
∆??????
�????????????�??????=??????
�????????????�????????????
0∆??????
=18??????10
−5
??????
−1
200????????????
−3
100
0
??????−20
0
??????
=2.9????????????
−3
Volumeraksayangtumpah:∆??????
�????????????�??????-∆??????
????????????�??????==2.9????????????
−3
Sebuahgelaskacadenganvolume200m
3
diisipenuhdengan
raksapada20
o
C.Berapabanyakraksayangtumpahpadasaat
suhusistemnaikmenjadi100
o
C?Koefisienlinierkacaadalah
0.40x10
-5
K
-1

14. Satuan dari Kalor
►Kaloradalahenergiyangditransferantarasistemdan
lingkungankarenaperbedaansuhuantarakeduanya
▪SimbolkaloradalahQ
►Kalori
•Sebuahsatuanhistoris,sebelumhubunganantara
termodinamikadanmekanikadikenal
•Satukaloriadalahjumlahenergiyangdiperlukan
untukmenaikkansuhu1gramairdari14.5°C
menjadi15.5°C
•SatuKalori(kalorimakanan)adalah1000kal
►Joule(1 kal = 4,184 JKalorEkivalenMekanik
►BTU singkatan dari British Thermal Unit
•SatuBTUadalahenergiyangdiperlukanuntuk
menaikkansuhu1pon(lb)airdari63°Fmenjadi64°
F
•1BTU=252kal=1,054kJ

15. Satuan dari Kalor
►Kaloradalahenergiyangditransferantarasistemdanlingkungan
karenaperbedaansuhuantarakeduanya
▪SimbolkaloradalahQ
►Kalori
•Sebuahsatuanhistoris,sebelumhubungan antara
termodinamikadanmekanikadikenal
•Satukaloriadalahjumlahenergiyangdiperlukanuntuk
menaikkansuhu1gramairdari14.5°Cmenjadi15.5°C
•SatuKalori(kalorimakanan)adalah1000kal
►Joule
▪1 kal = 4,184 J
KalorEkivalenMekanik
►BTU (USCustomary Unit)
BTU singkatan dari British Thermal Unit
•SatuBTUadalahenergiyangdiperlukanuntukmenaikkansuhu
1pon(lb)airdari63°Fmenjadi64°F
•1BTU=252kal=1,054kJ

16. KalorJenis
►Setiapzatmemerlukansejumlahenergipersatuan
massayangberbedauntukmengubahsuhunya
sebesar1°C.
•Berbandinglurusdenganmassa(jadi,per
satuanmassa)
►KalorJenis,c,darisuatuzatadalahukurandari
jumlahini(bedadengankapasitaskalorjenisC)
Satuan
SI Joule/kg °C (J/kg°C)
CGSKalori/g °C (kal/g °C)
C=
Q
m.∆T

17. Catatan: Kalor dan KalorJenis
►Q=mc∆T
▪∆Tadalahsuhuakhirdikurangisuhuawal
▪Ketikasuhunaik,∆Tdan∆Qadalahpositif
makaenergimasukkesistem
▪Ketikasuhuturun,∆Tdan∆Qadalah
negatifmakaenergikeluarsistem

18. Konsekuensi dari Perbedaan Kalor
Jenis
Apa yang terjadi pada malam
hari?
Bagaimana menentukan kalor
jenis?
►Airmemilikikalorjenis
yang lebih tinggi
dibandingkanpasir
►Padahariyangpanas,
udaradiatasdaratan
panaslebihcepat
►Udarapanasmengalirke
atasdanudarayangdingin
bergerakmenujupantai

19. Kalorimeter
►Carauntukmenentukankalorjenissuatuzat
dinamakanKalorimetri
►Kalorimeteradalahsebuahwadahyangterbuat
daribahanisolatoryangbaikyang
memungkinkankesetimbangantermalterjadi
antarazattanpaadanyaenergiyanghilangke
lingkungan

20. Kalorimetri
►Analisisyangdilakukandenganmenggunakan
kalorimeter
►Kekekalanenergidiaplikasikanpadasistemtertutup
►Energiyangkeluardarizatyanglebihpanassama
denganenergiyangdiserapolehair
�
????????????????????????�=−�
�??????????????????????????????

21. TransisiFasa
ES AIR UAP
Tambah
panas
Tambah
panas
Tiga jenis keadaan materi (plasma adalah jenis yang
lain)

22. Perubahan Fasa
►Perubahanfasaterjadiketikasifatfisisdarizat
berubahdaribentukyangsatukebentukyang
lain
►Perubahanfasadiantaranya:
▪Padatkecair–mencair
▪Cairkegas–menguap
►Perubahanfasatermasukperubahanenergi
internal,tapisuhutidakberubah

23. KalorLaten
►Selamaperubahanfasa,jumlahkaloryang
dilepaskanadalah
▪Q=mL
►Ladalahkalorlatendarizat,Latenartinya
tersembunyi.
►Pilihtandapositifjikamenambahkanenergipada
sistemdantandanegatifjikaenergidipindahkan
darisistem
►Kalorlatenpeleburandigunakanuntukpencairan
ataupembekuan
►Kalorlatenpenguapandigunakanuntuk
penguapanataupengembunan

24. Grafik Perubahan dari Es menjadi Uap

25. Acamperpours0.300kgofcoffee,initiallyinapotat70.0°C,
intoa0.120-kgaluminumcupinitiallyat20.0°C.Whatisthe
equilibriumtemperature?Assumethatcoffeehasthesame
specificheataswaterandthatnoheatisexchangedwiththe
surroundings.
EXECUTE:
Example 17-7
A temperature change with no phase change

26. Example 17.8
Changes in both temperature and phase
Aglasscontains0.25kgofOmni-Cola(mostlywater)
initiallyat25°C.Howmuchice,initiallyat-20°Cmustyou
addtoobtainafinaltemperatureofwithalltheicemelted?
Neglecttheheatcapacityoftheglass.

27. Metode Transfer Kalor/Perpindahan
Panas
►Diperlukanuntukmengetahuilajuenergi
yangditransfer
►Diperlukanuntukmengetahuimekanisme
yangbertanggungjawabpadaprosestransfer
►Metodenyameliputi
▪Konduksi
▪Konveksi
▪Radiasi

28. 1.Konduksi
►Prosestransferdapatditinjaupadaskalaatom
▪Pertukaranenergiantarapartikel-partikel
mikroskopikakibattumbukan
▪Partikelyangenerginyalebihrendah
memperolehtambahanenergiselamaproses
tumbukandaripartikelyangenerginyalebih
besar
►Lajukonduksibergantungpadasifatzat

29. Contoh konduksi
►Vibrasi molekul
disekitar posisi
kesetimbangan
►Partikel yang lebih dekat
dengan api bervibrasi
dengan amplitudo yang
lebih besar
►Menumbuk partikel
tetangga dan mentransfer
energi
►Akhirnya, energi menjalar
ke seluruh batang
Konduksidapatterjadi
hanyajika terdapat
perbedaansuhuantaradua
bagiandarimedium
pengkonduksi

30. Konduksi (lanjutan)
►Pada lempengan
memungkinkan energi
mengalirdaridaerahbersuhu
tinggikedaerahyangbersuhu
lebihrendah.
�=
??????
�
=????????????
??????
ℎ−????????????
??????
Dimana:
P=Alirankalor,Watt
k=kadalahkonduktivitas
termaldarimaterial
A=luaspenampang
L=∆xadalahketebalan
lempengatau panjang
batang
Q=kalorJoule
t=waktu,sekon

31. Example 17.11
Conduction into a picnic cooler
AStyrofoamcooler(Fig.17.24a)hastotalwallarea(includingthe
lid)of0.80m
2
andwallthickness2.0cm.Itisfilledwithice,water,
andcansofOmni-Cola,allat0°CWhatistherateofheatflowinto
thecoolerifthetemperatureoftheoutsidewallisHowmuchice
meltsin3hours?
SOLUTION
Heat of fusion of ice is Lf = 3.34 x 10
5
J/kgso from
Eq. (17.20) the mass of ice that melts is

32. 2. Konveksi
►Transferenergiakibatpergerakan
darizat
▪Ketikapergerakandihasilkan
dariperbedaankerapatan,
disebutkonduksialami.
▪Ketika pergerakan
didorong/dipaksaoleh“gaya”,
disebutkonveksiterpaksa.
ContohKonveksi
►Udaradiatasapidipanaskan
danmengembangKerapatan
udaramenurun,massadari
udaramemanasitangan
►Aplikasi:RadiatorMesin
pendinginmobil

33. 3. Radiasi
►Radiasitidakmemerlukankontakfisik
►Semuabendameradiasikanenergisecarakontinu
dalambentukgelombangelektromagnetikakibatdari
vibrasitermalmolekul
►LajuradiasidiberikanolehHukumStefan
ContohRadiasi
►Gelombangelektromagnetikmembawaenergidariapi
ketangan.Tidakadakontakfisikyangdiperlukan

34. PersamaanRadiasi
►P = σAeT
4
▪Plajualiranenergi,dalamWatt
▪σ=5.6696x10
-8W/m
2K
4
▪Aadalahluaspermukaanbenda
▪eadalahkonstantayangdisebutemisivitas
ebervariasidari0ke1
▪TadalahsuhudalamKelvin

35. Absorpsi dan Emisi Energi oleh Radiasi
►LajuradiasidimanabendabersuhuTdan
lingkungannyabersuhuT
oadalah
▪P
net=σAe(T
4–T
4
o)
▪Ketikabendaberadadalamkesetimbangan
denganlingkungannya,bendameradiasidan
mengabsorpsienergidenganlajuyangsama.
Temperaturbendatidakakanberubah

36. Absorper dan Reflektor Ideal
►Absorperidealdidefinisikansebagaisebuahbenda
yangmengabsorpsi(menyerap)seluruhenergi
yangmengenainya
▪e=1
►Jenisbedasepertiinidinamakanbendahitam
▪Absorperidealjugamerupakanradiatorenergi
ideal
►Reflektoridealtidakmengabsorpsienergiyang
mengenainya
▪e=0

37. Aplikasi dariRadiasi
►Pakaian
▪Kainhitammerupakanabsorperyangbaik
▪Kainputihmerupakanreflektoryangbaik
►Termograpi
▪Jumlahenergiyangdiradiasikanolehbenda
dapatdiukurmenggunakantermograp
►SuhuBadan
▪Termometerradiasimengukurintensitasdari
radiasiinframerahdarigendangtelinga

38. Penghambat Transfer Energi
►Termos.
►Didisainuntukmeminimalisasi
transferenergi
►Ruangantaradinding-dinding
di kosongkanuntuk
mengurangikonduksidan
konveksi
►Permukaanperakuntuk
mengurangiradiasi
►Ukuranlehertermosdireduksi

39. Pemanasan Global
►ContohGreenhouse
▪Cahayatampakdiabsorpsidandiemisikan
kembalisebagairadiasiinframerah
▪Aruskonveksidicegaholehkaca
►Atmosferbumijugamerupakantransmiteryang
baikbagicahayatampakdanabsorperyangbaik
bagiradiasiinframerah