suhu-dan-kalor Hukum Termodinamika dalam fisika

Suhu dan kalor adalah dua konsep fundamental dalam fisika yang sering dianggap sama, padahal keduanya berbeda. Secara sederhana, suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda, sedangkan kalor

1. SUHU DAN KALOR

2. SUHU/TEMPERATUR
SUHU
Suhu didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Alat
untuk mengukur suhu adalah termometer, termometer ini memiliki sifat
termometrik zat yang berubah jika dipanaskan. Jenis dan paparan
skala pada termometer ada beberapa macam, coba sebutkan?. Pada
prinsipnya semua termometer mempunyai acuan yang sama dalam
menetapkan skala, titik lebur es murni dipakai sebagai titik tetap
bawah, sedangkan suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada
tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas. Termometer Celcius menandai
titik tetap bawah dengan angka 0
o
C dan titik tetap atas dengan 100
o
C,
jarak antara kedua titik tetap dibagi atas 100 skala dan tiap bagian adalah
1
o
C. Termometer Reamur menggunakan skala dari 0 oR sampai dengan
80
o
R. Pada Termometer Fahrenheit titik lebur es diberi angka 32
o
F dan
titik didih air diberi angka 212
o
F sehingga memiliki range 180 skala.
Sedangkan skala Kelvin yang disepakati sebagai satuan Internasional
memiliki skala dari 273 Ksampai dengan 373 K. Maka tiap-tiap termometer
dapat dikalibrasi skalanya dengan termometer lainnya.

3. SKALA SUHU
Gambar 1:
Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan Reamur(R).
100 --373-- 212-- 80--titik tetap atas(tta)
d C-- l K -- g F-- s R--
c k f r
0 --273-- 32-- 0--titik tetap bawah(ttb)

5. KALOR
•Kalor atau bahang 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 1
O
C. 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.
Dari kenyataan bahwa:
•Kalor yang diberikan pada benda sebanding dengan kenaikan
suhu.
•Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu sebanding
massa benda.
•Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu tergantung
jenis benda.

9. 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
2
0 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
•Q=jumlah kalor, satuannya joule.
•m=massa zat, satuannya kg.
•L=kalor laten (kalor lebur, kalor beku, kalor uap, dan kalor embun)
satuannya joule/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.

10. 2. Seratus gram air dengan suhu 30
O
C dicampur
dengan 50 gram air bersuhu 80
O
C, tentukan
suhu campurannya! (kalor jenis air-1 kal/gr.
O
C)
Air dingin
t
1
= 30
O
C ;m
1
= 100 gr
Air panas
t
2
= 80
O
C ;m
2
= 50 gr
t
Penyelesaian
Q
diserap=Q
dilepas
Q1=Q2
m
1.c
1.ΔT
1=m
2.c
2.ΔT
2
100.1.(t-30) = 50.1.(80-t)
2t-60 = 80-t
3t = 140
t = 46,7
O
C

11. Suhu dan Pemuaian
•Pada Kehidupan Sehari-hari temperatur merupakan indikator panas atau
dinginya benda
Es Dikatakan Bertemperatur Rendah Api Dikatakan Bertemperatur Tinggi

12. Pemuaian
•ΔL = αL
oΔT
•ΔA = βA
o
ΔT
•ΔV = γV
o
ΔT
•Suatu zat jika dipanaskan pada umumnya akan memuai
dan menyusut jika didinginkan
ΔL, ΔA, ΔV = Perubahan panjang,
luas dan volume
L0, Ao, Vo = Panjang, luas dan volume awal
ΔT = Perubahan suhu(
0
C)
α, β, γ= Koefisien muai panjang, luas dan
volume (
0
C-1)
γ= 3α dan β= 2α

13. •Jika dua sistem dengan temperatur yang berbeda
diletakkan dalam kontak termal, maka kedua sistem
tersebut pada akhirnya akan mencapai temperatur yang sama.
•Jika dua sistem dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga,
maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain

14. - Alat Yang Di Gunakan Untuk Mengukur Temperatur Di Sebut Termometer
- Untuk Mengukur Temperatur Secara Kuantitatif, perlu skala numerik seperti °C, °R, K, °F

15. PEMUAIAN ZAT PADAT
1. PEMUAIAN PANJANG
Dari gambar di samping, diperoleh
a.l
t = … atauΔl = ….
b.Koefisien muai panjang(α) suatu
bahan adalah perbandingan antara
pertambahan panjang(Δl) terhadap
panjang mula-mula(lо) persatuan
kenaikan suhu(Δt). Secara
matematis dinyatakan:
α = …atauΔl = … ,
sehinggal
t = ………………
c. Apa satuan α dan tuliskan
dimensinya.
l
o
l
t
Δl
l
o = initial length
l
t = panjang pada suhu t
Δl = the length increases
t
o
= suhu awal
t = suhu akhir
α = coefficient of linier expansion

16. Contoh Soal:Pemuaian Zat Padat
1.Sebatang baja berpenampang kecil yang
panjangnya 20 meter bersuhu 20
O
C. Baja
mengalami pemanasan sampai suhu 40
O
C
kemudian didinginkan sampai suhu -30
O
C.
Berapakah perbedaan thd pjng awal?.
Penyelesaian:
α
baja= 12. 10
-6
/
O
C
a.Δl = l
O
α Δt
= 20 m . 12. 10
-6
/
O
C. (40-20)
O
C
= 4,8 mm
b. Δl = l
O
α Δt
= 20 m . 12. 10
-6
/
O
C. (-30-20)
O
C
= -12 mm

17. 2. Sebuah plat baja berbentukpersegi dengan sisi
30 cm bersuhu 20
O
C. Bila Plat Baja dipanaskan
sampai 130
O
C,tentukan luas baja sekarang?.
Penyelesaian: β=2.α
ΔA = A
O
β Δt
= 900 cm
2
. 24. 10
-6
/
O
C. (130-30)
O
C
= 2,38 cm
2
A
t
= A
O
+ ΔA
= 900 cm
2
+ 2,38 cm
2
= 902,38 cm
2
Cara lain: (coba
dihitung)
At = A
O
(1+ β Δt)

18. PEMUAIAN ZAT CAIR
•Formula:
V
t = V
O ( 1 + Δ t )
Keterangan:
= koef. Muai volume zat
cair (diket. Dari data
muai volume zat cair)


Penyelesaian:
Diket: Ditanya: V
t
?
V
O
= 2 liter
Δt = 50
O
C-20
O
C= 30
O
C
= 210. 10
-6
/
O
C
Jawab: V
t = VO ( 1 + Δ t )
= 2 ( 1 + 210.10
-6
.30 )
= 2 (1,0063)
= 2,0126 liter


Contoh:
Air sebanyak 2 liter bersuhu 20
O
C dipanaskan dalam
panci hingga suhunya 50
O
C. Berapa volume air
setelah dipanaskan?(γ=210.10
-6
/
O
C)

19. PEMUAIAN GAS
•Formula:
V
t = V
O ( 1 + Δ t )
Keterangan:
= koef. Muai volume gas
= 1/273
T = suhu harus dlm Kelvin
Maka formula dapat dalam
bentuk:


Contoh:
Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27
O
C.
Berapa volume gas setelah dipanaskan
hingga suhunya 77
O
C?
Penyelesaian:
Diket: Ditanya: V
2
?
V
1
= 2 liter T
1
= 27 +273 = 300 K
T
2
= 77+273= 350 K
Jawab:
2
2
1
1
T
V
T
V

literV
V
T
V
T
V
33,2
350300
2
2
2
2
2
1
1




20. 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:
)(
.
12
TT
L
Ak
t
Q

(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m
2
)
L = panjang bahan (m)
K = kondusivitas bahan (W/m.K)
Δ T = selisih suhu (
O
C atau K)

21. 2. Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat
cair dan gas. Pada perpindahan kalor ini bagian yang
mendapat kalor partikel-partikelnya 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:
).(.
12
TTAh
t
Q

(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m
2
)
h = koef. konveksi (W/m
2
.K)
Δ T = selisih suhu (
O
C atau K)

23. Contoh Soal Perpindahan Kalor
1.Balok besi berpenampang kecil dengan suhu
kedua ujung dibuat tetap yaitu 500
O
C dan 100
O
C.
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 mk= 75 W/m.K ΔT=400K
2
/60000400
5,0
75
.
mWT
L
k
At
Q


24. 3. Sebuah benda sumber panas mempunyai luas
permukaan 10 cm
2
dan emisivitasnya 0,4 bersuhu
727
O
C
.
Hitung kalor yang dipancarkan benda selama 1
menit.
Penyelesaian:
A=10 cm
2
=0,001 m
2
ε= 0,4
T=727+273=1000K σ= 5,67.10
-8
W/m
2
.K
4

t=60 sekon Q?
Q= ε.σ.A.T4.t
= 0,4. 5,67.10-8. 0,001. (1000)4.60
= 136,08 j

25. THANK FOR ATTENTION
GOOD LUCK