MATERI SUHU DAN KALOR

Suhu dan kalor
1. Hubungan antara skala C, R, F dan K
C : R : ( F - 32  ) : ( K – 273) =  5 : 4 : 9 : 5

2. Keuntungan air raksa sebagai pengisi termometer
a. mudah dilihat karena mengkilat
b. volumenya berubah secara teratur
c. tidak membasahi kaca
d. jangkauan lebar

Kelemahan air raksa sebagai pengisi termometer
a. mahal
b. tidak dapat mengukur suhu yang sangat rendah
c. zat berbahaya

3. Keuntungan alkohol sebagai pengisi termometer
a. lebih murah
b. lebih teliti
c. dapat mengukur suhu yang sangat rendah

Kelemahan  alkohol sebagai pengisi termometer
a. titik didih rendah (78⁰C)
b. tidak berwarna
c. membasahi kaca
4. Termometer klinis : untuk mengukur suhu manusia (35⁰C – 42⁰C)

Pirometer digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tinggi, dengan mengukur radiasi yang dipancarkan oleh benda.

5. Pemuaian zat padat
Alat untuk mengetahui pemuaian zat padat : Musschenbroek
a. Muai panjang
Δl = L₀  α  Δt
Lt = L₀ (1 + α Δt)
Δl = pertambahan panjang
L₀, L_t = panjang mula-mula, akhir
α = koefisien muai panjang ( /0C atau /K)
Δt = kenaikan suhu

b. Muai luas
ΔA = A₀ β Δt
At = A₀ (1 + β Δt)
β = 2α =  koefisien muai luas

c. Muai volume
ΔV = V₀ γ Δt
Vt = V₀ (1 + γ β Δt)
γ = 3α = koefisien muai ruang

Hubungan α, β dan γ
β = 2α, γ = 3α

6. Pemuaian zat cair
Pada kenaikan suhu yang sama, muai volume zat cair lebih besar daripada zat padat.
Misalnya teko yang berisi air hampir penuh, akan tumpah ketika mendidih.

7. Pemuaian gas
Misalnya, balon akan meletus saat terkena terik matahari. Pemuaian gas diselidiki dengan alat dilatometer.
Untuk semua jenis gas, berlaku : γ = 1/273

8. Bimetal adalah dua keping logam, yang berbeda koefisien muai panjangnya dan dikeling menjadi satu. Jika dipanaskan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil dan sebaliknya.

9. Anomali air adalah keanehan air pada suhu 40C mengalami volume mengecil sedangkan massa jenisnya membesar.

10. Pengaruh kalor (Q) terhadap perubahan suhu (Δt)
Q = m c Δt atau Q = C Δt
Q = kalor (J)
c = kalor jenis (J/kg⁰C)
C = kapsitas kalor (J/⁰C)
Δt = kenaikan suhu (⁰C)
cair = 1 kal/g0C = 4200 J/ kg⁰C

11. Pengaruh kalor (Q) terhadap perubahan wujud zat
Melebur dan membeku :
Q = m L
L = kalor lebur (J/kg)
Melebur dan membeku :
Q = m U
L = kalor uap (J/kg)
Kalor lebur dan kalor uap ini disebut kalor laten (untuk merubah wujud/suhu tetap).

12. Perubahan kalor
a. membutuhkan kalor : melebur, menguap, menyublim
b. melepaskan kalor : membeku, mengembun, mengkristal/deposisi

13. Faktor-faktor yang mempercepat penguapan :
a. memanaskan
b. memperluas permukaan
c. meniupkan udara di atas permukaan
d. menyemburkan zat cair
e. mengurangi tekanan pada permukaan

14. Kenaikan tekanan akan meningkatkan titik didih dan sebaliknya
Misalnya : air di daerah pegunungan (tekanan rendah) akan mendidih < 100⁰C.
Kenaikan tekanan akan menurunkan titik leburnya dan sebaliknya
Ketidakmurnian zat meningkatkan titik didih
Ketidakmurnian zat menurunkan titik leburnya.
Dimanfaatkan dalam pembuatan es krim.

15. Hubungan peralatan listrik dengan kalor yang dihasilkan
P x t = m x c x Δt
P = daya alat (W)
t = waktu (s)
Δt = kenaikan suhu (⁰C)

16. Azas Black
Q lepas = Q terima

Perpindahan kalor

1.     Secara alami, kalor berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Ada 3 perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.

2.      Konduksi (hantaran ) : perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat itu.
Misalnya : ujung besi yang dipanaskan maka ujung yang lain menjadi panas.

3.      Konveksi (aliran) : perpindahan kalor melalui zat disertai perpindahan partikel-partikel zat itu. Konveksi terjadi karena perbedaan massa jenis.
Misalnya : pergerakan air saat direbus, sistem ventilasi udara, terjadinya angin darat dan angin laut

4.      Radiasi (pancaran) : perpindahan kalor tanpa zat perantara (medium)
Misalnya : pancaran sinar matahari sampai ke bumi.
Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaligus pemancar kalor yang baik.
Permukaan yang putih dan berkilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk sekaligus pemancar kalor yang buruk.
Termoskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya pancaran kalor.

5.     Termos dapat menghambat kalor dari air panas keluar
a. lapisan dinding dalam berupa perak mengkilat, berfungsi memantulkan radiasi klaor kembali ke dalam termos
b. dinding terbuat dari kaca (konduktor jelek)
c. adanya ruang vakum (menghambat perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi)
d. tutup terbuat dari gabus (bahan isolator)

SOAL LATIHAN KALOR

1. Air bermassa 200 gram berada pada suhu 20° C dipanasi hingga suhu 100° C. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan kalori!
2. Air bermassa 400 gram berada pada suhu 0° C dipanasi hingga mendidih. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan joule!
3. Es massa 200 gram bersuhu − 5°C dipanasi hingga suhunya menjadi − 1° C, jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/gr ° C. Tentukan berapa kalori kalor yang diperlukan dalam proses tersebut!
4. Es bermassa 100 gram berada pada suhu 0°C dipanasi hingga seluruhnya melebur menjadi air yang bersuhu 10 °C. Tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut! (Kalor lebur es = 80 kal/g, Kalor jenis air = 1 kal/g⁰C )
5. Es bermassa 250 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 0°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!
6. Es bermassa 100 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 100°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!
7. Air bersuhu 20°C dengan massa 100 gram dicampur dengan air bersuhu 90°C bermassa 400 gram. Tentukan suhu akhir campuran!
8. Sepotong logam dengan kalor jenis 0,15  kal/gr°C bermassa 100 gram bersuhu 30°C dimasukkan pada bejana berisi air yang bersuhu 90°C bermassa 300 gram. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan pengaruh bejana diabaikan tentukan suhu akhir logam!

SOAL LATIHAN PEMUAIAN

1.   Pada suhu 20^oC panjangnya 2 m. Jika koefisien muai panjang logam 0,0005/^oC, maka panjang logam pada suhu 120^oC adalah ….

2.    Sebatang logam  dengan panjang 5  m dipanaskan hingga mengalami  kenaikan suhu 20^oC. jika koefisien muai panjang tembaga 0,000017/^oC tentukan pertambahan panjang logam tersebut!

3.    Sebutkan factor yang mempengaruhi pertambahan panjang sebatang logam !

4.    Jelaskan hubungan antara sifat anomali air terhadap massa jenis air!

5.   Sebatang logam yang panjangnya 10 cm memiliki koefisien muai panjang 0,00001/^oC. tentukan panjang logam tersebut a pabila logam dipanaskan sehingga terjadi kenaikan suhu 50^oC !

6.     Jelaskan prinsip kerja  keping bimetal ketika dipanaskan / di dinginkan!

7.   Sebatang logam dengan koefisien muai panjang a mula-mula panjangnya l₀. Apabila logam itu dipanasi sehingga terjadi kenaikan suhu Dt,  tentukan  pertambahan panjang logam tersebut!

8.     Jelaskan perpindahan kalor secara konduksi , konveksi dan radiasi!

9.     Sebutkan contoh penerapan kalor secara konduksi , konveksi dan radiasi!

10.  pakaian warna hitam apabila dijemur akan lebih cepat kering daripada pakaian warna putih. Hal   ini disebabkan karena ….

11.   Koefisien muai panjang baja adalah a = 0,000012/^oC. Apakah artinya?

12. Sebatang logam terbuat dari  baja (a = 0,000012/^oC) pada  suhu 20^oC panjangnya 10 cm. Berapakah panjang baja pada suhu 100^oC?

13. Sebatang tembaga (a = 0,000017/^oC) pada suhu 20^oC panjangnya 80 cm. Berapakah pertambahan panjang tembaga apabila dipanaskan sampai suhu 100^oC?

14.  Apakah yang dimaksud dengan anomali air? Jelaskan.

15.  Apakah yang dimaksud bimetal? Jelaskan.

16.  Mengapa kaca jendela yang bingkainya dibuat dari kayu ketika hujan deras tiba-tiba pecah?

17.  Jelaskan  perbedaan antara konduktor dan  isolator?

18. Sebuah cincin baja pada suhu 20^oC  memiliki jari-jari 5 cm. Cincin itu akan dipasang pada sebuah bingkai yang jari-jarinya 5,02 cm. Jika koefisien muai panjang baja 0,000012/^oC, sampai suhu berapakah cincin harus dipanaskan supaya dapat masuk pada bingkainya?

19. Suatu bejana gelas dengan volume 500 cm³ pada suhu 30^oC diisi alkohol sampai penuh. Jika bejana itu dipanaskan sampai suhu 100^oC adakah alkohol yang tumpah? (koefisien muai panjang gelas 0,000009/^oC, koefisien muai volume alkohol 0,00120/^oC).

LATIHAN SOAL KONVERSI SUHU

1. Suhu suatu benda ketika diukur menggunakan termometer Celcius menunjukkan nilai  25⁰C, nyatakan suhu benda tersebut ketika diukur dengan menggunakan termometer Reamur, Fahrenheit dan Kelvin
2.  Suhu suatu benda ketika diukur menggunakan termometer Fahrenheit  menunjukkan nilai  92⁰F, nyatakan suhu benda tersebut ketika diukur dengan menggunakan termometer Reamur, Celcius dan Kelvin
3. Suhu suatu benda ketika diukur menggunakan termometer Reamur  menunjukkan nilai  32⁰R, nyatakan suhu benda tersebut ketika diukur dengan menggunakan termometer Celcius , Fahrenheit dan Kelvin
4. Suhu suatu benda ketika diukur menggunakan termometer Kelvin  menunjukkan nilai  333K , nyatakan suhu benda tersebut ketika diukur dengan menggunakan termometer Reamur, Fahrenheit dan Celcius  
5. Termometer Fahrenheit akan  menunjukkan nilai dua kali skala termometer Celcius ketika mengukur benda bersuhu….
6. Termometer Fahrenheit akan  menunjukkan nilai yang sama dengan  skala termometer Celcius ketika mengukur benda bersuhu….
7. Termometer Fahrenheit akan  menunjukkan nilai yang sama dengan  skala termometer Reamur  ketika mengukur benda bersuhu….
8. Termometer A menunjukkan skala 20⁰A ketika dicelupkan kedalam es yang sedang melebur dan 140⁰A ketika dicelupkan kedalam air yang sedang mendidih. Termometer A dan Celcius dicelupkan kedalam cairan yang sama. Tentukan skala yang ditunjukkan termometer A ketika Celcius menunjukkan nilai 30⁰C!
9. Termometer X  menunjukkan skala 10⁰X  ketika dicelupkan kedalam es yang sedang melebur dan 170⁰X  ketika dicelupkan kedalam air yang sedang mendidih. Termometer X dan Celcius dicelupkan kedalam cairan yang sama. Tentukan skala yang ditunjukkan termometer Celcius  ketika thermometer X menunjukkan nilai 50⁰X!
10. Panjang kolom raksa dalam termometer 4 cm ketika dicelupkan kedalam es yang sedang melebur dan 20 cm ketika dicelupkan kedalam air mendidih. Tentukan panjang kolom raksa ketika dicelupkan kedalam cairan bersuhu 40⁰C