F I S I K A   

                                           Guru : Ir.Rr.Novi Satrijani  

Disusun oleh :

Nama : Desy Setya Putri

Kelas : XI – TKJ 3

                                                

                               

                              SMK NEGERI 6 BALIKPAPAN

    

                                                            

                               KATA PENGANTAR  

  Dengan mengucap puji syukur atas kehadiran tuhan YME sehingga kami dapat menyelesaikan tugas makalah yang diberikan oleh ibu guru. Dan dengan ini kami dapat berbagi ilmu mengenai pelajaran, tepatnya pelajran tentang ilmu KALOR dan perincian tentang asas-asas dan hukum bab kalor.

   Kami menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kami menerima kritik dan saran yang membangun untuk memperbaikinya, Harapan kami,dengan adanya makalah ini para mahasiswa dapat mengingat kembali pelajaran-pelajaran fisika dasar waktu di bangku SMK dan sederajat.

                                               Balikpapan,10 agustus 2016                                                    

                                                                               DAFTAR ISI

Kata pengantar…………………………………………………………………………………………….i

Sifat termometrik zat………………………………………………………………………………………………………4

Perpindahan kalor, konduksi, konveksi dan radiasi……………………………..………………………..4

Jenis-jenis termometer…………………………………………………………………………………………………10

Skala termometer………………………………………………………………………………………………………….12

Pengaruh kalor terhadap suhu dan zat…………………………………………………………………….…16

Perubahan wujud……………………………………………………………………………………………………….…19

Asas black……………………………………………………………………………………………………………………..20

Perubahan wujud benda………………………………………………………………………………………………21

Faktor-faktor yang mempengaruhu titik didih……………………………………………………..…….25

Melebur dan membeku………………………………………………………………………………………………..26

Pemuaian…………………………………………………………………………………………………………….…….…..27

Kalorimeter……………………………………………………………………………………………………………………30

Termometer………………………………………………………………………………………….….……………………30

Soal dan pembahasan…………………………………………………………………………………………………..32

Soal dan pembahasan suhu dan kalor…………………………………………………………...……………35

Soal pembahasan………………………………………………………………………………………………………….38

Sifat Termometrik Zat

Sesungguhnya setiap zat / benda yang dipanaskan atau dinaikkan suhunya akan mengalami pemuaian, baik itu pemuaian pajang (l), luas (A), dan volume (V). Hal itu merupakan bukti bahwa benda atau zat tersebut memiliki yang namanya Sifat Termometrik, yaitu sifat dasar suatu zat yang apabila diubah-ubah suhunya akan berubah pula secara teratur. 

Adapun sifat-sifat yang berubah antara lain:

• Wujud / bentuknya

• Volumenya

• Panjang dan Luasnya

• Hambatan Listriknya

• Warnanya

• Daya hantar listriknya.

Pada dasarnya, bahan yang digunakan untuk membuat termometer mempunyai karakteristik linier, yaitu hubungan sifat termometrik bahan dengan suhu dan mengikuti persamaan di bawah ini dengan: 

t (x) = a (x) + b

t      = suhu

x     = sifat termometrik

a,b = konstanta yang bergantung pada bahan yang digunakan.

Perpidahan Kalor Konduksi, Koveksi, Radiasi 

Sama seperti bunyi dan listrik, kalor juga bisa berpindah melalui berbagai medium maupun tanpa medium. Medium perpindahan sangat menentukan laju perpindahan kalor. Contoh perpidahan kalor, misal sobat punya besi jeruji roda, ujung satunya sobat hitung panaskan dengan lilin dan ujung satunya kita pegang dengan tangan. Selang beberapa menit atau bahkan detik kita pasti sudah merasakan panasnya. Lain halnya jika sobat menggunakan sebatang lidi mungkin akan sangat lama untuk merasakan panas api dari lilin atau jangan-jangan baru terasa saat lidi sudah hampir terbakar habis?  Perpindahan kalor merupakan peristiwa atau proses mengalirnya panas  (kalor) dari satu titik ke titik yang lain dalam suatu medium. Namanya perpindahan pasti ada yang namanya kecepatan (laju). Laju perpindahan kalor ini sangat bergantung pada jenis mediumnya.Pernahkah kalian menanak nasi? Menurut pendapatmu, peristiwa apa yang menyebabkan beras yang bertekstur keras dapat berubah menjadi nasi yang lunak dan lembut? Tentu hal ini terjadi karena adanya perpindahan kalor dari  api kompor ke beras dan air yang berada dalam wadah pemasak itu. Bagaimanakah cara kalor berpindah? Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu  konduksi, konveksi, dan radiasi.

·       Perpidahan Kalor secara Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi pada medium padat Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas. 

Coba perhatikan gambar berikut:

Bagaimanakah proses perpindahan kalor secara konduksi? Dalam konduksi yang berpindah hanyalah energi saja yaitu berupa panas. Saat kita mengaduk teh panas dengan sendok, maka lama kelamaan tangan kita terasa panas dari ujung sendok yang kita pegang. Atau saat kita membuat kue menggunakan wadah berupa aluminium yang disimpan di oven jua termasuk proses konduksi yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Lebih jelasnya, sebuah benda terdiri dari partikel-partikel pembentuk benda tersebut. Sebut saja sendok yang terbuat dari logam aluminium terdiri dari partikel-partikel logam yang sangat berdekatan letaknya. Sehingga saat ujung sendok dikenai panas maka partikel diujung tersebut memperoleh energi panas yang membuatnya bergetar dan bertumbukan dengan partikel disebelahnya tanpa ikut berpindah.Akibatnya partikel partikel terus bergetar dan membuat partikel lainnya ikut bergetar dan memperoleh energi berupa panas hingga ujung sendok satunya lagi.

Besarnya energi konduksi disebut juga laju konduksi ditentukan oleh persamaan berikut:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

k = koefisien konduski (konduktivitas termal)

t = waktu (s)

A = luas penampang (m persegi)

L = panjang logam (m)

T = Suhu (Kelvin)

Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).

LAJU KALOR KONDUKSI

Dipengaruhi oleh:

- jenis bahan konduktor

- luas permukaan bidang yang mengalami perpindahan/rambatan kalor

- perbedaan suhu antara kedua permukaan/ dinding

- tebal permukaan/ dinding

·       Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Konveksi merupakan proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan  perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya. Berbeda dengan konduksi, perpindahan kalor ini disertai dengan perpindahan medium. Jadi yang bergerak tidak hanya kalor tetapi juga medium perambatannya. Konveksi dapat terjadi secara alami ataupun dipaksa. 

Konveksi alamiah contohnya saat memasak air terjadi gelembung udara hingga mendidih dan menguap. 

Konveksi terpaksa misalnya  hair dryer yang memaksa udara panas keluar yang diproses melalui alat tersebut.

a. Konveksi pada Zat Cair

Bagaimanakah proses terjadinya konveksi saat memasak air? Air merupakan zatcair yang terdiri dari partikel-partikel penyusun air. Saat memasak air dalam panci, api memberikan energi kepada panci dalam hal ini termasuk proses konduksi.Kemudian panas yang diperoleh panci kemudian dialirkan pada air. partikel air paling bawah yang pertama kali terkena panas kemudian lama kelamaan akan memiliki  massa jenis yang lebih kecil karena sebagian berubah menjadi uap air.

Sehingga saat massa jenisnya lebih kecil partikel tersebut akan berpindah posisi naik ke permukaan. Air yang masih diatas permukaan kemudian turun ke bawah menggantikan posisi partikel yang tadi. begitulah seterusnya hingga mendidih dan menguap seperti tampak pada gambar di atas ini

b. Konveksi pada Gas

Konveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara.  Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas (udara)  terjadi dengan cara konveksi.

Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah sebagai berikut.

1). Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang  hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga  udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.

2). Adanya angin darat. Angin darat terjadi pada malam hari.  Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan. Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.

3) Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rumah

4) Adanya cerobong asap pabrik.Contoh perpindahan kalor secara konveksi misalnya ketika sobat hitung masak air, ketika airmendidih terjadi perpindahan kalor dari api kompor ke panci kemudian ke air. 

Besarnya energi konveksi atau bisa disebut laju konveksi ditentukan oleh persamaan berikut:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

h = koefisien konveksi

t = waktu (s)

A = luas penampang (m persegi)

T = Suhu (kelvin)

LAJU KALOR KONVEKS

Dipengaruhi oleh:

- jenis bahan (zat cair) yang mengalami konveksi

- luas permukaan bidang yang mengalami aliran kalor

- perbedaan suhu antara kedua bahan yang dialiri dengan zat cair

·        Perpidahan Kalor Secara Radiasi

Proses perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut radiasi atau  pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik,  gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api  Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat.  Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di antara api dan kita, radiasi  kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan  bahwa:

Kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat.  Ada beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau menghalanginya. Alat yang digunakan untuk mengetahui atau  menyelidiki adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak  pada gambar berikut:

Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan termoskop, kita  dapat mengetahui bahwa:

1) Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap atau  permancar radiasi kalor yang baik.

2) Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap atau  pemancar radiasi yang buruk.

Berbeda dengan 2 jenis perpindahan kalor sebelumnya yang menggunakan medium, perpindahan kalor ini tidak membutuhkan medium atau perantara. Contohnya Panas matahari yang sampai kebumi melewati ruang angkasa yang hampa udara (tanpa ada medium). Setiap benda bisa menyerap kalor dipancarkan secar radiasi. Akan tetapi yang menentukan daya serap dan daya bukannlah jenis bahan benda tersebut melainkan warnanya.Semakin hitam sebuah benda maka benda tersebut akan cenderung semakin menyerap panas yang dipancarkan melalui radiasi. Kehitaman sebuah inilah yang disebut sebagai emisivitas bahan disimbolkan dengan e. Besarnya energi radiasi benda hitam tergantung pula pada tingkat derajat suhunya. Seperti yang terlihat dari rumus energi radiasi berikut :

Keterangan :
P = Dava Radiasi/Energi Radiasi setiap waktu (watt)
O = Kalor (joule)
t = waktu
e = emisivitas bahan
A = luas penampang (m persegi)
T = suhu (kelvin)
o = konstanta stefan boltzmann (5,67 x 10 pangkat minus 8)

LAJU KALOR RADIASI

Dipengaruhi oleh:

- jenis bahan radiasi

- emisivitas bahan

- luas permukaan bidang yang mengalami pancaran kalor

- suhu bidang yang mengalami pancaran kalor

Mengurangi/Mencegah Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor umumnya dapat sangat menguntungkan bagi kehidupan manusia. Namun pada beberapa hal, perpindahan kalor dapat juga menyebabkan kerugian. Di antaranya adalah pada air minum yang telah kita masak, akan segera dingin setelah beberapa waktu. Demikian pula pada bahan-bahan makanan yang kita masak, juga dapat segera dingin. Hal itu disebabkan kalor dari air dan bahan makanan terlepas keluar untuk mengimbangi keadaan ruangnya. Untuk mengatasi kerugian tersebut, dibuatlah alat yang dapat memperkecil laju perpindahan kalor.Beberapa di antaranya adalah termos air panas, termos es, dan termos nasi. Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema termos air panas disamping. 

Termos adalah alat yang dapat digunakan untuk mengurangi laju perpindahan kalor dalam termos. Air atau nasi yang kita simpan di dalam termos, suhunya dapat kita jaga sampai beberapa lama. Termos semacam ini mencegah kalor yang dimiliki air panas atau nasi agar tidak terlepas keluar termos. Pada termos air, dinding termos dibuat rangkap, yaitu dinding bagian dalam dan luar. Sementara ruang antara kedua dinding tersebut, dibuat vakum agar tidak terjadi perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi. Selain itu, bagian dalam dinding termos dibuat mengkilap agar kalor yang akan keluar dipancarkan kembali ke dalam termos.

Jenis – Jenis Termometer

Saat ini terdapat beberapa jenis termometer, diantaranya :

1.      Termometer Cairan

Jenis termometer yang paling banyak kita jumpai dalam keseharian adalah termometer yang pipa kacanya berisi cairan, misalnya Termometer Air Raksa. Umumnya cairan akan memuai dengan laju yang berbeda untuk jangkauan suhu yang berbeda. Pengecualian adalah pada raksa, yang memiliki pemuaian yang teratur.

a.       Termometer raksa

Termometer yang pipa kacanya diisi dengan raksa disebut termometer raksa. Termometer raksa dengan skala celcius adalah termometer yang umum dijumpai dalam keseharian.

Raksa dalam pipa termometer akan memuai jika dipanaskan. Pemuaian mendorong kolom cairan ( raksa ) keluar dari pentolan pipa menuju ke pipa kapiler.  Pipa kapiler memiliki lubang yang kecil agar termometer peka, karena pemuaian volum raksa yang kecil saja akan menimbulkan perubahan yang besar pada panjang kolom raksa. Pentolan pipa termometer dibuat dari kaca tipis agar kalor segera dapat dihantarkan secara konduksi oleh pentolan kepada cairan didalamnya. Pipa termometer dibungkus oleh tangkai kaca berdinding tebal. Tangkai kaca ini bertindak sebagai suatu lensa pembesar yang memungkinkan suhu dibaca dengan mudah.

Keuntungan menggunakan raksa sebagai zat cair pengisi pipa termometer dibandingkan dengan zat cair lainnya adalah :

ü  Raksa mudah dilhat karena mengkilap

ü  Volum raksa berubah secara teratur ketika terjadi perubahan suhu

ü   Raksa tidak membasahi kaca ketika memuai atau menyusut

ü  Jangkauan suhu raksa cukup lebar dan sesuai untuk pekerjaan – pekerjaan laboratorium ( -40°C sampai dengan 350°C)

ü  Raksa dapat terpanasi secara merata sehingga menunjukkan suhu dengan cepat dan tepat.

Kerugian menggunakan  raksa sebagai cairan pengisi pipa termometer adalah :

ü  Raksa mahal

ü  Raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah ( misalnya suhu di kutub utara atau kutub selatan )

ü  Raksa termasuk zat berbahaya ( sering dinamakan “air keras”) sehingga termometer raksa berbahaya jika tabungnya pecah.

b.      Termometer alkohol

Keuntungan menggunakan alkohol sebagai cairan pengisi pipa termometer adalah :

ü  Alkohol lebih murah dibandingkan  dengan raksa

ü  Alkohol teliti, karena untuk kenaikkan suhu yang kecil, alkohol mengalami perubahan volum yang lebih besar

ü  Alkohol dapat mengukur suhu yang sangat dingin ( misal suhu di daerah kutub) karena titik beku alkohol sangat rendah, yaitu - 112°C.

Kerugian menggunakan alkohol sebagai cairan pengisi pipa termometer adalah :

ü  Alkohol memiliki titik didih rendah, yaitu 78°C, sehingga pemakaiannya terbatas ( antara lain tidak dapat mengukur suhu air ketika mendidih )

ü  Alkohol tidak berwarna, sehingga harus diberi warna terlebih dahulu agar mudah terlihat,

ü  Alkohol membasahi ( melekat) pada dinding kaca .

Air tidak digunakan untuk mengisi pipa termometer karena lima alasan berikut.

1.      Air membasahi dinding kaca, sehingga meninggalkan titik – titik air pada kaca, dan ini akan mempersulit membaca ketinggian air dalam tabung.

2.      Air tidak berwarna, sehingga sulit dibaca batas ketinggiannya.

3.      Jangkauan suhu air terbatas ( 0°C - 100°C ).

4.      Perubahan volum air sangat kecil ketika suhu dinaikkan.

5.      Hasil bacaan yang didapat kurang teliti karena air termasuk penghantar panas yang sangat jelek. Agar semua bagian air mencapai suhu yang sama, diperlukan waktu yang lama.

c.       Beberapa termometer cairan dalam keseharian

1.      Termometer Klinis

Biasanya termometer klinis digunakan oleh para dokter dan perawat untuk mengukur suhu badan pasiennya ( manusia ). Cairan yang digunakan untuk mengisi pipa adalah raksa. Skala pada termometer ini mencakup sedikit di atas dan di bawah suhu rata – rata tubuh manusia, yaitu 37°C. Oleh karena itu suhu terendah manusia tidak pernah kurang dari 35°C dan suhu tertinggi tidak pernah lebih dari 42°C, angka – angka pada skala didesain antara 35°C sampai dengan 42°C.

2.      Termometer dinding

Umumnya, termometer dinding dipasang tegak di dinding sebuah ruang dan digunakan untuk mengukur suhu ruang. Angka – angka pada skala termometer mencakup suhu diatas dan dibawah suhu yang dapat terjadi dalam ruang. Termometer dinding mempunyai skala -50°C sampai dengan 50°C.

3.      Termometer maksimum dan minimum Six

Suhu dalam sebuah rumah kaca, yaitu rumah yang digunakan untuk menanam tanaman sebagai bahan penelitian, Umumnya diukur dengan menggunakan termometer maksimum dan minimum Six. Suhu minimum biasanya terjadi pada malam hari dan suhu maksimum biasanya terjadi pada siang hari.

2.      Termometer – termometer lainnya

a.       Termometer gas

Pada prinsipnya, jika suhu naik, tekanan gas naik dan dihasilkan beda ketinggian h yang lebih besar pada termometer. Karena gas memuai lebih besar daripada cairan maka termometer gas lebih teliti daripada termometer cairan. Selain itu termometer gas dapat mengukur suhu yang lebih rendah dan lebih tinggi daripada termometer cairan. Lebar jangkauan suhunya adalah mulai dari - 250°C sampai dengan 1500°C.

b.      Termometer platina

Prinsip termometer ini adalah ketika suhu naik, hambatan listrik platina naik. Hambatan listrik diukur dengan teliti oleh sebuah rangkaian jembatan. ( Rangkaian jembatan dipelajari di SMA).

Keuntungan termometer platina adalah Jangkauan suhunya lebar ( - 250°C sampai dengan 1500°C), teliti, dan peka. Kerugian termometer ini adalah suhu tidak dibaca secara langsung. Pembacaannya lambat, sehingga tidak sesuai untuk mengukur suhu yang berubah – ubah.

c.        Termometer termistor

Prinsip kerjanya adalah ketika suhu naik, hambatan termistor turun. Hambatan listrik diukur dengan suatu rangkaian yang mengandung sebuah skala yang dikalibrasi dalam derajat suhu. Keuntungan termometer ini adalah dapat dihubungkan kerangkaian lain atau komputer. Kerugiannya adalah jangkauan suhunya terbatas, yaitu -25°C sampai dengan 180°C.

d.      Termometer termokopel

Termometer ini terdiri dari dua kawat yang dibuat dari bahan logam yang berbeda jenis dan dihubungkan kesebuah amperemeter. Prinsip kerjanya adalah suhu berbeda akan menghasilkan arus listrik yang berbeda.

Keuntungan termometer ini adalah jangkauan suhunya besar ( mulai dari - 100°C sampai dengan 1500°C ), ukuran termometer kecil, dapat mengukur suhu dengan cepat, dan dapat dihubungkan ke rangkaian lain atau komputer. Kerugiannya adalah kurang teliti jika dibandingkan dengan termometer gas volum konstan dan termometer platina.

e.       Termometer bimetal

Termometer ini mengandung sebuah keping bimetal tipis berbentuk spiral. Prinsipnya, makin besar suhu, keping bimetal makin melengkung untuk menunjukkan suhu yang lebih besar.

f.        Pirometer

Pirometer ( pyrometer) adalah termometer yang digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tinggi ( di atas 1000°C), seperti suhu peleburan logam atau suhu permukaan Matahari. Prinsip kerja alat ini adalah mengukur radiasi yang dipancarkan oleh benda tersebut. Terdapat dua macam pirometer, yaitu pirometer optik dan pirometer radiasi total.

Skala Termometer

Ditinjau dari skala yang dipergunakan, terdapat 4 jenis termometer yaitu termometer Celcius, Fahrenheit, Reamur dan Kelvin. Nama termometer ini dipakai sesuai dengan penemunya.

1.      Skala Celcius

Andreas Celcius, menetapkan titik beku air sebagai titik tetap bawah yaitu 0° dan titik didih air sebagai titik tetap atas yaitu100°. Celcius membagi jarak titik tetap bawah dan titik tetap atasmenjadi 100 skala, sehingga titik beku air berada pada 0°C dantitik didih air pada 100° C. Menurut skala celcius setiap bagianskala menunjukkan 1° C. Termometer skala celcius banyak dipergunakan untuk mengukur suhu tubuh.

2.      Skala Fahrenheit

Meskipun menggunakan patokan yang sama untuk titik tetapatas dan titik tetap bawah, tetapi Gabriel Daniel Fahrenheit menetapkan titik beku air pada 32° F dan titik didih air pada 212° F. Untuk patokan yang sama, Fahrenheit membagi skalanya dalam 180 bagian. Skala Fahrenheit banyak dipakai dinegara Eropa dan Amerika.

3.      Skala Reamur

Reamur juga menggunakan patokan yang sama, tetapi untuk jarak tersebut Reamur membagi skalanya menjadi 80° bagian. Titik beku air menurut skala Skala Reamur adalah 0° R,sedangkan titik didih air pada 100° R.

4.      Skala Kelvin

Menurut para ahli, suhu paling rendah yang dimiliki oleh suatubenda sama dengan -273 ° C. Suhu ini dinamakan suhu nolmutlak, karena pada suhu -273 ° C partikel-partikel gas tidakbergerak lagi. Ilmuwan pertama yang mengusulkan pengukuranberdasarkan nol mutlak adalah Lord Kelvin, oleh karenanya dinamakan Suhu Kelvin. Suhu Kelvin ditetapkan sebagai SatuanInternasional (SI) untuk besaran suhu.Seperti Celcius, Kelvin membagi skala menjadi 100 bagian. Batas bawah skala Kelvin ditetapkan pada titik beku air adalah273 K dan batas atas ditetapkan pada titik didih air 373 K.

Perpindahan Kalor secara Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor/panas melalui perantara, di mana zat perantaranya tidak ikut berpindah. Dalam arti lain, konduksi/hantaran yaitu perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya.

Contoh Perpindahan Panas secara Konduksi :

• Ujung logam akan terasa panas jika ujung yang lain dipanaskan, misalnya saat kita mengaduk adonan gula, air panas, dan kopi dengan menggunakan sendok logam; saat kita memegang kawat logam kembang api yang sedang menyala
• Knalpot akan panas ketika mesin motor dihidupkan
• Mentega akan meleleh ketika diletakkan di wajan yang tengah dipanaskan
• Tutup panci terasa panas saat panci digunakan untuk memasak
• Air akan mendidih ketika dipanaskan menggunakan panci logam dan sejenisnya

Perpindahan Kalor secara Konveksi

Konveksi  adalah perpindahan panas melalui aliran, di mana zat perantaranya ikut berpindah. Jika partikel berpindah dan mengakibatkan kalor merambat, maka terjadilah konveksi. Konveksi terjadi pada zat cair dan gas ( udara/angin ).

Contoh Perpindahan Panas secara Konveksi:

• Gerakan naik turunnya air yang sedang mendidih saat direbus
• Gerakan naik turunnya kacang hijau, beras, kedelai saat direbus
• Terjadinya angin darat dan laut
• Gerakan balon udara
• Asap pada cerobong asap bergerak naik

3. Pengertian Perpindahan Kalor secara Radiasi beserta Contohnya

Radiasi adalah perpindahan panas tanpa zat perantara. Biasanya disertai cahaya

Contoh Perpindahan Kalor secara Radiasi :

•  Tubuh terasa hangat ketika dekat dengan api atau jenis panas lainnya. Misalkan saat tangan kita didekatkan pada kompor gas yang sedang menyala, hangatnya tubuh ketika dekat dengan api unggun
• Panas matahari sampai ke bumi meski melewati ruang hampa
• Menjemur pakaian memanfaatkan perpindahan panas secara radiasi
• Menetaskan telur ayam/bebek dengan lampu
• Menjemur pakaian saat siang hari

A) Konduksi

Pembahasan yang pertama dalam perpindahan kalor adalah konduksi. Konduksi merupakan perpindahan kalor dimana partikel-partikel zat tidak ikut berpindah, biasanya terjadi pada benda padat. Namun,untuk beberapa kasus (nanti kita akan mengenal) ada juga benda gas dan benda cair yang mengalami proses konduksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju perpindahan kalor adalah:

1.  koefisisen konduktivitas termal
2. panjang stik/ batang
3. luas penampang
4. perbedaan suhu antar ujung batang

Secara matematis faktor-faktor di atas dirumuskan menjadi:

H= Q / t = (k x A x ∆T) / l

Dengan keterangan sebagai berikut:

H adalah laju perpindahan kalor secara konduksi dengan satuan dalam joule/s

Q adalah jumlah kalor yang dipindahkan dengan satuan dalam joule

t adalah lamanya waktu dipindahkannya kalor dengan satuan dalam sekon

k adalah koefisien konduktivitas termal dari benda/ zat dalam satuan joule /(sekon meter celcius)

A adalah luas penampang benda yang digunakan sebagai penghantar dengan satuan dalam meter persegi (m^2)

∆T adalah perbedaan suhu antar ujung batang dengan satuan dalam derajat celcius

l adalah panjang stik/ batang penghantar dengan satuan dalam meter

Hubungan antara tiap faktor dapat ditunjukkan melalui persamaan di atas. Laju konduktivitas akan bernilai besar (cepat) apabila benda yang dipanasi memiliki nilai koefisien konduktivitas yang besar, penampang yang luas dan perbedaan suhu yang besar pula, tetapi dengan panjang yang kecil. Hal yang sebaliknya berlaku pula untuk laju konduktivitas yang kecil.

Contoh konduksi dalam kehidupan sehari-hari adalah: panci yang digunakan terbuat dari logam aluminium karena memiliki konuktivitas termal yang besar. Berdasarkan tabel dapat diketahui nilai konduktivitas termal dari aluminium adalah 5 x (10 ^-2) kkal/(s m C). Angka tersebut menunjukkan bahwa tiap kenaikan 1 derajat celcius sebatang aluminium dengan panjang 1 meter akan menghantarkan kalor sebesar 500 kal tiap detiknya. Angka tersebut setara dengan 5 kalori untuk aluminium sepanjang 1 cm. Apalagi ditambah dengan sifat aluminum yang susah teroksidasi sehingga susah berkarat. Nilai, konduktivitas ini juga memiliki arti bahwa benda tersebut cepat kembali untuk dingin sesuai dengan penurunan suhunya. 

B) Konveksi 

Konveksi merupakan proses perpindahan kalor yang disertai dengan proses perpindahan partikelnya. Perpindahan kalor seperti ini biasanya terjadi pada benda cair dan benda gas. Beberapa hal yang mempengaruhi kecepatan perpindahan kalor secara konveksi adalah sebagai berikut:

1. koefisien konveksi zat 
2. luas penampang zat yang dipanasi
3. perbedaan suhu dari dari tempat benda dipanasi dengan tempat yang ditentukan

Faktor-faktor tersebut kemudian dirumuskan secara matematis menjadi:

H= Q / t = h x A x ∆T

Keterangan:

H dalam hal ini adalah laju konvektivitas termal dengan satuan joule / sekon

h adalah koefisien konveksi dari zat yang digunakan sebagai perantara joule / (sekon x (meter^2))

∆T adalah perbedaan suhu dari tempat yang dipanasi dengan tempat yang ditentukan

Berdasarkan pernyataan matematika di atas maka laju konveksi suatu fluida akan meningkat jika nilai dari koefisien konveksi, luas permukaan benda yang dipanasi dan perubahan/perbedaan suhunya. Jika konduktivitas dipengaruhi oleh luas dan panjang benda maka pada konveksivitas termal faktor yang berpengaruh hanyalah luasan saja. Ibarat memanaskan air, semakin luas pancinya maka air yang dimasak akan semakin cepat panas. Jika semakin tepis maka akan semakin cepat panas pula. Hal ini dikarenakan semakin besar luasannya maka jumlah partikel yang dipanasi akan semakin banyak pula.

Contoh peristiwa konveksi sangat banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, contohnya yaitu: 1) terjadinya angin, angin laut, angin darat, angin gunung, angin lembah, saat memasah air, dan bahkan perpindahan panas bumi pada lapisan asteonosfer terjadi secara konveksi karena terdiri dari batuan cair.

C) Radiasi

Perpindahan kalor yang ketiga adalah radiasi. Radiasi merupakan perpindahan kalor melalui pancaran. Karena sifatnya seperti cahaya maka perpindahan kalor dengan cara radiasi dapat dikurangi dengan cara memberikan benda yang dapat memantulkan gelombang elektromagnetnya, misalnya cermin. Cermin hanya efektif untuk memantulkan energi dari cahaya tampak. Cermin juga biasa digunakan dalam termos air sebagai reflektornya. Faktor-faktor yang mempengaruhi daya radiasi suatu bahan adalah:

1. koefisien emisivitas
2. suhu benda 
3. luas peanampang dari sumber

secara matematis, faktor-faktor tersebut dirumuskan menjadi:

P = e x σ x A x (T^4)

Keterangan:

P adalah daya dari sumber dengan satuan watt

e adalah koefisien emisivitas bahan yang tidak memiliki satuan

σ adalah konstanta sephan bolzman dengan satuan watt / (meter persegi x Kelvin)

A adalah luas penampang dari sumber dengan satuan meter persegi (m^2)

T adalah suhu dengan satuan Kelvin (K)

Radiasi dari suatu pemancar panas akan besar jika benda tersebut memiliki nilai e (koefisien emisivitas), luas permukaan dan suhu yang besar. Kenaikan dari nilai emisivitas radiasinya memiliki nilai yang sama dengan penurunannya. Boleh dikatakan dalam bahasa yang lain emisi sama dengan absopsi. Nilai yang dipancarkan sama dengan nilai yang diserap oleh benda yang menerima.

Contoh radiasi pada kehidupan sehari-hari adalah perpindahan panas matahari ke bumi, panas dari api unggun, bolam lampu, dan sebagainya.

Ada satu alat yang menggunakan prinsip yang berusaha mencegah ketiga perpindahan kalor tersebut, yaitu termos air. Termos air dikembangkan dengan tujuan untuk menjaga suhu air agar tidak berubah secara drastic. Temen-temen yang punya termos bisa membukanya untuk melihat-lihat dan membedakan manakah yang merupakan prinsip konduksi, konveksi dan radiasi.

Pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud zat

Adanya pengertian, bahwa kalor bukanlah aliran fluida, melainkan merupakan suatu bentuk energi, yang dapat diperoleh dari perubahan energi mekanik, maka akan kita perhatikan apakah kalor tersebut akan mempengaruhi suatu benda atau temperatur dari suatu benda atau zat.

Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti :

a. terjadi pemuaian

b. terjadi perubahan wujud

c. terjadi kenaikan suhu

Ternyata kalor dapat menyebabkan benda berubah wujud atau menyebabkan benda mengalami perubahan suhu. Adanya pengaruh kalor terhadap perubahan wujud atau suhu, diteliti lebih lanjut oleh Joseph Black. Beberapa hal yang dikemukakan oleh Joseph Black berkaitan dengan perubahan suhu benda, ternyata dapat digunakan untuk menentukan besar kalor yang diserap oleh suatu zat.

Ø Pemuaian

Pemberian kalor pada sustu zat selain dapat menaikkan atau menurunkan suhu zat, dapat juga merubah wujud suatu zat, atau menyebabkan benda mengalami pemuaian. Umumnya semua zat akan memuai jika ia mengalami kenaikan suhu, kecuali beberapa zat yang mengalami penyusutan saat terjadi kenaikan suhu, pada suatu interval suhu tertentu. Kejadian penyusutan wujud zat saat benda mengalami kenaikan suhu disebut anomali, seperti terjadi pada air. Air saat dipanaskan dari suhu 0 °C menjadi 4 °C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunya lebih besar dari 4 °C volumenya membesar.

Ø Anomali Air

Hal tersebut diatas tidak berlaku sepenuhnya pada air, pada air terjadi perkecualian. Misalnya volume air akan berkurang bila suhunya dinaikkan dari 0 °C, peristiwa ini disebut dengan anomali air. Peristiwa anomali air dapat diterangkan dengan meninjau bangun kristal es. Dari pengamatan kristal es disimpulkan bahwa kedudukan molekul-molekul H₂O teratur seperti bangun kristal es, yang penuh dengan rongga-rongga. Sedangkan molekul H₂O dalam bentuk cair (air) lebih rapat dibandingkan dalam bentuk es, oleh karena itu es terapung dalam air. Bila air mulai 4 °C didinginkan molekul air mulai mengadakan persiapan untuk membentuk bangun berongga tersebut. °C. Volume air terkecil pada suhu 4 °C, dan pada 0 °C terjadi loncatan volume dari air 0 °C sampai es 0 °C, dimana pada suhu 0 °C volume es > volume air

Pada umumnya zat akan memuai menurut aturan sebagai berikut.

1) Pemuaian Panjang (Linier)

Suatu batang panjang mula-mula l_o dipanaskan hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan suhunya Δt maka,

α = 1/l_o . Δt/Δl

Δl = α l_o . Δt

α = koefisien muai panjang suatu zat ( per °C )

Sehingga panjang batang suatu logam yang suhunya dinaikkan sebesar Δt akan menjadi

l_t = l_o + Δl

l_t = l_o ( l + α . Δt )

Tabel Beberapa koefisien Muai Panjang Benda

Benda	a (K-1)
Besi	1,2x10-5
Tembaga	1,7x10-5
Kaca	8,5x10-6
Kuningan	1,8x10-5

2) Pemuaian Bidang ( Luas )

Suatu bidang luasnya mula-mula A_o , terjadi kenaikkan suhu sebesar Δt sehingga bidang bertambah luas sebesar ΔA, maka dapat dituliskan :

β    = 1/A_o. ΔA / Δt

ΔA = A_o β Δt

β    = Koefisien muai luas suatu zat ( per °C ) dimana β = 2 α

Sehingga luas bidang yang suhunya dinaikkan sebesar t akan menjadi

A_t = A_o + ΔA

A_t = A_o ( 1 + β Δt )

3) Pemuaian Ruang ( volume )

Volume mula-mula suatu benda V_o , kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus :

γ     = 1/V_o. ΔV/Δt

ΔV  = γ . V_o . Δt

γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per °C )

γ = 3 α

sehingga persamaan volumenya menjadi

V_t = V_o + Δt

V_t = V_o ( 1 + γ . Δt )

a) Pemuaian Volume zat Cair

Zat cair yang hanya mempunyai koefisien muai volume ( γ ). Bila volume mula-mula suatu zat cair V₀ kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikut

V_t = γ . V_o . Δt

dan volumenya sekarang menjadi

V_t = V_o + ΔV

V_t = V_o ( 1 + γ Δt )

Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 4 °C, ingat anomali air.

b) Pemuaian Volume Gas

Khusus untuk gas, pemuaian volume dapat menggunakan persamaan seperti pemuaian zat cair,

V_t = V_o ( 1 + γ Δt )

Perubahan volume gas tidak hanya menggunakan persamaan tersebut di atas, namun ada besaran-besaran lain yang perlu diperhatikan seperti tekanan dan temperatur. Persamaan yang berlaku dalam pemuaian gas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut.

Pada saat tekanan konstan, berlaku hukum Gay Lussac :

Pada saat temperatur konstan, berlaku hukum Boyle :

P₁.V₁ = P₂.V₂

Pada saat volume konstan, berlaku hukum Charles :

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

dengan keterangan,

V = volume (liter atau m³)

T = temperature (K)

P = tekanan (N/m² atau atm atau Pa)

Ø Perubahan Wujud

Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka ada dua kemungkinan yang terjadi pada suatu benda, yaitu benda akan mengalami perubahan suhu, atau mengalami perubahan wujud. Kenaikan suhu suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang mengkaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor. Sedangkan pada saat benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi perubahan suhu, namun semua kalor saat itu digunakan untuk merubah wujud zat, yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung unsur kalor laten. Besar kalor laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan :

Q = m.L

Dengan keterangan,

Q : kalor yang diterima atau dilepas (Joule atau kal)

m : massa benda (kg atau gram)

L : kalor laten (J/kg atau kal/gr)

Tabel kalor lebur dan kalor didih beberapa zat

Nama Zat	Titik lebur (°C)	Kalor lebur (J/kg)	Titik didih	Kalor didih (J/kg)
Air (es)	0	3,34.105	100	2,26.105
Raksa	-39	1,18.104	356,6	2,94.105
Alkohol	-115	1,04.104	78,3	8,57.106
Hidrogen	-2599	5,58.104	-252	3,8.105

Adanya kalor laten berupa kalor lebur dan kalor didih sangat sering dijumpai dalam kehidupan, seperti meleburnya es cream pada suhu normal, atau mendidihnya air sebelum dikonsumsi untuk kehidupan sehari-hari. Perubahan wujud ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik, yang menyatakan bahwa saat mencapai titik lebur atau titik didih, kecepatan getar zat akan bernilai maksimum, sehingga kalor yang diterima tidak digunakan untuk menambah kecepatan, namun digunakan untuk melawan gaya ikat antar molekul zat. Sehingga saat molekul-molekul itu dapat melepaskan ikatannya, maka zat akan berubah wujud melebur atau mendidih.

B.     ASAS BLACK

Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berhubungan dengan perpindahan energi. Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar QT dengan besar yang sama. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut :

Persamaan diatas menyatakan hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Nama hukum ini diambil dari nama seorang ilmuwan Inggris sebagai penghargaan atas jasa-jasanya, yakni Joseph Black (1728–1799). Ia menjabarkan bahwa :

·         Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama

·         Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas

·         Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan

Q = m cDT

Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan menggunakan persamaan :

Besarnya kalor dapat dihitung. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor. Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Salah satu mbentuk kalorimeter, tampak pada gambar di samping. Kalorimeter ini terdiri atas sebuah bejana logam dengan kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam bejana lain yang agak lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat, misalnya gabus atau wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai pelindung agar pertukaran kalor dengan lingkungan di sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan di dalam kalorimeter, air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh temperatur merata dari percampuran dua zat yang suhunya berbeda. Batang pengaduk ini biasanya terbuat dan bahan yang sama seperti bahan bejana kalorimeter. Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan sampai temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter diaduk sampai suhunya tetap.

Rumus berikut adalah penjabaran dari rumus dibawah :

(M₁ C₁) (T₁-T_a) = (M₂ C₂) (T_a-T₂)

Keterangan :

M₁ = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

C₁ = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

T₁ = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

T_a = Temperatur akhir pencampuran kedua benda

M₂ = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

C₂ = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

T₂ = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

Perubahan Wujud Benda

Ø  Perubahan Wujud

            Kalor dapat mengubah wujud zat. Kalian tentu masih ingat bahwa zat dapat berwujud padat, cair atau gas. Perubahan wujud zat bergantung pada jumlah kalor yang diterima atau jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersangkutan. Zat padat dapat berubah wujud menjadi zat cair apabila zat itu menerima kalor. Zat cair dapat berubah wujud menjadi gas apabila zat itu menerima kalor. Sebaliknya, gas dapat berubah wujud menjadi zat cair apabila melepaskan kalor. Zat cair dapat berubah wujud menjadi zat padat apabila melepaskan kalor. Sebagai contoh, es (zat padat) berubah wujud menjadi air (zat cair) apabila dipanaskan. Artinya, es menerima kalor. Air (zat cair) berubah wujud menjadi uap (gas) apabila dipanaskan. Artinya, air menerima kalor. Sebaliknya, uap air akan berubah wujud menjadi air apabila didinginkan. Artinya, uap air melepaskan kalor. Air (zat cair) akan berubah wujud menjadi es (zat padat) apabila didinginkan. Artinya, air melepaskan kalor.

Ø  Menguap

            Apabila sejumlah air dipanaskan terus-menerus, air akan menguap. Hal ini menunjukkan bahwa menguap memerlukan kalor. Untuk menunjukkan bahwa pada waktu menguap zat memerlukan kalor, kalian dapat memanaskan air dalam bejana dengan menggunakan pembakar spiritus. Setelah pembakar spiritus dinyalakan dan ditunggu beberapa saat, kalian akan melihat uap muncul pada permukaan air.

Ambillah beberapa tetes spiritus atau alkohol dengan pipet kemudian teteskan pada tangan. Rasakan apa yang terjadi pada kulit yang basah karena spiritus atau alkohol. Apakah kulit kalian terasa dingin? Jika tangan terasa dingin dan jumlah alkohol berkurang, berarti spiritus atau alkohol telah menguap. Mengapa kulit tempat spiritus atau alkohol terasa dingin? Spiritus menguap memerlukan kalor. Kalor yang diperlukan berasal dari tangan. Karena kehilangan kalor untuk proses penguapan spiritus tangan menjadi dingin.

Bagaimanakah cara mempercepat proses penguapan? Proses penguapan dapat dipercepat dengan beberapa cara, yaitu: memanaskan, memperluas permukaan, mengalirkan udara pada permukaan zat cair, dan mengurangi tekanan pada permukaan zat cair.

• Memanaskan

Seperti telah diuraikan di depan, semakin besar kalor yang diterima oleh suatu zat semakin besar pula gerakan molekul-molekulnya. Dengan memanaskan zat berarti kita telah memberikan tambahan kalor pada zat itu. Dengan demikian, molekul-molekul zat cair menjadi cepat bergerak sehingga semakin cepat pula meninggalkan permukaan zat cair.

• Memperluas Permukaan

Memperluas permukaan zat cair untuk mempercepat proses penguapan sering dilakukan orang. Misalnya, saat mendinginkan tes panas yang akan segera diminum. Teh panas yang ditempatkan dalam piring akan lebih cepat menguap daripada teh panas dalam gelas. Mengapa demikian? Permukaan piring yang lebih luas menyebabkan molekul-molekul zat cair yang berhubungan dengan udara lebih banyak.Akibatnya, molekul-molekul zat cair yang dapat melepaskan diri ke udara juga semakin banyak.

• Mengalirkan udara pada permukaan zat cair

Supaya teh panas yang akan diminum cepat dingin, biasanya kita meniupkan udara pada permukaannya. Pakaian basah yang dijemur akan cepat kering apabila ada angin bertiup. Udara yang bertiup pada permukaan teh panas menyebabkan molekul-molekul teh panas cepat bergerak meninggalkan permukaannya. Angin yang bertiup pada pakaian basah menyebabkan molekul-molekul air lebih mudah meninggalkan pakaian sehingga pakaian menjadi cepat kering.

• Mengurangi tekanan pada permukaan zat cair

Teh panas yang berada dalam gelas terbuka lebih cepat dingin daripada teh panas yang berada dalam gelas tertutup. Mengapa demikian? Tekanan udara pada gelas tertutup lebih besar daripada tekanan udara pada gelas terbuka. Pada tekanan yang lebih besar molekul-molekul air sukar melepaskan diri dari permukaannya. Pada tekanan yang lebih kecil molekul-molekul air mudah melepaskan diri dari permukaannya. Jadi, apabila tekanan pada permukaan zat semakin kecil zat cair itu semakin mudah menguap.

Berdasarkan uraian tentang cara mempercepat proses penguapan dapat disimpulkan bahwa penguapan zat cair dapat terjadi pada sembarang suhu.

Ø  Mengembun

Mengembun adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi cair. Zat dapat mengembun apabila suhu turun, sedangkan suhu turun terjadi apabila zat itu melepaskan kalor. Ada dua contoh peristiwa mengembun dalam kehidupan sehari-hari. Ketika kalian memasukkan pecahan-pecahan es ke dalam gelas, sisi luar gelas mula-mula kering. Akan tetapi, beberapa saat kemudian pada bagian sisi luar gelas terdapat bintik-bintik air. Ketika kalian naik mobil pada saat cuaca cerah, kaca jendela mobil bagian dalam masih kering. Akan tetapi, ketika hujan turun kaca mobil bagian dalam menjadi buram. Apabila kalian menempelkan telapak tangan pada kaca, telapak tangan menjadi basah. Bagimana kedua peristiwa ini dapat dijelaskan?

Barangkali kita berfikir bahwa es yang mencair mampu menembus gelas sehingga sisi luar gelas menjadi basah. Demikian pula peristiwa yang terjadi pada kaca mobil ketika hujan: air hujan dapat memasuki kaca melalui pori-pori kaca. Akan tetapi, cara berfikir kita salah. Udara di sekitar kita banyak mengandung uap air. Ketika uap air bersentuhan dengan benda-benda yang lebih dingin (suhunya rendah), uap air melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan ini diterima oleh uap air di sekitar gelas atau kaca mobil. Ketika uap air melepaskan kalor suhunya turun sehingga uap air berubah menjadi bintik-bintik air.

Ø  Mendidih

Mendidih adalah proses perubahan wujud dari zat cair menjadi gas (uap). Mendidih terjadi pada seluruh bagian zat cair. Zat cair dikatakan menguap apabila molekul-molekulnya sebagian meninggalkan permukaan zat cair tersebut. Apabila suhu zat cair dinaikkan, penguapan dapat terjadi di seluruh bagian zat cair. Molekul-molekul zat cair membentuk uap dalam bentuk gelembung-gelembung udara. Gelembung-gelembung ini dapat terjadi di seluruh bagian zat cair.

Apabila pemanasan dilanjutkan, gelembung-gelembung udara akan naik ke permukaan zat cair dan akhirnya pecah. Apabila hal ini terjadi, zat cair dikatakan mendidih. Jadi, zat cair dikatakan mendidih apabila gelembung-gelembung uap terjadi di seluruh bagian zat cair dan meninggalkan zat cair. Pada saat mendidih suhu zat cair tidak berubah, meskipun kalor diberikan terus-menerus.

Kenaikan suhu hanya terjadi ketika air mulai dipanaskan sampai air mendidih. Setelah air mendidih, tidak terjadi perubahan suhu. Ketika air sudah mendidih, kalor yang diberikan hanya digunakan untuk mengubah wujud zat: dari zat cair menjadi uap. Suhu zat cair pada saat mendidih dinamakan titik didih.

Berapakah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari cair menjadi uap pada titik didihnya? Hasil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari cair menjadi uap pada titik didihnya bergantung pada massa zat dan kalor uap zat yang bersangkutan. Kalor uap merupakan salah satu sifat zat. Kalor uap adalah banyaknya kalor (dengan satuan joule) yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat pada titik didihnya. Satuan kalor uap adalah J/kg.

Untuk menguapkan zat cair dengan massa m pada titik didihnya diperlukan kalor sebanyak
Q = mL,                                                        (4-6)
dengan L dinamakan kalor uap zat yang bersangkutan. Harga kalor uap untuk beberapa zat disajikan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Kalor Uap Beberapa Zat

Nama Zat	Titik Didih Normal (oC)	Kalor Uap (J/kg)
AlkoholRaksa Air Timbal Perak Emas Tembaga	78357 100 1.750 2.193 2.660 1.187	854.000272.000 2.256.000 871.000 2.336.000 1.578.000 5.069.000

Hal yang sama terjadi pada saat zat cair mengembun. Kalor yang dilepaskan uap tidak digunakan untuk menurunkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah wujud zat cair dari uap menjadi cair. Hasil percobaan menunjukkan bahwa kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud zat dari uap menjadi cair pada titik embunnya bergantung pada massa zat dan kalor embun zat yang bersangkutan. Kalor embun merupakan salah satu sifat zat. Kalor embun adalah banyaknya kalor (dengan satuan joule) yang dilepaskan untuk mengembunkan 1 kg zat pada titik embunnya. Satuan kalor embun adalah J/kg. Setiap zat yang jenisnya sama, besarnya kalor uap sama sama dengan kalor embun dan titik uapnya sama dengan titik didihnya. Oleh karena itu, untuk proses pengembunan tetap berlaku Persamaan (4-5), dengan L menunjukkan kalor embun.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Titik Didih
            Titik didih zat cair dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu: tekanan di atas permukaan zat cair dan ketidakmurnian zat cair. Bagaimanakah kedua faktor ini mempengaruhi titik didih?

• Pengaruh Tekanan Terhadap Titik Didih

Titik didih zat cair sangat bergantung pada tekanan yang diterima oleh zat tersebut. Untuk tekanan udara normal, yaitu 76 cmHg atau 1 atm, air mendidih pada suhu 100^oC. Titik didih air pada tekanan 1 atm dinamakan titik didih normal.

Zat cair dapat mendidih di bawah titik didih normal apabila tekanan pada permukaan zat cair kurang dari 1 atm. Seperti telah diuraikan sebelumnya, untuk tekanan udara normal, yaitu 76 cmHg atau 1 atm, air mendidih pada suhu 100^oC. Seperti diketahui, semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, tekanan udaranya semakin rendah. Akibatnya, titik didih air juga semakin rendah. Jadi, apabila kalian mendidihkan air di puncak gunung yang memiliki ketinggian 2300 m di atas permukaan laut, air mendidih sekitar 95^oC.

Ketika tekanan permukaan air 1 atm, air mendidih pada suhu 100^oC. Pada tekanan 1 atm ikatan molekul-molekul air yang mulai renggang sudah dapat bergerak bebas untuk melepaskan diri dari permukaannya. Jika tekanan pada permukaan air dinaikkan, meskipun suhu air sudah mencapai 100^oC, air belum mendidih sebab tekanan yang besar menyebabkan molekul-molekul air masih memiliki ikatan molekul yang kuat sehingga belum dapat melepaskan diri dari permukaannya.

Setelah suhu melebihi 100^oC ikatan molekul-molekul air di seluruh bagian mulai renggang sehingga timbul gelembung-gelembung uap air di seluruh bagian. Air telah mendidih. Molekul-molekul air di permukaan juga telah menguap. Jadi, apabila tekanan di atas permukaan zat cair lebih dari 1 atm maka titik didih zat cair lebih tinggi daripada titik didih normal.

Melebur dan Membeku
            Melebur adalah proses perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Pada saat melebur, zat memerlukan kalor. Sebaliknya, membeku adalah proses perubahan wujud zat dari cair menjadi padat. Pada saat membeku, zat melepaskan kalor.

Pada proses melebur memerlukan kalor. Selama proses melebur, meskipun kalor diberikan terus-menerus suhu zat tidak berubah. Kalor yang diterima bukan digunakan untuk menaikkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah wujud zat dari padat menjadi cair. Sebaliknya, pada proses membeku zat melepaskan kalor dan selama proses membeku suhu zat tidak berubah.

Jumlah kalor (dengan satuan joule) yang diperlukan untuk meleburkan 1 kg zat pada titik leburnya dinamakan kalor lebur. Satuan kalor lebur adalah J/kg. Jumlah kalor (dengan satuan joule) yang dilepaskan untuk membekukan 1 kg zat pada titik bekunya dinamakan kalor beku. Setiap zat yang jenisnya sama, besarnya kalor lebur sama dengan kalor beku dan titik leburnya sama dengan titik bekunya. Oleh karena itu, untuk proses melebur tetap berlaku Persamaan (4-6), dengan L menunjukkan kalor lebur. Harga kalor lebur untuk beberapa zat disajikan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Kalor Lebur Beberapa Zat

Nama Zat	Titik Lebur Normal (oC)	Kalor Lebur (J/kg)
EtanolRaksa Air Timbal Perak Emas Tembaga	−114− 39 0 327 961 1.063 1.083	104.00012.000 336.000 24.500 88.000 64.000 134.000

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Titik Lebur
            Pada umumnya es melebur pada suhu 0^oC. Akan tetapi, apabila tekanan pada permukaan es dinaikkan titik lebur es kurang dari 0^oC. Menunjukkan balok es yang terletak di atas dua penumpu. Selanjutnya, seutas kawat halus yang kedua ujungnya diberi beban diletakkan di atas balok. Setelah ditunggu beberapa saat, kawat mampu menembus es balok dan akhirnya jatuh ke lantai. Anehnya, balok tetap utuh tidak terbelah. Bagaimana peristiwa ini dapat dijelaskan?

Ketika kawat menekan permukaan balok es, bagian es yang terkena kawat melebur terlebih dahulu. Artinya, tekanan yang diberikan dapat menurunkan titik lebur es. Akibat es melebur, kawat dapat bergerak ke bawah melalui bagian es yang telah melebur. Akan tetapi, segera setelah dilewati kawat, tekanan pada air hasil peleburan es sama dengan tekanan udara luar sehingga air kembali membeku menjadi es. Jadi, lintasan yang dilewati kawat segera membeku kembali menjadi es. Akibatnya, kawat mampu menembus es balok tetapi es balok tetap utuh tidak terbelah. Peristiwa meleburkan bagian balok es yang diberi beban dan membeku kembali sesaat setelah beban dihilangkan dinamakan regelasi.

Ketidakmurnian zat juga dapat mempengaruhi titik lebur. Penambahan garam dapur pada campuran air dan es mampu menurunkan titik lebur es sampai – 20^oC. Peristiwa ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan ice cream. Pemberian garam dapur dapat menurunkan titik lebur es, sehingga es dapat melebur di bawah suhu 0^oC. Proses melebur membutuhkan kalor. Kalor tidak diberikan dari luar, tetapi diambil dari es itu sendiri. Akibatnya, suhu es turun meskipun es dalam keadaan cair (ice cream).

Pemuaian
A. Pengertian
Pemuaian adalah pertambahan panjang atau lebar suatu benda , baik benda padat, gas maupun cair karena dipanaskan dan diberi kalor sehingga suhunya naik, selain pemuaian ada penyusutan tetapi ketika benda – benda tersebut didinginkan atau diturunkan suhunya. Konsep pemuaian banyak digunakan dalam berbagai teknologi buatan manusia.
B. Pemuaian Benda Padat

Pemuaian yang terjadi pada benda padat terjadi karena benda padat dinaikkan suhunya atau dipanaskan, jenis pemuaian benda padat adalah pertamabahan panjang dan pertambahan luas. Pernahkah kamu mengamati kabel listrik? Lihatlah pada malam/pagi hari kabel listrik tersebut akan mengencang tetapi pada siang hari kabel tersebut mengendur, hal tersebut karena kabel tersebut mengalami pemuaian pada siang hari karena suhu yang tinggi.
Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang adalah pemuaian yang terjadi pada benda padat, alat ukur yang digunakan untuk mengukur pemuaian adalah musschenbroek. Dalam oemuain panjang ada panjang awal benda dan panjang akhir dan pertambahan panjang dalam setiap kenaikan suhu 1 derajat. Dengan rumus sebagai berikut:

ΔL = L0 .a.ΔtL = L0 (1+ α Δt)

Keterangan
L = Panjang akhir (m)
L0 = Panjang mula-mula (m)
ΔL = Pertambahan panjang (m)
α = Koefisien muai panjang (/ºC)
Δt = kenaikan suhu (OC)

Pemuaian Luas
Pemuaian luas adalah pemuaian yang terjadi pada benda padat dan biasanya berbentuk seperti plat dimana pemuaian yang terjadi mencangkup panjang dan lebar benda tersebut, dengan rumus penghitungan sebagai berikut:

A = A0 + ΔAΔA = A0 – β ΔtΔA = A0 (1+ β Δt)

Besar β sama dengan 2a
Keterangan:
A = Luas akhir (m2)
Δ0 = Pertambahan luas (m2)
A0 = Luas mula-mula (m2)
β = Koefisien muai luas zat (/º C)
Δt = Kenaikan suhu (ºC)

Pemuaian Volume
Pemuaian volume adalah pemuaian volume suatu benda padat karena menerima kalor, pemuaian volume terjadi apabila benda tersebut memiliki panjang,lebar, dan ketebalan atau tinggi, seperti halnyaa adalah balok besi dan lain-lain. Persamaan rumus pemuaian volume adalah sebagai berikut:

V = V0 + ΔV
ΔV = V0 . y . Δt
V = V0 (1 + y . Δt)

Diamana Y = 3a atau Y = 3/2 β

C. Pemuaian Benda Cair
Pada pemuaian benda cair hanya terjadi pemuaian volume tidak ada pemuaian panjang dan luas, karena air hanya bertambah volumenya ketika dipanaskan. Anomali Air adalah suatu kejadian penyusutan air sebelum pemuaiannya dimana pada suhu 0 derajat – 4 derajat volume air akan turun dan ketika melebihi 4 derajat suhunya maka volumenya akan semakin naik, persistiwa tersebut dinamakan Anomali air.

D. Pemuaian Pada Gas
Pemuaian pada gas adalah pemuaian yang terjadi pada benda gas karena kenaikan suhu, pernahkah kamu melihat meletusnya ban mobil atau motor? Meletusnya ban tersubut adalah karena suhu yang ada pada ban tersebut naik sehingga daya tampung ban terhadap udara yang memuai telah mencapai batas maksimal dan akhirnya meletus. Dalam pemuaian gas ada beberapa tipe yang terjadi, adalah sebagai berikut:

1. Pemuaian gas pada suhu tetap (Isotermal)
Dalam pemuaian gas pada suhu tetap yang terjadi adalah bahwa suhu udaranya tetap namun tekanannya naik, contohnya adalah saat memompa ban sepeda. Persamaan rumus dari pemuaian gas pada suhu tetap adalah:

P.V = tetap
      atau
P1 V1 = P2 V2

Keterangan:
P = Tekanan Gas (atm)
V = Volume Gas (L)

2. Pemuaian gas pada tekanan tetap (Isobar)
Pada pemuaian gas ini terjadi hukum gay lussac dimana gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Persamaa rumus tersebut adalah:

V1 / T1 = V2 / T2

Keterangan:
V = Volume  (L)
T = Suhu (K)

3. Pemuaian gas pada volume tetap (Isokhorik)
Pada pemuaian gas ini terjadi hukum boyle yaitu jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Persamaa rumusnya adalah sebagai berikut:

P1 / T1 = P2 / T2

Dapat diturnkan juga persamaa rumus :

P1.V1 / T1 = P2.V2 / T2

Keterangan :
P = Tekanan (atm)
V = Volume (L)
T = Suhu (K

F. KALORIMETER

Kalorimeter ini terdiri atas dua buah bejana dari tembaga yang kalor jenisnya belum diketahui. Bejana tembaga kecil diletakkan dalam bejana lain yang lebih besar. Agar kedua bejana tidak bersentuhan, diantara kedua bejana tersebut diletakkan isolator sebagai bahan penyekat kalor, contohnya gabus. Bahan isolator ini berfungsi untuk menahan kalor yang ada di dalam kalorimeter agar tidak keluar serta tidak ada kalor yang masuk dari luar. Umumnya tutup yang digunakan terbuat dari bahan kayu yang juga dapat berfungsi sebagai isolator yang baik. Pada tutupnya terdapat dua buah lubang yang berguna untuk meletakkan termometer dan pengaduk. Pada waktu sampel logam dimasukkan ke dalam kalorimeter, air di dalamnya tidak perlu diaduk agar sistem dapat mencapai keseimbangan termal dengan segera. Batang pengaduk ini biasanya terbuat dari bahan yang sama dengan bejana kalorimeter.

Termometer

Suhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda. Alat untuk mengukur suhu adalah termometer. Terdapat 4 macam skala yang biasanya digunakan untuk mengukur suhu, yaitu Celcius, Fahrenheit, Kelvin, dan Reamur.

Pada skala Celsius, suhu es mencair ditetapkan sebagai titik tetap bawah yang diberi nilai 0 ⁰C dan suhu air mendidih ditetapkan sebagai titik tetap atas yang diberi nilai 100 ⁰C.

Satu skala dalam derajat Celcius sama dengan satu skala dalam derajat Kelvin, sementara satu skala Celsius kurang dari satu skala Reamur dan satu skala Celcius lebih dari skala Fahrenheit. Secara matematis perbandingan keempat skala tersebut, yaitu:

Hubungan bacaan skala dari keempat termometer tersebut dapat dilihat di tabel:

Soal Dan Pembahasan

1.      Soal

Suatu batang logam yang terbuat dari aluminium panjangnya 2 m pada suhu 30 °C. Bila koefisien muai panjang aluminium 25 x 10^–6 /°C.Berapakah pertambahan panjang batang aluminium tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 50 °C.

Jawab :

Δl = l_o . α . Δt

= 2 . ( 25 x 10 ^-6 ) . (50 – 30 )

= 10 ^-3 m

Δl = 0,1 cm

2.      Soal

Jika besi sepanjang 20 m dengan koefisien muai panjang 1,2. 10^-5 /K dipanaskan dari suhu 0⁰C hingga 100⁰C, maka tentukan pertambahan panjangnya !

Jawab :

∆l = l_o .a. ∆t

∆l = 20 . 1,2.10^-5. (100– 0)

∆l =2,4.10^-3 m

Catatan :

Perubahan suhu dalam satuan derajat Celcius senilai dengan perubahan suhu pada Kelvin. Namun perlu diingat bahwa suhu derajat Celcius tidak senilai dengan Kelvin.

3.      Soal

Plat besi luasnya 4 m² pada 20 °C. Bila suhunya dinaikkan menjadi 100 °C maka berapa luasnya sekarang ?

Jawab:

α    = 11 x 10^-6/ °C

β    = 22 x10^-6/ °C

A_t  = A_o (1 + β . Δt )

      = 4 .[1 + 22 . 10^-6 . (100 - 20 ) ]

      = 4 [ 1 + 1760 . 10^-6 ]

      = 4 [ 1 + 0,00176 ]

      = 4,00704 m²

4.      Soal

Kaca seluas 2 m² , dengan koefisien muai panjang 8,5.10^-6 K, mengalami pemanasan dari suhu 20 °C hingga 120 °C. Tentukan luas akhir dari kaca !

Jawab :

A_t =A_o (1+ b.∆t)

A_t =2 (1+ 2 x 8,5.10^-6.(120 – 20 )

A_t =2,66 m²

5.      Soal

Sebuah balok kuningan mempunyai panjang 5 m, tinggi 2 m, dan lebar 1 m pada suhu 20 °C. Jika kalor jenis kuningan 1,8 . 10^-5 /K, tentukan volume kuningan pada suhu 120 °C !

Jawab :

V_t =V_o (1+ g.∆t)

V_t =(5 x 2 x 1) (1+3.x1,8.10^-5.(120 – 20 )

V_t =10,054 m³

6.      Soal

Suatu gas mula-mula volumenya V, berapa besarkah suhu harus dinaikkan supaya volumenya menjadi 2 kali volume mula-mula, dengan tekanan tetap.

Jawab

Diketahui :

V_o = V dan V_t = 2V

Ditanya : Dt ....?

V_t   = V_o ( 1 + 1/ 273 Δt )

2V = V ( 1+ 1/ 273 Δt )

2    = ( 1 + 1/ 273 Δt )

1    = 1/ 273 Δt

Δt  = 273 °C

Jadi suhu gas tersebut harus dinaikkan sebesar 273 °C

7.      Soal

Tentukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan 10 kg es pada suhu 0 °C. jika kalor lebur es 3,35. 10⁵ J/kg !

Jawab 

Q = m . L

Q = 10 kg . 3,35. 10 ⁵ J/kg

Q = 3,35. 10⁶ J

8.      Soal

Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es pada suhu 0 °C menjadi uap air pada suhu 100 °C ? (c _air = 4.200 J/kg K, L es = 336 J/ g, L uap = 2.260 J/g)

Jawab

Diketahui:
m _es    = 0 °C

t _air     = 0 °C

t_didih   = 100 °C

c _air    = 4.200 J/kg K

L es   = 336 J/ Gajahmungkur

L uap = 2.260 J/g

Ditanya : Q _{total……..?}

Jawab :

Q₁ = m _es x L _es

     = (2) x (336)

     = 672 Joule

Q₂ = m _es x c _air x ∆t

     = (2 x 10^-3)(4.200)(100)

     = 840 Joule

Q₃ = m_es x L _uap

     = (2) (2.260)

     = 4.520 Joule

Jadi
Q _total = Q₁ + Q₂ + Q₃

           = 672 + 840 + 4.520

           = 6.032 Joule

Soal Dan Pembahasan Suhu Dan Kalor

1. Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30 °C. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/gr °C, tentukan suhu akhir logam!
Pembahasan :
Di ket
Q = 12 kilojoule = 12000 joule
m = 2500 gram = 2,5 kg
T₁ = 30 °C
c = 0,2 kal/gr °C = 0,2 x 4200 joule/kg °C = 840 joule/kg °C
T₂ =...?
Q = mcΔT 12000 = (2,5)(840)ΔT
ΔT = 12000/2100 = 5,71 °C
T₂ = T + ΔT₁ = 30 + 5,71 = 35,71 °C

2. 500 gram es bersuhu −12 °C dipanaskan hingga suhu −2 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!
Pembahasan
Di ket :
m = 500 gram
T₁ = −12 °C T₂ = −2 °C
ΔT = T₂ − T₁ = −2 − (−12 ) = 10 °C
c = 0,5 kalori/gr °C
Q = ....?
Q = m.c.Δ.T
Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori
1 kalori = 4,2 joule
Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule

3. 500 gram es bersuhu 0 °C hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!
Pembahasan
Di ket :
m = 500 gram
L = 80 kalori/gr
Q = ....?
Q = mL
Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal

4. 500 gram es bersuhu 0 °C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!
Pembahasan
Di ket :
m = 500 gram
c_cair = 1 kalori/gr °C
L_es = 80 kalori/gr
Suhu akhir → 5 °C
Q = .....?
Untuk menjadikan es °0 C hingga menjadi air 5 °C ada dua proses yang harus dilalui:
→ Proses meleburkan es 0 °C menjadi air suhu 0 C, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori
→ Proses menaikkan suhu air 0 °C hingga menjadi air 5 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mc_air ΔT_air< = (500) (1)(5) = 2500 kalori
Kalor total yang diperlukan:
Q = Q₁ + Q₂ = 40000 + 2500 = 42500 kalori

5. 500 gram es bersuhu −10 °C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, kalor lebur es oadalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!
Pembahasan
Di ket :
m = 500 gram
c_es = 0,5 kalori/gr °C
c_air = 1 kal/gr °C
L_es = 80 kal/gr
Suhu akhir → 5 °C
Q = .....?
Untuk menjadikan es − 10 °C hingga menjadi air 5 °C ada tiga proses yang harus dilalui:
→ Proses untuk menaikkan suhu es dari −10 °C menjadi es bersuhu 0 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mc_es ΔT_es = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori
→ Proses meleburkan es 0 °C menjadi air suhu 0 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori
→ Proses menaikkan suhu air 0 °C hingga menjadi air 5 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₃
Q₃ = mc_air ΔT_air = (500)(1)(5) = 2500 kalori
Kalor total yang diperlukan:
Q = Q₁ +Q₂ + Q₃ = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori

6. Satu kilogram es suhunya - 2 °C, bila titik lebur es = 0 °C, kalor jenis es = 0,5 kal / g °C, kalor jenis air = 1 kal / g °C, kalor lebur es = 80 kal / g °C dan 1 kalori = 4,2 joule, maka kalor yang di perlukan untuk meleburkan semua itu adalah ....
Pembahasan :

Q = Q₁ + Q₂

= m.Δt.c + m.k

= 1000 (0 - (-2)) . 0,5 + 1000 . 80

= 1000 + 80.000

= 81.000 kalori

= 3,402 x 10⁵ Joule

SOAL DAN PEMBAHASAN

Soal No. 1
Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30^oC. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/gr^oC, tentukan suhu akhir logam!

Pembahasan

Data :
Q = 12 kilojoule = 12000 joule
m = 2500 gram = 2,5 kg
T₁ = 30^oC
c = 0,2 kal/gr^oC = 0,2 x 4200 joule/kg ^oC = 840 joule/kg ^oC
T₂ =...?

Q = mcΔT
12000 = (2,5)(840)ΔT
ΔT = ¹²⁰⁰⁰/₂₁₀₀ = 5,71 ^oC

T₂ = T₁ + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 ^oC

Soal No. 2
500 gram es bersuhu −12^oC dipanaskan hingga suhu −2^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!

Pembahasan
Data :
m = 500 gram
T₁ = −12^oC
T₂ = −2^oC
ΔT = T₂ − T₁ = −2^o − (−12 ) = 10^oC
c = 0,5 kalori/gr^oC
Q = ....?

Q = mcΔT
Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

1 kalori = 4,2 joule
Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule

Soal No. 3
500 gram es bersuhu 0^oC hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
L = 80 kalori/gr
Q = ....?

Q = mL
Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal

Soal No. 4
500 gram es bersuhu 0^oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g^oC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
c_air = 1 kalori/gr^oC
L_es = 80 kalori/gr
Suhu akhir → 5^oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es 0^oC hingga menjadi air 5^oC ada dua proses yang harus dilalui:
→ Proses meleburkan es 0^oC menjadi air suhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0^oC hingga menjadi air 5^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mc_airΔT_air = (500) (1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:
Q = Q₁ + Q₂ = 40000 + 2500 = 42500 kalori

Soal No. 5
500 gram es bersuhu −10^oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g^oC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
c_es = 0,5 kalori/gr^oC
c_air = 1 kal/gr^oC
L_es = 80 kal/gr
Suhu akhir → 5^oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es − 10^oC hingga menjadi air 5^oC ada tiga proses yang harus dilalui:
→ Proses untuk menaikkan suhu es dari −10^oC menjadi es bersuhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mc_esΔT_es = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

→ Proses meleburkan es 0^oC menjadi air suhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0^oC hingga menjadi air 5^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₃
Q₃ = mc_airΔT_air = (500)(1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:
Q = Q₁ +Q₂ + Q₃ = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori

Soal No. 6
200 gram air bersuhu 80^oC dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20^oC. Tentukan suhu campurannya!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m₁ = 200 gram
m₂ = 300 gram
ΔT₁ = 80 − t
ΔT₂ = t − 20
Suhu akhir = t = ......?

Q_lepas = Q_terima
m₁c₁ΔT₁ = m₂c₂ΔT₂
(200)(1) (80 − t) = (300)(1)(t − 20)
(2)(1)(80 − t) = (3)(1)(t − 20)
160 − 2t = 3t − 60
5t = 220
t = 44^oC

Soal No.7
Sepotong es bermassa 100 gram bersuhu 0°C dimasukkan kedalam secangkir air bermassa 200 gram bersuhu 50°C.

Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C, kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor lebur es 80 kal/gr dan cangkir dianggap tidak menyerap kalor, berapa suhu akhir campuran antara es dan air tersebut?

Pembahasan
Soal di atas tentang pertukaran kalor / Asas Black. Kalor yang dilepaskan air digunakan oleh es untuk mengubah wujudnya menjadi air dan sisanya digunakan untuk menaikkan suhu es yang sudah mencair tadi.



dengan Q₁ adalah kalor yang dilepaskan air, Q₂ adalah kalor yang digunakan es untuk melebur/mencair dan Q₃ adalah kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu es yang telah mencair.

Berikutnya adalah contoh soal tentang pencampuran air panas dan air dingin dengan memperhitungkan kalor yang diserap oleh bejana atau wadahnya:

Soal No. 8
Air bermassa 100 g bersuhu 20°C berada dalam wadah terbuat dari bahan yang memiliki kalor jenis 0,20 kal/g°C dan bermassa 200 g. Ke dalam wadah kemudian dituangkan air panas bersuhu 90°C sebanyak 800 g. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/g°C, tentukan suhu akhir air campuran!

Pembahasan
Kalor yang berasal dari air panas 90°C saat pencampuran, sebagian diserap oleh air yang bersuhu 20° dan sebagian lagi diserap oleh wadah. Tidak ada keterangan terkait dengan suhu awal wadah, jadi anggap saja suhunya sama dengan suhu air di dalam wadah, yaitu 20°C.

Data :
-Air panas
m₁ = 800 g
c₁ = 1 kal/g°C

-Air dingin
m₂ = 100 g
c₂ = 1 kal/g°C

-Wadah
m₃ = 200 g
c₃ = 0,20 kal/g°C



Q_lepas = Q_terima
m₁c₁ΔT₁ = m₂c₂ΔT₂ + m₃c₃ΔT₃



Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut! Dua buah logam terbuat dari bahan yang sama disambungkan.



Jika panjang logam P adalah dua kali panjang logam Q tentukan suhu pada sambungan antara kedua logam!

Pembahasan
Banyaknya kalor persatuan waktu yang melalui logam P sama dengan kalor yang melalui logam Q. Gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi :



Soal No. 10
Logam P yang ujungnya bersuhu 10°C disambung dengan logam Q yang suhu ujungnya 115°C seperti gambar berikut!



Konduktivitas thermal logam P adalah 2,5 kali dari konduktivitas thermal logam Q. Jika luas penampang kedua batang sama, maka suhu sambungan antara logam P dan Q adalah.....
A. 20°C
B. 30°C
C. 40°C
D. 50°C
E. 60°C

Pembahasan
Data:
Kp : Kq = 2,5 : 1
Luas dan panjangnya sama.

suhu sambungan = x =....?

Dari perpindahan kalor secara konduksi:



Misal suhu sambungan adalah x, dengan luas (A) dan panjang (L) yang sama dan
ΔTp = x − 10
ΔTq = 115 − x

diperoleh suhu sambungan:



Soal No. 11
Sebuah jendela kaca suatu ruangan tingginya 2 m, lebarnya 1,5 m dan tebalnya 6 mm. Suhu di permukaan dalam dan permukaan luar kaca masing-masing 27°C dan 37°C.



Jika konduktivitas termal = 8 x 10⁻¹ Wm⁻¹K⁻¹, tentukan jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu setiap sekon !

Pembahasan
Data:
Konduktivitas termal k = 8 x 10⁻¹ Wm⁻¹K⁻¹
Luas A = 2 m × 1,5 m = 3 m²
Selisih suhu ΔT = 37 − 27 = 10°C
Panjang pada arah aliran kalor L = 6 mm = 6 × 10⁻³ m
Q/t =........

Dari rumus konduksi:



masuk data:



Soal No. 12
Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10^-6/°C, dan bervolume 0,05 m³ diisi penuh dengan bensin yang memiliki koefisien muai ruang 950 x 10^-6/°C pada temperatur 20°C. Jika kemudian tangki ini dipanaskan sampai 50°C, tentukan besar volume bensin yang tumpah! (Sumber : Soal SPMB)

Pembahasan



Soal No. 13
Plat baja dipanaskan hingga suhunya mencapai 227°C hingga kalor radiasi yang dipancarkan sebesar E J/s. Jika plat terus dipanasi hingga suhunya mencapai 727° tentukan kalor radiasi yang dipancarkan!

Pembahasan
Data :
T₁ = 227°C = 227 + 273 = 500 K
T₂ = 727°C = 727 + 273 = 1000 K

Kalor yang diradiasikan oleh suatu permukaan benda berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya, sehingga:


Soal No. 14
Panjang batang rel kereta api masing-masing 10 meter, dipasang pada suhu 20°C. Diharapkan pada suhu 30°C rel tersebut saling bersentuhan. Koefisien muai rel batang rel kereta api 12×10^–6 /°C. Jarak antara kedua batang yang diperlukan pada suhu 20°C adalah...
A. 3,6 mm
B. 2,4 mm
C. 1,2 mm
D. 0,8 mm
E. 0,6 mm
(Soal Ebtanas 1988)

Pembahasan
Dengan asumsi rel sebelah kiri memanjang ke kanan sebesar Δl dan rel sebelah kanan memanjang ke kiri sebesar Δl, maka lebar celah yang diperlukan d adalah sama dengan dua kali Δl



sehingga



Soal No. 15
Sebuah wadah terbuat dari logam yang memiliki kalor jenis 350 J/kg °C. Jika massa wadah adalah 500 gram, tentukan kapasitas kalor dari wadah!

Pembahasan
Hubungan massa (m), kalor jenis (c) dan kapasitas kalor (C) sebagai berikut:

C = mc

Data:
c = 350 J/kg °C
m = 500 gram = 0,5 kg
C =.......

C = mc
C = 0,5(350)
C = 175 J/°C

Soal No. 16
Sebuah kalorimeter awalnya memiliki suhu 20°C. Air sebanyak 0,2 kilogram yang bersuhu 34°C kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter.



Jika suhu akhirnya 30°C, dan anggap saja pertukaran kalor hanya terjadi antara air dan kalorimeter, tentukan kapasitas kalor dari kalorimeter! Kalor jenis air = 4200 J/kg°C.

Pembahasan
Data:
Kalorimeter
ΔT_kal = 30 - 20 = 10°C
C_kal =.....

Air
m_air = 0,2 kg
ΔT_air = 34 - 30 = 4°C
c_air = 4200 J/kg°C

Catatan:
C (ce besar)untuk lambang kapasitas kalor.
c (ce kecil) untuk lambang kalor jenis.
Jika massa tidak diketahui di soal bisa dicari dari rumus massa jenis atau rapat massa ρ = m/V atau m = ρV

Soal No. 17
Pemanas air dari 210 watt, digunakan untuk memanaskan 2 liter air. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan kalor jenis air 4200 J/kg°C, perkirakan lama waktu yang diperlukan untuk kenaikan suhu air sebesar 36°C!

Pembahasan
Hubungan materi suhu dan kalor dengan energi dan daya listrik:

Massa air yang dipanaskan
m = ρ V
m = 1000 kg/m³ x (2 x 10⁻³ m³ )= 2 kg

Waktu yang diperlukan, energi dari pemanas W = Pt diubah menjadi panas atau kalor Q = mcΔT untuk menaikkan suhu benda.
W = Q
Pt = mcΔT
(210)t = 2(4200)(36)
t = 1440 sekon = 1440 / 60 = 24 menit

Soal No. 18
Sebuah pemanas dengan daya 100 watt digunakan untuk memanaskan air. Jika 90% dayanya terpakai untuk memanaskan 300 gram air selama 1 menit dan suhu air mula-mula 25°C, kalor jenis air 4200 J/kg °C , Tentukan suhu akhir air!

Pembahasan
Data:
P = 100 watt
m = 300 gram = 0,3 kg
t = 1 menit = 60 detik
T₁ = 25°C
c = 4200 J/kg °C
η = 90%
T₂ =............

Efisiensinya (η) adalah 90%, artinya hanya 90% dari energi listrik (W) yang diubah menjadi panas (Q):
Q = η W
mcΔT = 90% (Pt)
0,3(4200)ΔT = 90/100 (100)(60)
ΔT = 4,29 °C

Kenaikan suhunya sebesar 4,29°C, jadi suhu akhirnya adalah T₂ = 25°C + 4,29°C = 29,29°C

1. Suhu sebuah benda jika diukur menggunakan termometer celsius akan bernilai 45. Berapa nilai yang ditunjukkan oleh termometer Reamur, Fahrenheit dan kelvin ?
Diketahui
T = 5⁰C
Ditanya
a. T⁰R . . . . ?
b. T⁰F. . . . ?
c. T K . . . . ?
Jawab :
a. T⁰C = 4/5 (T) ⁰R
= 4/5 (45) ⁰R
= 36⁰R
b. T⁰C = (9/5 x T) + 32 ⁰F
= (9/5 X 45) + 32 ⁰F
= 113 ⁰F
c. 45⁰C = 318 K
Jadi benda itu ketika diukur dengan temometer Reamur akan menunjukkan 36⁰R, diukur dengan termometer fahrenheit menunjukkan 113⁰F dan 318 ketika diukur dengan termometer Kelvin.

2. Berapa kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 kg air yang bersuhu 20⁰C menjadi 100⁰C jika diketahui kalor jenis air 1000 J/kg⁰C ?
Diketahui :
m = 1 kg
c = 1000 J/kg⁰C
ΔT = 100⁰C - 20⁰C = 80⁰C
Ditanya :
Q . . . ?
Jawab :
Q = m. c ΔT
Q = 1. 1000. 80
Q = 80.000 J
Jadi kalor yang

Jadi kalor jenis aluminium tersebut bernilai 300J/kg⁰C

4. Tentukan banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500gram es yang bersuhu - 12⁰C menjadi - 2⁰C. Nyatakan dalam satuan joule jika diketahui kalor jenis es 0.5 kalori/gr⁰C !
Diketahui :
m = 500 gram
c = 0.5 kal/gr⁰C
ΔT = -2 ⁰C – (-12⁰C) = 10⁰C
Ditanya :
Q . . . ?
Jawab :
Q = m.c.ΔT
Q = (500).(0.5).(10)
Q = 2500 kalori

Ingat1 kalori = 4.2 joule maka,
2500 (4.2) = 10.500 Joule
Jadi kalor yang diperlukan utuk memanaskan es tersebut sebesar 10.500Joule.

5. Sebuah benda bersuhu 5⁰C menyerap kalor sebesar 1500 joule sehingga suhunya naik menjadi 32⁰C. Tentukan kapasitas kalor benda tersebut !
Diketahui :
Q = 1500 J
ΔT = 32⁰C – 5 ⁰C = 27⁰C = 300K
Ditanya :
C . . . ?
Jawab :
C = Q / ΔT
C = 1500J / 300K
C = 5J/K
Jadi kapasitas kalor benda tersebut sebesar 5J/K.