besaran kalor, hukum asas black, pemuaian dan perpindahan kalor (FISIKA)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang Masalah

Saat musim panas tiba, cuaca akan terasa panas sehingga kita butuh pendinginan udara untuk menyejukan udara disekitar kita. Namun jika musim dingin tiba, udara menjadi dingin dan kita berangkat tidur dengan menggunakan selimut yang rapat, bahkan keluar rumah memakai pakaian yang tebal. Pendinginan udara dan selimut yang kita gunakan tersebut menerapkan konsep kalor dan perubahannya. Keadaan panas atau dingin yang dialami oleh benda selanjutnya disebut suhu. Suhu adalah besaran yang dapat digunakan untuk menunjukan derajat panas ataudingin suatu benda. Sedangkan kalor adalah energi yang diterima atau dilepaskan oleh suatu benda, sehingga temperatur benda tersebut naik atau turun dan mengalami perubahan wujud. Kalor merupakan salah satu bentuk energi.

1.2  Rumusan masalah

1.      Apa yang dimaksud besaran kalor ?

2.      Apa itu hukum asas black ?

3.      Bagaimana proses pemuaian ?

4.      Bagaimana kalor berpindah ?

5.      Apa yang dimaksud dengan konduksi, konveksi, dan radiasi ?

1.3  Tujuan

1.      Untuk mengetahui besaran kalor

2.      Untuk mengetahui hukum asas black

3.      Untuk memahami proses pemuaian

4.      Untuk memahami perpindahan kalor

5.      Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan konduksi, konveksi. Dan radiasi.

BAB II

PEMBAHASAN

1.4  Besaran kalor

Satuan kalor adalah Joule. Ada juga satuan kalor (panas) yang lain, yaitu kalori. Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1˚C pada massa 1 gram air.

Besaran kalor yang dilepas atau yang deserap oleh benda akan berbanding lurus dengan massa benda, kalor jenis benda, dan perubahan suhu.

Q = m · c · ΔT

Keterangan :

Q    =  Kalor (joule)

M   =  Massa zat (kg)

c     =  Kalor jenis benda (J/Kg˚C)

ΔT  =  Perubahan suhu (˚C)

a. Kapasitas kalor

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1˚C atau 1 k.

C = Q͟

ΔT          atau                 C = m · c

Keterangan :

Q    =   Kalor (Joule)

ΔT  =   Perubahan suhu (˚C atau K)

c      =  Kalor jenis (J/Kg˚C)

m     =   Massa Zat (Kg)

Contoh Soal :

Berapakah kapasitas kalor dari 5 Kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis Kal/g˚C ?

Diketahui :

m = 5 Kg = 5.000 g

C  = 2 kal/g˚C

Jawaban :

Q = m · C

Q = 5.000 · 2 = 10.000 kal/˚C

b. Kalor jenis

Bilangan yang menunjukan berapa kalori panas (kalor) yang diperlukan tiap satu gram zat terseebut untuk menaikan suhunya sebesar 1˚C. Kalor jenis dapat dikatakan sebagai perbandingan antara kapasitas panas dengan massa benda atau banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1˚C dari satu kilogram zat tersebut.

c =  __Q__

        m · ΔT

c. Kalor lebur dan kalor didih

Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diserap untuk mengubah 1 gram zat dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya. Sedangkan kalor didih adalah banyaknya kalor yang diserap untuk mengubah satu gram zat dari wujud cair menjadi uap pada titik didihnya.

Q = m · L

Keterangan :

L = Kalor lebur atau didih (J/Kg)

1.5  Hukum Asas Black

Qlepas = Qterima

“kalor yang dilepaskan oleh suatu benda sama dengan kalor yang diterima oleh benda lain ketika bersentuhan.”

1.6  Pemuaian

a. Pemuaian zat padat

Jika suatu zat padat dipanaskan, maka akan terjadi pemuaian yang meliputi muai panjang, muai luas, dan muai volume. Muai panjang zat padat dapat dicirikan dengan koefisien muai panjang. Sedangkan koefisien muai ruang menunjukkan karakteristik muai volume untuk zat padat. Dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

l = l0 (1+α . ΔT) atau l = [1+α l0 (T-T˳)

A = A˳ (1+ß . ΔT) atau A = A˳ [1+ß (T-T˳)

V = V˳ (1+γ . ΔT) atau V = V˳ [1+γ (T-T˳)

Keterangan :

α    =  koefisien muai panjang (/˚C atau /K)

ΔT  = T – T˳ = perubahan suhu (˚C atau K)

T˳   = suhu mula-mula (˚C atau K)

T    = suhu akhir (˚C atau K)

l0   = panjang mula-mula (m)

l    = panjang akhir (m)

ß    = koefisien muai luas (/˚C atau /K)

A˳  = luas mula-mula (m2)

At  = luas akhir (m2)

γ    = koefisien muai ruang (/˚C atau /K)

V   = Vt-V˳ = perubahan volume (m3)

V˳  = volume mula-mula (m3)

Vt  =  volume akhir (m3)

Koefisien muai panjang suatu zat adalah bilangan yang menyatakan pertambahan panjang tiap satuan panjang bila suhunya dinaikan 1˚C.

b. pemuaian zat cair

Pada pemuaian zat cair, terdapat istilah anomali air (keanehan sifat air). Air yang dipanaskan dari suhu 0˚C sampai dengan 4˚C tidak akan mengalami pemuaian akan tetapi mengalami penyusutan. Sehingga pada suhu 4˚C, volume ir akan mencapai nilai minimum dan massa jenis air akan mencapai nilai maksimum.

c. Pemuaian zat gas

Koefisien muai zat gas menurut percobaan Jacques Charles sebesar 1 : 273˚C. Menurutnya jika gas dipanaskan, volume dan tekanannya berubah.

1. Pemuaian gas pada tekanan tetap

Jika tekanan gas tetap, maka volume gas berbanding lurus dengan suhunya.

V/T = C atau V1/T1 = V2/T2

2. pemuaian gas pada volume tetap

Tekanan gas berbanding lurus dengan suhunya pada volume tetap.

P/T = C atau P1/T1 = P2/T2

3. pemuaian gas pada suhu tetap

Tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas (hukum boyle).

P . V = C atau P1 . V1 = P2 . V2

1.7  Perpindahan kalor

Menurut hukum kekekalan energi, kalor dapat mengalami perubahan bentuk. Dalam perubahan bentuknya kalor mengalami distribusi atau perpindahan. Prpindahan kalor terjadi pada benda bersuhu tinggi (panas) ke benda yang bersuhu lebih rendah (dingin).

1. Konduksi

Perpindahan kalor secara induksi adalah perpindahan kalor melalui zat perantaradenga tidak disertai perpindahan partikel-paetikel zat tersebut secara permanen. Contohnya adalah saat kita memanaskan batang logam diatas api, maka ujung yang lain yang kita pegang akan terasa panas.

Rumus :

H = ͟Q = k . A . ͟ΔT

       t               l

Keterangan :

H  = kalor yang merambat per satuan waktu (J/s atau watt)

l  = panjang batang (m)

k   = koefisien konduksi termal zat (J/msK atau W/mK)

Q  = banyaknya kalor (Joule)

A  = luas penampang batang (m2)

ΔT = perubahan suhu (K)

T   = slang waktu (sekon)

2. konveksi

Perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zatnya, yang biasanya terjadi pada zat cair dan gas (fluida = zat yang dapat mengalir).

a. Konveksi alamiah, merupakan perpindahan kalor dengan mengalirkan partikel-partikel seperti air dan gerakan atau aliran kalor terjadi akibat perbedaan mass jenis. Contoh perpindahan panas pada saat merebus air, dan peristiwa terjadinya angin darat mupun angin laut.

b. Konveksi paksa, merupakan perpindahan kalor dimana aliran panas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju dengan bantuan alat tertentu. Contoh kipas angin atau blower mobil dll.

Jumlah energi kalor per satuan waktu diterima oleh fluida bergantung pada perbedaan suhu kesua permukaan zat cair (ΔT) dan luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida.

Rumus :

 ͟Q = h . A . ΔT   atau   H = h . A . ΔT

  t

Keterangan :

Q  = banyaknya kalor (Joule)

h   = koefisien konveksi termal (J/sm2˚C)

A   = luas penampang perppindahan kalor (m2)

ΔT = perubahan suhu (K)

H  = jumlah kalor persatuan waktu (J/s)

3. Radiasi

Perpindahan kalor secara radiasi merupakan perpindahan panas yang terjadi tanpa melalui zat perantara. Sebagai contoh radiasi dari sinar matahari.

Rumus :

H = A . e . ơ . T4

Keterangan :

H = energi yang dipancarkan atau diserap per satuan waktu (J/sm2 atau watt/m2)

A = luas penampang benda (m2)

E = emivisitas permukaan (0 ͟< e ͟< 1)

ơ  = konstanta stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 watt/m2k4)

T  = suhu mutlak (K)

Emivisitas benda menyatakan seberapa besar pancaran radiasi kalor suatu bendsa dibandingakan dengan benda hitam sempurna dan besarnya bergantung pada sifat permukaan benda. Untuk benda hitam sempurna harga e = 1, benda-benda lain harga koefisien emivisitasnya lebih kecil dari pada satu, sedangkan untuk benda berwarna putih sempurna e = 0.

Energi yang dipancarkan oleh sebuah benda dalam satuan joule ditentukan dengan prsamaan berikut :

W =  e . ơ . T4 . A . t

Jika dibandingan terhadap lingkungan yang bersuhu T0 persamaannya akan menjadi :

W =  e . ơ . (Tt4 – Tn4) . A . t

Persamaan konsep radiasi dalam kehidupan sehari-hari contohnya, pembakaran pada alat pemanggang (oven), pengeringan kopi dan tembakau dll.

BAB III

PENUTUP

1.8  Kesimpulan

Kalor adalah energi yang diterima atau dilepaskan oleh sebuah benda, sehingga temperatur benda tersebut naik atau turun dan mengalami perubahan wujud. Beberapa sifat termometrik suatu zat, yaitu volume gas pada tekanan tetap, tekanan gas pada volume tetap, hambatan listrik zat, dan warna benda pijar. Beberapa besaran kalor, antara lain : kapasitas kalor, kalor jenis, kalor lebur, dan kalor didih. Asas black menyatakan bahwa “kalor yang dilepaskan oleh suaatu benda sama dengan kalor yang diterima oleh benda lain ketika bersentuhan”.

Dalam pembuatan makalah ini saya menyadari bahwa masih terdapat banyak kesalahan baik dalam penulisan maupun isi. Maka dari itu, saya mohon kritik dan saran yang bersifat membangun, demi perbaikan dimasa mendatang.

DAFTAR PUSTAKA

1. Tri, Widodo. 2009. FISIKA untuk SMA dan MA kelas X (BSE). Jakarta: Pusbuk.

2. supiyanto, 2006. Fisika SMA untuk kelas X. Jakarta.: Erlangga.