2. KALOR
DIDEFINISIKAN SEBAGAI SESUATU YANG
DIPINDAHKAN DIANTARA SEBUAH SISTEM DAN
LINGKUNGANNYA SEBAGAI AKIBAT ADANYA
PERBEDAAN TEMPERATUR. SATUAN KALOR
ADALAH KALORI. SATU KALORI ADALAH
BANYAKNYA KALOR YANG DIBUTUHKAN UNTUK
MENAIKKAN TEMPERATUR 1 GRAM AIR DARI
14,50
C SAMPAI 1 15,50
C.
KAPASITAS KALOR :
KALOR YANG DIBUTUHKAN UNTUK MENAIKKAN
TEMPERATUR BENDA TERGANTUNG PADA
MASSA DAN JENIS BENDA.
SEDANG PERBANDINGAN ANTARA BANYAKNYA
KALOR ∆Q YANG DIBUTUHKAN OLEH BENDA
UNTUK MENAIKKAN TEMPERATURNYA SEBESAR
∆T
3. C = ∆Q /∆T
Kapasitas kalor persatuan massa disebut
kalor jenis
c = kapasitas kalor/massa = C/m
Kapasitas kalor molar adalah kapasitas kalor
per mol .
c’ = C/n
Dari definisi di atas maka kalor yang
dibutuhkan oleh benda bermassa m yang
kapasitas kalor C untuk mengubah
temperaturnya dari T1 dan T2 adalah :
4. Q = ∆C.∆T = m c ∆T
Q = ∆C.∆T = m c’ ∆T
AZAZ BLACK :
KALOR YANG DILEPAS SAMA
DENGAN KALOR YANG DITERIMA
DALAM SUATU SISTEM
5. CONTOH SOAL
Satu kg es(1000g) bersuhu -20o
C dipanaskan
hingga menjadi uap air yang suhunya 120o
C .
Berapa kalori yang diperlukan untuk pemanasan
ini, bila diketahui :
kalor jenis es = 0,5 kalori/gram.K
kalor jenis air = 1 kalori/gram.K
kalor jenis uap air = 0,24 kalori/gram.K
kalor peleburan es = 80 kalori/gram
kalor penguapan = 540 kalori/gram
titik lebur es = 0o
C .
titik didih air = 100o
C .
7. Tahap I , untuk menaikkan suhu es -20o
C menjadi 0
o
C diperlukan kalor:
Q1 = m C ∆t
Q1 = 1000.0,5.20 = 10.000
TAHAP II, untuk meleburkan es 0 o
C menjadi air 0 o
C
diperlukan kalor:
Q2 = m .L lebur
Q2 = 1000.80 = 80.000
TAHAP III, untuk menaikkan suhu air 0 o
C menjadi
100 o
C diperlukan kalor:
Q3 = m. C ∆t
Q3 = 1000.1.100 = 100.000
TAHAP IV, untuk menguapkan air 100 o
C menjadi
100 o
C diperlukan kalor:
Q4 = m.L uap
Q4 = 1000.540= 540.000
8. TAHAP V, untuk menaikkan suhu uap 100 o
C
menjadi uap 120 o
C diperlukan kalor:
Q5 = m C ∆t
Q5 = 1000.0,24.20 =4800
Q seluruhnya :
= Q1 +Q2 +Q3 + Q4 +Q5
= 10.000+80000+100000+540000+4800
= 734.800
Jadi, banyaknya kalor yang diperlukan untuk
memanaskan 1 kg es -20 o
C menjadi uap air 120
o
C = 734.800 kalori
10. KONDUKSI
perpindahan kalor melalui zat perantara, tetapi
zat perantara tersebut tidak ikut berpindah atau
bergerak. Contoh perpindahan kalor secara
konduksi adalah pada kegiatan perpindahan
panas dengan perantara yang bersifat konduktor,
Contoh perpindahan kalor secara konduksi antara
lain :
a. Sendok akan terasa panas ketika kita
mengaduk teh manis yang baru diseduh.
b. Ujung logam yang dibakar ketika kita pegang
pada ujung yang lainnya akan terasa panas juga
c. Blueband akan meleleh ketika ketika di
panaskan pada wajan.
11.
12. • 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 juga termasuk proses
konduksi yang terjadi dalam kehidupan
sehari-hari
13. , BAHAN DIGOLONGKAN MENJADI:
1. PENGHANTAR PANAS (KONDUKTOR) YANG BAIK
UMUMNYA BENDA YANG MERUPAKAN
PENGHANTAR LISTRIK YANG BAIK MERUPAKAN
PENGHANTAR PANAS YANG BAIK PULA
MISALNYA : LOGAM, DALAM LOGAM TERDAPAT
BANYAK ELEKTRON-ELEKTRON BEBAS ATAU
MOLEKUL YANG MEMEGANG PERANAN PENTING
DALAM PENGHANTARAN ENERGI PANAS DARI
BAGIAN LOGAM BERTEMPERATUR TINGGI KE
BAGIAN LOGAM BERTEMPERATUR RENDAH.
14. 2. PENGHANTAR TEMPERATUR YANG BURUK,
ADALAH BAHAN YANG KEMAMPUAN
MENGHANTARKAN PANASNYA LEBIH RENDAH
DARI JENISNYA HAL INI DISEBABKAN OLEH
GERAKAN (VIBRASI) ATOM-ATOM ATAU
MOLEKUL-MOLEKULNYA
MISALNYA : GELAS, PLASTIK, KAYU DLL
3.ISOLATOR PANAS : BAHAN YANG KECIL SEKALI
KEMAMPUANNYA UNTUK MENGHANTARKAN
PANAS KARENA UMUMNYA BAHAN INI BERPORI
DAN MEMPUNYAI RAPAT MASSA YANG RENDAH
MISALNYA : WOOL, MINERAL, GABUS DLL.
15. PERPINDAHAN PANAS SECARA KONDUKSI YANG
DIBICARAKAN DISINI TERBATAS PADA KONDISI STEADY
(MANTAP). MISALNYA SEBUAH LEMPENG BAHAN YANG
LUAS PENAMPANGNYA A DAN TEBALNYA ∆X . KEDUA
PERMUKAANNYA MEMPUNYAI TEMPERATUR YANG
BERBEDA. PANAS ∆Q YANG MENGALIR DALAM ARAH
TEGAK LURUS DIUKUR DALAM WAKTU ∆T.DARI HASIL
PERCOBAAN MENUNJUKKAN BAHWA PANAS ∆Q
SEBANDING DENGAN ∆T DAN SEBANDING DENGAN LUAS
PENAMPANG A UNTUK BEDA TEMPERATUR ∆T. PANAS ∆Q
SEBANDING DENGAN DENGAN ∆T/ ∆X SECARA
MATEMATIS SEBAGAI BERIKUT:
∆Q ά A ∆T
∆t ∆ X
16. • untuk ketebalan lempeng sangat
kecil dx, dan perbedaan tenperatur
dt, hukum hantaran panas h sebesar :
h = - ka dt
dx
h adalah arus panas yaitu banyaknya
panas yang melalui bidang
penampang A tiap satuan waktu.
Satuan H joule/det atau kalori/detik
17.
18. dt
dx disebut gradien temperatur dan K
adalah konduktivitas. Gambar di atas
terlihat batang dengan panjang L dan
luas penampang A, ujung batang
bertemperatur T1 dan T2. batang
dibalut dengan isolator dan dalam
keadaan steady sehingga arus panas
disemua penampang sama, dengan
persamaan sebagai berikut:
19. H dX = - KA dT
L T2
∫ H dX = ∫ KA dT
0 T1
H = - KA (T1 –T2) = KA (T1 – T2)
L L
21. Pada gambar diatas dimana
dinding luas penampang L1 dan L2
dan konduktivitas K1 dan K2 jika
T2>T1 maka panas akan mengalir
dari T2 ke T1.
Misalkan batas dua dinding
temperatur TX, maka arus panas
pada masing-masing dinding
adalah ;
H2 = K2A (T2 –T1)
L2
22. H1 = K1A (Tx –T1)
L
maka ;
T2 –Tx + Tx –T1 = H2L2 + H1L1
K2A K1A
Pada keadaan steady maka H2 = H1 =H
T2 – T1 = H L2 + L1
A K2 K1
Atau ;
H = A (T2 – T1)
L2 + L1
K2 K1
23. untuk n lapis ;
H = A (T2 – T1)
n Li
∑ Ki
i=1
Soal ;
Batang tembaga panjangnya 60 cm,
sedang batang kayu penampangnya sama
dengan penampang tembaga , tetapi
panjangnya 25 cm. Jika diketahui
konduktivitas tembaga 386,4 J/det.m.K
dan konnduktivitas termal kayu 0,10
J/det.m.K, ujung tembaga suhunya 1000 K
sedang ujung kayu 303K tentukan :
a. Suhu pada sambungan
b. Arus panasnya
24. Jawab ;
a. tembaga kayu
T1 = 1000 K Tx T2 303 K
Setarakan satuan ;
60 cm = 0,6 m
3 cm2
= 3.10-4
m2
25 cm = 0,25 m
Arus panas yang mengalir pada batang tembaga :
H1 = K1. A (T1 - Tx )
L1
= 386,4 . 3. 10-4
. (1000 –Tx) = 193,2 – 0,1932Tx
0,6
25. batang kayu ;
H2 = K2. A (Tx - T2 )
L2
= 0,1 . 3.10-4
(Tx - 303 )
0,25
= 0,00012 .Tx - 0,03636
Dalam kondisi steady maka H1 =H2
Sehingga ;
193,2 – 0,1932Tx = 0,00012 .Tx - 0,03636
0,1932Tx = 193,236
Tx = 999,565
b. H1 = K1 .A (T1 –Tx)/L1
= 386,4 . 3.10-4
(1000-999,565)
=0,0504 joule/det
26. konveksi
Perpindahan panas dari suatu tempat ke tempat
lain karena bahannya sendiri yang berpindah, hal
ini berarti terjadi pada fluida. Bentuk matematisnya
sangat rumit karena panas yang masuk dan keluar
pada fluida tergantung pada berbagai hal yaitu ;
1. bentuk permukaan;
melengkung,horisontal dan vertikal
2 jenis fluida; cair atau gas
3.karakteristik fluida ;
rapat massa, kekentalan, panas jenis
4. kecepatan fluida
5.keadaan fluida ; penguapan,
pengembunan
27. • Konveksi adalah proses perpindahan kalor
dengan disertainya perpindahan partikel.
Konveksi ini terjadi umumnya pada zat fluid
(zat yang mengalir) seperti air dan udara.
Konveksi dapat terjadi secara alami
ataupun dipaksa.
Konveksi alamiah misalnya saat memasak
air terjadi gelembung udara hingga
mendidih dan menguap. Sedangkan
konveksi terpaksa contohnya hair dryer
yang memaksa udara panas keluar yang
diproses melalui alat tersebut.
29. • 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.
30. • 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
bawah ini:
31.
32. Radiasi
Adalah pancaran energi secara terus menerus dari
permukaan suatu benda. Energi ini disebut juga
energi radian yang dipancarkan dalam bentuk
gelombang elektromagnetik. Laju pancaran energi
permukaan sebanding dengan temperatur mutlak
pangkat empat yang dinyatakan dalam hukum
Stefan
R = e σ T4
R = laju pancaran energi per satuan luas
permukaan dalam J/s m2
atau W/m2
σ = konstanta bolzman =5,6696.10-8
W/m2 K4
e = emisivitas permukaan yang berharga
0< e < 1
33. • Bagaimanakah proses radiasinya?
matahari adalah sumber cahaya di bumi,
sinarnya masuk ke bumi melewati filter
yang disebut atmosfer, sehingga cahaya
yang masuk ke bumi adalah cahaya yang
tidak berbahaya. Cahaya yang masuk ke
bumi melalui lapisan atmosfer itu dikenal
dengan gelombang elektromagnetik yang
terbagi ke dalam gelombang pendek dan
gelombang panjang. Seperti Radio, TV,
Radar, Inframerah, Cahaya Tampak,
Ultraviolet, Sinar X dan Sinar Gamma.
34.
35.
36. Sebuah lampu berbentuk bola dengan
jari-jari 15 cm bersuhu 627 o
C diletakkan
pada suatu ruangan laboratorium
percobaan yang bersuhu 27 o
C. Jika
diketahui emisivitas bola lampu = 0,35
dan tetapan boltzman 5,6696.10-8
W/m2
K4
maka tentukanlah ;
a. laju pancaran energi lampu persatuan
luas
b. daya radiasi atau pancarannya
37. Jawab :
Suhu dalam satuan celcius diubah dalam
satuan kelvin
T1 = 627 o
C = 627 +273 K = 900 K
t2 = 27 o
C = 27 + 273 K = 300 K
a. Rumus = R = e σ (T14 –
T24
)
= 0,35. 5,6696.10-8
.(9004
-3004
)
= 1,286 .104
watt/m2
b. Rumus W = A.R = ¶ r2
R
= 3,14.(0,152
) . 1,286 .104
38. Contoh soal perpindahan panas secara
konduksi
Batang logam A dan batang logam B mempunyai
luas penampang yang sama, salah satu ujung
batang A dan batang B dihubungkan rapat-rapat.
Suhu ujung batang A dan B yang bebas dijaga
konstan dengan suhu masing-masing T1 dan T2
dimana T1 > T2 . Jika koefisien konduksi panas
A dan B masing-masing K dan ½ K dan panas
terkonduksi dalam keadaan steady satu dimensi
maka tentukan temperatur pada suatu titik yang
berjarak 1/4 L dari ujung B yang bebas L panjang
batang B.
39. A B L/4
T1 k 1 ½ L T2
P Q S R
Dari P ke Q :
H = kA T1 - TQ
L
Dari Q ke R :
H = ½ kA TQ – T2
L
Dalam keadaan steady
H = kA T1 - TQ H = kA ½ kA TQ – T2
L L
40. kA T1 – TQ = ½ kA TQ – T2
L L
TQ = 2 T1 + 3T2
5
Dari Q ke S
H = ½ kA TQ – Ts
3/4 L
Dari S ke R
H = ½ kA Ts – T2
1/4 L
Karena persamaan 4=5
TQ – Ts = Ts – T2
¾ ¼
Ts = TQ + 3T2
4
Subsitutusikan TQ ke Ts maka TS = T1 + 9T2
10
