Dokumen tersebut membahas tentang konsep suhu, kalor, dan perpindahan kalor, termasuk pengukuran suhu, pengaruh kalor terhadap zat, jenis kalor, perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi, serta asas Black.

1. Penerbit Erlangga

2. 


Menguasai konsep suhu dan kalor.
Menguasai pengaruh kalor terhadap zat.
Memahami konsep perpindahan kalor dan
manfaatnya.

3. 





Pengukuran Suhu
Kalor
Pengaruh Kalor Terhadap Zat
Perpindahan Kalor
Kalor Laten
Asas Black

4. 

Untuk mengetahui besar
suhu suatu benda dapat
digunakan alat ukur yang
disebut termometer.
Caranya adalah dengan
menempelkan termometer
pada benda tersebut.
Setelah termometer
disentuhkan maka akan
terjadi aliran kalor dari
benda ke termometer.

5. 
Termometer bayi

Termometer laboratorium

7. Perbandingan skala dari berbagai termometer:
C
R
F
K
Rk
100
80
180
100
180
5
4
9
5
9

8. Suhu suatu ruangan menunjukkan angka 32 jika diukur
dengan termometer Celcius. Tentukanlah jika diukur dengan:
a. Reamur
b. Fahrenheit
c. Kelvin
d. Rankine
Penyelesaian:
4
4
a. t°R= 5 t°C = 32   25,4 R
5
9
t°C+ 32= 32   32  89,6 F
5
b.
9
t°R=
5
c.
tK = t°C +273 = 32+273=305K
d.
9
9
t°Rk =
t°C + 491= 32   491  57,6  491  548,6 Rk
5
5

9. Kuantitas panas atau kalor dalam suatu bahan dilambangkan
dengan ΔQ yang berkaitan dengan perubahan suhu ΔT. Besar
kuantitas kalor Q yang diperlukan untuk meningkatkan suhu
benda dari T1 menjadi T2 berbanding lurus dengan:
 Massa benda m; semakin besar massa benda yang akan
dipanaskan, maka semakin besar pula kuantitas kalor
yang diperlukan.
 Jenis benda atau sifat alami benda; besar kalor yang
diperlukan untuk memanaskan 1 kg tembaga tidaklah
sama dengan yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg air.

10. Kalor Jenis

Kalor jenis adalah besarnya kalor yang dibutuhkan untuk
meningkatkan 1°C dalam setiap 1 kg massa. Kalor jenis
dinyatakan dengan persamaan:
Q
C=
mT atau
Q  mcT
Dengan c = kalor jenis (J/kg°C atau J/kg K)
m = massa zat (kg)
ΔT = perubahan suhu (°C atau K)

11. Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor adalah besar kalor yang diperlukan untuk
meningkatkan suhu zat tanpa memperhatikan massa zat.
Kapasitas kalor dilambangkan dengan C (perhatikan
perbedaan simbol C dan c). Kapasitas kalor dinyatakan
dengan persamaan:
Q
c
T
atau
Q  CT

12. Tabel 5.1: Tabel Kalor Jenis
Bahan
Alumunium
Kalor Jenis
(J/kg°C)
910
Bahan
Kalor Jenis
(J/kg°C)
Besi
470
Berilium
1.970
Batu kapur
(CaCO3)
879
Tembaga
390
Raksa (Hg)
138
234
Etanol
2.428
Perak
Es
2.100
Air
4.200

13. Berapakah besar kalor yang diperlukan untuk memanaskan 2
kg air dari suhu 32oC hingga 80oC?
Diketahui: m =2 kg
T  T2  T1  80  32  48c
Penyelesaian: Q=….?
Penyelesaian:
Q  mcT  2  4.190  48  4,0224 105 J

14. 

Pada umumnya, benda akan mengalami ekspansi atau
memuai pada saat dipanaskan.
Ekspansi suatu benda akibat peningkatan suhu terjadi
secara menyeluruh ke segala arah yang disebut juga
ekspansi volume. Namun, keadaan ini bisa dipaksa dan
diubah menjadi ekspansi satu arah (ekspansi linear).

15. 1. Ekspansi Linear
Sebuah tongkat dari bahan logam yang panjangnya L0 pada
temperatur awal T0. setelah tongkat dipanaskan hingga
mencapai temperatur T dengan besar perubahan temperatur
T  T2  T1 maka panjang tongkat akan mencapai L.
Perubahan muai panjang:
L  L0 T
L0
L0
L
Gambar 5.4. Pemuaian panjang, biasanya terjadi pada benda-benda yang ukuran dimensi lebar
dan tingginya diabaikan.
Jika perubahan suhu yang terjadi cukup kecil, maka
perubahan panjang yang terjadi juga kecil.

16. Contoh Ekspansi Linear:
Sebuah kawat alumunium yang panjangnya 2 m dipanaskan hingga
mengalami perubahan temperatur sebesar 50°C dari temperatur
awalnya. Hitunglah panjang kawat setelah dipanaskan!
5
Diketahui: L0  2m, T  50C,  2,4 10 / C
Ditanyakan: panjang akhir L =….?
Penyelesaian:
Gunakan persamaan untuk menghitung panjang secara langsung.
L  L0 1   (T  T0 )   2 1  (2, 4  105 )(50)   2,0024 m



17. 2.Ekspansi Luas
Telah diungkapkan sebelumnya bahwa peningkatan temperatur
suatu benda yang berbentuk kepingan akan menimbulkan ekspansi
luas. Jika penambahan temperatur benda tidak terlalu besar,
maka pertambahan temperatur benda berbanding lurus dengan
pertambahan luas permukaan benda dan dengan koefisien muai
luas benda yang dilambangkan dengan  .
Perubahan luas dapat di tulis:
A  A0 T

18. Contoh Ekspansi Luas:
Sebuah lempengan alumunium yang luasnya 4 m2dipanaskan
hingga mengalami peningkatan temperatur sebesar 40oC dari
temperatur awal. Hitunglah luas lempengan setelah dipanaskan!
2
Diketahui: A0  4m
T  40C
  2,4 10 5 / C
Ditanyakan: panjang akhir A =….?
Penyelesaian:
Perhatikan urutan operasi hitung dengan saksama.
A=  A0 1  2 (T  T0 )
 4 1  (2)(2, 4  10 4 )(40) 


 4 1  1,92  103 


 4,00768 m 2

19. 3. Ekspansi Volume
Peningkatan temperatur suatu benda dapat mengakibatkan
terjadinya ekspansi volume. Dari hasil percobaan, jika perubahan
temperatur kurang dari 100oC, maka pertambahan volume benda
akan berbanding lurus terhadap perubahan temperatur koefisien
Muai volume bahan yang dilambangkan dengan  .
Perubahan muai volume:
V  V0 T

20. Tabel Koefisien Muai Volume Beberapa Benda
Bahan
Koefisien Muai Volume 
Alumunium
7,2 x 10-5
Kuningan
6,0 x 10-5
Tembaga
5,1 x 10-5
Kaca
1,2  2,7 x 10-5
Invar
0,27 x 10-5
Kuarsa
0,12 x 10-5
Baja
3,6 x 10-5
(/0C)

21. Contoh Ekspansi Luas:
Sebuah balok tembaga yang bervolume 2 m3 dipanaskan hingga
mengalami peningkatan temperatur sebesar 50oC dari temperatur
awal. Hitunglah volume balok tembaga tersebut setelah dipanaskan!
Diketahui: V  2m 3
0
T  50C
  5,1 10 5 / C
Ditanyakan: V =….?
Penyelesaian:
Perhatikan urutan operasi hitung dengan saksama.
V=  V 1   (T  T ) 
0
0
 2 1  (5,1  105 )(50) 


 2 1  2,55  10 3 


 2,0051 m 3

22. Terdapat tiga mekanisme perpindahan kalor antar-medium:
 Konduksi: konduksi adalah perpindahan kalor dengan cara
menempelkan langsung antara dua medium yang berbeda
temperatur. Misalnya, kita memasak air dengan panci
alumunium yang terhubung langsung tanpa ada pemisah.
 Konveksi: konveksi adalah perpindahan kalor melalui
aliran massa suatu medium perantara. Misalnya, pada
radiator pendingin mesin menggunakan air sebagai
medium alir penghantar kalor.
 Radiasi: radiasi adalah perpindahan kalor melalui
pancaran radiasi elektromagnetik. Misalnya, sinar
matahari yang sampai ke bumi tanpa medium apa pun di
ruang hampa udara.

23. 1. Perpindahan Kalor Secara Konduksi
Laju kalor dalam peristiwa konduksi:
T
H  kA
L
Dengan:
H = arus kalor(J/s)
K = konduktivitas termal (W/moC)
A = Luas penampang aliran (m2)
Tb = temperatur tinggi (oC)
Ta = temperatur tinggi (oC)
L = panjang penghantar (m)

24. 2. Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Laju kalor dalam peristiwa konveksi:
Q
H
 hAT
T
Keterangan:
H = laju kalor (watt atau J/s)
h
= koefisien konveksi bahan (W m-2K-1)
A = Luas penampang yang bersentuhan dengan fluida (m2)
T = beda suhu antara benda dan fluida (K atau oC)

25. 2. Perpindahan Kalor Secara Radiasi
Laju kalor dalam peristiwa radiasi, kemudian diberi nama Hukum
Stefan Boltzmann:
P  eAT
4
Keterangan:
P = daya/laju kalor(W )
e = emisivitas benda
 = konstanta Stefan (5,67 x 10-8 W m-2 K-4)
T = suhu benda (K)

26. Kalor laten adalah besarnya kalor yang dibutuhkan untuk
mengubah fase m kilogram zat. Misalnya es yang melebur, air
yang menguap, dan sebagainya. Saat melebur, es
menggunakan kalor untuk mengubah wujudnya. Begitu pula
ketika air menguap.
Kalor laten dinyatakan sebagai:
Q=mL
Dengan Q = besarnya kalor (J)
L = panas laten zat (J/kg)

27. Contoh Kalor Laten:
Hitunglah besar energi kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan -5 oC bermassa
100 g menjadi air bersuhu 10oC!
Diketahui:
T0  5C , Tlebur es = 0oC, Takhir =10oC
mes  100 g  0,1kg
Ces  2.100 J / kgC
Cair  4.200 J / kgC
Les  3,33 105 J / kg
Ditanyakan: Q untuk meleburkan es =….?
Penyelesaian:
Hitunglah energi untuk menaikkan suhu dari -5oC hingga 0oC.
Q1  mes ces Tes  0,1 2.100  (0  (5))  1.050 J
Hitunglah energi untuk meleburkan es. Gunakan panas laten peleburan.
Q2  mes Les  0,1 3,333 105  33.000 J
Hitunglah energi untuk menaikkan suhu air menjadi 10oC.
Q3  mair ccair Tair  0,1 4.200  10  0)  4.200 J
Kalor total dalam proses ini adalah:
Q  Q1  Q2  Q3  1.050  33.300  4.200  38.550 J

28. Perpindahan kalor akan berhenti saat terjadi kesetimbangan
kalor. Artinya aliran kalor akan terhenti sampai kalor benda
yang melepas kalor sama dengan benda yang menerima kalor.
Asas Black dinyatakan sebagai berikut:
Qlepas = Qditerima

29. Contoh Asas Black:
Sebatang besi bermassa 1 kg dipanaskan hingga mencapai suhu
100 oC. Batang besi ini kemudian dicelupkan ke dalam 1 liter air
yang berada dalam suhu kamar. Berapakah suhu akhir sistem ini?
Diketahui: m  1kg
besi
Vair  1L, mair   air Vair  1.000kg / m3 1L  1kg
Ditanyakan: suhu akhir sistem =….?
Penyelesaian:
Kita nyatakan dulu persamaan kalor untuk besi. Besi dicelupkan
ke dalam air yang bersuhu kamar (sekitar 27 oC). Dengan,
demikian, suhu akhir besi akan turun sampai suhu akhir T, yang
pasti lebih kecil daripada 100 oC.
Qb  mb cb Tb  1 470  (100  T )

30. Nyatakan persamaan kalor untuk air yang dicelupkan besi
panas. Suhu akhir air akan naik sampai suhu T yang pasti lebih
tinggi daripada 27o C
Qa  ma ca Ta  1  4.200  (T  27)
Agar proses perpindahan panas terhenti, Qa = Qb .
470(100  T )  4.200(T  27)
4.700  47T  420  11.340
16.040  467T
T  34,34o C