Suhu dan Kalor Fisika SMK Kelas X

1. Suhu dan Kalor

2. SUHU DAN KALOR

3. Standar Kompetensi:
4. Menerapkan konsep kalor dan prinsip
konservasi energi pada berbagai perubahan
energi
Kompetensi dasar:
4.1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat
4.2 Menganalisis cara perpindahan kalor
4.3 Menerapkan asas Black dalam pemecahan masalah

4. Indikator:
• Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda
• Menganalisis pengaruh perubahan suhu benda terhadap ukuran benda
(pemuaian)
• Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan wujud benda
• Menerapkan Asas Black dalam berbagai masalah
• Menganalisis perpindahan kalor dengan cara konduksi
• Menganalisis perpindahan kalor dengan cara konveksi
• Menganalisis perpindahan kalor dengan cara radiasi

5. Sub Pokok Materi
• Suhu / Temperatur
• Kalor
• Azas Black
• Pemuaian Zat Padat
• Pemuaian Zat Cair
• Pemuaian Gas
• Perpindahan Kalor

6. SUHU/TEMPERATUR
Suhu didefinisikan sebagai derajat panas
dinginnya suatu benda. Alat untuk mengukur
suhu adalah termometer, termometer ini
memiliki sifat termometrik zat yang berubah jika
dipanaskan.
Prinsip semua termometer mempunyai acuan
yang sama dalam menetapkan skala yaitu titik
lebur es murni dipakai sebagai titik tetap bawah,
sedangkan suhu uap air yang sedang mendidih
pada tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas.

7. SKALA SUHU TERMOMETER
Gambar 1:
Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan Reamur(R).
100 -- 373-- 212-- 80-- titik tetap atas(tta)
d C-- l K -- g F-- s R--
c k f r
0 -- 273-- 32-- 0-- titik tetap bawah(ttb)

9. LKS 1:
1. Dari gambar diatas, isilah tabel di bawah ini.
Termometer Titik lebur es
( ttb )
Titik didih air
( tta )
Pembagian
skala
( tta – ttb )
C
K
F
R
...
...
…
…
...
...
…
…
...
...
…
…

10. 2. Berdasarkan tabel diatas, maka:
0°C = … K
= … °F
= … °R
3. Menentukan hubungan antara C, K, F,
dan R.
a. Hubungan antara C dengan K.
atau sehingga
C= … atau K= ….
4. Tentukan hubungan antara dua skala suhu yang lain
...
k
d
c

...
273
0
100
0 


 K
C

11. PERCOB. JOULE

12. KALOR
• Kalor atau bahang adalah salah satu bentuk energi yang mengalir karena adanya
perbedaan suhu dan atau karena adanya usaha atau kerja yang dilakukan pada
sistem.
• Kalor mempunyai satuan kalori, satu kalori didefinisikan sebagai kalor yang
dibutuhkan 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1OC. Dalam sistem SI satuan kalor
adalah Joule. Satu kalori setara dengan 4,18 joule.
• Kalor jenis (c) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu setiap 1kg massa
benda dan setiap 1 °C kenaikan suhu.
• Kapasitas kalor ( C ) adalah banyaknya kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
benda setiap 1 °C.
Dari kenyataan bahwa:
• Kalor yang diberikan pada benda sebanding dengan kenaikan suhu.
• Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu sebanding massa benda.
• Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu tergantung jenis benda.
Maka kalor (Q) secara matematis dinyatakan:
• Q = ……….
• Apa satuan dan dimensi dari kalor jenis ?
• Apa satuan dan dimensi dari kapasitas kalor ?

13. PERUBAHAN WUJUD ZAT
• Kita kenal ada tiga wujud zat, yaitu padat, cair, dan gas. Pada umumnya semua zat
pada suhu dan tekanan tertentu dapat berubah dari satu wujud ke wujud yang lain.
Misalkan H20 pada wujud padat berupa es, dalam wujud cair berupa air, dan dalam
wujud gas berupa uap.
• Jumlah kalor yang diperlukan/dilepaskan saat perubahan wujud (suhu tetap)
dinyatakan dengan formula:
Q=m.L
• Q=jumlah kalor, satuannya joule.
• m=massa zat, satuannya kg.
• L=kalor laten (kalor lebur, kalor beku, kalor uap, dan kalor embun) satuannya
joule/kg.
ASAS BLACK
• Jika ada dua macam zat yang berbeda suhunya dicampurkan atau disentuhkan,
maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepas kalor yang sama banyaknya
dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah.
• Q lepas = Q serap
• Kekekalan energi pada pertukaran kalor seperti persamaan diatas pertama kali
dikemukakan oleh Black seorang ilmuwan Inggris.

14. Soal Latihan
1. Untuk mengerjakan soal perhatikan konstanta berikut; kalor lebur es 80
kal/gr; kalor jenis air.1 kal/gr°C; panas jenis es 0,5 kal/gr °C; kalor uap air
540 kal/gr.
2. Untuk menaikkan suhu aluminium yang mempunyai massa 200 gram dari
298 K menjadi 348 K diperlukan kalor 8400 joule. Tentukan kalor jenis
aluminium …. J/kg K.
3. Kalor lebur suatu zat 80 kal/gr, maka kalor yang diperlukan untuk melebur 2
kg zat tersebut adalah….
4. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 10 gr es pada 0 °C menjadi
air yang suhunya 20 °C!
5. Berapa kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan 10 gr es yang suhunya -5
°C menjadi uap yang suhunya 100 °C.
6. 10 Kg air yang suhunya 80 °C dicampur dengan 5 kg air yang suhunya 20
°C . Suhu akhir campuran adalah….
7. 100 gr es pada suhu 0 °C dicampur dengan 200 gr air pada suhu 50 °C .
Jika suhu akhir campuran 10 °C , tentukan kalor lebur es?

15. PEMUAIAN ZAT PADAT

19. PEMUAIAN ZAT PADAT
1. PEMUAIAN PANJANG
Dari gambar di samping, diperoleh
a. lt = … atau Δl = ….
b. Koefisien muai panjang(α) suatu bahan adalah
perbandingan antara pertambahan panjang(Δl)
terhadap panjang mula-mula(lо) persatuan
kenaikan suhu(Δt). Secara matematis
dinyatakan:
α = … atau Δl = … ,
sehingga lt = ………………
c. Apa satuan α dan tuliskan dimensinya.
lo
lt
Δl
lo = initial length
lt = panjang pada suhu t
Δl = the length increases
to = suhu awal
t = suhu akhir
α = coefficient of linier expansion

20. 2. Pemuaian Luas.
Darigambar di samping, diperoleh
a. At= … atau ΔA = ….
b. Koefisien muai luas(β) suatu bahan adalah
perbandingan antara pertambahan luas (ΔA)
terhadap luas mula-mula (Aо) persatuan
kenaikan suhu(Δt). Secara matematis
dinyatakan:
β = … atau ΔA = … ,
sehingga At= ………………
c. Apa satuan β dan tuliskan dimensinya.
AO
ΔA
Ao = luas mula-mula
At = luas pada suhu t
ΔA = pertambahan luas
to = suhu awal
t = suhu akhir

21. 3. Pemuaian Volume
Dari gambar di samping, diperoleh
a. Vt= … atau ΔV = ….
b. Koefisien muai volume( ) suatu bahan
adalah perbandingan antara pertambahan
volume(ΔV) terhadap volume mula-
mula(Vо) persatuan kenaikan suhu(Δt).
Secara matematis dinyatakan:
= … atau ΔV = … ,
sehingga Vt= ………………
c. Apa satuan dan tuliskan dimensinya.



VO
ΔV
Vt
Vo = volume mula-mula
Vt = volume pada suhu t
ΔV = pertambahan volume
to = suhu awal
t = suhu akhir

22. 4. Hubungan antara α , β , dan
Persegi mula-mula mempunyai
panjang sisi 1m, dipanaskan
sampai suhunya naik 1 K.
Akibat pemanasan sisi persegi
bertambah menjadi
( 1 + α ), maka:
• Luas mula-mula, Ao = 1 m²
• Luas akhir, At = ( 1 + α )² = ….
• selisih luas, ΔA = At – Ao = ….
• sehingga koefisien luas (β) = …..
• karena α sangat kecil maka nilai α² dapat
diabaikan.
• Jadi β = ….. α atau α = … β
• Dengan cara yang sama cari hubungan α dg
AO
At



23. PEMUAIAN ZAT CAIR
• Formula:
Vt = VO ( 1 + Δ t )
Keterangan:
= koef. Muai volume zat
cair (diket. Dari data
muai volume zat cair)


Penyelesaian:
Diket: Ditanya: Vt?
VO = 2 liter
Δt = 50OC-20OC= 30OC
= 210. 10-6/OC
Jawab: Vt = VO ( 1 + Δ t )
= 2 ( 1 + 210.10-6.30 )
= 2 (1,0063)
= 2,0126 liter


Contoh:
Air sebanyak 2 liter bersuhu 20OC dipanaskan dalam panci hingga
suhunya 50OC. Berapa volume air setelah dipanaskan?(γ=210.10-
6/OC)

24. PEMUAIAN GAS
• Formula:
Vt = VO ( 1 + Δ t )
Keterangan:
= koef. Muai volume gas
= 1/273
T = suhu harus dlm Kelvin
Maka formula dapat dalam
bentuk:


Contoh:
Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27OC. Berapa
volume gas setelah dipanaskan hingga
suhunya 77OC?
Penyelesaian:
Diket: Ditanya: V2?
V1 = 2 liter T1= 27 +273 = 300 K
T2= 77+273= 350 K
Jawab:
2
2
1
1
T
V
T
V

liter
V
V
T
V
T
V
33
,
2
350
300
2
2
2
2
2
1
1




25. Soal Latihan: Pemuaian
1. Sebatang rel kereta api panjangnya 10 m dan suhu awalnya 30 OC. Karena gesekan
dengan roda kereta api suhu rel menjadi 60 OC. Jika koefisien muai panjang rel 1,1.10-5/K
, tentukan jarak renggang minimal yang aman pada tiap sambungan agar tidak
mengalami pembengkokan pada suhu 60 OC?
2. Sebuah batang logam mula-mula mempunyai panjang 1m, setelah dipanaskan hingga
perubahan suhunya 100 K, batang bertambah panjang 1/5000 m. Koefisien muai panjang
batang logam tersebut adalah….
3. Sebatang perak suhu awalnya 40 OC dipanaskan sehingga suhunya naik menjadi 90 OC.
Setelah diteliti ternyata batang perak tersebut bertambah panjang 0,19 mm. Jika koefisien
muai panjang perak 19.10-6 /OC.
Berapakah panjang mula-mula batang perak ?
4. Keping tembaga panjang 10 cm, lebar 10 cm, dan suhunya 20 OC. Bila koefisien muai
panjang tembaga 1,8.10-5/ K. Berapakah luas keping tersebut bila suhunya dinaikkan
menjadi 80 OC?

26. 5. Suatu balok besi berukuran 4 cm x 10 cm x 5. cm Hitunglah perubahan volume ketika
temperaturnya dinaikkan dari 15 OC ke 65 OC! (koefisien muai panjang besi 10-5/ OC).
6. Pada suhu 10OC sebuah gelas kaca volumenya 1000 mL penuh berisi alkohol. Jika gelas
dipanaskan sehingga suhu gelas dan alkohol 50OC. Berapakah alkohol yang tumpah?
(koef. muai panjang gelas kaca = 3.10-6/OC dan koef. muai alkohol= 10-6/OC).
7. Gas mula-mula mempunyai volume V1. Jika gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga
volumenya menjadi tiga kali dari semula. Berapakah suhu gas harus dinaikkan ?
(jawaban dalam satuan celcius)

27. PERAMBATAN KALOR

28. 1. Konduksi
• Konduksi
adalah perpindahan kalor melalui suatu
zat tanpa disertai perpindahan
partikel-partikel zat tersebut.
Contoh :
Memanaskan
logam
A
B

29. • Penghantar kalor yang baik disebut
konduktor
Contoh :
besi, baja, tembaga, seng, dan aluminium
(jenis logam)
besi baja kuningan tembaga

30. • Penghantar kalor yang kurang baik/buruk
disebut isolator
Contoh :
kayu, kaca, wol, kertas, dan plastik
(jenis bukan logam)

31. )
(
.
1
2 T
T
L
A
k
t
Q


(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
L = panjang bahan (m)
K = kondusivitas bahan (W/m.K)
Δ T = selisih suhu (OC atau K)
Laju Perambatan Kaor

32. 2. Konveksi
• Konveksi
adalah perpindahan kalor melalui zat
disertai perpindahan partikel-
partikel zat tersebut.
• Konveksi terjadi karena perbedaan massa jenis
zat
• Konveksi terjadi dalam zat cair dan gas

33. • Contoh :
1. Terjadinya angin laut
Angin laut terjadi pada siang hari

34. Terjadinya angin darat
Angin darat terjadi pada malam hari

35. 2. sistem pendinginan
mobil (radiator)
3. pembuatan cerobong
asap

36. 4. Lemari es

37. Laju perpindahan kalor
)
.(
. 1
2 T
T
A
h
t
Q


(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
h = koef. konveksi (W/m2.K)
Δ T = selisih suhu (OC atau K)

38. Radiasi
• Radiasi (pancaran)
adalah perpindahan kalor tanpa zat
perantara (medium)
Contoh :
sinar matahari sampai ke bumi melalui radiasi

39. Laju Perpindahan Kalor
(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
σ = koef. Stefan-Boltzman (W/m2.K4)
= 5,67 x 10-8
T = suhu permukaan benda (K)
ε = emisivitas bahan
Satu benda
4
.
. T
A
t
Q

 


)
.(
.
4
2
4
1 T
T
t
Q

 
 Dua benda

40. Soal Latihan: Perpindahan Kalor
1. Sebatang logam (k=4,2x10-1kj/s.m.K) memiliki luas penampang 10-3 m2 dan panjang
2x103 m.Hitunglah jumlah kalor yang dirambatkan oleh batang logam selama 4 menit.
2. Bola memiliki radius 2 cm dan dan emisivitanya 0,8.Jika bola menyerap energi kalor
dari lingkungannya sebesar 4,536 π j/s. Berapakah suhu bola tersebut?
3. Silinder logam (T1=250OC) dengan diameter 10 cm dan panjang 20 cm dimasukkan
ke dalam bak air sehingga air mendidih (Ta=100OC). Jika h=500 W/m2.OC, hitunglah
laju perpindahan kalor secara konveksi dari logam tersebut.