2-kalor dan perubahan wujud
DESCRIPTION
sTRANSCRIPT
-
SERIEBOOKGURUMUDA
KalordanPerubahanWujud
EdisiKedua
UntukSMAkelasX
(TelahdisesuaikandenganKTSP)
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
1
LisensiDokumen:Copyright20082011GuruMuda.ComSeluruhdokumendiGuruMuda.Com dapatdigunakan dandisebarkan secarabebasuntuktujuanbukankomersial(nonprofit),dengansyarattidakmenghapusataumerubahatributpenulisdanpernyataancopyrightyangdisertakandalamsetiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang, kecualimendapatkanijinterlebihdahuludariGuruMuda.Com.
Penulis
Alexandersanlohat
(san)
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
2
ContactPerson
Andabisamenghubungisayamelaluibeberapajalurdibawah:
Blog:http://www.gurumuda.com
Email:[email protected]
TestimonialdanSaran
Apapunpendapatandamengenaitulisansaya,silahkanmemberikantestimonialatausarankonstruktifdemipengembanganebookinimenjadilebihbaik.Testimonialatausaranyangbersifatmembangun
dariandabisadikirimkeemailberikut:
Terimakasihataspartisipasianda
http://www.gurumuda.com/mailto:[email protected]:[email protected]
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
3
MateriPembelajaran :
KalordanPerubahanWujud
TujuanPembelajaran :
KompetensiDasar:
Menganalisispengaruhkalorterhadapsuatuzat
Indikator:
a. Menganalisispengaruhkalorterhadapperubahansuhubenda
b. Menganalisispengaruhkalorterhadapperubahanwujudbenda
Tujuan pembelajaran di atas merupakan tuntutan dari Depdiknas RI dalam KTSP. Jadi dirimu harusmencapaiKompetensidasardanIndikatortersebut.Kalautidakbisa,ntardapatnilaimerah:)aliastidaklulus.Nah,kaliiniGurumudamembimbingdirimuuntukbisamencapaitujuanpembelajarandiatas.
SelamatBelajar
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
4
PengetahuanPrasyarat
Sebelummempelajarimaterikalordanperubahanwujud,terlebihdahulukitapahamibeberapakonsepdasar yang akan selalu digunakan. Ini merupakan pengetahuan prasyarat, maksudnya kalau konseptersebut tidakdipahamidenganbaikdanbenarmakaketikamempelajarimaterikalordanperubahanwujudbenda,dirimuakankebingungan
KonsepSuhu
Dirimu pernahmenyentuh eskah ?wah, jangankanmenyentuh, kalau lagi gerah, langsung disikat.rasanya nikmat. Tubuh serasa sejuk. Tapi kalau pas lagimusim hujan, apalagi udaranya juga dingin,dirimumasihmauminumestidak?he2kalauudaranyalagisejuk,lebihasyikminumminumanyanghangat. Lebih nikmat, soalnya tubuh serasa lebih hangat. Kalau di rumah punya kulkas, coba bukakulkasmasukantangankedalamkulkasaliaslemaries.Rasanyabagaimanakah?iihhh,tangannyarismembeku.Hiks2 ataukalaumau iseng,cobasentuhairyangmendidihawas tangannyamelepuh.Ketika dirimu memasukkan tangan ke dalam kulkas, tangan terasa dingin. Ketika menyentuh airmendidih,tanganterasapanas.Panas,dingin,sejuk,hangatdkktuhsebenarnyaapasich?
Sejakdilahirkan, setiapkita sudahmempunyai inderaperaba.Ketikamenyentuhairmendidih, inderaperabamemberitahukitabahwaairyangdisentuhitupanas.Demikianjugaketikamenyentuhes,inderaperabamemberitahukitabahwaesitudingin.Ukuranpanasdandingininisebenarnyaberbeda2untuksetiaporang.Bayiyangbaru lahirbisa langsungmenjeritkesakitankalaudiberiminumairhangatatautangannyaditempelinesbatu.Sebaliknya,orangdewasamerasabiasasaja.Ketikamenyentuhbaraapi,mungkin tanganmu langsungkepanasan.Tapikalauorangyang tangannyakasarmenyentuhbaraapi,panasyangdirasakannyamungkintidaksedasyatyangdirimurasakan.
Konsepsuhualiastemperatursebenarnyaberawaldarirasapanasdandinginyangdialamioleh inderaperaba kita. Berdasarkan apa yang dirasakan oleh indera peraba, kita bisamengatakan suatu bendalebihpanasdaribenda yang lain.Atau suatubenda lebihdingindaribenda lain.Ukuranpanas ataudinginnya suatu benda ini dikenal dengan julukan suhu alias temperatur. Benda yang terasa panasbiasanyamemilikisuhuyanglebihtinggi.Sebaliknya,bendayangterasadinginmemilikisuhuyanglebihrendah.Semakindinginsuatubenda,semakinrendahsuhunya.Sebaliknya,semakinpanassuatubenda,semakintinggisuhunya.
Btw,ukuranpanasataudinginnyasuatubendayanghanyadidasarkanpadasentuhan (inderaperaba)ini sebenarnya tidak terlalu jelas.Apa yangdirasakanoleh setiaporangbisa sajaberbeda.Demikianjuga,walaupunmenyentuhbendayangsama,panasyangdirasakanolehbagian tubuhyangberbeda
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
5
bisasajaberbeda.Dirimubisamembuktikannyadenganmelakukanpercobaankecilkecilanberikut ini.Siapkan3wadah,misalnya3gelas.Masukanairpanaskedalamgelas1 (airnya jangan terlalupanas,nantitanganmubisamelepuh).Masukanjugaairdinginkedalamgelas2.Campurkanairpanasdanairdingin,lalumasukkankedalamgelas3.Sekarangtariknapaspendekseratuskali;)sesaknapastidak?hiks2Cumacanda.Silahkanmasukkantangankananmukedalamgelas1dantangankirimukedalamgelas 2. Diamkan selama beberapa saat. Setelah itu, masukkan kedua tanganmu ke dalam gelas 3.Rasanya bagaimanakah ? gurumuda yakin, tangan kananmu akan merasa lebih dingin, sebaliknyatangankirimumerasalebihhangat.Anehkhan?padahalairnyasamasiairbikindirimukebingungan:) maubilang airdalam gelas 3panas, tangan kananmubisa ngamuk2menurut tangan kanan, airdalamgelas3dingin.Sebaliknyakalaumaubilangairdalamgelas3dingin, tangankirimungamuk2menurut tangan kiri, air dalam gelas 3 hangat. Hiks2. Dunia dijungkirbalikkan. Itulah keterbatasaninderamanusia.. Oya,percobaanseperti inipertamakalidilakukanolehalmahrumJohnLockepadatahun1690.Wah,sudahkadaluarsa;)
Berdasarkanpenjelasanpanjangpendekdanberteletelediatas,bisadisimpulkanbahwainderaperabakitamemilikiketerbatasandalammenentukanukuranpanasataudinginnyasuatubenda.Karenainderaperabadkkbisamembuatkitaterkecoh,makakitamembutuhkansuatualatyangbisadigunakanuntukmengukursuhusecaratepat.Alatpengukursuhuyangdimaksudadalahsitermometer.Btw,sebelumjalanjalanbersamatermometer,terlebihdahulukitapahamikonsepkeseimbangantermaldanhukumkenoltermodinamika.
KeseimbanganTermaldanHukumKenolTermodinamika
Dirimu pernahminum es tehkah ? ataumungkin es sirup, es susu dkk. biasanya kalau kitamauminumestehdkk,kitamencampurairpanasatauairhangatyangadadidalamgelasdenganesbatu.Jikadiperhatikansecarasaksama,esbatuperlahanlahanmulaimencair.Padasaatesbatumencair,airpanas yang ada di dalam gelasmenjadi dingin. Setelah beberapamenit, campuran es batu dan tehhangatpunberubahmenjadiestehyangbegitusejukdanmengundangseleraapalagipas lagigerahataukepanasan.
Mencampur es batu dengan air panas dalam gelas hanyamerupakan salah satu contoh saja.Masihbanyakcontohlainyangseringkitalakukandalamkehidupanseharihari.Kalaukitainginmandidenganair hangat, biasanya kita mencampur air mendidih dengan air yang lebih dingin. Ketika kita inginmendinginkanbendapadat,sepertibesipanas,kitabisamencelupkanbesikedalamair.Apayangkitalakukaninikelihatannyasederhanadansepele.Walaupundemikian,haltersebutmerupakansalahsatukonsepyangpentingdalamilmufisika.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
KeseimbanganTermal
Sebagaimanayangtelahgurumudajelaskansebelumnya,jikakitainginmemperolehairhangat,kitabisamencampurairpanasdenganairdingin.Kitabisamengatakanairpanasmemilikisuhutinggisedangkanairdinginmemilikisuhuyang lebihrendah.Setelahdicampur,perlahanlahanairpanasmenjadidingin(suhuairpanasmenurun),sebaliknyaairdinginmenjadihangat(suhuairdinginmeningkat).Beberapasaat kemudian, campuran air panas dan air dingin berubah menjadi air hangat. Adanya air hangatmenunjukkanbahwasuhucampuranairpanasdanairdingintelahsama.Ketikacampuranairpanasdanairdinginmencapaisuhuyangsama,keduanyadikatakanberadadalamkeseimbangantermal.
Prosesyang sama juga terjadiketikakitamemasukanesbatukedalamgelasyangberisi tehhangat.Setelah dimasukan ke dalam gelas, es batu mulai mencair dan air teh yang pada mulanya hangatmenjadi dingin. Setelah saling bersenggolan di dalam gelas, campuran es batu dan teh hangat punberubahmenjadi es teh yang sejuk danmengundang selera.Adanya es tehmenujukan bahwa suhucampuransama.Ketikaesbatudantehhangatmencapaisuhuyangsama,keduanyadikatakanberadadalamkeseimbangantermal.
Masihbanyakcontohlain.Seandainyadirimupunyakoleksikulkasdirumah,silahkanbukapintukulkasdan masukan tanganmu ke dalam kulkas tersebut. Tanganmu akan terasa dingin Sebaiknya tariktanganmudaridalamkulkassebelumterjadikeseimbangantermaldandarahakanmembeku;)hiks2.Contohlaindipikirkansendiriya..masihsangatbuanyak
Pada dasarnya, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal, jika setelah bersentuhan,keduabendatersebutmencapaisuhuyangsama.Misalnyaterdapat2benda,sebutsajabendaAdanbendaB.PadamulanyabendaAmemilikisuhutinggi(bendaApanas)sedangkanbendaBmemilikisuhurendah(BendaBdingin).Setelahbersentuhancukup lama,keduabendatersebutmencapaisuhuyangsama. Dalam hal ini, benda A dan benda B dikatakan berada dalam keseimbangan termal. Untukmemperjelas,amatigambardibawah.
Ini cuma ilustrasi saja.Gambar ini kayaknya lebih cocok untuk benda padat. Perlu diketahui bahwabenda yang bersentuhan bisa berupa benda padat, cair atau gas. Apabila yang saling bersentuhanadalahbendapadat,makakeduabendabisaditempelin sepertigambardiatas.Sebaliknya, jikayangsaling bersentuhan adalah benda padat dan cairan, maka benda padat dicelupkan ke dalam cairan(misalnyabesi yangpanasdimasukkan kedalam air).Apabila yang salingbersentuhan adalah cairan,
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
6
-
SERIEBOOKGURUMUDA
makakitabisamenuangkansalahsatucairankedalamcairan lainnya (misalnyamencampurairpanasdenganairdingin).
HukumKenolTermodinamika
Sejauh ini kitabarumeninjau keseimbangan termal yangdialamiolehduabenda yangbersentuhan.Untukmemahamikonsepkeseimbangantermalsecaralebihmendalam,marikitatinjau3benda(sebutsajabendaA,bendaBdanbendaC).BendaCbisadianggapsebagaitermometer.MisalnyabendaAdanbendaB tidak salingbersentuhan, tetapibendaAdanbendaBbersentuhandenganbendaC.Amatigambardibawah
Karenabersentuhan,maka setelahbeberapa saatbendaAdanbendaCberadadalamkeseimbangantermal.DemikianjugabendaBdanbendaCberadadalamkeseimbangantermal.Btw,apakahbendaAdanbendaByangtidaksalingbersentuhanjugaberadadalamkeseimbangantermal?
Kalau cuma main logika, kita bisa mengatakan bahwa benda A dan benda B juga berada dalamkeseimbangan termal, sekalipun keduanya tidak bersentuhan. Benda A dan benda C berada dalamkeseimbangantermal,berartisuhubendaA=suhubendaC.BendaBdanbendaC jugaberadadalamkeseimbangantermal(suhubendaB=suhubendaC).KarenaA=CdanB=C,makaA=B.hiks2.
Berhubunginibukanpermainanlogikaatautebak2an,makaperludibuktikanmelaluipercobaan.Dirimutidakperlurepot2membuatpercobaankarenaomdantanteilmuwanyangsudahpensiundialambakatelahmelakukanpercobaan.Berdasarkanhasilpercobaan,ternyatabendaAdanbendaB jugaberadadalamkeseimbangantermal.Dalamhal ini,suhubendaA=suhubendaB.JadiwalaupunbendaAdanbendaB tidakbersentuhan, tapi karena keduanyabersentuhandenganbendaC,makabendaAdanbendaB juga ikut2anberadadalam keseimbangan termal.Hal inidisimpulkandalam sebaris kalimatindahdibawahini:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
7
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
8
Jikaduabendaberadadalamkeseimbangantermaldenganbendaketiga,makaketigabendatersebutberadadalamkeseimbangantermalsatusamalain.
Iniadalahhukumke0termodinamika.Kedengarannyaagakaneh,jarangjaranghukumdimulaidarinol.KisahnyabeginiSetelahparailmuwanmenemukanhukumtermodinamikapertama,keduadanketiga,merekabarusadarkalauhukuminibelumdinyatakan.Bagaimanapun,hukuminimerupakandasarbagihukumtermodinamikapertama,keduadanketiga,makapara ilmuwanharusmenyatakannyaterlebihdahulu.Munculnyabelakangan,lagianilmuwanjugabingungmaunempelindimana,yalebihbagusdanlebihtepatkalaudiberijulukanhukumke0saja.
Oya,nyaris lupaHukum kenol termodinamika sebenarnyamaumenyatakanbahwa terdapat suatukuantitasyangsangatpentingdalamfisika,yakniSuhualiasTemperaturSeandainyaketigabendayangsalingbersentuhantidakberadadalamkeseimbangantermalsatusamalain,makasuhualiastemperturmenjadi sesuatu yang tidak berguna. Bagaimanapun pengalaman kita menunjukkan bahwakeseimbangantermaldapattercapaiapabilabendayangsalingbersentuhanmencapaisuhuyangsama.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
JENISJENISTERMOMETERDANPRINSIPKERJATERMOMETER
Alat yang dirancang untuk mengukur suhu adalah termometer. Terdapat banyak jenis termometer,tetapi prinsip kerjanya sebenarnya sama. Biasanya, kita memanfaatkan materi yang bersifattermometrik(sifatmateriyangberubahterhadaptemperatur).Maksudnya,kalausuhumateritersebutberubah, bentuk dan ukuran materi tersebut juga ikut2an berubah. Kebanyakan termometermenggunakanmateriyangbisamemuaiketikasuhunyaberubah.
Termometeryangseringdigunakansaat initerdiridaritabungkaca,dimanaterdapatalkoholatauairraksapadabagiantengahtabung.Ketikasuhumeningkat,alkoholatauairraksayangberadadidalamwadahakanmemuaisehinggapanjangkolomalkoholatauairraksaakanbertambah.Sebaliknya,ketikasuhumenurun, panjang kolom alkohol atau air raksa akan berkurang. Pada bagian luar tabung kacaterdapatangkaangkayangmerupakanskalatermometertersebut.Angkayangditunjukkanolehujungkolomalkoholatauairraksamerupakannilaisuhuyangdiukur.Lihatgambar..
Jenistermometer lainyangbiasadigunakanadalahtermometeryangmenggunakan lembaranbimetal(dua logam yang jenisnya berbeda dan kecepatan pemuaiannya juga berbeda). Pada saat suhumeningkat,salahsatu logammengalamipemuaianyang lebihbesardari logam lain.Akibatnyakepingtersebutmelengkung.Biasanyakepingbimetalberbentukspiral,dimanasalahsatuujungkepingtetap,sedangkanujung laindihubungkankepenunjuk skala.Ketika suhuberubah,penunjukakanberputar.Termometer yang menggunakan lembaran bimetal biasanya digunakan sebagai termometer udarabiasa,termometerruangan,termometerovendll.
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
9
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
10
Termometer yang lebih akurat alias lebih tepat, biasanya menggunakan sifat elektris suatu materi.Misalnya termometerhambatan.Pada termometerhambatan,biasanyadiukurperubahanhambatanlistriksuatukumparankawattipisatausilinderkarbonataukristalgermanium.Karenahambatanlistrikbiasanyadapatdiukursecaratepat,makatermometerhambatanbisamengukursuhusecaralebihtepatdaripadatermometerbiasa.
SkalaSuhu
Agartermometerbisadigunakanuntukmengukursuhumakaperluditetapkanskalasuhu.Terdapat2skala suhu yang sering digunakan, antara lain skala celcius dan skala Fahrenheit. Skala yang palingbanyak digunakan saat ini adalah skala celcius (nama lain skala celcius adalah skala centigrade.Centigrade=seratus langkah).SkalaFahrenheitpalingbanyakdigunakandiAmerikaSerikat,mungkinpinginbedasendirikali ;)SkalasuhuyangcukuppentingdalambidangsainsadalahskalamutlakaliasskalaKelvin.MengenaiskalaKelvinakankitabahaskemudian(tuhdibawah).
TitiktetapskalacelciusdanskalaFahrenheitmenggunakantitikbekudantitikdidihair.Titikbekusuatuzatmerupakantemperaturdimanawujudpadatdanwujudcairberadadalamkeseimbangan(tidakadaperubahanwujudzat).Sebaliknya,titikdidihsuatuzatmerupakantemperaturdimanawujudcairdanwujudgasberadadalamkeseimbangan.Perludiketahuibahwatitikbekudantitikdidihselaluberubahterhadap tekanan udara., karenanya tekanan perlu ditetapkan terlebih dahulu. Biasanya kitamenggunakantekananstandar,yakni1atm(satuatmosfir)
SkalaCelcius
Untukskalacelcius, temperatur titikbekunormalair (disebut jugasebagai titikes)dipilihsebagainolderajatcelcius(0oC)dantemperaturtitikdidihnormalair(disebutjugasebagaititikuap)dipilihsebagaiseratusderajatcelcius(100oC).Diantaratitikesdantitikuapterdapat100derajat.Padatermometeryang menggunakan skala celcius, temperatur yang lebih rendah dari temperatur titik es biasanyaditandaidenganangkanegatif.
SkalaFahrenheit
OmFahrenheitmenghendakiagarsemuatemperaturyangdiukurbernilaipositif.Karenanya,iamemilih0oFuntuktemperaturcampuranesdanairgaram (temperaturterdinginyangbisadicapaiair).Ketikamengukur temperatur titik es dan titik uap, angka yang ditunjukkan pada skala Fahrenheit berupabilanganpecahan.Akhirnyabeliaumengoprek lagiskalanyasehingga temperatur titikesdan titikuapberupabilanganbulat.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
UntukskalaFahrenheit,temperaturtitikbekunormalair(titikes)dipilihsebagai32derajatFahrenheit(32oF)dantemperaturtitiktitikdidihnormalair(titikuap)dipilihsebagai212derajatFahrenheit(212oF).Diantaratitikesdantitikuapterdapat180derajat.
Normaltuhmaksudnyadidalamairtidakadaunsurlain,tidakadagaram,tidakadagula,tidakadateh,tidakadasusu;).JadimurniH20
KonversiskalaSuhu
Sekarangmarikitabermainoprek2an.SebelumnyakitasudahberkenalandenganskalaomFahrenheitdan skala om Celcius. Karena kedua skala ini berbeda, maka alangkah baiknya jika kita belajarmengoprek skalacelciusmenjadi skala fahrenheit.Demikian juga sebaliknya, skala fahrenheitdioprekmenjadiskalacelcius.
Catatan:
Apabilakitamengatakansuatusuhutertentu,makakitamenyebutnyaderajatCelcius(oC)atauderajatFahrenheit(oF).Contoh:Padatekanan1atm,suhuairpanas=100oCatau180oF.Suhutubuhsaya=98oF.Sebaliknya, jikakitamengatakanperubahansuhuatauselisihsuhu,makakitamenyebutnyaCelciusderajat (Co) atau Fahrenheit derajat (Fo). Contoh : suhu air mulamula 20 oC. Setelah dipanaskan,suhunyaberubahmenjadi50oC.Dengandemikian,airmengalamiperubahansuhusebesar30Celciusderajat(30Co).lanjutya.
Pada tekanan1atm, suhu titikesuntuk termometerberskala celcius=0 oC, sedangkan termometerberskalaFahrenheit=32oF.Sebaliknya,padatekanan1atm,suhutitikuapuntuktermometerberskalaCelcius=100oC,sedangkantermometerberskalaFahrenheit=212oF.Amatigambardibawah.
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
11
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Untuk memudahkanmu mengubah skala Celcius menjadi skala Fahrenheit atau mengoprek skalaFahrenheitmenjadi skalaCelcius, ingat saja0 oC=32 oFdan100 oC=212 oF.Sambil lihatgambardiatasPadaskalaCelcius,antara0 oCsampai100 oC terdapat100o.SedangkanpadaskalaFahrenheit,antara32oFsampai212oFterdapat180o.
MengubahskalaCelciusmenjadiskalaFahrenheit
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
12
TF=100180
TC+32o
TF=59TC+32
o
UntukmemperolehsuhudalamskalaFahrenheit(TF),kalikanterlebihdahulusuhudalamskalaCelcius(TC)dengan9/5.Setelahitutambahkandengan32
o
Contohsoal1:
Suhuairyanglagikepanasan=60oC.BerapakahsuhuairpanasdalamskalaFahrenheit?
Panduanjawaban:
Guampangkok.Kalikanterlebihdahulu60oCdengan9/5.Setelahitubarutambahkandengan32o.60x9/5=108.108+32=140oF.kesimpulannya,60oC=140oF
MengubahskalaFahrenheitmenjadiskalaCelcius
TC=180100
(TF32o)
TC=95(TF32
o)
UntukmemperolehsuhudalamskalaCelcius(TC),kurangiterlebihdahulusuhudalamskalaFahrenheit(TF)dengan32
o, setelah itubaru kalikandengan5/9. Janganpakehafal tuh rumus,ntardirimubisapusink seribu keliling. Syukur kalau cumapusink.Pasmauujian rumusnya lupa ;)wah, jadi stressseribukeliling
Contohsoal2:
Suhuairyanglagikepanasan=140oF.BerapakahsuhuairpanasdalamskalaCelcius?
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Panduanjawaban:
Inimahanaksdjugabisaoprek;)Kurangidulu140oFdengan32o.Setelahitubarukalikandengan5/9.14032=108.108x5/9=60oC
KalibrasiTermometer
Kalibrasi tuh proses membuat skala pada sebuah termometer. Berikut ini beberapa petunjuk darigurumuda
Langkahpertama,keluarkanduitdaridompetdanbelilah sebuah termometerair raksa tanpa skala.Syukur kalaudi laboratorium sekolahmu sudah ada. Langkah kedua, keluarkanduitdaridompetdanbelilah esbatu secukupnya. Langkah ketiga, curi airpunya tetangga secukupnya. Langkah keempat,siapkansebuahpemanasairyangbisadigunakanuntukmemanaskansiairhinggamendidih.
Masukanesbatudanairkedalamsebuahwadah(usahakanairdanesbatusamabanyak).Setelahitu,masukkan termometer ke dalamwadah yang berisi air dan es batu tersebut. Karena padamulanyatermometerlebihpanasdariaires,makasetelahdimasukkankedalamwadah,panjangkolomairraksaakanberkurang.Biarkansampaipanjangkolomairraksatidakberubah(siairraksatidakjalanjalanlagi).Ketika panjang kolom air raksa tidak berubah, campuran es batu dan air telah berada dalamkeseimbangantermal.Tandaiposisikolomairraksatersebut (tandaibagianujungkolomairraksa). Iniadalahsuhutitikesaliastitikbekunormalair.Amatigambardibawahbiarpaham.
Air sudah dipanaskan belum ? kalau belum, silahkan memanaskan air. Masukkan si termometer kedalamwadahyangberisiairyangsedangdipanaskan.Tunggusampaisiairkepanasandanberdiskoriadalamwadah(maksudnyasiairmendidih).Jikapanjangkolomairraksasudahtidakberubahlagi,tandaiujungkolomairraksatersebut.Iniadalahtemperaturtitikdidihnormalairaliastitikuap.Amatigambardibawah.
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
13
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Jika dirimu ingin membuat skala Celcius, jarak antara kedua tanda dibagi menjadi 100 garis/titik.Usahakanjarakantarasetiapgaris/titikharussama.Tandabagianbawah=0oC,sedangkantandabagianatas=100oC.Lihatgambardibawah
Jikadirimu inginmembuat skala Fahrenheit, jarak antara kedua tandadibagimenjadi180 garis/titik.Usahakanpanjangsetiapgaris/titikharussama.Tandabagianbawah=32oF,sedangkantandabagianatas=212oF.32oFtuhbarusuhutitikes.Karenanyadirimubisamenambahkangarisatautitiksampai0oF. Tambahkan juga garis/titik di sebelah atas 212 oF. Panjang setiap garis/titik harus sama dengansebelumnya.
Catatan:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
14
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
15
Suhutitikesdansuhutitikuaptergantungpadatekananudara.Karenanyatermometeryangdikalibrasidi tempat yang tekanannya berbeda akan memberikan hasil berbeda. Termometer biasa sepertitermometerairraksaatautermometeralkohol,biasanyabersifatterbatas.Termometertersebuttidakbisadigunakanuntukmengukursuhuyangsangatrendahatausuhuyangsangattinggi.
TermometerGasVolumeKonstandanSkalaKelvin
Sebelumnya kita sudah mempelajari cara mengkalibrasi suatu termometer. Termometer yang kitagunakanadalah termometerair raksa yangbelumpunya skala.Btw, seandainya kitamengkalibrasi2termometer yang jenisnya berbeda, misalnya termometer air raksa dan termometer alkohol, skalakedua termometer tersebutmungkin hanya cocok pada 0 oC (atau 32 oF) dan 100 oC (atau 212 oF).Apabila kita menggunakan kedua termometer tersebut untuk mengukur suhu ruangan, angka yangditunjukkan belum tentu sama. Bisa saja termometer air raksamenujukkan angka 48 oC, sedangkantermometeralkoholmenunjukkanangka46 oC.Hal inidisebabkankarenakecepatanpemuaiansetiapmateriberbeda2.Demikian jugadengan jenis termometeryang lain,seperti termometerbimetaldkk.Skalasuhuyangditetapkandengancarainisangatbergantungpadasifatmateriyangdigunakan.Materiyanggurumudamaksudadalahsiairraksa,alkohol,kepingbimetaldkk.
Karena skala suhu yang ditetapkanmenggunakan termometer biasamempunyai keterbatasan (skalasuhu tergantung pada sifat materi yang digunakan), maka kita membutuhkan sebuah termometerstandar.Adanyatermometerstandarmembantukitauntukmenetapkanskalasuhusecara lebihtepat,tanpaharusbergantungpadasifatsuatumateri.
Termometer yang nyaris sempurna/ideal adalah termometer gas volumekonstan. Prinsip kerja sitermometergasvolumekonstanadalahsebagaiberikut.Volumegasdijagaagarselalutetapaliastidakberubah.Nah,ketikasuhubertambah,tekanangasjugaikut2anbertambah.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Inicumagambarankasarnyasaja.Termometergasvolumekonstansekarangcanggih2...Dalampipa1dan pipa 2 terdapat air raksa. Volume gas dijaga agar selalu konstan, dengan cara menaikan ataumenurunkanpipa2 sehinggapermukaanair raksadalampipa1 selaluberadapada tandaacuan. Jikasuhualiastemperaturmeningkat,tekanangasdalamtabungjugaikut2anbertambah.Karenanya,pipa2harusdiangkatlebihtinggiagarvolumegasselalukonstan.Tekanangasbisadiketahuidenganmembacatinggikolomairraksa(h)dalampipa2.Kalaupakaicaramanual,ingatsajakolomairraksasetinggi760mm=tekanan1atm(1atmosfir).Mengenaihal inibisadipelajaripadapokokbahasanTekananpadaFluida.Materinyasudahadadiblog ini.Biasanyapada termometergasvolumekonstanyangcanggihsudahadaalatpenghitungtekanan.Wadahyangberisigasjugasudahdirancangagargasselaluberadadalamvolumeyangtetap.Jadiyangdiukurcumaperubahantekanannyasaja...
Untukmengkalibrasi termometer gas volume konstan, kitabisamengukur tekanan gaspada2 suhu.Misalnyakitagunakansuhutitikesdansuhutitikuap.Suhutitikesdansuhutitikuapbergantungpadatekananudara.Biasanyapadatekanan1atm,suhutitikes=0oCdansuhutitikuap=100oC.Anggapsajakitamengkalibrasitermometergasvolumekonstanpadatempatyangmempunyaitekananudara1atm.
Pertama,tabunggasdimasukkankedalamwadahyangberisiesbatudanair.Volumegasdijagaagarselalutetap,karenanyapipa2harusditurunkansehinggapermukaanairraksapadapipa1tetapberadapadatitikacuan.Jikavolumegassudahtidakberubah,catatketinggiankolomairraksa(h)padapipa2.Gunakanhuntukmenghitung tekanan.Btw, kalau pakai termometer gas yang canggih, tabung yangberisigas langsungdicelupsajakedalamwadahyangberisiesbatudanair.Sudahadaalatpengukurtekanan, tinggal dibaca saja tekanan gas berapa... Catat besar tekanan gas tersebut (anggap saja initekanan1=P1)
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
16
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Kedua, tabung gas dimasukkan ke dalam wadah yang berisi air yang lagi dipanaskan. Seperti biasa,volumegasdijagaagarselalutetap,karenanyapipa2dinaikkansehinggapermukaanairraksapadapipa1tetapberadapadatitikacuan.Jikavolumegassudahtidakberubah,catatketinggiankolomairraksa(h)padapipa2.Gunakanhuntukmenghitungtekanangas....(anggapsajainitekanan2=P2)
Ketiga,buatgrafikyangmenyatakanhubunganantaratekanandansuhu...lihatcontohdibawah.
P1adalahtekanangasuntuksuhutitikes(0oC)danP2adalahtekanangasuntuksuhutitikuap(100
oC).Gambarkan sebuah garis yangmenghubungkan titik temuP1dan0
oCdan titik temuP2dan100oC.
Denganberpedomanpadagrafik,walaupunkitahanyamengetahuibesartekanangas,besarsuhujugabisadiketahuidenganmudahbahkanbisadiramalkan.
SkalaKelvin
Sekarang tataplahgrafikdiatasdenganpenuhkelembutan..... Jikagarismiringditarikkekiri sampaimemotongsumbuToC,kitaakanmenemukanbahwaketikatekanangas=0,besarsuhu= 273,15oC.Mungkin kita berpikir bahwa besar suhu tersebut berbedabeda, tergantung pada jenis gas yangdikurungdalamtabungtermometergasvolumekonstan.Btw,berdasarkanhasilpercobaan,walaupunjenis gas berbeda, ketika tekanan gas menjadi nol, besar suhu tetap bernilai 273,15 oC. Dengandemikian,kitabisamenggunakanbesarsuhuinisebagaipatokanskalasuhu(disebutjugasebagaisuhualiastemperaturnolmutlak).
TemperaturnolmutlakinidikenaldenganjulukanskalamutlakaliasskalasuhuKelvin.Kirainskalasuhugurumuda;)KelvinadalahnamaalmahrumLordKelvin(18241907),mantanfisikawanInggris.Sekarangbeliau sudah beristirahat di alam baka, karenanya gurumuda menyebutnya mantan fisikawan. Padaskala ini,suhudinyatakandalamKelvin(K).Selangantaraderajatsamaspertipadaskalacelcius,tetapiharganoldigeserhingga0K.Jadi0K=273,15oCdan273,15K=0oC.SuhudalamskalaCelciusdapatdiubahmenjadiskalaKelvindenganmenambahkan273,15,suhudalamskalaKelvinbisadiubahmenjadiskalaCelciusdenganmengurangi273,15.Secaramatematis,bisaditulissebagaiberikut:
T(K)=T(oC)+273,15
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
17
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
18
T(oC)=T(K)273,15
Contohsoal1:
20oC=....K?
Panduanjuawaban....
T=20+273,15=293,15K
Contohsoal2:
293,15K=....oC?
Panduanjuawaban....
T=293,15273,15
T=20oC
Contohsoal3:
100oF=.....K?
YanginibuatPRdirumah;)ubahdulusiFahrenheitkeCelcius.SetelahitubaruubahsicelciuskeKelvin.Guampangkok.....
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
19
KALORDANPERUBAHANWUJUD
Katanyakalauorangyanggemukinginmengurangilemak,makaiaharusbanyakberolahraga,misalnyalarilaridimalamhari;)atauberenangdikolamrenang.Pokoknyaolahragalah.Kenapaya,sigemukdisuruhharusbanyakolahraga.Semuanyakokmaujadiatlet..
Btw,dirimusukamakankhan?ya,iyalahpalinghobikalausoalmakan.Pagingemil,sorepunngemilKalaubelibiskuit,dirimubiasabaca2 tulisanyangadadibungkusan tidak?Protein30kkal. lemak20kkal.karbohidrat40kkal.besi10kkal.batu15kkal.pasir90kkaltuhmaksudnyaapaya?Bingungkah?hiks2.Metbelajarya.
Catatan:
Lebih baik gurumuda pakai istilah kalor saja.Memang nama lain dari kalor adalah panas, tapi nantidirimubisabingungMasalahnyakatapanas (dalamhal inipanas=kalor),miripdengankatapanasdalamkalimat:tubuhyangpanas,airpanasdkk.Jadibiarlebihaman,gurumudapakaikatakalorsaja.Btw,dirimujanganlupaya,namalaindarikalortuhpanas
KonsepKalor
Pernahminumesteh,essusu,essirupdkk?Nah,ketikamembuatesteh,biasanyakitamencampurairpanasatauairhangatyangadadidalamgelasdenganesbatu.Airpanasatauairhangatmemilikisuhuyang lebihtinggi,sebaliknyaesbatumemilikisuhuyang lebihrendah.Setelahbersenggolanbeberapasaat,campuranesbatudantehpanaspunberubahmenjadiesteh(campuranesbatudantehhangattelahmencapaisuhuyangsama).Prosesyangsamaterjadiketikakitamencampurairpanasdenganairdingin.Setelahbersentuhan,airpanasdanairdinginberubahmenjadiairhangat(Campuranairpanasdan airdingin telahmencapai suhu yang sama).Btw,mengapabisa terjadi seperti itu ?maksudnya,mengapa setelahbersentuhanbendabenda tersebutbisamencapai suhuyang sama?bingun, sebel,pusinkhuft.he2
Apabila benda2 yangmemiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, akan ada aliran kalor dari bendayangbersuhutinggimenujubendayangbersuhurendah.Alirankalorakanterhentisetelahkeduabendayang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Misalnya kalau kita mencampur air panas dengan airdingin,biasanyakalormengalirdariairpanasmenujuairdingin.Kalorberhentimengalirjikacampuranairpanasdanairdingintelahberubahmenjadiairhangat.Ketikakitamemasukkanbesipanaskedalamair dingin, kalor mengalir dari besi menuju air. Kalor akan berhenti mengalir setelah besi dan airmencapai suhu yang sama. Ketika dokter atau perawat menempelkan termometer ke tubuhmu(misalnya kalau dirimu lagi demam), kalor mengalir dari tubuhmu menuju termometer. Kalor akan
-
SERIEBOOKGURUMUDA
berhenti mengalir kalau tubuhmu dan termometer telah mencapai suhu yang sama. Kalautermometernyapakaiairraksa,makaketika tubuhmudan termometermencapaisuhuyangsama,airraksatidakjalanjalanlagi.Angkayangditunjukkanpermukaanairraksamerupakansuhutubuhmusaatitu.Kalautermometeryangdipakaiberupatermometerdigital,angkapadabagiantengahtermometerakan terhenti setelah tubuhmu dan termometermencapai suhu yang sama.Angka yang ditunjukkantermometeradalahsuhutubuhmu.
Biasanyakalormengalirdengansendirinyadaribendayangbersuhutinggimenujubendayangbersuhurendah.Alirankalor cenderungmenyamakan suhubendayangbersentuhan. Jangan tanyagurumudamengapademikiandari sononyamemang sudahbegitu.Mirip sepertikalaudirimu lihatcewekataucowokcakep,dirimupenasaran.Lagikangenberatsamapacar,malamnyacumabolakbalikditempattidur. Mengapa bisa demikian ? dari sononya sudah begitu :) mengapa laki2 harus kawin denganperempuan?darisononyasudahbegitumengapatikustidakpacarandengankucing?darisononyasudahbegitu
Padaabadke18,parailmuwanberpikirbahwaalirankalormerupakangerakansuatufluida,suatujenisfluidayangtidakkelihatan(fluidatuhzatyangdapatmengalir.Yangtermasukfluidaadalahzatcairdanzatgas.Misalnyaairairkhanbisamengalir.AtauudaraUdara jugabisamengalir).FluidatersebutdinamakanCaloric.TeorimengenaiCaloric iniakhirnya tidakdigunakan lagikarenaberdasarkanhasilpercobaan,keberadaansicaloricinitidakbisadibuktikan.
Padaabad ke19, seorangpembuatminumandari Inggris yangbernama JamesPrescott Joule (18181889) mempelajari cara bagaimana agar air yang ada di dalam sebuah wadah bisa dipanaskanmenggunakanrodapengaduk.BerikutinikilasansingkatpercobaanyangdilakukanolehomJimi.
Tataplahgambardiatasdenganpenuhkelembutan.Pengadukmenempeldengansumbuputar.Sumbuputar dihubungkan dengan bebanmenggunakan tali. Ketika beban jatuh, tali akanmemutar sumbusehinggapengadukikut2anberputar.Jikajumlahlilitantalisedikitdanjarakjatuhnyabebankecil,maka
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
20
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
21
kenaikansuhuairjugasedikit.Sebaliknya,jikalilitantalidiperbanyakdanbendajatuhlebihjauh,makakenaikansuhuairjugalebihbesar.
Ketikapengadukberputar,pengadukmelakukanusahaaliaskerjapadaair.Besarnyakerjaaliasusahayangdilakukanolehpengadukpada air sebandingdenganbesarnya kerja aliasusaha yangdilakukanolehgayagravitasiterhadapbebanhinggabebanjatuhsejauhh.Ingatrumususahaaliaskerja:Usaha(W)=Gaya(F)xperpindahan(s)=Gayaberatbeban(w)xperpindahanbeban(h)=massabeban(m)xpercepatangravitasi(g)xketinggian(h).Ketikamelakukankerjaterhadapair,pengadukmenambahkanenergipadaair(ingatkonsepusahadanenergi).Karenanyakitabisamengatakanbahwakenaikansuhuair disebabkan oleh energi yang dipindahkan dari pengaduk menuju air. Semakin besar kerja yangdilakukan,semakinbanyakenergiyangdipindahkan.Semakinbanyakenergiyangdipindahkan,semakinbesarkenaikansuhuair(airsemakinpanas).
Dirimu jangan pake bingung dengan konsep usaha dan energi ini Mirip seperti ketika dirimumendorongsepedamotoryanglagimogok.Sepedamotorbisabergeraksejauhjaraktertentu(s)akibatadanyagayadorong(F).Dalamhalini,sepedamotorbisabergerakkarenadirimumelakukanusahaaliaskerjapadasepedamotor tersebut. Ingat :Usahaaliaskerja=W=Gayadorong (F)xPerpindahan (s).Nah,ketikamendorongsepedamotor,dirimukelelahanaliascapejugakhan?Halitudisebabkankarenaenergi dalam tubuhmu berkurang, dimana sebagian energi dalam tubuhmu dipindahkan ke sepedamotor tersebut.Ketikabergerak, sepedamotor jugapunyaenergi (energi kinetik=EK=mv2.m=massamotor,v=kecepatanmotor).Energisepedamotor inisebenarnyaberasaldarienergitubuhmu.Kesimpulan:kitabisamengatakanbahwaketikadirimumelakukanusaha/kerjapadamotor,energidaritubuhmudipindahkanpada sepedamotor.Kasus inimiripdenganpercobaanom Jimidi atas.Ketikaberputardalamair,pengadukmelakukankerja/usahapadaairsehinggaenergipengadukdipindahkankeair.Adanyatambahanenergidaripengadukiniyangmembuatsiairkepanasan(suhuairmeningkat).
Berdasarkanhasilpercobaannya,omJimiJoulemembuatperbandingan.Ketikaibukesayanganhendakmemanaskanairdidapur,wadahyangberisiairdisentuhkandengannyalaapiyangmenyemburdarikompor.Ketikanyalaapidanwadahyangberisiairbersentuhan,kalormengalirdariapi (suhu tinggi)menujuair(suhurendah).Oya,alirankalormampirsebentardiwadah.Karenaadanyaalirankalordariapimenujuair,makaairyangpadamulanyakedinginanmenjadikepanasan(suhuairmeningkat).
Setelah membuat perbandingan antara meningkatnya suhu air karena bersentuhan dengan api danmeningkatnya suhu air akibat adanya kerja yang dilakukan oleh pengaduk, om Jimi menyimpulkanbahwa kalor sebenarnyamerupakan pemindahan energi. Ingat ya, kalor bukan energi (kalor bukansuatujenisenergitertentu).Kaloradalahenergiyangberpindah.Jadiketikakalormengalirdaribendayangbersuhu tinggimenujubenda yangbersuhu rendah, sebenarnyaenergilah yangberpindahdaribenda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Proses perpindahan energi akanterhenti ketika benda2 yang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Berdasarkan penjelasan yangpanjang pendek dan bertele2 di atas, kita bisa menyimpulkan bahwa kalor merupakan energi yangberpindahdarisatubendakebendayanglainakibatadanyaperbedaansuhu.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
22
Satuankaloradalahkalori (disingkatkal).Kaloriadalah jumlahkaloryangdiperlukanuntukmenaikansuhu1 gram air sebesar 1Co (Tepatnyadari14,5 oCmenjadi15,5 oC). Jumlah kalor yangdiperlukanberbeda2untuksuhuairyangberbeda.Untuk jumlahkaloryangsama,kenaikansuhuairsebesar1oChanyaterjadiantarasuhu14,5oCsampai15,5oC.Satuankaloryangseringdigunakan,terutamauntukmenyatakannilaienergimakananadalahkilokalori(kkal).1kkal=1000kalori.Namalaindari1kkal=1Kalori(hurufKbesar).
Satuan kalor untuk sistem Bristish adalah Btu (British thermal unit = satuan termal Inggris). 1 Btu =jumlah kalor yang diperlukan untukmenaikkan suhu 1 pound air sebesar 1 Fo (Tepatnya dari 63 oFmenjadi64oF).
Kalormemiliki keterkaitandenganenergi (Dalamhal ini, kalormerupakan energiyangberpindah),karenanya kita perlu mengetahui hubungan antara satuan kalor dengan satuan energi. Berdasarkanpercobaanyangdilakukanolehom Jimidanpercobaan2 sejenis lainnya,diketahuibahwausahaaliaskerjasebesar4,186Joulesetaradengan1kalorikalor.
1kalori=4,186Joule
1kkal=1000kalori=4186Joule
1Btu=778ft.lb=252kalori=1055Joule
(1kalori=4,186Jouledan1kkal=4186dikenaldenganjulukantarakalormekanik)
LambangkaloradalahQ
Catatan:
Pertama, kalori bukan satuan Sistem Internasional. Satuan Sistem Internasional untuk kalor adalahJoule.Gunakantarakalormekanikdiatasuntukmengoprek Joulekekaldankkal,atausebaliknyakaldankkaldioprekmenjadiJoule.
Contohsoal1:
Padabungkusan sebuahbiskuit terdapat tulisan : karbohidrat=10 kkal.Berapakah tambahanenergiyangdiperolehtubuhjikabiskuittersebutdimakan?
PanduanJawaban:
1kkal=1000kalori=4.186Joule
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
23
10kkal=(10)(4186Joule)=41.860Joule
Catatan:
Tubuhkitatidakmengubahsemuakarbohidratmenjadienergi. Sebagianenergipastiterbuangselamaberlangsungnyaprosespencernaan..Efisiensinyasebesar20%.Jadihanya20%yangdipakaitubuh,80%energiterbuang.
Contohsoal2:
Setelah menghabiskan banyak cemilan, seorang gadis yang sangat cantik baru sadar kalau ia telahkelebihan makan 200 Kalori (huruf K besar). Si gadis ingin mengurangi kelebihan energi yangdiperolehnyadari cemilan.Karenanya iamemutuskanuntukmengangkatbatudaripermukaan tanahhingga ketinggian 1meter. Jikamassa batu = 10 kg, berapa kalikah si gadis harusmengangkat batutersebut?
PanduanJawaban:
1Kalori=1kkal=1000kalori=4186Joule
200kkal=(200)(4186Joule)=837.200Joule
Ketikamengangkatbatu,sigadismelakukanusahaaliaskerjapadabatu.Besarnyausahayangdilakukanadalah:
Usaha (W)=Gaya (F) xPerpindahan (s)=Gayaberat (w) x ketinggian (h)=massa (m) xpercepatangravitasi(g)xKetinggian(h)
Usaha(W)=(10kg)(10m/s2)(1m)
Usaha(W)=100N.m=100Joule
Untukmengangkatbatusetinggi1meter,besarnyausahayangdilakukan=100Joule.Pertanyaannya,berapakalisigadisharusmengangkatbatu
837.200Joule/100Joule=8372.
Hahaha..sigadisharusmengangkatbatu8372kali;)sampaiteler
Catatan:
Pertama, tidak semuamakanan diubahmenjadi energi. Selama proses pencernaan, pasti ada energiyangterbuang.Kedua, jikagadistersebutmengangkatbatubermassa10kghinggaketinggian1meter
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
24
makaiaharusmengangkatbatutersebutsebanyak8372kali.Jikagadistersebuttidakinginmengangkatbatusebanyak8372kali,iabisamenambahmassabatuataumenambahketinggian.
PersamaanKalor
Jikabenda yangmemilikiperbedaan suhu salingbersentuhan,dengan sendirinya kalormengalirdaribenda yang memiliki suhu tinggi menuju benda yang memiliki suhu rendah. Kalor akan berhentimengalir jika kedua benda mencapai suhu yang sama. Kita bisa mengatakan bahwa aliran kalormenyebabkanperubahansuhupadabendayangbersentuhan.Berdasarkanpenjelasansingkat ini,bisadisimpulkanbahwakalor (Q)memilikiketerkaitandengansuatubendadanperubahansuhu (deltaT)yangdialamibendatersebut. Ingatya,setiapbendapastimempunyaimassa(m)dan jenisbenda jugaberbedabeda.
Padakesempatan ini,kitamencobamenyelidikibagaimanahubunganantara jumlahkalor (Q)denganbesarnya perubahan suhu (delta T), massa benda dan jenis benda. Untuk membantu menurunkanhubungan ini, alangkah baiknya jika kita tinjau 2 benda yang memiliki perbedaan suhu salingbersentuhan.Misalnyakitamemanaskanairmenggunakannyalaapikompor.
Catatan:
Perludiketahuibahwagurumudahanyamembuatpenalaransajadancontohyanggurumudapakaijugadekat dengan kehidupanmu, karenanya mudah2an dirimu cepat paham. Kalau bingung denganpenjelasangurumuda,dirimubisamelakukanpercobaan(dirumahataudisekolah).
HubunganantaraKalor(Q)danPerubahansuhu(deltaT)
Misalnya kita ingin memanaskan segelas air. Setelah dipanaskan, suhu air pasti bertambah (airmengalami perubahan suhu). Apabila nyala api kecil, perubahan suhu yang dialami air juga kecil.Sebaliknyajikaketikamemanaskanair,nyalaapilebihbesar,perubahansuhuyangdialamiairpastilebihbesar(airlebihcepatpanas)
Untukmembantumemahamipersoalan ini,coba lakukanpercobaankecil2anberikut ini.Sediakanduagelasair, termometerdanpemanasair (gunakanpemanasyangbisadikontrol,misalnyakompordll).Percobaan1 :Masukan segelas airdalam sebuahwadahdanpanaskan air tersebut selama5menit.Gunakantermometeruntukmengukursuhuakhir (suhuairsetelahdipanaskanselama5menit).Catatsuhuairtersebut Percobaan2:Kalauwadahnyamasihpanas,dinginkanterlebihdahulu.Buangsajaair yang sudah kepanasan tadi dan ganti dengan segelas air yang masih dingin. Kali ini nyala apidiperbesar 2 kali Silahkan panaskan air tersebut selama 5menit. Setelah itu ukur suhu akhir airBandingkan suhu akhir air yang diperoleh pada percobaan 2 dengan percobaan 1. Manakah yangmengalami perubahan suhu yang lebih besar ? Kalau percobaan dilakukan dengan baik dan benar,
-
SERIEBOOKGURUMUDA
dirimupasti setujukalaugurumudamengatakanbahwaperubahan suhuairdalampercobaan2 lebihbesardaripadaperubahansuhuairpadapercobaan1.
Nyala api dalam percobaan mewakili jumlah kalor (Q). Pada percobaan 1, nyala api kecil (Q kecil).Sebaliknyapadapercobaan 2,nyala apibesar (Qbesar).ApabilaQ kecil,perubahan suhu juga kecil.Sebaliknya jikaQbesar,perubahansuhu jugabesar.SemakinbesarQ,semakinbesarperubahansuhubenda.Kitabisamengatakanbahwa jumlahkalor (Q)sebandingdenganperubahansuhuyangdialamibenda.Secaramatematisbisaditulissebagaiberikut:
TQ Persamaan1
Keterangan:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
25
Q
=Sebanding
=Kalor
T
mQ
=T2T1=Perubahansuhu
T1=suhuawal
T2=suhuakhir
Hubunganantarajumlahkalor(Q)danmassabenda(m)
Sekarang mari kita tinjau hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa benda (m). Mulamula kitamemanaskan segelas air, setelah itu kitamemanaskan2 gelas air. Jikanyala api samadan suhu airmula2 jugasama,manakahyang lebihcepatpanas : segelasairatau2gelasair? Jikadirimupernahmemanaskanair,dirimuakan setujukalaugurumudamengatakan segelasairakan lebih cepatpanasdaripada2gelasair.Dengankatalain,untukkenaikansuhuyangsama,segelasairmembutuhkanselangwaktuyang lebih singkatdibandingkandengan2gelasair. Jikakita inginagar selangwaktukenaikansuhusegelasairdan2gelasairsama,makaketikamemanaskan2gelasair,nyalaapiharusdiperbesar2kali.
Besarnyanyalaapimewakili jumlahkalor(Q)sedangkansegelasairdan2gelasairmewakilimassaairtersebut.Segelasairmempunyaimassa (m)yang lebihkecil,sedangkan2gelasairmempunyaimassa(m)yanglebihbesar.Untukkenaikansuhuyangsama,segelasair(mkecil)membutuhkannyalaapiyanglebihkecil(Qkecil)sedangkan2gelasair(mbesar)membutuhkannyalaapiyanglebihbesar(Qbesar).Kitabisamengatakanbahwajumlahkalor(Q)sebandingdenganmassaair.Secaramatematis,hubunganantarajumlahkalor(Q)danmassa(m)dapatditulissebagaiberikut:
Persamaan2
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Keterangan:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
26
Q
cQ
Q
TmcQ
= TmcQ
=Sebanding
=Kalor
m=Perubahansuhu
Hubunganantarajumlahkalor(Q)danJenisbenda(m)
Untukmembantumenurunkanhubunganantarakalor(Q)dan jenisbenda, lakukanpercobaanberikutini.Siapkan sepotongbesidan sepotongkayu (usahakanpanjangnyaharus sama).Panaskanbesidankayu tersebut dengan nyala lilin. Walaupun nyala lilin sama, biasanya besi akan lebih cepat panasdaripadakayu(malahkayubisakebakar;)).Padadasarnya, jika jenisbendaberbedamakaperubahansuhuyangdialamibendajugaberbedabeda.Halinidisebabkankarenasifatsetiapbendaberbeda.Kitabisamengatakanbahwakalor (Q)sebandingdengan jenisbenda.Secaramatematis,hubunganantarajumlahkalor(Q)danjenisbendadapatditulissebagaiberikut:
Persamaan3
Keterangan:
=Sebanding
=Kalor
c=kalorjenis(kharakteristik/sifat/cirikhassuatubenda)
Persamaan1,persamaan2danpersamaan3bisadituliskembalisebagaiberikut:
PersamaanKalor(Q)
Persamaan inimenyatakan hubungan antara Kalor (Q) denganmassa benda (m), kalor jenis (c) danperubahansuhu(deltaT).
Keterangan:
Q=Kalor
m=Massabenda
-
SERIEBOOKGURUMUDA
c=Kalorjenis
T =T2T1=Perubahansuhu
T2=Suhuakhir
T1=Suhuawal
KalorJenis(churufckecil)
Kalorjenis(c)=banyaknyakalor(Q)yangdibutuhkanuntukmenaikkansuhu(T)satusatuanmassa(m)bendasebesarsatuderajat.Secaramatematis,kalorjenisdinyatakanmelaluipersamaandibawah:
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
27
TmQc
=
Keterangan:
c=kalorjenis
Q=kalor(J)
m=massabenda(Kg)
deltaT=perubahansuhu=suhuakhir(T2)suhuawal(T1).SatuannyaK
(J=Joule,K=Kelvin)
Satuankalorjenis(c)
KitabisamenurunkansatuanKalorJenisdenganmengoprekpersamaankalorjenis:
TmQc
=
))(( SatuanSuhuaSatuanMassrSatuanKaloc =
-
SERIEBOOKGURUMUDA
KKgJc.
=
SatuanSistemInternasionaluntukkalorjenisbendaadalahJ/Kg.K
KapasitasKalor(ChurufCbesar)
Kapasitaskalor (C)=banyaknyakaloryangdibutuhkanuntukmenaikkansuhuseluruhbendasebesarsatuderajat.Dengandemikian,bendayangmempunyaimassamdankalorjeniscmempunyaikapasitaskalorsebesar:
C=mc
Keterangan:
C=kapasitaskalor
m=massabenda(Kg)
c=kalorjenis(J/Kg.K)
Satuankapasitaskalor(C)
Untukmenurunkansatuankapasitaskalor(C),kitaopreksajapersamaankapasitaskalor(C)diatas:
mcC =
( )( )rJenisSatuanKaloaSatuanMassC =
( )
=
KKgJKgC.
KJC =
SatuanSistemInternasionaluntukkapasitaskalorbenda=J/K(J=Joule,K=Kelvin)
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
28
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
29
TabelKalorJenisbenda(Padatekanan1atmdansuhu20oC)
Catatan:
Kalorjenisbendabiasanyabergantungpadasuhu.Btw,apabilaperubahansuhutidakterlalubesarmakabesarkalorjenisbisadianggaptetap
JenisBendaKalorJenis(c)
J/kgCo kkal/kgCo
Air 4180 1,00
Alkohol(ethyl) 2400 0,57
Es 2100 0,50
Kayu 1700 0,40
Aluminium 900 0,22
Marmer 860 0,20
Kaca 840 0,20
Besi/baja 450 0,11
Tembaga 390 0,093
Perak 230 0,056
Raksa 140 0,034
Timahhitam 130 0,031
Emas 126 0,030
Contohsoal1:
Berapakahkaloryangdiperlukanuntukmenaikkan suhu sebuahkawat tembagayangbermassa2kg,dari20oCsampai80oC?
PanduanJawaban:
-
SERIEBOOKGURUMUDA
mtembaga=2kg
ctembaga=390J/kgoC
T1=20oC
T2=80oC
T =80oC20oC=60Co
TmcQ =
)60)(./390)(2( CCKgJKgQ oo=
=Q
46800J=46,8kJ(KiloJoule)
Contohsoal2:
Berapakahkaloryangharusdilepaskanuntukmenurunkansuhulempengbesiyangbermassa20kg,dari80oCmenjadi20oC?
PanduanJawaban:
mbesi=20kg
cbesi=450J/kgoC
T1=80oC
T2=20oC
T
TmcQ =
=20oC80oC=60Co
)60)(./450)(20( CCKgJKgQ oo =
=Q 540.000J=540kJ
Tandanegatifmenunjukkanbahwakalortersebutdilepas
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
30
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
31
KalorLaten
Apabilakitamemanaskansuatubenda,airmisalnya,semakin lamasiairbersentuhandengansumberpanas(misalnyanyalaapi),suhuairsemakinbertambah.Dalamhal iniairmengalamiperubahansuhuakibat adanya tambahan kalor dari nyala api. Perlu diketahui bahwa adanya tambahan kalor tidakselamanya menyebabkan perubahan suhu. Hal ini biasanya terjadi selama proses perubahan wujudsuatubenda.Untukmembuktikanhalini,dirimubisamelakukanpercobaankecil2anberikutini
Siapkan es batu secukupnya, termometer dan pemanas (gunakan saja pemanas listrik kalau ada).Masukan termometer ke dalamwadah yang berisi es batu dan tunggu sampai permukaan air raksaberhenti bergerak. Selanjutnya, nyalakan pemanas listrik. Karena mendapat tambahan kalor daripemanas listrikmakaesbatuperlahanlahanmencair.Seiringdenganmencairnyaesbatu,permukaanair raksadalam termometerakanbergeraknaik.Meskipunesbatu selalumendapat tambahankalor,padasuatu titik tertentu,permukaanairraksaakanberhentibergerakselamabeberapasaat.Esbatumemangtetapmencair,tapisuhunyatidakberubah.Biasanyahaliniterjadipadatitikesaliastitikbekunormalair.Pada tekananatm, titikesberadapada0 oC. Ingatya, titikesberubah terhadap tekanan,karenanyatermometeryangdirimupakaibelumtentumenunjukangka0oC.
Setelahparkirsebentardititikes,permukaanairraksaakanjalanjalanlagi.Semakinbanyakkaloryangdiserapair,semakinpanasairtersebut.Bertambahnyasuhuairditunjukkanolehkenaikanpermukaanairraksadalamtermometer.Walaupuntetapmendapattambahankalor,ketikasuhuairmencapaititikuapalias titikdidihnormalair,permukaanair raksaakanberhenti jalanjalan (suhuair tetap).Padatekananatm,titikuapberadapada100oC.Tambahankaloryangdiperolehairdaripemanaslistriktidakmembuatsuhuairberubah.Tambahankalortersebuthanyamengubahairmenjadiuap.Amatigrafikdibawah.
-
SERIEBOOKGURUMUDA
Grafik inimenunjukkanprosesperubahansuhudanperubahanwujudairsetelahpendapat tambahankalor (pada tekanan1atm).Penambahankalordaribc tidakmenyebabkanperubahansuhu, tetapihanyameleburkan esmenjadi air.Demikian juga penambahan kalor dari d e hanyamengubah airmenjadiuap.Airhanya salah satu contoh saja.Padadasarnya semuabenda akanmengalamiprosesyangsamajikabendatersebutdipanaskan.
Tambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah1kgbendadariwujudpadatmenjadi cairdisebutkalorpeleburan.Kalorpeleburanjugaberkaitandenganjumlahkaloryangdilepaskanuntukmengubahwujudbendadaricairmenjadipadat.Lambangkalorlebur=LF(F=fusion).Perludiketahuibahwakaloryangterlibatdalamperubahanwujudbendatidakhanyabergantungpadakalorpeleburansaja,tetapijugamassabendatersebut.Secaramatematisbisaditulissepertiini:
Q=mLF
Keterangan:
Q=Jumlahkaloryangdiperlukanataudilepaskanselamaprosespencairanataupembekuan
m=massabenda
LF=Kalorpeleburan
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
32
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
33
Tambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah1kgbendadariwujudcairkegasdinamakankalorpenguapan. Kalor penguapan juga berkaitan dengan jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubahwujudbendadarigasmenjadicair.Lambangkalorpenguapan=LV(v=vaporization).Secaramatematis,kalor yang diperlukan atau kalor yang dilepaskan selama proses penguapan atau pengembunan bisaditulissebagaiberikut:
Q=mLV
Keterangan:
Q=Jumlahkaloryangdiperlukanataudilepaskanselamaprosespenguapanataupengembunan
m=massabenda
LF=Kalorpenguapan
KalorPeleburandanKalorPenguapandikenaljugadenganjulukanKalorLaten.LambangkalorLaten=L
Catatan:
Setiap benda mempunyai titik lebur dan titik didih yang berbedabeda. Kalor peleburan dan kalorpenguapansetiapbendajugaberbeda2.Lihattabeldibawah.
Benda Titiklebur Kalorlebur (LF) Titikdidih Kalorpenguapan (LV)
K oC J/Kg Kkal/Kg =Kal/g
K oC J/Kg Kkal/Kg =Kal/g
Helium 4,126 268,93 20,9x103 5
Hidrogen 13,84 259,31 58,6x103 14,1 20,26 252,89 452x103 108,5
Nitrogen 63,18 210 26x103 6,2 77,38 195,8 200x103 48
Oksigen 54,36 218,79 14x103 3,3 90,15 183 210x103 51
Etanol 159 114 104,2x103 239,75 351,15 78 850x103 204
Amonia 195,35 77,8 33x103 8,0 239,75 33,4 137x103 33
Raksa 234 39 11,8x103 2,8 630 357 272x103 65,3
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
34
Air 273,15 0 334x103 79,5 373,15 100 2256x103 539
Sulfur 392 119 38,1x103 9,1 717,75 444,60 326x103 78,2
Timbal 600,5 327,3 24,5x103 5,9 2023 1750 871x103 209
Perak 1233,95 960,80 88,3x103 21,2 2466 2193 2336x103 560,6
Besi 2081,15 1808 289x103 69,1 3296,15 3023 6340x103 1520
Tembaga 1356 1083 134x103 32,2 1460 1187 5069x103 1216,6
Emas 1336,15 1063,00 64,5x103 15,5 2933 2660 1578x103 378,7
Contohsoal1:
Berapakahtambahankaloryangdiperlukanuntukmengubah5kgesbatumenjadiair?
PanduanJawaban:
Q=mLFLFair=79,5kkal/kg(lihattabel)
Q=(5kg)(79,5kkal/kg)
Q=397,5kkal=397,5Kalori(hurufKbesar)=397,5x103kalori(hurufkkecil)
1kkal=1000kalori=4.186Joule
397,5kkal=397,5x4.186Joule=1.663.935Joule=1,66kJ(kiloJoule)
Untukmengubah5 kgesbatumenjadiair,diperlukan tambahan kalor sebesar397kkalatau tambahanenergisebesar1,66Joule
Contohsoal2:
Berapakahjumlahkaloryangharusdilepaskanuntukmengubah5kgairmenjadies?
PanduanJawaban:
Q=mLFLFair=79,5kkal/kg(lihattabel)
Q=(5kg)(79,5kkal/kg)
-
SERIEBOOKGURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
35
Q=397,5kkal=397,5Kalori(hurufKbesar)=397,5x103kalori(hurufkkecil)
1kkal=1000kalori=4.186Joule
397,5kkal=397,5x4.186Joule=1.663.935Joule=1,66kJ(kiloJoule)
Untukmengubah5kgairmenjadies,kaloryangharusdilepaskan=397kkalataupenguranganenergisebesar1,66Joule
Contohsoal3:
Berapakahenergiyangdiperlukanuntukmencairkan2kgemas?
Panduanjawaban:
Q=mLFLFemas=64,5x103J/kg(lihattabel)
Q=(2kg)(64,5x103J/kg)
Q=129x103Joule
Catatan:
Perubahanwujudsuatubendadapatdijelaskansecara lengkapdalampokokbahasanTeoriKinetikGas(materiKelasXI).
-
SERIEBOOK GURUMUDA
AlexanderSanLohat| 20082011http://www.gurumuda.com
36
Referensi:
Giancoli,DouglasC.2001.FisikaJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.
HallidaydanResnick.1991.FisikaJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.
Tipler,P.A.1998.FisikauntukSainsdanTeknikJilidI(Terjemahan).Jakarta:PenebitErlangga.
Young,HughD.&Freedman,RogerA.2002.FisikaUniversitas(Terjemahan).Jakarta:PenerbitErlangga.