RINGKASAN MATERI KALOR, PERUBAHN WUJUD DAN PERPINDAHAN KALOR

Transkripsi

1 RINGKASAN MATERI KALOR, PERUBAHN WUJUD DAN PERPINDAHAN KALOR A. KALOR (PANAS) Tanpa disadari, konsep kalor sering kia alami dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya kia mencampur yang erlalu panas dengan air yang lebih dingin. Saa iu campuran dari airakan urun emperaurnya menjadi hanga saja. Dari perisiwa iu kia bias mengaakan bahwa ada sesuau yang hilangdari air panas, dan pingah ke air yang dingin. Sesuau inilah yang dalam fisika disebi dengan kalor. Kalor idak lain adalah energi, yang berpindah dari za yang emperaurnya lebih inggi, ke za yang emperaurnya lebih rendah. Unuk kenaikan suhu yang sama, dibuuhkan kalor yang lebih besar bila massa za yang dipanaskan lebih banyak. m Seip za membuuhkan jumlah kalor yang berbeda unuk menaikkan suhunya. Besaran yang mempengaruhi suau za dalam menerima kalor unuk menaikkan suhunya ini dikenal dengan nama kalor jenis, dengan lambing c dan sauan J/kg 0 C c Jika diuliskan dalam benuk persamaan, akan diperoleh persamaan Dimana kalor yang diberikan ( Joule ) m massa benda ( kg ) c kalor jenis benda ( J/kg 0 C ) T kenaikan suhu benda ( 0 C ) suhu akhir suhu mula-mula 1 Joule 0,24 kalori 1 kalori 4,2 Joule mc T A.1. Kalor Jenis dan Kapasias Kalor Kalor jenis adalah sifa khusus suau za yang menggambarkan jumlah kalor yang dibuuhkan unuk menaikkan suhu 1 kg za sebesar 1 0 C. Secara maemais, kalor jenis dapa dirumuskan sbb: c m T Kapasias kalor adalah jumlah kalor yang dibuuhkan unuk menaikkan suhu za sebesar 1 0 C C ; C mc jumlah kalor ( Joule ) C kapasias kalor ( J / 0 C ) T kenaikan suhu ( 0 C ) A.2. Azas Black Hukum kekekalan energi menyaakan bahwa energi bersifa kekal. Joseph Blach menyimpulkan bahwa kalor yang dilepaskan suau za akan sama kalor yang dierima oleh za lain. Hukum kekekalan energi inilah yang dikenal sebagai azas Black.

2 lepas erima Misalkan suhu air panas T 1, massnya m 1, sedangkan air dingin memiliki suhu T 2, dan massanya m 2. Suhu campuran adalah x dan kalor jenis za diasumsikan idak berubah erhadap suhu. Dengan mengabaikan perukaran kalor dengan wadah dan kalor yang erbuang ke lingkungan, dapa diuliskan persamaan : Kalor yang dilepaskan air panas : 1 m 1 c T 1 m 1 c ( T 1 x ) Kalor yang dierima air dingin : 2 m 2 c T 2 m 2 c ( x T 2 ) T m1 + Tm 1 1 x m + m 1 1 dimana x adalah suhu campuran B. PERUBAHAN WUJUD Suau za dapa berubah wujud melalui proses erenu, sepri diunjukkan dalam gambar beriku : GAS PADAT CAIR 1. Kalor Lebur dan Kalor Beku Kalor lebur adalah jumlah kalor yang dibuuhkan unuk meleberkan 1 kg za pada menjadi cair pada iik leburnya. Kalor beku adalah kalor yang dilepaskan pada saa 1 kg za cair membeku menjadi 1 kg za pada pada iik bekunya. Kalor lebur mempunyai harga yang sama dengan kalor beku m L f dimana L f adalah kalor lebur za, sauannya J/kg 2. Kalor Uap Kalor uap adalah kalor yang dibuuhkan unuk menguapkan suau za pada iik didihnya. Kalor uap sama dengan kalor didih. m L v dimana L v adalah kalor uap, sauannya J/kg

3 3. Grafik Suhu dan Kalor T ( 0 C ) F Fase gas (uap) ( 5 ) 125 D E ik didih ( 4 ) Fase cair (air) ( 3 ) 25 B C iik lebur ( 2 ) Fase pada (es) ( 1 ) -25 A Waku ( s ) Gambar di aas menunjukkan grafik suhu-kalor keika sejumlah massa erenu es yang suhunya di bawah 0 0 C dipanaskan (diberi kalor). Hal yang harus diperhaikan adalah kalor jenis yang digunakan unuk iap bagian grafik yang mengalami kenaikan suhu. Dari A ke B wujud za es, sehingga kalor jenis yang digunakan pada rumus m c T adalah kalor jenis es, yaiu c 2100 J/kg K. Dari C ke D wujud za adalah air sehingga kalor jenis yang digunakan adalah kalor jenis air, yaiu c 4200 J/kg K. Dari E ke F, wujud za adalah uap, sehingga kalor jenis yang digunakan adalah kalor jenis uap 2010 J/kg K. Unuk memahami analisis grafik suhu erhadap kalor diberikan persamaan yang berlaku pada iap bagian. Proses dari A ke B dan dari C ke D Karena ada perubahan suhu maka persamaan yang digunakan adalah : m c T.sebagai 1 dan 3 : kalor yang dibuuhkan ( J ) m : massa za ( kg ) T: perubahan suhu ( 0 C ) T T B - T A dan T T D - T C Proses dari B ke C Karena idak ada perubahan suhu maka persamaan yang digunakan adalah m L f... sebagai 2 Dimana L f adalah kalor beku Proses dari D ke E Karena idak ada perubahan suhu maka persamaan yang digunakan adalah m L v... sebagai 4 L v adalah kalor uap. Jadi unuk analisis grafik akan diperoleh persamaan : oal

4 C. PERPINDAHAN KALOR Di SMP elah dipelajari bahwa ada 3 cara perpindahan kalor, yaiu ; 1. konduksi 2. konveksi 3. radiasi 1. Perpindahan Kalor Secara Konduksi Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor yang idak diserai perpindahan parikel. Perpindahan kalor secara konduksi dapaerjadi dalam dua proses beriku : a. Pemanasan pada sau ujung za menyebabkan parikel-parikel pada ujung iu bergear lebih cepa dan suhunya naik, aau energi kineiknya berambah. Proses perpindahan kalor seperi ini berlangsung lamba karena unuk memindahkan lebih banyak kalor diperlukan beda suhu yang inggi dianara kedua ujung. b. Dalam logam kalor dipindahkan melalui elecron-elekron bebas yang erdapa srukur aom logam. Karena elecron bebas mudah berpindah, perambahan energi ini dengan cepa dapa diberikan ke elecron-elekron lain yang leaknya lebih jauh melalui umbukan. Dengan cara ini kalor berpindah lebuh cepa. Fakir-fakor yang mempengaruhi laju kalor konduksi : 1. Beda suhu anara kedua permukaan, T T 2 T 1 ; makin besar beda suhu, makin cepa perpindahan kalor 2. Keebalam dinding, d; makin ebal dinding, makin pelan perpindahan kalor 3. Luas permukaan, A; makin luas permukaan makin cepa perpindahan kalor 4. Kondukivias ermal za, k; merupakan kemampuan za menghanarkn kalor, makin besar nilai k, makin cepa perpindahan kalor. Secara maemais, banyak kalor yang melalui dinding selama selang waku, dinyaakan : ka T d Bagaimana jika perpindahan kalor erjadi pada sambungan dua baang logam yang berbeda jenis? Misalnya dua baang logam berbeda jenis dengan luas penampang sama, salah saunya dihubungkan. T 1 sambungan, Suhu T T 2 enbaga k1 aluminium k2 Secara maemais ; L 1 L 2 1 2

5 ka T L ka L 2. Perpindahan Kalor Secara Konveksi Proses perpindahan kalor dari sau bagian fluida ke bagian lainfluida oleh pergerakan fluida iu sendiri dinamakan konveksi. Conoh pemanfaaan konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah cerobong asap, lemari es. Laju kalor / keika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekiarnya secara konveksi adalah sebanding dengan luas permukaan A yang bersenuhan dengan fluida dan beda suhu T di anara benda dan fluida. Secara maemais diulis: ha 3 Perpindahan Kalor Secara Radiasi Radiasi adalah perpindahan energi kalor dalam benuk gelombang elekromagneik. Menuru Hukum Sefan-Bolzmann yang berbunyi : energi yang dipancarkan oleh suau permukaan hiam dalam benuk radiasi kalor iap sauan waku ( / ) sebanding dengan luas permukaan ( A ) dan sebanding dengan pangka empa suhu mulak permukaan iu ( T 4 ). Secara maemais diulis : σ AT Teapan σ ( dibaca sigma ) dikenalsebagai eapan Sefan-Bolzmann dan dalm SI mempunyai nilai σ 5,67 x 10-8 W m -2 K -4 Tidak semua benda dapa dianggap sebagai benda hiam sempurna, maka persamaan Sefan- Bolzmann unuk seiap benda dapa diulis: 4 eσat Dengan e adalah koefisien emisivias. Emisivian idak memiliki sauan dan nilainya anara 0 sampai 1 ( 0 e 1) danberganung pada jenis za dan keadaan permukaan. Unuk benda hiam sempurna memiliki e 1 dan e unuk ubuh manusia berganungwarna kuli eapi milai hampirannya adalah e 0,98 4