S.U.H.U. D... K..L.O.R.. Konsep Suhu. Suhu Suhu erupakan ukuran panas dingin suau za. ada dasarnya suhu adalah ukuran energi kineic raa-raa yang diiliki oleh olekul-olekul suau benda. Suhu pada suau benda dapa engalai perubahan. erubahan ersebu dapa engakibakan berubahnya sifa-sifa benda. Sifasifa benda yang dapa berubah akiba adanya perubahan suhu disebu sifa eroerik. Sifa sifa eroerik za dapa berupa: a. peuaian za pada; b. peuaian za cair; c. peuaian gas; d. ekanan za cair; e. ekanan udara; f. regangan za pada; g. habaan za erhadap arus lisrik; h. inensias cahaya (radiasi benda).. eroeer eroeer adalah ala unuk engukur suhu suau benda. ebuaan pada skala pada eroeer eerlukan dua iik referensi, yaiu iik eap aas aau disebu iik didih dan iik eap bawah aau disebu iik beku. erdapa 4 aca skala yang biasa digunakan unuk dala pengukuran suhu yaiu skala lecius, Reaur, Kelvin, dan Fahrenhei. erbandingan anara keepa skala eroeer di aas, yaiu: F 54 F 86 Jadi 0 o dala skala elcius saa dengan 86 dala skala Fahrenhei. B. Konsep Kalor. engerian Kalor Kalor adalah suau energi yang berpindah dai benda bersuhu inggi ke benda yang bersuhu rendah. Benda yang eneria kalor, suhunya akan naik aau wujudnya berubah. Benda yang elepas kalor, suhunya akan urun aau wujudnya berubah.. Kalor enyebabkan Suhu aik Besarnya kalor yang diserap aau dilepas oleh suau benda unuk enaikkan suhunya dipengaruhi oleh : a. assa benda () b. kalor jenis benda (c) c. perubahan suhu ( ) besarnya kalor ersebu diruuskan : = assa benda (kg) c = kalor jenis benda (kal/g o ; J/kg K) = = perubahan suhu ( o ; K) = kalor yang diserap aau dilepas (Kalori; Joule) Dala Sise SI, sauan kalor adalah Joule (J). c kalori = 4,84 Joule Joule = 0,4 Kalori onoh Soal eroeer enunjukkan angka 0 o elcius. Jika dinyaakan dala skala Fahrenhei adalah ebahasan : F 9 5 F 0 9 5 F 9 6 Sau kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan unuk enaikkan suhu o air urni yang assanya gra. onoh Soal Berapa besar kalor yang diperlukan unuk enaikka suhu sebaang besi yang assanya 0 Kg dari 0 o enjadi 00 o, jika kalor jenis besi 450 J/kg? ebahasan Dikeahui : = 0 kg = 00 0 = 80 o Diaur Rahan Mas ud, S.d
c = 450 J/kg dianyakan : =? 0 c 60 450 80 Jadi, kalor yang diperlukan adalah 60 kj. Kapasias Kalor () dan Kalor Jenis (c) Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan unuk enaikkan suhu kg za sebesar K. Za yang paling inggi kalor jenisnya adalah air, sehingga air erupakan za erbaik unuk enyipan energi eral aau eindahkan panas. Kalor jenis seiap za dienukan dengan persaaan : c Kapasias kalor () adalah banyaknya kalor yang dibuuhkan unuk enaikkan suhu sebesar K aau o, dan diruuskan sebagai beriku. ebahasan Dikeahui : = kg = 0 0 = 00 = 5 kj Dianyakan : a. =...? b. c =...? a. kapasias Kalor () 5 00,5 Jadi, kapasias kalornya adalah,5 kal/ o. b. Kalor Jenis (c) c,5 c c 0,45 Jadi, kalor jenis bendanya adalah 0,45 kal/gr 4. Kalor enyebabkan wujud za berubah erdapa jenis wujud za, yaiu za pada, za cair, dan gas. pabila za diberikan kalor, aka pada za pada akan erjadi perubahan wujud za. Diagra perubahan wujud za dapa diliha seperi beriku ini. Sauan kapasias kalor adalah J/K aau Kal/ o Hubungan kapasias kalor dan kalor jenis suau za dapa dinyaakan dala persaaan beriku ini. c aau c onoh Soal Sepoong besi yang eiliki assa kg, dipanaskan dari suhu 0 hingga 0. Jika kalor yang diserap besi sebesar 5 kj. enukan kapasias kalor besi dan kalor jenis besi? ada proses elebur, enguap dan enyubli diperlukan kalor (panah yang erleak di dala). Sedangkan pada proses ebeku, engebun, dan engkrisal dilepaskan kalor (panah yang erleak di luar). Besarnya kalor yang diperlukan aau dilepaskan selaa proses perubahan wujud za eenuhi persaaan : Diaur Rahan Mas ud, S.d
= assa benda (kg) L = kalor Laen (J/Kg ; Kal/gra) = kalor yang diserap aau dilepas (Kalori; Joule) onoh Soal Berapa banyak kalor yang diperlukan unuk engubah gra es pada suhu 0 enjadi uap air pada suhu 00? (cair = 4.00 J/kg, Lf = 6 J/g, dan Lu =.60 J/g) L Jadi, kalor yang dibuuhkan unuk engubah gra es enjadi uap air adalah 60 Joule. 5. sas Black sas Black enyaakan enang kekekalan energi kalor pada suau za. Yaiu : ada pencapuran dua za dan B (issal : > B), banyaknyakalor yang dilepas za bersuhu inggi (za ) saa dengan banyaknya kalor yang dieria za bersuhu rendah (Za B) Yang diruuskan : lepas eria ebahasan Dikeahui : = g = 0 - kg = 00 0 = 00 Lf =.60 J/g = 60 x 0 J/kg Lu = 6 J/g = 6 x 0 J/kg air = 4.00 J/kg Dianyakan : oal =? I =. Lf I = x 0 -. 60 x 0 I = 450 J II =. c. II = x 0 -. 400.00 II = 840 J III =. Lu III = x 0 -. 6 x 0 III = 67 J oal = I + II + III oal = 450 + 840 + 67 oal = 60 Joule Huku Black hanya berlaku unuk sise eruup (idak erdapa kebocoran aau perpindahan gas dari sise lingkungan aau sebaliknya). onoh Soal ir sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 00 di uangkan ke dala bejana dari aluiniu yang eiliki assa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 5, kalor jenis aluiniu 900 J/kg, dan kalor jenis air 4.00 J/kg, aka enukan suhu keseibangan yang ercapai! (anggap idak ada kalor yang engalir ke lingkungan) ebahasan Dikeahui : bjn= 0,5 kg air= 0,5 kg air= 00 bjn = 5 cair= 4.00 J/kg cbjn = 900 J/kg dianyankan : c = suhu capuran aau akhir =? dilepas = dieria cair air = cbjn bjn 0,5 4.00 (00 c) = 0,5 900 (c 5) 0.000.00 c = 450 c.50.550 c =.50 Diaur Rahan Mas ud, S.d
c =.50 / 550 = 87,56 Jadi, suhu capurannya adalah 87,56. perabahan luas pada benda dapa diruuskan sebagai beriku.. euaian. euaian anjang Jika sebuah baang epunyai panjang ula-ula l, koefisien uai panjang (α), suhu ula-ula, lalu dipanaskan sehingga panjangnya enjadi l dan suhunya enjadi, aka perabahan panjangnya adalah. l l l = l l = perabahan panjang () = = perubahan suhu ( o ; K ) l = panjang awal () α = koefisien uai panjang (/ o ; /K) onoh Soal Sebuah benda yang erbua dari baja eiliki panjang 000 c. Berapakah perabahan panjang baja iu, jika erjadi perubahan suhu sebesar 50? (α =, x 0-5 / o.) ebahasan Dikeahui : l = 000 c = 50 α =, 0-5 / Dianyakan : l =...? l l l, 0 5 000 50 l 60 Jadi, perabahan panjang benda ersebu sebesar 60 c.. euaian Luas Unuk benda-benda yang berbenuk lepengan pla (dua diensi), akan erjadi peuaian dala arah panjang dan lebar. Hal ini berari lepengan ersebu engalai perabahan luas aau peuaian luas. Serupa dengan perabahan panjang pada kawa, = = perabahan luas ( ) = = perubahan suhu ( o ; K ) = luas awal ( ) β = koefisien uai luas (/ o ; /K) onoh Soal ada suhu 0 sebuah pela besi luasnya 0. pabila suhunya dinaikkan enjadi 90 dan koefisien uai panjang besi sebesar 0,00004/, aka enukan luas pela besi ersebu! ebahasan : Dikeahui : = 0 = 0 ; = 90 = = 90 0 = 60 β = 0,00004 / Dianyakan : =...? 0 0 0,044 0,00004 0 0,044 ( ) (60) Jadi, luas pela besi seelah dipanaskan adalah 0,044.. euaian Ruang/olue Jika volue benda ula-ula, suhu ulaula, koefisien uai ruang/volue γ, aka seelah dipanaskan voluenya enjadi, dan suhunya enjadi sehingga perabahan volue za ersebu, sebagai beriku. = = perabahan volue/ruang ( ) Diaur Rahan Mas ud, S.d 4
= = perubahan suhu ( o ; K ) = volue awal ( ) γ = koefisien uai volue (/ o ; /K) onoh Soal Sebuah bejana eiliki volue lier pada suhu 5. Jika koefisien uai ruang bejana 6 0-5 /, aka enukan volue bejana pada suhu 75! ebahasan : Dikeahui : γ = 6 0-5 / = 75 5 = 50 = lier Dianyakan : =...? 6 0 0 0,005 5 ( (50),00 ) Jadi, volue bejana seelah dipanaskan adalah,00 lier. D. erpindahan Kalor. Konduksi Konduksi erupakan proses perpindahan kalor anpa diserai perpindahan parikel. Banyaknya kalor () yang elalui dinding selaa waku (), dinyaakan sebagai beriku. k d = banyak kalor iap waku (wa) k = kondukivias eral za (wa/k) = luas perukaan ( ) d = keebalan dinding () = perubahan suhu ( o ; K) pabila erdapa (dua) baang loga berbeda jenis yang disabungkan, aka berlaku laju aliran kalor dala kedua baang adalah saa besar, sehingga : onoh Soal k d Dikeahui suhu perukaan bagian dala dan luar sebuah kaca jendela yang eiliki anjang dan lebar,5 beruru uru 7 dan 6. Jika ebal kaca ersebu, dan kondukivias eral kaca sebesar 0,8 W/, aka enukan laju aliran kalor yang lewa jendela ersebu! ebahasan Dikeahui : d =, =, 0 - =,5 = = 7 6 = k = 0,8 W/ Dianyakan : / =...? k d 0,8, 0 k d 750 Jadi, laju aliran kalor yang lewa jendela adalah 750 wa. Konveksi Konveksi adalah perpindahan kalor yang diserai dengan perpindahan parikelparikel za. erpindahan kalor secara konveksi dapa erjadi pada za cair dan gas. Laju kalor keika sebuah benda panas eindahkan kalor ke fluida sekiar secara konveksi adalah sebanding dengan luas perukaan benda () yang bersenuhan dengan fluida dan perbedaan suhu ( ) dianara benda dan fluida. Yang secara aeais diuliskan : Diaur Rahan Mas ud, S.d 5
= banyak kalor iap waku (wa) h = koefisien konveksi (W - K -4 aau W - ( ) -4 ) = luas perukaan ( ) = perubahan suhu ( o ; K) h onoh Soal Udara dala sebuah kaar enunjukkan skala 5, sedangkan suhu perukaan jendela kaca kaar ersebu 5. Jika koefisien konveksi 7,5 0-5 W - ( ) -4, aka enukan laju kalor yang dieria oleh jendela kaca seluas 0,6 ²! ebahasan Dikeahui: = 5 5 = 0 = 0,6 ² h = 7,5 0-5 W - ( ) -4 Dianyakan : / =...? 5 7,5 0 0,6 0 0,45 Jadi, laju aliran kalor yang dieria jendela adalah 0,45 Wa. Radiasi Radiasi aau pancaran adalah perpindahan energi kalor dala benuk gelobang elekroagneik. Sebagai conoh, perpindahan kalor dari aahari ke perukaan bui. erpindahan kalor secara radiasi, dijelaskan dala Huku Sefan- Blozann, yang enyaakan : Energi yang dipancarkan oleh suau perukaan hia dala benuk radiasi kalor iap sauan waku (/) SEBDIG dengan luas perukaan () dan SEBDIG dengan pangka 4 (epa) suhu ulak perukaan iu ( 4 ) Secara aeais diuliskan : 4 = banyak kalor iap waku (wa) σ = eapan Sefan-Bolzann = 5,67 x 0-8 W - K -4 (σ = dibaca U O) = luas perukaan ( ) = perubahan suhu ( o ; K) ersaaan di aas hanya berlaku unuk benda hia sepurna. gar dapa berlaku unuk seiap benda, aka persaaan di aas diulis : e = eisias e 4 onoh Soal Sebuah pla ipis eiliki oal luas perukaan 0,0. la ersebu di panaskan dengan sebuah ungku hingga suhunya encapai.000 K. Jika eisias pla 0,6, aka enukan laju radiasi yang dipancarkan pla ersebu! ebahasan Dikeahui : = 0,0 =.000K e = 0,6 σ = 5,67059 0-8 W/K4 Dianyakan : / =...? e 0,6 6804 5,67 4 0 8 0,0 (000) Jadi, laju radiasi yang dipancarkan pla sebesar 6.804 W. 4 Diaur Rahan Mas ud, S.d 6
L...I.H... S.O..L.. nilai 68 o F akan seara dengan dala skala. a. Reaur b. elcius c. Kelvin. pada suhu elcius berapa skala Fahrenhei saa dengan skala Reaur.. suau eroeer epunyai iik beku air 0 o dan iik didih air 0 o. bila suau benda diukur dengan eroeer elcius suhunya 40 o. berapakah suhu yang diunjukkan oleh eroeer. 4. pada suau eroeer B. iik beku air adalah 60 o B dan iik didih air 60 o B. bila suau benda diukur dengan dengan eroeer Reaur suhunya 40 o R. aka suhu yang diunjukkan pada eroeer B. 5. epa puluh dua Fahrenhei saa dengan. Kelvin 6. suau za suhunya 4 K. jika suhu ersebu dinyaakan dala deraja Fahrenhei besarnya adalah. 7. suau eroeer dipakai unuk engukur suhu air endidih 0 o dan pada es yang sedang encair bersuhu 5 o. unuk suhu 4 o, eroeer enunjukkan skala 8. jika suhu di dala leari es 5 o dan suhu air di luar leari es 0 o, selisih suhu di luar dan di dala leari es (nyaakan dala Kelvin dan Reaur) 9. sebuah bejana aluuniun assanya 00 gra air. Bejana dan air diberi kalor sebesar 90 kalori. Bila kenaikan suhu akhir air dan bejana 0 o dan kalor jenis air kal/gr o. hiunglah kalor jenis aluiniu. 0. 00 c air eh dengan suhu 95 o diuangkan ke dala cangkir gelas (assa gelas 00 gra) yang suhunya 5 o. bila keseibangan elah ercapai dan idak ada aliran kalor lain disekiarnya. Hiunglah suhu capurannya. Kalor jenis gelas = 0, kal/gr o, assa jenis air = gr/c, kalor jenis air = kal/gr o.. 00 gr air pada suhu 0 o dipanaskan sehingga seluruhnya enjadi uap. Berapakah kalor yang diperlukan selaa peanasan ini? kalor jenis air = kal/gr o, kalor uap air = 540 kal/gr.. sebaang baja pada suhu 0 o panjangnya 00 c. apabila panjang baja sekarang enjadi 00, c dan koefisien uai panjang baja 0-5 / o. hiung suhu akhirnya.. suau jenis gas enepai volue 00 c pada suhu 7 o dan ekanan a. pabila suhu gas enjadi 87 o sedangkan ekanannya enjadi a, hiunglah volue gas sekarang. (Soal uk KG) 4. pada suhu 0 o volue abung kaca 00 c. abung diisi pebuh air raksa. Berapa c air raksa yang upah jika dipanaskan sapai suhu 0 o. koefisien uai panjang kaca = x 0-6/ o dan koefisien uai ruang air raksa = 54 x 0-5 / o. 5. sau baang ebaga panjangnya 50 c dan luas penapangnya 0 c ujung yang saunya enepel pada air es yang bersuhu 0 o dan ujung lainnya enepel pada air panas yang sedang endidih 00 o. apabila koefisien konduksi ernal baja = 0,9 kal/s c o, berapa kalori kalor yang eraba pada baja selaa 0 sekon. 6. bola ebaga luasnya 0 c dipanaskan sapai berpijar pada suhu 7 0. jika eisiviasnya 0,4 dan τ = 5,67 x 0-8 wa/ K 4. hiunglah energi radiasinya. 7. baang baja dan kuningan luas penapang dan panjangnya saa yang salah saunya ujungnya dihubungkan. Suhu ujung baang baja yang bebas 50 o, sedangkan suhu ujung baang kuningan yang bebas 00 o. jika Diaur Rahan Mas ud, S.d 7
koefisien konduksi eral baja dan kuningan asing-asing 0, kal/s c o dan 0,4 kal/s c o, hiunglah suhu pada iik sabungannya. 8. es kalor jenisnya 0,5 kal/gr o. sebanyak 0 gr pada suhu 0 o diberi kalor sebanyak 000 kal. pabila kalor lebur es = 80 kal/gr, aka air yang erjadi epunyai suhu 9. Jika 75 gra air yang suhunya 0 o dicapur dengan 50 gra air yang suhunya 00 o, aka suhu air capurannya adalah 0. 50 gra es pada suhu 0 o diasukkan ke dala 00 gra air yang bersuhu 0 o. jika kalor lebur es = 80 kal/gr dan kalor jenis air = kal/g o, suhu akhir capuran adalah.. sebuah baang baja panjang 0 c pada ujung-ujungnya bersuhu eap 00 o dan 0 o engalirkan panas 5 kalori perdeik. gar baang baja dapa engalirkan panas 0 kalori perdeik aka panjang baang baja adalah. (UM OLIEM 0. dua baang dan dengan ukuran saa, eapi jenisnya loga berbeda dilekakan sau saa lain. Ujung kiri bersuhu 90 o dan ujung kanan bersuhu 0 o. jika koefisien konduksi eral adalah kali koefisien konduksi eral, aka suhu bidang baas dan adalah.. za cair yang assanya 0 kg dipanaskan dari suhu 5 o enjadi 75 o, eerlukan panas sebesar 4 x 0 5 Joule. Kalor jenis za cair ersbu. 4. Karena suhunya diingkakan dari 0 O enjadi 00 o suau baang baja yang panjanganya berabah panjang. berapakah perabahan panjang suau baang baja yang panjangnya 60 c, bila dipanaskan dari 0 o enjadi 0 o. 5. sebuah silinder gelas yang voluenya lier dan suhunya 0 o dipanaskan hingga bersuhu 40 o. apabila koefisien uai panjang gelas 9 x 0-6 / o, volue gas enjadi. 6. jika kalor jenis es 0,55 kal/g o, aka unuk enaikkan suhu 50 kg es dari 45 o ke 5 o dibuuhkan kalor kalori *** keberhasilan iu suau pilihan ***.E.O.R.I. K.I..E..I.K. G..S.. Konsep Gas Ideal Gas ideal adalah gas yang eenuhi asusi-asusi beriku ini : a. Gas ideal berupa parikel yang disebu olekul. b. julah parikel gas banyak sekali eapi idak erjadi gaya arikenarik anar parikel. c. Seiap parikel selalu bergerak dengan arah sebarang (acak) dan epunyai kecepaan eap. d. Ukuran parikel gas dapa diabaikan erhadap ukuran wadah. e. Seiap ubukan yang erjadi bersifa ubukan lening sepurna f. arikel ersebar eraa pada seluruhu ruangan wadah. g. arikel gas eenuhi huku ewon enang gerak. B. Huku enang Gas. Huku Boyle Jika suhu () yang berada dala ruang eruup dijaga konsan, aka ekanan () berbanding erbalik dengan volue () yang diiliki gas. Diruuskan : = ekanan gas (a) = volue ( ). Huku Gay-Lussac a. Jika ekanan () yang berada dala ruang eruup dijaga konsan, aka suhu () sebanding dengan volue () yang diiliki gas. Diruuskan : = suhu gas (K) = volue ( ) Diaur Rahan Mas ud, S.d 8
b. Jika volue () yang berada dala ruang eruup dijaga konsan, aka suhu () sebanding dengan ekanan () yang diiliki gas. Diruuskan : = suhu gas (K) = ekanan gas (a). Huku Boyle-Gay Lussac jika kalor () yang berada dala ruang eruup dijaga konsan (idak erjadi perukaran kalor anar parikel dengan lingkungan), aka perkalian ekanan () dengan volue () sebanding dengan suhu () yang diiliki gas. Diruuskan : = ekanan gas (a) = volue gas ( ) = suhu gas (K). ersaaan Gas Ideal Konsep ol hubungan ol dengan assa dan banyak parikel: n dan n Mr n = ol = assa parikel (kg) Mr = assa relaive = julah parikel = bilangan avogadro = 6,0 x 0 olekul/ ol ersaaan Uu Gas Ideal Gas ideal secara uu diurunkan dari persaaan huku Boyle Gay Lussac, yang diuliskan seperi beriku : n R aau k Dengan = ekanan gas (a) = volue gas ( ) = suhu gas (K) n = julah ol (ol) = julah parikel (buah) k = konsana Bolzan k =,8 x 0 - J/K R = eapan uu gas R = 8, x 0 J/kol K R = 0,08 L a/ol K (jika dala a, dala L, n dala ol, dan dala K ) k R Dala keadaan sandar (S) : ekanan () = a = 0 5 a Suhu () = 0 o = 7 K n = ol gas olue () =,4 L (gunakan R yang sesuai dengan sauan dan ) D. eori Kineik Gas. ekanan () Gas Ideal dala Ruang eruup ekanan gas ideal dala ruang eruup diurunkan dari ekanika ewon dan diperoleh : = ekanan gas (a) = assa sebuah parikel (kg) o v = raa-raa kuadra kecepaan ( /s ) = banyak olekul parikel (buah) = olue gas ( ) Hubungan ekanan gas ideal dala ruang eruup dengan Energi Kineik raaraa ( EK ) sau parikel gas. o v EK Diaur Rahan Mas ud, S.d 9
EK = Energi Kineik raa-raa (J). Suhu () dan Energi Kineik (EK) Gas Ideal dala Ruang eruup Suhu dan Energi Kineik gas ideal dala ruang eruup diperoleh dari penggabungan persaaan uu gas ideal dengan persaaan ekanan, yaiu : EK k Sehingga, dapa diulis juga : EK k ersaaan ini hanya unuk gas onoaoik.. Kecepaan Efekif (v rs) dan Raa-Raa Gas Ideal a. kecepaan raa-raa olekul gas v v b. kecepaan efekif olekul gas v kecepaan efekif (v rs) didefinisikan sebagai akar dari raa-raa kuadra kecepaan, dapa diulis : v rs v aau...... i v rs Dari persaaan ini dapa diperoleh iga persaaan sesuai besaran yang dikeahui: ) kecepaan efekif (v rs) dengan suhu () v rs k dan o i v v i v rs R Mr ) kecepaan efekif (v rs) dengan ekanan () v rs ρ = assa jenis gas (kg/ ) E. eorea Ekiparisi Energi. Konsep eorea Ekiparisi Energi Unuk suau sise olekul-olekul gas pada suhu ulak () dengan seiap olekul eiliki f deraja kebebasan (degree of freedo), energi ekanik raaraa ( EM ) per olekuk aau energi kineik raa-raa per olekul ( EK ) adalah : EM EK f ( k ) f = deraja kebebasan gas. Deraja Kebebasan (f) Molekul Gas Deraja kebebasan gas (f) adalah banyaknya koponen yang diiliki oleh gas yang elakukan gerak ranslasi, roasi dan vibarasi. ada gas onoaoik, parikel elakukan gerak ranslasi sehingga deraja kebebasannya (iga). ada gas diaoik, parikel elakukan elakukan gerak gerak ranslasi, roasi dan vibarasi. Dari hasil analisis engenai daa percobaan enunjukkan bahwa jenis gerak yang berunculan dipengaruhi oleh suhu olekul gas. Unuk gas diaoik, berdasarkan suhu yang diiliki olekul gas dibedakan enjadi: a. pada suhu rendah (± 50 K), gas hanya elakukan gerak ranslasi sehingga deraja kebebasannya (iga). Diaur Rahan Mas ud, S.d 0
b. pada suhu sedang (± 500 K), gas elakukan gerak ranslasi dan roasi sehingga deraja kebebasannya 5 (lia). c. pada suhu inggi (± 000 K), gas elakukan gerak ranslasi, roasi dan vibrasi sehingga deraja kebebasan-nya 7 (ujuh).. Energi Dala (U) Gas Ideal Energi Dala (U) difenisikan sebagai julah energi kineik ranslasi, roasi dan vibrasi seluruh olekul gas yang erdapa di dala wadah erenu. Energi dala diruuskan : U U EK f ( k ) f = deraja kebebasan gas = julah olekul gas Berdasarkan persaaan di aas, aka Energi Dala beberapa parikel gas sebagai beriku : a. gas onoaoik (f = ) isal = He, e, r U ( k ) b. gas diaoik, seperi H,, dan O pada suhu rendah (±50 K); f = U ( k ) pada suhu sedang (±500 K); f = 5 U 5 ( k ) pada suhu inggi (±000 K);f = 7 U 7 ( k ) L...I.H... S.O..L.. Berapakah volue 8 gra gas heliu (Mr = 4 kg/kol) pada suhu 5 o dan ekanan 480 Hg? Jawab : 75 L. Suau gas yang bervolue 600 L dengan shu 7 o dan ekanan 5 a eiliki assa,95 kg. Berapa besar Mr gas ersebu? Jawab : 6. Gas oksigen pada suhu 7 o eiliki 5 L dan ekanan a. Berapakah volue gas oksigen ersebu jika ekanannya dibua enjadi,5 a pada suhu 00 o? Jawab : 0,7 L 4. ada awal perjalan, ekanan udara di dala ban obil adalah 406 ka dengan suhu 5 o. Seelah berjalan pada kecepaan eringgi, ban enjadi panas dan ernyaa ekanan udara di dala ban elah enjadi 46 ka. Jika peuaian ban diabaikan, berapakah suhu udara dala ban? Jawab : 54 o 5. Sebuah abung berisi udara pada ekanan erenu. Jika ekanan udara dala abung naik enjadi dua kali seula, berapa kali seulakah kelajuan olekul udara dala abung? Jawab : 6. Sebuah angki dengan volue 0,5 engandung 4 ol gas neon pada suhu 7 o. (a) enukan EK oal gas neon ersebu; (b) berapa EK raa-raa seiap olekul gas? Jawab : a. 4,958 J ; b. 6, x 0 - J 7. Sebuah angki dengan volue 5 L engandung ol gas onoaoik. Jika seiap olekul gas eiliki energi kineik raa-raa,8 x 0-8 J, enukan ekanan gas dala angki? Jawab : 0,9 x 0 5 a 8. Sebuah angki berisi gas argon dengan assa ao relaif 40 kg/kol. ada suhu 0 o, enukanlah (a) energi Diaur Rahan Mas ud, S.d
kineik ranslasi raa-raa seiap olekul dan (b) kecepaan efekif seiap olekul 9. ada suhu erenu, kecepan 0 olekul gas adalah sebagai beriku. Kecepaan (/s) Banyak olekul 0 0 40 50 80 enukan (a) kecepaan raa-raa dan (b) kecepaan efekif gas! 0. Udara pada suhu ruang epunyai assa jenis,9 kg/. jika ekanan udara 00 ka, berapakah kecepaan efekif olekul-olekulnya?. enukan energi kineik raa-raa dan energi dala 5 ol gas pada suhu 000 K jika gas ersebu (a) gas ono aoik; (b) gas diaoik. Dikeahui eapan Bolzan k =,8 x 0 - J/K.. Gas oksigen yang assanya 64 gra dan suhunya 7 o eiliki assa olekul relaif g/ol. Jika Dikeahui eapan Bolzan k =,8 x 0 - J/K dan R = 8, x 0 - J/ol K, (a) berapa energi dala oksigen; (b) berapa energi yang harus diberikan unuk enaikkan suhu gas sebesar 50 o? 6. gas pada suhu eap, voluenya di jadikan 4 kali volue awal, aka ekanan gas ersebu sekarang adalah 7. pada ekanan eap, suhu suau gas dinaikkan enjadi kali suhu awalnya, aka volue gas ersebu sekarang adalah 8. ekanan gas dala bejana yang voluenya 00 c adalah 00 ka dan raa-raa energi kineic ranslasi asing-asing parikel adalah 6,0 x 0 - Joule. Julah parikel gas pada bejana adalah 9. parikel-parikel gas oksigen di dala abung eruup pada suhu 0 o eiliki energi kineic 40 Joule. Unuk endapakan energi kineic 640 Joule kia harus enaikkan suhunya enjadi.. 0. sebuah abung gas dengan volue erenu berisi gas ideal dangan ekanan p. akar nilai raa-raa kuadra laju olekul gas disebu v rs. Jika ke dala abung iu dipopakan gas sejenis, sehingga ekanannya enjadi p sedangkan suhunya eap, aka v rsnya enjadi. *** sifa puus asa bukan salah sau sifa Ua Rasulullah ***. berapakah energi dala 0,04 ol gas oksigen di dala sebuah ruang eruup yang suhunya 400 K bila suhu iu dianggap deraja kebebasannya 5? eapan Bolzan k =,8 x 0 - J/K. Jawab :, J 4. jika volue gas ideal diperbesar enjadi dua kali volue seula ernyaa energi dalanya enjadi 4 kali seula, aka ekanan gas enjadi... kali seula 5. suau gas ideal eiliki energi dala U pada saa suhunya 7 o, berapakah energi dalanya bila suhu dinaikkan enjadi 7 o? Diaur Rahan Mas ud, S.d
.E.R.M.O.D.I...M.I.K.. Grafik pada isokhorik :. Konsep Sise dan Lingkungan Sise adalah kupulan bendabenda (gas) yang kia injau. Lingkungan adalah seua yang ada di luar/sekiar sise. B. Usaha pada beberapa proses Usaha sise pada Lingkungan W =. W =. ( ) Dengan: W = usaha (Joule) = ekanan gas (/ ) = volue akhir gas ( ) = volue awal gas ( ) Usaha pada roses Isoheral, erupakan usaha gas pada saa suhu () konsan. Usaha pada roses Isobarik, erupakan usaha gas pada saa ekanan () eap. W =. W =. ( ) Dengan: W = usaha (Joule) = ekanan gas (/ ) = volue akhir gas ( ) = volue awal gas ( ) Grafik pada isobarik : = = W n R ln W = usaha (Joule) n = ol R = eapan uu gas R = 8, x 0 J/kol K R = 0,08 L a/ol K (jika dala a, dala L, n dala ol, dan dala K ) = suhu (Kelvin) = volue akhir gas ( ) = volue awal gas ( ) Grafik pada proses isoeral : Usaha pada roses Isokhorik, erupakan usaha gas pada saa volue () konsan. W =. W =. (0) = 0 Usaha pada roses diabaik, erupakan usaha gas pada saa kalor () konsan, arinya kalor yang diiliki gas idak bocor. Berlaku : dan γ = konsana Laplace; nilainya γ >. γ erupakan hasil perbandingan kapasias kalor gas pada ekanan eap ( ) dan kapasias kalor gas pada volue eap ( ), secara aeais diuliskan : Diaur Rahan Mas ud, S.d
Usaha pada proses adiabaik, yaiu: W W au Grafik pada proses adiabaik : n R Berlaku : D B W = = kalor yang diserap dari reservoir bersuhu inggi (Joule) = kalor yang dilepas ke reservoir bersuhu rendah (Joule). Huku I erodinaika Huku I erodinaika, berbunyi : unuk seiap proses, apabila Kalor () diberikan pada sise dan sise elakukan Usaha (W), aka selisih energi, W saa dengan perubahan energi dala ( U), yang diruuskan : U = W erjanjian anda : W posiif jika sise elakukan usaha, W negaif jika sise eneria / dilakukan usaha, posiif jika sise eneria kalor, negaif jika sise elepas kalor, D. Siklus erodinaika Siklus erupakan rangkaian proses yang ebua keadaan akhir sise kebali ke keadaan awalnya. Siklus arno, suau siklus usaha yang eiliki epa proses, yaiu : ) Isoheral ( B) ) euaian diabaik (B ) ) Isoheral ( D) 4) eapaan adiabaik (D ) dapun grafiknya : Efisiensi Mesin, perbandingan besarnya usaha yang dilakukan dengan kalor asukan yang diperlukan. W Unuk siklus arno berlaku hubungan : Sehingga efisiensi siklus arno, dapa diuliskan : x00% = suhu reservoir bersuhu inggi (K) = suhu reservoir bersuhu rendah (K) E. Huku II erodinaika Huku II erodinaika ebaasi perubahan energi ana yang dapa berlangsung dan perubahan energi ana yang idak dapa berlangsung. ) Rudolf lausius (8-888), enyaakan ruusan lausius enang huku II erodinaika dengan pernyaaan aliran kalor. Diaur Rahan Mas ud, S.d 4
kalor engalir secara sponan dari benda bersuhu inggi ke benda bersuhu rendah dan idak engalir secara sponan dala arah sebaliknya ) Huku II erodinaika dinyaakan dala enropi oal enropi jagad raya idak berubah keika proses reversibel erjadi dan berabah keika proses ireversibel erjadi ) Kelvin dan lanck enyaakan ruusan yang seara sehingga dikenal ruusan Kelvin-lanck enang huku II erodinaika enang esin kalor idak ungkin ebua suau esin kalor yang bekerja dala suau siklus yang seaa-aa enyerap kalor dari sebuah reservoir dan engubah seluruhnya enjadi usaha luar x 0 5,5 x 0 5. gas ideal di dala ruang eruup elakukan proses dari ke B. seperi gabar. Usaha yang dilakukan gas dari kedudukan ke B adalah. x 0 5 (/ ) B (/ ) B,5 (lier) F. Enropi 5 5 (c ) Enropi adalah suau ukuran banyaknya energy aau kalor yang idak dapa diubah enjadi usaha. Jika suau sise pada suhu ulak () engalai suau proses reversibel dengan enyerap sejulah kalor (), aka kenaikan enropi ( S), diruuskan : S revesibel G. Koefisien daya guna (koefisien perforansi) pada esin pendingin K W W Laihan soal Mandiri. gas heliu bersuhu 7 o dipanaskan secara isobarik sapai 77 o. jika ekanannya x 0 5 /, aka usaha yang dilakukan gas adalah.. gas dala ruang eruup engalai proses yang dapa dilukiskan seperi diagra beriku. Usaha luar yang dilakukan gas dari ke adalah. 4. suau gas dala wadah silinder eruup engalai proses seperi pada gabar. enukan Usaha yang dilakukan oleh gas unuk (a) proses B, (b) proses B, (c) proses, dan (d) keseluruhan proses B. (ka) 00 00 5 00 (lier) 5. enukan usaha yang dilakukan oleh ga s unuk proses B sesuai dengan diagra beriku ini! a. (a) 60 50 0 B 00 600 800 B (d ) Diaur Rahan Mas ud, S.d 5
b. (a) 50 5 B elakukan usaha 400 Joule, (b) sise enyerap kalor sebanyak 00 kalori, dan pada saa yang saa eneria usaha 40 Joule, dan (c) sise elepas kalor sebanyak 00 kalori pada volue konsan. (nyaakan dala Joule). 00 400 600 (d ) 6. suau gas ideal diekspansi dari volue awal 0,44 enjadi volue akhir 0,44 pada ekanan eap 0 ka. (a) enukan usaya yang dilakukan oleh dari keadaan awal ke keadaan akhir! (b) andaikan proses dapa dibalik dari keadaan akhir ke keadaan awal, berapakah besar usaha yang dilakukan oleh gas. 7. unuk eperkecil volue sebuah gas enjadi seengahnya secara isoheral diperlukan usaha 600 J. berapakah usaha yang diperlukan unuk eperkecil volue gas iu enjadi sepersepuluh dari volue awal. 8.,5 gas heliu bersuhu 7 o dipanaskan secara isobaric sapai 87 o. jika ekanan gas heliu x 0 5 /, gas heliu elakukan gas luar sebesar? 9. suau gas yang voluenya 0,5 perlahan-lahan dipanaskan pada ekanan eap sehingga voluenya enjadi. jika usaha luar gas ersebu x 0 5 Joule, aka ekanan gas ersebu. 0. jika volue gas ideal diperbesar dua kali volue awal dan ernyaa usaha luarnya enjadi epa kali seula, aka ekanan gas ersebu enjadi seula.. sejulah gas ideal dipanaskan pada ekanan eap x 0 4 / sehingga voluenya berubah dari 0 enjadi 50. usaha luar yang dilakukan gas selaa proses ekspansi adalah.. enukan perubahan energi dala syse dala keiga proses beriku: (a) sise enyerap kalor sebanyak 500 kal, dan pada saa yang saa. sejulah ol gas ideal onoaoik dengan suhu awal 7 o dinaikkan suhunya enjadi 7 o pada ekanan eap. Berapakah kalor yang diperlukan? eapan uu gas R = 8, J/ol K 4. suau gas dengan ekanan konsan 8, x 0 4 a diapakan dari 9 lier enjadi lier. Dala proses gas elepas kalor 400 Joule. (a) berapakah usaha yang dilakukan oleh gas, (b) perubahan energi dalanya? 5. sebuah esin arno yang enggunakan reservoir suhu inggi 77 o epunyai efisiensi 0%. Berapakah suhu reservoir rendahnya. 6. sebuah esin kalor yang bekerja anara reservoir kalor bersuhu rendah 7 o dan reservoir inggi o, diingkakan efisiensi aksiunya dari 5% hingga enjadi 50% dengan enaikkan suhu enjadi. enukan nilai dan. 7. suau esin arno yang bekerja anara dua reservoir yang suhunya 7 o dan 7 o enyerap kalor sebanyak 000 kalori. Jika kalori = 4, Joule. Maka usaha yang dilakukan oleh esin ersebu. 8. efisiensi esin arno yang beroperasi dengan suhu rendah ½ Kelvin dan suhu inggi Kelvin adalah. 9. sebuah esin arno yang enggunakan reservoir inggi 800 K epunyai efisiensi 0%. Unuk enaikkan suhu efisiensinya enjadi 6%, aka suhu kalor suhu ingginya dinaikkan enjadi. 0. esin kalor arno engabil 000 kkal dari reservoir 67 o dan engeluarkannya pada suhu 7 o, Diaur Rahan Mas ud, S.d 6
aka kalor yang dikeluarkan ke reservoir 7 o adalah.. suau esin eneria 00 kal dari sebuah reservoir bersuhu 400 K, dan elepaskan 75 kalori ke sebuah reservoir lain yang suhunya 0 K. efisiensi esin iu adalah.. sebuah esin arno yang enggunakan reservoir inggi 800 K epunyai efisiensi 40%. gar efisiensinya naik enjadi 50%, suhu reservoir suhu ingginya dinaikkan enjadi.. esin arno engabil panas 00 kalori dari eperaure 7 o dan ebuang sisanya 60 kalori ke eperaure rendah. eperaure rendah esin arno ersebu. 4. suau esin arno bekerja dianara suhu 600 K dan 00 K dan eneria asukan kalor sebesar 000 Joule. Usaha yang dilakukan oleh esin adalah. *** Bisa adalah suau pilihan*** Diaur Rahan Mas ud, S.d 7