Bab V

Suhu, Pemuaian, Kalor 

                      Blog ini dibuat sebagai tugas proyek pelajaran fisika kelas XI Semester Ganjil                           

 Guru Fisika : Indri Dayana,M.Si

A. Suhu

1. Skala Fahrenheit

Seorang ilmuwan Jerman (Daniel George Fahrenheit) tahun 1714 membuat termometer yang mula-mula diisi alkohol dan lalu diganti dengan raksa. Sebagai titik tetap pertama ia memakai campuran garam dapur dan es yang diberi angka 00F (suhu terendah yang ia ketahui) dan titik tetap kedua ia memakai tubuh manusia dan diberi angka 960C.

Skala termometer Fahrenheit berdasarkan definisi modern adalah skala dengan temperatur es melebur sebagai 32 dan derajat temperatur air mendidih ditetapkan sebagai 212 derajat.

Termometer ini pada jaman dulu banyak digunakan di Amerika Serikat dan Eropa, akan tetapi sekrang ini negara di Eropa sudah beralih ke termometer Celcius namun negara AS masih menggunakannya.

2. Skala Celcius

Selang 20 tahun setelah ditemukannya termometer Fahrenheit, seorang profesor dari Swedia (Ander Celsius) membuat termometer. Termometer Celsius memakai titik tetap atas adalah suhu air sedang mendidih sebagai 1000C dan titik tetap bawah adalah suhu es sedang mencair sebagai 00C. Skala antar kedua temperatur ini dibagi dalam 100 derajat. Termometer dengan skala Celsius adalah termometer yang paling banyak digunakan oleh berbagai negara di dunia, termasuk Indonesia.

3. Skala Kelvin

Skala kelvin pada dasarnya sama dengan skala celcius (seperseratus). Akan tetapi, skala kelvin dimulai dari suhu nol mutlak (0 K) yang nilainya sama dengan -273,150C. Sehingga untuk suhu air mendidih sama dengan 373,15 K dan es mencair sama dengan 273,15 K.

4. Skala Reamur

Reamur memilih titik 80o untuk air mendidih dan 0o untuk es yang mencair. Artinya skala reamur mempunyai rentang suhu antara 0oR - 80oR.

CONTOH SOAL  :

1.Sebuah zat cair diukur suhunya menggunakan termometer celcius diperoleh angka 40oC. Berapakah jika zat cair tersebut diukur suhunya menggunakan:

a. Termometer reamur

b. Termometer fahrenheit

c. Termometer kelvin

Penyelesaian:

Diketahui:

tc = 40oC

Ditanyakan: tR, tF, dan T

Jawab:

a. Mengubah skala celcius ke reamur

perbandingan skala termometer reamur dan celcius adalah sebagai berikut.

tR	=	4
tC		5

Maka:

tR = 4/5 × tC

tR = 4/5 × 40

tR = 32

Jadi, ketika diukur dengan termometer reamur, suhunya adalah 32oR.

b. Mengubah skala celcius ke fahrenheit

perbandingan skala termometer fahrenheit dan celcius adalah sebagai berikut.

tF – 32	=	9
tC		5

Maka:

tF – 32 = 9/5 × tC

tF – 32 = 9/5 × 40

tF – 32 = 72

tF = 72 + 32

tF = 104

Jadi, ketika diukur dengan termometer fahrenheit, suhunya adalah 104oF.

c. Mengubah skala celcius ke kelvin

untuk mengkonversi satuan suhu dari celcius ke kelvin kita langsung saja menggunakan rumus berikut.

T = tC + 273

T = 40 + 273

T = 313

Jadi, ketika diukur dengan termometer kelvin, suhunya adalah 313 K.

B. Pemuaian Benda

1. Pemuaian zat padat

a.Pemuaian panjang

adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. 

Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah

Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut :

Yang perlu diperhatikan adalah didala rumus tersebut banyak sekali menggunakan lambang sehingga menyulitkan dalam menghapal. Disarankan untuk sering menggunakan rumus tersebut dalam mengerjakan soal dan tidak perlu dihapal.

b.Pemuaian luas

adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada. Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.

Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Pada perguruan tinggi nanti akan dibahas bagaimana perumusan sehingga diperoleh bahwa koefisien muai luas sama dengan 2 kali koefisien muai panjang.

Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut :

c.Pemuaian volume

adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal.

Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah

2. Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair pemuaian yang terjadi hanya pemuaian volume, tidak ada pemuaian panjang dan luas. 

rumus pemuaian zat cair

ΔV = Vo.b.ΔT

dengan b adalah koefisien muai volume zat cair.  Nilai b ini berbeda dengan γ atau koefisien muai volume zat padat. ΔV penambahan volume yang terjadi.  ΔT selisih suhu.

contoh soal pemuaian zat cair

Sebuah panci berisi air penuh dengan volume 4 liter. Air dalam panci tersebut kemudian di panaskan sehingga mengalami kenaikan suhu sebanyak 80  oC. Berapakah volume air yang akan tumpah dari panci tersebut? (koefisien muai air = 0,004/oC

Pembahasan

Volume air yang tumpah sama dengan penambahan volume air akibat pemanasan, jadi

ΔV = Vo.b.ΔT
ΔV  = 4 liter.0,004.80ΔV  = 1,28 liter

C. Kalor

Pengertian Kalor

         didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. 

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

                         Q = m.c.(t2 – t1)

Dimana :

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

m adalah massa benda (kg)

c adalah kalor jenis (J/kgC)

(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

contoh soal 

1.Berapa kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 kg air yang bersuhu 20⁰C menjadi 100⁰C jika diketahui kalor jenis air 1000 J/kg⁰C ?
Diketahui :
m = 1 kg
c = 1000 J/kg⁰C
ΔT = 100⁰C - 20⁰C = 80⁰C
Ditanya :
Q . . . ?
Jawab :
Q = m. c ΔT
Q = 1. 1000. 80
Q = 80.000 J

2. Diketahui massa sebuah aluminum 500 gram bersuhu 10⁰C. Aluminium kemudian menyerap kalor sebesar 1.5kilojoule sehingga suhunya naik menjadi 20⁰C.
Berapa kalor jenis aluminium tersebut ?
Diketahui :
m = 500 gram = 0.5 kg
Q = 1.5 kj = 1500 J
ΔT = 20⁰C - 10⁰C = 10⁰C
Ditanya :
c . . . ?
jawab :
c = Q / m.ΔT
c = 1500 J / (0.5 kg.10⁰C)
c = 300 J/kg⁰C

Berikut beberapa soal latihan .

1.Tentukan banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500gram es yang bersuhu - 12⁰C menjadi - 2⁰C. Nyatakan dalam satuan joule jika diketahui kalor jenis es 0.5 kalori/gr⁰C !

2.Sebuah benda bersuhu 5⁰C menyerap kalor sebesar 1500 joule sehingga suhunya naik menjadi 32⁰C. Tentukan kapasitas kalor benda tersebut !

3.Suhu sebuah benda jika diukur menggunakan termometer celsius akan bernilai 45. Berapa nilai yang ditunjukkan oleh termometer Reamur, Fahrenheit dan kelvin ?

4.Pada suhu 30oC sebuah pelat besi luasnya 10 m2. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90oC dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/oC, maka tentukan luas pelat besi tersebut!

5.Pada suhu 30oC sebuah pelat besi luasnya 10 m2. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90oC dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/oC, maka tentukan luas pelat besi tersebut!