SUHU DAN KALOR

A. Pendahuluan

Suhu dan Kalor merupakan Pokok Bahasan yang pertama dalam pembahasan Fisika Dasar bagian Termofisika. Pokok Bahasan ini dimulai dari konsep atau pengertian suhu, pengukuran suhu, pengaruh perubahan suhu terhadap benda seperti ekspansi termal, dilanjutkan dengan konsep kalor, pengaruh kalor terhadap zat, perubahan fase atau perubahan wujud, sampai ke pemaparan panas. Pokok Bahasan ini juga dilengkapi dengan contoh-contoh soal, dan tugas terstruktur yang akan dikerjakan oleh mahasiswa.

B. Konsep Suhu

Suhu/temperature didefinisikan sebagai tingkat atau derajat panas atau dinginnya suatu benda secara relative. Apabila kita meraba sebuah benda, maka perasaan kita dapat menaksir suhu benda tersebut, secara kira-kira, seperti halnya kita dapat menaksir besar kecilnya suatu gaya dengan otot-otot kita. Jelaslah bahwa perasaan kita ini sangat terbatas sekali kesanggupannya untuk menentukan dengan tepat panas dinginnya suatu benda, apalagi dalam hal keteknikan atau keilmuan. Untuk mengukur suhu kita harus menggunakan suatu sifat fisis yang dapat diukur, yang berubah dengan berubahnya suhu. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer.

1. Termometer

B

A

Gambar 1.1

Beberapa sifat fisis yang berubah karena suhu adalah panjang benda, volum zat cair, tahanan kawat terhadap aliran listrik, atau warna filament lampu pijar. Pada hakekat nya, perubahan-perubahan inilah yang digunakan pada konstruksi bermacam-macam thermometer. Salah satu di antaranya adalah thermometer zat cair dalam gelas.Alat ini, seperti dilukiskan pada Gambar 1, terdiri dari bola gelas A yang berdinding tipis. Bagian atas dari bola ini dihubungkan dengan pipa kapiler panjang dari bahan yang sama, yakni B. Zat cair,misalnya air raksa, atau alcohol berwarna mengisi bola dan sebagian pipa tersebut, sedangkan bagian di atas zat cair tertutup dan dibuat hampa udara. Untuk mengukur tingginya permkaan zat cair dalam pipa B, diadakan pembagian skala yang digoreskan pada pipa tersebut. Jika suhu thermometer naik, maka volume zat cair, dan akan bertambah. Jika pemuaian zat cair dan pemuaian gelas sama, maka tinggi permukaan zat cair dalam pipa B tidak berubah. Namun sesungguhnya,zat cair lebih cepat memuai dari gelas, sehingga tinggi permukaan zat cair pada pipa akan lebih tinggi bila suhu thermometer naik, dan lebih rendah bila suhu tuun. Berdasarkan selisih pemuaian zat cair dan pemuaian gelas inilah skala pada thermometer itu dibuat.

2. Skala TemperaturPemberian skala termometer didasarkan kepada dua titik tetap standar,

misalnya titik lebur es dan titik didih air. Di antara dua titik tetap ini termometer dibagi atas bagian-bagian yang sama sebagai skala termometer. Berikut ini diberikan perbandingan nilai skala dari 4 jenis termometer yaitu Kelvin (K), Celcius ( C ) , Reamur ( R ) , Fahrenheit (F) dan Rankine (Ra).

100 100 80 180 180 skala

Gambar 1.2

Hubungan antara satu skala thermometer dengan skala thermometer lainnya, ditentukan berdasarkan angka yang tertera pada titik tetap atas dan titik tetap bawah, serta jumlah skala yang diberikan di antara dua titik tetap ini. Hubungan antara skala Kelvin, Celsius, Reamur, Fahreiheit, dan Rankine dapat ditulis sebagai berikut

atau

Contoh soal 1

Panjang kolom air raksa pada termometer air raksa 5 cm. Bila termometer dihubungkan dengan air pada titik tripelnya tentukanlah : Suhu yang di ukur bila panjang kolom air raksa 6 cm Panjang kolom air raksa bila termometer dihubungkan dengan air pada titik

didihnya

Solusi

K C R F Ra

373 100 80 212 671

273 0 0 32 491

Titik didih air pada 1 atm

Titik lebur es pada 1 atm

a. = = 327,6 K

b. sehingga cm

Contoh soal 2

Pada angka temperatur berapa termometer Celcius dan Fahrenheit menunjukkan angka yang sama ?

Solusi

Misalkan angka yang sama yang ditunjukkan oleh kedua thermometer adalah x, maka

atau atau x = - 40 o

Contoh soal 3

Suatu termometer X jika dihubungkan dengan es yang sedang melebur menunjukkan bacaan 400 dan jika dihubungkan dengan air yang sedang mendidih menunjukkan bacaan 1200. Tentukanlah berapa bacaan termometer Reamur jika termometer X menunjukkan bacaan 600 ?

Solusi

Hubungan antara skala yang ditunjukkan oleh thermometer X dan Reamur adalah

.

Untuk X = 60, , diperoleh R = 200.

C. Ekspansi Termal Pada umumnya ukuran (dimensi ) sebuah benda bertambah besar jika suhunya

dinaikkan. Pada air ada pengecualian, yaitu justru dimensinya berkurang jika suhunya dinaikkan dari 00 C s.d 40 C yang dikenal dengan anomaly air, seperti diperlihatkan pada Gambar 2. Grafik pada Gambar 2 memperlihatkan penurunan volume air ketika suhunya dinaikkan dari 00 C s.d 40 C, dan mengembang seperti lazimnya benda jika suhunya dinaikkan dari 40 C.

0 4 8 10t ( suhu ) dalam derjat Celcius

V

O

L

U

M

E

(V)

Gambar 1.3. Diagram Anomali Air

Ekspansi (muai) termal suatu benda dapat dibedakan atas 3 macam, yaitu :

1. Ekspansi linier (muai panjang) : (p, l, t)2. Ekspansi luas (muai luas ) : ( p x l )3. Ekspansi volume (muai volume) : (p x l x t)

L0

ΔL

L

Gambar 1.4

Misalkan suatu batang panjangnya mula-mula L0 dan suhunya t0 . Batang dipanasi sampai suhunya naik menjadi t dan panjangnya menjadi Lt. Pertambahan panjang batang ΔL berbanding lurus dengan panjang batang mula-mula, dan berbanding lurus pula dengan perubahan suhu. Secara matematis hubungan ini dapat ditulis

ΔL ∞ L0 dan ΔL ∞ Δt, atau ΔL ∞ L0 Δt

Persamaan-persamaan di atas dapat ditulis

ΔL = α L0 Δt. (1-1)

α adalah koefisien muai panjang atau koefisien ekspansi linier, didefenisikan sebagai perubahan panjang relative per kenaikan suhu, yakni

. (1-2)

Selanjutnya persamaan (1-1) dapat ditulis dalam bentuk lain

atau (1-3)

Analog untuk muai luas dan muai volume, berlaku

dan .(1-4)

dengan β = 2α = koefisien muai luas dan γ = 3α = koefisien muai volume

Contoh soal 4

Bejana kuningan dengan koefisien muai volumenya γ = 6,2.10-5 (Co)-1, pada temperatur 250C volumenya 250 cm3, Bejana penuh berisi gliserin. Setelah dipanasi sampai 500 C ada gliserin yang tumpah. Jika γgl = kofisien muai volume gliserin = 49.10-5 (Co)-1. Berapa banyak gliserin yang tumpah ?

Solusi

Banyak gliserin yang tumpah = pertambahan volume gliserin – pertambahan volume bejana. Jadi

= (49-6,2).10 –5(250)(50-25)= 2,987 cm3

Contoh soal 5

Sebatang baja pada 25 0C panjangnya 2 m. Hitung panjangnya pada suhu 350C bila α baja 1,2 x 10-5 (Co)-1.

Solusi

Pertambahan panjang batang baja adalah m

sehingga panjang batang baja pada suhu 350C = (2 + 0,00024) m = 2,00024 m

Contoh soal 6

Panjang logam A dua kali panjang logam B dan koefisien ekspansi linier logam B empat kali koefisien ekspansi linier logam A. Jika pertambahan panjang logam B untuk kenaikan temperatur sebesar 40 Co adalah 10 mm, tentukanlah pertambahan panjang logam A untuk kenaikan temperatur yang sama.

Solusi

Pertambahan panjang logam B adalah ΔLB = αB LB Δt = 10-2 m

Pertambahan panjang logam A adalah

= αB LB Δt = .10-2 m = 0,5 cm

Jadi pertambahan panjang logam A adalah 0,5 cm

D. Konsep Kalor

Bila dua benda yang suhunya berbeda melakukan kontak termal satu sama lainnya, maka setelah beberapa saat ternyata suhu kedua benda menjadi sama. Hal ini

terjadi karena perpindahan energi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Aliran atau perpindahan energi ini disebut dengan kalor .

Kalor diartikan sebagai aliran atau perpindahan energi akibat perbedaan suhu. Kalor mengalir dari benda atau bahagian benda yang bersuhu tinggi, ke bahagian benda yang bersuhu rendah. Secara terpisah tidak dapat dikatakan benda yang bersuhu tinggi mempunyai kalor lebih tinggi dibanding benda yang bersuhu rendah. Istilah kalor hanya digunakan pada saat terjadinya aliran /perpindahan (musyafir) energi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

Satuan kalor adalah kalori (kal), yang didefenisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperaturnya 1 gram air 1 Co .

1 kilo kalori (K) = 103 kalori, 1 kalori = 4,2 Joule, Apabila kalor sebesar ΔQ diberikan kepada suatu benda, sehingga benda

tersebut nail temperaturnya sebesar Δt, maka besarnya kapasitas kalor ( C ) benda memenuhi persamaan :

joule /0C. (1-5)

dan besarnya kapasitas kalor (C ) tiap satuan massa benda (m) disebut dengan kalor jenis benda (c) memenuhi persamaan :

J/kg 0C atau

; ; . (1-6)

Kalor jenis molar (cm) zat/benda didefinisikan sebagai besarnya kapasitas kalor tiap satuan mol zat (n) = C/n joule/kmol0C sehingga :

(1-7)

dengan

n = m/M ; M = berat molekul

Bila dua buah benda yang temperaturnya berbeda, dilakukan kontak termal satu sama lainnya , maka benda yang temperaturnya lebih tinggi akan melepas kalor dan benda yang temperaturnya rendah akan menyerap kalor tersebut. Bila dianggap perpindahan kalor hanya terjadi antara kedua benda tersebut, maka jumlah kalor yang dilepas benda yang suhunya lebih tinggi sama dengan jumlah kalor yang diserap benda yang suhunya lebih rendah sampai kesetimbangan termal terjadi, memenuhi azas Black :

Qdilepas = Qdiserap (1-8)

Contoh Soal 7

200 cm3 air pada suhu 95oC dituangkan ke dalam gelas yang massanya 300 gr dari suhu 250C. Bila diketahui ρair = 1000 kg/m3, cair = 1 kkal/kg0C dan ckaca =0,2 kkal/kg0C, tentukanlah suhu akhir setelah tercapai kesetimbangan termal .

Solusi

Massa air m = ρV = 1000x200.10-6 kg 0,2 kg = 200 gr.Qdiberikan air = Qditerima gelas

200x1x(95-ta) = 300x0,2x(ta- 25) diperoleh suhu akhir ta = 73,650C

Contoh soal 8

Sebuah benda massanya 100 gr temperaturnya 2000C dimasukkan ke dalam temperature yang terbuat dari almunium yang massanya 200 gr. Bila kalorumeter berisi 500 gr air pada temperature 25 0C . Jika temperature naik menjadi 300C , dan diketahui kalor jenis almunium 0,125 kal/gr0C dan kalor jenis air 1 kal/gr0C, Tentukanlah kalor jenis benda tersebut

SolusiMenurut azas Black : Kalor yang dilepas = kalor yang diterima

100 x cx (200-30) = 200 x 0,125 x (30-25) + 500 x 1 x (30-25)

diperoleh kalor jenis benda cx = 0,16 kal/gCo.

1. Pengaruh Kalor Terhadap Zat

Apabila terhadap suatu benda/zat terjadi aliran kalor, maka kemungkinan pada benda /zat itu akan terjadi perubahan suhu, perubahan fase, perubahan warna, perubahan hambatan listrik dan sebagainya. Hal ini sangat tergantung pada keadaan mula-mula benda atau zat dan sifat zat itu.

Zat dapat dalam keadaan berwujud (fase) padat, cair atau gas. Untuk air fase padatnya adalah dalam bentuk es, fase cair nya air, dan fase gasnya adalah uap air. Peralihan(transisi) zat dari fase yang satu ke fase yang lain disertai oleh penyerapan atau pelepasan kalor. Selama perubahan fase tekanan dan temperature zat adalah tetap. Diagram perubahan fase itu dinyatakan pada gambar berikut ini :

Padat

Gambar 1.5. Diagram Perubahan Fase

Ambillah segumpal es dari suhu -100C lalu masukkan ke dalam sebuah bejana. Panaskan bejana berisi es ini dengan laju pemanasan yang konstan, maka es tersebut suhunya akan naik sampai 00C. Selanjutnya es mulai mencair (melebur) menjadi air (perubahan fase padat ke fase cair) . Selama perubahan fase ini suhu tetap 00C sampai seluruh es menjadi air . Begitu es habis mencair, suhunya naik lagi sampai mencapai 1000C . Selanjutnya air mulai menguap (perubahan fase cair menjadi fase uap) . Selama perubahan fase ini suhunya tetap 1000C sampai seluruh air menjadi uap.

Gambar 1.6. Grafik perubahan fase es yang dipanaskan menjadi uap air

Selama perubahan fase kalor yang diterima zat tidak digunakan untuk perubahan suhu tetapi digunakan untuk perubahan fase. Kalor yang digunakan untuk perubahan fase ini disebut kalor laten (tersembunyi), karena tidak berdampak pada perubahan suhu. Yang termasuk ke dalam kalor laten (L) adalah kalor peleburan, kalor penguapan, kalor beku, dan kalor pengembunan.

Yang dimaksud dengan kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan tiap gram atau tiap kilogram zat melebur pada titik leburnya, sedangkan kalor penguapan adalah banyaknya kalor yang diperlukan tiap gram atau tiap kilogram zat menjadi uap. Apabila arahnya dari fase uap berubah menjadi cair, maka kalor yang diperlukan dinamakan kalor pengembunan, sehingga

Kalor peleburan = kalor beku Kalor uap = kalor pengembunan

Hubungan banyaknya kalor yang dilepas/diterima (Q) dengan kalor laten (L) memenuhi persamaan :

Q = mL (1-9)

Contoh soal 9

Hitunglah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1 kg es bersuhu – 10 oC, menjadi uap bersuhu 100 oC, jika diketahui kalor jenis es = 0,5 kal/gramCo, kalor lebur es = 80 kalori/gram, dan kalor uap = 540 kal/gram.

Solusi :

Seluruh proses dapat digambarkan sebagai berikut

t oC

100 Q4

Q3

0 Q2

Q1

-10

Gambar 1.7

Jumah kalor yan dibutuhkan selama proses adalah

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Q1 = mcesΔt = 1.000 gram x 0,5 kal/gramCo x [ 0 – (- 10)] Co = 5.000 kalQ2 = m L = 1.000 gram x 80 kal/gram = 80.000 kalQ3 = mcairΔt = 1.000 gram x 1 kal/gramCo x [ 100 – 0] Co = 100.000 kalQ4 = m L = 1.000 gram x 540 kal/gram = 540.000 kal

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Q = 5.000 kal + 80.000 kal + 100.000 kal + 540.000 kal = 725.000 kal

Contoh soal 10

Sebuah kalorimeter dengan kapasitas kalor (harga air kalorimater H) 10 kal/0C, berisi 500 ml air yang suhunya 100C. Ke dalam kalorimeter itu kemudian dimasukkan 200 gr es yang suhunya –200C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr0C dan kalor lebur es 80 kal/gr, berapakah suhu akhir dan bagaimana keadaan es pada saat itu (sudah melebur semua atau belum )

Solusi

Misalkan suhu akhir campuran adalah ta. Menurut azas Black, Jumlah panas yang diberikan oleh bagian system yang suhunya lebih tinggi sama dengan jumlah panas yang diterima oleh bagian system yang suhunya lebih rendah. Bagian yang memberikan panas adalah air dan calorimeter, sedangkan yang menerima panas adalah es.

Bagian yang memberikan panas Calorimeter : Q1 = H Δt = 10 kal/Co.(10 -– ta) Co = (100 – 10 ta) Air : Q2 = mcairΔt = 500 gram.1 kal/gram Co. (10 -– ta) Co = (5.000 – 500 ta)Bagian yang menerima panas

Es dari -20 oC ke 0 oC : Q3 = mcesΔt = 200 gram x 0,5 kal/gramCo x [ 0 – (-20)] Co = 2000 kal

Air yang berasal dari esQ4 = mcairΔt = 500 gram x 1 kal/gramCo x [ ta – 0] Co = 500 ta kal

Azas Black

Q1 + Q2 = Q3 + Q4

(100 – 10 ta) kal + (5.000 – 500 ta) kal = 2.000 kal + 500 ta kal

diperoleh suhu akhir ta = 3,07 oC.

Ini berarti semua es melebur.

2. Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor hanya dapat terjadi pada suatu benda /zat/bahan apabila bagian-bagian dari benda tersebut berada pada temperatur yang tidak sama. Arah perpindahan kalor adalah dari bagian benda yang suhunya lebih tinggi ke bagian benda yang suhunya lebih rendah, yang dapat terjadi dengan tiga cara yaitu :

Konduksi (hantaran) ; dapat terjadi pada zat padat, cair dan gas Konveksi (aliran) ; dapat terjadi pada zat zair dan gas Radiasi (pancaran) ; dapat terjadi melalui ruang hampa, udara dan media

transparan.Untuk selanjutnya akan dibahas satu persatu mengenai perpindahan kalor

ini

Konduksi (hantaran)

Perpindahan kalor secara konduksi atau hantaran adalah perpindhan yang tidak disertai perpindahan materi pada benda. Kalor hanya berpindah dari satu molekul ke molekul lainnya, sedangkan molekul sendiri tidak ikut berpindah.

L

A H T2 T1

Gambar 1.8

Misalkan sebuah batang yang panjangnya L dan luas penampang lintangnya A, kedua ujungnya berturut-turut mempunyai suhu T2 dan T1, dengan T2 > T1, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.7. Karena perbedaan suhu ini, kalor akan mengalir dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah.

Jumlah kalor yang mengalir persatuan waktu H berbanding lurus dengan luas penampang lintang batang dan perbedaan suhu kedua ujung batang, dan berbanding terbalik dengan panjang batang. Secara matematis dapat diungkapkan dengan

H ∞ A, H ∞ Δ T, dan H ∞ , atau H ∞

Perbandingan ini dapat diubah menjadi persamaan, dengan mengalikannya dengan bilangan konstan K, yag harga numeriknya tergantung dari jenis batangan tersebut. Besaran K disebut koefisien daya hantar (konduktivitas termal) bahan batangan, jadi

H = - atau H = - . (1-10)

Tanda negative dapat diartikan dengan arah arus kalor yang selalu berlawanan dengan arah kenaikan suhu. Dalam bentuk diferensial, persamaan di atas dapat pula ditulis

H = - . (1-11)

Besaran , disebut gradient suhu atau perubahan suhu persatuan panjang.

Dari persamaan (1-10), diperoleh satuan konduktivitas atau koefisien daya hantar termal, yakni kal.cm/cm2 K s atau yang setara.

Konveksi (aliran)

Perpindahan kalor melalui konveksi atau aliran iperlihat ketika kita memanaskan air di dalam sebuah bejana. Bagian zat cair di sebelah bawah lebih dahulu kena panas, akibatnya molekul-molekul air di bagian bawah ini akan memuai, sehingga massa jenisnya menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan zat cair yang berada pada bagian atas bejana. Hal ini menyebabkan molekul-molekul zat cair yang sudah memuai akan naik ke bagian atas, dan yang bagian

atas akan turun ke bagian bawah, terjadilah perpindahan panas melalui molekul-molekul ini, sampai semua panasnya merata. Jadi pada perpindahan kalor melalui konveksi ini, kalor berpindah melalui perpindahan materi. Laju kalor konveksi (Q/t) sebanding dengan luas permukaan benda (A) yang bersentuhan dengan zat cair, dan beda suhu (ΔT) antara sumber kalor dengan zat cair yang memenuhi persamaan :

. (1-12)

h = koefisien konveksi

Radiasi (pancaran)

Perpindahan kalor dari suatu benda ke benda lainnya dapat pula terjadi, meskipun kedua benda tidak bersentuhan. Perpindahan kalor seperti ini disebut radiasi. Radiasi atau pancaran adalah emisi energi yang kontinu dari permukaan benda yang berwujud gelombang elektromagnetik.

Melalui percobaan-percobaan yang dilakukannya, Stefan-Boltzmann menyimpulkan bahwa energi persatuan waktu yang dipancarkan oleh suatu benda berbanding lurus dengan luas permukaan (A) benda tersebut dan berbanding lurus dengan suhu benda (T) pangkat empat. Secara matematis hal ini diungkapkan dalam bentuk

W ∞ AT4.

Perbandingan ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan, yakni

W = e AT4,

dengan e adalah koefisien daya pancar atau emissivitas dari benda, yakni angka yang menyatakan kemampuan sebuah benda untuk memancarkan energi, yang nilainya berkisar antara 0 dan 1. Benda dengan e = 1, disebut benda hitam sempurna, yang mampu menyerap semua energi yang dijatuhkan atau didatangkan padanya. Kemampuan sebuah benda untuk menyerap energi sama dengan kemampuan benda itu untuk memancarkan energi. Benda akan menyerap energi ketika suhu lingkungannya lebih tinggi dari suhunya, dan sebaliknya akan memancarkan energi ketika suhu lingkungannya lebih rendah dari suhunya.

Contoh soal 11Batang-batang dari tembaga merah, kuningan dan baja yang mempunyai luas penampang yang sama, dilas membentuk huruf Y. Suhu ujung tembaga merah tetap 100 oC, sedangkan suhu ujung kuningan dan baja tetap 0 oC. Panjang batang tembaga merah 46 cm, kuningan 13 cm, dan baja 12 cm. a). Berapakah suhu titik hubungnya ? b). Berapakah arus kalor pada masing-masing batang ? Diketahui konduktivitas tembaga merah, kuningan dan baja berturut-turut adalah 0,92, 0,26, dan 0,12 kal.cm/….

Solusi

t1 = 0 oC H1 H2 t1 = 0 oCkuningan baja

t

H Tembaga merah

t2 = 100 oC

Gambar 1.9

Misal suhu titik hubung adalah t, dan luas penampang batang adalah A. Arus kalor melalui tembaga merah adalah :

H = .

H = .

Arus kalor melalui kuningan adalah

H1 = .

H1 = .

Arus kalor melalui

H1 = - atau H2 = .

Arus kalor yang melalui tembaga merah sama dengan jumlah arus yang melalui kuningan dan yang melalui baja, oleh sebab itu berlaku

H = H1 + H2

= + .

Dari persamaan di atas diperoleh suhu titik hubung t = 66,67 oC.

Contoh soal 12

Sebuah bejana didih dasarnya terbuat dari baja yang tebalnya 1,5 cm, sedangkan luas permukaan dasarnya 1500 cm3. Ketika bejana diletakkan di atas perapian, ternyata setelah air mendidih, 750 gram air menguap setiap 5 menit. Tentukanlah suhu bagian bawah bejana didih.

Solusi

t1

H 1,5 cm

t2

Gambar 1.10

Arus kalor yang mengalir dari bagian bawah bejana ke air adalah

H = .

H = .

Dalam menit, 750 gram air menguap, artinya jumlah air yang menguap dalam 1 detik adalah 2,5 gram.Untuk menguapkan 2,5 gram air diperlukan kalor sebanyak

Q = mL = 2,5 gram. 540 kal/gram = 1350 kalori

Jumlah ini sama dengan arus kalor yang mengalir dari bagian bawah bejana ke air, jadi

. = 1350 kalori

Diperoleh suhu bagian bawah bejana didih t2 = 120,83 oC.

Tugas Terstruktur

Suhu dan Kalor

1. Jika termometer X dicelupkan ke dalam es yang sedang mencair menunjukkan angka –100 X, dan bila dicelupkan ke dalam air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm menunjukkan angka 2000 X. Suatu cairan mempunyai titik didik 750C dan titik beku 140 F. Hitunglah titik didih dan titik beku cairan tersebut menurut termometer X

2. Sepotong tembaga dijatuhkan dari ketinggian 490 m di atas lantai. Kalor yang timbul pada proses tumbukan dengan lantai, 60% diserap oleh tembaga untuk menaikkan suhunya. Jika kalor jenis tembaga 420 joule /kg0C dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 , hitunglah kenaikan suhu tembaga tersebut.

air

3. Sebuah silinder gelas yang isinya 2 liter dan suhu 00C diisi penuh dengan alcohol. Bila diketahui koefisien muai volume gelas 27.10-6 dan koefisien muai volume alcohol 10-3, berapa liter alkokol akan tumpah jika dipanasi sampai suhunya 400 C

4. 200 gram es pada 0 0C dimasukkan ke dalam kalorimeter tembaga yang massanya 250 gram dan berisi 400 gram air pada suhu 600C. Bila diketahui kalor jenis tembaga 0,09 kal/grCo dan kalor lebur es 80 kal/gr, hitunglah suhu akhir setelah tercapai kesetimbangan

5. Dua batang logam sejenis , luas penampangnya berbanding 3:4. Bila selisih suhu kedua kedua ujung batang sama, hitunglah perbandingan jumlah kalor per detik yang mengalir di dalam masing-masing batang tersebut.

6. Satu ujung sebuah batang panjang, yang diselubungi bahan penyekat agar tidak kehilangan panas, dicelupkan di dalam air mendidih yang tekanannya 1 atm. Ujung yang kedua dimasukkan ke dalam campuran air dan es. Batang tersebut terdiri dari batang tembaga merah yang panjangnya 100 cm, (satu ujungnya dalam uap), dan bagian baja yang panjangnnya L, (satu ujungnya dalam campuran air dan es). Pada waktu tercapai keadaan seimbang, suhu titik hubung kedua logam adalah 60 oC. a). Berapa kalorikah yang berpindah dari tempat uap ke campuran air dan es tiap detiknya ? b). Berapa gram es yang melebur setiap detik ? c). Tentukan panjang L.

7. Kolom air di dalam kaki sebelah kiri dari sebuah pipa U dipanasi sampai 80 oC, sedangkan kaki kanannya tetap 4 oC. a). Berapakah perbedaan tinggi kedua kolom air itu ? b). Andaikan tiap-tiap kolom air itu tingginya 10 m, sedangkan suhu bagian kiri 80 oC, dan suhu bangian kanan 4 oC, berapakah perbedaan tekanan pada dasar tabung U tersebut ?

8. Sebuah kalorimeter dari tembaga merah, kapasitas panasnya 30 kal/gramCo, dimuati dengan 50 gram es bersuhu 0 oC. Ke dalam calorimeter dimasukkan 12 gram uap bertekanan 1 atm. Tentukan suhu akhir calorimeter.