suhu dan kalor

RESUME SUHU DAN KALOR

Kompetensi dasar     : Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat

A.    Suhu dan Termometer

Suhu didefinisika sebagai ukuran derajat panas dinginnya suatu benda atau system. Benda yang panas memiliki suhu yang tinggi dan benda yang dingin memiliki suhu yang rendah. Pada saat kita memanaskan atau mendinginkan suatu benda sampai pada suhu tertentu, beberapa sifat fisik benda tersebut berubah. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibat adanya perubahan suhu disebut sifat termometrik. Berdasarkan sifat-sifat termometrik itulah kita dapat membuat alat yang digunakan untuk mengukur suhu suatu benda, yang disebut thermometer.

Ada berapa jenis termometer?

Termometer yang paling banyak digunakan untuk mengukur suhu dalam keseharian adalah termometer yang terbuat dari kaca dan diisi dengan zat cair. Selain termometer zat cair, jenis-jenis termometer lainnya adalah termometer bimetal, termometer hambatan, termokopel, termometer gas, pyrometer. Terdapat tiga macam skala thermometer yang biasa digunakan dalam pengukuran suhu, yaitu skala Celcius, skala Fahrenheit, skala Kelvin, dan skala Reamur.

a.      Skala Celcius

Skala yang menggunakan titik lebur es murni dan titik didih air murni sebagai dua titik tetap. Titik lebur es murni ditetapkan sebagai suhu 0^o. Titik didih air murni pada tekanan standar ditetapkan sebagai suhu 100^o. Perubahan suhu 100^o bersesuaian dengan perubahan nilai termometrik sebesar X₁₀₀ – X₀.

b.      Skala Kelvin

Skala Kelvin berbeda dengan sua skala yang lain, didasarkan pada suhu terendah yang mungkin, yaitu -273^oC. Oleh karena itu, skala nol pada skala Kelvin sama dengan -273^oC. Satu Kelvin (tanpa derajat) sama dengan satu derajat Celsius. Biasanya, skala Kelvin disebut sebagai skala suhu mutlak (absolute) atau suhu skala termodinamik. Satuan Kelvin inilah yang digunakan sebagai satuan SI untuk suhu.

c.       Skala Fahrenheit

Pada skala Fahrenheit juga ditetapkan dua titik tetap, yaitu titik lebur es diberi angka 32 dan titik didih air diberi angka 212.

d.      Skala Reamur

Pada skala Reamur, es melebur dan air mendidih juga dipilih sebagai dua titik tetap. Es yang melebur didefinisikan memiliki suhu 0^o sedangkan titik didih air murni pada tekanan standar ditetapkan memiliki suhu 80^o.

B.     Pemuaian

Ketika sebuah benda dipanaskan, gerakan molekul-molekulnya semakin cepat, yang menyebabkan pergeserannya semakin besar. Secara keseluruhan, jarak antarmolekul menjadi bertambah sehingga terjadilah peristiwa yang disebut pemuaian. Suatu benda menerima sejumlah kalor, kemungkinan yang terjadi adalah: Suhu benda akan naik, benda mengalami pemuaian, benda mengalami perubahan wujud. Pada umumnya, apabila suatu benda dipanaskan maka benda itu akan memuai. Besarnya pemuaian benda tergantung pada : Ukuran benda semula, kenaikan suhu, Jenis benda

Pemuaian Zat Padat

a.      Pemuaian Panjang

Jika suatu benda dipanaskan, benda tersebut akan memuai ke segala arah. Dengan kata lain, ukuran panjang, luas, dan volum benda bertambah maka dapat disimpulkan bahwa besar pertambahan panjang : L = L₀ (1 +  α∆t)

b.      Muai luas

Jika benda yang berbentuk bidang (pelat atau lembaran) dipanaskan maka panjang maupun lebarnya bertambah. Pemuaian luas berbagai zat bergantung pada koefisien muai luas A = A₀ + (1 + β∆t)

c.       Muai Volume

jika suatu benda berbentuk kubus dengan sisi L₀ dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar ∆t, maka kubus akan memuai pada ketiga sisinya V_t = V₀ (1 +  ∆t)

Pemuaian Zat Cair

Berbeda dengan zat padat, pada zat cair kita hanya mengenal pemuaian volume. Jadi, pada umumnya volume zat cair bertambah ketika suhunya dinaikan . karena molekul zat cair lebih bebas dibandingkan molekul zat padat, maka pemuaian pada zat cair lebih besar dibandingkan pada zat padat. Sifat pemuaian zat cair inilah yang digunakan sebagai dasar pembuatan thermometer. Rumus-rumus pemuaian volume pada zat padat berlaku pada pemuaian zat cair.Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0^oC sampai 4^oC volumenya tidak bertambah melainkan menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air.

Pemuaian Gas

a.      Hukum Gay Lussac

Jika pengukuran suhu gas dimulai dari 0^oC, gas mempunyai koefisien muai ruang   = 1 / 273 /^oC. Jika gas mula-mula berada pada suhu 0^oC, volumenya V₀, kemudian dipanaskan sampai suhu t^oC maka volumenya bertambah: Volume gas yang dipanaskan menjadi. Ternyata pada tekanan tetap, volume gas dibagi dengan suhu mutlaknya selalu tetap. Dirumuskan: V/T = k

b.      Hukum Boyle

Pada batas-batas volume tertentu dan suhu rendah yang konstan berlaku bahwa hasil perkalian antara volume gas dan tekanannya selalu konstan. Dapat dirumuskan: P₁ V₁ = P₂ V₂ atau pV = k

c.       Hukum Boyle-Gay Lussac

Pada tekanan tetap P₂, suhu gas diubah dari T₁ menjadi T_2, sehingga volume gas berubah menjadi V₂. Sesuai dengan hukum Gay Lussac diperoleh:

V’ = V₂T₁/T₂

Dari persamaan p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂ maka diperoleh pV/T = k

C.    Kalor (Energi Panas)

Kalor dikenal sebagai bentuk energy yaitu energy panas dengan notasi Q. Satuan kalor adalah kalori (kal) atau kilo kalori (k kal) 1 kalori/kilo kalori adalah : jumlah kalor yang diterima/dilepaskan oleh 1 gram/1 kg air untuk menaikkan/menurunkan suhunya 1⁰ C. Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energi.

1 joule = 0,24 kal

1 kalori = 4,2 joule

Kesetaraan satuan kalor dan energi mekanik ini ditentukan oleh Percobaan Joule.

                                                                       atau

Harga perbandingan di atas disebut Tara Kalor Mekanik. Jika kalor jenis suatu zat = c, maka untuk menaikkan/menurunkan suatu zat bermassa m, sebesar Dt  ⁰C, kalor yang diperlukan/dilepaskan sebesar :

	Q = m . c . Dt

 

Keterangan :

Q = dalam satuan k kal atau kal

m = dalam satuan kg atau g

c  = dalam satuan k kal/kg ⁰C atau kal/g ⁰C

Dt = dalam satuan ⁰C