Materi Suhu dan Kalor Fisika Kelas 10 Lengkap

276

Materi Suhu dan Kalor – Pada Postingan kali ini Synaoo.com akan memberikan materi SMA Kelas 10 Semester 2 Kurikulum 2013 yaitu pada Bab Suhu dan Kalor.

suhu dan kalor
MATERI SUHU DAN KALOR PDF
 DOWNLOAD
 

A. Suhu

1. Suhu dan Termometer

Suhu didefinisikan sebagai ukuran atau derajat panas dinginnya suatu benda atau sistem.

Pada hakikatnya suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh molekul-molekul suatu benda.

Dengan demikian suhu menggambarkan bagaimana gerakan molekul-molekul benda. Sebagai contoh ketika kita memanaskan sebatang besi, besi akan memuai, dan beberapa sifat fisik benda tersebut akan berubah. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibat adanya perubahan suhu disebut sifat termometrik.

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur sebuah benda. Dari sifat termometrik tersebut, termometer dibuat.

➥ Jenis-Jenis Termometer

a. Termometer Raksa dan Termometer Alkohol
➠ Jangkauan ukur -39 s/d 500 derajat Celcius
➠ Sangat sederhana
➠ Harganya murah
➠ Mudah dibaca
➠ Portebel (mudah dibawa)

b. Termometer Bimetal
➠ Terbuat dari bimetal
➠ Sistem kerja menggunakan pemuaian.

c. Termometer Hambatan
➠ Jangkauan ukur -200 s/d 1200 derajat Celcius.
➠ Sistem kerja dengan prinsip hambatan sebuah materi yang dipanaskan.
➠ Memanfaatkan bahan konduktor atau semi konduktor sebagai sensor
➠ Sangat akurat tetapi tidak cocok untuk perubahan suhu yang tiba-tiba karena kapasitas panasnya yang sangat besar.

d. Termokopel
➠ Jangkauan ukur -250 s/d 1500 derajat Celcius.
➠ Cukup akurat.
➠ Banyak digunakan dalam industri untuk perubahan suhu yang cepat.

e. Termometer Gas
➠ Mengukur suhu -270 s/d 1500 derajat Celcius.
➠ Memanfaatkan perubahan volume atau tekanan dari gas.
➠ Sangat teliti.
➠ Sangat peka tetapi berukuran cukup besar.
➠ Lambat reaksinya dan tidak bisa langsung dibaca.

f. Pirometer
➠ Dapat mengukur suhu di atas 1000 derajat Celcius.
➠ Tanpa kontak langsung dengan benda yang diukur.
➠ Cocok digunakan untuk mengukur suhu benda yang sangat tinggi.

2. Skala Termometer

Pembuatan skala termometer memerlukan dua titik referensi, yaitu titik beku dan titik didih atau sering disebut titik tetap atas (Ta) dan titik tetap bawah (Tb).

Jika diketahui benda bersuhu Tp diukur dengan termometer P, maka jika diukur dengan termometer Q, suhu TQ  dapat dihitung dengan persamaan berikut.

Keterangan :

Tp = suhu yang tertera pada termometer P
TQ = suhu yang tertera pada termometer Q
Ta  = titik tetap atas
Tb  = titik tetap bawah

➥ Macam-macam skala termometer

a. Skala Celcius
Skala Celsius didasarkan pada titik beku 0 dan titik didih 100. Satu derajat Celsius menunjukkan 1 /100 kali perubahan suhu antara titik beku dan titik didih.

b. Skala Kelvin
Titik tetap bawah termometer skala Kelvin adalah 273 K. Sedangkan titik tetap atasnya yaitu 373 K. Biasanya skala Kelvin disebut skala mutlak (absolut) atau skala termodinamik. Satuan ini digunakan sebagai satuan SI.

c. Skala Fahrenheit
Skala Fahrenheit didasarkan pada titik beku 32 dan titik didih 212. Satu derajat Fahrenheit menunjukkan 1 /180 kali perubahan suhu antara titik beku dan titik didih.

d. Skala Reamur
Titik lebur es skala reamur diberi angka 0 sebagai titik tetap bawah. Sedangkan titik didih air diberi angka 80 sebagai titik tetap atas.

➥ Rumus mengbah skala termometer

3. Zat Pengisi Termometer

Termometer yang mudah ditemui adalah termometer yang berisi alkohol dan termometer berisi raksa.

➥ Raksa

Kelebihan :
– Dapat dengan cepat mengambil kalor benda.
– Jangkauan pengukuran besar yaitu -39 s/d 357 derajat Celcius.
– Tidak membasahi dinding tabung.
– Pemuaiannya teratur terhadap kenaikan suhu.
– Raksa mengkilap sehingga mudah dilihat.

Kekurangan :
– Harga mahal
– Raksa termasuk zat beracun sehingga berbahaya apabila tabung pecah.
– Tidak dapat mengukur suhu rendah dibawah -39 derajat celcius.

➥ Alkohol

Kelebihan :
– Cepet menhambil kalor walaupun tidak secepat raksa.
– Jangkauan ukur besar dan memiliki titik beku -144 derajat celcius.
– Pemuaian bersifat teratur
– Harga lebih murah

Kekurangan :
– Titik didihnya rendah yaitu 78 derajat celcius.
– Membasahi dinding tabung
– Tidak berwarna sehingga harus diberi warna agar bisa dibaca.

B. Pemuaian

Ketika suatu benda dipanaskan, gerakan molekulnya semakin cepat, yang menyebabkan pergeserannya semakin besar, jarak antarmolekul menjadi bertambah sehingga terjadilah peristiwa yang disebut pemuaian.

1. Pemuaian Zat Padat

a. Muai Panjang

Muai panjang adalah pertambahan panjang benda sebesar satu satuan panjang dengan kenaikan suhu satuan suhu.

Keterangan :
L    = Panjang benda setelah dipanaskan
Lo  = Panjang benda awal (m)
    = Koefisien muai panjang benda (/)
L = Pertambahan panjang benda (m)
T = Perubahan suhu benda ()

Meski mengalami kenaikan suhu yang sama, besar pemuaian setiap benda berbeda, seperti pada tabel berikut.

b. Muai Luas
Benda padat yang mengalami muai luas biasanya berupa pelat atau lembaran. Saat dipanaskan panjang dan lebar benda akan memuai. Contoh dari kasus ini yaitu pecahnya kaca dalam bingkai jendela karena tidak diberi ruang muai.

Keterangan :

A    = Luas benda setelah dipanaskan ()
Ao  = Luas benda awal ()
     = Koefisien muai luas benda (/ )
A = Pertambahan luas benda ()
T = Perubahan suhu benda ()

c. Muai Volume

Benda padat yang mengalami muai volume mengalami pemuaian pada arah panjang, lebar, dan tinggi. Koefisien muai yang digunakan adalah koefisien muai volume.

Keterangan :

V  = Volume setelah dipanaskan ()
Vo = Volume benda mula-mula ()
γ   = Koefisien muai volume benda (/ )
V= Pertambahan volume benda ()
T = Perubahan suhu benda ()

2. Pemuaian Zat Cair

Zat cair mengalami pemuaian volume. Pada umumnya, volume zat cair bertambah jika mengalami kenaikan suhu dan akan menyusut jika mengalami penurunan suhu. Air memiliki sifat anomali air yang mana akan mengalami penyusutan hingga 4 , dan akan memuai jika didinginkan hingga mencapai 0 .

Keterangan :

V  = Volume setelah dipanaskan ()
Vo = Volume zat cair mula-mula ()
γ   = Koefisien muai volume zat cair (/ )
V= Pertambahan volume zat cair ()
T = Perubahan suhu zat cair ()

3. Pemuaian Zat Gas

Gas juga mengalami pemuaian ketika terjadi kenaikan suhu dan mengalami penyusutan ketika terjadi penurunan  suhu.

Keterangan :

V  = Volume setelah dipanaskan ()
Vo = Volume gas mula-mula ()
V= Pertambahan volume gas ()
T = Perubahan suhu gas ()

C. Kalor

1. Pengertian Kalor

Kalor adalah energi panas zat yang dapat berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Satu kalori adalah kalor yang dibutuhkan oleh 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1 . Nilai 1 kalori  = 4,184 joule, sehingga 1 joule = 0,24 kalori.

Keterangan :

Q     = Energi kalor (joule)
m     = Massa (kg)
c      = kalor jenis benda (J/kg )
 T = Kenaikan suhu()

2. Asas Black

Asas Black menjelaskan hukum kekekalan energi kalor. Jika dua benda berbeda suhu saling melakukan kontak, maka akan terjadi aliran kalor dari benda bersuhu tinggi ke suhu lebih rendah sehingga mencapai kesetimbangan termal.

Asas Black berlaku jika tidak ada kalor yang masuk maupun keluar sistem (terisolasi). Cara mengisolasi sistem yaitu dengan memasukkan ke dalam kalorimeter.

Berikut adalah persamaan Asas Black :

3. Kalor Jenis

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oelh 1 kg zat agar suhunya naik atau turun sebesar 1 .

Semakin kecil nilai kalor jenis benda, maka suhu benda akan lebih cepat naik. Sedangkan semakin besar kalor jenis benda, membutuhkan kalor yang lebih banyak untuk menaikkan suhunya.

4. Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor adalah kemampuan suatu benda untuk menerima atau melepas kalor sehingga dapat menaikkan atau menurunkan suhu benda sebesar 1 .

Keterangan :

Q    = Energi kalor (joule)
C    = Kapasitas kalor (J/)
m    = Massa (kg)
c     = Kalor jenis benda (J/kg )
T = Kenaikan suhu ()

5. Perubahan Wujud

Perubahan wujud benda dipengaruhi oleh energi kalor. Berikut adalah fase perubahan wujud benda :

Dalam proses perubahan wujud benda terdapat dua persamaan energi kalor, yaitu kalor perubahan suhu dan kalor perubahan wujud.

➥ Untuk melakukan perubahan suhu sebuah zat membutuhkan energi kalor sebanyak :

Q = M.c.T

➥ Untuk melakukan perubahan wujud sebuah zat membutuhkan energi kalor sebanyak :

Q = m.L

Keterangan :

Q = Energi kalor (joule)
L = Kalor laten (J/kg)
m = Massa (kg)
c  = Kalor jenis benda (J/kg )

D. Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor terjadi dari sistem bersuhu tinggi ke sistem bersuhu rendah.

1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa diikuti zat perantara. Contohnya yaitu besi yang dipanaskan.

Keterangan :

k  = konduktivitas termal bahan (W/m )
H  = Laju perpindahan kalor (J/s)
A  = Luas penampang ( )
T = Perbedaan suhu sistem ()
L   = Panjang sistem (m)
Q   = Kalor yang berpindah (J)
t    = Waktu (s)

2. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel penghantarnya. Contohnya yaitu air yang dimasak.

Keterangan :

Q  = Kalor yang berindah (J)
h   = Tetapan konveksi (W/ )
H  = Laju perpindahan kalor ()
A  = Luas penampang ()
T = Perbedaan suhu kedua tempat ()
t     = Waktu (s)

3. Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa membutuhkan perantara karena dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Contohnya yaitu cahaya matahari sampai ke bumi.

Berikut adalah persaan laju kalor secara radiasi :

Energi yang dipancarkan tiap satuan waktu didefinisikan sebagai berikut :

Untuk permukaan hitam sempurna.

Untuk semua jenis permukaan.

Keterangan :

  = Tetapan Boltzmann = 5,67 x
H  = Laju kalor (J/s)
Q  = Kalor yang terpencar (J)
t    = Waktu (s)
T   = Suhu benda (K)
e    = Emisivitas benda (0 < e < 1)
A   = Luas permukaan hitam ()

Demikian materi singkat dari Synaoo.com pada bab Suhu dan Kalor

Semoga materi singkat ini dapat bermanfaat bagi sobat synaoo

Selamat Belajar.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here