UTS_Muh. Arif Nuzulkipli_H0421505_Kalor_11.1-11.9

Pendidikan Fisika,Universitas Sulawesi Barat

bab 11

KALOR

pengertian suhu

Suhu adalah besaran fisika yang hanya dapat dirasakan. Tubuh kita dapat merasakan suhu dalam bentuk rasa panas atau dingin. Ketika menyentuh es, otak memberikan informasi rasa dingin. Ketika berada di terik matahari, otak memberikan informasi rasa panas. Tampak di sini bahwa suhu adalah ukuran derajat panas suatu benda.

skala suhu

​Skala reamur

Pada saat menetapkan skala suhu, maka orang perlu menentukan dua peristiwa di mana suhunya ditetapkan terlebih dahulu. Dua peristiwa tersebut harus dapat dihasilkan ulang secara mudah dan teliti. Dua peristiwa yang sering digunakan sebagai acuan penetapan adalah peleburan es pada tekanan satu atmosfer dan air mendidih pada tekanan satu atmosfer Suhu peleburan es pada tekanan satu atmosfer sering disebut titik acuan bawah dan suhu didih air pada tekanan satu atmosfer sering disebut titik acuan atas.

Skala suhu Reamur ditetapkan sebagai berikut.

i. Suhu es murni yang sedang melebur pada tekanan satu atmosfer ditetapkan sebagai suhu 0 derajat.

ii. Suhu air murni yang sedang mendidih pada tekanan satu atmosfer diterapkan sebagai suhu 80.

​Jadi, ketika kita memanaskan es yang sedang melebur sehingga menjadi air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atmosfer maka kita menaikkan suhu sebesar (212 – 32) = 180 derajat skala Fahrenheit.

​Gambar 11.1 (kiri) Suhu es yang melebur pada tekanan satu atmosfer dipilih sebagai titik acuan bawah dan (kanan) suhu air mendidih pada tekanan satu atmosfer dipilih sebagai titik acuan atas.

​skala celcius

Cara penetapan skala suhu Celcius tidak beda jauh dengan cara penetuan skala suhu Reamur. Skala suhu Celcius ditetapkan sebagai berikut.

i. Suhu es murni yang sedang melebur pada tekanan satu atmosfer ditetapkan sebagai suhu 0 derajat

ii. Suhu air murni yang sedang mendidih pada tekanan satu atmosfer diterapkan sebagai suhu 100.

Jadi, ketika kita memanaskan es yang sedang melebur sehingga menjadi air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atmosfer kita menaikkan suhu sebesar 100 derajat skala Celcius.

Penetapan skala suhu Fahrenheit sedikit berbeda dengan penetapan skala Celcius dan Reamur. Skala suhu Fahrenheit ditetapkan sebagai berikut

i. Suhu es murni yang sedang melebur pada tekanan satu atmosfer ditetapkan sebagai suhu 32 derajat

ii. Suhu air murni yang sedang mendidih pada tekanan satu atmosfer diterapkan sebagai suhu 212. Jadi, ketika kita memanaskan es yang sedang melebur sehingga menjadi air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atmosfer maka kita menaikkan suhu sebesar (212 – 32) = 180 derajat skala Fahrenheit.

​Skala fanrenheit

skala kelvin

Skala kelvin = skala celcius + 273

Suhu es murni melebur pada tekanan satu atmosfer adalah 0 oC dan sama dengan 0 + 273 = 273 K.

Suhu air murni mendidih pada tekanan satu atmosfer adalah 100 oC dan sama dengan 100 + 273 = 373 K Skala kelvin ditetapkan sebagai skala suhu dalam satuan SI

Skala suhu Kelvin ditetapkan sebagai berikut.

i. Suhu ketika partikel-partikel zat di alam semesta tidak bergerak lagi dipilih sebagai titik acuan bawah. Suhu titik acuan bawah ini diambil sebagai nol derajat mutlak atau nol kelvin.

ii. Besar kenaikan suhu untuk tiap kenaikan skala kelvin sama dengan besar kenaikan suhu untuk tiap kenaikan skala celcius.

konversi antar skala suhu

konversi antara skala celcius dan reamur

Lihat dua pita yang sebelah atas pada Gambar 11.3. Perhatikan batas kiri dan kanan pita sebagai titik acuan bawah dan titik acuan atas. Perhatikan pula suatu suhu yang dinyatakan oleh garis di tengah pita. Ini adalah suhu benda yang sama. Namun nilainya berbeda ketika diungkapkan dalam skala berbeda. Jika diungkapkan dalam skala reamur, nilainya tr, jika diungkapkan dalam skala celcius, nilainya tc, dan seterusnya.

​Gambar 11.2 Alat ukur suhu yang menunjukkan skala celcius dan fahrenheit secara bersamaan

Kita gunakan aturan perbandingan matematika yang sederhana berikut ini

​atau

Perhatikan pita kedua dan ketiga pada Gambar 11.2. Perhatikan pula suatu suhu yang dinyatakan oleh garis di tengah pita tersebut. Kita gunakan aturan perbandingan matematika yang sederhana berikut

​konversi celcius dAN FARENHEIT

​atau

​Gambar 11.3 Ilustrasi untuk memudahkan konversi suhu dalam berbagai skala.

​konversi reamur dAN farenheit

Perhatikan pita pertama dan ketiga pada Gambar 11.3. Perhatikan pula suatu suhu yang dinyatakan oleh garis di tengah pita tersebut. Kita gunakan aturan perbandingan matematika yang sederhana berikut

​atau

Perhatikan pita kedua dan keempat pada Gambar 11.3. Perhatikan pula suatu suhu yang dinyatakan oleh garis di tengah pita. Kita gunakan aturan perbandingan matematika yang sederhana berikut

​konversi celcius dan kelvin

​atau

Nyatakan suhu pada Gambar 11.4 dalam dalam satuan reamur, fahrenheit, dan kevin?

​

​jawaban

​Pada gambar di atas suhu dinyatakan dalam satuan celcius, yaitu t_c = 36,6 ⁰C. Dengan menggunakan persamaan (11.1) kita peroleh suhu dalam skala reamur

Dengan menggunakan persamaan (11.2) kita peroleh suhu dalam skala fahrenheit

​Dengan menggunakan persamaan (11.4) kita peroleh suhu dalam skala kelvin

alat ukur suhu

Alat yang digunakan untuk mengukur suhu dinamakan termometer. Termometer telah dibuat dalam berbagai jenis. Jenis-jenis tersebut disesuaikan dengan kegunaan masing-masing. Juga jangkauan pengukuran satu termometer dengan termometer lainnya berbeda, sesuai dengan di mana termometer itu akan digunakan.

Replace this text with your body text.

​Duplicate this text as many times as you would like.

​Subheader text

Replace this text with your body text.

​Duplicate this text as many times as you would like.

​Subheader text

Replace this with a header

Termometer yang digunakan untuk mengukur suhu tubuh hanya berjangkauan sekitar 30 ⁰C – 50 ⁰C. Penyebabnya adalah tidak ada manusia yang memiliki suhu badan di bawah 30 ⁰C dan di atas 50 ⁰C. Jadi akan percuma saja membuat skala di bawah 30 ⁰C dan di atas 50 ⁰C.

Dalam percobaan sederhana di laboratorium sekolah, suhu yang sering digunakan biasanya antara 0⁰C hingga 100⁰C. Dalam beberapa industri, suhu yang harus diukur bisa mencapai 2000⁰C dan bisa serendah negatif 100 C. Untuk kebutuhan ini diperlukan termometer jenis lain lagi. Dalam beberapa laboratotium penelitian besar, para ahli sering mendinginkan benda hingga suhu mendekatai 0 K.

Untuk keperluan ini digunakan termometer jenis lain lagi. Ketika mengukur benda yang suhunya sangat tinggi, kita biasanya tidak mengukur suhu melalui sentuhan alat ukur karena termometer dapat melunak, bengkok, atau bahkan mencair. Suhu diukur tanpa sentuhan. Dan untuk keperluan ini pun digunakan alat ukur yang jenis lain lagi.

warna suhu

Warna suhu merepresentasikan penampakan visual cahaya. Konsep warna suhu memiliki peran penting dalam bidang fotografi, pencahayaan, videografi, penerbitan, manufaktur, astrofisika, dan sejumlah bidang lain yang berkaitan dengan warna. Warna suhu berkaitan dengan peristiwa radiasi benda. Jika benda dipanaskan maka warnanya akan berubah.

Pada suhu rendah warnanya merah dan pada suhu tinggi warnanya berubah menjadi biru. Di tempat pandai besi, warna besi yang dibakar berubah dari merah menjadi biru ketika suhu maskin tinggi. Kaitan antara warna dan suhu benda inilah yang melahirkan konsep warna suhu.

Gambar 11.6 memperlihatkan suhu dan warna yang dihasilkan benda hitam ketika berada pada suhu tersebut. Tampak bahwa makin tinggi suhu benda maka warnanya bergeser ke arah biru.

​

​Gambar 11.6 Bermacam-macam suhu benda dan warna yang berkaitan dengan suhu tersebut.

suhu dan pertumbuhan bakteri

Bakteri bisa tumbuh pada makanan yang disimpan. Laju pertumbuhan bakteri bergantung pada suhu penyimpanan makanan tersebut. Bakteri dapat berkembang pada suhu antara 5 oC hingga 65 oC. Perkembangan tercepat bakteri berlangsung pada suhu 37 oC. Pada suhu di bawah 5 oC baketeri tidak dapat berkembang. Pada suhu di atas 65 oC, bakteri mati. Suhu antara 5 oC – 65 oC disebut daerah berbahaya karena memungkinkan bakteri tumbuh. Gambar 11.7 adalah ilustrasi daerah pertumbuhan bakteri dalam makanan.

​Gambar 11.7 Perkembangan bakteri dalam makanan bergantung pada suhu penyimpanan makanan. Suhun antara 5 ⁰C sampai 65 ⁰C disebut daerah berbahaya di mana bakteri dapat berkembang dalam makanan

​Gambar 11.8 Iluatrasi perkembangan bakteri dalam makanan yang disimpan pada suhu 37 ⁰C. Mula-mula jumlah bakteri 100 buah. Setelah 5 jam, jumlah bakteri melebihi 3 juta buah

efek kalor pada benda

Kita akan mempelajari mengapa suhu benda meningkat jika dipanaskan dan mengapa suhu menurun jika didinginkan. Apa yang terjadi pada zat tersebut sehingga muncul sifat demikian? Mengapa justru tidak sebaliknya? Mengapa zat mengalami perubahan wujut dari padat ke cair dan dari cair ke gas ketika menyerap kalor yang cukup banyak? Sebaliknya, mengapa terjadi perubahan wujud dari gas ke cair dan dari cair ke padat ketika zat melepas kalor dalam jumlah yang cukup banyak? Mari kita mulai dengan memperhatikan peristiwa (fenomena) berikut ini.

Peristiwa 11.1. Misalkan kita menyentuhkan dua benda, di mana satu benda memiliki suhu tinggi dan benda lainnya memiliki suhu rendah (Gambar 11.9). Jika ditunggu cukup lama maka akan kita amati: a) Benda yang bersuhu rendah akan mengalami kenaikan suhu. b) Benda yang bersuhu tinggi akan mengalami penurunan suhu.

​

​Gambar 11.9 Dua benda yang bersuhu berbeda disentuhkan. Lama kelamaan suhu kedua benda menjadi sama

satuan energi kalor

Para ahli telah sepakat bahwa satuan energi kalor adalah kalori (kita singkat kal). Bahasa Inggrisnya adalah calorie yang disingkat cal. Definisi yang telah disepakati untuk satu kalori adalah

1 kalori = energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air murni sebesar 1 ⁰C.

Satuan energi dalam sistem SI adalah joule. Orang yang pertama kali menentukan relasi antara satuan kalori dan joule adalah Joule itu sendiri. Ia melakukan percobaan yang sangat sederhana. Skema percobaan Joule tampak pada Gambar. 11.12.

Percobaan Joule dapat dijelaskan sebagai berikut. Air murni dimasukkan dalam tangki yang berisi baling-baling. Tangki tersebut tersekat dengan baik sehingga tidak ada kalor yang dapat masuk atau keluar. Baling- baling dihubungkan dengan beban melalui katrol. Beban yang bermassa m dilepas dari keadaan diam. Setelah turun sejauh h, laju beban diukur.

Kalau beban bermassa m yang jatuh tidak memutar baling-baling maka energi kinetik beban saat turun sejauh h sama dengan pengurangan energi potensial beban, atau

​

​Gambar 11.12. Percobaan Joule untuk mencari hubungan antara satuan kalori dan satuan joule.

Pada percobaan Joule, beban yang jatuh memutar baling-baling sehingga persamaan (11.5) tidak berlaku. Pengukuran Joule menunjukkan bahwa energi kinetik beban setelah turun sejauh h lebih kecil daripada mgh. Jadi ada sebagian energi kinetik yang hilang. Energi kinetik yang hilang tersebut berubah menjadi kalor yang memanaskan air yang merupakan hasil konversi putaran baling-baling. Persamaan yang tepat menjelaskan percobaan Joule adalah mgh = (1/2)mv² + Q, dengan Q adalah jumlah kalor yang dihasilkan.

Joule mengukur pertambahan energi air dan kehilangan energi kinetik beban. Joule sampai pada kesimpulan bahwa untuk menaikkan suhu satu kilogram air murni sebesar satu derajat celcius maka perlu kehilangan energi kinetik sebesar 4,184 Joule. Dengan demikian, kesetaraan satuan kalor dan satuan joule yang diterima hingga saat ini adalah

1 kalori = 4,184 joule

​contoh

Air dalam botol mineral sebanyak 600 ml memiliki suhu 27 ⁰C. Air tersebut dimasukkan dalam kulkas sehingga beberapa jam berselang suhunya turun menjadi 5 ⁰C. Berapa joule kalor yang dilepas air?

​jawaban

​Pertama kita hitung massa air. Karena massa jenis air = 1 g/ml maka massa 660 ml air = 660 ml x 1 g/ml = 660 g.

Penurunan suhu air ΔT = 27 – 5 = 22 ⁰C.

Kalor yang dilepas air = 660 x 22 = 14.520 kalori = 14,52 kkal.

beberapa fenomena yang di akibat kalor

​kalor dapat mengubah suhu benda

Ketika suatu benda menyerap kalor maka suhu benda akan meningkat. Meningkatnya suhu disebabkan getaran atom benda makin kencang. Masukkan air dingin dalam panci, lalu letakkan dalam kompor menyala. Maka lama-kelamaan suhu air dalam panci meningkat. Makin lama dilakukan pemanasan maka makin tinggi suhu air dalam panci. Hal serupa adalah ketika kita letakkan batang besi dingin di dekat api. Suhu batang besi lama-lama meningkat akbiat menyerapan kalor.

​kalor dapat mengubah wujud zat

Zat dapat berada dalam wujud padat, cair, dan gas. Pada suhu di bawah 0 ⁰C, air berada dalam wujud padat (es), antara 0 ⁰C sampai 100 ⁰C berada dalam wujud cair (kita sebut air), dan di atas 100 ⁰C berada dalam wujut gas (uap air).

Es yang memiliki suhu di bawah 0 ⁰C akan mengalami kenaikan suhu jika menyerap kalor. Ketika kalor diberikan terus maka suhunya terus naik hingga mencapai 0 ⁰C. Ketika kalor diberikan pada es yang bersuhu 0 ⁰C, maka tidak terjadi pertambahan suhu. Yang terjadi adalah perubahan es menjadi air namun semuanya berada pada suhu 0 ⁰C. Es yang bersuhu 0 ⁰C berubah menjadi air yang bersuhu 0 ⁰C (Gambar. 11.13, kiri). Ini adalah contoh perubahan fasa, yaitu dari fasa padat ke fasa cair. Perubahan fasa ini sering disebut peleburan.

Multiple Choice

Pada suatu hari, suhu di negara India menjadi sangat tinggi. Ketika dilakukan pengukuran ternyata hasilnya menunjukkan angka 122°F. Berapakah suhu di India tersebut jika di konversi menjadi berskala Celcius?

• 50 ⁰C

• 60 ⁰C

• 55 ⁰C

• 65 ⁰C

Multiple Choice

Suatu ketika Franky mengukur suhu komputer miliknya. Pada pengukuran menunjukan angka 20 °R. Lakukanlah konversi suhu komputer Franky ke suhu Kelvin........⁰K

• 15

• 78

• 90

• 77

Multiple Choice

Termometer A yang telah ditera menunjukakan angka -30⁰ A pada titik beku air pada 90⁰A pada titik air. Maka suhu 60⁰C sama dengan ... ⁰C

• 80

• 75

• 60

• 50

Multiple Choice

Kalor yang dilepaskan apabila 15gram air bersuhu 100⁰C didinginkan hingga suhu 20⁰C adalah ......

• 9300 kal

• 8100 kal

• 1200 kal

• 6500 kal

Multiple Choice

Jarak matahari kebumi sangat jauh, tetapi panasnya sinar matahari dapat dirasakan sampai permukaan bumi. Perpindahan kalor tersebut adalah .....

• radiasi

• konveksi

• konduksi

• korelasi