Suhu dan Kalor | Fisika Kelas X

Suhu dan Pemuaian

1. Definisi:

Suhu adalah derajat panas atau dingin suatu benda. Nilai suhu suatu benda dapat ditentukan menggunakan termometer. 

1. Skala termometer

Perbandingan skala-skala pada termometer adalah Celsius : Reamur : Fahrenheit : Kelvin = C : R : (F – 32) : K  =  5 : 4 : 9 : 5. Adapun hubungan antarskala Celsius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin adalah sebagai berikut.

• • Hubungan skala Celsius dan Reamur adalah TC = 5/4 TR atau TR = 4/5 Tc
  • Hubungan skala Celsius dan Fahrenheit adalah Tc = 5/9(TF - 32) atau TF = 9/5TC + 32
  • Hubungan skala Celsius dan Kelvin adalah T_C = T_K - 273 atau T _K = T_C + 273
  • Hubungan skala Reamur dan Fahrenheit adalah TR = 4/9(TF - 32) atau TF = 9/4TC +32

3. Pemuaian

Pemuaian dapat terjadi pada suatu materi dalam wujud zat padat, cair, dan gas.

Pemuaian Zat Padat

Zat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian. Pemuaian zat padat dapat dibedakan menjadi pemuaian panjang, luas, dan volume.

• Muai panjang

Koefisien muai panjang (a) adalah pertambahan panjang zat padat pada setiap kenaikan 1 ºC.

Rumus:

L = L₀ + DL

DL = L₀.a.DT

L = L₀(1 + a.DT)

Keterangan:

DL        :  Pertambahan panjang (m)

L₀         :  Panjang awal (m)

L           :  Panjang akhir (m)

a          :  Koefisien muai panjang (ºC^-1)

DT        :  Kenaikan suhu (ºC)

• Muai luas

Koefisien muai luas (b) adalah pertambahan luas zat padat pada setiap kenaikan 1ºC. Koefisien muai luas (b) nilainya sama dengan dua kali koefisien muai panjang (a). 

A          = A₀ + DA

DA       = A₀.b.DT

A          = A₀(1 + b.DT)

b = 2a

Keterangan:

DA        :  Pertambahan luas (m²)

A₀         :  Luas awal (m²)

A          :  Luas akhir (m²)

b           :  Koefisien muai luas (ºC^-1)

a          :  Koefisien muai panjang (ºC^-1)

DT        :  Kenaikan suhu (ºC)

• Muai volume

Koefisien muai volume (g) adalah pertambahan volume zat padat pada setiap kenaikan 1ºC. 

DV = V₀. g.DT

DV = V₀.g.DV

V = V₀(1 + g.DT)

g = 3a

Keterangan:

DV        :  Pertambahan volume (m³)

V₀         :  Volume awal (m³)

V          :  Volume akhir (m³)

g           :  Koefisien muai volume (ºC^-1)

a          :  Koefisien muai panjang (ºC^-1)

DT        :  Kenaikan suhu (ºC)

Pemuaian Zat Cair

Pemuaian air yang tidak teratur tersebut dinamakan  anomali air. Oleh karena itu, massa jenis air paling tinggi pada suhu 4 ^oC.

Pemuaian Gas

Jika suatu gas dipanaskan maka akan terjadi pemuaian volume. Besarnya nilai γ untuk semua gas adalah sama, yaitu 1/ 273 ^oC-1

DV = V₀. g.DT

DV = V₀.g.DV

V = V₀(1 + g.DT)

Keterangan:

DV :  Pertambahan volume (m³)

V₀  :  Volume awal (m³)

V   :  Volume akhir (m³)

g     :  Koefisien muai volume gas(ºC^-1)

DT :  Kenaikan suhu (ºC)

Pemuaian pada gas dapat dibedakan tiga, yaitu pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal),  pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar), dan pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik). 

1)   Pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal): P₁V₁ = P₂V₂

2)   Pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar): V1/ T1 = V2/ T2

3)   Pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik): P1/T1 = P2/T2

Keterangan:

P₁  :  Tekanan gas pertama (atm)

P₂  :  Tekanan gas kedua (atm)

V₁  :  Volume gas pertama (L)

V₂  :  Volume gas kedua (L)

T₁  :  Suhu gas pertama (K)

T₂  :  Suhu gas kedua (K)

B. Kalor

1. Definisi

Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor dapat menyebabkan perubahan suhu dan wujud suatu benda. Kalor satuannya adalah kal. 1 kkal  = 1.000 kalori. Satu kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1^oC.

4,186 J = 1 kal                                      4,186  ×  103 J = 1 kkal

2. Perubahan Suhu Zat

Benda-benda yang bersuhu lebih tinggi daripada lingkungan di sekitarnya memiliki kecenderungan melepaskan kalor. Sebaliknya, benda-benda yang bersuhu lebih rendah daripada lingkungannya memiliki kecenderungan menerima kalor.  Besarnya kalor (Q) baik yang dilepaskan maupun diserap, yaitu Q = m.c.DT.

Kapasitas kalor (C) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 °C. Asas Black: “ Banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap” memenuhi hukum kekekalan energi.  Q_lepas = Q_diterima

Keterangan:

Q_lepas       = besar kalor yang diberikan (J)

Q_terima   = besar kalor yang diterima (J)

3. Perubahan Wujud Zat

a. Macam-macam perubahan wujud secara fisika

Perubahan wujud secara fisika, yaitu:

• • Mencair adalah proses perubahan wujud dari padat menjadi cair.
  • Menguap adalah proses perubahan wujud dari cair menjadi gas.
  • Menyublim/melenyap adalah proses perubahan wujud dari padat menjadi gas.
  • Membeku adalah proses perubahan wujud dari cair menjadi padat.
  • Mengembun adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi cair.
  • Menyublim adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi padat.

b. Kalor lebur dan kalor didih

• • Kalor lebur

Banyaknya  kalor untuk mengubah wujud 1 gr zat dinamakan kalor laten. Kalor lebur zat sama dengan kalor bekunya. Kalor uap, yaitu kalor untuk mengubah dari cair menjadi gas. Kalor uap zat sama dengan kalor embun. Kalor yang dibutuhkan zat bermassa m untuk mengubah wujudnya, yaitu 

Keterangan:

Q             = kalor (kal)

m            = massa benda (gr)

L             = kalor laten (kal/gr)

• • Kalor didih

Kalor didih merupakan kalor yang dibutuhkan 1 kg zat untuk mendidih/menjadi uap. Kalor ini sama dengan kalor yang diperlukan  pada zat untuk mengembun. Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan sejumlah zat  yang massanya m dan kalor didih atau uapnya U, yaitu:

Keterangan:

Q             = kalor (kal)

m            = massa benda (gr)

U             = kalor didih/uap zat (J/kg)