Dalam Artikel Suhu Dan Kalor (Materi SMU) Bimbel Jakarta Timur akan menjelaskan secara lengkap yang berhubungan dengan Suhu dan Kalor
Suhu atau temperatur yaitu derajat panas atau kuantitas panas suatu benda. Alat untuk mengukur suhu adalah termometer, berupa pipa kapiler yang terbuat dari kaca dan berisi raksa atau alkohol.
Hubungan antara skala termometer dengan perbandingan suhu yang satu dengan yang lain dapat ditentukan seperti berikut :
 |
Hubungan Antara Skala Termometer |
Hubungan antara skala termometer celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin
 |
Celcius, Reamur, Fahrengeit dan Kelvin |
Pemuaian Zat
Pada umumnya suatu zat jika menerima kalor akan mengalami penambahan kuantitas atau pemuaian, sedangkan ketika melepas kalor akan menyusut.
Pada zat padat, pemuaian bisa merupakan muai panjang, muai luas ataupun muai volume. Gejala pemuaian zat padat dapat diukur dengan alat Musschenbroek.
Muai Panjang
ΔL=Lo. α. ΔT atau L=Lo (1+ α. ΔT)
Lo=panjang mula-mula (m)
ΔL=perubahan panjang (m)
α =koefisien muai panjang (/K atau /℃)
ΔT=perubahan suhu (K atau ℃)
L =panjang akhir (m)
Muai Luas
ΔA=Ao. β. ΔT atau A=Ao (1+ β. ΔT)
dimana β=2.α
Ao=luas mula-mula (m²)
ΔA=perubahan luas (m²)
β=koefisien muai luas (/K atau /℃)
ΔT=perubahan suhu (K atau ℃)
A =luas akhir (m²)
Muai Volume
ΔV=Vo. ɣ. ΔT atau V=Vo (1+ ɣ. ΔT)
dimana ɣ =3.α
Vo=volume mula-mula (m³)
ΔV=perubahan volume (m³)
ɣ =koefisien muai volume (/K atau /℃)
ΔT=perubahan suhu (K atau ℃)
V=volume akhir (m³)
Zat cair hanya memiliki muai ruang atau muai luas yang rumusnya sama dengan muai volume pada zat padat. Secara umum zat cair memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Akan tetapi berbeda dengan air, jika dipanaskan dari suhu 0℃ sampai 4℃ air akan menyusut. Setelah 4℃ jika terus dipanaskan maka akan memuai seperti umumnya zat yang lain. Hal khusus pada air ini disebut sifat anomali air.
Zat yang berbentuk gas juga mengalami muai ruang. Besar koefisien muai volume untuk semua jenis gas adalah sama, yaitu :
ɣ =1/273 ℃
Pada pemuaian gas, berlaku hukum Boyle-Gay Lussac yang berbunyi,
Perbandingan antara hasil kali tekanan dan volume gas dengan suhu mutlaknya (satuan Kelvin) adalah konstan.
P1 . V1 =P2 . V2
T1 T2
P1=tekanan awal (atm)
V1=volume awal (liter)
T1=suhu awal (K)
P2=tekanan akhir (atm)
V2=volume akhir (liter)
T2=suhu akhir (K)
Tekanan dapat mempengaruhi wujud zat, antara lain:
- menurunkan titik lebur suatu benda
- menaikkan titik didih suatu benda
Kalor
Kalor adalah bentuk energi panas yang dapat berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor jika diberikan pada benda/zat maka dapat menaikkan suhu benda ataupun merubah wujud benda. Jika kalor dilepaskan dari suatu benda/zat maka dapat menyebabkan turunnya suhu benda ataupun merubah wujudnya.
 |
| Perubahan Wujud Zat |
Besarnya kalor yang diserap atau diterima dapat ditentukan dengan rumus berikut;
Q=m.c.ΔT atau Q=C.ΔT atau Q=m.L
Q=jumlah kalor yang diserp/dilepas (joule atau kalori)
m=massa (kg atau gram)
c=kalor jenis (joule/kg.℃ atau kal/g. ℃)
ΔT=perubahan suhu (℃)
C=kapasitas kalor (joule/℃ atau kal/ ℃)
L=kalor laten/kalor lebur/kalor uap (joule/kg atau kal/gram)
Asas Black
Pada pencampuran dua zat terjadi proses pelepasan kalor dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah yang menyerap kalor tersebut. proses ini terus berlangsung sampai dicapai keseimbangan dimana kedua beda memiliki suhu yang sama. pada proses ini berlaku asas Black dimana jumlah kalor yang dilepaskan sama dengan jumlah kalor yang diterima.
ΣQlepas=ΣQterima
Perpindahan Kalor
Kalor dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor dapat terjadi secara konduksi, konveksi ataupun radiasi.
Perpindahan kalor secara konduksi (rambatan/hantaran) adalah perpindahan kalor melalui zat perantara tetapi tanpa adanya perpindahan partikel-partikel pada zat perantara tersebut. Konduksi biasanya terjadi pada zat padat atau logam. Contoh konduksi adalah jika kita memanaskan sendok pada salah satu ujungnya maka kalor akan merambat sehingga ujung yang lain juga akan segera terasa panas.
Besar kalor yang merambat tiap satuan waktu dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
Q = k.A.ΔT atau H= k.A.ΔT
t L L
H=Q/t =hantaran kalor=laju kalor secara konduksi (Joule/s)
k=koefisien konduksi termal (Joule/s.m.℃)
A=luas penampang melintang (m²)
ΔT=perubahan suhu (℃)
L=panjang penghantar (m)
Perpindahan kalor secara konveksi (aliran) disebabkan adanya perbedaan massa jenis sehingga partikel-partikel zat perantara ikut berpindah. Konveksi biasanya terjadi pada fluida (cairan atau gas).
Pada pemanasan air dalam bejana, air yang berada dibawah mengalami pemanasan lebih dulu. Pemanasan menyebabkan kerapatan partikel-partikel air berkurang sehingga massa jenisnya lebih kecil dari air bagian atas yang tidak terkena pemanasan. Air dengan massa jenis lebih kecil ini mengalir ke atas sedangkan air yang massa jenisnya lebih besar yaitu yang masih dingin akan pindah kebawah. Proses ini berlangsung terus selama pemanasan.
Besar kalor yang mengalir tiap satuan waktu dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
Q =h.A.ΔT
t
Q/t =aliran kalor=laju kalor secara konveksi (Joule/s)
h=koefisien konveksi (Joule/s.m². ℃)
A=luas permukaan benda yang kontak dengan fluida (m²)
ΔT=perubahan suhu (℃)
Perpindahan kalor secara radiasi (pancaran) adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara. Berdasarkan hukum Stefan-Boltzmann, jumlah energi yang dipancarkan tiap satuan luas dan tiap satuan waktu berbanding llurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya.
W=e.σ. T⁴
W=Q/A.t= energi yang dipancarkan tiap satuan luas dan tiap satuan waktu
(Joule/m².s atau watt/m²)
e=emisitivitas (tanpa satuan), 0 < e ≤ 1
σ=konstanta Stefan-Boltzmann=5,67 x 10⁻⁸ watt/m².K⁴
T=suhu mutlak benda (K)
Jika e=1, maka benda hitam sempurna sebagai penyerap dan pemancar energi terbaik.
Jika e=0, maka benda merupakan penyerap buruk, tetapi pemantul energi yang sempurna.
apabila suhu di sekeliling benda yang berpijar Ts, maka besar energi yang dipancarkan seperti persamaan berikut :
W=e.σ. (T⁴ - Ts⁴)
Demikian materi Suhu Dan Kalor yang dapat dirangkum. Contoh soal dan latihan soal tentang materi ini akan kami sertai di artikel tersendiri.