suhu dan kalor

44 Pages·2015·1.57 MB·Indonesian

by  Antonius Eko

YAYASAN WIDYA BHAKTI
SEKOLAH MENENGAH ATAS SANTA ANGELA
TERAKREDITASI A
Jl. Merdeka No. 24 Bandung  022. 4214714 – Fax. [phone]
http//: www.smasantaangela.sch.id, e-mail : [email protected]
___________________________________________________________________

SUHU DAN KALOR

STANDART KOMPETENSI
Menerapkan konsep kalor dan prinsip konservasi energi pada berbagai
perubahan energi

KOMPETENSI DASAR
KD1 Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat.
KD2 Menganalisis cara perpindahan kalor.
KD3 Menerapkan Asas Black dalam pemecahan masalah

Susana Endah Page 1 of 44
TUJUAN PEMBELAJARAN
1. Menjelaskan pengertian suhu
2. Menjelaskan pengertian kalor
3. Mengkonversikan suhu
4. Membedakan antara kalor jenis dan kapasitas kalor
5. Menentukan alat dan bahan dalam menentukan
percobaan kalor jenis suatu logam
6. Menyusun alat yang digunakan
7. Melakukan percobaan
8. Menyusun data pada tabel
9. Mengolah data percobaan
10. Mempresentasikan hasil
11. Mencocokkan dengan teori
12. Membedakan antara muai panjang, muai luas dan muai
volume
13. Mempresentasikan tentang perubahan wujud suatu benda
14. Memformulasikan Asas Black
15. Menganalisis kalor dengan menggunakan Asas Black
16. Membedakan antara konduksi, konveksi dan radiasi
17. Menerapkan dalam kehidupan sehari-hari dengan
memberi contoh peristiwanya
18. Menyimpulkan keseluruhan materi dari hasil diskusi tanya
jawab dan percobaan.
19. Menerapkan karakter Santa Angela kejujuran dan
kegigihan dalam mengerjakan eksperimen, latihan soal
dan mengerjakan soal

Susana Endah Page 2 of 44
PETA KONSEP

Susana Endah Page 3 of 44
KALOR

Sumber: www.sciencepoles.org
Beberapa tahun ini, suhu permukaan bumi meningkat. Hal ini sebagai akibat
dari berbagai aktivitas mausia, tanpa memperhatikan lingkungan. Dengan
meningkatnya suhu permukaan bumi (global warming), akan menyebabkan
gunung-gunung es di kutub mencair lebih cepat. Proses pencairannya berlangsung
sangat cepat. Tentu saja mengkhawatirkan bagi kehidupan manusia karena
diperkirakan air laut akan bertambah sehingga daratan rendah akan tenggelam.
Perhatikan bagaima gunung es itu mencair! Gunung es itu dapat mencair dengan
sendirinya tanpa diberikan kalor. Gunung es menyerap kalor dari lingkungan
sekitarnya. Mencair merupakan salah satu perubahan wujud. Perubahan wujud
tersebut disertai dengan perpindahan kalor. Tahukah Anda apakah yang dimaksud
dengan kalor? Untuk lebih jelasnya, ikutilah pembelajaran pada bab ini.
Tuhan Yang Maha Pencipta menciptakan matahari sebagai sumber energi bagi
makhluk hidup di bumi. Energi panas yang dipancarkan matahari merupakan
sumber energi yang tiada habisnya, yang dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup
di bumi, termasuk manusia. Oleh karena itu, sudah sepatutnya manusia bersyukur
atas nikmat ini.
Susana Endah Page 4 of 44
Pada siang hari yang terik, Anda tentu merasakan udara begitu panas. Pada
saat itu, biasanya dikatakan suhu udara begitu tinggi. Demikian juga, ketika
merasakan udara begitu dingin, biasanya dikatakan suhu udara begitu rendah.
Jadi, keadaan derajat panas dan dingin yang dialami suatu benda atau keadaan
dinamakan suhu.
Sebuah benda yang bersuhu tinggi dapat mengalami penurunan suhu jika
didekatkan atau dicampurkan pada benda yang bersuhu rendah, seperti halnya es
apabila dicampurkan dengan air panas di dalam gelas. Jika kondisi tersebut
dibiarkan untuk waktu yang lama, lama kelamaan es mencair dan suhu keduanya
menjadi sama. Mengapa demikian> Hal ini berkaitan dengan kalor. Tahukah Anda
kalor itu? Apakah ada pengaruh kalor terhadap benda? Bagaimana pula cara kalor
itu berpindah?
A. PENGERTIAN KALOR
Untuk memahami pengertian kalor, lakukanlah kegiatan berikut.
Perpindahan Kalor
Tujuan : Mengamati perpindahan kalor pada dua benda yang berbeda suhunya
Alat/Bahan :
1. Dua buah gelas (berbentuk silinder)
2. Termometer
3. Air panas
4. Air dingin (air es)
Keselamatan Kerja: Hati-hati saat memanaskan air dan saat menuangkan air
panas ke dalam gelas.
Prosedur:
1. Siapkan gelas A dan B. Isi penuh
gelas A dengan air panas dan gelas
B dengan air dingin (air es).
2. Ukur suhu masing-masing gelas
dengan termometer, lalu catatlah
hasil pengamatan Anda.
Susana Endah Page 5 of 44
3. Sentuhkan gelas A dengan gelas B. Biarkan beberap saat (±10 menit).
Ukut dan catat suhu kedua gelas.
Pertanyaan:
1. Saat kedua gelas didekatkan. Apakah yang terjadi> Apakah gelas A
menjadi panas atau dingin? Apakah gelas B menjadi panas atau dingin?
Mengapa demikian?
2. Bagaimana suhu kedua gelas tersebut selanjutnya? Mengapa demikian>
3. Jika gelas A dan B diisi dengan air panas, apakah suhu kedua gelas akan
bertambah tinggi (panas)? Mengapa demikian?
4. Jika gelas A dan B diisi dengan air dingin, apakah suhu kedua gelas akan
bertambah rendah (dingin)? Mengapa demikian?
5. Buatlah kesimpulan dari kegiatan di atas secara berkelompok.
Presentasikan dan Simpulkan
Presentasikanlah hasil kerja kelompok Anda di depan kelas! Bandingkan
dengan hasil kerja kelompok lain. Jika Ada tanggapan dari kelompok lain, baik
berupa saran, kritik, atau pertanyaan, jawablah dengan bahasa yang santun.
Berdasarkan perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan
bersama? Buatlah kesimpulan dari diskusi tersebut!

Apabila dua benda yang berbeda suhunya, didekatkan atau disentuhkan,
maka benda yang bersuhu tinggi memberikan sesuatu ke benda lainnya yang
bersuhu rendah. Sesuatu yang diberikan itu adalah energi. Energi yang diberikan
karena perbedaan suhu dinamakan kalor. Jadi, kalor merupakan salah satu
bentuk energi. Dengan kata lain, kalor merupakan energi yang ditransfer dari
suatu benda ke benda lain karena adanya perbedaan suhu.
Satuan kalor sama dengan satuan energi, yaitu joule. Kadang-kadang, satuan
kalor menggunakan kalori atau kilokalori. Kesetaraan kalori dengan joule adalah
1 kalori = 4,18 joule atau 1 joule = 0,24 kalori
Susana Endah Page 6 of 44
Gagasan bahwa kalor berhubungan dengan
energi pertama kali dinyatakan pada tahun 1800-
an oleh seorang pembuat minuman dari Inggris,
James Prescott Joule (1818-1889). Joule
melakukan percobaan sederhana dengan
menggunakan alat seperti gambar berikut.
Beban yang jatuh menyebabkan roda pedal
berputar. Gesekan roda pedal dan air
menyebabkan suhu air naik. Padahal, untuk
menaikkan suhu yang sama bisa didapat dengan
memanaskan air di atas kompor. Joule menentukan
bahwa sejumlah kerja tertentu yang dilakukan
selalu setara (ekuivalen) dengan sejumlah masukan kalor tertentu. Secara
kuantitatif, kerja 4,186 joule (J) ternyata ekuivalen dengan 1 kalori (kal) kalor. Nilai
ini dikenal sebagai tara kalor mekanik.
1. KALOR JENIS
Dari hasil percobaan Joule seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.
Diperoleh kesimpulan bahwa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu
suatu zat sebanding dengan massa zat itu dan kenaikan suhunya.
Jika besarnya kalor yang dibutuhkan suatu zat yang bermassa m untuk
kenaikan suhu Δt sebesar Q, maka:

Selain masa dan kenaikan suhu, jumlah kalor yang dibutuhkan benda
tergantung dari jenis zat yang dipanaskan. Untuk membedakan jenis zat, dikenal
istilah kalor jenis yang disimbolkan dengan c. Oleh karena itu, persamaan di atas
dapat dirumuskan menjadi

Keterangan:
Q = kalor yang diserap atau dilepas (J atau kalori (kal))
Susana Endah Page 7 of 44
Kapasitas kalor suatu benda adalah kemampuan suatu benda dalam
menerima atau melepas kalor untuk menaikkan atau menurunkan suhu
benda itu sebesar 1°C atau 1K.
m = massa zat (kg atau gram)
Δt = perubahan suhu (K atau C)
c = kalor jenis zat
Persamaan tersebut juga dapat ditulis:
Kalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan atau
dilepas tiap 1 kg massa, untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar
1K

Dari persamaan itu, satuan kalor jenis sama dengan satuan kalor dibagi satuan
massa kali satuan suhu, dituliskan:

Jadi, kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai berikut:
2. KAPASITAS KALOR
Misalkan dua benda yang berbeda dinaikkan suhunya sama besar maka
apakah jumlah kalor yang diperlukan juga sama? Ternyata, jumlah kalor yang
Susana Endah Page 8 of 44
diperlukan berbeda. Hal ini terjadi karena kapasitas kalor atau kapasitas panas
tiap jenis benda berbeda.
Jadi, jika kalor yang dibutuhkan sebesar Q untuk menaikkan suhu benda
sebesar Δt, maka kapasitas kalor (C) benda tersebut dapat dirumuskan:

Keterangan:
Q = kalor yang diserap atau dilepas (joule (J) atau kal)
Δt = perubahan suhu (°C)
C = kapasitas kalor J/K atau kal/°C
Berdasarkan persamaan tersebut, maka kapasitas kalor dapat pula ditulis:

Untuk lebih memahami tentang kapasitas kalor, perhatikan contoh soal berikut:
Contoh Soal
Sepotong tembaga massanya 5 kg dengan suhu 20°C. Jika kalor jenis
tembaga 3,87 x 102 J/(kg K), tentukan:
a. Kalor yang diperlukan untuk memanaskan agar suhu tembaga
tersebut menjadi 100°C
b. Kapasitas kalor tembaga itu!
Penyelesaian:
Diketahui: m = 5kg
t = 20°C
1
t = 100°C
2
c = 3,87 x 102 J/(kg K)
Ditanyakan: a. Q = ....?
b. C = ....?
Jawab:
a. Q = mcΔt
Susana Endah Page 9 of 44
= 5 x 3,87 x 102 x 80
= 154.800 J
Jadi, besar kalor yang diperlukan adalah 154.800 J.
b. C = mc
= 5 x 3,87 x 102
= 1.935 J/K
Jadi, kapasitas kalor tembaga itu adalah 1.935 J/K.

B. PENGARUH KALOR TERHADAP SUATU ZAT
Pada subbab A, Anda telah mengetahui kalor dapat mengubah wujud benda
(es) menjadi cair,. Jadi bila suatu benda menerima sejumlah kalor maka benda itu
akan mengalami perubahan wujud. Selain itu, ada kemungkinan lain yang terjadi,
yaitu suhu benda akan naik dan benda mengalami pemuaian.

1. Pemuaian
Coba amati gambar di ini. Mengapa rel kereta
api ini bengkok?
Dari fenomena di ini, dapat kita tahu bahwa ada
pemuaian. Bila suatu benda dipanaskan, maka
benda itu akan memuai. Besarnya pemuaian benda
bergantung pada ukuran benda semula, kenaikan
suhu, dan jenis benda.
Di Bab ini, Anda akan mempelajari hanya
pemuaian pada zat padat dan zat cair.
a. Pemuaian Zat Padat
Jika zat padat mendapat kalor, maka zat padat tersebut akan mengalami muai
panjang, muai luas, dan muai volume.
1) Muai Panjang (Muai Linear)
Suatu benda yang berbentuk betang bila dipanaskan maka panjangnya akan
bertambah. Misalkan, panjang batang mula-mula ℓ , dipanaskan hingga
0
suhunya bertambah t, besar pertambahan panjang batang dirumuskan:
Δl l Δt atau Δl = αl Δt
0 0
Keterangan:
Δl = pertambahan panjang batang (m)
l = panjang batang mula-mula
0
Δt = perubahan suhu (°C)
Α = koefisien muai panjang atau muai linear
Susana Endah Page 10 of 44