Halaman
105Fisika SMA/MA XBab IVKalor dan Konservasi EnergiSumber : Ilmu Pengetahuan Populer 5Energi matahari diubah menjadi energi termal – kalor - dengan menggunakan kolektor parabolikmatahari.
106Fisika SMA/MA XPeta KonsepKalor dan Konservasi EnergiKalorKonservasi EnergiAsas BlackPerpindahanKalor secaraKonduktorPerpindahanKalor secaraKonveksiPerpindahanKalor secaraRadiasiAlamiBuatanKalorJenisKapasitasKalorPerubahanFasa dan WujudZatPerubahanFasa ZatSetelah mempelajari bab ini, kalian diharapkan mampu:1. menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zat,2. menganalisis cara perpindahan kalor, dan3. menerapkan asas Black dalam pemecahan masalah.Tujuan Pembelajaran :PerubahanWujud Zat
107Fisika SMA/MA XPada waktu siang hari kita sering merasa kepanasan dan saat itu kitamengatakan suhu udara tinggi. Pada saat pagi hari kadang kita merasakedinginan dan kita mengatakan suhu udara rendah. Apa suhu itu?Bagaimana suhu itu dinyatakan dengan besaran kuantitatif dan dengan apakita mengukur suhu tersebut? Benda yang bersuhu tinggi disentuhkan kebenda yang bersuhu rendah maka apa yang terjadi? Untuk mengetahuinyamaka pelajarilah materi bab ini dengan seksama!suhukalor jenisradiasitermometerkapasitas kalorasas Blackcelciuskonduksititik kritiskalorkonveksiA. Analisis Pengaruh Kalor terhadap Suatu ZatMotivasi BelajarKata KunciJika dua buah benda, yang salah satu benda mula-mulalebih panas dari pada benda yang lain, saling bersentuhan,maka suhu kedua benda tersebut akan sama setelah waktuyang cukup lama. Benda yang bersuhu tinggi memberi energike benda yang bersuhu rendah. Energi yang diberikan karenaperbedaan suhu antara dua buah benda disebut kalor.KonsepKalor adalah bentuk energi yang mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke bendayang bersuhu rendah.Kedua benda ini saat suhunya sama disebut berada dalamkeadaan setimbang termal. Hal ini dijelaskan dalam hukumke nol termodinamika.KonsepHukum ke nol Termodinamika: Jika benda A dan benda B masing-masing berada dalamkeadaan setimbang termal dengan benda C, maka benda A dan benda B berada dalamkeadaan setimbang termal antara satu dengan yang lain.
108Fisika SMA/MA XUngkapan yang lebih umum dan mendasar tentang hukumke nol termodinamika:KonsepTerdapat sebuah kuantitas skalar yang dinamakan suhu (temperatur) yangmerupakan sebuah sifat semua benda (sistem), sehingga kesamaan suhu merupakansyarat untuk keadaan setimbang termal.Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering mendengar informasitentang suhu udara 30oC. Apakah yang dimaksud suhu?KonsepSuhu adalah tingkat atau derajat panas (atau dingin) suatu benda atau sistem.Alat untuk mengukur suhu atau temperatur suatu bendadisebut termometer. Jenis termometer yang biasa digunakanadalah termometer Celsius, Fahrenheit, dan Reamur. Satuansuhu dalam sistem SI adalah derajat kelvin (K). Skala suhuuntuk termometer Celsius adalah oC, skala suhu untuktermometer Fahrenheit adalah oF, dan skala suhu untuktermometer Reamur adalah oR.Kalor merupakan suatu bentuk (wujud) energi. Kaloradalah sesuatu yang dipindahkan dari suatu zat (benda) yangbersuhu lebih tinggi ke zat (benda) dengan suhu yang lebihrendah. Kuantitas kalor (Q) sering dinyatakan dengan satuankalori (cal).1. Kalor JenisJika kita memanaskan suatu zat maka jumlah kalor yangdiperlukan untuk menaikkan suhu zat tersebut tergantungberapa jumlah massa air, jenis zat, dan nilai kenaikan suhu zattersebut. Secara umum jika kita memanaskan suatu zattertentu maka jumlah kalor yang diperlukan akan sebandingdengan massa dan kenaikan suhunya. Jika suatu zatmassanya m maka untuk menaikkan suhunya sebesar 'Tdiperlukan kalor sebesar Q yaitu:Q f m . 'T.... (4.1)
109Fisika SMA/MA XDari persamaan (4.1) ditunjukkan bahwa jenis zat sangatmenentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkansuhu zat tersebut. Ketergantungan jumlah kalor yangdiperlukanuntuk menaikkan suhu terhadap jenis zat disebut dengan istilahkalor jenis yang diberi simbol dengan c. Kalor jenis (c) zat adalahkapasitas kalor per satuan massa zat (merupakan karakteristikdari bahan zat tersebut), yaitu:.... (4.2)dengan:Q= jumlah kalor yang diberikan pada zat (kal atau j),c= kalor jenis zat (kal/groC atau j/gr.oC),m= massa zat (kg),'T= kenaikan suhu zat (oC atau K).Satu kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang diperlukanuntuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 °C. Zat yang berbeda(dengan massa zat yang sama, misalnya 1 kg) memerlukankuantitas kalor yang berbeda untuk menaikkan suhunyasebesar 1 °C. Secara umum, kalor jenis zat merupakan fungsisuhu zat tersebut meskipun variasinya cukup kecil terhadapvariasi suhu. Sebagai contoh, dalam rentang suhu 0°C - 100°C, kalor jenis air berubah kurang dari 1% dari nilainya sebesar1,00 cal/gr°C pada 15 °C.Kalor jenis perlu juga dibedakan berdasarkan kondisiapakah diukur pada tekanan tetap (cp) ataukah pada volumetetap (cv). Kondisi yang lebih umum adalah kalor jenis padatekanan tetap cp. Tabel 4.1 menyajikan nilai-nilai cp beberapazat padat pada suhu ruang dan tekanan 1 atm.Tabel 4.1. Nilai-nilai cp beberapa zat padat padasuhu ruang dan tekanan 1 atmZatAluminiumKarbonTembagaTimbalPerakTungstenKalor JenisJ/gr.oC0,2150,1210,09230,03050,05640,03210,9000,5070,3860,1280,2360,134cal/gr.oC
110Fisika SMA/MA XKalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskansetiap kilogram massa untuk menaikkan atau menurunkan suhunya satu Kelvinatau satu derajad Celsius.Contoh SoalSepotong aluminium bermassa 2 kg dan suhunya 30 oC. Kalor jenis alu-minium 900 J/kg. °C. Jika suhu batang dikehendaki menjadi 80 °C makahitunglah jumlah kalor yang harus diberikan pada batang aluminium tersebut.Penyelesaian:Diketahui:m= 5 kgt2= 80 °Ct1= 30 oCc= 900 J/kg.°CDitanyakan: Q = ...?Jawab:Jumlah kalor yang harus diberikan pada batang aluminium tersebut dapatdihitung dengan menggunakan persamaan (4.2).Q= c.m.'T= (900 J/kg.°C) uuuuu (5 kg) uuuuu (80 30) oC= 2,25 uuuuu 105 J.Contoh SoalSebuah cincin perak massanya 5 g dan suhunya 30 oC. Cincin tersebutdipanaskan dengan memberi kalor sejumlah 5 kal sehingga suhu cincinmenjadi 47,5 °C. Hitunglah nilai kalor jenis cincin perak tersebut.Penyelesaian:Diketahui:m= 5 grt1= 30 oCt2= 47,5 °CQ= 5 kalDitanyakan: c = ...?Konsep
111Fisika SMA/MA XJawab:Nilai kalor jenis cincin perak tersebut dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan (4-1) yaitu:c = 2. Kapasitas KalorJumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhuyang sama dari suatu benda tentu saja berbeda dibandingkandengan benda lain. Perbandingan antara jumlah kalor yangdiberikan dengan kenaikan suhu suatu benda disebut dengankapasitas kalor dan diberi simbol dengan C.Sepotong tembaga dijatuhkan dari ketinggian 490 m di atas lantai. Kaloryang terjadi karena proses tumbukan dengan lantai sebesar 60% diserap olehtembaga. Jika kalor jenis tembaga = 420 J/kgoC, percepatan gravitasi bumi10 m/s2, maka hitunglah kenaikan suhu tembaga. (UMPTN 1992 rayon B).Hasinya dilaporkan pada guru kalian!Life Skills : Kecakapan AkademikKonsepKapasitas kalor suatu benda adalah jumlah kalor yang diperlukan ataudilepaskan jika suhu benda tersebut dinaikkan atau diturunkan satu Kelvinatau satu derajat Celsius.Kapasitas kalor (C) zat didefinisikan sebagai nisbah(perbandingan) antara kalor yang diberikan pada zat dengankenaikan suhu zat yang diakibatkan oleh pemberian kalortersebut, yaitu:.... (4.3)
112Fisika SMA/MA XSeputar TokohJames Prescott Joule(1818 - 1889)Fisikawan Inggris,lahir di Salford,Lancashire, ia meng-abdikan hidupnyauntuk riset ilmiah. Iaberhasil mencari hu-bungan antara energimekanik dan energilistrik, sehingga nama-nya diabadikan namasatuan energi dalam SIyaitu joule atau J.(www.wikipedia)Satuan kalor dalam sistem SI adalah joule atau J. Dalamhal-hal tertentu satuan kalor sering antara joule dan kalori.Konversi satuan dari joule ke kalori adalah:1 kalori = 4,18 joule atau 1 joule = 0,24 kalori3. Perubahan Fasa dan Wujud ZatJika kalor diberikan pada suatu zat pada tekanan konstan,maka biasanya suhu zat akan naik. Namun, pada kondisitertentu suatu zat dapat menyerap kalor dalam jumlah yangbesar tanpa mengalami perubahan pada suhunya.a. Perubahan Fasa ZatIni terjadi selama perubahan fasa, artinya ketika kondisifisis zat itu berubah dari suatu bentuk ke bentuk lain. Jenisperubahan fasa yaitu (1) Pembekuan, yaitu perubahan fasadari cairan menjadi padatan. Contoh: pembekuan air menjadies. (2) Penguapan yaitu perubahan fasa dari cairan menjadigas. Contoh: penguapan air menjadi uap. (3) Sublimasi yaituperubahan fasa dari padatan menjadi gas. Contoh:penguapan bola-bola kamper menjadi gas.Kita letakkan air dalam sebuah bejana hampa yangditutup agar volumenya tetap konstan. Pada awalnya,sebagian air akan menguap, dan molekul uap air akan mengisiruang yang semula kosong dalam tabung. Sebagian molekuluap air akan menumbuk permukaan cairan dan kembalimengembun menjadi cairan air. Mula-mula laju penguapanakan lebih besar daripada laju pengembunan, dan kerapatanmolekul uap air akan naik. Tetapi dengan bertambahnyasampai nilainya sama dengan laju penguapan dan terjadikesetimbangan bertambahnya jumlah molekul uap air makadengan:C= kapasitas kalor zat, (J/K atau J/ oC atau kal/oC)Q= jumlah kalor yang diberikan pada zat ( joule (J) atau kal)'T= perubahan suhu zat, (K atau oC)Hubungan antara kapasitas kalor C dengan kalor jenis c suatuzat dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (4.1)dan (4.2) sehingga diperoleh:C = m.c.... (4.4)
113Fisika SMA/MA Xlaju kondensasinya bertambah sampai nilainya sama denganlaju penguapan dan terjadi kesetimbangan. Tekanan uap airpada kesetimbangan adalah tekanan uap air pada suhu itu.Jika kita memanaskan tabung sampai suhu lebih tinggi makaakan lebih banyak cairan yang menguap dan kesetimbanganbaru akan terbentuk pada tekanan uap yang lebih tinggi.Sebagai contoh, jika sejumlah kalorditambahkan terus menerus padasebongkah es, maka suhu es akan naik.Saat mencapai titik lelehnya, maka esmencair dan selama proses ini suhu estetap. Pada suhu 0oC dan tekanan 1atmosfer disebut titik beku air yaitu titiktempat terjadi kesetimbangan fase cairdan padat. Setelah seluruh es mencairmenjadi air, maka suhu air akan naik.Saat mencapai titik didih air akanmenguap, dan selama proses ini suhu airtetap sehingga seluruh air berubahmenjadi uap. Kondisi pada suhu 100 oCdan tekanan 1 atmosfer disebut titik didihair yaitu titik tempat terjadi kesetimbangan fase cair dan uap.Diagram fase untuk air ditunjukkan pada Gambar 4.1.Diagram fase untuk air yang ditunjukkan padaGambar 4.1 merupakan grafik tekanan sebagai fungsi suhupada volume konstan. Bagian diagram dari titik O dan Cmenunjukkan tekanan uap terhadap suhu. Jika kitamelanjutkan pemanasan tabung maka kerapatan cairan akanberkurang dan kerapatan uap bertambah. Di titik C pada dia-gram tersebut nilai kedua kerapatan ini sama. Titik C inidisebut titik kritis atau disebut juga suhu kritis. Jika sekarangtabung didinginkan maka sebagian dari uap mulaimengembun menjadi cairan (kurve OC) sampai titik O. Dititik ini cairan mulai membeku. Titik O disebut titik tripel,yaitu suatu titik di mana fasa uap, cair dan padat suatu zatberada bersama-sama dalam keadaan kesetimbangan.Gambar 4.1Diagram fase untuk air. Skala tekanandan suhu tidak linier (Tipler, 1991)T.KKonsepTitik tripel suatu zat adalah suatu titik di mana fasa uap, cair dan padatberada bersama-sama dalam keadaan kesetimbangan.padatan
114Fisika SMA/MA XTiap bahan mempunyai titik tripel sendiri-sendiri dengan suhudan tekanan spesifik. Sebagai contoh, suhu titik tripel airadalah 273,16 K = 0,16 OC dan tekanan titik tripel air tersebutadalah 4,58 mmHg.b. Perubahan WujudSejumlah energi kalor tertentu diperlukan untukmengubah wujud sejumlah zat tertentu. Sebagai contohperubahan wujud adalah perubahan dari wujud padat kewujud cair, dari wujud cair ke wujud uap, dan sebagainya.Kalor yang dibutuhkan sebanding dengan massa zat tersebut.Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah zat padat yangmassanya m menjadi cairan tanpa perubahan suhunya adalah:Q = m. Lf.... (4.4)dengan:Q= kalor yang diperlukan (J)m= massa zat (kg)Lf= kalor laten peleburan atau kalor lebur zat tersebut (J/kg)KonsepKalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan setiap kilo-gram zat itu untuk melebur pada titik leburnya.Sebagai contoh, kalor laten peleburan untuk mengubah esmenjadi air pada tekanan 1 atm adalah 333,5 kJ/kg = 79,7kkal/kg.Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah zat cair bermassam menjadi gas tanpa disertai perubahan suhu adalah:Q = m. Lv.... (4.5)dengan:Q= kalor yang diperlukan (J),m= massa zat (kg)Lv= kalor laten penguapan atau kalor uap zat tersebut (J/kg)
115Fisika SMA/MA XSebuah balok es mempunyai massa 1 kg mempunyai suhu – 20oC. Balokes tersebut dipanaskan pada tekanan 1 atm sehingga semua berubah menjadiuap, hitunglah kalor yang diperlukan.Contoh SoalKalor uap suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan setiap kilo-gram zat itu untuk menguap pada titik didihnya.ZatAlkoholBromineKarbon dioksidaTembagaEmas.HeliumTimahAir raksaNitrogenOksigenPerakSulfurAirSengTC, K159266-13561336-6002346354,41234388273,1569210967,4-20562,8-24,711,325,713,810538,5333,5102Lf, kkal/kgTD, KLv, kkal/kg351332194,6*283930814,2202363077,3590,22436717,75313,151184879369573*4726170121858296199213232328722571768* Nilai-nilai ini adalah untuk sublimasi. Karbon dioksida tidak mempunyai keadaan cair pada 1 atm.KonsepSebagai contoh, kalor laten penguapan untuk mengubah airmenjadi uap pada tekanan 1 atm adalah 2,26 MJ/kg =540 kkal/kg.Titik cair, titik didih, kalor laten peleburan danpenguapan untuk beberapa diberikan pada Tabel 4.2.Tabel 4.2. Titik cair (TC), titik didih (TD), kalor laten peleburan dan kalorlaten penguapan untuk berbagai zat pada tekanan 1 atm (Tipler, 1991)
116Fisika SMA/MA XGambar 4.2.Proses perubahan fase air dari wujud padat menjadi cair dankemudian menjadi uap atau gas (Tipler, 1991)Penyelesaian:Jika kapasitas kalor es adalah konstan dan sama dengan 2,05 kJ/kg.oC makaenergi yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -20oC adalah:Q1 = m.c.'T = (1 kg).(2,05 kJ/kg.oC).(20oC) = 41 kJPanas laten peleburan untuk es adalah 334 kJ/kg, sehingga kalor yangdiperlukan untuk mencairkan 1 kg es adalah:Q2 = m.Lf= (1 kg).(334kJ/kg) = 334 kJKalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air yang diperoleh,dari 0oC sampai 100oC adalah:Q3 = m.v.'T = (1 kg).(4,18 kJ/kg.K).(100 K) = 418 kJdimana kita telah mengabaikan variasi kapasitas kalor air meliputi jangkauansuhu ini. Akhirnya, panas yang dibutuhkan untuk menguapkan 1 kg airpada 100oC adalah:Q4 = m.Lv = (1 kg).(2,26 x 103 kJ/kg) = 2,26 MJJumlah total kalor yang diperlukan adalah:Q= Q1 + Q2 + Q3 + Q4Q= 0,041 MJ + 0,334 MJ + 0,418 MJ + 2,26 MJQ= 3,05 MJ = 3,05 x 106 J.Proses perubahan es menjadi uap ini ditunjukkan pada Gambar 4.2 .
117Fisika SMA/MA Xc.PemuaianSuatu benda jika diberikan kalor akan terjadi perubahan(kenaikan) suhu benda. Kenaikan suhu benda ini ditandaidengan perubahan ukuran (pemuaian) benda tersebut. Padabagian ini akan dibahas tentang efek pemuaian zat (benda)tanpa terjadinya perubahan fase zat. Dalam perubahan suhuyang relatif kecil, pemuaian termal bersifat linear. Pemuaiantermal dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:- pemuaian panjang (linear);- pemuaian luas; dan- pemuaian volume.1) Pemuaian PanjangPada Gambar 4.3 ditunjukkan sebuah batang panjangnyaL0 dipanaskan sehingga suhunyabertambah sebesar 'T.Pemuaian batang hanya dianggap ke arah panjang batang,sering disebut pemuaian linier yaitu dengan mengabaikanpemuaian ke arah radial. Batang mengalami perubahan panjangsebesar 'L yang sebanding dengan panjang batang mula-mula L0 dan besar kenaikan suhu 'T yaitu:'L = DL0'T.... (4.6)dengan tetapan kesebandingan Ddisebut sebagai koefisien muailinear.Gambar 4.3.Pemuaian termal linear.Koefisien muai termal berbeda-beda untuk zat yang berbeda;beberapa di antaranya disajikan oleh Tabel 4.3.Tabel 4.3. Beberapa nilai DDDDD berbagai zatZatAluminiumKuninganTembagaGelasGelas pirexKaret kerasEsTimbalBajaDDDDD (x10-6/oC)23191793,280512911
118Fisika SMA/MA XBerdasarkan persamaan (4.6), maka panjang batang setelahpemuaian adalah:L = L0 + 'T L = L0 (1 + D'T).... (4.7)2) Pemuaian LuasSuatu benda tipis berbentuk luasan tertentu denganpanjang dan lebarnya Lo dipanaskan sehingga suhu bendabertambah dari Tmenjadi T + 'T. Jika pemuaian lineardinyatakan sebagai D maka pemuaian luasan dapat ditulissebagai berikut:.... (4.8)Suku kuadratis pada persamaan (4.8) sering diabaikan karenakoefisien muai termal (D) sangat kecil (berorde 10-6/°C),sehingga persamaan (4.8) menjadi:A = A0 (1 + 2D'T).... (4.9)dengan A0 adalah luas mula-mula luasan yang ditinjau yaituA0 = Lo x Lo = , seperti ditunjukkan pada Gambar 4.4.Gambar 4.4Pemuaian suatu benda tipis berbentuk bujur sangkar dengan sisi-sisinya Lo a) sebelum dipanaskan dan b) sesudah dipanaskan
119Fisika SMA/MA XGambar 4.5.Pemuaian suatu benda berbentuk kubus dengan panjang sisinya Lo. a) sebelum dipanaskan dan b)sesudah dipanaskan .Kerjakan soal-soal di bawah ini dan diskusikan dengan gurumu!1. Pada pemasangan rel kereta api, pada sambungan rel kereta api seringdiberi rongga udara. Apa kaitan hal ini dengan proses pemuaian rel keretaapi?2. Sumber energi dari mana yang menyebabkan rel kereta api tersebutmemuai?Keingintahuan3) Pemuaian VolumeJika suatu benda berbentuk kubus dengan ukuran sisi-sisinya Lo dipanaskan sehingga suhunya bertambah sebesar 'T.Jika pemuaian linear dinyatakan sebagai D maka pemuaianvolume dapat ditulis sebagai:V = L3 = L03 (1 + 3D'T2 + 3D2'T + D2'T2).... (4.10)dengan:V0 = L03 adalah volume benda mula-mula sebelumdipanaskan.Suku kuadratis dan suku pangkat tiga pada persamaan (4.10)sering diabaikan karena koefisien muai termal (D) sangat kecil(berorde 10-6 °C), sehingga persamaan (4.10) menjadi:V = V0(1 + 3D'T).... (4.11)
120Fisika SMA/MA XB. Analisis Cara Perpindahan KalorJenis EnergiRadiasiGravitasiMekanikTermalElektrikMagnetikMolekulAtomikNuklirEnergi massaContoh Energi- gelombang radio, cahaya tampak, infra merah, ultra violet, sinar Xdan sebagainya- energi interaksi gravitasi- gerakan, pergeseran, gaya, dan sebagainya- energi kinetik atom dan molekul- medan elektrik, arus elektrik, dan sebagainya- medan magnetik- energi ikat dalam molekul- gaya antara inti dan elektron- energi ikat antara inti- energi E = mc2Secara umum energi dapat dibedakan menjadi beberapajenis yaitu energi radiasi, gravitasi, mekanik, termal, elektrik,magnetik, molekul, atomik, nuklir dan energi massa. Energidapat berubah dari satu jenis energi ke jenis energi yang lain.Pada Tabel 4.4 ditunjukkan bentuk pokok energi.Tabel 4.4. Bentuk Pokok Energi (Usher, 1989)Kalor adalah salah satu bentuk energi yaitu merupakanenergi termal. Energi termal ini berbentuk energi kinetik atomatau molekul dalam suatu bahan. Kalor dapat berpindah darisuatu tempat ke tempat lain dengan cara konduksi, konveksi,dan radiasi (pancaran).1. Perpindahan Kalor secara KonduksiPada perpindahan kalor secara konduksi, energi termaldipindahkan melalui interaksi antara atom-atom atau molekulwalaupun atom-atom atau molekul tersebut tidak berpindah.Sebagai contoh, sebatang logam salah satu ujungnya dipanasisedang ujung yang lain dipegang maka makin lama makinpanas pada hal ujung ini tidak berhubungan langsung denganapi, seperti diunjukkan pada Gambar 4.6.Perpindahan panas semacam inilah yang disebut konduksi.Konduksi dapat didefinisikan sebagai berikut:Gambar 4.6.Batang besiyang dipanaskan padasalah satu ujungnya.
121Fisika SMA/MA XKonduksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertaiperpindahan partikel-partikel zat tersebut.KonsepPerpindahan kalor secara konduksi melalui suatu bahantertentu dapat diterangkan dengan getaran atom-atom ataumolekul-molekul bahan. Pada Gambar 4.7 ditunjukkan jikasuatu batang penghantar kalor yang homogen dan luaspenampangnya A dengan salah satu ujung batang tersebutdipertahankan pada suatu suhu tinggi (misalnya, dihubung-kan dengan air yang mendidih) dan ujung lain jugadipertahankan pada suhu rendah (misalnya, dihubungkandengan balok es yang sedang mencair). Perbedaan suhu keduaujung batang menyebabkan energi termal terus menerus akandikonduksikan lewat batang tersebut dari ujung yang panaske ujung yang dingin. Dalam keadaan mantap, suhu berubahsecara uniform dari ujung yang panas ke ujung yang dingin.Laju perubahan suhu sepanjang batang'T/'I dinamakangradien suhu. Perhatikan bagian kecil dari batang penghantaryang panjangnya 'x dan 'T adalah beda suhu pada ujung–ujung batang seperti ditunjukkan pada Gambar 4.7 makajumlah kalor yang dipindahkan secara konduksi lewatpotongan tersebut tiap satu satuan waktu, sering disebutsebagai arus termal I adalah (Tipler, 1991)..... (4.12)dengan:I= arus termal dengan satuan watt atau W (J.s-1)'Q= kalor yang dipindahkan secara konduksi (J)'t= lama energi termal dikonduksikan lewat batangpenghantar (s)A= luas permukaan batang penghantar (m2)'x=panjang batang penghantar (m)'T= beda suhu pada ujung-ujung batang penghantar kelvin(K)k= konstanta kesebandingan atau yang disebut koefisienkonduktivitas termal atau konduktivitas termal (wattper meter kelvin atau W/m.K)
122Fisika SMA/MA XGambar 4.7.Hantaran kalor pada batang penghantar (Tipler, 1991).Jika arus termal diketahui maka beda suhu 'T dapat diperolehdari persamaan 4.12 yaitu:.... (4.13)dengan R adalah resistensi termal yang sama dengan dalam satuan kelvin.sekon per joule (K.s/J).Nilai-nilai konduktivitas termal beberapa bahan ditunjukkanpada tabel 4.5.A'x'TTabel 4.5. Konduktivitas Termal Beberapa Bahan (Tipler, 1991)BahanUdara (27 oC)EsAir (27 oC)AluminiumTembagaEmasBesiTimahPerakBajaKayu Ek (Oak)Cemara PutihBetonGelask (W/m.K)0,0260,5920,60927340131880,4353429460,150,110,19-1.307-0,0,9
123Fisika SMA/MA XSuatu ketel pemanas air mempunyai luas 400 cm2 tebal 0,5 cm. Perbedaanantara permukaan yang kena api langsung dan permukaan dalam yangbersentuhan dengan air adalah 10oC. Apabila kalor dirambatkan sebesar 10 Jtiap sekonnya maka hitunglah nilai konduktivitas bahan tersebut.Penyelesaian:Diketahui:'x= 0,5 cm = 5 x 10-3 mA= 400 cm2 =0,04 m2'T=10oCI= 10 J/sDitanyakan: Konduktivitas bahan k = ....?Contoh SoalSuatu pelat besi mempunyai tebal 2 cm dan luas permukaan 5000 cm2. Salahsatu permukaannya bersuhu 120oC sedang permukaan yang lain bersuhu100oC. Besi mempunyai konduktivitas termal sebesar 80,4 W/m.K. hitunglahjumlah kalor yang melalui pelat besi tersebut tiap sekonnya.Penyelesaian:Diketahui:k= 80,4 W/m.K'x=2 cm = 2 uuuuu 10-2 mA= 5000 cm2 =0,5 m2'T= (120 – 100)oC = 20oC (perubahan suhu untuk skalaKelvin = skala Celcius).Ditanyakan: Arus termal I = ...?Jawab:Arus termal dapat dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan(4.12) yaitu:I= = Contoh Soal
124Fisika SMA/MA XJawab:Konduktivitas bahan dapat dihitung dengan mengubah rumus padapersamaan (4.12) yaitu:k = 0,005 W/m.oC = 0,005 W/m.KGambar 4.8.Pemanasan air untuk menggambarkanperpindahan kalor secara konveksi.2. Perpindahan Kalor secara KonveksiPada Gambar 4.8 ditunjukkansuatu contoh perpindahan kalor secarakonveksi. Apabila air yang berada dalamsuatu gelas dipanaskan maka partikel-partikel air pada dasar gelas menerimakalor lebih dulu sehingga menjadi panasdan suhunya naik. Partikel yangsuhunya tinggi akan bergerak ke ataskarena massa jenisnya lebih kecil di-bandingkan dengan massa jenis partikelyang suhunya lebih rendah, sedangpartikel yang suhunya rendah akanturun dan mengisi tempat yang di-tinggalkan oleh air panas yang naiktersebut.Partikel air yang turun akan menerima kalor dan menjadipanas. Demikian seterusnya akan terjadi perpindahan kalor.Perpindahan kalor yang demikian inilah yang disebutperpindahan kalor secara konveksi. Konveksi dapatdidefinisikan sebagai berikut:KonsepKonveksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertaidengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut.
125Fisika SMA/MA XPerpindahan kalor secara konveksi terdiri dariperpindahan secara konveksi alami dan konveksi paksa.a. Perpindahan kalor secara konveksi alami adalah prosesperpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai denganperpindahan partikel-partikel zat tersebut akibatperbedaan massa jenis.Contoh dari perpindahan kalor secara konveksi alami ada-lah pemanasan air seperti ditunjukkan pada Gambar 4.8.b. Perpindahan kalor secara konveksipaksa adalah proses perpindahankalor melalui suatu zat yang disertaidengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut akibat dari suatupaksaan terhadap partikel bersuhutinggi tersebut.Contoh dari perpindahan kalor secarakonveksi paksa adalah sistem pen-dinginan mesin mobil ditunjukkan padaGambar 4.9.Laju kalor konveksi sebandingdengan luas permukaan benda yangbersentuhan dengan fluida A, dan beda suhu antara bendadan fluida 'T yang dapat ditulis dalam bentuk:.... (4.13)dengan:I= laju kalor konveksi, dalam satuan watt atau W (= J/s),'Q= jumlah kalor yang dipindahkan dalam satuan joule(J),'t= waktu terjadi aliran kalor, dalam satuan sekon (s),'T= beda suhu antara benda dan fluida, dalam satuan oCatau K,h= koefisien konveksi, dalam satuan Wm-2K-1 atau Wm-2oC-1.A = luas permukaan benda yang bersentuhan denganfluida.Gambar 4. 9.Pendinginan mesin mobil untuk meng-gambarkan perpindahan kalor secara konveksi paksa.
126Fisika SMA/MA XContoh SoalSuatu panci pemanas air terbuat dari bahan tertentu mempunyai luaspermukaan yang bersentuhan dengan air 200 cm2. Jika suhu bahan tersebut90 oC dan suhu air 80 oC dan menghasilkan jumlah kalor yang dipindahkansecara konveksi per sekonnya sebesar 0,8 J/s maka hitunglah besar nilaikoefisien konveksi bahan tersebut di atas.Penyelesaian:Diketahui: A= 200 cm2 = 0,02 m2'T= 90 oC – 80 oC = 10 oCI= 0,8 J/s = 0,8 WDitanyakan: h = ... ?Jawab:Koefisien konveksi suatu bahan dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan (4.13) yaitu: Persamaan (4.13) dapat diubah menjadi: sehingga besar nilai koefisien konveksi bahan tersebut di atas:Contoh SoalSuatu radiator pendingin mobil mempunyai luas yang bersinggungan denganair adalah 500 cm2. Beda suhu antara bahan radiator dan air panas adalah20oC. Jika bahan radiator adalah bahan logam tertentu yang mempunyaikoefisien konveksi h = 8 Wm-2 oC-1 maka hitunglah laju perpindahan kalorpada sistem radiator ini.Penyelesaian :Diketahui: A= 500 cm2 = 0,05 m2'T= 20oCh= 8 Wm-2 oC-1Ditanyakan:laju perpindahan kalor I = ...?
127Fisika SMA/MA XProses ketigauntuk transfer energi termal adalah radiasidalam gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetikadalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukanzat perantara (medium). Hal inilah yang menyebabkanpancaran energi matahari dapat sampai ke bumi. Permukaansuatu benda dapat memancarkan dan menyerap energi.Jawab:Laju perpindahan kalor I dapat dihitung dengan persamaan (4.13) yaitu:I= = = 8 W3. Perpindahan Kalor secara RadiasiDalam kehidupan sehari-hari, jika pada saat sinarmatahari mengenai tubuh kita maka kita merasakan panasatau artinya kita mendapat energi termal dari matahari.Matahari memancarkan energinya yang sampai ke bumidalam bentuk pancaran cahaya. Pancaran cahaya inilah yangdisebut dengan radiasi. Radiasi dapat didefinisikan sebagaiberikut:Diskusikanlah dengan teman terdekatmu!Di daerah pedesaan masih sering orang memasak menggunakan arang,meskipun sudah banyak yang menggunakan kompor minyak dan komporgas. Jelaskan contoh-contoh aplikasi yang nyata dari konservasi antara energiyang satu ke energi yang lain dalam kehidupan sehari-hari!KonsepRadiasi adalah perpindahan kalor dari permukaan suatu benda dalam bentukgelombang elektromagnetik.Kebinekaan : Wawasan Kontekstual
128Fisika SMA/MA XContoh SoalDi daerah Jepara, Jawa Tengah direncanakan akan dibangun Pusat ListrikTenaga Nuklir (PLTN). Jelaskan dalam bentuk tulisan singkat tentang prosesterjadinya sumber energi yang dihasilkan oleh sumber energi nuklir?Konsultasikan dengan guru fisika kalian!Permukaan suatu benda yang berwarna hitam lebih banyakmenyerap dan memancarkan energi dari pada permukaanbenda yang berwarna putih.Pada tahun 1879, laju perpindahan kalor termal yangdipancarkan secara radiasi oleh suatu benda secara empirisditemukan oleh Josef Stefan. Stefan menyatakan bahwa lajuperpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasioleh suatu benda sebanding dengan luas benda dan pangkatempat suhu absolutnya. Hasil empiris ini 5 tahun berikutnyaditurunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann yangdisebut dengan hukum Stefan-Boltzmann dan secaramatematis dapat ditulis (Tipler, 1991):P = eVAT4.... (4.14)dengan:P= daya yang diradiasikan (watt/W)e= emisivitas benda atau koefisien pancaran suatu bendaVkonstanta Stefan (5,6703 uuuuu 10-8 W/m2. K4)A= luas benda yang memancarkan radiasi (m2)Nilai emisivitas e suatu benda tergantung pada warnapermukaan benda tersebut. Permukaan benda yang berwarnahitam sempurna nilai e = 1, sedang untuk benda yangberwarna putih sempurna nilai e = 0. Jadi nilai emisivitas esecara umum adalah 0 d ed1.Life Skills : Kecakapan PersonalSebuah bola tembaga luasnya 20 cm2 dipanaskan hingga berpijar pada suhu127oC. Jika emisivitasnya e adalah 0,4 dan tetapan Stefan adalah 5,67 uuuuu10-8 W/m2 .K4, hitunglah energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebuttiap sekonnya.
129Fisika SMA/MA XPenyelesaian:Diketahui: A= 20 cm2 = 2 uuuuu 10-3 m2T= (127 + 273) = 400 Ke= 0,4V= 5,67 uuuuu 10-8 W/m2K4Ditanyakan: P = ...?Jawab:Energi radiasi per sekon yang dipancarkan oleh bola tersebut adalah lajuenergi yang dipancarkan, jadi dapat dihitung dengan persamaan (4-14) yaitu:P = e V AT4P = 0,4 uuuuu (5,67 uuuuu 10-8) W/m2K4 (4 uuuuu 102 K)4P = 0,4 uuuuu (5,67 uuuuu 10-8) (256 uuuuu 108)P = 580,608 W = 580,608 J/sJadi, energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut tiap sekonnya adalah580,608 J.Contoh SoalSebuah bola tembaga hitam dipadatkan berjari-jari 4 cm. Bola tersebutmemancarkan energi tiap sekonnya adalah 400 J/s. Jika bola dianggap sebagaibola hitam sempurna dan tetapan Stefan adalah : 5,67 uuuuu 10-8 W/m2 .K4 makahitunglah suhu benda dalam oC.Penyelesaian:Diketahui:Radius bola r = 4 cm = 0,04 mP= 400 J/se= 1V= 5,67 uuuuu 10-8 W/m2.K4Ditanyakan: T = ... oCPenyelesaian:Suhu bola yang memancarkan radiasi dapat dihitung dengan persamaan(4.14) yaitu:
130Fisika SMA/MA XC. Penerapan Asas Black dalam Pemecahan MasalahKeingintahuanKerjakan soal di bawah ini dan diskusikan dengan guru kalian!Jelaskan contoh-contoh aplikasi yang nyata dari konservasi energi dalamkehidupan sehari-hari.Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering memanaskanair untuk membuat minuman. Kita melihat kalor berasal darikompor gas dan kalor tersebut diterima oleh ceret yang berisiair. Pada pengukuran kalor digunakan suatu alat yangdisebut kalorimeter. Apabila kedua benda (zat) yang berbedasuhunya disentuhkan (dicampur) maka benda yang bersuhutinggi akan memberikan kalornya kepada benda yang bersuhurendah sampai suatu saat suhu kedua benda tersebut sama.Pada proses ini berlaku hukum kekekalan energi. Kalor yangdiberikan oleh benda yang bersuhu tinggi sama dengan kaloryang diterima oleh benda yang bersuhu rendah. Prinsip inilahyang disebut Asas Black, dan dirumuskan:Kalor yang diserap = kalor yang dilepas,Q serap = Q lepas.... (4.15)Jelaskan dalam bentuk tulisan singkat tentang proses terjadinya sumber energilistrik yang dihasilkan oleh sumber energi angin, surya, air, dan batu bara.Konsultasikan dengan guru fisika kalian.Life Skills : Kecakapan Akademik
131Fisika SMA/MA XSuatu bola besi dengan massanya 500 gram dipanaskan sampai suhu 100oC.Bola besi tersebut dimasukkan ke dalam kaleng aluminium yang massanya200 gram dan berisi air yang massanya 600 gram yang mula-mula suhunya18oC. Kalor jenis air adalah 4,18 kJ/kg.oC sedang kalor jenis aluminium adalah0,900 kJ/kg.oC. Suhu kesetimbangan akhir campuran adalah 20oC. Berapakahkalor jenis besi tersebut?Penyelesaian:Pertambahan suhu air adalah 20oC 18oC = 2oC , maka kalor yang diserapair adalah:Qa = maca'Ta= (0,6 kg).(4,18 kJ/kg. oC).(2 oC) = 5,02 kJDengan cara sama, jumlah kalor yang diserap kaleng aluminium adalah:Qk = mkck'Tk= (0,2 kg).(0,900 kJ/kg. oC).(2 oC) = 0,36 kJPerubahan suhu pada bola besi adalah 100 oC 20 oC = 80 oC, dan kaloryang dilepaskan oleh bola besi adalah:Qb = mbcb'Tb= (0,5 kg).().(80oC) = 40. kg.oCBerdasarkan asas Black, jumlah kalor yang diberikan oleh bola besi samadengan jumlah kalor yang diterima oleh air dan kaleng aluminium sebagaiwadahnya sehingga:40. kg.oC = 5,02 kJ + 0,36 kJ = 5,38 kJNilai kalor jenis bola cb yaitu:Contoh SoalSuatu ketika kamu melihat ibu memanaskan air yang ditaruh dalam ceret.Ceret tersebut ditaruh di atas kompor gas, lalu air dipanaskan sampai airmendidih. Jelaskan proses perpindahan kalor yang terjadi sehinggamenyebabkan air dalam ceret mendidih. Bagaimana kecepatan didih airantara ceret yang ditutup dan ceret yang dibuka tutupnya? Diskusikanlahdengan guru kalian!Keingintahuan
132Fisika SMA/MA XSepotong tembaga dijatuhkan dari ketinggian 490 m di atas lantai. Kaloryang terjadi karena proses tumbukan dengan lantai sebesar 60 % diserapoleh tembaga. Jika kalor jenis tembaga = 420 J/kg oC, percepatan gravitasibumi 10 m/s2, maka hitunglah kenaikan suhu tembaga. (UMPTN 1992 rayonB).Life Skills : Kecakapan AkademikKebinekaan : Wawasan KontekstualDi beberapa ruas jalan di Kota Yogyakarta telah dibangun sistem lampu lalulintas yang menggunakan energi matahari, apakah ada panas yang hilangpada proses penggunaan energi matahari pada lampu pengatur lampupengatur lalu lintas ini?
133Fisika SMA/MA X1. Kalor adalah bentuk energi yangdiberikan oleh benda yang bersuhutinggi ke benda yang bersuhurendah.2. Termometer adalah alat untukmengukur suhu suatu benda.3. Jika benda A dan benda B masing-masing berada dalam keadaansetimbang termal dengan benda C,maka benda A dan benda B beradadalam keadaan setimbang termalantara satu dengan yang lain.4. Kalor jenis suatu zat adalahbanyaknya kalor yang diperlukanatau dilepaskan setiap kilogrammassa untuk menaikkan ataumenurunkan suhunya satu Kelvinatau satu derajad Celsius.5. Asas Black: kalor yang diberikanoleh benda yang bersuhu tinggisama dengan kalor yang diterimaoleh benda yang bersuhu rendah.6. Kesetaraan kalori dengan jouleadalah: 1 kalori = 4,18 joule atau 1joule = 0,24 kalori.7. Kapasitas kalor suatu benda adalahjumlah kalor yang diperlukan ataudilepaskan jika suhu benda tersebutdinaikkan atau diturunkan satuKelvin atau satu derajad Celsius.8. Kalor yang dibutuhkan untukmerubah zat padat yang massanyam menjadi cairan tanpa perubahansuhunya adalah Q = m. Lf , denganm adalah massa zat, dan Lf adalahkalor laten peleburan atau kalorlebur zat tersebut.9. Kalor lebur adalah banyaknya kaloryang diperlukan tiap 1 kilogram zatuntuk melebur pada titik leburnya.10. Titik tripel suatu zat adalah suatutitik dimana fasa uap, cair danpadat berada bersama-sama dalamkeadaan kesetimbangan.11. Kalor uap suatu zat adalahbanyaknya kalor yang diperlukansetiap kilogram zat itu untukmenguap pada titik didihnya.12. Batang mengalami perubahanpanjang sebesar 'L yang sebandingdengan panjang batang mula-mulaL0 dan besar kenaikan suhu 'Tyaitu: 'L = D L0'T, dengan Ddi-sebut sebagai koefisien muai linear.13. Kalor dapat berpindah dari suatutempat ke tempat lain dengan carakonduksi, konveksi dan radiasi(pancaran).14. Perpindahan kalor secara konduksiadalah perpindahan energi termalmelalui interaksi antara atom-atomatau molekul tanpa disertai per-pindahan atom-atom atau molekultersebut. Arus termal konduksi (lajuhantaran kalor) I adalah:Ringkasan
134Fisika SMA/MA XKerjakan di buku tugas kalian!A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat denganmemberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, d, atau e!1. Bacaan skala Fahrenheit sama dengan skala Celcius padasuhu ....a. -72 OCd. -48 OCb. -40 OCe.0 OCc. -32 OC2. Suatu batang baja panjangnya 1 m. Ketika suhu batangbaja dinaikkan dari suhu 0OC menjadi 100OC makapanjang batang bertambah 1 mm. Berapa pertambahanbatang baja yang lain yang panjangnya 60 cm biladipanaskan dari 0OC sampai 120OC ....a. 0,24 mmd. 0,72 mmb. 0,5 mme. 1,2 mmc. 0,6 mmUji Kompetensi15. Perpindahan kalor secara konveksiadalah perpindahan energi termalmelalui interaksi antara atom-atomatau molekul dengan disertaiperpindahan atom-atom ataumolekul tersebut. Arus termalkonveksi (laju perpindahan kalor) Iadalah: 16. Radiasi adalah perpindahan kalordari permukaan suatu benda dalambentuk gelombang elektromagnetik.Energi yang dipancarkan ataudiserap per satuan waktu persatuan luas benda adalah:P = e V$7Dengan harga e tergantung padawarna permukaan benda. Per-mukaan benda yang berwarnahitam sempurna nilai e = 1, sedanguntuk benda yang berwarna putihsempurna nilai e = 0. Jadi nilaiemisivitas e secara umum adalah:0 ded 1.
135Fisika SMA/MA X3. Pada suatu termometer x, titik beku air adalah 10oX dantitik didih air adalah 240oX. Bila suatu benda diukurdengan termometer Celcius suhunya 50oC, maka biladiukur dengan termometer X suhunya adalah ....a. 80d. 140b. 100e. 160c. 1254. Sebuah balok es bermassa 0,5 kg dengan suhu -40oC di-campur dengan air yang massanya 1 kg suhunya 50oC.Jika diketahui kalor jenis es 0,5 kal/g oC dan kalor lebures 80 kal/g, maka campuran di atas mencapai keadaanakhir berupa ....a. es seluruhnya dengan suhu t = 0oCb. es dan air dengan suhu t = 0oCc. air seluruhnya dengan suhu t = 0oCd. air dengan suhu t = 4oCe. es dengan suhu t = -4oC5. Zat cair bermassa 10 kg dipanaskan dari suhu 25oCsampai 75oC memerlukan panas sebesar 1x 105 joule.Kalor jenis zat cair tersebut adalah ....a. 200 J kg-1 K-1b. 400 J kg-1 K-1c. 600 J kg-1 K-1d. 800 J kg-1 K-1e. 1000 J kg-1 K-16. Agar terjadi kesetimbangan pada suhu 50oC, ... liter airdi 30oC harus dicampur dengan 3 liter air di 100oC.a. 4 Lb. 5 Lc. 7,5 Ld. 10 Le. 12,5 L7. Untuk menaikkan suhu aluminium yang mempunyaimassa 200 gram dari 25oC menjadi 75oC diperlukan kalor8400 joule. Oleh karena itu, kalor jenis aluminium adalah... J kg-1K-1.a. 0,42d. 1680b. 0,84e. 8400c. 840
136Fisika SMA/MA XAB8. Pada saat air membeku termometer X menunjukkanangka –10oX, pada saat air mendidih menunjukkanangka 140oX. Jika termometer Celcius menunjukkanangka 30oC maka termometer X akan menunjukkanangka ....a. 30oXd. 40oXb. 35oXe. 45oXc. 37,5oX9. Dua batang A dan B dengan ukuran yang sama tetapijenis logam yang berbeda disambungkan seperti gambardi bawah. Ujung kiri batang A bersuhu 80oC dan ujungkanan batang B bersuhu 5oC. Jika koefisien konduksikalor batang B adalah dua kali koefisien konduksi kalorbatang A, maka suhu pada bidang batas bidang A danbatang B adalah .... (dalam oC)a. 30d. 55b. 45e. 60c. 5010. Kalor jenis es 0,5 kal/g. oC, kalor lebur es 80 kal/g dankalor jenis air 1 kal/g. oC. Setengah kilogram es bersuhu-20oC dicampur dengan sejumlah air bersuhu 20oC,sehingga mencapai keadaan akhir berupa air seluruhnyabersuhu 0oC. Massa air mula-mula adalah ....(Ujian Masuk UGM, 2006)a. 1,50 kd. 4,50 kgb. 2,25 kge. 6,00 kgc. 3,75 kgB. Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan singkat danjelas!1. Pada suhu berapa antara termometer Fahrenheit dantermometer Reamur menunjukkan skala yang sama?2. Hubungan skala termometer Celcius dan Fahrenheitdituliskan sebagai berikut: boC = (2b)oF.Hitunglah nilai b!
137Fisika SMA/MA X3. Sebutir peluru dari timah (kalor jenis 3,1 x 10-2 kal g-1 K1)massanya 10 gram bergerak dengan kecepatan 45 m s-1mengenai sasaran dan peluru bersarang di dalamnya.Bila dianggap tidak ada panas yang hilang ke sekeliling-nya, berapa kenaikan suhu peluru? (1 joule = 0,24 kal)4. Di atas balok es pada suhu 0oC diletakkan 6 kg timah dari100oC, jika kalor jenis timah 130 J kg-1 K-1 kalor jenis air4,2 x 10-3 J kg-1 K-1 dan kalor lebur es 334 x 103 J kg-1. Berapagram es akan melebur?5. Jika titik didih alkohol 78oC, kalor didih alkohol 8,6 x 105 Jkg-1 dan kalor jenis alkohol 2,5 x 10 kal kg-1 K-1. Berapajoule kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan 100 galkohol dari suhu 20oC?6. Berapa energi panas yang dilepaskan oleh 30 gram uapair dari 100oC menjadi air pada suhu 25oC? Kalor pe-ngembunan air 2,26 x 10 J kg-1?7.Grafik di atas ini menunjukkan hubungan antara suhudan kalor yang diserap es, jika kalor lebur 3,34 x 105 J kg1,hitung massa es?8.Dua buah logam I dan II ukurannya sama, disambungpada salah satu ujungnya. Koefisien konduksi masing-masing K1 dan K2, Ta = 90oC, Tc = 0oC. Bila K1 = 2 K2 makahitunglah besar Tb?IIITaTbTc
138Fisika SMA/MA X9. Tiga buah logam tembaga (T), besi (B), dankuningan (K) ukurannya sama disambungmembentuk huruf Y (seperti gambar di samping),koefisien konduksi masing-masing adalah 380, 50,dan 100 J (s m K)-1. Bila suhu ujung tembaga yangtidak disambung 100 oC dan suhu ujung-ujunglogam yang lain sama yaitu 0o, hitunglah suhubagian yang disambung!RefleksiSetelah mempelajari bab ini, seharusnya kalian memahami tentang:1. pengertian kalor,2. pengaruh kalor terhadap suatu zat,3. kalor jenis,4. perubahan fasa dan wujud zat,5. perpindahan kalor secara konduksi, radiasi dan konveksi, dan6. asas Black dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.Apabila ada bagian-bagian yang belum kalian pahami, pelajarilah kembalisebelum melanjutkan pada bab berikutnya.10. Sebuah bola logam yang berwarna hitam sempurnaluasnya 20 cm2 dipanaskan hingga berpijar pada suhu127oC. Jika tetapan Stefan V = 5,67 uuuuu 10-8 watt/m2 K4,maka hitunglah energi radiasinya!