Emodul Fisika Terapan

Kegiatan Belajar 7
MATERI POKOK : USAHA DAN ENERGI

A. URAIAN MATERI:

1. Usaha/Kerja (Work)

Dalam ilmu fisika, usaha mempunyai arti jika sebuah benda berpindah tempat sejauh
d karena pengaruh F yang searah dengan perpindahannya (Gambar 2.1), maka
usaha yang dilakukan sama dengan hasil kali antara gaya dan perpindahannya,
secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

W = F.d

Jika gaya yang bekerja membuat sudut α terhadap perpindahannya (Gambar 7.1),
usaha yang dilakukan adalah hasil kali komponen gaya yang searah dengan
perpindahan (Fcos α) dikalikan dengan perpindahannya (d). Secara matematis dapat
ditulis sebagai berikut:

W = F cosα . d

F F
F
Fd
F F
d F cos
F cos
F
Fd

Gambar 7.1 Ilustrasi tentang dFecofisn i si usaha (W) = gaya (F) dikalikan
dengan perpidahan (d)

dengan: d

W = usaha (joule)

F = gaya (N)

d = perpindahan (m)
α = sudut antara gaya dan perpindahan

Catatan:
 Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar W.

 Berat (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w.

Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang
diperoleh atau dilepaskan benda tersebut sebesar: Jumlah usaha yang dilakukan tiap
gaya, atau usaha yang dilakukan oleh gaya resultan.

= 1 + 2 + 3 + ⋯

Contoh:

Sebuah benda berada bidang datar, karena pengaruh gaya 140 N benda mengalami

perpindahan sejauh 5 m, berapa usaha yang dilakukannya apabila:

a. Gaya mendatar

b. Gaya membuat sudut 600 terhadap bidang horisontal

Penyelesaian:

a. W = F.d = 140 N . 5 m = 700 Joule
b. W = F cosα.d = 140 N . cos 60° . 5 m = 350 Joule

2. Daya

Seperti kecepatan dan percepatan, daya menyatakan seberapa cepat sesuatu terjadi
– dalam kasus ini, seberapa cepat usaha dilakukan. Daya (P) didefinisikan sebagai

laju usaha dilakukan atau besar usaha per satuan waktu, secara matematis

dirumuskan sebagai berikut: =
dengan:

P = daya (watt)

W = usaha (joule)

t = waktu (s)

Daya termasuk besaran skalar yang dalam satuan MKS mempunyai satuan watt atau
J/s
Satuan lain adalah:
1 hp = 1 DK = 1 PK = 746 watt
hp = Horse power; DK = daya kuda; PK = Paarden Kracht
1 KWH adalah satuan energi yang setara dengan = 3,6 .106 Watt.detik = 3,6 . 106
Joule.

Contoh:
Dalam sebuah rumah terdapat 4 lampu 25 watt yang menyala selam 12 jam setiap
hari, 2 buah lampu 5 watt yang menyala 10 jam setiap hari, dan sebuah sterika listrik
250 watt yang digunakan 1 jam setiap hari. Jika harga per kWh Rp 1000,- berapakah
rekening yang harus dibayar selama sebulan?
Penyelesaian:
Hitung energi yang dipakai selama 1 hari
4 lampu 25 W @12 jam= 4 x 25 x 12 =1200 Wh
2 lampu 5 W @ 10 jam = 2 x 5 x 10 = 100 Wh
1 lampu 250W @ 1jam= 1 x 250 x1 = 250 Wh

Total energi yang dipakai selama sehari = 1200 + 100 + 250 Wh
= 1550 Wh
= 1,55 kWh

Jumlah rekening listrik yang dibayar selama 1 bulan = 30 × 1,55 × Rp 1000 = Rp
46.500,-

3. Konsep Energi

Suatu sistem dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika sistem tersebut mempunyai
kemampuan untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu sistem sama dengan
besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh sistem tersebut. Oleh karena itu,
satuan energi sama dengan satuan usaha dan energi juga merupakan besaran skalar.
Prinsip usaha-energi: usaha adalah transfer energi yang dilakukan oleh gaya-gaya
yang bekerja pada benda.
Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain:

a. Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial)
b. Energi panas
c. Energi listrik
d. Energi kimia
e. Energi nuklir
f. Energi cahaya
g. Energi suara

Gambar 7.2 Pembangkit listrik tenaga nuklir

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah
transformasi / perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi
mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.

4. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi
kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat
kecepatannya.

= 1 2
2

dengan:
Ek = Energi kinetik (Joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)

5. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh
tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ada dua macam yaitu energi potensial
gravitasi dan energi potensial pegas.

Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial gravitasi dimiliki oleh suatu suatu benda ketika berada ketinggian dari
suatu permukaan. Misalkan sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah
ini.

Gambar 7.3 Energi Potensial Gravitasi

Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh, sehingga dapat dikatakan
benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang bekerja sejauh jarak
tertentu, misalnya h. Besarnya energi potensial benda sama dengan usaha yang
sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h.

Ep = mgh
dengan:

Ep = Energi potensial (joule)
w = berat benda (N)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = tinggi benda (m)

Energi potensial gravitasi tergantung pada massa benda (m), percepatan gravitasi
bumi (g) dan kedudukan/ketinggian benda (h).

Energi Potensial Pegas
Energi potensial yang dimiliki benda karena elastik pegas yaitu sifat untuk selalu
kembali pada keadaan semula. Energi kinetik pegas dimiliki ketika suatu pegas yang
diberikan gaya mengalami perubahan panjang. Nilai energi potensial pegas
berbanding lurus dengan regangan (perubahan panjang ∆ ) pegas dan jenis pegas
(yang dinyatakan oleh konstanta pegas k). Konstanta pegas menyatakan kekakuan
pegas.

Gambar 7.4 Pegas ditekan

Gaya pegas (F) = k.∆

Ep Pegas (Ep) = ½ k. ∆x2

dengan:
k = konstanta gaya pegas
x = regangan

Energi Mekanik
Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu
benda.

Em= Ek + Ep

Karena energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan atau energi itu
kekal, maka berlaku hukum Kekekalan Energi. Bila konteks yang dibahas adalah
energi mekanik, maka berlaku Kekekalan Energi Mekanik yang dituliskan.

Gambar 7.5 Energi mekanik pada benda jatuh bebas

“Jika pada suatu sistem hanya bekerja gaya-gaya dalam yang bersifat
konservatif (tidak bekerja gaya luar dan gaya dalam tak konservatif), maka
energi mekanik sistem pada posisi apa saja selalu tetap (kekal). Artinya energi
mekanik sistem pada posisi akhir sama dengan energi mekanik sistem pada
posisi awal”.

Em1 = Em2

Ek1 + Ep1 = Ek1 + Ep2
1 1
2 12 + ℎ1 = 2 22 + ℎ2

Energi Potensial dan Energi Kinetik pada Benda Bergerak

Gambar 7.6 Energi mekanik pada benda jatuh bebas

Ketika sebuah benda berada pada suatu ketinggian, benda bermassa m pada suatu
ketinggian h mempunyai energi potensial Ep yang besarnya m.g.h. Ketika benda
tersebut dijatuhkan, energi potensial tersebut berubah menjadi energi kinetik.
Semakin bergerak ke bawah, energi potensialnya semakin berkurang dan energi
kinetiknya semakin bertambah. Hal ini dikarenakan semakin bergerak ke bawah,
ketinggian benda tersebut dari lantai semakin kecil (energi potensial berkurang) dan

kelajuannya semakin besar (energi kinetiknya bertambah). Pada ketinggian tertentu,
benda akan mempunyai energi potensial sama dengan energi kinetiknya. Pada
akhirnya, benda tersebut jatuh ke lantai. Pada saat ini, energi yang dimiliki benda
seluruhnya merupakan energi kinetik.

6. Hukum Kekekalan Energi

Energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan,tetapi energi dapat diubah dari suatu
bentuk ke bentuk lain. Pernyataan ini dikenal dengan hukum kekekalan energi.
Ketika benda kamu jatuhkan dari suatu ketinggian, terjadi perubahan energi yaitu
energi potensial menjadi energi kinetik. Pada akhirnya, energi kinetik ini pun akan
berubah menjadi bentuk lain ketika benda sampai di lantai. Marilah kita selidiki hukum
kekekalan energi pada kasus benda jatuh bebas. Pada sebuah benda yang jatuh
bebas, terdapat dua buah energi yaitu energi mekanik. Energi mekanik terdiri atas
energi potensial dan energi kinetik. Meskipun energi potensial benda yang jatuh bebas
akan semakin kecil ketika ketinggian semakin rendah, tetapi di sisi lain energi
kinetiknya bertambah. Dengan demikian energi mekaniknya tetap sama (konstan).
Kekekalan energi mekanik pada benda jatuh bebas dapat diilustrasikan seperti pada
Gambar 5.5.
Pada kedudukan 1, energi mekanik seluruhnya merupakan energi potensial. Dapat
dituliskan sebagai berikut.

Em = Ep = m.g.h
Pada kedudukan 2, energi mekanik merupakan jumlahenergi potensial dan energi
kinetik. Dapat dituliskan sebagai berikut.

Em = Ep + Ek
= m.g.h + ½ mv2

Pada kedudukan 3, energi mekanik seluruhnya merupakan energi kinetik. Dapat
dituliskan sebagai berikut.

Em = Ek = ½ mv2

7. Hubungan antara Usaha dengan Energi Kinetik dan Energi Potensial

Teorema Usaha - Energi Kinetik:
“Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan yang bekerja pada suatu benda sama
dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda itu, yaitu energi kinetik akhir
dikurangi energi kiinetik awal”

d

Gambar 7.7 Teorema Usaha-Energi Kinetik

. = 1 22 − 1 12
2 2
1 1
= ∆ = 2 22 − 2 12

8. Hubungan Usaha dengan Energi Potensial

Usaha pada saat memindahkan suatu benda pada suatu ketinggian secara vertikal

atau pada suatu pegas sama dengan perubahan energi potensial atau energi

potensial akhir dikurangi energi potensial awal.
= ∆ = 2 − 1 = ℎ2 − ℎ1

B. RANGKUMAN

1. Usaha merupakan sesuatu yang dilakukan oleh gaya padasebuah benda yang

menyebabkan benda mengalami perpindahan atau bergerak. Usaha
dirumuskan = .

2. Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu. Daya dirumuskan
dengan = ⁄ .

3. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak.
1
Energi kinetik dirumuskan dengan = 2 2.

4. Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena

pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial dirumuskan dengan
= ℎ.

5. Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial

suatu benda.

C. TUGAS
1. Sebuah kotak 4 kg dinaikkan dari keadaan diam sejauh 3 m oleh gaya luar ke
atas sebesar 60 N. carilah (a) kerja yang dilakukan oleh gaya luar tersebut. (b)
kerja yang dilakukan oleh gravitasi, (c) kelajuan akhir kotak.
2. Coba perhatikan benda-benda pada gambar di bawah. mA = 4 kg , mB = 2 kg
dan mC = 8 kg. g = 10 m/s2. Berapakah energi potensial benda-benda tersebut
pada titik acuan?

D. TES FORMATIF
Soal Tes Formatif:

1. Sebuah balok bermassa 30 kg ditarik oleh gaya 60 N yang membentuk sudut
α = 60O terhadap horisontal. Pada saat balok dapat bergeser mendatar sejauh
3 m, tentukan usaha yang dilakukan gaya tersebut!

2. Suatu mesin melakukan usaha sebesar 3600 J setiap selang waktu 1 jam.
Mesin tersebut memiliki daya sebesar .....

3. Benda bermassa 5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s.
Besarnya energi potensial di titik tertinggi yang dicapai benda adalah (g = 10
m/s2)

4. Workshop menggunakan peralatan listrik yang terdiri 3 lampu masing-masing
20 W, 3 lampu masing-masing 40 W yang semuanya digunakan 12 jam per
hari. Satu pompa air 250 W digunakan 4 jam sehari dan mesin bor 300 W
digunakan 2 jam sehari. Apabila tarif listrik Rp 600,00/kWh, rekening listrik yang
harus dibayar selama 1 bulan (30 hari) adalah .....

Jawaban Tes Formatif:
1. Diketahui : m = 30 kg; F = 60 N; α = 60° terhadap horisontal; d = 3 m

Ditanyakan : W....?

Jawab :
= cos . = 60 . cos 60° . 3 = 60 .0,5 . 3 = 90 . = 90

2. Diketahui: W = 360 Joule; t = 1 jam = 3600 s

Ditanyakan: P...?

Jawab : 3600
3600
= = = 1

3. Diketahui: m = 5 kg; v = 10 m/s; g = 10 m/s2

Ditanyakan: Ep pada posisi tertinggi...?

Jawab :

v=0 Disini terjadi proses konversi energi kinetik
menjadi energi potensial.

Ketika benda mencapai titik tertinggi semua

energi kinetik telah berubah menjadi energi

potensial, maka

Em = Ek = ½ mv2

v = 10 m/s = ½ . 5 kg . (10 m/s)2 = 250 Joule

4. Diketahui: 3 lampu @ 30 W + 3 lampu @ 40 W dipakai 12 jam/hari
1 pompa air 250 W dipakai 4 jam/hari
1 mesin bor 300 W dipakai 2 jam/hari
Tarif listrik : Rp 600,00/kWH

Ditanyakan: Biaya listrik dalam 1 bulan (30 hari)...?
Jawab :
Jumlah energi listrik dipakai W = P.t

3 lampu × 30 W × 12 jam/hari × 30 hari = 32.400 WH
3 lampu × 40 W × 12 jam/hari × 30 hari = 43.200 WH
1 pompa × 250 W × 4 jam/hari × 30 hari = 30.000 WH
1 bor × 300 W × 2 jam/hari × 30 hari = 18.000 WH +
Jumlah energi listrik dipakai = 123.600 WH
= 123,6 kWH

Biaya = 123,6 kWH × Rp 600,00/kWH = Rp 74.160,00



Kegiatan Belajar 8
MATERI POKOK : SUHU DAN KALOR

A. URAIAN MATERI

1. Suhu

Suhu adalah suatu besaran untuk menyatakan ukuran derajat panas atau dinginnya
suatu benda. Suhu termasuk besaran pokok. Satuan suhu dalam SI adalah Kelvin (K).
Untuk mengetahui besar suhu suatu benda secara tepat, kita memerlukan alat ukur
suhu yaitu termometer. Termometer memanfaatkan perubahan sifat fisik benda atau
zat akibat adanya perubahan suhu. Sifat ini disebut sifat termometrik. Berbagai jenis
termometer dibuat berdasarkan sifat- sifat termometrik zat.
Termometer zat cair dibuat dengan menggunakan pipa kapiler yang diisi dengan raksa
atau alkohol. Jika pipa kapiler terkena panas maka raksa atau alkohol di dalam pipa
akan memuai. Posisi raksa atau alkohol dalam pipa kapiler yang terbaca pada skala
thermometer menunjukkan suhu suatu benda.
Perbandingan skala dari berbagai thermometer:
TK = Tc + 273

C = R = F − 32 = K − 273
5 4 9 5

Gambar 11.1 Perbandingan skala beberapa termometer

Dalam sistem Internasional ( SI) satuan suhu adalah Kelvin ( K).

Contoh:
50 oC = ..... K = ..... oR = ..... oF
Penyelesaian:
50 oC = 50 + 273 K = 323 K

50 oC ==(5459××5500o)R+ = 40 oR 90 + 32 oF = 122 oF
50 oC 32 oF =

Contoh:

77 oF = ..... K

Penyelesaian: 5
9
77 oF = (77-32) × oC = 25 oC = 25 + 273 K = 297 K

2. Kalor

Kalor (Q) adalah energi yang merambat dari benda yang suhunya tinggi ke benda
yang suhunya rendah. Satuan kalor dalam SI adalah Joule. 1 kalori (kal) = 4,2 J atau
1 J = 0,24 kalori. 1 kalori adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu
10C pada 1 gram air.

Kalor Jenis
Kalor jenis adalah besarnya kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan 1°C dalam
setiap 1 kg massa. Kalor jenis dinyatakan dengan persamaan:

c  Q atau Q  mcT

mT
dengan:

c = kalor jenis (J/kg°C atau J/kg K)
m = massa zat (kg)
ΔT = perubahan suhu (°C atau K)
Q = jumlah kalor (J)

Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor adalah besar kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu zat
tanpa memperhatikan massa zat. Kapasitas kalor dilambangkan dengan C
(perhatikan perbedaan simbol C dan c). Kapasitas kalor dinyatakan dengan
persamaan:

C  Q atau Q  C.T
T

Asas black
Perpindahan kalor akan berhenti saat terjadi kesetimbangan kalor. Artinya aliran kalor
akan terhenti sampai kalor benda yang melepas kalor sama dengan benda yang
menerima kalor.
Asas Black dinyatakan sebagai berikut:

Qlepas = Qditerima

3. Perubahan Wujud Zat

Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal tiga wujud zat, yakni padat, cair , dan gas.
Zat-zat tersebut dapat berubah wujud jika menyerap atau melepaskan kalor.
Pada gambar 1 ditunjukkan diagram perubahan wujud zat.

GAS

menguap
mengembun

menyublim menyublim CAIR

membeku
melebur

PADAT

Gambar 11.2 Diagram perubahan wujud zat

Melebur adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair, membeku adalah
perubahan wujud dari cair menjadi padat, menguap adalah perubahan wujud dari cair
menjadi gas, menyublim adalah perubahan wujud dari padat langsung langsung
menjadi gas (tanpa melalui wujud cair), deposisi adalah kebalikan dari menyublim
yaitu perubahan langsung dari wujud gas ke wujud padat. Pada gambar, panah ke
bawah menyatakan dilepaskan kalor dan panah ke atas menyatakan diperlukan kalor.

1. Melebur dan Membeku
Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Kalor yang
diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat padat menjadi zat cair dinamakan kalor
laten lebur atau kalor lebur. Kalor yang dilepaskan pada waktu zat membeku
dinamakan kalor laten beku atau kalor beku. Untuk zat yang sama, kalor lebur =
kalor beku. Kedua jenis kalor laten ini disebut kalor lebur dan diberi simbol Lf. Jika
banyak kalor yang diperlukan oleh zat yang massanya m kg untuk melebur adalah
Q Joule, maka:

Q = m.Lf

dengan:
m= massa (kg)
Q = jumlah kalor (J)
Lf = kalor lebur (J/kg)

2. Menguap, Mendidih, dan Mengembun

Gambar 11.3 Penguapan air

Menguap adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi uap. Pada waktu menguap
zat menyerap kalor. Peristiwa yang memperlihatkan bahwa pada waktu menguap
memerlukan kalor adalah mendidih. Pada waktu mendidih, suhu zat tetap
sekalipun pemanasan terus dilakukan. Semua kalor yang diberikan pada zat cair
digunakan untuk mengubah wujud dari cair menjadi uap. Suhu tetap ini disebut
titik didih yang besarnya sangat bergantung pada tekanan di permukaan zat itu.
Titik didih zat pada tekanan 1 atm disebut titik didih normal

Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat 1 kg zat cair menjadi uap pada
titik didih normalnya dinamakan kalor laten uap atau kalor uap. Kalor uap disebut
juga kalor didih. Sedangkan kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg
uap menjadi cair pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten embun atau
kalor embun. Kalor didih = kalor embun. Jika banyaknya kalor yang diperlukan
untuk mendidihkan zat yang massanya m kg adalah Q Joule, maka:

Q = m.LV

dengan:
m = massa (kg)
Q = jumlah kalor (J)
LV = kalor uap (J/kg)

3. Menyublim
Menyublim adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi gas atau sebaliknya
dari gas langsung menjadi padat. Contoh menyublim adalah berubahnya wujud
kapur barus menjadi gas.

Contoh:
Berapa banyak kalor diperlukan untuk mengubah 10 g es pada 00C menjadi air
pada 500C?
Penyelesaian:

Dik:
me = 10 g = 10 X 10-3 kg
c = 4200 J/kg K
To = 00C
Lf = 3,3 X 105 J/kg
T = 500C
Dit: Q?
Penyelesaian:

Kalor yang diterima es 00C untuk melebur semua menjadi air 00C
Q1 = me.Lf

= (10 x 10-3 kg)(3,3 x 105J/kg)
= 3,3 x 103 J
Kalor yang diterima air 00C untuk menjadi air pada suhu 500C
Q2 = me.c.∆T
= (10 x 10-3kg)(4200 J/kg K)(50K)
= 2,1 x 103J
Maka banyak kalor yang diperlukan,
QT = Q1 + Q2
= 3,3 x 103 J + 2,1 x 103 J
= 5,4 x 103 J

Contoh:
Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 50 g air pada 1000C menjadi
uap pada 1000C?
Penyelesaian:

Dik: ma = 50 g = 50 x 10-3kg
Lv = 2256 x 103J/kg
T = 1000C

Dit: Q?
Jwb:
Q = m.Lv

= (50 x 10-3 kg)(2256 x 103 J/kg)
= 112800 J

4. Pemuaian Zat

1. Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang terjadi pada zat padat yang berbentuk batang atau silinder yang
lebar penampangnya lebih kecil daripada panjangnya. Pada pemuaian panjang
dikenal istilah koefisien muai panjang (α), yaitu perbandingan antara pertambahan
panjang terhadap panjang awal benda per satuan kenaikan suhu. Pertambahan
panjang benda jika suhunya dinaikkan dapat ditulis dengan persamaan:

∆l = l0 α ∆T atau lt = l0 (1 + α ∆T)

Keterangan: l0 = panjang benda mula- mula (m)
∆l = pertambahan panjang benda (m)
α = koefisien muai panjang (1/0C)
∆T = kenaikan suhu (0C)

Lt = panjang benda setelah kenaikkan suhu (m)

2. Pemuaian Luas
Pemuaian luas terjadi pada zat padat yang berbentuk lempengan atau pelat tipis.
Pertambahan luas bidang suatu benda jika suhu dinaikkan dapat ditulis sebagai:

∆A = A0 ∆T atau At = A0 (1 + ∆T)

Keterangan : 0 = luas bidang benda mula- mula (m2)
∆ = pertambahan luas (m2)
= koefisien muai luas (1/0C)
∆T = kenaikkan suhu (0C)

At = luas setelah kenaikkan suhu (m2)

3. Pemuaian Volume
Pemuaian volume juga disebut muai ruang. Muai volume terjadi pada zat padat,
cair, dan gas. Pertambahan volume suatu benda jika suhunya dinaikkan dapat
ditulis sebagai berikut :

∆V = V0 γ ∆T atau Vt = V0 (1 + γ ∆T)

Keterangan : V0 = Volume benda mula-mula (m3)
∆V= kenaikkan volume (m3)
∆T= kenaikkan suhu (0C)
γ = koefisien muai ruang (1/0C)
Vt = volume setelah kenaikkan suhu (m3)

4. Pemuaian Gas
Sejumlah gas bermassa m, bertekanan P, bertemperatur T, dan berada dalam
ruang tertutup yang bervolume V. Proses yang dapat dilakukan terhadap gas
tersebut adalah:

a. Isobarik

Bila sejumlah gas bermassa tertentu, pada tekanan tetap, ternyata volumenya

sebanding dengan temperatur mutlaknya, dikenal dengan hukum Gay-Lussac.

Proses ini disebut proses isobarik.

= =

Jadi pada tekanan tetap berlaku: 1 2
1 2
=

b. Isotermik
Sejumlah gas bermassa tertentu pada temperatur konstan, ternyata tekanan
gas berbanding terbalik dengan volumenya atau dikenal dengan Hukum Boyle.
Proses ini disebut dengan proses isotermik.
= =

Jadi pada temperatur tetap berlaku:
1 1 = 2 2

c. Isokhorik

Gas dapat diekspansikan pada volume tetap dan prosesnya disebut dengan
proses isokhorik. Pada proses ini tekanan gas sebanding dengan temperatur
mutlaknya.

= =


Jadi pada volume tetap berlaku: 1 2
1 2
=

Kesimpulan dari kenyataan-kenyataan di atas, maka untuk gas bermassa

tertentu dapat dituliskan dalam bentuk:

= =

1. 1 = 2. 2
1 2

Persamaan ini disebut persamaan Boyle-Gay Lussac.

5. Perpindahan Kalor

Terdapat tiga mekanisme perpindahan kalor:

1. Perpindahan Kalor Secara Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor dengan zat perantara tanpa disertai aliran zat
perantara.  Contoh konduksi

Kalor dari dalam elemen Kalor dari ujung batang yang satu
ke permukaan luar setrika ke ujung yang lain merambat
merambat melalui konduksi melalui konduksi

Gambar 11.4 Perpindahan kalor secara konduksi

Laju kalor dalam peristiwa konduksi:

H  kA T
L

Dengan:
H = arus kalor (J/s)
k = konduktivitas termal (W/moC)

A = Luas penampang aliran (m2)
T = temperatur tinggi (oC)
L = panjang penghantar (m)

2. Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor melalui aliran massa suatu medium perantara.
Misalnya, pada radiator pendingin mesin menggunakan air sebagai medium alir
penghantar kalor.

panas Pemanasan di bawah menyebabkan
massa jenis zat cair di bawah mengecil
akibat pemuaian

Gambar 11.5 Perpindahan panas dengan konveksi

- Massa jenis yang kecil akan ke atas dan massa jenis yang besar akan ke
bawah

- Molekul-molekul zat cair yang berada di bawah (bergerak lebih kencang)
bergerak naik

- Molekul-molekul zat cair yang berada di atas (bergerak lebih lambat) bergerak
naik

- Akibatnya, bagian atas zat cair menjadi panas

- Kita katakan kalor telah berpindah dari bagian bawah ke bagian atas

Laju kalor dalam peristiwa konveksi:

Keterangan: H  Q  hAT
T

H = laju kalor (watt atau J/s)

H = koefisien konveksi bahan (Wm-2K-1)

A = luas penampang yang bersentuhan dengan fluida (m2)

∆T = beda suhu antara benda dan fluida (K atau oC)

3. Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara, melalui pancaran radiasi
elektromagnetik. Misalnya, sinar matahari yang sampai ke bumi tanpa medium apa
pun di ruang hampa udara.

Kalor merambat tanpa perantara. Dari api unggun kalor merambat
Sebagian besar ruang antar bintang melalui radiasi dan konveksi
dan planet adalah hampa (melalui udara)

Gambar 11.6 perpindahan panas dengan radiasi

Laju kalor dalam peristiwa radiasi, kemudian diberi nama Hukum Stefan
Boltzmann:

W = e σ T4

Keterangan:
W = daya/laju kalor (W/m2)

e = emisivitas (daya pancaran) permukaan benda

T = suhu mutlak benda (K)
σ = tetapan Stefan = 5,672 x 10-8 Wm-2K4

B. RANGKUMAN

1. Suhu adalah suatu besaran untuk menyatakan ukuran derajat panas atau dinginnya

suatu benda.

2. Perbandingan skala dari berbagai thermometer:
− 32 − 273
5 = 4 = 9 = 5

3. Kalor (Q) adalah energi yang merambat dari benda yang suhunya tinggi ke benda

yang suhunya rendah.

4. Kalor jenis adalah besarnya kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan 1°C dalam

setiap 1 kg massa. Kalor jenis dinyatakan dengan persamaan:

c  Q atau Q  mcT

mT

5. Kapasitas kalor adalah besar kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu zat

tanpa memperhatikan massa zat. Kapasitas kalor dilambangkan dengan C (perhatikan

perbedaan simbol C dan c). Kapasitas kalor dinyatakan dengan persamaan:

C Q atau Q  C.T
T

6. Melebur adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair, membeku adalah

perubahan wujud dari cair menjadi padat, menguap adalah perubahan wujud dari cair

menjadi gas, menyublim adalah perubahan wujud dari padat langsung langsung

menjadi gas (tanpa melalui wujud cair), deposisi adalah kebalikan dari menyublim

yaitu perubahan langsung dari wujud gas ke wujud padat.

7. Pertambahan panjang suhu benda jika suhunya dinaikkan dapat ditulis dengan

persamaan:

∆l = l0 α ∆T atau lt = l0 (1 + α ∆T)

8. Pemuaian luas terjadi pada zat padat yang berbentuk lempengan atau pelat tipis.

Pertambahan luas bidang suatu benda jika suhu dinaikkan dapat ditulis sebagai:
∆A = A0 ∆T atau At = A0 (1 + ∆T)

9. Pemuaian volume juga disebut muai ruang. Muai volume terjadi pada zat padat, cair,

dan gas. Pertambahan volume suatu benda jika suhunya dinaikkan dapat ditulis

sebagai berikut:

∆V = V0 γ ∆T atau Vt = V0 (1 + γ ∆T)

10. Pemuaian panjang terjadi pada zat padat yang berbentuk batang atau silinder yang

lebar penampangnya lebih kecil daripada panjangnya. Pertambahan panjang benda

jika suhunya dinaikkan dapat ditulis dengan persamaan:

∆l = l0 α ∆T atau lt = l0 (1 + α ∆T)

11. Pemuaian luas terjadi pada zat padat yang berbentuk lempengan atau pelat tipis.

Pertambahan luas bidang suatu benda jika suhu dinaikkan dapat ditulis sebagai:
∆A = A0 ∆T atau At = A0 (1 + ∆T)

12. Pemuaian volume juga disebut muai ruang. Muai volume terjadi pada zat padat, cair,

dan gas. Pertambahan volume suatu benda jika suhunya dinaikkan dapat ditulis

sebagai berikut :
∆V = V0 γ ∆T atau Vt = V0 (1 + γ ∆T)

13. Sejumlah gas bermassa m, bertekanan P, bertemperatur T, dan berada dalam ruang

tertutup yang bervolume V. Proses yang dapat dilakukan terhadap gas tersebut

adalah:

d. Isobarik

Bila sejumlah gas bermassa tertentu, pada tekanan tetap, ternyata volumenya

sebanding dengan temperatur mutlaknya, dikenal dengan hukum Gay-Lussac.

Jadi pada tekanan tetap berlaku: 1 2
1 2
=

e. Isotermik

Sejumlah gas bermassa tertentu pada temperatur konstan, ternyata tekanan gas

berbanding terbalik dengan volumenya atau dikenal dengan Hukum Boyle. Jadi

pada temperatur tetap berlaku:
1 1 = 2 2

f. Isokhorik

Gas dapat diekspansikan pada volume tetap dan prosesnya disebut dengan

proses isokhorik. Pada proses ini tekanan gas sebanding dengan temperatur

mutlaknya. Jadi pada volume tetap berlaku:
1 2
1 = 2

14. Kesimpulan dari kenyataan-kenyataan di atas, maka untuk gas bermassa tertentu

dapat dituliskan dalam bentuk: Persamaan ini disebut persamaan Boyle-Gay Lussac.
1. 1 2. 2
1 = 2

15. Terdapat tiga mekanisme perpindahan kalor, yaitu:

 Konduksi adalah perpindahan kalor dengan zat perantara tanpa disertai aliran zat
perantara.

 Konveksi adalah perpindahan kalor melalui aliran massa suatu medium perantara.

 Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara, melalui pancaran radiasi
elektromagnetik.

C. TUGAS

1. Apakah yang dimaksud dengan:

a. Suhu

b. Kalor

c. Sifat termometrik

2. Apakah nama alat yang digunakan untuk mengukur suhu secara tepat?

3. Jelaskan dan beri contoh 3 macam perpindahan kalor berikut ini!

a. Konduksi

b. Konveksi

c. Radiasi

4. Carilah temperatur dalam skala Celcius yang ekivalen dengan 41°F.

5. Carilah temperatur dalam skala Fahrenheit yang ekivalen dengan -10°C.

6. Sebuah jembatan baja panjangnya 1000 m. Berapakah pertambahan
panjangnya bila temperatur naik dari o sampai 30°C.

7. Sejumlah gas bermassa m, bertekanan P, bertemperatur T, berada dalam
ruang tertutup bervolume V, dapat mengalami proses-proses berikut :
a. Isobarik
b. Isotermik
c. Isokhorik
Jelaskan pengertian proses-proses tersebut!

D. TES FORMATIF
Soal Tes Formatif:

1. Konversikan satuan suhu berikut:
a. 45 oC = ....... K
b. 303 K = ....... oF
c. 20 oR = ....... oF

2. Panjang batang rel masing-masing 10 meter, dipasang pada suhu 20oC.
Diharapkan pada suhu 30oC rel tersebut saling menempel. Koefisien muai
batang rel kereta api 1,2 × 10-5/oC. Hitunglah jarak antara kedua batang rel
pada saat dipasang!

3. Air sebanyak 0,5 kg pada 1000C diuapkan seluruhnya. Maka kalor yang
diperlukannya sebesar.... (diketahui kalor uap air = 2256 x 103J/kg)

4. 1 kg tembaga pada suhu (300) akan dilebur seluruhnya menjadi cair.
Berapakah kalor yang diperlukan untuk peleburan tembaga itu? (diketahui kalor
jenis tembaga 390 J/kg℃, kalor lebur tembaga 206.000 J/kg, titik lebur normal
tembaga 1083 ℃).

5. Sebuah gas volumenya 2 L, temperatur 30°C dan tekanan 1 atm. Gas ini
dipanaskan sampai 60°C dan ditekan sampai volume 1,5 L. Carilah tekanannya
yang baru.

Jawaban Tes Formatif:

1. Penyelesaian:

a. 45℃ = 45 + 273 = 318

b. 303 = [(303 − 273) 59] + 32℉ = 86℉

c. 20° = (20 × 49) + 32℉ = 45℉

2. Diketahui: Rek kereta:
0 = 10 m
∆ = 30 - 20 ℃ = 10℃
= 1,2 × 10-5/oC
Ditanyakan: ∆ ....?
Jawab:
∆l = l0 α ∆T = 10 m × 1,2 × 10-5/oC × 10℃ = 1,2 × 10-3 m = 1,2 mm
∆
∆
0 0 0

3. Diketahui:
mair = 0,5 kg
= 100℃
Lv = 2256 x 103J/kg
Ditanyakan: Q ...?
Jwb:
Q = m.Lv
= (0,5 kg)(2256 x 103 J/kg)
= 1.128.000 J

4. Diketahui:
mtembaga = 1 kg
0 = 30℃
Lf tembaga = 206.000 J/kg
c tembaga = 390 J/kg℃
Titik Lebur = 1.083 ℃
Ditanyakan: Q ...?
Jwb:

Kalor diperlukan (Q) = Kalor untuk menaikkan suhu tembaga dari 30℃ menjadi
1083 ℃ (Q1) + Kalor untuk merubah wujud tembaga menjadi cair (Q2).

Q = Q1 + Q2
= m.ctembaga.∆ + m.Lf tembaga
= (1 kg)( 390 J/kg℃)(1.083℃ - 30℃) + (1 kg)( 206.000 J/kg)
= 410.670 J+ 206.000 J
= 616.670 J

5. Diketahui: V1 = 2 L; T1 = 30°C; p1 = 1 atm; T2 = 60°C; V2 = 1,5 L
Ditanya: p2 ....?
Jawab:
Persamaan Boyle-Gay Lussac:
1 2 = 3 01℃× 3 2 0 ℃ ×=×2 21 6,×5×0 1℃6 ,50℃ = 2,67 atm