Tips n Trik IPA VII

TIPS N TRIK IPA VII
MATERI

SUHU, KALOR, DAN PEMUAIAN

MARKUS.P.FERDINANDUS,ST

I. SUHU

1. Pengertian

Suhu adalah ukuran derajat panas atau dinginya suatu benda

2. Konversi skala termometer

Perhatikan gambar beberapa skala termometer berikut:

Termometer Termometer Termometer Termometer Termometer X
Celcius Reamur Fahrenheit Kelvin atau lainnya

tdC tdR tdF tdK tdX

CR FK X

tbC tbR tbF tbK tbX

tb = titik beku masing-masing termometer
td = titik didih masing-masing termometer
C,R,F,K,X = skala masing-masing termometer
Berdasarkan gambar di atas maka dapat di buat formula sbb:

Untuk konversi ke termometer Kelvin bisa langsung menggunakan
persamaan diatas atau menggunakan persamaan:
K = C + 273

Tips:

Untuk dapat menyelesaikan soal-soal tentang konversi suhu yang harus
diingat dan dipahami terlebih dahulu:

 Titik beku dan titik didih masing-masing termometer (C,R,F, dan K)
 Menguasai aljabar matematika

3. Contoh soal
Sebuah temometer celcius digunakan untuk mengukur suhu air, terbaca
600C.Berapa suhu air jika ukur menggunkan termometer R dan termometer X
yang mempunyai titik beku 200X dan titik didih 1000X?

Jawab
Diket:
Skala termometer C = 600
Titik beku termometer C = 00
Titik didih termometer C = 1000
Titik didih termometer R = 800
Titik beku termometer R = 00
Titik beku termometer X = 200
Titik didih termometer X = 1000
Ditanya:
a. Skala pada termometer R
b. Skala pada termometer X
Jawab:
a. Kita ambil perbandingan C dengan R, maka:

Dikali silang hasilnya:
100 . R = 60 . 80
100R = 4800
R = 4800/100
R = 48
b. Untuk termometer X bisa diambil perbandingan C dan X atau R dan X

 Perbandingan X dan C

Dikali silang hasilnya:
100 (X – 20) = 60 . 80

100X – 2000 = 4800
100X = 4800 + 2000
100X = 6800
X = 6800/100
X = 680X
 Perbandingan X dan R

80 dengan 80 dicoret sehingga persamaannya menjadi:
48 = X – 20
X = 48 + 20
X = 680X
II. KALOR
1. Pengertian
Kalor merupakan panas yang bisa berpindah dari benda yang memiliki
kelebihan kalor menuju benda yang kekurangan kalor.
2. Perpindahan kalor
 Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi merupakan perpindahan
panas dengan menggunakan zat padat sebagai perantara.
Perpindahan panas secara konduksi merupakan perpindahan
panas dengan menggunakan zat padat sebagai perantara.
Contoh perpindahan panas secara konduksi
Ketika mengaduk air mendidih menggunakan sendok besi, maka
sendok besi akan terasa panas.
 Konveksi
Perpindahan panas dengan cara konveksi adalah perpindahan
panas melalui zat perantara, yang diikuti dengan perpindahan zat
perantaranya.

Contoh perpindahan panas secara konveksi dalam kehidupan
sehari-hari:
Pada saat memasak air, panas akan keluar dalam bentuk uap dari
air, yang menunjukkan panas sedang berpindah ke udara
sekitarnya, dan kita akan merasa panas bila berada disekitarnya
 Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah peristiwa perpindahan
panas tanpa adanya atau tanpa melalui perantara.
Contoh perpindahan panas secara radiasi:
Panas dari Matahari yang sampai ke Bumi.
3. Perubahan wujud zat

Grafik perubahan wujud zat

Penjelasan grafik
 Proses dari A ke B, B ke C, C ke D, D ke E, E ke F memerlukan kalor
 Pada titik A wujud zat adalah padat
 Pada titik B wujud zat sebagian padat sebagian cair

 Pada titik C wujud zat adalah cair
 Pada titik D wujud zat sebagian cair sebagian uap
 Pada titik E wujud zat adalah uap
 Besar kalor yang dibutuhkan pada proses:
 A ke B → Q1 = m . ces . ∆t
 B ke C → Q2 = m . Les
 C ke D → Q3 = m . cair . ∆t
 D ke E → Q4 = m . U
 m.c=C

Dimana:
C = kapasitas kalor (J/0C atau kalori/0C)
m = massa zat dalam (Kg atau gram)
c = kalor jenis zat (J/kg0C atau kalori/gr0C)
∆t = perubahan suhu (0C)
∆t = suhu akhir – suhu awal
L = kalor lebur zat (J/kg atau kalori/gr)
U = kalor uap zat (J/kg atau kalori/gr)
Q = kalor (Joule atau kalori)

4. Azas Black
Asas black menjabarkan bahwa : Apabila ada dua buah benda yang berbeda
yang suhunya dicampurkan atau disatukan, maka akan terjadi aliran kalor
dari benda yang bersuhu lebih tinggi menuju benda yang bersuhu lebih
rendah. ... Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor
yang dilepas benda panas. Atau secara fisika dapat ditulis:

Qlepas = Qterima

Tips untuk menyelesaikan soal-soal azas black

 Tentukan mana zat yang melepaskan kalor dan mana zat yang
menerima kalor ciri zat yang melepaskan kalor mempunyai suhu
paling tinggi sedangkan zat yang menerima kalor mempunyai
suhu paling rendah

 ∆t untuk zat yang melepaskan kalor (TL – X)
 ∆t untuk zat yang menerima kalor (X - Tt)

Dimana :
X = suhu campuran

TL = suhu awal zat yang melepas kalor
Tt = suhu awal zat yang menerima kalor
5. Soal
 Air sebanyak 3 kg bersuhu 100C dipanaskan hingga bersuhu 35oC. Jika
kalor jenis air 4.186 J/kg0C, tentukan kalor yang diserap air tersebut?
Penyelesaian
Diketauhi:
m = 3 kg
c = 4.186 J/kgoC
∆T = (35 – 10)oC = 25oC
Ditanyakan: Q = …?
Jawab:
Q = m . c . ∆T
Q = 3 kg × 4.186 J/kgoC × 25oC
Q = 313.950 J
 Berapakah kapasitas kalor dari 0,2 kg suatu zat yang mempunyai
kalor jenis 2,5 kal/gr°C?
Penyelesaian
Diketahui:
m = 0,2 kg = 200 gr
c = 2,5 kal/gr°C
Ditanya: C = ...?
Jawab:
C=m.c
C = 200 gr. 2,5 kal/gr°C
C = 500 kal/°C
 Pada tekanan 1 atm terdapat 500 gr es bersuhu –2°C. Es tersebut
dipanaskan hingga dingin lalu diuapkan semua (perhatikan gambar).
Jika kalor jenis es = 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air = 1 kal/gr°C, kalor
lebur es = 80 kal/gr dan kalor uap air 9000 kal/gr. Berapakah kalor
yang dibutuhkan?

Penyelesaian
Diketauhi:
m = 500 gr
Ces = 0,5 kal/gr°C
Cair = 1 kal/gr°C
Les = 80 kal/gr
Uair = 9000 kal/gr
Ditanya :

Qt =......?

Jawab:

Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Qt = m . ces . ΔT + m . Les + m . cair. ΔT + m . Luap
Q = 500 . 0,5. (0-(-2)) + 500 . 80 + 500 .1 .(100-0) + 500 . 9000

Q = 500 + 40000 + 50000 + 4500000

Q = 4590500 kal

Q = 4590,5 kkal
 Sepotong aluminium bermassa 200 g dan bersuhu 20oC dimasukkan

ke dalam 100 g air yang bersuhu 80oC. Dengan mengabaikan

pertukaran kalor dengan lingkungan, hitung suhu akhir campuran jika
kalor jenis aluminium 900 J/kg0C dan kalor jenis air 4.200 J/kg0C.

Penyelesaian:

Diketauhi:

mAir = 100 g
TAir = 80oC ( zat yang melepas kalor)
cAir = 4.200 J/kg0C

∆Tlepas = (80 – TA)

mAl = 200 g
TAl = 20oC (zat yang menerima kalor)
cAl = 900 J/kg0C

∆Tterima = (TA – 20)

Ditanyakan: suhu akhir (TA) campuran = …?

Jawab:

QLepas = QTerima
≫ mAir × cAir × ∆TLepas = mAl × cAl × ∆Tterima
≫ mAir × cAir × (TAir – TA) = mAl × cAl × (TA – TAl)
≫ 100 × 4.200 × (80 – TA) = 200 × 900 × (TA – 20)
≫ 420.000(80 – TA) = 180.000(TA – 20)
≫ 42(80 – TA) = 18(TA – 20)
≫ 3.360 – 42TA = 18TA – 360
≫ 18TA + 42TA = 3.360 + 360
≫ 60TA = 3.720
≫ TA = 3.720/60
≫ TA = 620C

III. PEMUAIAN
1. Pengertian
Bertambahnya ukuran zat karena kenaikan suhu zat tersebut.
2. Jenis-jenis pemuaian dan perhitungan
 Pemuaian zat padat
 Pemuian panjang
Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang
suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang

nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai
panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap
tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian
panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali.
Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa
faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan
besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda
sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan. Secara
matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan
pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu
tertentu adalah:

Lt = Lo + ∆L,
∆L = Lt - Lo
∆L = Lo . α . ∆t
L0 = panjang awal (meter)
Lt = panjang akhir (meter)
∆L = pertambahan panjang (meter)
α = koefisien muai panjang (/oC)

 Pemuian luas
Pemuaian luas adalah pertambahan ukuran luas suatu benda
karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda
yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan
tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada. Contoh benda
yang mempunyai pemuaian luas adalah jendela kaca rumah.
Pada saatu udara dingin kaca munyusut.
Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi
pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan
perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu
merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi
maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali
koefisien muai panjang. Untuk menentukan pertambahan luas
dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut:
At = Ao + ∆A,
∆A = At - Ao
∆A = Ao . β . ∆t
A0 = luas awal (meter2)
At = luas akhir (meter2)
∆A = pertambahan luas (meter2)
β = koefisien muai luas (/oC)

 Pemuaian volume
Pemuaian volume adalah pertambahan ukuran volume suatu
benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi
benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal.
Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah
kubus, air dan udara.
Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi
karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama
dengan 3 kali koefisien muai panjang.Persamaan yang
digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan
volume akhir suatu benda adalah:
Vt = Vo + ∆V,
∆V = Vt - Vo
∆V = Vo . γ . ∆t
V0 = volume awal (meter3)
Vt = volume akhir (meter3)
∆V = pertambaha volume (meter3)
γ = koefisien muai volume (/oC)

Hubungan antara α, β, dan γ
β=2.α
γ=3.α
 Pemuaian zat cair
Pemuaian pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai
luas, tetapi hanya dikenal sebagai muai ruang atau muai volume saja.
Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair, maka semakin besar
muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair
berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama
tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda.
Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena
peningkatan suhu. Titik pertemuaan antara wujud cair, padat, dan gas
disebut dengan triple point.
 Pemuaian zat gas
Gas mengalami pemuaian ketika suhunya bertambahan dan akan
mengalami penyusutan jika suhunya turun. Pada pemuaian zat gas
tidak dikenal muai panjang dan muai luas, yang ada hanyalah muai
volume gas tersebut.

3. Bimetal
Bimetal terdiri dua kata yakni “bi” yang artinya dua dan “metal” yang
artinya logam. Jadi, bimetal merupakan dua keping logam yang disatukan
atau dikeling dan memiliki muai panjang berbeda. Dua logam yang dikeling
disebut dengan keping bimetal.

Prinsip Kerja Bimetal
Prinsip kerja bimetal menggunakan konsep pemuaian, khususnya muai
panjang. Jadi, bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal
dipanaskan atau dinaikan suhunya, maka akan melengkung ke arah logam
yang memiliki angka koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan,
keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai
panjangnya besar.

4. Manfaat pemuaian dalam kehidupan
Penggunaan bimetal pada setrika listrik dan termometer
Di sekitar kita banyak benda-benda atau kejadian yang memanfaatkan
konsep pemuaian. Salah satu alat yang bekerja berdasarkan pemuaian
adalah bimetal. Bimetal berupa dua logam yang koefisien muai panjangnya
berbeda, tetapi keduanya dijadikan satu.
Beberapa peralatan yang memanfaatkan sifat bimetal, antara lain setrika
listrik dan termometer bimetal.

5. Soal
 Sebuah kawat baja memiliki panjang awal sebesar 1000 cm. Hitunglah
pertambahan baja tersebut pada perubahan suhu sebesar 50°C
dimana koefisien muai panjangnya adalah 12 x 10-6/°C ?
Penyelesaian:
Diketauhi:

Lo = 1000 cm = 10 m
∆t = 50°C
α = 12 x 10-6/°C
Ditanya: ∆L.....?
Jawab :

∆L = Lo . α . ∆T
∆L = 10 . 12 x 10-6 . 50
∆L = 500 . 12 x 10-6
∆L = 6000 x 10-6
∆L = 0,006 m

 Kawat baja memiliki panjang 20 m ketika suhunya 40°C. Berapa
panjangnya jika suhunya sama dengan 100°C dimana koefisien muai
panjang baja adalah 11,10x-6 °C-1 ?
Penyelesaian:
Diketauhi:
Lo = 20 m
∆T = T – To
∆T = 100°C – 40°C
∆T = 60°C
α = 11,10 x -6 /°C
Ditanya : Lt .....?
Jawab:
Kita cari dulu pertambahan panjangnya dulu
∆L = Lo . α . ∆T
∆L = 20 . (11,10 x -6) . 60
∆L = 13200 x -6
∆L = 0,0132 m

Lt = Lo + ∆L
Lt = 20 + 0,0132
Lt = 20,0132 m



