Embed Size (px) 344 x 292429 x 357514 x 422599 x 487 TARA KALOR MEKANIK A. Tujuan Tujuan eksperimen ini adalah untuk menentukan nilai kesetaraan energi mekanik (joule) dengan panas (kalori). B. Landasan TeoriPanas adalah energi yang ditransfer dari satu benda ke benda lain karena perbedaan temperatur. Dalam abad ke 17, Galileo, Newton dan ilmuwan umumnya mendukung teori atom Yunani kuno, yang menganggap panas sebagai wujud gerakan molekuler. Pada abad berikutnya, metode-metode dikembangkan untuk melakukan pengukuran jumlah panas yang meninggalkan atau masuk sebuah benda secara kuantitatif. Telah ditemukan bahwa bila dua benda dalam kontak termis, maka jumlah panas yang meningglkan suatu benda sama dengan jumlah panas yang memasuki benda lainnya. Penemuan ini mengarah ke pengembangan teori yang menyatakan panas sebagai zat yang kekal. Suatu fluida tak tampak yang dinamakan caloric bersifat kekal, tidak dapat musnah, tetapi hanya mengalir dari satu benda ke benda lainnya. Kerja dan kalor dipikirkan sebagi dua konsep yang terpisah sampai Rumford (1798) menyarankan bahwa kalor mempunyai suatu aspek mekanis, dan dengan demikian dia mengusulkan suatu hubungan tersebut. Hubungan ini telah dihasilkan secara pasti di dalam abad ke 19 sebagai prinsip kekekalan tenaga dan harus ada suatu hubungan tertentu di antaranya yang dinamakan ekivalen mekanis dari kalor /tara kalor mekanik (mechanical equivalent of heat). Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menikkan temperatur suatu zat adalah sebanding dengan massa zat dan perubahan temperaturnya. (1.1) dengan C adalah kapasitas panas zat, yang didefinisikan sebagai panas yang dibutuhkan untuk menikkan temperatur suatu zat satu derajat. Panas jenis c adalah kapasitas panas persatuan massa. (1.2) Jumlah panas dinyatakan dalam satuan kalori. Kalori didefinisikan sebagai jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air satu celsius derajat. Kapasitas panas jenis zat ternyata merupakan fungsi temperatur, sehingga definisi kalor tersebut untuk perubahan temperatur air dari 14,5oC menjadi 15,5oC pada tekanan 1 atm. Konversi energi Energi bersifat kekal, dia dapat diubah (transfer) dari dari bentuk energi satu ke energi yang lain. Proses transfer energi umumnya dilakukan oleh alat/mesin yang khas. Dalam tinjauan ini mesin yang mengubah bentuk energi satu ke bentuk energi lain tersebut telah melakukan usaha. Besar usaha (pengertian umum) yang dilakukan oleh mesin sama dengan jumlah energi yang ditransfer. Pada umumnya transfer energi dari satu bentuk ke bentuk lain tidak hanya satu bentuk energi, contoh konversi energi listrik menjadi enegi mekanik oleh motor listrik, akan disertai bentuk energi lain yang tidak dikehendaki yaitu panas, bunyi, dan gelombang elektromagnetik. Dengan demikian usaha yang dilakukan mesin sama dengan jumlah energi yang ditransfer menjadi energi yang dikehendaki. Laju transfer energi oleh mesin disebut sebagai daya mesin, jadi (1.3) dengan P adalah daya, dan W: usaha (= besar transfer energi yang dikehendaki). Energi panas hampir selalu menyertai setiap ditransfer energi, dengan demikian kita dapat dengan mudah mentransfer setiap bentuk energi menjadi panas. Mesin yang mentransfer energi mekanik dapat kita gunakan untuk menentukan kesetaraan energi mekanik (joule) dengan energi panas (kalori). Mesin demikian telah digunakan Joule. Mesin Joule terdiri atas silinder yang diisi air, dilengkapi sudu-sudu pengaduk yang diputar oleh beban melalui sebuah katrol. Energi mekanik dari beban digunakan untuk memutar sudu-sudu, yang menyebabkan temperatur air meningkat. Jumlah energi mekanik dan jumlah kalor dapat ditentukan, sehingga nilai kesetaraannya-pun dapat ditentukan. Dengan pengukuran yang teliti nilai kesetaraan energi mekanik dan kalor akhirnya ditetapkan: 1 kalori = 4,186 joule. Usaha yang dilakukan gaya pada benda bergesekan berpindah sejauh dx adalah: dW = Fdx (1.4) Gambar 1.1 Konversi energi mekanik menjadi kalor Sebuah silinder dililit tali yang ujung-ujungnya digantungkan beban. Silinder diputar, sehingga antara tali dan silinder terdajadi gaya gesek. Jika silinder diputar, maka gaya gesek antara tali dan sinder = (gaya berat benda-gaya tarik neraca). Usaha yang dilakukan: W = (w-F). x. dengan x = panjang lintasan gesekan tali dengan silinder, sehingga: W =(m.g - F). n. 2 T r Dengan n : jumlah putaran silinder, dan r = jari-jari silinder. Silinder yang diputar berulang kali menyebabkan silinder mengalami gesekan dengan tali, usaha tersebut terdesipasi menjadi panas. Panas tersebut mengalir ke silinder, sebagian mengalir ke lingkungan dengan cara radiasi dan konveksi, besar daya radiasi: (1.6) Panas yang mengalir ke lingkungan ini merupakan kebocoran panas sistem. (1.5) C. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen tara kalor mekanik ini adalah Unit eksperimen tara kalor mekanik yang terdiri atas: 1. Silinder kuningan 2. Tali /pita untuk menggantungkan beban pada silinder kuningan 3. Beban sebagai pemberat 4. Pemutar silinder dan counter untuk menghitung jumlah putaran 5. Air 6. Termometer digital 7. Jangka sorong 8. Neraca pegas 9. Stopwatch D. Prosedur kerja Adapun prosedur kerja eksperimen ini adalah sebagai berikut: 1. Ukur diameter silinder 2. Timbang massa silinder dalam keadaan kosong 3. Isi silinder dengan air sampai penuh 4. Timbang massa silinder berisi air, dan tenentukan massa air 5. Rangkai alat seperti gambar 1.2 6. Ukur temperatur silinder sebagai temperatur awal (T0) 7. Putar silinder 100 kali, ukur lama lama pemutaran, kemudian berhenti 8. Ukur temperatur silinder sebagai (T1) 9. Putar silinder kembali 100 kali, kemudian berhenti 10. Ukur temperatur silinder sebagai (T2) 11. Lakukan pengukuran ulang hingga jumlah putaran total 1000 kali. 12. Hitung usaha yang dilakukan dan kalor yang dihasilkan (koreksi dengan radiasi panas). 13. Buat grafik hubungan usaha dan kalor 14. Tentukan gradien garis sebagai nilai kesetaraan usaha (joule) dengan kalori. Gambar 1.2 Unit eksperimen tara kalor mekanik E. Tugas1. Apakah fungsi air dalam silinder? 2. Berikan komentar tentang keakuratan pengukuran tara kalor mekanik dengan teknik tersebut! 3. Bagaimana hasil pengukuran jika permukaan silinder kasar dan bagaimana juga bila permukaannya licin? 4. Faktor-faktor apa yang diabaikan pada eksperimen ini? 5. Konstanta yang anda peroleh lebih besar atau lebih kecil dibanding dengan nilai konstanta yang ada dalam buku teks? Jelaskan! 6. Apakah nilai konstanta bergantung pada frekuensi putaran? Jelaskan! 7. Pada percobaan ini terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi panas/kalor. Sebutkan alat yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik!
A. SUHU SUHU, (bukan suhu bahasa cina = guru) sama dengan istilah TemPeratuR yaitu ukuran /derajat/tingkat panas suatu benda. nilai suhu suatu benda tidak dapat ditentukan dengan alat indra,misal telapak tangan.
Macam Termometer berdasarkan Skala ukur :1. Termometer Celcius, 0 – 10002. Termometer Reamur, 0- 803. Termometer Fahrenheit, 32 – 212 4. Termometer Kelvin, 273 – 373
Kalibrasi skala thermometer : KALOR
KaLOr merupakan suatu bentuk energi, yang ada karena terjadi perbedaan suhu.Energi dari kalor dipindahkan dari suau benda ke benda lain yang suhunya berbeda.
1 Joule = 0,24 kalori Joule = J
• Kalor jenis yaitu banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap satu kgmassa, agar suhu naik atau turun 1 K. Lambang = c
Pengaruh Kalor terhadap suatu zat :1. Suhu benda naik2. benda mengalami pemuaian 3. benda mengalami perubahan wujud. PENENTUAN JUMLAH KALOR UNTUK MENAIKKAN/MENURUNKAN SUHU BENDA:
Besar kalor yang diperlukan zat bermassa m untuk menaikkan suhu t sebesr Q sebanding dengan:1. massa zat.2. kenaikan suhu Atau
Q m.. tDan bergantung pada jenis zat, sehingga ditulis persamaan : Q = m.c t
Benda akan mengalami pertambahan ukuran (panjang,atau luas,atau volume) jika ada perubahan Kalor.
Pada umunya setiap benda akan memuai bila dipanaskan. Besar pemuaian bergantung pada 3 hal :1. ukuran awal benda2. Karakteristik bahan 3. besar perubahan suhu benda. a. Pemuaian Zat Padat dan Zat Cair
1. Muai Panjangdirumuskan :ΔL = Lo.α. Δt Lt = Lo(1 + α Δt )
Keterangan : Lt = panjang benda setelah suhu ke t (m)Lo = panjang awal benda/ panjang benda saat suhu awal (m)α = koefisien muai panjang (/◦C)= pertambahan panjang benda setiap kenaikan suhu1◦CΔt = kenaikan/perubahan suhu (◦C) ΔL=pertambahan panjang (m)
2. Muai Luasdirumuskan :ΔA = Ao.β. Δt At = Ao(1 + β. Δt )
Keterangan : At = Luas benda setelah suhu ke t (m2)Ao = Luas awal benda/ luas benda saat suhu awal (m2)β. = koefisien muai luas (/◦C)= pertambahan luas benda setiap kenaikan suhu 1◦C ΔA=pertambahan luas (m 2)
3. Muai Volumedirumuskan :ΔV = Vo.γ. Δt At = Ao(1 + γ. Δt )
Keterangan : Vt = Volume benda setelah suhu ke t (m3)Vo = Volume awal benda/ volume benda saat suhu awal (m3) γ. = koefisien muai volume (/◦C)= pertambahan volume benda setiap kenaikan suhu1◦CΔt = kenaikan/perubahan suhu (◦C) ΔV=pertambahan volume (m 3) b. Pemuaian Pada Gas
1. Pemuaian pada Suhu tetap 2. Pemuaian pada Volume tetap
3. Pemuaian pada tekanan tetap
4. Pemuaian pada suhu, volume dan tekanan yang berubah. Keterangan :
V1 = Volume keadaan 1V1 = Volume keadaan 2T1 = suhu pada keadaan 1T1 = suhu pada keadaan 2P1 = tekanan pada keadaan 1 P1 = tekanan pada keadaan 2 PENGARUH KALOR PADA PERUBAHAN WUJUD ZAT. wujud zat : padat, cair dan wujud gas. zat dapat mengalami perubahan wujud dengan cara melepas atau menyerap(membutuhkan ) kalor. SELAMA BERUBAH WUJUD, SUHU ZAT TETAP, sehingga besar kalor yang diserap/dilepas : Q = m.L L = kalor laten yaitu kalor yang dibutuhkan/dilepas zat untuk berubah wujud.
Suhu adalah derajat panas atau dingin suatu zat.Sifat Termometrik adalah sebagi dasar pengukur suhu suatu zat, yaitu kepekaan suatu zat terhedap perubahan suhu. Misalnya, volume benda bertambah jika suhunya naik, warna benda berubah jika suhunya berubah jika suhunya berubah, hambatan jenis berubah jika suhunya berubah, dan lain-lainAlat pengukur suhu adalah Termometer.Secara Umum Termometer terbagi tiga, yaitu Termometer Celcius, Termometer Reamur, Termometer Kelvin dan Termometer Fahrenheit.Untuk menentukan system skala suhu digunakan titik acuan bawah dan titik acuan atas. Titik acuan bawah yaitu titik lebur es pada tekanan 1 atm, sedangkan titik acuan atas adalah suhu titik didih air pada tekanan 1 atm.Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah karena perbedaan suhu. Satuan kalor adalah joule (J), satuan yang lain adalah kalori (kal), 1 kal adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 10 C pada 1 gram air. Kapasitas Kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda satu satuan suhu.Kalor Jenis (panas jenis) adalah kapasitas kalori tiap satuan massa.Perpindahan Kalor ada tiga macam yaitu Konduksi, Konveksi, dan Radiasi.Konduksi (hantaran panas) adalah rambatan kalor yang tidak di ikuti perpindahan massa.Konveksi (aliran panas) adalah rambatan kalor yang mengikuti perpindahan partikel-partikel zat perantara.Radiasi (pancaran kalor) adalah perpindahan kalor yang tidak memerlukan zat perantara. Rumus:
dengan ketentuan:
Untuk mencari kalor jenis, rumusnya adalah:
Untuk mencari massa zat, rumusnya adalah:
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1°C. Rumus kapasitas kalor:
dengan syarat:
contoh soal: sebuah zat dipanaskan dari suhu 10°C menjadi 35°C. Kalor yang dikeluarkan adalah 5000 Joule. Jika masa zat adalah 20 kg. Berapakah kalor jenis dan kapasitas kalor zat tersebut? Jawab = Diketahui= t1 =10°C t2 =35°C Q =5000 J m =20 kgDitanya = b. Kapasitas kalor (H) a. kalor jenis (c) delta t = t2-t1 = 35°-10° = 25° c = Q:(m*delta t) c = 5000:(20*25) c = 5000: 500 c = 10 J/kg C° H = m × c = 20kg × 10 J/kg C° = 200 J/ C°Rumus:
dengan ketentuan:
Rumus:
dengan ketentuan:
Contoh Soal : Berapa energi kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5 Kg air pada titik didihnya, jika kalor uap 2.260.000 Joule/Kilogram ?
Jawab :Diketahui : m = 5 Kg U = 2.260.000 J/Kg Ditanyakan : Q =….. ? Jawab Q = m x U= 5 Kg x 2.260.000 J/Kg= 11.300.000 J = 11,3 x 106 J Rumus:
Asas Black : Jumlah kalor yang diterima sama dengan jumlah kalor yang dilepas. CONTOH SOAL
Soal No. 1 Pembahasan Data : Q = 12 kilojoule = 12000 joule m = 2500 gram = 2,5 kg T1 = 30oC c = 0,2 kal/groC = 0,2 x 4200 joule/kg oC = 840 joule/kg oC T2 =...? Q = mcΔT 12000 = (2,5)(840)ΔT ΔT = 12000/2100 = 5,71 oC T2 = T1 + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 oC Soal No. 2 500 gram es bersuhu −12oC dipanaskan hingga suhu −2oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule! Pembahasan Data : m = 500 gramT1 = −12oC T2 = −2oC ΔT = T2 − T1 = −2o − (−12 ) = 10oC c = 0,5 kalori/groC Q = ....? Q = mcΔT Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori 1 kalori = 4,2 joule Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule Soal No. 3 500 gram es bersuhu 0oC hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori! Pembahasan Data yang diperlukan: m = 500 gram L = 80 kalori/gr Q = ....? Q = mL Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkalSoal No. 4 500 gram es bersuhu 0oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan! Pembahasan Data yang diperlukan: m = 500 gramcair = 1 kalori/groC Les = 80 kalori/gr Suhu akhir → 5oC Q = .....? Untuk menjadikan es 0oC hingga menjadi air 5oC ada dua proses yang harus dilalui: → Proses meleburkan es 0oC menjadi air suhu 0oC, kalor yang diperlukan namakan Q1 Q1 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori → Proses menaikkan suhu air 0oC hingga menjadi air 5oC, kalor yang diperlukan namakan Q2 Q2 = mcairΔTair = (500) (1)(5) = 2500 kalori Kalor total yang diperlukan: Q = Q1 + Q2 = 40000 + 2500 = 42500 kalori Soal No. 5 500 gram es bersuhu −10oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan! Pembahasan Data yang diperlukan: m = 500 gramces = 0,5 kalori/groC cair = 1 kal/groC Les = 80 kal/gr Suhu akhir → 5oC Q = .....? Untuk menjadikan es − 10oC hingga menjadi air 5oC ada tiga proses yang harus dilalui: → Proses untuk menaikkan suhu es dari −10oC menjadi es bersuhu 0oC, kalor yang diperlukan namakan Q1 Q1 = mcesΔTes = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori → Proses meleburkan es 0oC menjadi air suhu 0oC, kalor yang diperlukan namakan Q2 Q2 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori → Proses menaikkan suhu air 0oC hingga menjadi air 5oC, kalor yang diperlukan namakan Q3 Q3 = mcairΔTair = (500)(1)(5) = 2500 kalori Kalor total yang diperlukan: Q = Q1 +Q2 + Q3 = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori Soal No. 6 200 gram air bersuhu 80oC dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20oC. Tentukan suhu campurannya! Pembahasan Data yang diperlukan:m1 = 200 gram m2 = 300 gram ΔT1 = 80 − t ΔT2 = t − 20 Suhu akhir = t = ......? Qlepas = Qterima m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 (200)(1) (80 − t) = (300)(1)(t − 20) (2)(1)(80 − t) = (3)(1)(t − 20) 160 − 2t = 3t − 60 5t = 220 t = 44oC Soal No.7 Sepotong es bermassa 100 gram bersuhu 0°C dimasukkan kedalam secangkir air bermassa 200 gram bersuhu 50°C.
 Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C, kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor lebur es 80 kal/gr dan cangkir dianggap tidak menyerap kalor, berapa suhu akhir campuran antara es dan air tersebut? Pembahasan Soal di atas tentang pertukaran kalor / Asas Black. Kalor yang dilepaskan air digunakan oleh es untuk mengubah wujudnya menjadi air dan sisanya digunakan untuk menaikkan suhu es yang sudah mencair tadi.
dengan Q1 adalah kalor yang dilepaskan air, Q2 adalah kalor yang digunakan es untuk melebur/mencair dan Q3 adalah kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu es yang telah mencair. Berikutnya adalah contoh soal tentang pencampuran air panas dan air dingin dengan memperhitungkan kalor yang diserap oleh bejana atau wadahnya:Soal No. 8 Air bermassa 100 g bersuhu 20°C berada dalam wadah terbuat dari bahan yang memiliki kalor jenis 0,20 kal/g°C dan bermassa 200 g. Ke dalam wadah kemudian dituangkan air panas bersuhu 90°C sebanyak 800 g. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/g°C, tentukan suhu akhir air campuran!Pembahasan Kalor yang berasal dari air panas 90°C saat pencampuran, sebagian diserap oleh air yang bersuhu 20° dan sebagian lagi diserap oleh wadah. Tidak ada keterangan terkait dengan suhu awal wadah, jadi anggap saja suhunya sama dengan suhu air di dalam wadah, yaitu 20°C.Data : -Air panasm1 = 800 g c1 = 1 kal/g°C -Air dingin m2 = 100 g c2 = 1 kal/g°C -Wadah m3 = 200 g c3 = 0,20 kal/g°C
Qlepas = Qterima m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 + m3c3ΔT3
Soal No. 9 Perhatikan gambar berikut! Dua buah logam terbuat dari bahan yang sama disambungkan.
Jika panjang logam P adalah dua kali panjang logam Q dan konduktivitas thermal logam P adalah setengah dari logam Q, tentukan suhu pada sambungan antara kedua logam! Pembahasan Banyaknya kalor persatuan waktu yang melalui logam P sama dengan kalor yang melalui logam Q. Gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi :
Soal No. 10 Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10-6/°C, dan bervolume 0,05 m3 diisi penuh dengan bensin yang memiliki koefisien muai ruang 950 x 10-6/°C pada temperatur 20°C. Jika kemudian tangki ini dipanaskan sampai 50°C, tentukan besar volume bensin yang tumpah! (Sumber : Soal SPMB) Pembahasan
| LG | |
Besar kalor persatuan massa yang diperlukan dalam meningkatkan suhu suatu benda disebut sebagi
Pos Terkait
Copyright © 2024 apacode Inc.
