HUBUNGAN DAYA DENGAN KALOR

Dalam kehidupan sehari – hari kita selalu berhubungan dengan energi listrik, dengan menggunakan peralatan listrik rumah tangga. Setiap peralatan listrik rumah tangga, selalu tertera daya listrik dalam satuan watt. 

Daya listrik, P : 

Dimana, 

        P = daya listrik (watt = J/s)
        W = energi listrik (J)
        t = waktu (s)

Kalor, Q : 

Dimana, 

        Q = jumlah kalor (J)
        m = massa zat (kg)
        c = kalor jenis (J/kg℃)
    ∆T = perubahan suhu (℃)

Contoh 01 

Pada sebuah ketel listrik tercatat 220V/350W, lalu ketel listrik ini dihubungkan ke suplai PLN 220 volt. Dan digunakan untuk memanaskan 1,0 liter air sehingga suhunya naik dari 200C menjadi 1000C. Berapa lama waktu yang diperlukan untuk mendidih. 

Pembahasan : 

Diketahui, 

Daya ketel listrik, P = 350 W

Massa air, m = 1 L = 1 kg 

Perubahan suhu, ∆T=100-20=80℃

Mendidih sama artinya dengan kenaikan suhu hingga 1000C

Ditanya : waktu, t = … ? 

Penyelesaian : 

daya listrik, W=Px t

banyak kalor, Q=mc∆T

Ingat hukum kekekalan energi, “energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan”. 

W=Q

Px t= mc∆T

350 x t= 1 x 4200 x 100-20

t=16 menit

Latihan Mandiri :

Nomor 1 : 

Niko biasa mandi di dalam sebuah bak yang berisi 60 kg air ( = 60 Liter). Berapa lama Niko harus menjalankan sakelar pemanas air 2,1 kW, agar suhu air dingin mengalami kenaikan suhu 300C. 

Nomor 2

Sebuah bejana aluminium yang berisi 4,0 kg air dipanaskan dengan sebuah pembakar bunsen selama 1 menit, sehingga suhu air naik 100C. Tentukan daya listrik pembakar bunsen (abaikan kalor yang dibutuhkan untuk pemanasan bejana). 

HUBUNGAN KALOR DENGAN SUHU

Akibat perubahan suhu baik, naik maupun turun akan berpengaruh langsung terhadap kenaikan atau pun penurunan jumlah kalor. Sehingga kita dapat menentukan akibat perubahan suhu, benda / zat dapat kita pastikan menyerap atau melepas kalor dari atau ke lingkungan sekitarnya.

Dimana, 

        Q = jumlah kalor yang dilepas/diperlukan (J)

        m = massa benda (kg)

        c = kalor jenis (Jkg℃)

     ∆T = kenaikan suhu / turun suhu℃

Dari persamaan (1) dapat kita tarik kesimpulan, 

• Jumlah kalor berbanding lurus dengan massa benda 

• Jumlah kalor berbanding lurus dengan kenaikan / turun suhu 

• Jumlah kalor berbanding lurus dengan kalor jenis zat

Grafik 

Kalor jenis, c : 

Kalor jenis suatu zat adalah banyak kalor yang dibutuhkan untuk

menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 ℃. 

Contoh 01 : 

Berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 250 gram air

dari 20℃ hingga 100℃. 

Pembahasan : 

Diketahui : 

Massa, m = 50 gram = 0,250 kg 

Perubahan suhu, ∆T=100-20=80℃

Kalor jenis air, c = 4200 J/kg℃

Ditanya, jumlah kalor Q = … ? 

Penyelesaian : 

Q=mc∆T

Q=0,250 x 4200 x 80 

Q= 84 000 J

Contoh 02: 

Pada 0,5 kg  panci aluminium yang bersuhu 150C diberikan

kalor sebesar 22 500 J. Berapakah suhu akhir panci aluminium

tersebut, jika kalor jenis aluminium = 900 J/kg0C. 

Pembahasan : 

Diketahui : 

Massa, m = 0,5 kg 

Kalor, Q = 22 500 J/kg0C

Suhu awal, T1 = 150C

Ditanya : suhu akhir, T2 = … ? 

Penyelesaian 

Q=mc∆T

22 500=0,5 x 900 x ∆T 

∆T=50℃

T2-T1=50℃

T2-15℃=50℃

T2=50℃+15℃

T2=65℃

Latihan Mandiri – 1

Nomor 1. 

Kalor dilepaskan secangkir kopi panas yang suhunya turun

dari 1000C menjadi 600C adalah 84 kJ. Berapakah massa air

kopi dalam secangkir kopi panas tersebut ?

( anggap kalor jenis air kopi sama dengan kalor jenis air) 

Nomor 2

Tentukan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 0,1 kg

parafin dari 240C menjadi 680C. Jika kalor jenis parafin 2 200 J/kg0C. 

DINAMIKA, JENIS - JENIS GAYA

B.Jenis – jenis gaya

Ada empat jenis gaya yang biasa bekerja pada suatu benda, yaitu gaya berat, gaya normal, gaya gesekkan, dan gaya tegangan tali. Serta gaya – gaya yang menimbulkan gaya sentripetal yang menyebabkan benda bergerak melingkar.

1. Gaya Berat ( w )

Gaya yang ditimbulkan oleh adanya gaya gravitasi  dari planet (bumi). Jadi

kesimpulannya benda memiliki (gaya) berat yang berbeda – beda, tidak dengan

massa benda. Atau dengan kata lain massa benda selalu tetap dan  gaya berat 

benda selalu berubah – ubah. Dan arah dari gaya berat selalu menuju pusat

gravitasi ( ke bawah ).

Dimana :

Gambar gaya Berat :

2. Gaya Normal ( N )

Gaya normal muncul untuk mengimbangi gaya berat dan harus tegak lurus

bidangnya meskipun bidangnya miring.

3. Gaya Gesekan ( f_g )

Gaya interaksi antara bidang alas benda dengan bidang yang ditempati benda ( bisa berbentuk tanah,atau lantai, atau lainnya). Karena secara umum semua permukaan benda memiliki kontur permukaan yang tidak seratus persen mulus. Kecuali kaca datar atau permukaan es, yang sudah pasti licin sekali. Tingkat kekasaran kontur permukaan benda ini disebut koefisien gesekan (μ).

 

Koefisien gesekan benda akan terbagi sesuai dengan keadaan benda, misalnya benda dalam keadaan diam maka koefisiennya disebut koefisien gesek statis dan diberikan simbol (μ_s). Kemudian gaya interaksi alas benda dengan bidang yang ditempatinya disebut gaya gesek statis ( f_s ).

 

Untuk benda yang dalam keadaan bergerak, maka koefisiennya disebut dengan koefisien gesek kinetis dan diberi simbol ( μ_k ). Dan gaya interaksinya disebut dengan gaya gesek kinetis ( f_k ).

 

Besaran nilai koefisien gesekan berkisar 0 ≤ μ ≤ 1yang berarti nilai koefisien gesekkan tidak akan pernah bernilai 1 (satu). Akan tetapi dapat bernilai 0 (nol) dan disebutkan di dalam soal dengan kata “licin”.

 

Secara umum rumus gaya gesek, (f_g).

Dimana :

Kesimpulannya = besar gaya gesek ditentukan oleh nilai koefisien gesekan dan gaya Normalnya.

 

Dan untuk gaya gesek statis, f_s :

Gaya gesek kinetis, f_k :

Catatan tentang koefisien gesekan, umumnya nilai koefisien gaya gesek selalu lebih besar dari pada nilai koefisien gesek kinetis ( μ_s > μ_k ).

Dan saat benda bergerak oleh suatu gaya ke arah tertentu, maka arah gaya gesek selalu berlawanan arahnya dengan gaya tersebut.

4. Gaya Tegangan Tali ( T )

Tegangan tali ( T ) = merupakan gaya tegang yang bekerja pada ujung – ujung tali. Jika tali dianggap ringan (beratnya diabaikan), maka gaya tegangan dianggap sama besar.

5. Gaya Sentripetal

Suatu benda yang bergerak melingkar beraturan mengalami percepatan dengan arah tegak lurus terhadap vektor kecepatan menuju pusat lingkaran.

Dimana :

Dengan mengingat hubungan antara kecepatan sudut ω dengan kecepatan linier/tangensial v .

Dimana :

Dan jika dihubungkan dengan hukum II Newton, maka akan menjadi gaya sentripetal seperti rumus di bawah ini.

Arah percepatan senteripetal tegak lurus terhadap vektor kecepatan, yaitu menuju pusat lingkaran sehingga arah gaya sentripetaljuga tegak lurus terhadap vektor kecepatan, yaitu menuju pusat lingkaran. Asal gaya sentripetal datangnya sebagai resultan gaya.

Misalnya :

·  Tegangan tali

·  Gaya gravitasi

·  Dan lain sebagainya

Misal gaya tali di bawah ini

Bola bergerak dalam lintasan melingkar dan tidak meninggalkan lingkaran, itu berarti resultan gaya yang bekerja pada bola membuatnya setimbang pada lingkaran ΣF = 0.

Untuk kasus benda – benda luar angkasa :

Contoh 01 :

Sebuah bola bermassa 0,6 kg diikat pada bagian ujung seutas tali dengan panjang 1,5 meter.

Bila bola berputar dalam satu lingkaran horizontal seperti gambar berikut. Jika tali dapat menahan tegangan maksimum sebesar 40 N. Berapa kelajuan maksimum bola sebelum tali putus.

Pembahasan :

Kecepatan maksimum bola, berarti sebelum tali putus