PERTEMUAN 1 KALOR DAN PERPINDAHANNYA

 Pertemuan ke – 1

 

Tujuan :

Diharapkan setelah mempelajari materi ini

·       Siswa memahami hakikat kalor sebagai energi dan 

    satuan yang digunakan serta alat ukur kalor.

·      Siswa memiliki kemampuan menyelesaikan permasalahan 

    kalor menggunakan rumus – rumus kalor.

 

Daftar Isi :

1.   Pengertian dan Pengaruh kalor

2.   Hubungan banyaknya kalor dengan kenaikan suhu

3.   Rumus menghitung kalor

4.   Kalor jenis

5.   Contoh soal

6.   Latihan

 

Kalor Dan Perpindahannya

 

A.    Kalor

 

1.   Pengertian dan Pengaruh Kalor

 

Defenisi kalor : kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang

suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda

bersentuhan.

Pengaruh pemberian kalor terhadap benda :

·  Dapat menaikkan suhu

·  Dapat merubah wujud  

 

2.   Hubungan Banyaknya Kalor dengan Kenaikan suhu

 

Sebelum mengetahui bahwa kalor adalah salah satu bentuk energi, para ilmuwan menganggap kalor sejenis zat alir (kalorik) yang terkandung di dalam setiap benda dan tidak dapat dilihat mata. Teori ini pertama kali dikemukakan Antonie Laurent Lavoisier (1743 – 1794).

 

Satuan energi kalor,

Satu Joule = energi yang dipindahkan ketika gaya 1 N memindahkan suatu benda searah gaya sejauh 1 m.

 

Alat Ukur = Joulemeter

 

Rumus Menghitung Kalor,

Keterangan

Q  = banyak kalor (J)

m  = massa benda (kg)

c   = kalor jenis benda (J/kg⁰C)

∆T = perubahan suhu (⁰C)

 

Kalor jenis,

Kalor jenis suatu zat = banyaknya kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1⁰C.

 

Tabel 1 Kalor Jenis berbagai zat

 

Zat	Kalor Jenis (J/kg0C)
Aluminium	900
Tembaga	390
Kaca	670
Besi atau Baja	450
Timah Hitam	130
Marmer	860
Perak	230
Kayu	1 700
Alkohol (etil)	2 400
Raksa	140
Air
Cair	4 200
Es (padat)	2 100
Badan manusia	3 470
Udara	1 000

 

Soal Penghantar : 1

Berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 250 gram air dari 20⁰C sampai 100⁰C.

 

Pembahasan

 

Dik :

Massa air, m_a = 250 gram = 0,25 kg

Suhu awal, T₁ = 20⁰C

Suhu akhir, T₂ = 100⁰C

Zatnya air maka kalor jenis air, c_a = 4 200 J/kg⁰C

 

Dit :

Banyak kalor yang dibutuhkan, Q = … ?

 

Jawab :

 

Soal Penghantar : 2

Pada 0,5 kg aluminium yang bersuhu 15 ⁰C diberikan kalor sebesar 22 500 J. Berapakah suhu akhir panci aluminium tersebut ? (kalor jenis aluminium = 900 J/kg⁰C)

 

Pembahasan

 

Dik :

Massa aluminium, m = 0,5 kg

Suhu awal, T₁ = 15 ⁰C

Kalor yang diberikan, Q = 22 500 J

Kalor jenis aluminium, c = 900 J/kg⁰C

 

Dit :

Suhu akhir, T₂ = … ?

 

Jawab :

 

Soal Penghantar : 3

Kalor yang dilepas secangkir kopi panas yang suhunya turun dari 100⁰C menjadi 60⁰C adalah 64 kJ. Berapa massa air kopi dalam cangkir tersebut. Anggap kalor jenis kopi sama dengan kalor jenis air.

 

Pembahasan

 

Dik :

Suhu awal, T₁ = 100⁰C

Suhu akhir, T₂ = 60⁰C

Kalor yang dilepas, Q_out = - 64 kJ

Kalor jenis kopi = kalor jenis air

 

Dit :

Massa kopi dalam cangkir, m_kopi = … ?

 

Jawab :

 

Latihan (PR)

 

1.   Tentukan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

a.   2 kg air dari 20⁰C menjadi 30⁰C. (kalor jenis air 4200 J/kg⁰C)

b.   0,5 kg aluminium dari 15⁰C menjadi 27⁰C. (kalor jenis aluminium 900

     J/kg⁰C)

c.   0,1 kg parafin dari 24⁰C menjadi 68⁰C. (kalor jenis parafin 2 200

     J/kg⁰C)

d.   200 gram air dari 10⁰C menjadi 100⁰C

 

2.   Tentukan kenaikkan suhu yang terjadi ketika kalor sebesar 14 400 J

     diberikan kepada :

a.   1 kg besi ( c = 480 J/kg⁰C)

b.   1 kg aluminium (c = 900 J/kg⁰C)

c.   1 kg air

d.   1 kg parafin (c = 2 200 J/kg⁰C)

 

3.   Ketika kalor 210 J diberikan pada 0,1 kg batang tembaga, suhu tembaga

     naik 5⁰C. Maka berapa kalor jenis tembaga.

 

4.   Diperlukan 1 800 J untuk memanaskan 0,5 kg aluminium sehingga

      suhunya naik menjadi 4⁰C. Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk

      memanaskan.

a.   1 kg aluminium sehingga suhunya naik 4 ⁰C

b.   ½ kg aluminium sehingga suhunya naik 12 ⁰C

 

SOAL ASESMEN SUHU, KALOR, DAN PERPINDAHAN KALOR

Selamat datang, 

Pada kesempatan kali ini, saya hanya membagikan 3 soal disertai kunci jawaban. 

Sebagai bahan untuk contoh soal saat mengajar di kelas, bahan ajar ini dipilih 

karena memiliki tingkat kesulitan yang sesuai dengan peserta didik. Jika terdapat 

kekurangan didalam penulisan soal, saya mohon maaf. Semoga bahan ajar ini 

memberikan manfaat yang besar dalam pengajaran Fisika di kelas XI MIPA. 

Soal : 1

Batang besi yang homogen yang salah satu ujungnya dipanasi. Besi itu memiliki 

luas penampang 17 cm² dengan konduktivitas termal 4 x 10 ⁵ W/m.K. Panjang 

batang 1 m dan perbedaan suhu kedua ujung adalah 30 ⁰C. Kalor yang merambat

dalam batang besi selama 2 sekon sebesar ....  x 10 ⁴ J.

A.   2,81        

B.   4,08

C.   3,08

D.  6,00

E.   7,10

Soal : 2

Dua batang logam P dan Q memiliki ukuran sama tetapi jenisnya berbeda, 

dilekatkan seperti pada gambar di bawah ini.

Ujung kiri P bersuhu 90 ⁰C dan ujung kanan Q bersuhu 0 ⁰C. Jika koefisien 

konduksi termal P adalah 2 kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada 

bidang batas P dan Q adalah ........

A.   45 ⁰C   

B.   55 ⁰C

C.   60 ⁰C      

D.  72 ⁰C

E.   80 ⁰C

Soal : 3

Batang baja dan kuningan yang luas penampang dan panjang sama, salah satu 

ujungnya dihubungkan. Suhu ujung batang baja adalah bebas 250 ⁰C, sedangkan

suhu ujung batang kuningan yang bebas 100 ⁰C. Jika koefisien konduksi kalor 

baja dan kuningan masing – masing 0,12 dan 0,24 kal/s cm, maka suhu pada titik

hubung kedua batang tersebut adalah ......... ⁰C.

A.   225 

B.   200 

C.   175 

D.  150 

E.   125

kunci :

    1.   B

    2.   C

    3.   D 

SERI : 1 TERMODINAMIKA

Soal Penghantar : 1

Gas dengan volum 0,3 liter dipanaskan pada tekanan 

tetap 2,0 atm sehingga volumenya menjadi 0,8 L. 

Tentukan usaha yang dilakukan oleh gas.

 

Pembahasan,

 

Rumus Usaha dalam proses Isobarik :

Dik :

Volume awal, V₁ = 0,3 L

Volume akhir, V₂ = 0,8 L

Tekanan tetap, P = 2,0 atm

 

Dit :

Usaha, W = … ?

Peny :

 

Catatan :

Jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan luarnya 

(V₂ > V₁). Dan nilai usaha (W) yang dilakukan bernilai positip. 

Sebaliknya jika lingkungan luar melakukan usaha ke dalam sistem 

(V₂ < V₁), usaha (W) akan bernilai negatip.

Pada contoh soal penghantar, 

sistem melakukan usaha terhadap lingkungannya.

 

Soal Uji Pemahaman Anda : 1

Sejenis gas berada dalam wadah yang memiliki volume 2,0 m³ 

dan tekanan 4 atm. 

Hitung usaha luar yang dilakukan gas jika :

a)   Gas memuai pada tekanan tetap sehingga 

      volumenya menjadi dua kali semuula.

b)   Gas dimampatkan pada tekanan tetap sehingga 

      volumenya menjadi sepertiga semula.

(1 atm = 1,0 x 10⁵ N.m²)

 

 

Pembahasan,

 

Dik :

Volume awal, V₁ = 2,0 m³.

Tekanan tetap, P = 4 atm

 

Dit :

a)   Usaha, W = … ? (jika V₂ = 2V₁)

b)   Usaha, W = … ? (jika V₂ = 1/3 V₁)

 

 

 

Peny :

 

Bagian a)

 

Bagian b)

Soal Penghantar : 2

Suatu gas dalam wadah silinder tertutup mengalami proses 

seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

 

a)   Dari keadaan A ke keadaan C melalui B

b)   Dari keadaan C langsung ke keadaan A

 

Pembahasan :

 

Bagian a)

Untuk menghitung usaha dari A ke C melalui B, 

terlebih dahulu kita menghitung usaha dari A ke B. 

Kemudian usaha dari B ke C dan selanjutnya kita jumlahkan 

kedua usaha tadi. Usaha dari A ke B sama dengan luas ABB₁A₁ 

karena dari A ke B terjadi penurunan volume.

Usaha dari B ke C sama dengan luas trapesium 

BCC₁B₁ dengan sisi – sisi sejajarnya BB₁ = 500 x 10³ Pa, 

dan CC₁ = 200 x 10³ Pa, dan sisi B₁C₁ = 200 x 10 ^{– 6} m³. 

Karena dari B ke C terjadi penurunan volum, 

maka usaha bertanda negatip.

Maka usaha dari A ke C melalui B sama dengan jumlah 

usaha dari A ke B dan usaha dari B ke C.

Bagian b)

 

Usaha langsung dari C ke A sama dengan luas trapesium

CAA₁C₁. Karena dari C ke A terjadi kenaikan volum, 

maka usaha bertanda positip.

Sisi sejajar AA₁ = 500 x 10³ Pa dan CC₁ = 200 x 10³ Pa

Tinggi A₁C₁ = 500 x 10 ^{– 6} m³

 

Soal Uji Pemahaman Anda : 2

Sejumlah gas pada keadaan A berubah ke keadaan B, 

seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Hitung usaha yang dilakukan lingkungan terhadap sistem.

 

Pembahasan :

Usaha dari A ke B sama dengan luas trapesium