Bio Termal

  • View
    3.603

  • Download
    35

Embed Size (px)

Text of Bio Termal

TERMOFISIKAUNTUK D3 KEPERAWATANOLEH: SEHAH, S.SI., M.SI.

LABORATORIUM FISIKA DASAR UNSOED

PENGERTIAN DASARTERMOFISIKACabang ilmu Fisika yang mempelajari tentang temperatur, panas serta proses perpindahan panas.

TEMPERATURBesaran Fisika yang digunakan untuk menyatakan kuantitas (nilai) atau ukuran tingkatan panas dari suatu benda.

PANAS (KALOR)Suatu bentuk energi yang dapat mengalir atau berpindah akibat perbedaan temperatur antara satu benda terhadap benda lainnya (energi ini mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah) ENERGI TERMAL

TEMPERATURTERMOMETERSeperangkat alat yang digunakan untuk mengukur kuantitas atau tingkatan panas suatu benda (temperatur benda).

JENIS TERMOMETER1. Fahrenheit (32oF 212oF) 2. Celcius (0oC 100oC) 3. Kelvin (273oK 373oK) 4. Reamur (0oR 80oR)

KALIBRASI

Proses penyesuaian nilai temperatur dari suatu termometer berdasarkan patokan dasar, misalnya titik beku es (0 oC) dan titik didih air (100 oC) sebagaimana di atas.

PERBANDINGAN SKALA TEMPERATURBerikut ini adalah perbandingan skala temperatur untuk termometer Celcius, Fahrenheit dan Kelvin:

A b so u t Z e ro l

T it k B eku i

T it k D d h A ir i i i

-4 5 9 ,6 7

32

212

F

-2 7 3 .1 5

0

100

C

0

2 7 3 .1 5

3 7 3 .1 5

K

HUBUNGAN EMPIRIS ANTARA MASING-MASING TERMOMETER BERDASARKAN PERBANDINGAN SKALAHubungan Temperatur Celcius dan Fahrenheit:

TC

5 9

TF 32

TF 9 TC 32 5

Hubungan Temperatur Celcius dan Kelvin:

TK TC 273TC 5 TR 4

TC TK 273

Hubungan Temperatur Celcius dan Reamur:4 TR 5 TC

PANAS (KALOR)PANAS (KALOR)Suatu bentuk energi (energi termal) yang bersifat mengalir (berpindah) akibat perbedaan temperatur (energi mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah).

T1 > T2

T1

KALOR

T2

Satuan kalor adalah kalori; 1 kalori adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gram air sebesar 1oC. 1 kal = 4,186 J = 3,968 x 10-3 Btu

KAPASITAS KALOR DAN KALOR JENISKAPASITAS KALOR (C): jumlah kalor yang diperlukan oleh benda untuk menaikkan temperatur dari suatu bahan sebesar 1 oC.

Q = C x TKapasitas panas dari beberapa benda sebanding dengan massanya, sehingga lebih mudah jika didefinisikan kalor jenis, c.KALOR JENIS (c): jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 1 gram massa bahan sebesar 1oC.

Q = m c TUntuk gas, kalor jenis dinyatakan untuk satuan mol bahan, dan kalor jenis molar:

Q = n c T

CONTOH KALOR JENIS DARI BEBERAPA BENDA PADA TEMPERATUR 25 oCBahanAluminiumTembaga Emas Besi Timbal Perak Silikon

Kalor Jenis (kal/gram Co)0,2150,0924 0,0308 0,107 0,0305 0,056 0,056

BahanKuning-anKayu Gelas Es (-5 C) Alkohol Air Raksa Air (15 C)

Kalor Jenis (kal/gram Co)0,0920,410 0,200 0,500 0,580 0,033 1,000

KALOR LATENSuatu benda biasanya mengalami perubahan temperatur jika terjadi perpindahan panas antara benda tersebut dengan lingkungannya. Namun pada suatu situasi tertentu, aliran kalor tidak menghasilkan perubahan temperatur. Aliran kalor digunakan untuk perubahan fase benda. Misalnya fase padat menjadi cair, fase cair menjadi uap dan lain-lain. Panas (kalor) yang diperlukan untuk mengubah fase bahan yang ber-massa m adalah:

Q=mLL adalah kalor LATEN (kalor lebur, kalor uap, kalor sublimation, kalor beku, kalor embun dan lain-lain)

PERPINDAHAN KALORJika dua buah benda bersentuhan maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah, sehingga tercapainya keseimbangan termal.Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu KONDUKSI, KONVEKSI & RADIASI.

Kalor atau panas dapat berpindah dalam suatu sistem atau antar sistem dengan lingkungan sekitar

KONDUKSIMekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada benda padat akibat perbedaan temperatur antara bagian-bagiannya. Panas berpindah dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah.

Q/t = H = - k A (T1 - T2 ) / LMudah tidaknya sebuah benda menghantarkan kalor dinyatakan sebagai tetapan konduktivitas termal bahan (K).A

T1

T2

L

KONVEKSIMekanisme perpindahan kalor pada zat cair atau gas akibat perbedaan rapat massa antara bagian satu terhadap bagian lainnya. Perpindahan kalor mengikuti gerakan partikel-partikel zat tersebut. Heated air rises, cools, then falls. Air near heater is replaced by cooler air, and the cycle repeats.

h = koefisien konveksiHot water rises, cools, and falls.

Q/t = H = h x A x T

Jika perpindahan kalor akibat perbedaan rapat massa zat saja disebut konveksi alami (natural convection) dan jika didorong, misal dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced convection).

RADIASIMekanisme perpindahan kalor secara radiasi terjadi saat sumber panas memancarkan energi ke segala arah dalam bentuk cahaya atau gelombang elektromagnetik (bisa tanpa melalui medium).

HUKUM RADIASI STEFAN-BOLTZMANNMenurut hukum ini, setiap benda (yang bersuhu di atas 0 K) sebenarnya memancarkan panas (kalor). Namun, kalor yang dipancarkan hanya dapat dirasakan pada saat temperatur benda sangat tinggi. Energi yang dipancarkan per detik:

H = eAT4e = emisivitas, = tetapan Stefan-Boltzmann (5.67 x 10-8 J/sm2K4), A = luas area, T = suhu Kelvin

CONTOH SOALSebuah baja antikarat (k = 14 J/s m oC) salah satu ujungnya dibakar pada suhu 500oC. Tentukan laju aliran kalor pada baja ini selama 40 detik ? H= kA (T2 - T1)/L H= 14 (2)(475)/10 = 1330 J/s Q= H t = 1330 (40) = 5.32 x 104 J Berapa jumlah kalor yang dipancarkan tubuh manusia? Body temperature = 37 C = 37 +273 = 310 K, Estimate surface area A = 1.5 m2 e = 0.70 H = e A T4

= (0.70)(5.67 x 10-8)(1.5 m2)(310)4 = 550 watts (5 light bulbs)