FISIKA PANAS DAN GELOMBANG

\

NAMA : RISHA SULASTRI

NPM : 20109021

KELAS : 2 KB 02

FAKULTAS KOMPUTER / SISTEM KOMPUTER

UNIVERSITAS GUNADARMA

2010

KALOR

Kalor menyatakan bentuk energi yang pindah karena adanya perbedaan suhu. Kalor

adalah energi yang diterima oleh sebuah benda sehingga suhu benda itu naik atau wujudnya

berubah. Demikian pula, kalor adalah energi yang dilepaskan oleh sebuah benda sehingga suhu

benda itu turun atau wujudnya berubah.

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dipindahkan oleh benda yang memiliki suhu

lebih tinggi ke benda yang memiliki suhu lebih rendah. Kita harus membedakan pengertian

SUHU dan KALOR. Suhu adalah ukuran derajat panas sedangkan kalor adalah ukuran

banyaknya panas.

1. Kalor dapat Mengubah Wujud Zat

Jika suatu benda diberi pengaruh panas, ternyata benda tersebut mengalami perubahan

keadaan, yaitu perubahan wujud dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Wujud tersebut dapat

berupa padat, cair, atau gas. Misalnya es yang diberi kalor. Coba perhatikan gambar di bawah ini

:

a. Es Batu b. Es diberi kalor dengan cara dipanaskan

c.Es batu mengalami perubahan d. Es batu mencair sempurna

wujud

Pemberian kalor akan meningkatkan suhu es. Jika pemberian kalor secara terus-menerus,

akan menyebabkan es yang awalnya berwujud padat berubah wujud menjadi air, ketika sejumlah

kalor diberikan pada balok es, energi getaran molekul-molekul bertambah dan mengakibatkan

molekul-molekul itu lepas dari ikatannya. Pada akhirnya, es (zat padat) berubah menjadi air (zat

cair). Kalor yang diperlukan untuk mencairkan es didapatka dari lingkungan sekitarnya.

Misalnya, kalor yang dsiserap es dari air yang berfungsi sebagai lingkungannya ataupun diserap

dari gelas kaca yang mendapat pemanasan langsung dari suatu pembakaran. Akibatnya suhu

lingkungannya turun.

a. Perubahan Wujud Padat menjadi Gas dan Sebaliknya

Wujud padat dapat langsung berubah menjadi wujud gas, pada suhu kamar, tanpa

mengalami wujud cair terlebih dahulu. Contoh : yodium, kapur barus, dan naftalin. Sebaliknya,

gas (uap) dapat langsung didinginkan menjadi padat tanpa mengalami wujud cair terlwebih

dahulu. Perhatikan gambar dibawah ini :

GAMBAR : kapur barus

Pada saat kapur barus (zat padat) yang dipanaskan (diberi kalor) akan berubah wujud dari

padat menjadi cair, kemudian menjadi gas (uap) dan kapur barus berubah menjadi padat kembali

yaitu menempel pada sebalik kertas. Disini terjadi perubahan wujud dari uap atau gas menjadi

padat. Perubahan wujud dari padat menjadi gas atau dari gas menjadi padat disebut menyublin.

b. Perubahan Wujud Padat Menjadi Cair dan Sebaliknya

Misalnya dengan menyalakan sebuah lilin. Lilin yang sumbunya dibakar, setelah

beberapa saat, lilin akan meleleh dan memebeku lagi. Melelehnya lilin disebabkan oleh adanya

sejumlah kalor yang diserap lilin sehingga mengakibatkan suhu lilin bertambah besar. Kenaikan

suhu ini akan mengakibatkan energi getar molekul-molekul lilin bertambah sehingga mampu

melepaskan diri dari ikatan antar molekul yang besar. Proses pembekuan kembali lilin cair

disebabkan oleh terserapnya sejumlah kalor yang dimiliki lilin cair oleh lingkungan di sekitarnya

(misalnya tempat lilin dan udara).Akibatnya, suhu lilin cair menjadi turun dan lilin membeku

kembali.Seperti gambar di bawah ini :

GAMBAR : lilin yang dibakar akan meleleh, lalu membeku

c. Perubahan Wujud Cair menjadi Gas dan Sebaliknya

Misalnya dengan memanaskan air dalam tabung reaksi sampai mendidih atau dalam

kehidupan sehari-hari yaitu yang sering kita jumpai adalah dengan memanaskan air diatas

kompor sampai mendidih. Seperti pada pada gambar dibawah ini :

GAMBAR : zat cair menguap karena menerima kalor

Jika zat cair diberikan kalor secara terus-menerus zat cair tersebut akan berubah wujud

yaitu menjasdi gas (uap). Hal ini membuktikan bahwa wujud zat cai menjadi gas.

2. Kalor Dapat Mengubah Suhu suatu Benda

Misalnya dengan mencampurkan air panas dengan air dingin, seperti yang terlihat pada

gambar dibawah ini :

GAMBAR : Pencampuran air panas dengan air dingin ( Air panas pada gelas dan air dingin pada mangkuk)

Pada saat kita menumpahkan air panas ke air dingin, maka energi kalor mengalir dari air

panas ke air dingin sehingga pada akhirnya kita akan mendapatkan bahwa suhu air dalam

mangkuk berada diantara suhu-suhu air sebelum dicampurkan. Hal ini menunjukkan kalor dapat

mengubah suhu suatu benda.

Selain itu kita juga sering jumpai dalam kehidupan sehari-hari yaitu, ketika kita

mencelupkan sebuah sendok kedalam sebuah gelas yang berisi air panas. Perhatikan gambar

dibawah ini :

GAMBAR : Mencelupkan sebuah sendok pada gelas yang berisi air panas.

Mungkin kalian bertanya, mengapa sendok menjadi terasa panas ketika dicelupkan ke dalam air

panas ?..itu karena suhu sendok lebih rendah dibandingkan suhu air, energi kalor akan mengalir

dari air menuju sendok sehingga suhu sendok akan naik.

Pemberian kalor menyebabkan suhu benda berubah. Makin banyak kalor yang diberikan

kepada benda, maka suhu benda makin tinggi. Berarti sebanding dengan perubahan

suhu.sehingga diketahiu bahwa kalor (∆Q) berbanding lurus dengan massa zat (m), kenaikan

suhu (∆T), dan kalor jenis zat (c). Oleh karena itu, persamaan tentang kalor dapat dituliskan

sebagai berikut :

Dengan m = massa benda (kg),

Δ T = perubahan suhu ( C) dan

c = kalor jenis benda (J/kg C).

Kalor jenis dan kapasitas kalor

∆Q = m c ∆T

Kalor jenis didefenisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan

suhu satu satuan massa benda sebesar 1C. Untuk menaikkan suhu 1 kg raksa sebsar 1C

diperlukan kalor sebanyak 0,126 J; untuk besi 0,460 J; untuk eter 2,184 J; untuk air 4,184 J, dan

sebagainya. Jadi, Craksa = 126 J/kgC, Cbesi = 460 J/kgC, Ceter = 184 J/kgC, dan Cair = 4200 J/kgC.

Selain kalor jenis, dikenal pula istilah kapasitas kalor. Kapasitas kalor (C) didefenisikan

sebagai banyaknya kalor yang diperlukan m gram benda agar suhunya naik 1 C. Kapasitas kalor

C dirumuskan sebagai :

C =

QΔT dimana C = m c

Satuan kapasitas kalor adalah kal/C atau joule/C. Kapaitas kalor biasa juga disebut nilai air.

Tabel 1.1 kalor jenis (suhu 20C dan tekanan 1 atm)

zat Kerapatan (kg/m3

) Kalor jenis c ( J/kg

Udara

Air

Aluminium

Tembaga

Besi

Timah

Perak

1,20

1 000

2 700

8 900

7 900

11 300

10 500

1 010

4 200

900

380

460

159

235

3. Penerapan Kalor dalam Kehidupan Sehari-hari

Konsep perpindahan kalor diterapkan dalam berbagai peralatan rumah tangga, misalnya

termos dan setrika. Termos dapat mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi,

maupun secara radiasi. Setrika memindahkan kalor kepada pakaian yang disetrika secara

konduksi.

a. Termos

Termos mempunyai dinding rangkap

yang berlapis perak dibagian dalamnya.

Ruang antara kedua dinding tersebut

merupakan daerah hampa udara. Es di

dalam termos dapat bertahan lama karena

tidak memperoleh kalor dari luar.

Begitupula minuman yang panas akan tetap panas dalam waktu yang lama karena kalor tidak

bisa keluar. Perpindahan kalor secara konduksi tidak mungkin terjadi dalam termos, sebab di

dalam termos terdapat kaca yang sukar menghantarkan kalor. Lagipula ruang hampa sama sekali

tidak menghantarkan kalor. Perpindahan kalor secara konveksi pun tidak terjadi karena ada

ruang hampa udara. Kemungkinan kalor bisa berpindah akibat radiasi, tetapi seluruhnya

dipantulkan kembali oleh permukaan mengkilap.

b. Setrika

Setrika listrik terbuat dari logam.

Gagangnya terbuat dari bahan yang

sukar menghantarkan panas,

misalnya kayu atau ebonit. Pada

bagian dalam setrika terdapat

elemen pemanas.

Elemen pemanas merupakan kawat yang terbuat dari bahan nikelin, konstantan, atau nikrom.

Kawat itu dililitkan pada lempeng mika yang merupakan isolator listrik dan tahan panas. Panas

yang dihasilkan setrika listrik dipindahkan kepakaian dengan cara konduksi.

PERSAMAAN KALOR

Jika benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, dengan sendirinya kalor mengalir dari benda yang memiliki suhu tinggi menuju benda yang memiliki suhu rendah. Kalor akan berhenti mengalir jika kedua benda mencapai suhu yang sama. Kita bisa mengatakan bahwa aliran kalor menyebabkan perubahan suhu pada benda yang bersentuhan. Berdasarkan penjelasan singkat ini, bisa disimpulkan bahwa kalor (Q) memiliki keterkaitan dengan suatu benda dan perubahan suhu (delta T) yang dialami benda tersebut. Ingat ya, setiap benda pasti mempunyai massa (m) dan jenis benda juga berbeda-beda.

Pada kesempatan ini, kita mencoba menyelidiki bagaimana hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan besarnya perubahan suhu (delta T), massa benda dan jenis benda. Untuk membantu menurunkan hubungan ini, alangkah baiknya jika kita tinjau 2 benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan. Misalnya kita memanaskan air menggunakan nyala api kompor.

Catatan :

Perlu diketahui bahwa gurumuda hanya membuat penalaran saja dan contoh yang gurumuda pakai juga dekat dengan kehidupanmu, karenanya mudah2an dirimu cepat paham. Kalau bingung dengan penjelasan gurumuda, dirimu bisa melakukan percobaan (di rumah atau di sekolah).

Hubungan antara Kalor (Q) dan Perubahan suhu (delta T)

Misalnya kita ingin memanaskan segelas air. Setelah dipanaskan, suhu air pasti bertambah (air mengalami perubahan suhu). Apabila nyala api kecil, perubahan suhu yang dialami air juga

kecil. Sebaliknya jika ketika memanaskan air, nyala api lebih besar, perubahan suhu yang dialami air pasti lebih besar (air lebih cepat panas)

Untuk membantu memahami persoalan ini, coba lakukan percobaan kecil2an berikut ini. Sediakan dua gelas air, termometer dan pemanas air (gunakan pemanas yang bisa dikontrol, misalnya kompor dll). Percobaan 1 : Masukan segelas air dalam sebuah wadah dan panaskan air tersebut selama 5 menit. Gunakan termometer untuk mengukur suhu akhir (suhu air setelah dipanaskan selama 5 menit). Catat suhu air tersebut… Percobaan 2 : Kalau wadahnya masih panas, dinginkan terlebih dahulu. Buang saja air yang sudah kepanasan tadi dan ganti dengan segelas air yang masih dingin. Kali ini nyala api diperbesar 2 kali… Silahkan panaskan air tersebut selama 5 menit. Setelah itu ukur suhu akhir air… Bandingkan suhu akhir air yang diperoleh pada percobaan 2 dengan percobaan 1. Manakah yang mengalami perubahan suhu yang lebih besar ? Kalau percobaan dilakukan dengan baik dan benar, dirimu pasti setuju kalau gurumuda mengatakan bahwa perubahan suhu air dalam percobaan 2 lebih besar daripada perubahan suhu air pada percobaan 1.

Nyala api dalam percobaan mewakili jumlah kalor (Q). Pada percobaan 1, nyala api kecil (Q kecil). Sebaliknya pada percobaan 2, nyala api besar (Q besar). Apabila Q kecil, perubahan suhu juga kecil. Sebaliknya jika Q besar, perubahan suhu juga besar. Semakin besar Q, semakin besar perubahan suhu benda. Kita bisa mengatakan bahwa jumlah kalor (Q) sebanding dengan perubahan suhu yang dialami benda. Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

Hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa benda (m)

Sekarang mari kita tinjau hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa benda (m). Mula-mula kita memanaskan segelas air, setelah itu kita memanaskan 2 gelas air. Jika nyala api sama dan suhu air mula2 juga sama, manakah yang lebih cepat panas : segelas air atau 2 gelas air ? Jika dirimu pernah memanaskan air, dirimu akan setuju kalau gurumuda mengatakan segelas air akan lebih cepat panas daripada 2 gelas air. Dengan kata lain, untuk kenaikan suhu yang sama, segelas air membutuhkan selang waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan 2 gelas air. Jika kita ingin agar selang waktu kenaikan suhu segelas air dan 2 gelas air sama, maka ketika memanaskan 2 gelas air, nyala api harus diperbesar 2 kali.

Besarnya nyala api mewakili jumlah kalor (Q) sedangkan segelas air dan 2 gelas air mewakili massa air tersebut. Segelas air mempunyai massa (m) yang lebih kecil, sedangkan 2 gelas air

mempunyai massa (m) yang lebih besar. Untuk kenaikan suhu yang sama, segelas air (m kecil) membutuhkan nyala api yang lebih kecil (Q kecil) sedangkan 2 gelas air (m besar) membutuhkan nyala api yang lebih besar (Q besar). Kita bisa mengatakan bahwa jumlah kalor (Q) sebanding dengan massa air. Secara matematis, hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa (m) dapat ditulis sebagai berikut :

Hubungan antara jumlah kalor (Q) dan Jenis benda (m)

Untuk membantu menurunkan hubungan antara kalor (Q) dan jenis benda, lakukan percobaan berikut ini. Siapkan sepotong besi dan sepotong kayu (usahakan panjangnya harus sama). Panaskan besi dan kayu tersebut dengan nyala lilin. Walaupun nyala lilin sama, biasanya besi

akan lebih cepat panas daripada kayu (malah kayu bisa kebakar ). Pada dasarnya, jika jenis benda berbeda maka perubahan suhu yang dialami benda juga berbeda-beda. Hal ini disebabkan karena sifat setiap benda berbeda. Kita bisa mengatakan bahwa kalor (Q) sebanding dengan jenis benda. Secara matematis, hubungan antara jumlah kalor (Q) dan jenis benda dapat ditulis sebagai berikut :

Persamaan 1, persamaan 2 dan persamaan 3 bisa ditulis kembali sebagai berikut :

Persamaan ini menyatakan hubungan antara Kalor (Q) dengan massa benda (m), kalor jenis (c) dan perubahan suhu (delta T).

Keterangan :