Home / Fisika / suhu dan kalor

Suhu dan Kalor

  • 8 min read
Loading...

Penulis : Rafi Alif Fadilla, Mahasiswa FMIPA Jurusan Fisika UI

Suhu

Secara definisi, suhu dapat diartikan sebagai nilai kuantitatif yang berkaitan dengan panas atau dinginnya suatu benda dalam suatu kondisi, kuantitatif disini maksudnya dapat dihitung dengan jelas atau mempunyai nilai yang pasti. Untuk mengukur suhu diperlukan suatu alat bernama termometer, kita dikenalkan dengan 4 macam termometer dengan satuan yang berbeda-beda, yaitu:

  1. Celcius yang mempunyai titik beku 0 dan titik didih 100.
  2. Reamur yang mempunyai titik beku 0 dan titik didih 80.
  3. Fahrenheit yang mempunyai titik beku 32 dan titik didih 212.
  4. Kelvin yang mempunyai titik beku 272 dan titik didih 373.

Dengan ini kita dikenalkan dengan beberapa istilah baru yang mungkin masih sedikit susah untuk dipahami yaitu titik beku dan titik didih, titik beku maksudnya batas dimana cairan tersebut dapat membeku atau berubah bentuk menjadi padat. Titik didih maksudnya batas dimana cairan tersebut dapat mendidih atau berubah bentuk menjadi gas.

Penting untuk dicatat juga bahwa satuan internasional (SI)

Loading...
dari suhu adalah Kelvin, walaupun seringkali dalam kehidupan sehari-hari kita mendapati bahwa suhu selalu dalam satuan celcius, namun menurut kesepakatan satuan internasional fisika, satuan suhu adalah kelvin maka jika kita mengerjakan persoalan fisika yang berkaitan dengan suhu dan mendapati satuannya adalah celcius, maka kita wajib mengubahnya menjadi Kelvin, dengan cara yang akan dibahas selanjutnya.

Perbandingan skala dari keempat termometer tersebut juga harus dipelajari untuk mengetahui cara mengkonversi dari satu termometer ke termometer lainnya. Perbandingan skala termometer suhu mempunyai rumus:

C:R:(F-32):(K-273) = 5:4:9:5

termometer suhu
Gambar 1, ilustrasi termometer suhu (sumber: dok. Pribadi)

Kalor

kalor

Secara definisi, kalor adalah suatu perpindahan bentuk energi yang berbentuk energi panas dengan berpindah dari benda yang mempunyai nilai suhu tinggi ke benda yang mempunyai nilai suhu lebih rendah. Perpindahan kalor atau perpindahan bentuk energi panas terjadi menjadi 3 macam yaitu:

1. Konduksi (Penghantaran)

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat/benda terhadap zat/benda lain tanpa adanya perpindahan partikel dari zat tersebut. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari jika kita menyentuh panci panas yang diletakkan diatas kompor, kita akan merasakan perpindahan kalor dari material panci yang dapat menghantarkan panas ke tangan kita, namun partikel-partikel panasnya tetap berada dalam panci yang mana dalam kata lain partikel panasnya tidak berpindah.

Konduksi mempunyai rumus yaitu:

Q/t = k.A/l.ΔT

2. Konveksi (pengaliran)

Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat/benda terhadap zat/benda lain dengan adanya perpindahan partikel dari zat tersebut. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari jika kita menggunakan mesin pendingin ruangan (AC) kita merasakan adanya perpindahan kalor yang ditandai dengan perubahan suhu dan juga kita merasakan terjadinya pemindahan suatu partikel yaitu partikel udara dingin yang dikirimkan oleh AC tersebut sehingga ruangan kita menjadi terasa lebih dingin.

Konveksi mempunyai rumus, yaitu:

Q/t = h.A. ΔT

3. Radiasi (Pemancaran)

Radiasi berbeda dengan konveksi maupun konduksi karena radiasi adalah suatu fenomena perpindahan kalor tanpa adanya zat perantara. Contoh dalam kehidupan sehari-hari adalah jika kita berjemur dibawah sinar matahari kita akan merasa hangat secara langsung yang berasal dari matahari.

Radiasi mempunyai rumus yaitu:

P = e.σ.T4.A

radiasi sinar matahari
Gambar 2. ilustrasi radiasi sinar matahari (sumber: republika.co.id)

Keterangan:

Q = Kalor (Joule)

t = Waktu (sekon)

k = konduktivitas termal (J/m.s.K)

A = Luas Permukaan (m2)

l = Tebal Lapisan (m)

T = suhu (K)

h = koefisien konveksi (W/m2K4)

e = emisivitas bahan (0<e<1)

Peristiwa Suhu dan Kalor

1. Perubahan Suhu

Jika ada sebuah peristiwa suatu benda maupun suatu zat yang diberikan suatu kalor maka akan menyebabkan perubahan suhu pada benda atau zat tersebut namun tidak disertai dengan oerubahan wujud. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari adalah jika kita meminum teh hangat yang masih panas bersuhu 80 ̊C maka otomatis kita akan meniupnya hingga suhu 20 ̊C yang sekiranya tidak panas lagi dan dapat kita minum, dalam peristiwa ini keadaan teh hangat tidak berubah bentuk namun hanya mengalami yang dinamakan dengan perubahan suhu.

Peristiwa perubahan suhu ini mempunyai rumus sendiri yaitu:

Q = m.c. ΔT

Keterangan:

Q = kalor (Joule)

m = massa zat (Kg)

c = kalor jenis benda (J/Kg. ̊C)

ΔT = Perubahan Suhu ( ̊C)

2. Perubahan Wujud

Perubahan wujud adalah lawan dari perubahan suhu dimana keadaan jika suatu zat atau benda diberikan suatu penambahan/pengurangan kalor akan menyebabkan perubahan wujud namun tidak mengalami perubahan suhu. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari adalah jika ada air mendidih pada suhu 100 ̊C akan mengalami perubahan bentuk sedikit demi sedikit menjadi bentuk gas karena sudah mencapai titik didihnya.

Ada 2 jenis perubahan wujud yaitu:

a. Kalor Lebur

Peristiwa ini adalah saat kalor digunakan untuk merubah bentuk suatu benda padatan menjadi cair (melebur). Biasanya benda yang terlibat berbentuk liquid.

Rumus kalor lebur:

Q = m.L

b. Kalor Uap

Peristiwa ini adalah saat kalor digunakan untuk merubah bentuk suatu benda berbentuk cair menjadi benda berbentuk gas (uap)

Rumus kalor uap:

Q = m.U

Keterangan:

Q = Kalor (Joule)

m = massa (Kg)

L = Kalor Lebur (Joule)

U = Kalor Uap (Joule)

3. Pemuaian

Pemuaian adalah peristiwa berubahnya posisi dari molekul suatu zat yang menyebabkan benda bertambah besar akibat adanya peristiwa pemanasan. Berdasarkan dimensi dari benda, pemuaian dibagi menjadi 3 macam, yaitu:

Muai Panjang (1 dimensi)

Δl = lo.α.ΔT

Δl = lt – lo

Muai Luas (2 dimensi)

ΔA = Ao.β. ΔT

ΔA = At – Ao

Β = 2. α

Muai Volume (3 dimensi)

ΔV = Vo.γ. ΔT

ΔV = Vt – Vo

γ = 3 . α

Keterangan:

Loading...

Δl, ΔA, ΔV = Perubahan Panjang, luas dan volume (m, m2, m3)

Lt,At,Vt = Panjang, luas, volume akhir setelah pemuaian (m, m2, m3)

Lo,Ao,Vo = Panjang, luas, volume awal sebelum pemuaian (m, m2, m3)

4. Asas Black

Asas black adalah suatu persamaan kondisi dimana pada saat peristiwa pencampuran 2 zat, banyaknya kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu tinggi nilainya sama dengan banyaknya kalor yang diterima oleh zat yang memiliki suhu yang rendah.

Rumus asas black adalah:

Qlepas = Qterima

Contoh Soal Latihan

1. Pada suatu termometer menunjukkan suhu 50 ̊C, maka suhu tersebut pada Fahrenheit dan kelvin adalah?

jawab:

diketahui: C = 50 ̊C

menghitung suhu pada Fahrenheit menggunakan rumus skala termometer:

C/F-32 = 5/9

50/F-32 = 5/9

F-32 = 9.50/5

F-32 = 90

F = 90+32 = 122 ̊F

rumus cepat: F = 9/5 x C + 32

menghitung suhu pada Kelvin menggunakan rumus skala termometer:

C/K-273 = 5/5

C = K-273

K = C +273 = 50 + 273 = 323 K

rumus cepat: K = C +273

2. sebuah benda bermassa dengan suhu awal -5 ̊C dicampurkan kesebuah wadah berisi air dengan massa air tersebut adalah 260 gram dengan suhu 35 ̊C. jika suhu dari benda tersebut setelah pencampuran adalah 10 ̊C, maka berapa massa awal benda tersebut? (Kalor lebur benda = 60 Kal/g, kalor jenis air = 1 kal/g. ̊C)

Jawab:

diketahui: suhu benda (Tbenda) = -5 ̊C

suhu air (Tair) = 35 ̊C

suhu campuran (Tcamp) = 10 ̊C

massa wadah berisi air = 260 gram

kalor lebur es = 60 Kal/g

kalor jenis air = 1 kal/g. ̊C

persoalan ini bisa dijawab dengan memakai prinsip asas black.

Qlepas = Qterima. (yang melepas kalor adalah yg memiliki suhu lebih tinggi, begitu pula sebaliknya. berarti yang melepas adalah air, yang menerima adalah benda tersebut)

mair.cair.ΔT = mbenda.cair. ΔT + m.Lbenda (pada Qterima terjadi penambahan massa ditambah kalor lebur karena mengalami perubahan bentuk dari padat ke cair)

260. 1.(35-10) = m. 1.(10-(-5)) + m.60

6500 = m.15 + m.60

6500 = m.75

m = 6500/75 = 86,6 gram

3. Panjang 2 buah besi alumunium masing-masing adalah 5 meter dipasang pada cuaca bersuhu 25 ̊C. dengan sebuah percobaan, besi alumunium ini diinginkan bergabung pada saat cuaca bersuhu 30 ̊C. maka jarak yang diperlukan kedua besi alumunium tersebut pada suhu 25 ̊C adalah? (koef. muai Panjang = 12.10-6/ ̊C)

jawab:

diketahui: Lo = 10 m

a = 12.10-6/ ̊C

to = 25 ̊C

t1 = 30 ̊C

Ltotal = Lo.(1+a.ΔT)

Ltotal = Lo + Lo.a. ΔT

Ltotal – Lo = Lo.a. ΔT

ΔL = Lo.a. ΔT

= 10. 12.10-6.(30-25)

= 10. 12.10-6.5

=6 x 10-4 meter

Pertanyaan Umum

Ada berapa variasi dari termometer suhu?

Ada 4, celcius, reamur, fahrenheit, kelvin.

Bagaimana suatu benda bisa mengalami berubahan wujud?

Dengan melewati nilai suhu titik leleh dari benda tersebut

Apa yang dimaksud dengan asas black?

Asas black adalah suatu prinsip pencampuran dua benda yang berbeda suhu yang mana nantinya akan menghasilkan suatu rumus yaitu nilai kalor yang melepas suhu akan sama dengan nilai kalor yang menerima suhu.

Bagaimana proses radiasi terjadi?

Radiasi adalah proses pemindahan panas secara langsung tanpa perantara maka proses perpindahannya adalah suatu benda yang memancarkan panas secara langsung memberikan panas tanpa adanya perantara.

Mengapa suatu benda bisa memuai?

Karena pengaruh dari suhu lingkungan benda tersebut maka benda tersebut bisa memuai

Daftar Pustaka

1. https://www.machinedesign.com/ (kalor).

2. https://physics.info/temperature/ (suhu).

3. https://physics.gurumuda.net/black-principle.htm (asas black).

4. https://courses.lumenlearning.com/physics/chapter/14-3-phase-change-and-latent-heat/ (peristiwa suhu dan kalor).

5. https://www.youtube.com/watch?v=dxtz2POUTJE (perubahan wujud, perubahan suhu dan kalor).

Baca juga

Loading...