KALOR

Suhu dan kalor merupakan suatu fenomena yang 1. Pendahuluan. Suhu dan kalor merupakan suatu fenomena yang lain dalam bidang fisika. Kalau dalam mekanika keadaan setimbang suatu sistem mekanik dapat dinyatakan dalam besaran-besaran dasar seperti panjang , massa dan waktu maka dalam fenomena panas diperlukan besaran lain ; yaitu panas atau kalor • Suhu : menyatakan ukuran kuantitatif keadaan panas dinginnya suatu benda • Panas (kalor) : menyatakan ukuran energi panas yang terdapat pada suatu benda karena pengaruh perbedaan suhu 2 2

Pengertian Kerja, Kalor dan Energi Kerja, Kalor dan Energi adalah konsep yang mendasar dalam termodinamika . Semua pengukuran kalor dan perubahan energi menghasilkan pengukuran kerja. Kerja = gaya x jarak ; kerja dilakukan selama proses untuk menghasilkan suatu perubahan Energi = kapasitas sistem untuk melakukan kerja Kalor = energi sistem yang berubah sebagai hasil perbedaan temperatur antara sistem dan temperatur lingkungan. Proses pelepasan energi sebagai kalor disebut eksoterm, dan proses penyerapan energi sebagai kalor disebut endoterm 3

A B C Hukum Termodinamika ke Nol Hukum ini meletakkkan konsep suhu pada dasar yang kokoh, yaitu bila dua sistem ada dalam kesetimbangan termal, maka keduanya mempunyai suhu yang sama, bila tak ada dalam kesetimbangan termal maka keduanya mempunyai suhu yang berbeda. Tinjau 3 sistem A, B dan C, Fakta eksperimental : bila sistem A ada dalam kesetimbangan termal dengan sistem B, dan sistem B juga ada dalam kesetimbangan termal dengan C maka A ada dalam kesetimbangan dengan C: - TA = TB TA = TC - TB = TC A B C 4

Aplikasi Hukum ke Nol STOP ! Bagaimana termometer air raksa bekerja untuk mengukur suhu badan? Aplikasi Hukum ke Nol 5

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Secara matematis. hukum termodinamika I pada sistem tertutup, dinyatakan sebagai: dU = dq + dw U = q + w Dengan kata lain, perubahan energi dalam sistem (U) setara dengan panas yang diberikan pada sistem (q) dan kerja yang dilakukan terhadap sistem (w) Jika hanya diberikan panas, berlaku: U = q Jika hanya dilakukan kerja berlaku: U = w 6

• Alat ukur suhu ( termometer) Prinsip kerja termometer adalah berdasarkan pada pemuaian atau panas yang dipancarkan • Standar skala suhu : Titik tripel air (273.16 0C) Titik didih air (373.16 0C) • Skala termometer : Perbandingan skala termometer Kelvin , Celcius , Rankine dan Fahrenheit 0 K 0 C 0 R 0 F Titik uap 373 100 672 212 Titik beku 273 492 32 Titik mutlak -273 -460 7 7

• Hubungan antara suhu Celsius (tC ) dengan suhu Kelvin (TK) tC = TK – 273.16 • Hubungan antara Rankin dengan Kelvin TR = 9 / 5 TK • Hubungan antara Celsius dengan Fahrenheit tC = 5 / 9 ( tF - 320 ) Kesetimbangan termal : beberapa buah sistem yang berada dalam keadaan tingkat suhu yang sama 8 8

Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda sebagai akibat adanya perubahan suhu. Dikenal tiga macam pemuaian , yaitu : pemuaian panjang , pemuaian bidang dan pemuaian volum. • Pemuaian panjang , α = koefisien muai panjang ∆L = α L ∆T ...........(01a) • Pemuaian bidang , β = koefisien muai luas ∆A = β A ∆T , β = 2 α ……...(01b) • Pemuaian vol , γ = koefisien muai volum : ∆V = γ V ∆T , γ = 3 α ………(01c) 9 9

σ (=F/A) = Y (∆L/L0 ) dengan ∆L = α L0 ∆T - Tegangan termal : ... Pada berbagai bangunan , terdapat bagian-bagian .... tertentu yang dirancang secara khusus agar tidak ... dapat memuai atupun menyusut dikala suhu beru- .... bah.Karena ukuran bendanya tidak dapat berubah ........ maka dalam bahan akan terjadi tegangan yang .... disebut tegangan termal . .... Besarnya tegangan (σ) termal ini adalah : σ (=F/A) = Y (∆L/L0 ) dengan ∆L = α L0 ∆T atau σ = Y α ∆T …………..(02) Y = modulus Young , ∆T = kenaikan suhu α = koefisien muai panjang 10 10

Perubahan wujud benda dapat disebabkan oleh :   Wujud benda dapat dalam bentuk : padat , cair , gas Perubahan wujud benda dapat disebabkan oleh : perubahan tekanan dan atau temperatur benda. P C   Padat cair   gas A   T A : adalah titik triple , dimana wujud padat , cair dan uap dalam kesetimbangan thermal ( temperatur sama) C : adalah titik kritis (TC) , dimana pada temperatur >Tc tidak terdapat wujud cair Pada umumnya setiap benda mempunyai titik kritis dan titik triple sendiri 11 11

Titik tripel : titik (suhu) dimana terdapat tiga 3. Peralihan wujud : Titik tripel : titik (suhu) dimana terdapat tiga macam wujud benda , yaitu : padat , cair dan gas • Kalor : merupakan energi panas • Satuan kalor : kalori 1 kalori = banyaknya energi panas yang diperlu kan untuk menaikkan suhu 1 gram benda sebesar 1 0C I kal = 4.186 Joule atau 1 J = 0.24 kal • Kapasitas kalor ,C dan kapasitas kalor jenis , c : C = ∆ Q / ∆ T ...........(03) 12 12

• Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu c = C / m = (1/m) (∆Q/∆T) ..........(04) • Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda yang bermassa m dari suhu T1 ke T2 adalah : Q = mc (T2 – T1) .........(05) • Panas laten ,L (kal) : Penyerapan energi dapat terjadi pada suhu konstan yaitu ; saat terjadi perubahan wujud benda(meleleh , menguap, membeku dan lain- lain.) Banyaknya kalor yang diserap persatuan massa saat terjadi perubahan wujud adalah : Q = m L ……..(06) 13 13

Q yang dilepas benda bersuhu tinggi = • Asas Black : Q yang dilepas benda bersuhu tinggi = Q yang diterima benda bersuhu rendah Contoh 1 : Kalorimeter ( cCU = 0.093 kal / (gr. 0C)) massa nya 100 gram , berisi 150 gram air dan 8 gram es. Ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram timah ( cPb = 0.031 kal / (gr.0C )) bersuhu 200 0C . Berapa suhu akhir sistem ? (cair = 1kal / (gr.0C)) Jawaban : Qdilepas = Qditerima Qdilepas = 100 gr x 0.031 kal/(gr.0C) x (200 0C - t) 14 14

Qditerima = 8 gr x 80 kal/gr + (8 + 150)gr x kal/(gr. 0C) x t + 100 gr x 0.093 kal/(gr. 0C) x t 170.4 t = -20 0C → t = - 0.12 0C t negatif berarti tidak semua es melebur Jumlah es yang melebur adalah : 80 gr x M = 100 gr x 0.31 kal/(gr. 0C) x 200 0C M = 7.78 gram 15 15

Sering terjadi transformasi dari kalor menjadi usaha 4. Kalor dan Usaha Sering terjadi transformasi dari kalor menjadi usaha ataupun sebaliknya Proses ini harus memenuhi hukum kekekalan energi yaitu : • Kalor yang diterima = Usaha + perubahan energi dakhil dQ = dW + dU .......(07) Hukum Pertama Termodinamika • Usaha : W = ∫ p dV .......(08) Berbagai proses perubahan dari kalor ke usaha atau sebaliknya • Proses adiabatic: Tidak ada kalor yang masuk ataupun keluar dari system, dQ = 0 16 16

Proses yang berlangsung pada suhu etap dU = 0 dQ = dW .....(10) pVγ = konstan W = ∫ p dV W = (p1 V1 - p2 V2 ) / (1 - γ) ......(09) • Proses isotermis : Proses yang berlangsung pada suhu etap dU = 0 dQ = dW .....(10) • Proses isobaric : Proses berlangsung pada tekanan system tetap W = p (V2 - V1) ......(11) • Proses isovolum : Proses berlangsung pda volum tetap dW = 0 dU = dQ ......(12) 17 17

Mesin Kalor Tidak ada mesin kalor yang mempunyai efisiensi 100% Hukum I : Q1-Q2=W Efisiensi mesin kalor 18

Siklus Kompresi Uap

Reverse Carnot Cycle 20