Langsung ke konten utama

kalor

II. KALOR

            Sudah dijelaskan pada bab sebelumnya apabila dua buah benda yang berbeda temperaturnya saling berkontak termal, temperatur benda yang lebih panas berkurang sedangkan temperatur benda yang lebih dingin bertambah. Ada sesuatu yang berpindah dalam kasus ini, apa ?
Kalorik, suatu materi yang tak terlihat, yang mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah.

Benyamin Thomson/Count Rumford (1753-1814) dengan eksperimen-nya, dia mengebor logam, teramati bahwa mata bor menjadi panas dan didinginkan dengan air (sampai airnya mendidih), tentunya dari teori “kalorik”, kalorik tersebut lama kelamaan akan habis dan ternyata bila proses tersebut berlanjut terus kalorik tersebut tidak habis, jadi teori kalorik tidak tepat. Jadi kalor bukan materi.

                                                                 kalor
                                                T1                                            T2                      T1>T2

1. KALOR dan ENERGI TERMAL
Ada suatu perbedaan antara kalor (heat) dan energi dalam dari suatu bahan. Kalor hanya digunakan bila menjelaskan perpindahan energi dari  satu tempat ke yang lain.
Kalor adalah energi yang dipindahkan akibat adanya perbedaan temperatur.. Sedangkan energi dalam (termis) adalah energi karena temperaturnya.


1.1. Satuan Kalor.
Satuan kalor adalah kalori dimana, 1 kalori adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gr air dari 14,5 C menjadi 15,5 C.
Dalam sistem British, 1 Btu  (British Thermal Unit)  adalah kalor untuk menaikkan temperatur 1 lb air dari 63 F menjadi 64 F.
                        1 kal = 4,186 J = 3,968 x 10-3 Btu
                        1 J = 0,2389 kal = 9,478 x 10-4 Btu
                        1 Btu = 1055 J = 252,0 kal

1.2. Kesetaraan Mekanik dari Kalor.
Dai konsep energi mekanik diperoleh bahwa bila gesekan terjadi pada sistem mekanis, ada energi mekanis yang hilang. Dan dari eksperimen diperoleh bahwa energi yang hilang tersebut berubah menjadi energi termal.
Dari eksperimen yang dilakukan oleh Joule (aktif penelitian pada tahun 1837-1847)  diperoleh kesetaraan mekanis dari kalor :
                                    1 kal = 4,186 joule

3. KAPASITAS KALOR dan KALOR JENIS
Kapasitas kalor (C) : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari suatu sampel bahan sebesar 1 Co.
                                    DQ = C DT
Kapasitas panas dari beberapa benda sebanding dengan massanya, maka lebih mudah bila didefinisikan kalor jenis, c :
 Kalor jenis, c : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1 Co.           
                                    DQ = m c DT

                                                   T2    
Bila harga c tidak konstan : Q = ò m c  dT
                                                T1

Catatan : untuk gas kalor jenis biasanya dinyatakan untuk satu mol bahan, dsb kalor jenis molar,
DQ = n c DT

Kalor jenis beberapa bahan pada 25 C.
Bahan
c (kal/gr. Co)
Bahan
c (kal/gr. Co)
Aluminium
0,215
Kuningan
0,092
Tembaga
0,0924
Kayu
0,41
Emas
0,0308
Glas
0,200
Besi
0,107
Es (-5 C)
0,50
Timbal
0,0305
Alkohol
0,58
Perak
0,056
Air Raksa
0,033
Silikon
0,056
Air (15 C)
1,00

3. KALOR LATEN
Suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu, aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair (mencair), cair menjadi uap (mendidih) dan perubahan struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi.
Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah        
                                    Q = m L
dimana L adalah kalor laten.

4. PERPINDAHAN KALOR
Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal.
Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.

4.1. Konduksi
Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi.
 



Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elektron bergetar dengan amplitudi yang makin membesar. Selanjutnya bertumbukan dengan atom dan elektron disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elektron di ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elektron bebas.


 

                                         T2                      T1 T1
 

                                                                                    Aliran kalor
                                                                        A
                                                              Dx

Bila T2 dan T1 dipertahankan terus besarnya, maka kesetimbangan termal tidak akan pernah tercapai, dan dalam keadaan  mantap/tunak (stedy state), kalor yang mengalir persatuan waktu sebanding dengan luas penampang A, sebanding dengan perbedaan temperatur DT dan berbanding terbalik dengan lebar bidang Dx
                                                            DQ/Dt = H µ A DT/Dx




Untuk penampang berupa bidang datar :          
 

           
                                    T1                                            T2
                                                            L

                                                H = - k A (T1 - T2 ) / L
k adalah kondutivitas termal.
Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :
Bahan
k  (W/m.Co)
Bahan
k  (W/m.Co)
Aluminium
238
Asbestos
0,08
Tembaga
397
Concrete
0,8
Emas
314
Gelas
0,8
Besi
79,5
Karet
0,2
Timbal
34,7
air
0,6
Perak
427
kayu
0,08


udara
0,0234

Untuk susunan beberapa bahan dengan ketebalan L1, L2,, ... dan konduktivitas masing-masing k1, k2,, ... adalah :                 
                                    H  =    A (T1 - T2 )
                                                å (L1/k1)



 

                                                                       
                                                  k1          k2
            T1                                    L1            L2                       T2
           

                                               
Bagaimana dengan bidang yang berbentuk silinder ?

4.2. Konveksi
            Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural convection) dan bila didorong, misal dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced convection).
            Besarnya konveksi tergantung pada :
a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).
b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (DT).
c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :
            # viscositas fluida
            # kecepatan fluida
            # perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida
            # kapasitas panas fluida
            # rapat massa fluida
            # bentuk permukaan kontak

            Konveksi :                 H = h x A x DT

4.3. Radiasi
            Pada proses radiasi, energi termis diubah menjadi energi radiasi. Energi ini termuat dalam gelombang elektromagnetik, khususnya daerah inframerah (700 nm - 100 mm). Saat gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi energi radiasi berubah menjadi energi termal.
            Untuk benda hitam, radiasi termal yang dipancarkan per satuan waktu per satuan luas  pada temperatur T kelvin adalah :

                                    E = es T4.    
dimana s : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4.
                 e : emitansi (0 £ e £ 1)




Komentar

Postingan populer dari blog ini

Kalor Jenis Benda dan Kapasitas Kalor

Tidak seperti besaran fisika umumnya, kalor adalah besaran yang tidak dapat dilihat. Jumlah kalor yang diserap atau dilepas suatu benda hanya dapat diukur dengan mengamati pengaruhnya terhadap bahan di sekitarnya. Untuk dapat merumuskan jumlah kalor, perhatikan percobaan berikut.





Pada gambar (a), kedua bejana diisi dengan zat cair yang sejenis dan dipanaskan dalam selang waktu yang sama. Ternyata pada bejana yang berisi zat cair lebih sedikit, suhunya lebih tinggi. Jadi, jumlah kalor yang diserap benda berbanding lurus dengan massa benda ( Q ∞ m). Pada gambar (b), kedua benda diisi zat cair yang sejenis dan sama massanya. Ternyata pada selang waktu yang sama, bejana yang dipanasi dengan api lebih besar, memiliki suhu yang lebih tinggi. Jadi, jumlah kalor sebanding dengan kenaikan suhu (Q ∞∆T). Pada gambar (c), bejana A diisi dengan alkohol dan bejana B diisi dengan air. Massa  kedua zat cair di dalam masing-masing bejana sama. Ternyata dalam selang waktu yang sama, suh…

PRINSIP KERJA CERMIN CEMBUNG

PRINSIP KERJA CERMIN CEMBUNG

Pendahuluan
cermin adalah Cermin yang dibuat paling awal adalah kepingan batu mengkilap seperti obsidian, sebuah kaca volkanik yang terbentuk secara alami. Cermin obsidian yang ditemukan di Anatolia (kini Turki), berumur sekitar 6000 SM. Cermin batu mengkilap dari Amerika tengah dan selatan berumur sekitar 2000 SM. Cermin dari tembaga yang mengkilap telah dibuat di Mesopotamia pada 4000 SM dan di Mesir purba pada 3000 SM. Di China, cermin dari perunggu dibuat pada 2000 SM.
Cermin kaca berlapis logam diciptakan di Sidon (kini Lebanon) pada abad pertama M,dan cermin kaca dengan sandaran dari daun emas disebutkan oleh seorang pengarang dari Romawi bernama Pliny dalam buku Natural History miliknya, yang dikarang sekitar tahun 77 M. Orang Romawi juga mengembangkan teknik menciptakan cermin yang kasar dari kaca hembus yang dilapisi dengan timah yang dilelehkan.Cermin parabola pantul pertama kali dideskripsikan oleh fisikawan dari Arab bernama Ibn Sahl…