SUHU DAN KALOR
A. SUHU
Suhu adalah derajat panas atau dinginnya
suatu benda. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu, baik
suhu renda maupun tinggi. Prinsisp termometer :
“Pada saat termometer disentuhkan pada
suatu zat yang diukur suhunya, suhu termometer berangsur-angsur berubah menuju
suhu keseimbangan dengan suhu zat. Perubahan suhu termometer tersebut akan
menyebabkan perubahan penunjukan skala pada termometer. Suhu zat yang diukur
sama besarnya dengan skala yang ditunjukkan oleh termometer pada saat
terjadinya keseimbangan termal anatar zat dengan termometer itu”.
Kelemahan alkohol sebagai pengisi pipa
termometer antara lain:
·
Alkohol
mendidih pada suhu rendah (780C)
·
Alkohol
membasahi kaca dan cenderung mencatat suhu yang terlalu rendah dengan cepat
·
Alkohol
tak berwarna sehingga perlu diberi warna agar mudah diamati
·
Pemuaian alkohol kurang
teratur jika dibandingkan dengan air raksa
Keunggulan
Alkohol dibandingkan air raksa ialah alkohol membeku pada suhu yang rendah
(titik bekunya -1140C), tetapi titik didihnya rendah (780C).
Termometer dengan cairan alkohol sangat baik untuk mengukur suhu-suhu rendah.
Keunggulan air
raksa sebagai pengisian pipa termometer, sebagai berikut:
·
Raksa
tidak membasahi dinding pipa sehingga hasil engukuran lebih teliti
·
Segera
dapat mengambil panas dari benda yang hendak diukur suhunya, sehingga suhu
raksanya dapat segera sama dengan benda yang diukur
·
Raksa
dapat dipakai untuk mengukur suhu dari rendah sampai tinggi (daerah ukurnya
besar), karena raksa mempunyai titik beku -390C dan titik didih 1370C)
·
Raksa
mudah dilihat karena berkilau seperti perak
·
Raksa
memiliki pemuian yang teratur
Hubungan antara skala termometer yang satu dengan yang
lainnya
B. PEMUAIAN
Pemuaian adalah peristiwa berubahnya
ukuran benda yang diakibatkan oleh perubahan suhu.
Manfaat pemuaian, sebagai berikut:
·
Pengelingan
pelat logam pada pembuatan badan kapal
·
Pembuatan
keping bimetal yang dimanfaatkan pada saklar termal, termostat bimetal,
termometer bimetal, dan lampu sen mobil
·
Pemanaasan
ban baja sehingga memuai dan roda pas masuk ke ban baja dan ketika ban baja
dingin ia akan menyusut serta memegang roda dengan kuat (pemasangan roda pada
ban baja)
·
Memasang
pelek besi pada roda kayu kereta
·
Pemasangan
rel dan jembatan
·
Memasang
kabel listrik dan kabel telpon
·
Alaram
kebakaran otomatis
Kerugian
pemuaian, sebagai berikut:
·
Rel kereta api
melengkung
·
Kaca jendela rumah
menjadi retak
·
Jembatan melengkung
·
Kemungkinan putusnya
kawat telepon apabila tidak dibuat kendur karena pemuaian dan penyusutan.
·
Pipa minyak membengkok
Macam-macam pemuaian zat :
a.
Pemuaian
panjang zat padat
Ket :
ℓ0 = panjang mula-mula (m)
ℓ = panjang setelah pemuaian (m)
Δℓ = ℓ - ℓ0 = perubahan
panjang (m)
ΔT = perubahan suhu (K atau 0C)
α = koefisien muai panjang (K-1
atau 0C-1)
b.
Pemuaian
luas zat padat
ΔA = A0 . β . ΔT
A = A0 (1 + β . ΔT)
β = 2 α
Ket :
A0 = luas benda mula-mula (m2)
A = luas benda setelah pemuaian (m2)
ΔA = A – A0 = perubahan luas
benda (m2)
β = koefisien muai luas (K-1
atau 0C-1)
c.
Pemuaian
volume pada zat padat
ΔV = V0 . γ . ΔT
V = V0 (1 + γ . ΔT)
γ = 3α
Ket :
V0 = volume benda mula-mula (m3)
V = volume benda setelah pemuaian (m3)
ΔV = V – V0 = perubahan volume
benda (m3)
Γ = koefisien muai volume (K-1
atau 0C-1)
d.
Pemuaian
gas dan cair
V = V0 (1 + γ . ΔT)
Ket :
γ = koefisien muai volum (K-1
atau 0C-1)
C.
KALOR
Kalor adalah energi
dalam yang dipindahkan dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah
ketika kedua benda disentuhkan (dicampur).
1 joule = 0,24
kalori atau 1 kal = 4,2 joule
1 kkal = 1000
kal
Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor
yang diperlukan/dilepaskan (Q) untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan
massa zat (m) sebesar satu satuan perubahan suhu zat (Δt).
Q = m. C. Δt Q = m . L
Ket : Q = banyaknya kalor (J atau kalori)
m = massa zat (kg atau gram)
c = kalor jenis zat (J/kg K atau kal/gr 0C)
Δt = peubahan suhu (K atau 0C)
Kapasitas kalor (Q) adalah banyaknya kalor
yang diperlukan dilepaskan (Q) untuk menaikkan suhu suatu benda, sebanding
dengan kapasitas kalor benda tersebut dan sebanding dengan perubahan suhunya.
Q = C . Δt
C = m . c
Ket : C = kapasitas kalor (J/kg K)
Catatan:
Jika Δt = + maka Q = +,
berarti benda menerima kalor
Jika Δt = - maka Q = -,
berarti benda elepaskan kalor
Prinsip Penggunaan Kalorimeter
“Zat yang akan
ditentukan kalor jenisnya dipanaskan sampai suhu tertentu, kemudian cepat-cepat
zat itu dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air yang suhu dan massanya
sudah diketahui. Kalorimeter diaduk sampai suhunya tidak berubah lagi. Dengan
menggunakan hukum kekekalan energi, kalor jenis zat yang dimasukkan dapat
dihitung”.
Hukum Kekekalan Energi Kalor (Asas Black)
oleh
Josep Black (1720-1799):
“Banyaknya kalor yang
dilepaskan (diberikan) oleh suatu benda bersuhu tinggi sama dengan banyaknya
kalor yang diserap (diterima) oleh suatu benda yang bersuhu lebih rendah”.
Rumus : Kalor yag diterima = kalor yang
dilepaskan
Qlepas = Qterima
Manfaat air
dengan kapasitas kalornya yang tinggi, yaitu :
a. Pembentukan
sirkulasi angin
b. Penggunaan
air dalam bidang kedokteran
c. Air
sebagai cairan pendingin pada radiator mobil
d. Penggunaan
air pada pemanas ruangan
PERUBAHAN WUJUD
ZAT
Hubungan antara
perubahan wujud dan penyerapan kalor atau pelepasan kalor :
a. Melebur,
mencair atau meleleh adalah proses zat padat berubah wujud menjadi zat cair
pada suhu tertentu dengan menyerap kalor.
b. Memadat
atau memebeku adalah proses zat cair berubah wujud menjadi zat pada pada suhu
tertentu dengan melepaskan kalor.
c. Mendidih
atau menguap adalah proses ketika zat cair berubah wujud menjadi gas pada suhu
tertentu karena penyerapan kalor.
d. Mengambun
atau kondensasi adalah proses ketika suatu gas berubah wujud menjadi zat cair
pada suhu tertentu karena pelepasan kalor.
e. Titik
lebur, titik cair, atau titik leleh adalah suhu ketika zat padat mulai berubah
wujud menjadi zat cair.
f.
Titik beku adalah suhu
ketika zat cair mulai berubah wujud mwnjadi zat padat.
g. Titik
didih atau titik uap adalah suhu ketika zat cair berubah wujud mwnjadi gas.
h. Titik
embun atau titik kondensasi adalah suhu ketika suatu gas berubah wujud menjadi
zat cair.
CARA
PERPINDAHAN KALOR
1. Konduksi
(hantaran) adalah suatu perpindahan kalor melalui suatu medium tanpai disertai
perpindahan partikel-partikel medium tersebut.
Ket :
H = kalor yang dipindahkan tiap sekon
(J/s)
k = koefisien konduksi termal (J/s. m K)
A = luas permukaan benda (m2)
Δt = perbedaan suhu ujung-ujung benda (K)
ℓ = panjang/tebal benda (m)
2. Konveksi
(aliran) adalah suatu perpindahan kalor melalui suatu medium yang disertai dengan
perpindaha partikel-partikel medium tersebut.
Ket :
h= koefisien konveksi benda (J/s m2
K)
3. Radiasi
(pancaran) adalah perpindaha kalor tanpa melalui suatu medium, dalam bentuk
gelombang elektromagnetik tanpa adanya zat perantara.
Ket :
σ = konstanta Stefan-Boltzmann = 5,67 x 10-8
W/m2 K4
Kestabilan Suhu Tubuh Makhluk Hidup
Hewan melakukan pengaturan suhu tubuh agar suhu tubuh tetap
berada di dalam kisaran suhu yang normal sehingga metabolisme tubuh tetap dapat
berlangsung dengan baik, meskipun suhu lingkungan berubah-ubah. Pengaturan suhu
tubuh dalam suatu kisaran yang membuat sel-sel tetap mampu berfungsi secara
efisien disebut termoregulasi.
Perpindahan panas antara makhluk hidup dan lingkungannya melalui empat proses,
yaitu konduksi, konveksi, radiasi, dan evaporasi. Berdasarkan sumber utama
panas tubuhnya, hewan dibedakan menjadi dua macam, yaitu hewan ektoterm
(berdarah dingin, suhu tubuh berubah-ubah sesuai suhu lingkungan, ex: sebagian
besar invertebrata, ikan, amfibi, dan reptil) dan hewan endoterm (berdarah
panas, suhu tubuh tetap, ex: mamalia, burung, beberapa ikan, dan sejumlah besar
serangga). Cara termoregulasi pada hewan :
1. Penyesuaian
laju pertukaran panas antara hewan dan sekelilingnya
2. Pendinginan
tubuh melalui evaporasi cairan tubuh
3. Respons
perilaku
4. Pengubahan
laju produksi panas dari proses metabolisme tubuh
Bagaimana
Mamalia Mengatur Suhu Tubuh?
Manusia, kuda, beruang dan kelinci memiliki kelenjar
keringat yang tersebar ke seluruh tubuh. Penguapan di semua permukaan tubuh
dapat meningkatkan jumlah panas yang
terbuang. Pada anjing, kelenjar keringat ditemukan di cakarnya sehingga kita
dapat melihat jejak kaki anjing yang basah karenan anjing banyak keringat.Untuk
meningkatkan pembuangan panas tubuh, anjing juga menjulurkan lindahnya
(panting). Penguapan dari lidah membantu mendinginkan tubuh beberapa hewan.
Mengengah-engah juga membantu membuang panas. Isolator panas pada paus bukan
rambut melainkan lapisan lemak tebal dibawah kulitnya. Ketika paus sangat
aktif, banyak panas yang dihasilkan dan banyak pula yang terbuang selama
respirasi yaitu pengembusan udara dari paru-paru. Gajah memiliki telinga lebar
yang dapat dikipas-kipasan untuk membantu mendinginkan suhu tubuh. Gajah juga
bisa menyemprotkan air ke tubuh dengan belalainya. Perilaku ini juga membantu
membuang panas tubuh. Mamalia kecil (ex: tikus) memiliki laju metabolisme yang
tinggi dan membutuhkan banyak makanan untuk menghasilkan cukup energi dalam
mengelola suhu tubuhnya. Banyak mamalia kecil yang menghindari suhu ekstrem
dengan tinggal di liang atau lubang tanah yang lembab dan dingin.
Cara
Termoregulasi pada Manusia
Pengaturan suhu tubuh pada manusia diatur oleh hipotalamus di otak. Hipotalamus
memonitor suhu darah yang melewatinya. Monitor dilakukan oleh pusat pengatur
panas di hipotalamus yang meiliki dua bagian yaitu pusat pembuangan panas dan
pusat penghasil panas. Hipotalamus juga menerima informasi mengenai perubahan
suhu di sekitar tubuh dari reseptor suhu pada kulit.
Apa yang
terjadi ketika suhu tubuh mulai naik? Ketika tubuh menjalani aktivitas otot
yang berat, banyak panas yang dihasilkan sehingaa menyebabkan kenaikan suhu
darah. Segera, pusat pembuang panas di hipotalamus bekarja. Pusat pembuang
panas mengirimkan sinyal saraf kepada bagian-bagian tubuh terkait sehingga
bekerjalah mekanisme kontrol sbb :
1. Arteri
pada kulit melebar (vasodilatasi) agar lebih banyak darah mengalir pada kulit.
Kulit menerima lebih banyak panas yang kemudian hilang karena radiasi,
konveksi, konduksi.
2. Aktivitas
kelenjar keringat meningkat yang menyebabkan produksi keringat meningkat.
Banyaknya keringat yang menguap dari permukaan kulit menyebabkan lebih banyak
padas dibuang dari tubuh.
3. Bernapas
dalam tempo cepat pun dilakukan untuk membantu membuang panas.
4. Tingkat
metabolisme tubuh menurun sehingga panas yang dihasilkan tubuh pun menurun.
Apa yang terjadi selama cuaca dingin? Tubuh cenderum
membuang banyak panas, terutama pada permukaan kulit. Penurunan suhu udara akan
mengaktifkan reseptor suhu pada kulit yang segera mengirim sinyal saraf ke
pusat penghasil panas di hipotalamus. Kadang, suhu darah menurun dan penurunan
tersebut langsung bisa dirasakan oleh hipotalamus. Pada kasus kedua tersebut,
pusat penghasil panas dihipotalamus akan langsung mengirimkan sinyal saraf ke
bagian tubuh terkait untuk menjalankan mekanisme kontrol sbb:
1. Arteri
pada kulit menyempit (vasokontriksi) sehingga menekan jumlah darah yang
mengalir lewat kulit dan mengurangi
panas tubuh yang terbuang.
2. Kelanjar
keringat menjadi kurang aktif sehingga menekan panas yang terbuang dari tubuh.
3. Laju
metabolisme tubuh meningkat sehingga lebih banyak panas yang dihasilkan.
LATIHAN
1.
Panas
memberikan sensasi ....
A.
Rasa
hangat C. Rasa hangat dan rasa dingin
B.
Rasa
dingin D. Rasa segar
2.
Saat
siang hari, udara menjadi hangat karena proses ....
A.
Konduksi C. Radiasi
B.
Konveksi D. Evaporasi
3.
Kain
wol yang lentur dapat menjaga hangat karena proses ....
A.
Menghasilkan
banyak panas C. Mencegah kehilangan panas tubuh secara
konveksi
B.
Mencegah
kehilangan panas tubuh secara konduksi D. Mencegah kehilangan panas tubuh secara
radiasi
4.
Cara
yang paling tepat untuk memindahkan panas adalah ....
A.
Konduksi C. Radiasi
B.
Konveksi D. Evaporasi
5.
Permukaan
hitam merupakan ....
A.
Penyerapan
panas yang baik saja C. Penyerapan panas yang buruk
B.
Pemancaran
panas yang baik saja D. Penyerapan dan pemancaran panas yang baik
6.
Satu-satunya
cairan pada suhu kamar yang memungkinkan terjadinya konduksi adalah ....
A.
Air C. Alkohol
B.
Benzen D. Raksa
7.
Zat
cair yang digunakan sebagai pendingin pada mesin mobil adalah ....
A.
Alkohol C. Air
B.
Oli
mesin D. Bensin
8.
Satuan
SI dari kalor jenias adalah ....
A.
J/g0C C. J/kg
B.
J/0C D. J/kg0C
9.
Raksa
dipilih menjadi cairan termometer karena alasan berikut, kecuali ....
A.
Titik
didih raksa 357 0C C. Titik beku raksa -1000C
B.
Raksa
mengkilap D. Raksa tidak membasahi dinding kapiler
10.
Sebanyak
10 gr zat dipanaskan sebesar 10C. Jika kalor jenis zat adalah 0,8 J/g
0C, kapasitas kalor zat tersebut adalah ....
A.
80 J/0C C. 800 J/0C
B.
8 J/0C D. 0,8 J/0C
11.
Termoregulasi
pada hewan bertujuan ....
A.
Suhu
tubuh sama dengan suhu lingkungan C. Suhu tubuh lebih tinggi dari suhu lingkungan
B.
Suhu
tubuh lebih rendah dari suhu lingkungan D. Suhu tubuh berada dalam kisaran yang normal
12.
Berikut
ini yang termasuk hewan endoterm adalah ....
A.
Ular C. Katak
B.
Kerbau D. Buaya
13.
Berikut
ini mekanisme yang terjadi ketika tubuh kepanasan, kecuali ....
A.
Pembuluh
darah melebar C. Aktivitas kelenjar keringat meningkat
B.
Pembuluh
darah menyempit D. Tingkat metabolisme menurun
SOAL
1.
Air
sebanyak 75 gram yang suhunya 00C dicampurkan dengan 50 gram air
yang suhunya 1000C. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/g0C,
berapakah suhu akhir campuran?
2.
Sebatang
logam memiliki panjang 100 cm pada suhu 300K. Logam tersebut dipanaskan sampai
suhunya menjadi 400 K. Hitung panjang logam setelah dipanaskan jika koefisien
muai panjang logam adalah 1,1 x 105/0C!
3.
Tentukan
banyaknya kalor yang dibutuhkan jika diketahui kalor jenis es 5 kal/g0C
dan menaikkan suhu 0,2 kg es dari -80C menjadi -30C!
4.
Suatu
benda menunjukkan suhu 104 0F. Tentukan suhu benda tersebut dalam
skala Celsius, Reamur, dan Kelvin!
5.
Suatu
termometer X menunjukkan skala 500 pada saat air membeku dan
menunjukkan skala 2000 saat air mendidih. Jika suhu suatu benda
menunjukkan 400C, berapakah suhu benda jika diukur dengan termometer
X?
Tidak ada komentar:
Posting Komentar