MATA KULIAH KONSEP DASAR IPA DI SD - MODUL 8

MODUL 8

MATERI DAN SIFATNYA

      A.    SIFAT TERMINAL ZAT

Sifat-sifat terminal zat, berupa:

1)      TEMPERATUR

Temperatur suatu zat adalah ukuran energi kinetik rata-rata dari gerak translasi acak partikel-partikel penyusunannya. Alat untuk mengukur suhu / temperatur disebut termometer.

Untuk mengukur temperatur benda seara kuantitatif diperlukan skala numerik. Skala yang umum digunakan adalah skala Celcius/Centigrade, Fahrenheit, Kelvin/Absolut.

Skala temperatur ditetapkan dengan memberikan nilai sembarang pada dua temperatur yang dapat dihasilkan kembali dengan mudah.

Skala Celcius dan Fahrenheit yang dipilih adalah titik beku air dan titik didih air pada tekanan 1 atmosfer.

Termometer dikalibrasi dengan menempatkannya di dalam dua kondisi, yaitu air yang membeku dan air yang mendidih dalam tekanan 1 atmosfer, kemudian memberi tanda pada posisi air raksa dalam tabung kaca.

Pada skala Celcius , titik beku air mulai dari 0⁰ C sampai dengan titik didihnya 100⁰ C.

Pada skala Fahrenheit, titik beku air mulai dari 32⁰ F sampai dengan titik didihnya 212⁰F

Sedangkan pada Kelvin, titik beku air dimulai dari 273⁰K sampai dengan titik didihnya 373⁰K.

Perbandingan tiap interval skala ditulis dengan C : F = 100 : (212 – 32) 5 : 9.

Konversi antara dua skala tersebu dituliskan sebagai berikut:

T(⁰C) =  [T(0F) – 32]

T(⁰F) =  T(⁰C)+32

dan

T(K) = T(⁰c) + 273

1)      HUKUM TERMODINAMIKA

Hukum Termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika.

Hukum-hukumnya antara lain:

Hukum awal:

-    energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk kebentuk yang lain.

Hukum awal adalah prinsip kekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi.

1)      PEMUAIAN ZAT

Zat akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.

Jika panjang batang logam mula-mula adalah L₀, perubahan panjang L = ∝L₀∆T

L – L₀ = ∝L₀∆T

atau

L = L₀ (1 + ∝∆T)

dengan keterangan:

∝ = konstanta perbandingan (koefisien muai panjang/⁰C^-1)

L₀ = panjang mula-mula

L  = panjang setelah dipanaskan

Perubahan volume ∆V dalam zat padat, cair, dan gas karena perubahan temperatur , berbanding lurus dengan perubahan temperatur ∆T dan volume mula-mula V₀ , Sehingga

∆V = βV₀∆T

β = koefisien muai volume

      A.     PANAS

Panas adalah energi internal yang sedang dalam perpindahan dari suatu benda ke benda lain karena perbedaan temperatur antara dua benda itu.

1)      Panas dan Energi Internal

Panas mengalir secara spontan dari benda dengan temperatur tinggi ke benda temperatur rendah. Aliran gerak bahan fluida disebut dengan caloric.

Secara kuantitatif, 1 Kal = 4,186 J atau

4,186 Joule = 1 Kalori

4,186103 J = 1 Kkal

Jumlah total energi panas dari semua molekul dalam suatu benda disebut energi termal atau energi internal.

Panas dapat dinyatakan dengan:

U = N (Zmv^-2)

atau

U = 3/2 NkT

atau

U =  3/2 nRT (gas ideal monotomik)

Ket:

n = jumlah mol gas

U = energi internal 

1)      Panas dan Jenis Kalorimeter

Eksperimen yang dilakukan sejak abad ke-18 menunjukan bahwa jumlah panas Q yang diperlukan untuk mengubah temperatur suatu zat sebanding dengan massa zat dan perubahan ∆T. Hal ini dinyatakan dalam persamaan:

Q = mc∆T

Ket:

c = karakteristik besaran zat / panas jenis (J/Kg ⁰C)

m = massa zat (Kg)

∆T = perubahan temperatur (J)

Panas jenis suatu zat adalah jumlah panas yang harus ditambahkan pada (atau dihilangkan dari) satu satuan massa zat itu untuk mengubar temperaturnya 1⁰.

Hukum kekekalan energi yaitu,

panas yang dilepaskan  =  panas yang diterima

Dalam hal ini terjadi pertukaran energi. Pengukuran panas ini disebut kalorimetri.

m_sc_s (T_s – T) =m_ac_a (T - T_a) + m_kc_k (T – T_k)

Ket:

m_s, m_a, m_k  = massa jenis (Kg)

c_s, c_a, c_k      = panas jenis (J/Kg⁰C)

T_s, T_a, T_k       = Temperatur mula-mula (⁰C)

T                 = Temperatur akhir (⁰C)

2)      Perubahan wujud zat

Panas yang diperlukan oleh satu satuan massa suatu zat untuk mengubah fasenya disebut fase laten.

Q = mL

Ket:

Q = panas yang diperlukan / dilepaskan (Kkal atau Joule)

m = massa (Kg)

L  = panas laten (Kkal/Kg atau J/Kg)

Perubahan fase zat juga dipengaruhi oleh tekanan.

3)      Perpindahan Panas

Panas dapat dipindahkan dari suatu tempat (atau benda) ke tempat (atau benda) lain melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

1.      Konduksi adalah perpindahan panas/kalor yang tidak diikuti partikel-partikrl mediumnya.

Laju aliran panas secara konduksi melalui suatu lempeng bahan tergantung pada empat besaran berikut:

a.       perbedaan temperatur (∆T)

b.      ketebalan lempeng (d)

c.       luas penampang batang (A)

d.      konduktivitas termal bahan (k)

Jumlah energi panas (Q) yang melewati lempeng bahan dalam periode waktu, ditentukan oleh:

 Q/t= kA∆T

            d

Dengan ∆T =T₁ – T₂

2.      Konveksi adalah perpindahan kalor yang diikuti perpindahan partikel-partikel zatnya.

Laju Q/t dimana benda memindahkan fluida ke sekitarnya kira-kira sebanding dengan luas A benda bersentuhan dengan fluida dan perbedaan temperaturnya ∆T antara keduanya.

Q/t = hA∆T

Ket: h = koefisien konveksi.

3.      Radiasi adalah perpindahan kalor secara langsung tanpa mediumnya / zat perantara.

Laju energi Q/t (dalam W) yang dipancarkan oleh sebuah benda dengan luas permukaan A dan temperatur absolut (T) ditentukan hukum Stefan Boltzmann sebagai berikut:

Q/t = eσAT⁴

R =Daya  = eσAT⁴

            ^A

Ket:

σ = 5,67 x 10^-8 W/m² K⁴

e  = emisivitas

A = luas permukaan

T = temperatur absolut

Laju netto aliran energi radian ditentujan oleh

 Q/t= eσA (T₁⁴-T₂⁴)

atau laju energi per satuan luas (laju radiasi R)

R = eσ (T₁⁴-T₂⁴)

1)      Penerapan Konsep Perpindahan Panas

Dalam perpindahan panas terdapat contoh seperti:

a)      termos, digunakan untuk menyimpan air panas. Kehilangan panasnya dilalui dengan konduksi, konveksi dan radiasi harus dikurangi seminimum mungkin

b)      efek rumah kaca.

Rumah kaca digunakan untuk membantu tanaman tertentu agar mudah tumbuh lebih baik dengan memberikan temperatur udara yang lebih hangat.

c)      temograf adalah piranti yang mengukur jumlah radiasi inframerah yang dipancarkan oleh setiap bagian kecil kulit manusia.

Presentase perbedaan radiasi dapat dinyatakan dengan:

 

R2-R1 = T24-T14	=	(308 K)4 – (307 kK4)
R1               T14		(307 k4)

format powerpoint dapat dilihat disini