Ilmuan-ilmuan yang Menemukan Termometer

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur.

Tahukah siapa saja penemu termometer?

1. Galileo Galilei

Galileo adalah orang pertama yang menemukan alat yang dapat memberi informasi tentang suhu, namun alat yang ditemukan oleh Galileo ini lebih cocok disebut termoskop karena merupakan termometer tanpa menggunakan skala suhu. Termoskop hanya mampu mengetahui perbedaan suhu. Yaaa,, walaupun demikian, penemuan Galileo tersebut merupakan langkah awal menuju termometer.

2. Santorio Santorio

Santorio merupakan orang Italia yang berhasil menemukan termometer pada tahun 1612. Beliau mengusulkan adanya skala pada termoskop. Alat yang digunakannya berupa termometer udara. Namun alat tersebut kurang akurat akibat adanya variasi tekanan udara. 

3. Ferdinand II

Pada tahun 1654 termometer kaca yang berisi cairan untuk pertama kalinya diproduksi oleh the Grand Duke of Tuscany. Cairan pengisinya adalah alkohol dan belum mempunyai skala standar sehingga ketelitiannya pun masih kurang.

4. Gabriel Fahrenheit

Gabriel adalah orang pertama yang memakai raksa sebagai cairan pengisi termometer. Kombinasi pengolahan bahan kacanya serta kemampuan raksa dalam merasakan panas yang lebih baik daripada alkohol, membuat termometer tersebut lebih akurat. Gabriel juga membuat titik tetap terbaru untuk termometernya. Dia membagi titik didih air dan titik beku es dalam 180 derajat. Kemudian sebagai titik bawahnya dia memilih 32 agar suhu yang dapat diukur olehnya tidak sampai bernilai negartif.

5. Rene Antonie Ferchauld de Reamur

Antonie merupakan warga berkebangsaan Perancis yang mengusulkan skala termometer dengan tetap berdasarkan titik beku air dan titik didih air. Beliau memberi nama pada skala termometer temuannya dengan nama belakangnya yakni skala Reamur.

6. Anders Celcius

Anders membagi skala termometernya dari titik beku air hingga titik didih air dalam 100 derajat. Anders memilih 100 derajat sebagai titik didih air dan 0 derajat sebagai titik beku air.

7. Sir William Thomson, Baron Kelvin of Largs, dan Lord Kelvin

Mereka bertiga merupakan penemu satuan Kelvin yang dijadikan sebagai satuan standar pengukuran suhu. Mereka mengusulkan skala temperatur absolut dengan 0 derajat yang diambil dari temperatur terendah teoretis yang dapat dicapai oleh setiap materi.

Penemu Pertama Termometer

Galileo Galilei (lahir di Pisa, Toscana, 15 Februari 1564 – meninggal di Arcetri, Toscana, 8 Januari 1642 pada umur 77 tahun) adalah seorang astronom, filsuf, dan fisikawan Italia yang memiliki peran besar dalam revolusi ilmiah.

Sumbangannya dalam keilmuan antara lain adalah penyempurnaan teleskop, berbagai pengamatan astronomi, dan hukum gerak pertama dan kedua (dinamika). Selain itu, Galileo juga dikenal sebagai seorang pendukung Copernicus mengenai peredaran bumi mengelilingi matahari.

Biografi

Galileo Galilei dilahirkan di Pisa, Tuscany pada tanggal 15 Februari 1564 sebagai anak pertama dari Vincenzo Galilei, seorang matematikawan dan musisi asal Florence, dan Giulia Ammannati. Ia sudah dididik sejak masa kecil. Kemudian, ia belajar di Universitas Pisa namun terhenti karena masalah keuangan. Untungnya, ia ditawari jabatan di sana pada tahun 1589 untuk mengajar matematika. Setelah itu, ia pindah ke Universitas Padua untuk mengajar geometri, mekanika, dan astronomi sampai tahun 1610. Pada masa-masa itu, ia sudah mendalami sains dan membuat berbagai penemuan.

Pada tahun 1612, Galileo pergi ke Roma dan bergabung dengan Accademia dei Lincei untuk mengamati bintik matahari. Pada tahun itu juga, muncul penolakan terhadap teori Nicolaus Copernicus, teori yang didukung oleh Galileo. Pada tahun 1614, dari Santa Maria Novella, Tommaso Caccini mengecam pendapat Galileo tentang pergerakan bumi, memberikan anggapan bahwa teori itu sesat dan berbahaya. Galileo sendiri pergi ke Roma untuk mempertahankan dirinya. Pada tahun 1616, Kardinal Roberto Bellarmino menyerahkan pemberitahuan yang melarangnya mendukung maupun mengajarkan teori Copernicus.

Galileo menulis Saggiatore pada tahun 1622, yang kemudian diterbitkan pada 1623. Pada tahun 1624, ia mengembangkan salah satu mikroskop awal. Pada tahun 1630, ia kembali ke Roma untuk membuat izin mencetak buku Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo yang kemudian diterbitkan di Florence pada 1632. Namun, pada tahun itu pula, Gereja Katolik menjatuhkan vonis bahwa Galileo harus ditahan di Siena.

Di bulan Desember 1633, ia diperbolehkan pensiun ke vilanya di Arcetri. Buku terakhirnya, Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze diterbitkan di Leiden pada 1638. Di saat itu, Galileo hampir buta total. Pada tanggal 8 Januari 1642, Galileo wafat di Arcetri saat ditemani oleh Vincenzo Viviani, salah seorang muridnya.

Penemuan Termoskop

Sebelum termometer ditemukan, ahli astronomi dan ahli ilmu alam melakukan berbagai usaha untuk dapat menciptakan alat yang dapat mengukur suhu. Mereka mengetahui bahwa temperatur dapat membuat zat memuai. Untuk itu, mereka menggunakan ukuran muai zat sebagai patokan dalam mengukur temperatur. Namun penemuan alat pengukur temperatur tidak dapat dengan mudah diciptakan. Para ahli perlu menemukan zat yang tepat, teknik yang tepat dan skala yang tepat pula untuk dapat mengukur secara cermat.

Termoskop Galileo 

Pada tahun 1593, Galileo Galilei berusaha membuat pengukuran termometer dengan menggunakan pemuaian udara. Alat yang diciptakan oleh Galileo ini kemudian disebut termoskop. Walaupun masih tergolong sangat sederhana, namun secara kasar alat ini sudah dapat mengukur temperatur.

Termoskop Galileo
Termoskop galileo terdiri atas bola gelas sebesar telur ayam yang dihubungkan dengan pipa panjang tertutup berisi air. Di dalam cairan digantungkan sejumlah beban. Umumnya beban tersebut dilekatkan pada bola kaca tersegel yang berisi cairan berwarna untuk efek estetika. Saat suhu berubah, kerapatan cairan di dalam silinder turut berubah yang menyebabkan bola kaca bergerak timbul atau tenggelam untuk mencapai posisi di mana kerapatannya sama dengan cairan sekelilingnya atau terhenti oleh bola kaca lainnya. Bila perbedaan kerapatan bola kaca sangat kecil dan terurutkan sedemikian rupa sehingga yang kurang rapat berada di atas dan yang terapat berada di bawah, hal tersebut dapat membentuk suatu skala suhu.

Kalian tentunya pernah mengikuti kegiatan pramuka, bukan? Dalam kegiatan pramuka terutama pada saat kemah, lazim diadakan api unggun pada malam hari dan para anggota pramuka duduk mengitari api unggun tersebut. Pada saat itu, setiap anggota pramuka merasakan hangatnya api unggun karena badan mereka menerima panas. Contoh radiasi kalor dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: a. pancaran kalor dari api unggun, b. pancaran kalor dari lampu, dan c. cahaya dari matahari. Pembahasan radiasi kalor, akan menghantarkan kita pada bahasan tentang kemampuan suatu benda dalam memancarkan dan menyerap kalor. Benda yang permukaanya putih mengkilap adalah pemancar dan penyerap kalor yang jelek Sementara benda yang permukaannya hitam atau gelap adalah pemancar dan penyerap kalor yang baik. Itulah sebabnya, mengapa pada siang hari yang panas, kita lebih nyaman memakai baju putih daripada baju hitam. Baju putih akan menyerap kalor jauh lebih sedikit daripada baju hitam. Sebaliknya, ketika kita ingin mempertahankan kalor yang dimiliki tubuh agar tetap hangat, kita akan memilih baju hitam. Analisislah mengapa demikian. Laju pancaran kalor suatu benda diselidiki oleh Stefan dengan menggunakan pendekatan terhadap benda hitan sempurna. Menurut Stefan, laju pancaran kalor tiap satuan luas permukaan dari benda hitam sempurna berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Secara matematis, laju pancaran kalor dapat dituliskan sebagai berikut. Q/t = e σAT4 Keterangan: e = emisivitas bahan(untuk benda hitam sempurna nilai e =1) σ = tetapan Stefan (5,67 x 10-8w/m2K) A=luas penampang (m2) T=suhu mutlak (K) Q/t =laju kalor (j/s atau watt) Besarnya harga e tergantung pada macam permukaan benda 0 £ e £ 1 e = 1 Ø Permukaan hitam sempurna (black body) Ø Sebagai pemancar panas ideal. Ø Sebagai penyerap panas yang baik. Ø Sebagai pemantul panas yang jelek. e = 0 Ø Terdapat pada permukaan yang lebih halus. Ø Sebagai pemancar panas yang jelek. Ø Sebagai penyerap panas yang jelek. Ø Sebagai pemantul yang baik. Botol thermos dibuat dengan dinding rangkap dua dan diantaranya terdapat ruang hampa serta dinding-dindingnya dilapisi dengan perak, maksudnya adalah : Ø Karena adanya ruang hampa tersebut, praktis pemindahan panas lewat konduksi dan konveksi tidak terjadi. Ø Lapisan mengkilap dari perak dimaksudkan untuk memperkecil terjadinya pemindahan panas secara radiasi. (Permukaan mengkilap e = 0) Diposkan oleh CINTA FISIKA di 06.49 Comments (0) Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke FacebookBagikan ke Pinterest Label: SIKLUS 2 Konveksi Perhatikan percobaan berikut. Lihatlah gambar di samping. Pada saat air dalam bejana dipanaskan, bagian air yang menerima panas mula-mula berada di bawah. Kemudian, partikel air yang panas tersebut bergerak ke atas sehingga meninggalkan ruang untuk ditempati oleh partikel Contoh perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: a. perpindahan kalor pada air saat direbus, b. perpindahan kalor dari pengering rambut, c. aliran udara dari kipas angin., d. sistem pendingin ruangan, dan e. kulkas. Hubungan laju perpindahan kalor dan luas penampang (A) Luas penampang permukaan air pada gambar (a) lebih kecil daripada luas penampang air pada gambar (b). Dengan pemanasan api yang sama maka air pada bejana (b) lebih cepat panas. Jadi, laju kalor secara konveksi berbanding lurus dengan luas penampang (A) Hubungan laju perpindahan kalor dengan kenaikan suhu (∆T) Pada saat yang sama, kenaikan suhu pada bejana (b) lebih besar daripada bejana (a). Ternyata air pada bejana (b) lebih cepat panas daripada air pada bejana (a). Jadi, laju perpindahan kalor secara konveksi berbanding kenaikkan suhu(∆T) Hubungan laju perpindahan kalor dengan jenis bahan Kedua bejana diisi dengan air yang berbeda jenisnya. Air pada bejana (b) lebih cepat panas daripada air bejana (a). Jadi, laju kalor secara konveksi tergantung pada jenis bahan. Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa laju kalor secara konveksi dipengaruhi oleh luas penampang (A), kenaikan suhu (∆T), dan jenis bahan. Secara matematis, persamaan laju kalor secara konveksi dapat dituliskan sebagai berikut. Q/t = hA∆T Keterangan: h = koefisien konveksi(W/m2K) A = luas penampang (m2) ∆T = kenaikan suhu (K) Q/t = laju perpindahan kalor (J/s atau W) Diposkan oleh CINTA FISIKA di 06.45 Comments (0) Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke FacebookBagikan ke Pinterest Label: SIKLUS 2 Konduksi Perhatikan gambar (a) di samping, batang logam dengan ujung A dipanaskan dan ujung B diberi lilin. Ternyata lilin di ujung B meleleh. Sementara partikel-partikel pada ujung A tidak ikut berpindah ke ujung B. Perpindahan semacam ini disebut konduksi. Jadi, perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor yang melalui zat perantara tanpa diikuti perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Jumlah kalor yang berpindah melalui zat tiap sekon disebut laju perpindahan kalor (Q/t). Hubungan laju perpindahan kalor dengan panjang batang logam Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, panjang logam (a) lebih pendek daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding terbalik dengan panjang logam Hubungan laju perpindahan kalor dengan luas penampang Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, luas penampang (A) logam (a) lebih besar daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan luas penampang logam (A) Hubungan laju perpindahan kalor dengan kenaikkan suhu. Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, perbedaan suhu (∆T) pada logam (a) lebih besar daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan luas perbedaan suhu logam (∆T). Pengaruh jenis bahan terhadap laju perpindahan kalor Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, jenis logam (a) berbeda dengan logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor dipengaruhi oleh jenis logam. Berdasarkan keterangan di atas, dapat diketahui bahwa besar laju perpindahan kalor (Q/t), dipengaruhi oleh panjang, luas penampang, perbedaan suhu ujung-ujung batang logam, dan jenis bahan. Secara matematis, laju kalor dapat dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut. Keterangan: Q/t = laju perpindahan kalor (J/s) k = konduktivitas termal bahan (W/mK) A = luas penampang bahan (m2) ∆T = perbedaan suhu ujung-ujung logam (K) l = panjang atau tebal bahan (m) \ Benda-benda yang mudah menghantarkan kalor disebut konduktor. Contoh konduktor adalah besi, aluminium, baja, dan tembaga. Sementara benda yang sukar menghantarkan kalor, disebut isolator. Contoh isolator adalah plastik, kayu, kain, dan kertas.

Copy and WIN : http://ow.ly/KfYkt

Kalian tentunya pernah mengikuti kegiatan pramuka, bukan? Dalam kegiatan pramuka terutama pada saat kemah, lazim diadakan api unggun pada malam hari dan para anggota pramuka duduk mengitari api unggun tersebut. Pada saat itu, setiap anggota pramuka merasakan hangatnya api unggun karena badan mereka menerima panas. Contoh radiasi kalor dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: a. pancaran kalor dari api unggun, b. pancaran kalor dari lampu, dan c. cahaya dari matahari. Pembahasan radiasi kalor, akan menghantarkan kita pada bahasan tentang kemampuan suatu benda dalam memancarkan dan menyerap kalor. Benda yang permukaanya putih mengkilap adalah pemancar dan penyerap kalor yang jelek Sementara benda yang permukaannya hitam atau gelap adalah pemancar dan penyerap kalor yang baik. Itulah sebabnya, mengapa pada siang hari yang panas, kita lebih nyaman memakai baju putih daripada baju hitam. Baju putih akan menyerap kalor jauh lebih sedikit daripada baju hitam. Sebaliknya, ketika kita ingin mempertahankan kalor yang dimiliki tubuh agar tetap hangat, kita akan memilih baju hitam. Analisislah mengapa demikian. Laju pancaran kalor suatu benda diselidiki oleh Stefan dengan menggunakan pendekatan terhadap benda hitan sempurna. Menurut Stefan, laju pancaran kalor tiap satuan luas permukaan dari benda hitam sempurna berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Secara matematis, laju pancaran kalor dapat dituliskan sebagai berikut. Q/t = e σAT4 Keterangan: e = emisivitas bahan(untuk benda hitam sempurna nilai e =1) σ = tetapan Stefan (5,67 x 10-8w/m2K) A=luas penampang (m2) T=suhu mutlak (K) Q/t =laju kalor (j/s atau watt) Besarnya harga e tergantung pada macam permukaan benda 0 £ e £ 1 e = 1 Ø Permukaan hitam sempurna (black body) Ø Sebagai pemancar panas ideal. Ø Sebagai penyerap panas yang baik. Ø Sebagai pemantul panas yang jelek. e = 0 Ø Terdapat pada permukaan yang lebih halus. Ø Sebagai pemancar panas yang jelek. Ø Sebagai penyerap panas yang jelek. Ø Sebagai pemantul yang baik. Botol thermos dibuat dengan dinding rangkap dua dan diantaranya terdapat ruang hampa serta dinding-dindingnya dilapisi dengan perak, maksudnya adalah : Ø Karena adanya ruang hampa tersebut, praktis pemindahan panas lewat konduksi dan konveksi tidak terjadi. Ø Lapisan mengkilap dari perak dimaksudkan untuk memperkecil terjadinya pemindahan panas secara radiasi. (Permukaan mengkilap e = 0) Diposkan oleh CINTA FISIKA di 06.49 Comments (0) Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke FacebookBagikan ke Pinterest Label: SIKLUS 2 Konveksi Perhatikan percobaan berikut. Lihatlah gambar di samping. Pada saat air dalam bejana dipanaskan, bagian air yang menerima panas mula-mula berada di bawah. Kemudian, partikel air yang panas tersebut bergerak ke atas sehingga meninggalkan ruang untuk ditempati oleh partikel Contoh perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: a. perpindahan kalor pada air saat direbus, b. perpindahan kalor dari pengering rambut, c. aliran udara dari kipas angin., d. sistem pendingin ruangan, dan e. kulkas. Hubungan laju perpindahan kalor dan luas penampang (A) Luas penampang permukaan air pada gambar (a) lebih kecil daripada luas penampang air pada gambar (b). Dengan pemanasan api yang sama maka air pada bejana (b) lebih cepat panas. Jadi, laju kalor secara konveksi berbanding lurus dengan luas penampang (A) Hubungan laju perpindahan kalor dengan kenaikan suhu (∆T) Pada saat yang sama, kenaikan suhu pada bejana (b) lebih besar daripada bejana (a). Ternyata air pada bejana (b) lebih cepat panas daripada air pada bejana (a). Jadi, laju perpindahan kalor secara konveksi berbanding kenaikkan suhu(∆T) Hubungan laju perpindahan kalor dengan jenis bahan Kedua bejana diisi dengan air yang berbeda jenisnya. Air pada bejana (b) lebih cepat panas daripada air bejana (a). Jadi, laju kalor secara konveksi tergantung pada jenis bahan. Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa laju kalor secara konveksi dipengaruhi oleh luas penampang (A), kenaikan suhu (∆T), dan jenis bahan. Secara matematis, persamaan laju kalor secara konveksi dapat dituliskan sebagai berikut. Q/t = hA∆T Keterangan: h = koefisien konveksi(W/m2K) A = luas penampang (m2) ∆T = kenaikan suhu (K) Q/t = laju perpindahan kalor (J/s atau W) Diposkan oleh CINTA FISIKA di 06.45 Comments (0) Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke FacebookBagikan ke Pinterest Label: SIKLUS 2 Konduksi Perhatikan gambar (a) di samping, batang logam dengan ujung A dipanaskan dan ujung B diberi lilin. Ternyata lilin di ujung B meleleh. Sementara partikel-partikel pada ujung A tidak ikut berpindah ke ujung B. Perpindahan semacam ini disebut konduksi. Jadi, perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor yang melalui zat perantara tanpa diikuti perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Jumlah kalor yang berpindah melalui zat tiap sekon disebut laju perpindahan kalor (Q/t). Hubungan laju perpindahan kalor dengan panjang batang logam Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, panjang logam (a) lebih pendek daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding terbalik dengan panjang logam Hubungan laju perpindahan kalor dengan luas penampang Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, luas penampang (A) logam (a) lebih besar daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan luas penampang logam (A) Hubungan laju perpindahan kalor dengan kenaikkan suhu. Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, perbedaan suhu (∆T) pada logam (a) lebih besar daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan luas perbedaan suhu logam (∆T). Pengaruh jenis bahan terhadap laju perpindahan kalor Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, jenis logam (a) berbeda dengan logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor dipengaruhi oleh jenis logam. Berdasarkan keterangan di atas, dapat diketahui bahwa besar laju perpindahan kalor (Q/t), dipengaruhi oleh panjang, luas penampang, perbedaan suhu ujung-ujung batang logam, dan jenis bahan. Secara matematis, laju kalor dapat dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut. Keterangan: Q/t = laju perpindahan kalor (J/s) k = konduktivitas termal bahan (W/mK) A = luas penampang bahan (m2) ∆T = perbedaan suhu ujung-ujung logam (K) l = panjang atau tebal bahan (m) \ Benda-benda yang mudah menghantarkan kalor disebut konduktor. Contoh konduktor adalah besi, aluminium, baja, dan tembaga. Sementara benda yang sukar menghantarkan kalor, disebut isolator. Contoh isolator adalah plastik, kayu, kain, dan kertas.

Copy and WIN : http://ow.ly/KfYkt

Kalian tentunya pernah mengikuti kegiatan pramuka, bukan? Dalam kegiatan pramuka terutama pada saat kemah, lazim diadakan api unggun pada malam hari dan para anggota pramuka duduk mengitari api unggun tersebut. Pada saat itu, setiap anggota pramuka merasakan hangatnya api unggun karena badan mereka menerima panas. Contoh radiasi kalor dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: a. pancaran kalor dari api unggun, b. pancaran kalor dari lampu, dan c. cahaya dari matahari. Pembahasan radiasi kalor, akan menghantarkan kita pada bahasan tentang kemampuan suatu benda dalam memancarkan dan menyerap kalor. Benda yang permukaanya putih mengkilap adalah pemancar dan penyerap kalor yang jelek Sementara benda yang permukaannya hitam atau gelap adalah pemancar dan penyerap kalor yang baik. Itulah sebabnya, mengapa pada siang hari yang panas, kita lebih nyaman memakai baju putih daripada baju hitam. Baju putih akan menyerap kalor jauh lebih sedikit daripada baju hitam. Sebaliknya, ketika kita ingin mempertahankan kalor yang dimiliki tubuh agar tetap hangat, kita akan memilih baju hitam. Analisislah mengapa demikian. Laju pancaran kalor suatu benda diselidiki oleh Stefan dengan menggunakan pendekatan terhadap benda hitan sempurna. Menurut Stefan, laju pancaran kalor tiap satuan luas permukaan dari benda hitam sempurna berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Secara matematis, laju pancaran kalor dapat dituliskan sebagai berikut. Q/t = e σAT4 Keterangan: e = emisivitas bahan(untuk benda hitam sempurna nilai e =1) σ = tetapan Stefan (5,67 x 10-8w/m2K) A=luas penampang (m2) T=suhu mutlak (K) Q/t =laju kalor (j/s atau watt) Besarnya harga e tergantung pada macam permukaan benda 0 £ e £ 1 e = 1 Ø Permukaan hitam sempurna (black body) Ø Sebagai pemancar panas ideal. Ø Sebagai penyerap panas yang baik. Ø Sebagai pemantul panas yang jelek. e = 0 Ø Terdapat pada permukaan yang lebih halus. Ø Sebagai pemancar panas yang jelek. Ø Sebagai penyerap panas yang jelek. Ø Sebagai pemantul yang baik. Botol thermos dibuat dengan dinding rangkap dua dan diantaranya terdapat ruang hampa serta dinding-dindingnya dilapisi dengan perak, maksudnya adalah : Ø Karena adanya ruang hampa tersebut, praktis pemindahan panas lewat konduksi dan konveksi tidak terjadi. Ø Lapisan mengkilap dari perak dimaksudkan untuk memperkecil terjadinya pemindahan panas secara radiasi. (Permukaan mengkilap e = 0) Diposkan oleh CINTA FISIKA di 06.49 Comments (0) Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke FacebookBagikan ke Pinterest Label: SIKLUS 2 Konveksi Perhatikan percobaan berikut. Lihatlah gambar di samping. Pada saat air dalam bejana dipanaskan, bagian air yang menerima panas mula-mula berada di bawah. Kemudian, partikel air yang panas tersebut bergerak ke atas sehingga meninggalkan ruang untuk ditempati oleh partikel Contoh perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: a. perpindahan kalor pada air saat direbus, b. perpindahan kalor dari pengering rambut, c. aliran udara dari kipas angin., d. sistem pendingin ruangan, dan e. kulkas. Hubungan laju perpindahan kalor dan luas penampang (A) Luas penampang permukaan air pada gambar (a) lebih kecil daripada luas penampang air pada gambar (b). Dengan pemanasan api yang sama maka air pada bejana (b) lebih cepat panas. Jadi, laju kalor secara konveksi berbanding lurus dengan luas penampang (A) Hubungan laju perpindahan kalor dengan kenaikan suhu (∆T) Pada saat yang sama, kenaikan suhu pada bejana (b) lebih besar daripada bejana (a). Ternyata air pada bejana (b) lebih cepat panas daripada air pada bejana (a). Jadi, laju perpindahan kalor secara konveksi berbanding kenaikkan suhu(∆T) Hubungan laju perpindahan kalor dengan jenis bahan Kedua bejana diisi dengan air yang berbeda jenisnya. Air pada bejana (b) lebih cepat panas daripada air bejana (a). Jadi, laju kalor secara konveksi tergantung pada jenis bahan. Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa laju kalor secara konveksi dipengaruhi oleh luas penampang (A), kenaikan suhu (∆T), dan jenis bahan. Secara matematis, persamaan laju kalor secara konveksi dapat dituliskan sebagai berikut. Q/t = hA∆T Keterangan: h = koefisien konveksi(W/m2K) A = luas penampang (m2) ∆T = kenaikan suhu (K) Q/t = laju perpindahan kalor (J/s atau W) Diposkan oleh CINTA FISIKA di 06.45 Comments (0) Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke FacebookBagikan ke Pinterest Label: SIKLUS 2 Konduksi Perhatikan gambar (a) di samping, batang logam dengan ujung A dipanaskan dan ujung B diberi lilin. Ternyata lilin di ujung B meleleh. Sementara partikel-partikel pada ujung A tidak ikut berpindah ke ujung B. Perpindahan semacam ini disebut konduksi. Jadi, perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor yang melalui zat perantara tanpa diikuti perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Jumlah kalor yang berpindah melalui zat tiap sekon disebut laju perpindahan kalor (Q/t). Hubungan laju perpindahan kalor dengan panjang batang logam Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, panjang logam (a) lebih pendek daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding terbalik dengan panjang logam Hubungan laju perpindahan kalor dengan luas penampang Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, luas penampang (A) logam (a) lebih besar daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan luas penampang logam (A) Hubungan laju perpindahan kalor dengan kenaikkan suhu. Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, perbedaan suhu (∆T) pada logam (a) lebih besar daripada logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan luas perbedaan suhu logam (∆T). Pengaruh jenis bahan terhadap laju perpindahan kalor Lilin pada gambar (a) lebih cepat meleleh daripada lilin pada gambar (b). Sementara itu, jenis logam (a) berbeda dengan logam (b). Jadi, laju perpindahan kalor dipengaruhi oleh jenis logam. Berdasarkan keterangan di atas, dapat diketahui bahwa besar laju perpindahan kalor (Q/t), dipengaruhi oleh panjang, luas penampang, perbedaan suhu ujung-ujung batang logam, dan jenis bahan. Secara matematis, laju kalor dapat dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut. Keterangan: Q/t = laju perpindahan kalor (J/s) k = konduktivitas termal bahan (W/mK) A = luas penampang bahan (m2) ∆T = perbedaan suhu ujung-ujung logam (K) l = panjang atau tebal bahan (m) \ Benda-benda yang mudah menghantarkan kalor disebut konduktor. Contoh konduktor adalah besi, aluminium, baja, dan tembaga. Sementara benda yang sukar menghantarkan kalor, disebut isolator. Contoh isolator adalah plastik, kayu, kain, dan kertas.

Copy and WIN : http://ow.ly/KfYkt

Suhu

Secara umum, kecepatan reaksi bertambah besar jika suhu reaksi kita naikan, lebih mudah melarutkan satu sendok gula ke dalam satu gelas air panas, dibandingkan dengan melarutkan satu sendok gula ke dalam satu gelas air es.
Hal ini disebabkan karena meningkatnya suhu akan meningkatkan energi kinetik molekul-molekul yang bereaksi. Molekul-molekul dengan energi kinetik yang bertambah ini bila saling bertumbukan akan menghasilkan energi tumbukan yang cukup besar untuk memutuskan ikatan-ikatan antara atom-atom dalam molekul tersebut, sehingga terjadi reaksi.
Berdasarkan persamaan reaksi, kecepatan reaksi ditentukan oleh harga k yaitu tetapan kecepatan reaksi. Harga k sangat tergantung oleh besarnya energi aktifasi dan suhu. Energi aktifasi didefinisikan sebagai energi terendah yang diperlukan untuk mencari keadaan dimana reaksi dapat berlangsung, lihat Gambar 10.12.

Gambar 10.12. Pelarutan kristal gula dalam air yang suhu T1>T2.
Hubungan antara tetapan kecepatan reaksi ini dengan kenaikan suhu dirumuskan oleh Archenius sebagai berikut:

k = konstanta kecepatan reaksi
A = tetapan Archenius
Ea = energi pengaktifan
R = tetapan gas umum
T = suhu mutlak
Arhenius juga mengamati didalam eksperimennya khusus reaksi-reaksi yang berlangsung pada temperatur dibawah 300°C, kenaikan suhu sebesar 10°C akan menaikkan tetapan kecepatan reaksi menjadi dua kali, sehingga kecepatan reaksinyapun meningkat dua kali.

sumber: http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/kecepatan-reaksi-dan-energi/suhu/

Fenomena Akibat Pengaruh Kalor

Hukum 1 Termodinamika

Prinsip Kerja Kulkas

Kulkas menjadi salah satu kebutuhan yang krusial bagi rumah tangga masyarakat Indonesia di masa sekarang. Kulkas umumnya digunakan untuk menyimpan bahan makanan mentah, sayur-sayuran, buah-buahan, minuman kaleng, dan es krim agar tidak membusuk, tahan lama, dan tetap terjaga awet di dalam suhu yang telah dikondisikan.

Bila dikategorikan secara umum, ada 9 komponen utama dalam kulkas dengan fungsinya masing-masing, yaitu: 

1. Kompresor, merupakan unsur terpenting yang berfungsi untuk memompa bahan pendingin ke seluruh bagian.

2. Kondensor, berfungsi sebagai alat penukar kalor dalam proses perubahan wujud gas bahan pendingin, yang pada suhu dan tekanan tinggi diubah menjadi wujud cair.

3. Filter, yang berfungsi sebagai penyaring kotoran yang mungkin terbawa masuk aliran pendingin ke kulkas setelah proses sirkulasi.

4. Evaporator, memiliki fungsi untuk menyerap kalor dari benda yang dimasukkan, kalor yang sudah terhisap akan mendinginkan bahan makanan itu.

5. Thermostat, berperan sebagai pengatur kerja kompresor secara otomatis berdasar pada batasan suhu di setiap bagian kulkas.

6.  Heater, berguna untuk mencairkan bunga es yang terbentuk di dalam evaporator.

7. Fan Motor, digunakan untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator ke seluruh bagian kulkas dan mendorong udara melalui kompresor.

8. Overload Motor Protector, berguna sebagai pelindung komponen #listrik dari kerusakan apabila arus listrik yang dihasilkan kompresor melebihi normal.

9. Bahan Pendingin (Refrigerant), berwujud sebagai zat yang mudah diubah bentuknya dari wujud gas menjadi wujud cair, atau sebaliknya.

Nah, sekarang kita masuk ke bagian yang lebih seru. Bagaimana prinsip kerja dari kulkas?

Semua berawal dari Hukum Termodinamika. Hukum Termodinamika berlaku untuk prinsip kerja lemari es. Seperti yang kita ketahui, energi panas selalu bergerak menuju ke daerah yang lebih dingin. Bagaimana lemari es bisa melakukan hal yang sebaliknya? Mengalirkan energi panas dari dalam ke udara yang lebih hangat di luar? Meskipun memiliki cara kerja yang berlawanan, prinsip kerja lemari es masih berhubungan erat dengan hukum perpindahan kalor. Sebuah lemari es harus melakukan tugas untuk membalikkan arah normal aliran energi panas. Tugas itu melibatkan penggunaan energi yang bertujuan untuk memindahkan sesuatu, dan untuk melakukannya sebuah lemari es membutuhkan energi. Dalam kasus ini, energi itu disediakan oleh listrik.

Credit: researchthetopic.wikispaces.com

Kunci proses kulkas dan sistem pendingin lain agar dapat bekerja terdapat pada refrigeran. Refrigeran ialah zat semacam Freon yang bertitik didih rendah sehingga dapat memfasilitasi perubahan bentuk antara cair dan #gas. Sebagai cairan, refrigeran berperan dalam penyerapan energi panas dari udara dingin di dalam lemari es untuk diubah menjadi gas.

Jadi pertama-tama, energi panas ditransfer ke dalam lemari es untuk menjadi cairan dingin yang melewati sebuah mesin evaporator. Lalu referigeran, yang sudah dibahas sebelumnya, menyerap energi panas agar menjadi lebih hangat lalu akhirnya berubah bentuk menjadi gas. Gas yang terbentuk sebelumnya, dialirkan melalui compressor agar cairan pendingin memiliki temperatur yang lebih tinggi. Refrigeran dengan suhu yang lebih tinggi tersebut selanjutnya mengalir melalui kondensor, dimana terjadi transfer #energi panas ke kumparan pendingin kondensor. Akhirnya, refrigeran tersebut kehilangan energi panasnya dan berubah menjadi energi dingin kembali, serta mengalami peristiwa kondensasi menjadi cairan.

Selanjutnya refrigeran masuk ke tabung Ekspansi, dimana merupakan tempat yang memiliki ruangan untuk menyebarkan cairan keluar dalam rangka menurunkan suhu menjadi lebih rendah. Cairan dingin hasil refrigeran tersebut kemudian mengalir kembali ke evaporator. Selanjutnya siklus itu kembali berulang.

sumber: http://www.prinsipkerja.com/perangkat-elektronik/prinsip-kerja-kulkas-lemari-es/

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal No. 1

Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m³ dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m³. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa)

Pembahasan
Data :
V₂ = 4,5 m³
V₁ = 2,0 m³
P = 2 atm = 2,02 x 10⁵ Pa
Isobaris → Tekanan Tetap

W = P (ΔV)
W = P(V₂ − V₁)
W = 2,02 x 10⁵ (4,5 − 2,0) = 5,05 x 10⁵ joule

Soal No. 2
1,5 m³ gas helium yang bersuhu 27^oC dipanaskan secara isobarik sampai 87^oC. Jika tekanan gas helium 2 x 10⁵ N/m² , gas helium melakukan usaha luar sebesar....
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
D. 480 kJ
E. 660 kJ
(Sumber Soal : UMPTN 1995)

Pembahasan
Data :
V₁ = 1,5 m³
T₁ = 27^oC = 300 K
T₂ = 87^oC = 360 K
P = 2 x 10⁵ N/m²

W = PΔV
Mencari V₂ :
^V₂ /_T2 = ^V₁/_T1
V₂ = ( ^V₁/_T1 ) x T₂ = ( ^1,5/₃₀₀ ) x 360 = 1,8 m³
W = PΔV = 2 x 10⁵(1,8 − 1,5) = 0,6 x 10⁵ = 60 x 10³ = 60 kJ

Soal No. 3
²⁰⁰⁰ /₆₉₃ mol gas helium pada suhu tetap 27^oC mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha yang dilakukan gas helium!

Pembahasan
Data :
n = ²⁰⁰⁰/₆₉₃ mol
V₂ = 5 L
V₁ = 2,5 L
T = 27^oC = 300 K

Usaha yang dilakukan gas :
W = nRT ln (V₂ / V₁)
W = (²⁰⁰⁰/₆₉₃ mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( ^{5 L} / _{2,5 L} )
W = (²⁰⁰⁰/₆₉₃) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule

Soal No. 4
Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah....
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
(Sumber Soal : UN Fisika 2009 P04 No. 18)

Pembahasan
η = ( 1 − ^T_r / _Tt ) x 100 %
Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :
η = ( 1 − ⁴⁰⁰/₆₀₀) = ¹/₃
η = ( ^W / _Q1 )
¹ /₃ = ^W/₆₀₀
W = 200 J

Soal No. 5
Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!



Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar....
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ
(Sumber Soal : UN Fisika 2010 P04 No. 17)

Pembahasan
W_AC = W_AB + W_BC
W_AC = 0 + (2 x 10⁵)(3,5 − 1,5) = 4 x 10⁵ = 400 kJ

Soal No. 6
Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
A. 50,0
B. 52,5
C. 57,0
D. 62,5
E. 64,0
(Sumber Soal : SPMB 2004)

Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = ⁴ / ₁₀
T_t = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (T_r) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:
η = 1 − (^Tr/_Tt)
⁴ / ₁₀ = 1 − (^Tr/₄₀₀)
(^Tr/₄₀₀) = ⁶ / ₁₀
Tr = 240 K

Data kedua :
Tt = 640 K
Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)
η = ( 1 − ^Tr/_Tt) x 100%
η = ( 1 − ²⁴⁰/₆₄₀) x 100%
η = ( ⁵ / ₈ ) x 100% = 62,5%

Soal No. 7
Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800 K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, maka suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi....(UMPTN 90)
A. 900 K
B. 960 K
C. 1000 K
D. 1180 K
E. 1600 K

Pembahasan
Rumus efisiensi (tanpa %)

Data dari Efisiensi pertama,
Tt = 800 K
η = 40% = 0,4 → (1 − η) = 0,6

Dari sini diperoleh suhu rendah Tr


Dari data efisiensi kedua,
η = 50% = 0,5 → (1 − η) = 0,5
Tr = 480 K

Suhu tingginya:

 

sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/33-termodinamika 

Mekanisme Transfer Energi dalam Proses Thermal

Dalam Bab 8, kita memperkenalkan pendekatan global untuk analisis energi dari proses fisik melalui Persamaan 8.1, ∆E_system=∑ T, di mana T merupakan transfer energi, yang dapat terjadi melalui beberapa mekanisme. Sebelumnya dalam bab ini, kita membahas dua istilah di sisi kanan dari persamaan ini, Usaha W dan kalor Q. Pada bagian ini, kita mengeksplorasi rincian lebih lanjut tentang kalor sebagai sarana transfer energi dan dua metode transfer energi lainnya yang sering berhubungan dengan perubahan suhu: konveksi (suatu bentuk perpindahan materi T_MT) dan radiasi elektromagnetik T_ER.

Konduksi termal

Proses transfer energi oleh kalor (Q dalam Pers. 8.2) juga dapat disebut konduksiatau konduksi termal. Dalam proses ini, transfer dapat diwakili pada skala atom sebagai pertukaran energi kinetik antara partikel mikroskopis-molekul, atom, dan elektron bebasdi mana partikel kurang energik mendapatkan energi dalam tumbukan dengan partikel yang lebih energik. Misalnya, jika Anda memegang salah satu ujung batang logam panjang dan masukkan ujung lainnya ke api, Anda akan menemukan bahwa suhu logam di tangan Anda segera meningkat. Energi yang mencapai tangan Anda dengan cara konduksi. Awalnya, sebelum batang dimasukkan ke api, partikel mikroskopis dalam logam bergetar di sekitar posisi keseimbangannya. Ketika api meningkatkan suhu batang, partikel dekat api mulai bergetar dengan amplitudo yang lebih besar dan terusmembesar. Partikel-partikel ini, pada gilirannya, bertabrakan dengan tetangganya dan mentransfer sebagian energinya dalam tumbukan. Perlahan-lahan, amplitudo getaran atom-atom logam dan elektron-elektron jauh dan jauh dari peningkatan api sampai akhirnya atom dan elektron berada pada logam di dekat tangan Anda yang terpengaruh. Peningkatan Getaran ini terdeteksi oleh peningkatan suhu logam dan tangan Anda berpotensi terbakar.

Tingkat konduksi termal tergantung pada sifat bahan yang dipanaskan. Sebagai contoh, adalah mungkin untuk memegang sepotong asbes dalam nyala api tanpa batas, yang menyiratkan bahwa sangat sedikit energi yangdikonduksikan melalui asbes. Secara umum, logam merupakan konduktor termal yang baik dan bahan-bahan seperti asbes, gabus, kertas, dan fiberglass adalah konduktor yang buruk. Gas juga adalah konduktor yang buruk karena jarak pemisah antara partikel begitu besar. Logam merupakan konduktor termal yang baik karena mengandung sejumlah besar elektron yang relatif bebas bergerak melalui logam sehingga dapat mengangkut energi dalam jarak yang panjang. Oleh karena itu, dalam konduktor yang baik seperti tembaga, konduksi terjadi melalui kedua getaran atom dan gerakan elektron bebas.

 

Konduksi hanya terjadi jika ada perbedaan suhu antara dua bagian dari media konduksi. Pertimbangkan lempengan bahan dengan ketebalan ∆x dan luas penampangmelintang A. Satu sisi slab adalah pada suhu Tc, dan sisi lain berada pada temperatur Th > Tc (Gambar 20.11). Secara eksperimen, ditemukan bahwa energi Q mentransfer dalam interval waktu ∆t dari bagianyang panas ke bagian yang dingin. Tingkat P = Q/∆t di mana transfer energi terjadi ditemukan sebanding dengan luas permukaan dan perbedaan suhu ∆T = Th - Tc dan berbanding terbalik dengan ketebalannya:

P = Q/∆t  ∞  A (∆T/∆t)

 Perhatikan bahwa P memiliki satuan watt ketika Q dalam joule dan ∆t dalam detik. Itu tidak mengherankan karena P adalah Daya, laju perpindahan energi Kalor. Untuk lempengan sangat kecil ketebalan dx dan perbedaan temperatur dT, kita dapat menulis hukum konduksi termal:

                                                                                        (20.15)
dimana k konstanta proporsionalitas adalah konduktivitas termal dari material dan | dT/dx | adalah gradien suhu (tingkat di mana suhu berubahterhadap posisi).

Zat-zat yang merupakan konduktor termal yang baik memiliki nilai konduktivitas termal besar, sedangkan isolator termal yang baik memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah. Tabel 20.3 daftar konduktivitas termal untuk berbagai zat. Perhatikan bahwa logam umumnya merupakan konduktor termal lebih baik daripada non logam.

 

Misalkan, batang seragam panjang dengan panjang L secara termal terisolasi sehingga energi tidak bisa lepas oleh panas dari permukaan kecuali pada ujung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.12. Salah satu ujung berada dalam kontak termal dengan cadangan energi pada suhu Tc, dan ujung lainnya berada dalam kontak termal dengan reservoir pada suhu Th < Tc. Ketika keadaan stabil telah tercapai, suhu di setiap titik di sepanjang batang adalah konstan terhadap waktu. Dalam hal ini, jika kita asumsikan k bukan merupakan fungsi dari suhu, gradien suhu adalah sama di mana pun di sepanjang batang dan:

Oleh karena itu, laju perpindahan energi dengan konduksi melalui batang adalah:
                                                                                             (20.16)
Untuk slab senyawa yang mengandung beberapa bahan dari ketebalan L1, L2,. . . dan konduktivitas termal k1, k2,. . . , Laju perpindahan energi melalui slab di posisi mantap adalah:
                                                                                            (20.17)
di mana Th dan Tc adalah suhu permukaan luar (yang tetap konstan) dan penjumlahan merupakan seluruh lembaran. Contoh 20.8 menunjukkan bagaimana Persamaan 20.17 hasil dari pertimbangan dua ketebalan bahan (Serway, 583-585 : 2010).

Satuan Kalor

Studi awal tentang kalor difokuskan pada peningkatan resultan suhu dari suatu zat, yang biasanya adalah air. Gagasan awal kalor didasarkan pada sebuah fluida yang disebut kalori yang mengalir dari satu substansi ke substansi yang lain dan menyebabkan perubahan suhu. Dari nama mitos fluida ini datang besaran energi yang berkaitan dengan proses termal, kalori (kal), yang didefinisikan sebagai jumlah transfer energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air dari 14,5⁰ C sampai 15,5⁰ C. ("Kalori," ditulis dengan huruf kapital "C" dan digunakan dalam menggambarkan kandungan energi dari makanan, sebenarnya kilokalori.) Satuan energi dalam sistem AS adalah British thermal unit (Btu), yang didefinisikan sebagai jumlah transfer energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 lb air dari 63⁰ F sampai 64⁰ F.

Setelah hubungan antara energi pada proses termal dan mekanik menjadi jelas, tidak ada kebutuhan untuk satuan terpisah terkait dengan proses termal. Joule telah didefinisikan sebagai besaran energi berdasarkan proses mekanis. Para ilmuwan semakin berpaling dari kalori dan Btu dan menggunakan joule saat menjelaskan proses termal. Dalam buku ini, kalor, usaha, dan energi internal (energi dalam) biasanya diukur dalam joule.

Equivalensi Mekanik dari Kalor

Dalam Bab 7 dan 8, kita menemukan bahwa ketika gesekan hadir dalam suatu sistem mekanik, energi mekanik dalam sistem menurun, dengan kata lain, energi mekanik tidak kekal dalam kehadiran gaya nonkonservatif. Berbagai eksperimen menunjukkan bahwa energi mekanik tidak hanya hilang tetapi berubah menjadi energi internal. Anda dapat melakukan percobaan seperti di rumah dengan memalu paku ke secarik kayu. Apa yang terjadi dengan semua energi kinetik palu setelah Anda selesai? Beberapa sekarang di paku sebagai energi internal, seperti yang ditunjukkan oleh paku yang terukur hangat. Perhatikan bahwa tidak ada transfer energi dengan kalor dalam proses ini. Untuk paku dan papan sebagai sistem nonisolated (tak terisolasi), Persamaan 8.2 menjadi ∆E_int = W + T_MW, di mana W adalah kerja yang dilakukan oleh palu pada paku dan T_MW adalah energi yang meninggalkan sistem dengan gelombang suara ketika paku dipukul. Meskipun hubungan antara energi mekanik internal dan pertama kali diusulkan oleh Benjamin Thompson, James Prescott Joule yang mendirikan kesetaraan penurunan energi mekanik dan peningkatan energi internal.

 

Sebuah diagram skematik eksperimen Joule paling terkenal ditunjukkan pada Gambar 20.1. Sistem adalah Bumi, dua balok, dan air dalam wadah termal terisolasi. Kerja ini dilakukan dalam sistem di atas air dengan kincir berputar, yang didorong oleh balok berat yang jatuh pada kecepatan konstan. Jika energi ditransformasikan dalam bantalan dan energi melewati dinding oleh panas yang diabaikan, penurunan energi potensial dari sistem ketika balok jatuh sama dengan kerja yang dilakukan oleh kincir di atas air dan, pada gilirannya, terjadi peningkatan energi internal dari air. Jika dua balok jatuh dengan jarak h, penurunan energi potensial adalah 2mgh, di mana m adalah massa dari satu balok, energi ini menyebabkan suhu air meningkat. Dengan memvariasikan kondisi percobaan, Joule menemukan bahwa penurunan energi mekanik sebanding dengan produk dari massa air dan peningkatan suhu air. Konstanta proporsionalitas ditemukan menjadi sekitar 4,18 J/g∙⁰C. Oleh karena itu, 4.18 J energi mekanik meningkatkan suhu 1 g air sebesar 1⁰C. Pengukuran yang lebih tepat diambil kemudian menunjukkan proporsionalitas menjadi 4,186 J/g∙⁰C ketika suhu air dinaikkan dari 14,5 ⁰C sampai 15,5 ⁰C. Kita mengadopsi "15 derajat kalori" bernilai:

1 kal = 4,186 J                                                           (20.1)

Kesetaraan ini dikenal, semata karena alasan historis, sebagai equivalensi mekanik kalor. Sebuah nama yang lebih tepat akan kesetaraan antara energi mekanik dan energi internal, tetapi nama historis juga bercokol dalam bahasa kita, meskipun penggunaan yang salah dari kata kalor (Serway,2010:566-567).

Termometer dan Skala Suhu Celcius

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu suatu sistem. Semua termometer didasarkan pada prinsip bahwa beberapa sifat fisik dari sistem berubah ketika suhu sistem berubah. Beberapa sifat fisik yang berubah dengan perubahan temperatur adalah (1) volume cairan, (2) dimensi dari benda padat, (3) tekanan gas pada volume konstan, (4) volume gas pada tekanan konstan, (5) resistansi (hambatan) listrik dari sebuah konduktor, dan (6) warna obyek. 

Termometer umum dalam penggunaan sehari-hari terdiri dari massa cairan, biasanya merkuri atau alkohol yang mengembang ke dalam tabung kapiler kaca ketika dipanaskan (Gambar 19.2). Dalam hal ini, sifat fisik yang berubah adalah volume cairan. Setiap perubahan suhu pada kisaran termometer dapat didefinisikan sebagai sebanding dengan perubahan panjang dari kolom cairan. Termometer dapat dikalibrasi dengan menempatkannya dalam kontak termal dengan sistem alami yang tetap pada suhu konstan. Salah satu sistem tersebut adalah campuran air dan es dalam kesetimbangan termal pada tekanan atmosfer. Pada skala Celsius suhu, campuran ini didefinisikan memiliki suhu nol derajat Celcius, yang ditulis sebagai 0⁰C, suhu ini disebut titik beku air. Sistem lain yang umum digunakan adalah campuran air dan uap dalam kesetimbangan termal pada tekanan atmosfer, suhu didefinisikan sebagai 100⁰C, yang merupakan titik uap air. Setelah tingkat cairan dalam termometer telah didirikan di dua titik, panjang kolom cairan antara dua titik dibagi menjadi 100 segmen yang sama untuk membuat skala Celcius. Oleh karena itu, setiap segmen menunjukkan perubahan suhu satu derajat Celcius.

 

Termometer dikalibrasi dengan cara ini menimbulkan masalah ketika pembacaan sangat akurat diperlukan. Misalnya, pembacaan yang diberikan oleh termometer alkohol dikalibrasi pada titik beku dan titik uap air mungkin sesuai dengan yang diberikan oleh termometer raksa yang hanya pada titik-titik kalibrasi. Karena merkuri dan alkohol memiliki sifat ekspansi termal yang berbeda, ketika salah satu termometer membaca suhu, misalnya, 50⁰C, yang lain mungkin menunjukkan nilai yang sedikit berbeda. Adanya perbedaan antara termometer yang sangat besar ketika suhu yang akan diukur jauh dari titik kalibrasi. 

           Masalah praktis tambahan termometer apapun adalah jangkauan terbatas dari suhu lebih yang dapat digunakan. Sebuah termometer raksa, misalnya, tidak dapat digunakan di bawah titik beku air raksa, yang -39⁰C, dan termometer alkohol tidak berguna untuk mengukur suhu di atas 85⁰C, titik didih alkohol. Untuk mengatasi masalah ini, kita perlu termometer yang universal yang bacaan independen dari bahan yang digunakan di dalamnya. Termometer gas, dibahas dalam bagian berikutnya, pendekatan persyaratan ini (Serway,2010:546-547).

Kalor Jenis dan kalorimetri

Ketika energi ditambahkan ke sistem dan tidak ada perubahan energi kinetik atau potensial dari sistem, suhu sistem biasanya naik. (Pengecualian terhadap pernyataan ini adalah kasus di mana suatu sistem mengalami perubahan keadaan-juga disebut fase transisi-seperti yang dibahas dalam bagian berikutnya.) Jika sistem terdiri dari sampel suatu zat, kita menemukan bahwa jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu massa zat dengan nilai yang bervariasi dari satu substansi yang lain. Sebagai contoh, jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1⁰C adalah 4,186 J, tetapi jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg tembaga dengan 1⁰C hanya 387 J. Dalam diskusi yang berikut, kita akan menggunakan kalor sebagai contoh transfer energi kita, namun perlu diingat bahwa suhu sistem dapat diubah dengan cara apapun dari metode transfer energi. 

Kapasitas kalor C dari sampel tertentu didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sampel sebesar 1⁰C. Dari definisi ini, kita melihat bahwa jika energi Q menghasilkan perubahan suhu sampel ∆T, maka:

Q = C ∆T                                                                   (20.2)

Kalor jenis suatu zat adalah kapasitas kalor per satuan massa. Karena itu, jika energi Q mentransfer ke sampel suatu zat dengan massa m dan perubahan suhu sampel oleh ∆T, kalor jenis zat adalah:

c ≡ Q/(m ∆T)                                                                 (20.3)

Kalor jenis pada dasarnya adalah sebuah ukuran seberapa sensitif termal suatu zat dalam penambahan energi. Semakin besar kalor jenis suatu material, semakin banyak energi yang harus ditambahkan ke dalam massa tertentu material yang menyebabkan perubahan suhu tertentu. Tabel 20.1 daftar perwakilan kalor jenis.

Dari definisi ini, kita dapat menghubungkan energi Q yang ditransfer antara sampel bermassa m dari sebuah bahan dan sekitarnya sampai perubahan suhu ∆T sebagai:

Q = mc∆T                                                                   (20.4)

Sebagai contoh, energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 0,50 kg air dengan 3,0 ⁰C adalah Q = (0,50 kg) (4,186 J/kg.⁰C) (3,0 ⁰C) = 6,28 x 10³ J. Perhatikan bahwa ketika suhu meningkat, Q dan ∆T dianggap positif dan transfer energi ke dalam sistem. Ketika suhu menurun, Q dan ∆T negatif dan transfer energi dari sistem.

Kita dapat mengidentifikasi mc∆T sebagai perubahan energi internal sistem jika kita mengabaikan ekspansi atau kontraksi termal dari sistem. (Ekspansi atau kontraksi termal akan menghasilkan dalam jumlah yang sangat kecil dari kerja yang sedang dilakukan pada sistem dengan udara sekitarnya) Kemudian, Persamaan 20.4 adalah bentuk tereduksi Persamaan 8.2: ∆E_int = Q. Energi internal sistem dapat diubah dengan mentransfer energi ke dalam sistem dengan mekanisme apapun. Sebagai contoh, jika sistem adalah kentang panggang dalam oven microwave, Persamaan 8.2 tereduksi menjadi analog berikut untuk Persamaan 20.4: ∆E_int = T_ER = mc∆T, di mana T_ER adalah energi yang ditransfer ke kentang dari oven microwave oleh radiasi elektromagnetik. Jika sistem adalah udara dalam pompa sepeda, yang menjadi panas ketika pompa dioperasikan, Persamaan 8.2 tereduksi menjadi analog berikut untuk Persamaan 20.4: ∆E_int = W = mc ∆T, di mana W adalah kerja yang dilakukan pada pompa oleh operator. Dengan mengidentifikasi mc∆T sebagai ∆E_int, kita telah mengambil langkah menuju pemahaman yang lebih baik tentang suhu: suhu berhubungan dengan energi dari molekul sistem. Kita akan mempelajari rincian lebih lanjut dari hubungan ini dalam Bab 21.

Kalor jenis bervariasi terhadap suhu. Namun, jika interval temperatur tidak terlalu besar, perubahan suhu dapat diabaikan dan c dapat diperlakukan sebagai sebuah konstanta. Misalnya, kalor jenis air berubah hanya sekitar 1% dari 0 ⁰C sampai 100 ⁰C pada tekanan atmosfer. Kecuali dinyatakan lain, kita akan mengabaikan variasi tersebut.

Perhatikan dari Tabel 20.1 air yang memiliki Kalor jenis tertinggi dari pada bahan umum. Kalor jenis yang tinggi ini merupakan sebagian yang bertanggung jawab untuk iklim sedang yang ditemukan hampir sebagian besar air. Ketika suhu air menurun selama musim dingin, energi yang ditransfer dari air pendingin ke udara oleh kalor, meningkatkan energi internal dari udara. Karena Kalor jenis yang tinggi dari air, jumlah energi yang relatif besar ditransfer ke udara untuk suhu sedang berubah dari air. Angin di Pantai Barat Amerika Serikat adalah ke arah daratan (timur). Oleh karena itu, energi yang dibebaskan oleh Samudera Pasifik mendingin membuat wilayah pesisir jauh lebih hangat daripada yang semestinya. Akibatnya, pantai negara barat umumnya memiliki cuaca musim dingin yang lebih menguntungkan daripada Pantai negara Timur, di mana angin yang berlaku tidak cenderung membawa energi menuju daratan.

Kalorimetri

Salah satu teknik untuk mengukur Kalor jenis melibatkan pemanasan sampel beberapa yang diketahui suhunya T_x, menempatkannya dalam wadah yang berisi air yang dikenal massa dan temperaturnya T_w, T_x, dan mengukur suhu air setelah keseimbangan telah tercapai. Teknik ini disebut kalorimetri, dan perangkat di mana transfer energi ini terjadi disebut kalorimeter. Gambar 20.2 menunjukkan sampel panas di air dingin dan transfer energi yang dihasilkan oleh panas dari bagian suhu tinggi dari sistem ke bagian suhu rendah. Jika sistem sampel dan air terisolasi, prinsip konservasi energi mensyaratkan bahwa jumlah energi Q_hot yang meninggalkan sampel (kalor jenis tidak diketahui) sama dengan jumlah energi Q_cold yang memasuki air. Konservasi energi memungkinkan kita untuk menulis representasi matematis pernyataan energi ini sebagai:

Q_cold = -Q_hot                                                                 (20,5)

Misalkan m_x adalah massa sebuah sampel dari beberapa substansi yang kalor jenisnya kita ingin tentukan. Mari kita sebut kalor jenisnya c_x dan temperatur awal T_x seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.2. Demikian juga m_w, c_w, dan T_w mewakili nilai-nilai yang sesuai untuk air. Jika T_f adalah suhu akhir setelah sistem mencapai keadaan ekuilibrium, Persamaan 20.4 menunjukkan bahwa transfer energi untuk air m_wc_w (T_f - T_w), yang positif karena T_f >T_w, dan bahwa transfer energi untuk sampel kalor jenis yang tidak diketahui adalah m_xc_x (T_f - T_x), yang negatif. Mengganti ekspresi ini ke dalam Persamaan 20.5 memberikan:

m_wc_w (T_f - T_w) = -m_xc_x (T_f - T_x)

Persamaan ini dapat diselesaikan untuk kalor jenis c_x yang tidak diketahui. (Serway,2010:568-570).