Pengertian Sifat Termal Zat.

Sifat termal zat ialah bahwa setiap zat yang menerima ataupun melepaskan kalor, maka zat tersebut akan mengalami :
Perubahan suhu / temperatur / derajat panas.
Perubahan panjang ataupun perubahan volume zat tersebut.
Perubahan wujud.
Pengukuran Suhu / Temperatur.

Alat untuk mengukur suhu suatu zat disebut TERMOMETER.
Secara umum ada 3 jenis termometer, yaitu :
Termometer celcius, mempunyai titik beku air 00 titik didih air 1000
Termometer reamur, mempunyai titik beku air 00 titik didih air 800
Termometer Fahrenheit, mempunyai titik beku air 320 titik didih air 2120

Kalor dan Perpindahannya
Kamu tentu sudah menyadari bahwa sumber panas yang uatama di dunia ini adalah matahari. Energi panas atau energi kalor yang diradiasikan hingga ke bumi itu dimanfaatkan oleh tumbuhan hijau untuk fotosintesis. Manusia dan hewan mentransfer energi itu dengan memakan bagian dari tumbuhan. Tumbuhan-tumbuhan purba masih menyisakan energi tersebut dalam wujud batubara, dan hewan-hewan purba menyisakan energi itu dalam wujud minyak bumi.
Kamu akan memperdalam pengaruh energi kalor terhadap zat, cara-cara energi kalor berpindah, dan penerapan asas Black dalam pemecahan masalah tentang kalor pada bab ini.
Pemahaman Tentang Kalor
Dari awal abad 18 hingga 19 Masehi, kalor masih diyakini oleh sebagian orang sebagai suatu fluida yang disebutkalori k. Fluida ini dapat berpindah dari suatu zat ke zat yang lainnya. Arah perpindahan itu adalah dari zat yang bersuhu tinggi ke zat yang bersuhu rendah. Kalor adalah suatu bentuk energi. Istilah kalor berasal dari Caloric, pertama kali diperkenalkan oleh A.L. Lavoiser seorang ahli kimia dari Perancis. Oleh para ahli kimia dan fisika kalor dianggap sejenis zat alir yang tidak terlihat oleh manusia, berdasarkan itulah satuan kalor ditetapkan dengan nama kalori disingkat kal.
Kalori didefinisikan :
Satu kalori (kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gr air sehingga suhunya naik 1ºC.
Sedang pengertian suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda. Suhu umumnya diukur dengan alat ukur suhu berupa termometer.
Adapun syarat terjadinya perpindahan kalori ini adalah adanya sentuhan kedua benda yang berbeda suhu. Fluidakalori k ini akan berpindah dari zat yang bersuhu tinggi ke zat yang bersuhu rendah, hingga tercapai suatu kesamaan suhu antara kedua benda yang disebut dengan kesetimbangan termal.
Hingga pertengahan abad ke 18 pengertian kalor sebagai suatu fluida masih mengemuka dimasyarakat, bahkan pengertian kalor semakin rancu dengan pengertian suhu, yang sesungguhnya memang berbeda. Kalor adalah fluida atau zat alir, dan suhu adalah derajat panas atau dinginya suatu benda yang diukur dengan termometer.
Namun pendapat tersebut berubah, ketika seorang bernama Benjamin Thompson menyatakan bahwa kalor bukanlah suatu fluida kalorik tetapi dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanis.
Percobaan Joule :
Pemikiran bahwa kalor bukanlah suatu fluida, namun dihasilkan dari suatu usaha yang berarti berhubungan dengan energi, maka Prescot Joule melakukan percobaan untuk menghitung besar energi mekanik yang ekuivalen dengan kalor sebanyak 1 kalori.
Percobaan joule adalah dengan menggantung beban pada suatu kontrol yang dihubungkan dengan kincir yang dapat bergerak manakala beban bergerak. Kincir tersebut dimasukkan kedalam air. Akibat gerakan kincir tersebut, maka suhu air akan berubah naik
Penurunan ketinggian beban dapat menunjukkan adannya perubahan energi
potensial gravitasi pada beban. Jika beban turun dengan kecepatan tetap,
Maka dapat dikatakan tidak terdapat perubahan energi kinetic pada beban, sehingga seluruh perubahan energi potensial dari beban akan berubah menjadi energi kalor pada air.
Berdasarkan teori bahwa terjadi perubahan energi potensial gravitasi menjadi energi kalor, maka diperoleh suatu nilai tara mekanik kalor, yaitu ekuivalensi energi mekanik menjadi energi kalor.

1 joule = 0,24 kalori
1 kalori = 4, 18 joule

Kapasitas Kalor (C) dan Kalor Jenis (c)
Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu zat sebesar 1°C. jika sejumlah kalor Q menghasilkan perubahan suhu sebesar ∆t, maka kapasitas kalor dapat dirumuskan:

C= Δt
Q

Dengan keterangan,

C: kapasitas kalor (Joule / K atau kal / K)
Q: kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)
∆t: perubahan suhu (K atau°C)13

Pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud zat
Adanya pengertian, bahwa kalor bukanlah aliran fluida, melainkan merupakan suatu bentuk energi, yang dapat diperoleh dari perubahan energi mekanik, maka akan kita perhatikan apakah kalor tersebut akan mempengaruhi suatu benda atau temperatur dari suatu benda atau zat.
Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti :
a. terjadi pemuaian
b. terjadi perubahan wujud
c. terjadi kenaikan suhu
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan zat sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu sebesar 1 K atau 1°C. Kalor jenis merupakan karakteristik termal suatu benda, karena tergantung dari jenis benda yang dipanaskan atau didinginkan, serta dapat dinyatakan dalam persamaan :
Q= m.c.∆t.

Dengan keterangan,
c : kalor jenis (J/kg.K atau J/kg.°C)
Q : kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)
∆t : perubahan suhu (K atau°C)
m : massa benda (kg)

Beberapa hal yang dikemukakan oleh Joseph Black berkaitan dengan perubahan suhu benda, ternyata dapat digunakan untuk menentukan besar kalor yang diserap oleh suatu zat.
a. Pemuaian
Pemberian kalor pada sustu zat selain dapat menaikkan atau menurunkan suhu zat, dapat juga merubah wujud suatu zat, atau menyebabkan benda mengalami pemuaian.
Umumnya semua zat akan memuai jika ia mengalami kenaikan suhu, kecuali beberapa zat yang mengalami penyusutan saat terjadi kenaikan suhu, pada suatu interval suhu tertentu. Kejadian penyusutan wujud zat saat benda mengalami kenaikan suhu disebut anomali, seperti terjadi pada air. Air saat dipanaskan dari suhu 0°C menjadi 4°C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunya lebih besar dari 4°C volumenya membesar.
Hal tersebut diatas tidak berlaku sepenuhnya pada air, pada air terjadi perkecualian. Misalnya volume air akan berkurang bila suhunya dinaikkan dari 0°C, peristiwa ini disebut dengan anomali air.
Peristiwa anomali air dapat diterangkan dengan meninjau bangun kristal es.

Pemuaian Ruang ( volume )
Volume mula-mula suatu benda Vo , kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus :
γ = 1/Vo. ΔV/Δt
ΔV = γ . Vo . Δt
γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per °C )
γ =3α
Vt=vo+Δt
Vt = Vo ( 1 + γ . Δt )
Contoh:
1. Sebuah balok kuningan mempunyai panjang 5 m, tinggi 2 m, dan lebar 1 m pada suhu 20°C. Jika kalor jenis kuningan 1,8 . 10-5 /K, tentukan volume kuningan pada suhu 120°C !
Jawab
Vt =Vo (1+γ.∆t)
Vt =(5 x 2 x 1) (1+3.x1,8.10-5.(120 – 20 )
Vt =10,054 m3

Pemuaian Volume zat Cair
Zat cair yang hanya mempunyai koefisien muai volume ( γ ). Bila volume mula-mula suatu zat cair V0 kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikut
Vt = γ . Vo . Δt
dan volumenya sekarang menjadi
Vt = Vo + ΔV
Vt = Vo ( 1 + γ Δt )
Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 4 °C, ingat anomali air.

Pemuaian Volume Gas
Khusus untuk gas, pemuaian volume dapat menggunakan persamaan
seperti pemuaian zat cair,
Vt = Vo ( 1 + γ Δt ) dengan nilaiγ =273
Perubahan volume gas tidak hanya menggunakan persamaan tersebut di atas, namun ada besaran-besaran lain yang perlu diperhatikan seperti tekanan dan temperatur. Persamaan yang berlaku dalam pemuaian gas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut.
b. Perubahan Wujud
Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka ada dua kemungkinan yang terjadi pada suatu benda, yaitu benda akan mengalami perubahan suhu, atau mengalami perubahan wujud.
Kenaikan suhu suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang mengkaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor.
Sedangkan pada saat benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi perubahan suhu, namun semua kalor saat itu digunakan untuk merubah wujud zat, yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung unsur kalor laten.
Besar kalor laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan :

Q = m.L
Dengan keterangan,
Q : kalor yang diterima atau dilepas (Joule atau kal)
m : massa benda (kg atau gram)
L : kalor laten (J/kg atau kal/gr)
Adanya kalor laten berupa kalor lebur dan kalor didih sangat sering dijumpai dalam kehidupan, seperti meleburnya es cream pada suhu normal, atau mendidihnya air sebelum dikonsumsi untuk kehidupan sehari-hari.
Perubahan wujud ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik, yang menyatakan bahwa saat mencapai titik lebur atau titik didih, kecepatan getar zat akan bernilai maksimum, sehingga kalor yang diterima tidak digunakan untuk menambah kecepatan, namun digunakan untuk melawan gaya ikat antar molekul zat. Sehingga saat molekul-molekul itu dapat melepaskan ikatannya, maka zat akan berubah wujud melebur atau mendidih.
Contoh:
1. Tentukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan 10 kg es pada suhu 0°C.
jika kalor lebur es 3,35. 105 J/kg !
Jawab:
Q=m . L
Q = 10 kg . 3,35. 105 J/kg
Q = 3,35. 106 J

c. Perubahan Suhu
Suhu merupakan suatu istilah yang dipakai untuk membedakan panas dinginnya suatu benda. Misalnya benda panas akan dikatakan mempunyai suhu tinggi dan benda dingin mempunyai suhu yang rendah.
Zat cair yang biasanya dipakai untuk mengisi termometer adalah air raksa. Suhu dapat diukur dengan termometer. Kebaikan air raksa dari zat cair lainnya yaitu :
a. Air raksa dapat cepat mengambil panas benda yang diukur sehingga suhunya sama dengan suhu benda yang diukur tersebut
b. Dapat dipakai untuk mengukur suhu benda dari yang rendah sampai yang tinggi, karena air raksa punya titik beku –39°C dan titik didih 357°C.
c. Tidak dapat membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya dapat lebih teliti.
d.Pemuaian dari air raksa adalah teratur.
e. Mudah dilihat, karena air raksa mengkilat.
Selain air raksa dapat juga digunakan alkohol untuk mengisi tabung termometer. Alkohol mempunyai titik rendah / beku –114°C dengan titik didih 78°C. Termometer ada berbagai macam menurut fungsinya, yaitu :
a. Termometer suhu badan
b. Termometer udara
c. Termometer logam
d. Termometer maximum dan minimum
e. Termograf untuk terminologi
f. Termometer digital

Skala Termometer

Macam – macam satuan skala termometer :
1. Termometer skala Celcius, titik didihnya 100°C dengan titik beku 0°C. Sehingga dari 0° – 100°C, dibagi dalam 100 skala.
2. Termometer skala Reamur, titik didihnya 80°R dengan titik beku 0°R. Sehingga dari 0° – 80°R, dibagi dalam 80 skala.
3. Termometer skala Kelvin, titik didihnya 373°K dengan titik beku 273°K. Sehingga dari 273°K – 373°K, dibagi dalam 100 skala.
4. Termometer Fahrenheit, titik didihnya 212°F dengan titik beku 32°F. Sehingga dari 32°F – 212°F, dibagi dalam 180 skala.
5. Termometer Rainkin, titik didihnya 672°Rn dengan titik beku 492°Rn. Sehingga dari 492° Rn– 672°Rn, dibagi dalam 180 skala.

Secara umum hubungan 2 termometer dapat ditulis:

TA-TbA = TB-TbB
TaA-Tba TaB-TbB

Keterangan:
TA= suhu A
TB= suhu B
TaA= titik tetap atas suhu A
TbA= titik tetap atas suhu B
TaB= titik tetap atas suhu A
TbB= titik tetap atas suhu B

Tanpa usaha luar, maka kalor sebagai suatu bentuk energi dapat berpindah tempat dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dengan berbagai cara, yaitu :
1. Konduksi
Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Pada hantaran kalor ini yang berpindah hanyalah energinya, tanpa melibatkan partikel perantaranya, seperti hantaran kalor pada logam yang dipanaskan dari satu ujung ke ujung lainnya. Saat ujung B dipanaskan, maka ujung A, lama kelamaan akan mengalami pemanasan juga, hal tersebut dikarenakan energi kalor yang menggetarkan molekul-molekul di ujung B turut menggetarkan molekul-molekul yang ada disampingnya hingga mencapai titik A.
2. Konveksi
Konveksi adalah hantaran kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Contoh dari peristiwa konveksi adalah seperti perpindahan kalor pada zat cair yang dipanaskan, ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturan katub udara pada kompor, dan kipas angin. Umumnya konveksi terjadi pada gas dan zat cair.
3. Radiasi
Radiasi adalah hantaran kalor yang tidak memerlukan medium perantara, seperti kalor dari matahari yang sampai ke bumi, kalor api unggun yang sampai pada orang yang ada di sekitarnya, pendingin (pemanas) rumah, pengeringan kopi, pembakaran dengan oven dan efek rumah kaca.

Hukum Termodinamika
Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika. Sejak perumusannya, hukum-hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam fisika dan berbagai cabang ilmu lainnya yang berhubungan dengan termodinamika. Hukum-hukum ini sering dikaitkan dengan konsep-konsep yang jauh melampau hal-hal yang dinyatakan dalam kata-kata rumusannya.

tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain.” Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.
Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor.

Posted with WordPress for BlackBerry.