Materi kbm IPA

Tuesday, January 19, 2021

KALOR DAN PERPINDAHANNYA

KELAS VII

BAB V

KALOR DAN PERPINDAHANNYA

A. KALOR

Kalor adalah suatu bentuk energi yang secara alamiah dapat berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju suhu yang lebih rendah saat bersinggungan.

Jika sebuah benda menerima atau melepaskan kalor akan terjadi kemungkinan:

1. Suhunya berubah (naik atau turun) tetapi wujudnya tetap

2. Wujudnya berubah tetapi suhunya tetap.

Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran derajat panas suatu benda. Sedangkan kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda

1. Kalor Mengubah Suhu Benda

Besarnya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk mengubah suhu berbanding lurus (sebanding) dengan massa (m), kalor jenis (C) dan kenaikan suhu (ΔT).

Secara matematis dinyatakan dengan persamaan :

Keterangan:

Q = jumlah kalor yang diserap atau dilepas (dalam satuan Joule, kalori atau kilokalori)

m = massa zat ( dalam satuan kg atau gram)

C = kalor jenis zat ( dalam satuan J/kg^oC)

ΔT = kenaikan suhu (^oC)

Δ = dibaca delta (huruf Yunani)

Jadi selain joule (J), terdapat satuan kalor yang sering dipergunakan dalam kehidupan sehari-sehari, yaitu kalori.

Satu kalori dapat didefinisikan kalor yang diperlukan tiap 1 gram air , sehingga suhunya naik 1^oC.

Terdapat kesetaraan antara satuan joule dan satuan kalori yang biasa disebut tara kalor mekanik yaitu:

1 kalori (kal) = 4,2 joule

1 joule (J) = 0,24 kalori

Adapun 1 kilokalori (kkal) = 1000 kalori (kal)

Contoh soal

Air 3 kg akan dinaikkan suhunya dari 10ᵒC menjadi 60ᵒC. Jika kalor jenis air 4200 J/kgᵒC hitunglah besarnya kalor yang diserap!

Diketahui:

m = 3 kg

T1 = 10ᵒC

T2 = 60ᵒC

sehingga ΔT = (60 - 10)ᵒC = 50ᵒC

C = 4200 J/kgᵒC

Ditanyakan Q = ...?

Jawab :

Q = m x C x ΔT

Q = 3 x 4200 x 50

Q = 630.000 J

Pengertian Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan satu satuan massa benda untuk menaikkan suhunya sebesar 1^oC.

Dinyatakan dengan persamaan:

Misalnya, kalor jenis air adalah 4200 J/kg^oC (dibulatkan) artinya untuk menaikkan suhu sebesar 1^oC dari 1 kg air dibutuhkan energi kalor 4200 joule.

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu sebesar 1°C.

Dinyatakan dengan persamaan :

Contoh soal:

Energi kalor 480.000 J digunakan oleh 3 kg zat untuk menaikkan suhunya dari 30ᵒC menjadi 70ᵒC.

Hitunglah :

a. kalor jenis zat

b. kapasitas kalor zat

Dikertahui:

Q = 480.000 J

m = 3 kg

T1 = 30ᵒC

T2 = 70ᵒC

sehingga ΔT = (70 - 30)ᵒC = 40ᵒC

Ditanyakan:

a. kalor jenis zat

b. kapasitas kalor zat

Jawab :

Daftar kalor jenis dari beberapa zat

Penjelasan:

Pada pembahasan di atas, pemberian kalor pada suatu zat hanya menaikkan suhu saja tidak merubah wujudnya.

Yang semula air tetap berupa air pada akhir pemanasan.

2. Kalor Mengubah Wujud Benda

JIka sebongkah es (zat padat) dipanaskan akan berubah menjadi air (zat cair).

Contoh lain, jika kita merebus air dalam panci, jika kita biarkan air tersebut lama-lama habis. Kemana perginya air? Air (zat cair) ketika dipanaskan melebihi titik didihnya dapat merubah menjadi uap air (zat gas).

Dari dua contoh di atas dapat disimpulkan bahwa kalor dapat berubah wujud zat.

Perubahan wujud zat sangat dipengaruhi oleh Kalor Laten, yaitu kalor yang dibutuhkan tiap satu satuan massa zat untuk mengubah wujudnya tanpa mengalami perubahan suhu.

Terdapat dua kalor laten yaitu:

a) Kalor Lebur (L) yaitu banyaknya kalor ynag dibutuhkan tiap satu satuan massa zat untuk melebur pada titik leburnya.

Jika prosesnya dibalik, artinya zat didinginkan maka sistem akan melepas kalor agar wujudnya berubah. Kalor yang dilepaskan ini disebut Kalor Beku.

Besarnya Kalor Beku = Kalor Lebur

Besar energi kalor yang diserap (dibutuhkan) atau dilepas dinyatakan:

Q = m x L

Keterangan:

Q= kalor yang diserap atau dilepas (J)

L= kalor lebur atau kalor beku (J/kg)

m= massa zat (kg)

b) Kalor Uap (U) yaitu banyaknya kalor ynag dibutuhkan tiap satu satuan massa zat cair untuk menjadi uap pada titik didihnya.

Jika prosesnya dibalik, artinya zat didinginkan maka sistem akan melepas kalor agar wujudnya berubah. Kalor yang dilepaskan ini disebut Kalor Embun.

Besarnya Kalor Embun = Kalor Uap

Besar energi kalor yang diserap atau dilepaskan dinyatakan:

Q= m x U

Keterangan:

Q= kalor yang diserap atau dilepas (J)

U= kalor Uap atau Kalor Embun (J/kg)

m= massa zat (kg)

Catatan

Es akan melebur seluruhnya menjadi air jika dipanaskan hingga suhu pemanasan melebihi titik leburnya yaitu nol derajat celcius (0⁰C).
Sebaliknya air akan berubah seluruhnya menjadi es jika didinginkan hingga suhunya lebih kecil dari titik bekunya yaitu nol derajat celcius (0⁰C).
Hal ini juga berlaku untuk zat padat yang lain misalnya bermacam-macam logam seperti besi, baja, alumunium dan sebagainya.

Jadi titik lebur = titik beku

Zat cair (air) hanya akan berubah menjadi uap air jika dipanaskan hingga suhu pemanasan melebihi titik didihnya.
Sebaliknya uap air akan berubah menjadi air (embun) jika didinginkan hingga suhuna di bawah titik embunnya.

Jadi titik uap = titik embun

1.Titik lebur adalah suhu dimana zat padat yang dipanaskan mulai melebur

2.Titik beku adalah suhu dimana zat cair yang didinginkan mulai membeku.

3.Titik didih adalah suhu dimana zat cair yang dipanaskan mulai mendidih.

4.Titik embun adalah suhu dimana zat gas (uap) yang didinginkan mulai mengembun

Daftar Kalor Lebur dan Kalor Uap dari beberapa Zat

Contoh soal:

1. Kalor lebur air sebesar 360.000J/kg. Apa artinya?

Artinya : untuk merubah wujud 1kg air padat (es) hingga seluruhnya berubah menjadi air ( zat cair) dibutuhkan energi kalor sebesar 360.000 joule.

2. Berapakah energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 4 kg es hingga seluruhnya menjadi air jika kalor lebur air/es 360.000 J/kg?

Diketahui:

m = 4 kg

L = 360.000 J/kg

Ditanyakan : Q = ...?

Jawab :

Q = m x L

Q = 4 x 360.000

Q = 1.440.000 J

Bagaimana jika sebongkah es yang suhunya di bawah nol, misalnya -10ᴼC akan dirubah seluruhnya menjadi air pada suhu 80ᴼC, kita tidak bisa langsung menghitung jumlah kalor yang dibutuhkan dengan menggunakan rumus Q = m x C x ΔT karena pada proses ini ada dua peristiwa yaitu kenaikan suhu dan perubahan wujud dari zat padat (es) menjadi zat cair (air).

Untuk menyelesaikan masalah tersebut kita lakukan beberapa tahap sebagai berikut:

Selanjutnya jika dibuat soal adalah sebagai berikut:

B. Perpindahan Kalor

1. Konduksi

Adalah perpindahan panas melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-pertikel zat tersebut.

a. Bahan yang mudah menghantarkan kalor disebut konduktor

Contoh: besi, timah, tembaga, emas, perak, nikel, aluminium, dsb

b. Bahan yang sukar menghantarkan alor disebut isolator

Contoh: kayu, plastic, karet, dsb

2. Konveksi

Adalah perpindahan kalor dari satu tempat ke tempat lain yang disertai dengan perpindahan patikel-partikel bendanya.

Konveksi dapat terjadi pada dua macam zat:

a. Konveksi pada Zat Cair

Contoh: pemanasan air

b. Konveksi pada Zat Gas

Contoh :

- Terjadinya angin

- Cerobong asap pabrik

- Ventilasi udara

Terjadinya angin darat dan angin laut

Ventilasi Udara

Cerobong asap

3. Radiasi

Adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium (zat perantara). Radiasi disebut juga pemanasan langsung.

Dari hasil percobaan diperoleh:

Makin luas benda makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkunganya.
Makin luas permukaan benda dingin makin besar pula kalor yang diterimanya
Makin rendah suhu benda makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya.
Makin gelap benda panas makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya.
Makin gelap benda dingin makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya.

Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari:

- Pancaran panas matahari ke bumi

- Pancaran panasnya api atau benda panas yang lain ke lingkungan sekelilingnya.

Pancaran panas matahari

Pancaran panas api

Pada suatu kegiatan dapat terjadi 3(tiga) perpindahan kalor sekaligus, yaitu merebus air di atas bara api menggunakan panci bergagang dari alumunium. Ketiga peristiwa tersebut adalah:

1. Pada gagang panci terjadi perpindahan kalor secara konduksi.

2. Pada air yang sedang dipanaskan terjadi perpindahan kalor secara konveksi.

3. Pancaran panas api ke udara di sekelilingnya merupakan perpindahan kalor secara radiasi.

Perhatikan gambar berikut!

AZAS BLACK

Pada saat udara dingin, kadang kita mandi menggunakan air hangat. Air hangat dibuat dengan cara mencampur air panas dengan air dingin.

Air bersuhu tinggi (panas) melepaskan kalor, sedang air bersuhu rendah (dingin) menerima kalor. Suhu air hangat merupakan hasil kesetimbangan suhu setelah air panas dan dingin dicampurkan.

Azas Black mengatakan:

"Jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah"

Dapat dinyatakan dengan persamaan:

Q(lepas) = Q(serap)

Q1 = Q2

m1 x C1 x ΔT1 = m2 x C2 x ΔT2

m1 x C1 x (T1 -Ta) = m2 x C2 x (Ta-T2)

Perhatikan ilustrasi berikut:

Contoh Soal:

Air 2 kg suhunya 80⁰C dicampur dengan 4 kg air yang suhunya 20⁰C. JIka kalor jenis air 4200J/kg⁰C hitunglah suhu akhir campuran tersebut!

Pada soal ini transfer energi kalor ke wadah air dan ke lingkungan diabaikan atau dianggap nol (0).

Diketahui:

m₁ = 2 kg

T₁ = 80⁰C

m₂ = 4 kg

T₂ = 20⁰C

C₁ = C₂ = 4200 J/kg⁰C (kedua benda yang dicampur sama yaitu air)

Ditanyakan: Ta = ...?

Jawab :

m1 x C1 x (T1 -Ta) = m2 x C2 x (Ta-T2)

2 x ~~4200~~ x (80- Ta) = 4 x ~~4200~~ x (Ta-20)

2 x (80- Ta) = 4 x (Ta-20)

(2 x 80) - (2 x Ta) = (4 x Ta) - (4 x 20)

160 - (2 x Ta) = (4 x Ta ) - 80

160 - 2Ta = 4Ta - 80

160 + 80 = 4Ta + 2Ta

240 = 6Ta

6Ta = 240

Ta = 240/6

Ta = 40⁰C

Jadi suhu akhir campuran air tersebut adalah 40⁰C

Perhatikan

Jika kedua benda yang dicampur tidak sama maka kalor jenis (C) tidak boleh dicoret.

Untuk melengkapi pengetahuan kalian simaklah video berikut:

Selamat Belajar

Tetap semangat meskipun masih harus belajar sendiri di rumah.

SOAL TUGAS IPA KELAS 7A DAN 7B

Link soal Kelas 7A

Link soal Kelas 7B

Monday, November 16, 2020

LISTRIK DINAMIS

KELAS IX

BAB V

LISTRIK DINAMIS (ELEKTRODINAMIKA)

(Listrik yang mengalir)

Membahas listrik mengalir sebenarnya adalah membahas tentang listrik yang mengalir dari satu titik ke titik lain dalam sebuah penghantar.

Listrik dapat mengalir dari titik berpotensi lebih tinggi ke titik berpotensi lebih rendah apabila kedua titik tersebut terhubung dalam suatu rangkaian tertutup

Adapun yang mengalir sebenarnya adalah elektron-elektron.

A. ARUS LISTRIK

Yaitu aliran muatan-muatan listrik melalui suatu penghantar yang terhubung dalam suatu rangkaian tertutup.

Arus listrik mengalir dari tempat berpotensial tinggi ke tempat berpotensial rendah sedangkan arus elektron mengalir dari tempat berpotensial rendah ke tempat berpotensial tinggi

Muatan positif mempunyai potensial lebih tinggi dari muatan negatif.

Misal:

Keterangan gambar:

a. Gambar 1.

Air mengalir dari A ke B karena A mempunyai potensial (kemampuan) lebih tinggi dari B. Perbedaan potensial antara A dan B sebesar ∆h yang menyebabkan air mengalir dari A ke B. Jika permukaan A dan B sama atau potensial A dab B sama maka air berhenti mengalir. Jadi adanya perbedaan potensial merupakan syarat agar air dapat mengalir. Selain itu pipa penghubung bejana A dan B juga syarat yang harus dipenuhi.

b. Gambar 2.

Dari gambar diketahui bahwa rangkaian dalam keadaan baik sehingga lampu menyala sebagai pertanda bahwa pada rangkaian mengalir arus listrik. Terlihat pada gambar bahwa arus listrik mengalir dari A ke B (ditunjukkan anak panah). Dengan demikian jelas bahwa potensial titik A (yang bermuatan positif) lebih tinggi dari titik B (yang bermuatan negatif).

c. Gambar 3.

Merupakan penggambaran keadaan titik A dan B pada gambar 2. Titik A adalah bermuatan positif (kekurangan elektron), sedangkan titik B bermuatan negatif (kelebihan elektron). Ketika kedua titik dihubungkan maka elektron akan bergerak bari B ke A (menuju ke muatan positif atau bergerak dari tempat berpotensial rendah ke potensial tinggi) dan disebut sebagai “arus elektron” dan selanjutnya dibuat perjanjian bahwa arus listrik mengalir berlawanan dengan arah elektron, yaitu dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah.

Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa agar arus listrik dapat mengalir dari satu titik ke titik lain harus memenuhi syarat:

1. Ada beda potensial

2. Ada penghantar/konduktor/kabel

A. KUAT ARUS LISTRIK

Perhatikan gambar berikut!

Pada penghantar 1 muatan listrik yang mengalir lebih banyak dari pada penghantar 2. Sehingga dapat dikatakan arus listrik pada penghantar 1 lebih kuat dari penghantar 2.

Dari penjelasan di atas kuat arus dapat didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar tiap-tiap satu detik.

Secara matematis dapat dinyatakan

Keterangan:

Q = muatan listrik ( Coulomb = C )

t = waktu (sekon)

i = kuat arus listrik (C/s = ampere (A))

Satuan lain yang lebih kecil dari ampere:

1. mA dibaca miliampere. 1 mA = A = 0,001 A = 10^-3 A

2. µA dibaca mikroampere. 1 µA = A = 0,000001A = 10^-6A

Contoh Soal:

Muatan listrik 30 C mengalir selama ½ menit melalui seutas kawat penghantar. Hitunglah kuat arusnya!

Diketahui: Q = 30 C

t = 1/2 menit =30 sekon

Ditanyakan: i = ...?

Jawab:

Soal:

Dalam waktu ¼ menit mengalir muatan listrik sebanyak 7,5 melalui suatu pengantar. Berapakah kuat arusnya?
Muatan listrik sebanyak 360 C mengalir melalui sehingga menimbulkan arus listrik 0,4 A. Berapa menit waktu yang dibutuhkan?

C. BEDA POTENSIAL (Tegangan, Voltase)

Yaitu energi yang digunakan untuk memindahkan tiap satu coulomb muatan listrik dari satu titik ke titik lain.

Secara matematis pernyataan tersebut dapat ditulis:

Keterangan:

W = Energi listrik (Joule)

Q = Muatan Listrik (Coulomb)

V = Beda Potensial (J/C = volt (V))

Satuan lain yang lebih besar:

1. kV = kilo volt ; 1 kV = 1000 volt = 1 x 10³ volt

2. MV = Mega Volt ; 1 MV = 1000.000 volt = 1 x 10⁶ volt

Contoh Soal

Energi sebesar 4200 J dapat memindahkan 700 C muatan dari A ke B. Berapakah beda potensial antara titik A dan B?

Diketahui: W = 4200 J

Q = 700 C

Ditanyakan: V = ...?

Jawab:

Soal:

Berapakah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan 1200 C muatan dari X ke Y jika beda potensial kedua titik tersebut 0,4 V ?
Dalam waktu 10 sekon mengalir muatan listrik 0,4 A melalui sebuah penghantar. Jika energi yang digunakan untuk memindahkan muatan sebesar 3600 J berapa beda potensial antara ujung-ujung penghantar yang digunakan?
Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar :
a. Berapakah beda potensial kedua titik tersebut?
b. Kemanakah kemungkinan arus listrik mengalir?

A. HAMBATAN ( tahanan, resistor )

Hambatan dapat dikatakan sebagai komponen listrik atau elektronika yang berfungsi untuk mengatur arus listrik.

Hambatan listrik dilambangkan dengan :

R = resistor

Besarnya hambatan dalam suatu bahan disebut juga resistansi

Besarnya hambatan dinyatakan dalam satuan Ohm atau Ω (omega)

Satuan hambatan lain yang lebih besar:

1. KΩ dibaca kilo Ohm dimana 1 KΩ = 1000 Ω = 10³ Ω

2. MΩ dibaca mega Ohm dimana 1 MΩ = 1.000.000 Ω = 10⁶ Ω

Contoh Soal:

Berapa ohm nilai hambatan berikut ?

Soal:

Berapa ohm nilai hambatan berikut?

23K

4K5

K31

12M

3M2

M25

A. HUKUM OHM

Perhatikan gambar!

Dalam suatu rangkaian listrik:

a. Untuk hambatan (R) tetap

Jika beda potensial/tegangan diperbesar, kuat arusnya menjadi besar, artinya kuat arus sebanding dengan beda potensial

b. Untuk beda potensial (V) tetap

Jika hambatan diperbesar, kuat arusnya menjadi kecil, artinya kuat arus berbanding terbalik dengan hambatan

Jadi menurut Hukum Ohm “Besarnya kuat arus pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan hambatannya”

Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan:

Keterangan:

V = beda potensial/tegangang (volt)

R = hambatan (Ω)

i = kuat arus listrik (A)

Contoh Soal:

Pada seutas kawat penghantar terdapat hambatan 48 Ω. Jika beda potensial antara ujung-ujung kawat penghantar 12 V, berapa ampere arus yang mengalir pada pnghantar tersebut?