download

Mata kuliah : K0014 – FISIKA INDUSTRI
Tahun
: 2010
TEMPERATUR DAN KALOR
Pertemuan 13
TEMPERATUR DAN KALOR
1. Skala Temperatur
Temperatur menyatakan ukuran kuantitatif keadaan
panas-dinginnya suatu benda.
Skala Thermometer
Celcius ( TC )
: 0C
Kelvin ( TK )
:K
Fahrenheit ( TF ) : 0F
Hubungan ketiga skala thermometer tersebut :
TK = TC + 273 dan TF = (9/5) TC + 32
3
Bina Nusantara
Standar Skala suhu :
titik didih air
: 373 K = 100 0C = 212 0F
titik beku air
: 273 K = 0 0C = 32 0F
Nol mutlak
: 0 K = -273 0C = - 460 0F
Bina Nusantara
2. Pemuaian
Setiap benda akan mengalami perubahan betuk/ukuran dan
keadaan/wujud , bila temperatur benda tersebut berubah.
(1). Koefisien muai panjang (  )
L =  L T
L = perubahan panjang
L = panjang mula-mula
T = perubahan temperatur
(2) Koefisien Muai luas (  )
A =  A T
A = perubahan luas
A = luas mula-mula
Untuk benda padat :  = 2 
Bina Nusantara
(3) Koefisien Muai Volume (  )
V =  V T
V = perubahan volume
V = volume mula-mula
Untuk benda padat :  = 3 
Bina Nusantara
Tegangan termal :
Pada berbagai bangunan, terdapat bagian-bagian tertentu
yang dirancang secara khusus agar tidak dapat memuai
ataupun menyusut dikala suhu berubah. Karena ukuran
bendanya tidak dapat berubah maka dalam bahan akan
terjadi tegangan yang disebut tegangan termal .
Besarnya tegangan (σ) termal ini adalah :
σ (=F/A) = Y (∆L/L0 ) dengan ∆L = α L0 ∆T
atau σ = Y α ∆T
Y = modulus Young , ∆T = kenaikan suhu
α = koefisien muai panjang
11/22/2009
7
3. Kalor
Kalor
Kalor merupakan energi yang mengalir dari suatu benda
ke benda lain karena adanya perbedaan temperatur
antara kedua benda
Satuan kalor : - SI : kalori ( cal )
- British : BTU
1 BTU = 252 Cal
AZAS BLACK
Jika dua benda yang berlainan suhu digabung menjadi satu
maka akan terjadi perpindahan kalor dari benda panas ke
benda dingin , hingga mencapai kesetimbangan ( suhu
kedua benda menjadi sama )
Q dilepas + Q diterima = 0
Q dilepas : bertanda negatif
Q diterima : bertanda positif
Bina Nusantara
4. Mekanisme Perpindahan Kalor
Kalor akan mengalir dari sistem yang suhunya tinggi ke
sistem yang suhunya lebih rendah hingga tercapai
kesetimbangan thermal .
Cara perpindahan kalor tergantung pada medium yang
dilewati :
(1) Cara konduksi
Perpindahan kalor dimana tidak terjadi gerakan molekul
medium perantara. Kalor dipindahkan karena vibrasi
molekul dan menumbuk molekul tetangga.
Cara ini terjadi pada medium padat.
Kalor yang mengalir dalam arah tegak lurus permukaan
dalam waktu dt :
Bina Nusantara
dQ/dt = H = - k A dT/dX
cal /s
k = konduktivitas panas A = luas penampang benda
dT/dX = perubahan temperatur( = gradien temperatur)
Untuk batang yang homogen :
H = { k A ( T2 – T1 ) / L }
T2 > T1
Jika batang terdiri atas n lempengan :
H = { A ( T2 – T1 ) / ∑ ( Li / ki ) }
(2) Secara konveksi
Perpindahan kalor dimana molekul dari medium perantaranya
berpindah sambil membawa kalor .
Hal ini terjadi pada medium fluida.
Panas yang mengalir dalam fluida yang beda temperaturnya
T adalah :
H = h A T
Bina Nusantara
h = koefisien konveksi
(3). Secara radiasi
Perpindahan kalor melalui pancaran radiasi (gelombang ) .
Kecepatan energi meninggalkan suatu benda yang suhunya
T ( Kelvin), dan luas penampangnya A :
dQ/dt = e  A T4
Watt/m2
 = 5,67x10-8 W/m2K4
=konstanta Boltzman
e = faktor emisivitas permukaan
(0<e<1)
Bina Nusantara
5. Hk. Thermodinamika I
Sering terjadi transformasi dari kalor menjadi usaha
ataupun sebaliknya . Proses ini harus memenuhi
hukum kekekalan energi yaitu :
Kalor yang diterima = Usaha + perubahan energi
internal (dakhil )
dQ = dW + dU
( Hukum Termodinamika I )
Usaha :
W = ∫ p dV
Berbagai proses perubahan dari kalor ke usaha atau
sebaliknya
(1) Proses adiabatik:
Bina Nusantara
Dalam proses ini, tidak ada kalor yang masuk
ataupun keluar dari sistem, dQ = 0
maka : dW = - dU
PVγ = konstan dengan γ = CP / CV
(2) Proses isotermal (temperatur tetap):
Proses yang berlangsung pada suhu tetap, dan
perubahan energi internal : dU = 0
Maka : dQ = dW
(3) Proses isobar (tekanan tetap) :
Proses berlangsung pada tekanan sistem tetap, maka
W = P (V2 - V1)
(4) Proses isovolum (volume tetap):
Proses berlangsung pada volume tetap, maka :
dW = 0
Bina Nusantara
dan
dU = dQ
Contoh 1 :
Luas penampang silinder baja adalah 0.1ft3 .
Silinder berisi 0.4 ft glyserin dan berpiston yang
dapat menutup rapat silinder. Di atas piston
diletakkan beban 6000 lb. Kemudian silinder
dipanaskan dari 60 0F manjadi 160 0F. Pemuaian
silinder diabaikan. Ditanayakan :
a). Tambahan volum gliserin
b). Usaha mekanik terhadap gaya beban 6000 lb
yang dilakukan gliserin
c). Panas yang ditimbulkan pada gliserin
( c = 0.58 kal/(gr. 0C )
d). Perubahan energi dakhil gliserin.
Jawaban :
Bina Nusantara
a). ∆V = β x V60 x ∆T
= 0.4 ft3 x 0.485 x 10-3 / 00 x 5/9 x (160 -60) 0F
= 0.0108 ft3 atau
= 0.0108 ft3 x m3 /(0.3048ft )3 = 0.38 m3
b). W = p ∆V = F/A x ∆V
= 6000 lb/(0.1 ft2 ) x 0.0108 ft3
= 648 lb-ft atau
= 648 lb-ft x (1.356 J/ lb-ft) = 879 J
c). Q = m c ∆T
= 0.4 ft3 x 1.26 x 62.4 lb/ ft3 x 0.58 Btu/ 0F
x (160 - 60) 0F
= 1827 Btu atau
= 1827 Btu x 252 kal/Btu = 460.4 kkal.
Bina Nusantara
d). Perubahan tenaga dakhil :
U = Q - W
= (1827 x 778 - 648 ) lb – ft
= 1420758 lb - ft
Bina Nusantara
6. Gas Ideal
Berdasarkan eksprimen :
1. Untuk massa gas yang diberikan dan berada pada
temperatur konstan, maka tekanan berbanding
terbalik dengan volume.
Pada T = konstan P ~ 1/V
Hukum Boyle
2. Untuk massa gas yang diberikan dan berada pada
tekanan konstan, maka volume berbanding lurus
dengan temperatur.
Pada P = konstan V ~ T
Hukum Charles dan
Gay-Lussac
Dari kedua eksprimen tersebut diperoleh hungan :
PV/T = suatu konstanta
Karena volume gas pada tekanan dan temperatur
tertentu adalah sebanding dengan massanya, maka
konstanta pada persamaan diatas adalah sebanding
dengan massa gas. Maka konstanta pada persamaan
di adalah nR :
- n banyak mol gas
- R = 8,314 J/mol.K = 1,986 kal/mol.K
adalah konstanta gas universal yang berlaku untuk
semua gas
maka persamaan PV/T = konstanta dapat dinyatakan:
PV = n R T
persamaan gasa ideal
Bina Nusantara

Download Report