Rumus Perpindahan Kalor Konduksi Fisika

PERPINDAHAN KALOR
    Pada penjelasan sebelumnya telah dibahas bahwa kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat berpindah karena ada perbedaan suhu. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan 3 cara, yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Untuk lebih jelasnya perhatikan uraian berikut.

Konduksi
    Perpindahan kalor secara konduksi (hantaran) adalah perpindahan kalor melalui zat perantara dimana partikel-partikel zat perantara tersebut tidak berpindah. Perhatikan gambar 4.11 berikut.
    Dari gambar 4.11 tersebut jika ujung batang logam dipanaskan dengan api, ternyata ujung logam yang kita pegang akhirnya menjadi panas. Hal tersebut membuktikan adanya perpindahan kalor dari ujung batang logam yang dipanaskan ke ujung batang yang kita pegang.
    Ada zat yang daya hantar panasnya baik, ada pula zat yang daya hantar panasnya buruk. Berdasarkan daya hantar panasnya maka zat dikelompokkan menjadi dua yaitu konduktor dan isolator.

1. Konduktor (zat yang dapat menghantarkan panas dengan baik) antara lain: tembaga, aluminium, besi, dan baja. 
2. Isolator (zat yang kurang baik menghantarkan panas), antara lain: kaca, karet, kayu, dan plastik.

    Kemampuan menghantarkan kalor logam dapat dijelaskan dengan menganggap adanya elektron-elektron bebas pada logam. Elektron bebas ialah elektron yang dengan mudah dapat pindah dari satu atom ke atom lain. Di tempat yang dipanaskan energi elektron-elektron bertambah besar. Karena elektron bebas mudah pindah, pertambahan energi ini dengan cepat dapat dibawa ke tempat lain di dalam zat dan dapat diberikan ke elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini energi berpindah lebih cepat.

   

Dari percobaan dan penalaran ditemukan bahwa kecepatan mengalirnya kalor dengan cara konduksi dari satu tempat ke tempat lain dalam satu potong zat bergantung pada lima faktor, yaitu selisih suhu T, luas penampang A, tebal zat L, lamanya kalor mengalir t, dan jenis zat (lihat Gambar 4.12). Dari percobaan ditemukan bahwa kalor yang mengalir:

• sebanding dengan selisih suhu (ΔT) antara kedua ujung potongan zat yang ditinjau
• sebanding dengan luas penampang potongan (A)
• berbanding terbalik dengan tebal atau panjang potongan (L)
• sebanding dengan selang waktu lamanya kalor mengalir.

   
Atas dasar itu, secara matematik banyaknya kalor H yang mengalir dari ujung bersuhu T1 ke ujung bersuhu T2 dapat dinyatakan dengan persamaan:

Read more

Rumus Pemuaian Pada Zat Cair dan Gas Fisika

1. Pemuaian Zat Cair

    Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan bahwa pada umumnya setiap zat memuai jika dipanaskan, kecuali air jika dipanaskan dari 0^C sampai 4^C, menyusut. Sifat keanehan air seperti itu disebut anomali air. Grafik anomali air seperti terlihat pada gambar 4.7. berikut.

Karena pada zat cair hanya mengalami pemuaian volum, maka pada pemuaian zat cair hanya diperoleh persamaan 

2. Pemuaian Gas

    Jika gas dipanaskan, maka dapat mengalami pemuaian volum dan dapat juga terjadi pemuaian tekanan. Dengan demikian pada pemuaian gas terdapat beberapa persamaan, sesuai dengan proses pemanasannya.

a. Pemuaian volum pada tekanan tetap (Isobarik)

    Gambar 4.8 (a): gas di dalam ruang tertutup dengan tutup yang bebas bergerak.

    Gambar 4.8 (b): gas di dalam ruang tertutup tersebut dipanasi dan ternyata volum gas memuai sebanding dengan suhu mutlak gas. 

    Jadi pada tekanan tetap, volum gas sebanding dengan suhu mutlak gas itu. Pernyataan itu disebut hukum Gay-Lussac .

b. Pemuaian tekanan gas pada volum tetap (Isokhorik)

    Gambar 4.9: gas dalam ruang tertutup rapat yang sedang dipanasi. Jika pemanasan terus dilakukan maka dapat terjadi ledakan. Hal tersebut dapat terjadi karena selama proses pemanasan, tekanan gas di dalam ruang tertutup tersebut memuai. Pemuaian tekanan gas tersebut sebanding dengan kenaikan suhu gas. Jadi, pada volum tetap tekanan gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Pernyataan itu disebut juga dengan hukum Gay-Lussac. Secara matematik dapat dinyatakan:

c. Pemuaian volum gas pada suhu tetap (Isotermis)

    Gambar 4.10 (a): Gas di dalam ruang tertutup dengan tutup yang dapat digerakkan dengan bebas. 

    Gambar 4.10 (b): Pada saat tutup tabung digerakkan secara perlahan-lahan, agar suhu gas di dalam tabung tetap maka pada saat volum gas diperkecil ternyata tekanan gas dalam tabung bertambah besar dan bila volum gas diperbesar ternyata tekanan gas dalam tabung mengecil. 

    Jadi, pada suhu tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volum gas. Pernyataan itu disebut hukum Boyle. Salah satu penerapan hukum Boyle yaitu pada pompa sepeda. Dari hukum Boyle tersebut diperoleh:

    Jika pada proses pemuaian gas terjadi dengan tekanan berubah, volum berubah dan suhu berubah maka dapat diselesaikan dengan persamaan hukum Boyle - Gay Lussac, dimana:

Read more

Rumus Pemuaian Pada Zat Padat Fisika

Pemuaian Zat Padat

    Karena bentuk zat padat yang tetap, maka pada pemuaian zat padat dapat kita bahas pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volum.

a. Pemuaian panjang

    Pemuaian panjang disebut juga dengan pemuaian linier.

    Pemuaian panjang zat padat berlaku jika zat padat itu hanya dipandang sebagai satu dimensi (berbentuk garis). Di SMP materi ini sudah dibahas dan percobaan yang telah membahas tentang pemuaian panjang zat padat adalah percobaan Musschenbroek, dimana dari hasil percobaannya disimpulkan bahwa pertambahan panjang, zat padat yang dipanasi sebanding dengan panjang mula-mula, sebanding dengan kenaikan suhu dan tergantung pada jenis zat padat. Untuk membedakan sifat muai berbagai zat digunakan konsep koefisien muai.

    Dampak dari pemuaian panjang ada yang bermanfaat, tetapi ada pula yang menimbulkan permasalahan. Dampak yang bermanfaat, antara lain: Untuk mengeling pelat logam, untuk Bimetal (pada alat pemberitahu ada kebakaran, termostad), untuk lampu arah kendaraan bermotor. Dampak pemuaian panjang yang menimbulkan permasalahan antara lain: kaca jendela pecah di musim panas, kerusakan pada jembatan, pemasangan rel kereta api.

    Bentuklah kelompok, kemudian baca literatur yang terkait dengan permasalahan pemuaian kemudian presentasikan di depan kelas untuk menjelaskan terhadap kelompok yang lain tentang hal-hal yang terkait dengan dampak pemuaian panjang.  Untuk lebih jelasnya gunakan bantuan gambar dalam memberi penjelasan pada saat presentasi.

b. Pemuaian Luas

    Jika zat padat tersebut mempunyai 2 dimensi (panjang dan lebar), kemu- dian dipanasi tentu baik panjang maupun lebarnya mengalami pemuaian atau dengan kata lain luas zat padat tersebut mengalami pemuaian. Koefisien muai pada pemuaian luas ini disebut dengan koefisien muai luas yang diberi lambang β.

c. Pemuaian Volum

    Zat padat yang mempunyai bentuk ruang, jika dipanaskan mengalami pemuaian volum. Koefisien pemuaian pada pemuaian volum ini disebut dengan koefisien muai volum atau koefisien muai ruang yang diberi lambang γ.

Read more

Perubahan Wujud Zat Rumus Fisika

Perubahan Wujud Zat
    Wujud zat dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu zat padat, zat cair dan zat gas. Wujud suatu zat dapat berubah dari wujud zat yang satu menjadi wujud yang lain. Perubahan wujud dapat disebabkan karena pengaruh kalor. Untuk lebih jelasnya, lakukan percobaan di bawah ini.

Percobaan 4.3:  Perubahan wujud zat

    Perubahan wujud zat selain karena penyerapan kalor, dapat juga karena pelepasan kalor. Setiap terjadi perubahan wujud terdapat nama-nama tertentu. Berikut adalah skema perubahan wujud zat beserta nama perubahan wujud zat tersebut.

    Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa pada saat es sedang mencair atau pada saat air sedang menguap suhunya tetap, walaupun kalor terus diberikan. Dengan kata lain pada saat zat mengalami perubahan wujud, suhu zat tersebut tetap, sehingga selama terjadi perubahan wujud zat seakan-akan kalor tersebut disimpan. Kalor yang tersimpan tersebut disebut kalor laten, yang diberi lambang "L".
    Banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan selama terjadi perubahan wujud dapat dinyatakan dengan persamaan:

Q = banyak kalor yang diserap atau dilepaskan (dalam joule)
m = massa zat yang mengalami perubahan wujud (dalam Kg)

L = kalor laten (dalam Joule/Kg)

Nama-nama kalor laten, antara lain:
- pada saat melebur disebut kalor lebur
- pada saat menguap disebut kalor uap
- pada saat menyublim disebut kalor sublim
- pada saat membeku disebut kalor beku

- pada saat mengembun disebut kalor embun

Dari hasil percobaan yang dilakukan oleh para ilmuwan diperoleh:

    Perubahan wujud es sampai menjadi uap jenuh, beserta persamaan kalor yang diserap dapat digambarkan seperti bagan di bawah ini.

Read more

Rumus Asas Black dan Mengukur Kalor Fisika

Asas Black

    Bila dua zat yang suhunya tidak sama dicampur maka zat yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan zat yang bersuhu rendah akan menyerap kalor sehingga suhunya naik sampai terjadi kesetimbangan termal. Karena kalor merupakan suatu energi maka berdasar hukum kekekalan energi diperoleh kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap.

    Konsep tersebut sering disebut dengan azaz Black, yang secara matematis dapat dinyatakan:  

Mengukur Kalor

    Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Dengan mengetahui kalor jenis suatu zat maka dapat dihitung banyaknya kalor yang dilepaskan atau diserap dengan mengetahui massa zat dan perubahan suhunya, menggunakan persamaan:

    Alat yang dapat digunakan untuk mengukur kalor adalah kalorimeter. Salah satu bentuk kalorimeter ialah kalorimeter campuran yang secara bagan tampak pada gambar 4.4 di bawah ini.

    Kalorimeter terdiri atas sebagai berikut.

a. Sebuah bejana kecil terbuat dari logam tipis yang di gosok mengkilat. Bejana inilah yang dinamakan kalorimeternya.

b. Sebuah bejana yang agak besar, untuk memasukkan kalorimeternya. Di antara kedua bejana itu dipasang isolator yang berfungsi untuk mengurangi kehilangan kalor karena dihantarkan atau dipancarkan sekitarnya.

c. Penutup dari isolator panas yang telah dilengkapi dengan termometer dan pengaduk. Pengaduk biasanya juga terbuat dari logam sejenis.

Read more

Rumus Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Fisika

Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor
    Kalor dapat diberikan kepada benda atau diambil darinya. Kalor dapat diberikan pada suatu benda dengan cara pemanasan dan sebagai salah satu dampak adalah kenaikan suhunya. Kalor dapat diambil dari suatu benda dengan cara pendinginan dan sebagai salah satu dampak adalah penurunan suhu. Jadi, salah satu dampak dari pemberian atau pengurangan kalor adalah perubahan suhu yang diberi lambang Δt.

    Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa, dari pemanasan air dan minyak kelapa dengan massa air dan minyak kelapa yang sama, dengan selang waktu pemanasan yang sama ternyata banyaknya kalor yang diserap oleh air dan minyak kelapa tidak sama.

    Untuk membedakan zat-zat dalam hubungannya dengan pengaruh kalor pada zat-zat itu digunakan konsep kalor jenis yang diberi lambang “c”. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu. Jika suatu zat yang massanya m memerlukan atau melepaskan kalor sebesar Q untuk mengubah suhunya sebesar ΔT, maka kalor jenis zat itu dapat dinyatakan dengan persamaan:

    Dari persamaan Q = m . c . ΔT, untuk benda-benda tertentu nilai dari m . c adalah konstan. Nilai dari m . c disebut juga dengan kapasitas kalor yang diberi lambang "C" (huruf kapital). Kapasitas kalor didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu.

    Persamaan kapasitas kalor dapat dinyatakan dengan:

Read more

Rumus Mengukur Suhu Antara Celcius, Reamur, Fahrenheit Dan Kelvin

Alat Ukur Suhu
    Untuk menyatakan suhu suatu benda secara kuantitatif diperlukan alat ukur yang disebut termometer. Ada beberapa jenis termometer dengan menggunakan konsep perubahan-perubahan sifat karena pemanasan. Pada termometer raksa dan termometer alkohol menggunakan sifat perubahan volum karena pemanasan. Ada beberapa termometer yang menggunakan sifat perubahan volum karena pemanasan, antara lain: Celcius, Reamur,
Fahrenheit dan Kelvin. Masing-masing termometer tersebut mempunyai ketentuanketentuan tertentu dalam menetapkan nilai titik didih air dan titik beku air pada tekanan 1 atm, seperti terlihat pada gambar 4.1 berikut.

    Dari ketentuan tersebut diperoleh perbandingan skala dari keempat termometer

tersebut sebagai berikut:

    Hubungan antara termometer Celcius dan Kelvin secara khusus dapat dinyatakan:

    Secara umum hubungan termometer yang satu dengan yang lain adalah sebagai berikut:

Read more

Rumus Gerak Jatuh Bebas Dan Gerak Vertikal ke Atas

1. Gerak Jatuh Bebas
    Gerak jatuh bebas adalah gerak jatuh yang hanya dipengaruhi oleh gaya tarik bumi dan bebas dari hambatan gaya-gaya lain. 

2. Gerak Vertikal ke Atas

Read more

Hukum Newton III Pada Dinamika Partikel

Hukum Newton III

    Gambar 2.19 seorang yang naik papan beroda sedang menarik tali yang diikatkan pada tembok.
    Ternyata pada saat orang tersebut menarik tali ke arah kiri, orang beserta papan beroda bergerak ke kanan. Orang beserta papan beroda bergerak ke kanan karena mendapat gaya tarik dari tali yang arahnya ke kanan yang besarnya sama dengan gaya tarik yang diberikan oleh orang tersebut. Hal ini terjadi karena pada saat orang memberi aksi pada tali, timbul reaksi dari tali pada orang dengan besar yang sama dan arah berlawanan. 
    Pernyataan di atas disebut dengan hukum III Newton, sehingga hukum III Newton disebut juga dengan hukum aksi reaksi dan dapat dinyatakan dengan

    Beberapa contoh penerapan hukum newton 
1) Benda terletak pada bidang datar. 

2) Sebuah benda digantung dengan tali.

3) Benda terletak pada bidang miring licin.

4) Beberapa benda dihubungkan dengan tali dilewatkan pada sebuah katrol.

Read more

Gaya Berat Pada Dinamika Partikel

Gaya Berat
    Jika kita melepaskan sebuah benda dari atas permukaan tanah, maka benda tersebut melakukan gerak lurus berubah beraturan dipercepat dan jika kita melempar sebuah benda vertikal ke atas, maka benda tersebut melakukan gerak lurus berubah beraturan diperlambat. Percepatan yang timbul pada gerakan benda di atas disebut percepatan grafitasi bumi yang diberi lambang g.
    Percepatan grafitasi bumi pada suatu titik yang berjarak r dari pusat bumi dinyatakan dengan:

    Percepatan yang timbul pada benda yang melakukan gerak vertikal ke atas dan gerak jatuh bebas tadi dikarenakan adanya gaya tarik bumi pada benda tersebut yang dinyatakan dengan persamaan:

Read more

Hukum Newton II Pada Dinamika Partikel

Hukum Newton II
    Gaya merupakan penyebab perubahan gerak benda. Perubahan gerak benda yang dimaksudkan di sini dapat berarti perubahan kelajuannya atau perubahan kecepatannya.
    Perubahan kecepatan tiap satuan waktu disebut percepatan.
    Adakah hubungan antara percepatan yang timbul pada benda dengan gaya yang bekerja pada benda juga dengan massa benda tersebut? Untuk itu perhatikan hasil percobaan berikut.

Kegiatan I
    Rangkailah alat dan bahan seperti gambar (a) di atas. Gunakan 1 trolly dengan beban yang digantung mula-mula 2 buah, kemudian 3 buah dan selanjutnya 4 buah. Pada saat beban dilepas, ticker timer digetarkan maka selama trolly bergerak pada pita ticker timer terekam ketikannya. Potong-potonglah pita ticker timer dengan setiap potongannya mengandung sejumlah ketikan yang sama (misal 10 ketikan). Susunlah seperti gambar berikut.

Informasi
1) Penambahan beban yang digantung berarti penambahan gaya yang bekerja pada trolly
2) Besar percepatan yang timbul pada trolly sebanding dengan besar sudut kecondongan grafik. 
    Dari grafik yang terlihat pada gambar (b), bagaimanakah hubungan antara percepatan yang timbul pada benda dan gaya yang bekerja pada benda? Kemudian nyatakan hubungan antara percepatan dan gayanya!

Kegiatan II:
    Ulangi langkah kegiatan I tetapi menggunakan beban yang tergantung tetap, sedang jumlah trolly berubah dengan cara menumpuk beberapa trolly. Ternyata dengan menggunakan trolly 3 buah, 2 buah, 1 buah diperoleh grafik seperti terlihat pada gambar (c) berikut.

Informasi:
    Penambahan jumlah trolly berarti penambahan massa trolly.

    Dari grafik yang terlihat pada gambar (c), bagaimana hubungan antara percepatan yang timbul pada benda dengan massa benda tersebut? Kemudian nyatakan hubungan antara percepatan dan massa bendanya!

Kesimpulan
a. Dari hasil kegiatan I dan kegiatan II diperoleh hubungan antara percepatan yang timbul pada benda, massa benda dan gaya yang bekerja pada benda dapat dinyatakan dengan

a    = percepatan (m/s2)
F   = gaya (N)
m  = massa (kg)

Persamaan F = m.a disebut persamaan Hukum II Newton

b. Jika pada sebuah benda bekerja beberapa buah gaya, maka persamaan hukum II Newton dapat dinyatakan dengan ΣF = m . a
c. Massa benda yang diperoleh dari perbandingan gaya yang bekerja pada benda dan percepatan yang timbul pada benda disebut massa kelembaman

Read more