Fisika Umum (MA-301)

1. Fisika Umum (MA-301) Topikhariini SuhudanKalor

2. RIVIEW Keadaan/WujudZat AIR (H2O Cair) ES (H2O Padat) UAP (H2O Gas) Secara mikroskopis, apa perbedaan ketiga jenis keadaan/wujud zat tersebut?

3. Secara mikroskopis, apa perbedaan ketiga jenis keadaan/wujud zat tersebut? Gerakan atom-atom/molekul penyusunnya ENERGI KINETIK Energi kinetik rata-rata tiap partikel sebanding dengan sifat yang dapat kita rasakan: Seberapa panas suatu benda? Semakin panas keadaan suatu zat padat, cair atau gas, maka atom-atom/molekul penyusunnya bergerak makin cepat sehingga energi kinetiknya makin besar

4. Seberapapanassuatubenda? TEMPERATUR atau SUHU AlatUkur: TERMOMETER

5. SkalaTemperatur Dituliskandalambentukbilangan yang menyatakanderajatpanassuatubenda. Termometerdapatdikalibrasidenganmenempatkannyadalamkontaktermaldengansuhulingkungan yang dijagakonstan • Lingkunganbisaberupacampuranesdan air dalamkesetimbangantermal • Jugabisadigunakan air danuapdalamkesetimbangantermal

6. SkalaCelsius (Anders Celsius : Swedia) • Suhudaricampuranesdan air ditetapkanpada 0º C • Nilaiiniadalahtitikbeku air • Suhucampuran air danuapditetapkanpada 100º C • Nilaiiniadalahtitikdidih air • Selangantaratitik-titikinidibagimenjadi 100 bagian

7. SkalaKelvin (Lord Kelvin : Skotlandia) • BerdasarkanEnergi • Angka 0 menyatakanbahwazattidakmemilikienergikinetik • Suhuinidisebutnolmutlak • Titikinimerupakantitiknoldariskala Kelvin • 0 K = –273.15º C • Untukmengubah: TC = TK – 273.15 • Tidakadabilangannegatifdalamskala Kelvin

8. BeberapaSuhuKelvin • Beberapamewakilisuhu Kelvin • Catatan, skalainilogaritmik • Nolmutlaktidakpernahtercapai

9. Skala Fahrenheit • Skala yang banyakdigunakandalam USA • Suhutitikbekuadalah 32º • Suhutitkdidihadalah 212º • Titiknyadibagimenjadi 180 bagian

10. Perbandingan Skala Suhu

11. Energi Internal vs. Kalor • Energi internal, adalahenergitotal yang dimilikiolehsuatuzat • Termasukenergikinetikdanpotensialdiasosiasikandengangeraktranslasi, rotasidanvibrasiacakdari atom ataumolekul • Jugatermasukenergipotensialinteraksiantarmolekul • Kaloradalahenergi yang ditransferantarasistemdanlingkungankarenaperbedaansuhuantarakeduanya • SimbolkaloradalahQ

12. Satuan dari Kalor • Kalori (calorie) • Sebuahsatuanhistoris, sebelumhubunganantaratermodinamikadanmekanikadikenal • Satukalori (calorie) adalahjumlahenergi yang diperlukanuntukmenaikkansuhu 1 gram air dari 14.5° C menjadi 15.5° C . • Satuanenergipadamakananadalah Calorie = 1000 calorie • Joule • 1 kal = 4,186 J • InidinamakanKalorEkivalenMekanik • BTU (US Customary Unit) • BTU singkatandari British Thermal Unit • SatuBTUadalahenergi yang diperlukanuntukmenaikkansuhu 1 pon (lb) air dari 63° F menjadi 64° F • 1 BTU = 252 kal = 1,054 kJ

14. KalorJenis • Setiapzatmemerlukansejumlahenergi per satuanmassa yang berbedauntukmengubahsuhunyasebesar 1° C • KalorJenis, c,darisuatuzatadalahukurandarijumlahini

15. KonsekuensidariPerbedaanKalorJenis AnginDarat & Laut • Air lautmemilikikalorjenis yang lebihtinggidibandingkandaratan • Padahari yang panas, udaradiatasdaratanpanaslebihcepat • Udarapanasmengalirkeatasdanudara yang dinginbergerakmenujupantai Apa yang terjadi pada malam hari?

16. Udara panas naik Udara dingin turun Konsekuensi perbedaan kalor jenis Siang hari Angin laut (konveksi) Tanah lebih panas dari laut Laut

17. Udara panas naik Udara dingin turun Angin darat (konveksi) Tanah lebih dingin dari laut Laut Konsekuensi perbedaan kalor jenis Malam hari

18. MengukurKalorJenis? • AlatuntukmenentukankalorjenissuatuzatadalahKalorimeter • Kalorimeteradalahsebuahwadah yang terbuatdaribahan isolator yang baik yang memungkinkankesetimbangantermalterjadiantarazattanpaadanyaenergi yang hilangkelingkungan

20. PemuaianTermal Mengapabisaterjadi, apapenyebabnya? • Pemuaiantermalsebuahbendaadalahkonsekuensidariperubahanjarak rata-rata antara atom ataumolekul • Padasuhukamar, molekulbervibrasidenganamplitudo yang kecil • Denganpertambahansuhu, amplitudo pun bertambah • Hal inimenyebabkanseluruhbagianbendamemuai

21. Anomali Air Mengapa bisa terjadi! • Pada saat suhu air meningkat dari 0ºC sampai 4 ºC, air menyusut dan kerapatannya bertambah • Diatas 4 ºC, air menunjukan pemuaian yang sesuai dengan peningkatan suhu • Kerapatan maksimum dari air adalah 1000 kg/m3 pada 4 ºC

22. V V T T O O O O O O O O O O O O O H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H O O H H O O H H Volume berkurang akibat runtuhnya struktur kristal ketika berubah dari fase padat (es) ke fasa cair. Pada suhu sekitar 10oC struktur kristal runtuh seluruhnya. Volume bertambah akibat perenggangan molekul-molekul air pada saat suhunya meningkat.

23.  V 4 T 4 T Gabungan kedua grafik

24. Pertanyaan: Padamusimdingin, permukaandanaumembeku, tetapibagianbawahdanaumasihberwujudcair, mengapainibisaterjadi?, apakahmakhlukhidupmasihbisabertahanpadakondisisepertiini!

25. Es (0oC) 1oC 2oC 3oC 4oC Fenomena pembekuan permukaan danau

26. Musim dingin (suhu rendah sekali) Suhu lebih rendah Alur konveksi Suhu lebih tinggi Mekanisme pembekuan permukaan danau Arus konveksi akan terus terjadi hingga suhu air di dasar danau mencapai 4oC. Ketika mencapai 4oC massa jenis air akan paling tinggi, sehingga meskipun suhu air di atasnya lebih rendah dari 4oC, arus konveksi tidak terjadi lagi. Permukaan air bagian atas akan turun hingga 0oC dan membeku, sedangkan suhu air dalam danau akan meningkat terhadap kedalaman dari 0 hingga 4oC.

27. Ikandi Air LautKutub • Titik beku 0°C hanyalah berlaku pada air tawar (air yang tidak terkena campuran zat lain). • Pada air laut titik beku dipengaruhi oleh kandungan kadar garam .Kandungan kadar garam lautan tidaklah sama. Garam dapat menurunkan titik beku air. • Titik beku pada air laut dengan kadar garam sebanyak 3,5% adalah sekitar - 1,9°C. • Ikan (di daerah kutub), tubuhnya dilengkapi dengan Protein yang dapat mencegah terjadinya pembentukan kristal es di sel darahnya, yang dikenal dengan Antifreeze-Proteine (AFP). • Tanpa adanya AFP darah ikan akan membeku pada temperatur -0,9°C.

29. Transfer Kalor • Kalormengalirdarisesuatu yang panaskesesuatu yang dingin • Prosesnyameliputi: • Konduksi • Konveksi • Radiasi

30. 1. Konduksi • Proses transfer dapat ditinjau pada skala atom • Pertukaran energi antara partikel-partikel mikroskopik akibat tumbukan • Partikel yang energinya lebih rendah memperoleh tambahan energi selama proses tumbukan dari partikel yang energinya lebih besar • Laju konduksi bergantung pada sifat zat

31. Contoh konduksi • Vibrasi molekul disekitar posisi kesetimbangan • Partikel yang lebih dekat dengan api bervibrasi dengan amplitudo yang lebih besar • Menumbuk partikel tetangga dan mentransfer energi • Akhirnya, energi menjalar ke seluruh batang Konduksi dapat terjadi hanya jika terdapat perbedaan suhu antara dua bagian dari medium pengkonduksi

32. 2. Konveksi • Transfer energi akibat pergerakan dari zat • Ketika pergerakan dihasilkan dari perbedaan kerapatan, disebut konveksi alami • Ketika pergerakan didorong/dipaksa oleh “gaya”, disebut konveksi terpaksa

33. Contohkonveksi • Udaradiatasapidipanaskandanmengembang • Kerapatanudaramenurun • Massa dariudaramemanasitangan

34. Contohkonveksi Pergerakanmolekul-molekul air padasuatuwadah yang dipanaskan

35. Contohkonveksi AnginDaratdanAnginLaut

36. Pertanyaan • Mengapaudara yang hangat/panasbergeraknaik? • Mengapadipuncakgunungterasadingin? • Mengapaudara yang mengembang/memuai, terasadingin?